抗菌中药及其有效成分的热动力学研究
摘要
中药是我国传统医学的重要组成部分，是治疗疾病的重要的武器，其生命力旺盛，有着及其广阔的发展前途。应用新科技的手段研究中药的活性越来越引起人们的关注。系统的研究中药的抑菌活性，进一步开发研究新药物，成为越来越多的科学家关注的目标。
本文应用微量量热法研究了四种中药及其有效成分对大肠杆菌代谢作用的影响，借助热活性检测仪对细菌的生长代谢过程进行热谱线的测定，分析谱图、构建细菌生长的理论模型和热动力学方程，进行热动力学性质的研究，同时对四种药物BZ振荡反应作了初步的探索，得到更多的热动力学的数据，为指导新药的合成和合理使用中药提供理论依据。
1．主要研究内容
1．1 药物成分的提取
根据文献方法，采用的适当的方法(蒸馏，萃取，交换等)对中药(茵陈、大黄、穿心莲、麻黄)的有效成分进行提取。
1．2 大肠杆菌在含有不同浓度药物的培养基中生长代谢规律的研究
为了确定药物对大肠杆菌代谢作用的规律和最佳用药浓度，分别将不用浓度的药液加入接入菌种的液体培养基中，形成悬浮液，测定了310K时大肠杆菌生长的热功率-时间曲线，用Logistic方程对细菌的指数生长期曲线进行处理，得到大肠杆菌在不同浓度药液中的生长速率常数，进而拟合出生长速率常数与浓度的关系，确定理论最佳用药浓度。
1．3 中药药液的BZ振荡体系的初步研究
用电动势法测定中药参与的BZ振荡反应，确定中药振荡的浓度范围，从振荡曲线上获得诱导期、振荡周期，从而计算出中药振荡体系的诱导期、第一振荡周期、第二振荡周期的反应级数与表观活化能。
2．本文创新之处
2．1 微热量热法为一种新的研究手段
微量量热法用于中草药对细菌的代谢作用的研究是一种新的手
段，首先它能直接监测生物体所固有的热力学过程;其次，可直接监
测微生物的组织和悬浮液;其三，热测量完毕之后，并没有破坏研究
体系，还可以补充必要的后继分析。它不仅能提供热力学数据，而且
可以提供动力学的信息。因此成为一种很有前途的研究手段，比抑菌
圈法、光谱法更加方便可靠。
2.2研究体系新
近年来对中药的研究多集中于某一种成分的活性研究，用量热法
在中药及其有效成分对细菌的抑制作用上研究较少，缺少系统性。本
文把中药及其活性成分作为研究体系，最终得到药物对大肠杆菌生长
代谢的规律，为药物的开发和应用提供了理论基础。
2.3与生命科学相关的中药振荡的探索
对于中药非平衡非线性现象报道很少。本文把中药参与的振荡体
系作为研究对象，探索药物与人体生命活动的关系，为治疗疾病，科
学合理的使用中药提供信息。
The Chinese natural drugs play an important role in traditional medicine, which are one of the important weapons to cure diseases. They have powerful vital force and wide developmental future. The study of activity of natural drugs and the exploitation of new drugs by high-tech attract much attention of more and more scientists.
In this paper the bacteriostasic activity of four kinds of drugs including their effective components were studied by microcalorimetry. Using 2277 Thermal Activity Monitor, the power-time curves were determined and analyzed, and then the theoretical model and thermodynamic equation of bacterium growth were constructed. In addition BZ oscillating reaction of these drugs was studied in order to get more thermodynamic parameters. All of the above provide theoretical basis for syntheses of new medicine and reasonable usage of natural drugs. 1.The chief contents
1.1 The extraction of drugs
According to the methods in references, the effective components of drugs were extracted in suitable ways (e.g. distillation method, extraction, exchange process et al.).
