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Artículo de investigación
Este estudio aplicó enfoques de minería de datos para caracterizar los patrones de prescripción de medicina herbal china en la exacerbación aguda de la fibrosis pulmonar idiopática (AE-IPF). A partir de 84 prescripciones de la práctica clínica del profesor Xu Zhiying, se identificaron hierbas de alta frecuencia, combinaciones centrales y fórmulas potenciales, proporcionando conocimientos estructurados para la validación clínica y experimental futura.
La exacerbación aguda de la fibrosis pulmonar idiopática (EAAFPI) es una complicación potencialmente mortal con opciones terapéuticas efectivas limitadas y alta mortalidad. Aunque la medicina herbal china se utiliza cada vez más como un enfoque complementario, los patrones de prescripción y los principios terapéuticos potenciales de médicos experimentados en medicina tradicional china para la EAAFPI aún no han sido suficientemente caracterizados. Este estudio tuvo como objetivo caracterizar los patrones de prescripción de medicina herbal china utilizados por el profesor Xu Zhiying para la exacerbación aguda de la fibrosis pulmonar idiopática (EAAFPI) mediante técnicas de minería de datos. Se revisaron retrospectivamente los registros médicos de pacientes diagnosticados con EAAFPI tratados en el Hospital Provincial de Medicina Tradicional China de Zhejiang entre septiembre de 2019 y diciembre de 2020. Se recopilaron un total de 84 prescripciones de 42 pacientes y se introdujeron en la Plataforma de Herencia y Cálculo de Medicina Tradicional China. Las características de las prescripciones se analizaron mediante análisis de frecuencia, minería de reglas de asociación y agrupamiento jerárquico por entropía. Entre 112 medicamentos herbales identificados, la frecuencia acumulada alcanzó 3.004, y 22 hierbas se utilizaron más de 50 veces. Las hierbas más frecuentemente utilizadas incluyeron Radix Scutellariae, Bulbus Fritillariae Thunbergii Miq., Pinellia ternata, Forsythia suspensa, Radix et Rhizoma Salviae Miltiorrhizae y Magnolia officinalis. Las distribuciones predominantes en meridianos involucraron los meridianos del pulmón, estómago, bazo, hígado e intestino grueso. El análisis de reglas de asociación identificó 11 combinaciones herbales principales con valores de soporte entre 50 y 84, valores de confianza entre 0,82 y 1,00 y valores de elevación superiores a 1, lo que indica asociaciones positivas estables entre las combinaciones herbales. El agrupamiento jerárquico por entropía generó además cuatro fórmulas candidatas caracterizadas por efectos de eliminación del calor, resolución de flema, eliminación de toxinas y fortalecimiento del bazo. Este estudio caracterizó sistemáticamente los patrones de prescripción de expertos para la EAAFPI y proporciona hipótesis para validaciones clínicas y experimentales posteriores.
La fibrosis pulmonar idiopática (FPI) es el tipo más común de neumonía intersticial idiopática. Este trastorno pulmonar fibrótico progresivo e irreversible está impulsado por lesión epitelial, activación de fibroblastos y depósito excesivo de matriz extracelular, lo que finalmente conduce a una disminución de la función pulmonar y a insuficiencia respiratoria1. A pesar de los avances en terapias antifibróticas, incluyendo pirfenidona y nintedanib, el pronóstico clínico de la FPI sigue siendo desfavorable, especialmente entre los pacientes que experimentan exacerbación aguda de FPI (EA-FPI), un evento clínico devastador caracterizado por deterioro rápido y alta mortalidad. Sus manifestaciones clínicas incluyen disnea progresiva y disminución de la función pulmonar, entre otras2. Actualmente, la tasa de incidencia de FPI está en aumento, con una incidencia anual global que oscila entre 0,2 y 93,7 por cada 100 000 personas3. Durante la EA-FPI, se produce una intensificación rápida de la respuesta inflamatoria, que implica apoptosis excesiva de células epiteliales alveolares, inflamación neutrófila y activación anormal de citocinas como IL-23 e IL-17A4, lo que con frecuencia conduce a la muerte por insuficiencia respiratoria, con una tasa de mortalidad tan alta como del 50 %5. Sin embargo, las estrategias terapéuticas actuales para la EA-FPI siguen siendo insuficientes. Aunque los corticosteroides se utilizan ampliamente en la práctica clínica, su eficacia es controvertida y el tratamiento inmunosupresor puede ir acompañado de efectos adversos considerables6,7. Además, no se ha establecido ninguna intervención farmacológica estandarizada que prevenga eficazmente la progresión de la enfermedad o mejore la supervivencia durante los episodios de EA-FPI. Por lo tanto, la identificación de nuevas estrategias terapéuticas con potencial regulador multiobjetivo se ha convertido en una prioridad importante de investigación.
