基于CiteSpace和VOSviewer的抗菌药物治疗腹腔感染研究热点的可视化分析

曹泽锟, 苏奕晨, 谷俊远, 邓长辉

(1. 湖南中医药大学, 湖南 长沙, 410208; 2. 湖南中医药大学附属长沙医院, 湖南 长沙, 410015;3. 湖南省长沙市第三医院, 湖南 长沙, 410015)

腹腔感染是外科感染中最常见和最多发的类型,危害严重,具有较高的发病率和致死率[1]。腹腔感染的病原菌复杂多样,仅依靠手术治疗往往无法治愈,故抗菌药物的选用极其重要。然而,随着抗菌药物在临床中的大量使用,以铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯菌为代表的病原菌对抗菌药物的耐药率逐年上升[2]。本研究通过文献计量学方法对抗菌药物治疗腹腔感染的文献进行分析,旨在明确近年来腹腔感染的治疗方法以及相关抗菌药物的研究热点和未来趋势。CiteSpace软件[3]和VOSviewer[4]软件是可视化分析中常用的图谱工具,可通过对导入文献中的重要信息(国家、作者、机构、期刊的分布与合作情况,关键词等)进行可视化分析,使研究人员更直观地了解研究的热点和趋势。本研究应用CiteSpace软件、VOSviewer软件对腹腔感染的抗菌药物选择和应用进行文献计量与可视化分析,以期为相关研究人员提供借鉴和参考。

1 资料与方法

1.1 数据来源

以Web of Science(WOS)数据库为检索平台,选择核心合集(WOSCC)中的科学引文索引扩展 (SCI-E)数据库进行检索。检索关键词为腹腔感染、复杂腹腔感染、抗生素治疗,检索时间范围为2012年1月1日—2022年12月31日,文献语言限制为英语,共得到76 412篇文献。

1.2 文献筛选标准

1.2.1 纳入标准: 文献类别为微生物学或传染病或药理学或药学; 研究主题与抗生素治疗腹腔感染相关; 文献类型为论文或综述。

1.2.2 排除标准: 重复发表文献; 会议摘要等文献; 与抗生素治疗无关的文献; 非临床医学研究。

1.3 研究方法

将WOS中筛选出的文献以“全记录和引用的参考文献”形式及纯文本格式下载并保存。应用Scimago Graphica 1.0.26软件对国家间合作情况绘制地理图谱。应用VOSviewer 1.6.10软件对机构分布与合作进行分析,构建可视化网络。应用CiteSpace 6.1. R3软件对作者的分布与合作进行共现分析,对关键词进行共现和聚类分析并绘制共线图、聚类图、聚类时间线图和突现图。

1.4 可视化图谱分析

Scimago Graphica软件生成的国家地理图谱中,每个节点代表不同的国家,节点大小与该国家的文献发表量呈正相关; 节点之间的连线代表国家之间的合作,连线粗细代表合作的紧密程度。VOSviewer软件的共现分析图谱中,节点和字体大小代表出现的频率,节点间连线表示合作关系,粗细表示密切程度。Citespace软件的共现和聚类分析结果中,不同颜色表示不同年份,颜色越接近红色表示年份越近。外圈代表中心性,中心性越高说明该节点在研究中越重要[5]。聚类分析图谱中,观察聚类模块值(Q值)和聚类轮廓平均值(S值),前者表示聚类节点的关联,后者表示聚类主题的关联。突现图谱中,观察红色部分,其表示突现的时间范围。

2 结 果

2.1 发文量分布

经筛选,本研究最终纳入24 171篇文献,其中论文19 819篇、综述4 352篇。2012—2022年的发文量逐年增长, 2020—2022年这3年的发文量几乎占一半(10 168篇,占42.07%), 其中2022年(3 590篇,占14.85%)发文量最高,见图1。

图1 2012—2022年发文量分析

2.2 国家发文量及合作分析

本研究中, 24 171篇抗菌药物治疗腹腔感染相关文献共来自177个国家/地区,美国和中国分别以6 706篇和3 173篇发文量排名第1位和第2位(分别占27.74%和13.13%), 发文量排名第3的为英国(1 636篇,占6.77%), 见图2。发文量排名前10位的国家中,中国的发文量虽然高居第2位,但平均被引量最少,见表1。中国的发文量占比呈现逐年增长趋势,是上升速度最快的国家。Scimago Graphica软件绘制的国家合作地理图显示,中国与美国的合作最多,美国与欧洲国家的合作最为紧密,见图3。