1.2 The study of the regulation by which the E.coli. grows and metabolizes in culture medium containing drugs of different concentration
In order to find the regulation of the metabolization of E.coli. and the optimum concentration of drugs, drugs of different concentrations were put into the liquid culture medium containing E.coli. to get suspending liquid. The power-time curves of E.coli. at 310K were analyzed using Logistic equation so that the growth rate constant of E.coli. in drugs of different concentrations was obtained. Then the relationship between growth rate constant and concentration was fit by computer, so the optimum concentration was confirmed in theory.
1.3 The study of BZ oscillating systems of Chinese natural drugs
Oscillating range of drugs was determined by the electromotive force. From the oscillating curves, the induction periods and oscillating periods were obtained, and the order and activation energy of induction periods, the first and second oscillating periods were calculated. l.The main innovation of this paper
2.1 New methods
Microcalorimetric method is a new method for studying the resistance of Chinese national drugs to E. coli. Firstly, it can directly measure the thermodynamic process of system. Secondly, it can directly measure microbial structure and suspending liquid. Thirdly, after the measure finished, the intrinsic system isn't destroyed, and it can be continued to study. It cannot only afford thermodynamic data but also kinetic data, so microcalorimetric method is more convenient and credible than spectroscopic methodology and the bacteriostasic ring.
2.2 New systems
In recent years the study of Chinese natural drugs most focus on single effective component. There are few studies of inhibition to bacteria by calorimetry. In this paper, the drug and its effective components were taken as study object. Finally the regulations of the metabolism effect of E. coli. caused by the drugs. The study provides the theory base for the application and development of medicine:
2.3 The exploration of oscillation of drugs connecting with life science
There are few reports in the study of Chinese natural drugs in Nonlinear and nonequilibrium phenomena. Here we take the oscillating system of Chinese national drugs as research object and explore the relationship between drugs and life action. The results provide information for curing disease and using drugs reasonably.
本文应用微量量热法研究了四种中药及其有效成分对大肠杆菌代谢作用的影响，借助热活性检测仪对细菌的生长代谢过程进行热谱线的测定，分析谱图、构建细菌生长的理论模型和热动力学方程，进行热动力学性质的研究，同时对四种药物BZ振荡反应作了初步的探索，得到更多的热动力学的数据，为指导新药的合成和合理使用中药提供理论依据。
1．主要研究内容
1．1 药物成分的提取
根据文献方法，采用的适当的方法(蒸馏，萃取，交换等)对中药(茵陈、大黄、穿心莲、麻黄)的有效成分进行提取。
1．2 大肠杆菌在含有不同浓度药物的培养基中生长代谢规律的研究
为了确定药物对大肠杆菌代谢作用的规律和最佳用药浓度，分别将不用浓度的药液加入接入菌种的液体培养基中，形成悬浮液，测定了310K时大肠杆菌生长的热功率-时间曲线，用Logistic方程对细菌的指数生长期曲线进行处理，得到大肠杆菌在不同浓度药液中的生长速率常数，进而拟合出生长速率常数与浓度的关系，确定理论最佳用药浓度。
1．3 中药药液的BZ振荡体系的初步研究
用电动势法测定中药参与的BZ振荡反应，确定中药振荡的浓度范围，从振荡曲线上获得诱导期、振荡周期，从而计算出中药振荡体系的诱导期、第一振荡周期、第二振荡周期的反应级数与表观活化能。
2．本文创新之处
2．1 微热量热法为一种新的研究手段
微量量热法用于中草药对细菌的代谢作用的研究是一种新的手
段，首先它能直接监测生物体所固有的热力学过程;其次，可直接监
测微生物的组织和悬浮液;其三，热测量完毕之后，并没有破坏研究
体系，还可以补充必要的后继分析。它不仅能提供热力学数据，而且
可以提供动力学的信息。因此成为一种很有前途的研究手段，比抑菌
圈法、光谱法更加方便可靠。
2.2研究体系新
近年来对中药的研究多集中于某一种成分的活性研究，用量热法
在中药及其有效成分对细菌的抑制作用上研究较少，缺少系统性。本
文把中药及其活性成分作为研究体系，最终得到药物对大肠杆菌生长
代谢的规律，为药物的开发和应用提供了理论基础。
2.3与生命科学相关的中药振荡的探索
对于中药非平衡非线性现象报道很少。本文把中药参与的振荡体
系作为研究对象，探索药物与人体生命活动的关系，为治疗疾病，科
学合理的使用中药提供信息。
The Chinese natural drugs play an important role in traditional medicine, which are one of the important weapons to cure diseases. They have powerful vital force and wide developmental future. The study of activity of natural drugs and the exploitation of new drugs by high-tech attract much attention of more and more scientists.