En el manejo clínico a largo plazo de la fibrosis pulmonar idiopática (FPI), la medicina tradicional china (MTC) ha sido investigada cada vez más como un enfoque terapéutico complementario. De acuerdo con la teoría de la MTC, la patogénesis fundamental de la FPI es la obstrucción de los colaterales pulmonares. La exacerbación aguda de la FPI (AE-FPI) suele manifestarse como patrones tales como flema turbia que obstruye el pulmón, flema y calor entrelazados, o deficiencia dual de Qi y Yin8,9. Cada vez hay más evidencia que sugiere que las fórmulas compuestas de hierbas chinas basadas en la diferenciación del síndrome pueden regular las respuestas inflamatorias, el estrés oxidativo, el desequilibrio inmunitario y la progresión fibrosa mediante mecanismos multicomponente y multitarget. Varios estudios clínicos y experimentales han indicado beneficios potenciales de la medicina a base de hierbas chinas para mejorar los síntomas respiratorios y retrasar la progresión de la fibrosis pulmonar. Sin embargo, la mayoría de los estudios previos se han centrado en la FPI en fase estable, mientras que los principios terapéuticos y las características de las prescripciones dirigidas específicamente a la AE-FPI permanecen insuficientemente investigados. Combinaciones de hierbas tonificantes (como Astragalus membranaceus), hierbas que resuelven la flema (como Bulbus Fritillariae Thunbergii Miq.) y hierbas que eliminan el calor (como Radix Scutellariae) pueden aliviar significativamente los síntomas clínicos en pacientes con FPI10,11. No obstante, aún persisten varias lagunas importantes de conocimiento. En primer lugar, los estudios existentes sobre medicina a base de hierbas chinas para la FPI se centran principalmente en el manejo de enfermedades crónicas, mientras que las investigaciones sistemáticas dirigidas a la fase de exacerbación aguda son limitadas. En segundo lugar, la experiencia clínica tradicional a menudo se transmite mediante informes de casos individuales o consensos de expertos, y aún faltan enfoques objetivos para identificar patrones de prescripción y combinaciones centrales de hierbas. En tercer lugar, los principios posibles de medicación y las fórmulas candidatas utilizadas por médicos experimentados para la AE-FPI no han sido suficientemente caracterizados mediante enfoques analíticos modernos. La evidencia actual se centra predominantemente en la fase estable de la FPI, con una falta de exploración sistemática de los patrones de diferenciación del síndrome, los principios de medicación y los mecanismos de acción durante la AE-FPI12. Además, la transmisión de fórmulas empíricas tradicionales suele depender de resúmenes de casos, y los análisis de minería de datos con muestras grandes son escasos, lo que dificulta la estandarización y difusión de la experiencia en MTC13,14.