表1 2012—2022年发文量排名前10位的国家

图2 2012—2022年不同国家的发文量分析

图3 发文国家间合作网络分析

2.3 机构发文量及合作分析

本研究中,抗生素治疗腹腔感染研究领域的文献发表共有78 376家机构参与。法国研究型大学联盟是该领域贡献最大的机构,共发表了749篇文献(发文量排名第1),被引量为19 259次(被引量排名第2); 美国加利福尼亚大学系统是被引量最多的机构(20 717次); 美国退伍军人事务部的发文量排名第8位,但其平均被引量(49.83次/篇)最高,见表2。VOSviewer可视化图谱显示,发文量多于100篇的52个机构之间聚类分析形成4个族群,其中墨尔本大学与莫纳什大学之间合作最为密切,中国的上海交通大学、复旦大学、首都医科大学、浙江大学之间联系密切,见图4。

表2 2012—2022年发文量排名前10位的机构

图4 研究机构聚类分析

2.4 作者发文量及合作分析

本研究24 171篇文献中参与的作者有114 989位,发文量排名前10位的作者中,美国作者BONOMO R A的发文量、总被引量和平均被引量均排名第1位,西班牙作者RODRGUEZ-BAO J(57篇)和澳大利亚作者PATERSON D L(54篇)的发文量分别排名第2位和第3位。见表3。

表3 2012—2022年发文量排名前10位的作者

通过CiteSpace对作者的合作网络进行可视化图谱分析,从中心性来看[6], BASSETTI M排名最高(0.21), 其后是RODRGUEZ-BAO J(0.19)、PATERSON D L(0.15), 表明其在这一领域对合作紧密的重视程度高,见图5。

图5 作者合作网络的可视化分析

2.5 期刊分析

本研究中的抗菌药物治疗腹腔感染相关文献发表于599种期刊,其中发文量排名前10位的期刊合计发文量多达6 946篇, 10种期刊的影响因子为3.7～15.5,其中ClinicalInfectiousDiseases的影响因子(15.446)和平均被引量(54.17次/篇)均最高,见表4。

表4 2012—2022年发文量排名前10位的期刊

2.6 研究热点和前沿分析

2.6.1 关键词共现分析: 该分析可反映研究主题和热点,其中节点大小可反映关键词出现频率。出现频率排名前5位的关键词分别为“感染”“抗生素耐药”“大肠杆菌”“铜绿假单胞菌”“管理”,见图6。

图6 关键词共现分析

2.6.2 关键词聚类分析和时间线图谱: 在关键词共现的基础上,基于CiteSpace聚类分析将相似的点聚在一起,识别出代表相似研究领域的集群,进而总结抗菌药物治疗腹腔感染研究的关注点。本研究排名前6位的聚类标签分别为“生物被膜”“抗菌药物管理”“抗生素耐药性”“肠道微生物群”“幽门螺杆菌”“黏菌素”。聚类的Q值为0.405 5(>0.3),S值为0.722 9(>0.5), 表明聚类结果划分良好,聚类合理,见图7A。关键词聚类的时间线图谱(图7B)可反映关键词随时间变化的情况, 2012—2014年集中出现大量高频热点关键词,其中出现频率超过100次的热点关键词约有80%产生于这一时期,如铜绿假单胞菌、葡萄球菌属、大肠埃希菌、耐药性、肺炎克雷伯菌等,这些关键词与其他关键词联系密切且持续至今,表明该研究方向虽趋于成熟,但仍然是后续新兴研究的工作基础。2012—2022年,#0类别中,以分子机制、抗生素耐受性、持久性细胞为代表的研究最为突出,表明细菌生物被膜水平上的耐药机制研究方向热度持续不减。2013—2015年,#1、#2、#3类别中出现部分热点聚焦现象,分别是临床实践指南、抗生素耐药基因和微生物菌群移植,表明临床实践指南的颁布在这一时期对抗菌药物管理研究具有重要意义,此外以耐碳青霉烯类药物为主的耐药基因研究开始兴起。肠道菌群移位是这一时期的重点研究方向,针对#4类别,2016年的克拉霉素耐药研究是最热的研究点。#5类别对碳青霉烯类、β内酰胺酶抑制剂的研究较为频繁。2018—2022年陆续出现一些新的热点关键词,如纳米银、次生代谢物、国际共识定义、全基因组测序、短链脂肪酸、机器学习,这些关键词的出现频次往往少于10次,与其他关键词的连线也较为稀疏,但可能是未来的研究重点方向。

2.6.3 突现词分析: 突现词是指在短时间内出现频率显著增加的关键词,突现度(Strength)越高的关键词越能代表这一时期的研究前沿。2012—2015年,突现词集中于腹泻、结肠炎、艰难梭菌、序贯治疗; 2016—2018年突现词集中于细菌的持续存在、飞行质谱法; 2019—2022年的突现词包括工具、艰难梭菌、设计、噬菌体、对齐、系统评价,见图8。