In this paper the bacteriostasic activity of four kinds of drugs including their effective components were studied by microcalorimetry. Using 2277 Thermal Activity Monitor, the power-time curves were determined and analyzed, and then the theoretical model and thermodynamic equation of bacterium growth were constructed. In addition BZ oscillating reaction of these drugs was studied in order to get more thermodynamic parameters. All of the above provide theoretical basis for syntheses of new medicine and reasonable usage of natural drugs. 1.The chief contents
1.1 The extraction of drugs
According to the methods in references, the effective components of drugs were extracted in suitable ways (e.g. distillation method, extraction, exchange process et al.).
1.2 The study of the regulation by which the E.coli. grows and metabolizes in culture medium containing drugs of different concentration
In order to find the regulation of the metabolization of E.coli. and the optimum concentration of drugs, drugs of different concentrations were put into the liquid culture medium containing E.coli. to get suspending liquid. The power-time curves of E.coli. at 310K were analyzed using Logistic equation so that the growth rate constant of E.coli. in drugs of different concentrations was obtained. Then the relationship between growth rate constant and concentration was fit by computer, so the optimum concentration was confirmed in theory.
1.3 The study of BZ oscillating systems of Chinese natural drugs
Oscillating range of drugs was determined by the electromotive force. From the oscillating curves, the induction periods and oscillating periods were obtained, and the order and activation energy of induction periods, the first and second oscillating periods were calculated. l.The main innovation of this paper
2.1 New methods
Microcalorimetric method is a new method for studying the resistance of Chinese national drugs to E. coli. Firstly, it can directly measure the thermodynamic process of system. Secondly, it can directly measure microbial structure and suspending liquid. Thirdly, after the measure finished, the intrinsic system isn't destroyed, and it can be continued to study. It cannot only afford thermodynamic data but also kinetic data, so microcalorimetric method is more convenient and credible than spectroscopic methodology and the bacteriostasic ring.
2.2 New systems
In recent years the study of Chinese natural drugs most focus on single effective component. There are few studies of inhibition to bacteria by calorimetry. In this paper, the drug and its effective components were taken as study object. Finally the regulations of the metabolism effect of E. coli. caused by the drugs. The study provides the theory base for the application and development of medicine:
2.3 The exploration of oscillation of drugs connecting with life science
There are few reports in the study of Chinese natural drugs in Nonlinear and nonequilibrium phenomena. Here we take the oscillating system of Chinese national drugs as research object and explore the relationship between drugs and life action. The results provide information for curing disease and using drugs reasonably.