La profesora Xu Zhiying, especialista sénior en medicina respiratoria del Hospital Provincial de Medicina Tradicional China de Zhejiang, ha acumulado una amplia experiencia clínica en la diferenciación de síndromes y manejo de prescripciones para enfermedades pulmonares intersticiales, incluyendo la FPI y la exacerbación aguda de la FPI (AE-FPI)11. Su enfoque terapéutico integra teorías tradicionales de la MTC, como el calor-flema que obstruye el pulmón y la obstrucción de los colaterales pulmonares, junto con una toma de decisiones clínicas individualizada. Estudios previos han indicado que la experiencia en prescripción de médicos expertos en MTC puede ofrecer información valiosa para la estandarización y transmisión de estrategias complejas de tratamiento con hierbas mediante enfoques de minería de datos. Sin embargo, el presente estudio no pretende establecer las prescripciones de la profesora Xu como reglas terapéuticas universales ni confirmar su eficacia clínica, sino caracterizar sistemáticamente sus patrones de prescripción como una experiencia clínica representativa para la generación y validación futura de hipótesis. Los métodos de minería de datos (MD) proporcionan un enfoque sistemático para analizar conjuntos de datos clínicos complejos y extraer patrones terapéuticos ocultos11. A través del análisis de reglas de asociación, algoritmos de agrupamiento y visualización de redes, las técnicas de MD pueden identificar hierbas de alta frecuencia, combinaciones centrales y fórmulas potencialmente novedosas, facilitando así la transformación del conocimiento clínico empírico en estrategias terapéuticas estructuradas y basadas en evidencia13,14. Por tanto, este estudio tuvo como objetivo caracterizar sistemáticamente los patrones de prescripción de medicina herbal china utilizados por la profesora Xu Zhiying en el tratamiento de la AE-FPI, basándose en técnicas de minería de datos. Específicamente, se centró en identificar las hierbas más frecuentes, los patrones de asociación y las combinaciones de fórmulas potenciales, sin evaluar la eficacia terapéutica. Los resultados buscan proporcionar información estructurada sobre la experiencia clínica de expertos y generar hipótesis para validaciones clínicas y experimentales posteriores. Se planteó la hipótesis de que el análisis mediante minería de datos podría revelar características consistentes en las prescripciones, identificar combinaciones centrales de hierbas y proponer fórmulas candidatas que reflejen los principios terapéuticos en el manejo de la AE-FPI. La novedad de este estudio radica en su enfoque en la fase de exacerbación aguda de la FPI, en la integración de datos clínicos de prescripción a gran escala con enfoques analíticos modernos y en la identificación sistemática de reglas terapéuticas a partir de la experiencia de un clínico experto. Estos hallazgos podrían proporcionar información estructurada sobre las características de las prescripciones y apoyar futuros estudios de validación clínica y experimental.
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Este estudio fue aprobado por el Comité de Ética del Hospital Afiliado Número Uno de la Universidad de Medicina China de Zhejiang (Número de aprobación: 2020-KL-072-01). Debido al carácter retrospectivo del estudio y al uso de historiales médicos existentes, se dispensó el consentimiento informado. Se mantuvo la confidencialidad de los pacientes durante todo el proceso de extracción y análisis de datos, y únicamente se utilizó información desidentificada con fines de investigación.