图8 排名前25位的关键词突现分析

3 讨 论

本研究结果显示,2012—2022年间,年发文量呈现逐渐增长趋势,说明该领域学者对抗菌药物治疗腹腔感染的探索一直在持续,腹腔感染仍是目前需要重点关注的疾病。各国发文量增长趋势显示,美国的发文量虽然在增加,但近年来占比正逐渐降低,说明其他各国对该领域的关注度正在提高。中国目前的发文量位居世界第2, 但文献平均被引量很低,说明研究质量仍有待提高,这可能与中国在该领域的研究起步较晚,合作网络较小有关。国家之间合作网络分析结果显示,该领域的研究主要集中于欧美国家,且合作网络呈群簇现象,中国与美国的合作较多,但与欧洲国家的联系仍有待加强。欧美国家机构间的合作很密切,拥有庞大的科研团体,而中国目前较突出的团队主要分布于江浙地区,以浙江大学、复旦大学和上海交通大学的合作为主。总体而言,中国的研究机构与国外研究机构的合作频率仍有提升空间,且需要提高研究数量和质量。

发文量排名前10位的期刊平均影响因子约为7分, JCR分区大多在Q1分区,且平均被引量都远高于其影响因子,可见抗菌药物治疗腹腔感染领域目前拥有较高的研究质量。作者合作网络分析结果显示, BASSETTI M的中心性最强,但此作者的发文量排名第9位,提示该研究者的论文质量可能很高。高发文量作者之间的合作也相对集中,美国BONOMO R A团队在该领域的成果最为突出,其发文量、被引频次也最高,再次提示合作的重要性,中国学者应学习国外团队的合作经验。

结合关键词的共现、聚类、突现分析,本研究认为抗菌药物治疗腹腔感染的热点可归纳为两大类,即细菌耐药机制研究(聚类#0、#2、#5)和消化系统感染疾病治疗(聚类#3、#4), 其中耐药机制研究主要分为细菌生物被膜(聚类#0)和耐药基因相关(聚类#2)研究方向。大肠杆菌、肺炎克雷伯菌、铜绿假单胞菌和鲍曼不动杆菌是被主要研究的细菌类别,这类细菌产生的生物被膜可对抗各种不利环境(营养缺乏或过剩、抗菌剂、氧化、低pH值等[7]),仍能形成菌落,导致传统抗生素治疗失败。因此,对生物被膜的耐药机制和新型疗法的研究应运而生,聚类#0中以胞外聚合物基质壳聚糖、低代谢低活性的持久细胞[8]和光动力疗法[9]、银纳米颗粒[10]以及噬菌体疗法[11]为主的新型疗法,未来将会在抗菌治疗中发挥重要作用。耐药基因方面,以聚类#2中黏菌素、替加环素、碳青霉烯类耐药基因的研究为主。聚类#3中的肠道菌群移位于2015年作为热点受到了人们的额外关注,肠道菌群主要由革兰阴性菌组成,菌群过度繁殖和移位产生大量内毒素,使肠黏膜通透性增加,促进内毒素入血,引发一系列机体反应。大量使用抗生素易引起菌群失调,使正常菌群减少或消失,过路菌大量繁殖,可引起艰难梭状杆菌感染而导致伪膜性结肠炎[12]; 抗生素能增加内毒素的释放,促进炎性介质生成,使肠黏膜通透性增加,增加了细菌移位的机会[13]。目前,微生态疗法在防治肠道细菌移位方面发挥着重要作用,补充正常肠道菌群或益生菌[14](双歧杆菌、乳酸菌等)可竞争性抑制侵袭性细菌的生长,有效防治菌群失调,而补充短链脂肪酸可保护肠道黏膜屏障[15]。聚类#4中,幽门螺杆菌、沙门氏菌[16]、艰难梭状杆菌[17]等肠道细菌感染所致腹痛、腹泻症状以及该类细菌的抗菌治疗也是目前被重视的研究方向。近年来,生物信息学相关研究逐渐发展,聚类#2中全基因测序[18]、细菌毒力基因[19]相关研究也得以大大进展。

抗菌药物和酶抑制剂的新组合是当前的研究前沿,这类新型β-内酰胺酶抑制剂组合对碳青霉烯耐药细菌具有很强的抗菌活性。研究[20]显示, 2021年肺炎克雷伯菌对亚胺培南和美罗培南的耐药率从2012年的10%左右上升到23%左右,如聚类#5所示,头孢他啶-阿维巴坦、头孢吡肟-阿维巴坦等新型β-内酰胺酶抑制剂组合近年来陆续被美国食品和药物管理局(FDA)批准用于治疗复杂性腹腔内感染和复杂性尿路感染,这类新型药物组合有望在未来成为对抗多重耐药细菌的主要治疗方案[21]。

综上所述,抗菌药物治疗腹腔感染的研究热度近年来呈上升趋势,抗生素耐药性、新抗生素研发、肠道细菌感染管理和治疗是今后研究的主要方向和热点,这或许可为相关科研工作者在选题和研究方向上提供借鉴和参考。由于选择数据具有局限性,纳入文献时间跨度较大,关键词表述存在相似现象,本研究分析结果可能存在一定偏差,但并不影响对抗菌药物治疗腹腔感染领域中重要研究方向的挖掘。