引文
[1] 刘庆玲 刘建华 刘金华等 生物学通报 2001，36(5)；45
[2] 林启寿编著 中草药成分化学 科学出版社 1977
[3] 肖崇厚编 中药化学 上海科学技术出版社 1997
[4] 肖崇厚编 中药提取鉴定原理 上海科学技术出版社 1983
[5] 赵陆华主编 高效液相色谱法分析中药成分手册 超星图书馆，1994
[6] 华辉 郭勇 广东药学 1999，9(4)；9
[7] 李苑 张敏 广东药学 1999，9(2)；4
[8] 马养民等 陕西林业科技 1997，1；75
[9] 孙文基主编 天然药物提取与分离 中国医药科技出版社 1999
[10] 刘劲松等 化学通报 1993．4；
[11] 刘义 谭安民 谢昌礼 物理化学学报 1996．12(5)；451
[12] 吴厚铭 化学进展 2000．12(4)；423
[13] 汤厚宽 何佶 谢昌礼等 湖北农学院学报 1998，18(4)；11
[14] 程知义等 微生物快速诊断技术，上海科学文献出版社，1981
[15] Boling, E. A. etal. Nature, 1973, 241: 472
[16] Wadso, I. Meth, Biochem. Anal., 1976, 23: 1
[17] Xie Changli, Qu Songsheng, et al.. Thermochimical Acta. 1988, 123: 33
[18] 屈松生，谢昌礼等，物理化学学报，1986，2(6)：481
[19] 南照东 相燕 张洪林等 四川大学学报(自然科学版) 1999．36(3)：616
[20] 南照东 相燕 曾宪成等 四川大学学报(自然科学版)1999．36 (4)：795
[21] 高培基 曲音波等 微生物生长与发酵工程 山东大学出版社 1990
[22] NanZhaodong, Zeng Xiancheng, Zhang Honglin. Thermochimica hcta, 2000, 351: 39
[23] 张洪林，生物工程学报，1994，4：742
[24] N. Barros, I. Gomez-orellana, S, Feijoo, R. Balsa, Thermochimica Acta. 1995, 249: 161
[25] N. Barros, S. Feijoo, R. Balsa, Thermochimica Acta., 1997, 296: 53
[26] 谢昌礼，汤厚宽，宋昭华等，物理化学学报，1991，4：471
[27] 刘永军，刘英，孙海涛等，物理化学学报，1997，7：637
[28] Delin, S., Wadso, M. et al. Sci. Tools, 1969, 16: 22
[29] Binford, J. S; Binford, L. F. andhadler, P. A., Amer J. Clin. Pathol. 1973, 59: 86
[30] P. A. Mardh; T. E. Anderson and I. Wadso, Antimicrobe. Ag. Chemother, 1976, 10: 604
[31] 韩公社，王保怀，张有民等，物理化学学报，1997，11：969
[32] 杨勇，段丽，张有民等，物理化学学报，2000，12：1073
[33] 董勤业，张有民，徐惠淑等，物理化学学报，1988，4(4)：430
[34] 颜承农，刘义，屈松生等，化学学报，1998，56(9)：833
[35] 刘义，冯英，屈松生等，化学学报，1996，54：1170
[36] 李曦，刘义，屈松生等，物理化学学报，2000，6：568
[37] 冯英，屈松生等，物理化学学报，1996，12(8)：746，
[38] 屈松生，谢昌礼等，物理化学学报，1996，3：229
[39] 刘永军，孙海涛，南照东等，物理化学学报，1995，10：941
[40] 李志萍，于秀芳，张洪林等。应用化学，1996，3(5)：114
[41] Zhang Honglin ,Yu Xiufang, Sun Haitao, et al. J. Therm. Anal. Cal. 1999, 58: 435.