fuente de datos
Se revisaron retrospectivamente los registros médicos de pacientes diagnosticados con FPI-AG tratados por el profesor Xu en el Hospital Provincial de Medicina Tradicional China de Zhejiang desde septiembre de 2019 hasta diciembre de 2020. Inicialmente se seleccionaron un total de 96 pacientes con FPI-AG. Tras aplicar los criterios predefinidos de inclusión y exclusión, se incluyeron 42 pacientes elegibles y se obtuvieron 84 recetas completas de medicina herbal china para el análisis posterior mediante minería de datos. Las 84 recetas procedían de 42 pacientes, siendo cada receta un ajuste clínico independiente basado en la diferenciación de síndromes y que reflejaba decisiones reales de prescripción durante el período de tratamiento de la FPI-AG. Cada receta se consideró como una unidad analítica independiente, y todas las recetas procedían de la práctica clínica real durante la fase de exacerbación aguda. Criterios diagnósticos: El diagnóstico de FPI-AG se estableció según los criterios diagnósticos para enfermedades pulmonares intersticiales publicados por la Sociedad Respiratoria Europea (ERS) y la Sociedad Torácica Americana (ATS) en 201815, así como el Consenso de Expertos Chinos sobre el Diagnóstico y Tratamiento de la Exacerbación Aguda de la Fibrosis Pulmonar Idiopática formulado por el Grupo de Enfermedades Pulmonares Intersticiales de la Sociedad Torácica China16. Los criterios de inclusión incluían: cumplir con los criterios diagnósticos para FPI y encontrarse en la fase de exacerbación aguda; cumplir con los criterios diagnósticos para FPI-AG según la teoría de estadios del profesor Xu para el tratamiento de la FPI, con la diferenciación de síndromes de medicina tradicional china identificada como calor-flema obstruyendo el pulmón o flema-humedad obstruyendo el pulmón; haber experimentado un empeoramiento respiratorio típico o deterioro agudo dentro del último mes; tomografía computarizada de alta resolución (HRCT) que revelara opacidades en vidrio esmerilado nuevas o consolidaciones superpuestas a reticulaciones o fibrosis en panal preexistentes; ausencia de infección pulmonar confirmada. Los criterios de exclusión incluían pacientes con enfermedades primarias graves como trastornos cardiovasculares o cerebrovasculares, enfermedades del sistema hematopoyético o enfermedades psiquiátricas; pacientes con enfermedad cardíaca pulmonar o insuficiencia respiratoria asociadas; mujeres embarazadas o en período de lactancia, y aquellas con alergia conocida a algún componente del medicamento del estudio; pacientes con baja adherencia (incapacidad para seguir el tratamiento según lo requerido, o interrupción voluntaria del tratamiento).
Dado que este fue un estudio observacional retrospectivo basado en registros médicos existentes, no fue aplicable la aleatorización ni el enmascaramiento. El diseño del estudio se centró en identificar patrones de prescripción en lugar de evaluar la eficacia del tratamiento. Por lo tanto, los resultados clínicos, como la tasa de mejoría de los síntomas, la duración de la hospitalización y los puntos finales predefinidos, no se analizaron en este estudio de minería de datos.
Normalización de la Nomenclatura de la Medicina Herbolaria China
La nomenclatura de los medicamentos herbales se estandarizó de acuerdo con la Farmacopea China (edición 2015)17 y la segunda edición de Materia Médica China (edición del Nuevo Milenio)18. Cada hierba se convirtió en un formato codificado unificado antes del análisis estadístico. Diferentes sinónimos, formas de procesamiento y variaciones regionales de denominación que se refieren al mismo material medicinal se fusionaron en una única entrada estandarizada. El conjunto de datos estandarizado final fue revisado independientemente por dos investigadores antes de ser importado a la plataforma de análisis. Los materiales medicinales sin métodos de procesamiento especificados, como raíz de peonía blanca, ródizoma de atractilodes blanco y Ephedra, se registraron en su forma cruda. Para las hierbas con múltiples nombres que no afectan su eficacia o indicaciones, se aplicó un criterio unificado de nomenclatura.
Entrada y verificación de la receta
Los medicamentos seleccionados se ingresaron en una plataforma informática de análisis de prescripción y herencia de medicina tradicional china para su posterior análisis de minería de datos. Para garantizar la integridad y precisión, se implementó un procedimiento estandarizado de gestión de datos. Dos investigadores independientes realizaron por separado la extracción y el ingreso de datos, y las discrepancias fueron revisadas y resueltas por un clínico senior con más de 15 años de experiencia en medicina respiratoria y práctica de medicina tradicional china. La información de las recetas extraída se verificó cruzadamente con los registros médicos electrónicos originales. Se excluyeron del análisis los registros con componentes de receta incompletos, nombres de hierbas poco claros o información de medicación inconsistente. Los patrones de prescripción de medicamentos se exploraron mediante las funciones de análisis de casos médicos y análisis de recetas de la plataforma de minería de datos.
Flujo de trabajo de minería de datos y evaluación de resultados
El flujo de trabajo analítico general constó de cuatro pasos secuenciales. Primero, se importaron los datos estandarizados de prescripciones a la plataforma informática de minería de datos de medicina tradicional china. Segundo, se realizó un análisis de frecuencia para identificar las hierbas comúnmente utilizadas, considerando la frecuencia de uso de hierbas y la frecuencia acumulada de aplicación como las principales medidas de resultado. Tercero, se llevó a cabo un análisis de reglas de asociación basado en el algoritmo Apriori para identificar combinaciones centrales de hierbas, utilizando los valores de soporte y confianza como indicadores cuantitativos de evaluación. Finalmente, se realizó un análisis de agrupamiento basado en entropía para generar fórmulas potencialmente nuevas, y las combinaciones extraídas se interpretaron de acuerdo con la teoría de la MTC y evidencia farmacológica previa.
Dado que este estudio tuvo como objetivo identificar patrones de prescripción en lugar de comparar los efectos de intervenciones, no resultaron aplicables las estadísticas convencionales de prueba de hipótesis. Se realizaron análisis estadísticos descriptivos para resumir las frecuencias de hierbas y las categorías terapéuticas. La solidez de las reglas de asociación se evaluó mediante múltiples indicadores cuantitativos, incluyendo soporte, confianza y elevación. El soporte reflejó la frecuencia de aparición de combinaciones de hierbas, la confianza representó la probabilidad condicional entre hierbas asociadas, y los valores de elevación superiores a 1 indicaron correlaciones positivas más allá de la coocurrencia aleatoria. Estos parámetros cuantitativos se utilizaron para evaluar la fuerza y la fiabilidad de los patrones de prescripción identificados. La intensidad de la asociación se evaluó cuantitativamente mediante los valores de soporte, confianza y elevación, mientras que los parámetros de agrupamiento basados en entropía se emplearon para identificar combinaciones potenciales de fórmulas.
Análisis de frecuencia de hierbas
La frecuencia de las hierbas se definió como el recuento acumulado de la aparición de cada hierba en las 84 prescripciones. Se realizó un análisis de frecuencia mediante PivotChart de Excel para clasificar las hierbas según su número total de apariciones, y se elaboró una lista de alta frecuencia con las hierbas que presentaron las frecuencias más elevadas. Con base en estos resultados de frecuencia, analizamos además las propiedades medicinales de las hierbas, incluyendo las cuatro naturalezas (frío, caliente, tibio, fresco), los cinco sabores (ácido, amargo, dulce, picante, salado) y la tropismo meridiano (por ejemplo, meridianos del pulmón, del bazo), con el fin de resumir las características generales de las prescripciones y los principios de compatibilidad desde la perspectiva de la teoría de las propiedades en la medicina tradicional china.
Análisis de las normas sobre medicamentos recetados
Se realizó un análisis de reglas de asociación utilizando el algoritmo Apriori en el software IBM SPSS Modeler. Cada prescripción se trató como una “transacción” y cada hierba como un “ítem”. Se exploraron combinaciones frecuentes de fármacos y sus relaciones internas mediante análisis de redes complejas. Los parámetros principales se definieron previamente al análisis. El umbral mínimo de soporte se estableció en 50 prescripciones, asegurando que solo se conservaran combinaciones de hierbas observadas con frecuencia. Dado que el conjunto de datos comprendía 84 prescripciones, la frecuencia absoluta de soporte no podía exceder las 84 ocurrencias. El umbral de confianza se fijó en 0,8, lo que significa que cuando aparecía la hierba A, la probabilidad de co-ocurrencia de la hierba B superaba el 80 %, garantizando así la fiabilidad de las reglas de asociación extraídas. Sin embargo, dado que la confianza es asimétrica y puede verse influenciada por la frecuencia basal de la hierba consecuente, se calcularon adicionalmente los valores de elevación (lift) para determinar si la co-ocurrencia observada superaba las expectativas aleatorias. Un valor de lift mayor que 1 indicaba una asociación positiva, un valor igual a 1 indicaba independencia, y un valor menor que 1 indicaba una asociación negativa. Se consideraron significativas y se conservaron para su interpretación aquellas reglas que cumplían con los criterios de soporte ≥50, confianza ≥0,80 y lift >1. Las reglas conservadas se exportaron y ordenaron según los valores de soporte, confianza y lift para resumir sistemáticamente las combinaciones principales de hierbas y los patrones potenciales de compatibilidad para la EPI-AE.