[42] 许海涵 化学通报 化学振荡 1984(1)；26
[43] 李如生 化学通报 非平衡非线性现象和涨落化学1984(5)：41
[44] 徐济德 倪诗圣 汪明华 大学化学 1986，1(1)；36
[45] 原春兰 李宗孝 王见朝 物理化学学报 1994，10(1)87
[46] 陶庭先，吴之传，王胜等 安徽电机学院学报2002，17(1)；49
[47] Zhang, Hong-Lin Yu, Xiu-Fang Lu, Cheng-Xue Sun, Si-Xiu Gu, etal. Microcalorimetric Study on the Oscillating System of Tow-phase Reaction of Aqueous Acid with Primary Amine in Chloroform, Chinese Journal of Chemistry, 2003, 21(1); 36
[48] Z. Honglin Y. Xiufang, L. Xiangyang, S, Haitao, N, Yi, W. Lili et al., Microcalorimetric Study of The Oscillating Extraction System, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2002, 68; 931
[49] 李宗孝 原春兰，宝鸡文理学院学报(自然科学版)2000，20(2)；110
[50] 李宗孝 原春兰 物理化学学报 1999，15(8)；761
[51] 孙尔康，徐维清，邱金恒 编 物理化学实验 南京大学出版社1998
[52] 叶能胜 邹洪 朱若华等 化学教育 2000，(11)；1
[53] 国家自然科学基金重大研究计划《中医药学几个关键科学问题的现代研究》2002年项目申请指南
[54] 褚明艳，胡一桥，谭仁祥 中草药 1998，29(8)：564
[55] 曹来润 张洪林等 曲阜师范大学学报(自然科学版)1994，20(1)：71
[56] 高锦明，张鞍灵，张康健等．西北林学院学报 1999，14(2)； 73
[57] 彭平建．基层中药杂志 1998，12(4)；46
[58] 杨云 冯卫生主编 中药化学成分提取分离手册 中国中医药出版社 1998
[59] 李文圣 陈涛 时珍国医国药研究 1994，5(1)41：
[60] 吕志杰主编 大黄实用研究 中医古籍出版社 1994，9
[61] 李晓莹 黎知林 广东药学 1999，9(4)；27
[62] 中国医学科学院药物研究所编 穿心莲 人民卫生出版社1976，11
[63] 朱品业 刘国樵 中草药 1984 15(8)；
[64] 林文津，林励，陈康，基层中药杂志 2002，16(6)；48
[65] 刘国声，药学学报 1963，10(3)；147
[66] 董玉山，傅建熙，许平安等，河南林业科技，1999，19(4)；23
[2] 林启寿编著 中草药成分化学 科学出版社 1977
[3] 肖崇厚编 中药化学 上海科学技术出版社 1997
[4] 肖崇厚编 中药提取鉴定原理 上海科学技术出版社 1983
[5] 赵陆华主编 高效液相色谱法分析中药成分手册 超星图书馆，1994
[6] 华辉 郭勇 广东药学 1999，9(4)；9
[7] 李苑 张敏 广东药学 1999，9(2)；4
[8] 马养民等 陕西林业科技 1997，1；75
[9] 孙文基主编 天然药物提取与分离 中国医药科技出版社 1999
[10] 刘劲松等 化学通报 1993．4；
[11] 刘义 谭安民 谢昌礼 物理化学学报 1996．12(5)；451
[12] 吴厚铭 化学进展 2000．12(4)；423
[13] 汤厚宽 何佶 谢昌礼等 湖北农学院学报 1998，18(4)；11
[14] 程知义等 微生物快速诊断技术，上海科学文献出版社，1981
[15] Boling, E. A. etal. Nature, 1973, 241: 472
[16] Wadso, I. Meth, Biochem. Anal., 1976, 23: 1
[17] Xie Changli, Qu Songsheng, et al.. Thermochimical Acta. 1988, 123: 33
[18] 屈松生，谢昌礼等，物理化学学报，1986，2(6)：481
[19] 南照东 相燕 张洪林等 四川大学学报(自然科学版) 1999．36(3)：616
[20] 南照东 相燕 曾宪成等 四川大学学报(自然科学版)1999．36 (4)：795
[21] 高培基 曲音波等 微生物生长与发酵工程 山东大学出版社 1990
[22] NanZhaodong, Zeng Xiancheng, Zhang Honglin. Thermochimica hcta, 2000, 351: 39
[23] 张洪林，生物工程学报，1994，4：742