Análisis de fórmula novedosa
Posteriormente, se realizó un análisis de fórmulas novedosas mediante el método de agrupamiento por entropía de sistemas complejos. Este análisis se llevó a cabo utilizando una plataforma informática de minería de datos de medicina tradicional china. En primer lugar, empleando la matriz de datos fórmula–hierba construida previamente, se estableció el grado de correlación en 8 para controlar el número y la cohesión de las combinaciones centrales de hierbas, y el grado de penalización en 2 para restringir la intensidad de asociación, garantizando así la racionalidad clínica de las combinaciones extraídas. Tras la configuración de parámetros, se utilizó la función “Extraer combinaciones” del software para identificar automáticamente combinaciones centrales implícitas y altamente correlacionadas entre las hierbas, basándose en el método mejorado de información mutua y en el algoritmo de agrupamiento por entropía compleja. La plataforma luego agrupó e integró estas combinaciones centrales para generar finalmente fórmulas potencialmente novedosas para el tratamiento de la EPI-FA. La fiabilidad de las combinaciones centrales extraídas y de las fórmulas candidatas se evaluó además mediante tres enfoques: evaluación de la consistencia con los resultados de hierbas de alta frecuencia; comparación con los principios terapéuticos clásicos de la MTC para la EPI-FA; e interpretación basada en mecanismos farmacológicos previamente descritos de hierbas representativas. Estos procedimientos se utilizaron como métodos de validación interna para mejorar la interpretabilidad clínica de los patrones de prescripción identificados.
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Análisis de frecuencia de hierbas
Se identificaron un total de 112 tipos de hierbas a partir del mismo conjunto de datos analíticos compuesto por 84 prescripciones de medicina tradicional china derivadas de 42 pacientes con EPI-FA. Se realizó un análisis de frecuencia en este conjunto de datos para caracterizar la distribución general y los patrones de recurrencia del uso de hierbas. De las 112 medicinas herbales identificadas, 22 hierbas se utilizaron más de 50 veces. Las sie...
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La fibrosis pulmonar idiopática (IPF) es una enfermedad pulmonar fibrosa crónica y progresiva, y una afección refractaria del sistema respiratorio. Se produce principalmente por una estructura anormal del tejido pulmonar y la deposición de matriz extracelular en los pulmones19. Los pacientes con IPF suelen presentar características típicas, como inflamación crónica, disminución de la función pulmonar y fibrosis pulmonar20. Mediante métodos de minería de datos, este estudio ...
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Los autores declaran que no tienen conflictos de interés.
Este estudio recibió financiamiento del proyecto de investigación sobre el patrón de medicación del tratamiento por etapas de la fibrosis intersticial pulmonar idiopática del profesor Xu Zhiying, basado en métodos de minería de datos (Número de proyecto: 2020ZB094).
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Sistema de historial médico electrónico | Zhejiang Provincial Hospital of Traditional Chinese Medicine | N/A | Sistema de información hospitalaria; Base de datos clínica interna |
| IBM SPSS Modeler | IBM Corp., Armonk, NY, USA | Version 18.0 | IBM SPSS Modeler 18.0 |
| Microsoft Excel | Microsoft Corporation, USA | Microsoft Office 2019 | Paquete de Microsoft Office |
| Plataforma de Herencia y Computación en Medicina Tradicional China | China Academy of Chinese Medical Sciences | Version 3.5 | Plataforma de software comercial |
| Plataforma de Herencia y Computación en Medicina Tradicional China | China Academy of Chinese Medical Sciences | Version 2.5 | Plataforma de software comercial |
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