[24] N. Barros, I. Gomez-orellana, S, Feijoo, R. Balsa, Thermochimica Acta. 1995, 249: 161
[25] N. Barros, S. Feijoo, R. Balsa, Thermochimica Acta., 1997, 296: 53
[26] 谢昌礼，汤厚宽，宋昭华等，物理化学学报，1991，4：471
[27] 刘永军，刘英，孙海涛等，物理化学学报，1997，7：637
[28] Delin, S., Wadso, M. et al. Sci. Tools, 1969, 16: 22
[29] Binford, J. S; Binford, L. F. andhadler, P. A., Amer J. Clin. Pathol. 1973, 59: 86
[30] P. A. Mardh; T. E. Anderson and I. Wadso, Antimicrobe. Ag. Chemother, 1976, 10: 604
[31] 韩公社，王保怀，张有民等，物理化学学报，1997，11：969
[32] 杨勇，段丽，张有民等，物理化学学报，2000，12：1073
[33] 董勤业，张有民，徐惠淑等，物理化学学报，1988，4(4)：430
[34] 颜承农，刘义，屈松生等，化学学报，1998，56(9)：833
[35] 刘义，冯英，屈松生等，化学学报，1996，54：1170
[36] 李曦，刘义，屈松生等，物理化学学报，2000，6：568
[37] 冯英，屈松生等，物理化学学报，1996，12(8)：746，
[38] 屈松生，谢昌礼等，物理化学学报，1996，3：229
[39] 刘永军，孙海涛，南照东等，物理化学学报，1995，10：941
[40] 李志萍，于秀芳，张洪林等。应用化学，1996，3(5)：114
[41] Zhang Honglin ,Yu Xiufang, Sun Haitao, et al. J. Therm. Anal. Cal. 1999, 58: 435.
[42] 许海涵 化学通报 化学振荡 1984(1)；26
[43] 李如生 化学通报 非平衡非线性现象和涨落化学1984(5)：41
[44] 徐济德 倪诗圣 汪明华 大学化学 1986，1(1)；36
[45] 原春兰 李宗孝 王见朝 物理化学学报 1994，10(1)87
[46] 陶庭先，吴之传，王胜等 安徽电机学院学报2002，17(1)；49
[47] Zhang, Hong-Lin Yu, Xiu-Fang Lu, Cheng-Xue Sun, Si-Xiu Gu, etal. Microcalorimetric Study on the Oscillating System of Tow-phase Reaction of Aqueous Acid with Primary Amine in Chloroform, Chinese Journal of Chemistry, 2003, 21(1); 36
[48] Z. Honglin Y. Xiufang, L. Xiangyang, S, Haitao, N, Yi, W. Lili et al., Microcalorimetric Study of The Oscillating Extraction System, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2002, 68; 931
[49] 李宗孝 原春兰，宝鸡文理学院学报(自然科学版)2000，20(2)；110
[50] 李宗孝 原春兰 物理化学学报 1999，15(8)；761
[51] 孙尔康，徐维清，邱金恒 编 物理化学实验 南京大学出版社1998
[52] 叶能胜 邹洪 朱若华等 化学教育 2000，(11)；1
[53] 国家自然科学基金重大研究计划《中医药学几个关键科学问题的现代研究》2002年项目申请指南
[54] 褚明艳，胡一桥，谭仁祥 中草药 1998，29(8)：564
[55] 曹来润 张洪林等 曲阜师范大学学报(自然科学版)1994，20(1)：71
[56] 高锦明，张鞍灵，张康健等．西北林学院学报 1999，14(2)； 73
[57] 彭平建．基层中药杂志 1998，12(4)；46
[58] 杨云 冯卫生主编 中药化学成分提取分离手册 中国中医药出版社 1998
[59] 李文圣 陈涛 时珍国医国药研究 1994，5(1)41：
[60] 吕志杰主编 大黄实用研究 中医古籍出版社 1994，9
[61] 李晓莹 黎知林 广东药学 1999，9(4)；27
[62] 中国医学科学院药物研究所编 穿心莲 人民卫生出版社1976，11
[63] 朱品业 刘国樵 中草药 1984 15(8)；
[64] 林文津，林励，陈康，基层中药杂志 2002，16(6)；48
[65] 刘国声，药学学报 1963，10(3)；147
[66] 董玉山，傅建熙，许平安等，河南林业科技，1999，19(4)；23