傷口生物膜研究的可視化分析

林慧慧,陳麗娟,2*,申嘉麗,江鴻展

1.福建中醫(yī)藥大學護理學院,福建350122;2.廈門大學附屬中山醫(yī)院

傷口是指因物理、化學物質及生理異常(如局部血供障礙)等各種因素破壞皮膚(活組織),并伴有一定的皮膚正常功能受損和正常組織丟失。在英國,有傷口病人達到380萬例,約占成年人的7%;后期用于傷口護理的費用達到83億英鎊,比5年前增加了48%[1]。而我國因車禍等各種原因導致的創(chuàng)傷傷口達6 200萬例次/年[2]。影響愈合的因素有傷口局部溫度、濕度、壓力等,其中生物膜(biofilm)是重要的因素,生物膜指一些具有遺傳多樣性的復雜的微生物結構,它們通常附著在某些物體表面,或是埋在細胞外基質(ECM)中[3]。生物膜能促進細菌感染而導致炎癥、成纖維細胞功能受損、血管生成減少、周圍組織的側支損傷及延遲愈合。若因生物膜處理不當使傷口感染持續(xù)存在,則會導致截肢和其他并發(fā)癥,如敗血癥、多器官衰竭,甚至死亡[4]。因此,越來越多研究者關注傷口生物膜,但目前對傷口生物膜相關的可視化分析較少,因此,本研究基于Web of Science(WoS)核心集數據庫對傷口生物膜進行計量學分析,對相關文獻的年度發(fā)文量、發(fā)文作者、發(fā)文期刊、發(fā)文國家及機構、關鍵詞共現、文獻共被引以及研究前沿進行分析,直觀地展示其研究現況、知識基礎、研究熱點和發(fā)展趨勢,為傷口生物膜的診斷、治療、護理和預防等提供理論支撐。

1 資料與方法

1.1 數據來源

本研究數據來源于美國科技信息所推出的WoS。文獻數據的檢索、下載與導出時間均為2022年4月10日,檢索式為:(TS=(biofilm*)) AND TS=("wound*" OR "diabetic foot" OR "diabetic feet" OR "foot ulcer*" OR "leg ulcer*" OR "VLU" OR "feet ulcer*" OR "ALU" OR "pressure ulcer*" OR "pressure injury" OR "PI")。文獻類型設定為“article”,語言選擇為“English”,時間跨度為2003年1月1日—2022年4月10日。納入標準:1)與傷口生物膜相關的文獻;2)文獻類型為article;3)語種為英文。文獻的排除標準:1)重復發(fā)表的文獻;2)會議論文。最終共納入2 050篇文獻。

1.2 數據處理

將WoS數據庫中獲得的論文年度分布、被引次數等信息導出為Excel文檔進行整理分析;此外,按每次500條,分5次導出文獻全部信息(full record and cited references),按照“download_1-500”的格式命名與保存,以便進一步分析。

1.3 統計學方法

使用CiteSpace 5.8.R3、VOSviewer 1.6.18及Excel進行數據分析。分析發(fā)文作者、期刊、國家及機構時,運用VOSviewer結合Excel進行統計及可視化;進行關鍵詞及文獻共被引的CiteSpace可視化分析時,時間切片均選擇為1年,網絡裁剪選擇Pathfinder、Pruning the sliced networks及Pruning the merged network。使用關鍵詞及對數似然比(LLR)算法進行聚類標簽,其他均設置為默認值。

2 結果

2.1 年度發(fā)文量

根據WoS數據庫中的引文分析報告可知,2003年1月1日—2022年4月10日發(fā)文量為2 050篇,平均每年103篇,被引頻次共計49 125次,平均每年引用次數為2 456次,傷口生物膜研究的發(fā)文量見圖1。2003—2021年傷口生物膜研究的發(fā)文量總體呈上升趨勢,在2003—2006年發(fā)文量增長緩慢,在2006年之后,發(fā)文量增長速度加快。

圖1 傷口生物膜研究的發(fā)文量趨勢

2.2 作者

表1 傷口生物膜研究綜合指數排名居前10位的核心作者

圖2 傷口生物膜研究的作者合作網絡圖譜

2.3 發(fā)文期刊

對文獻所屬期刊進行統計,發(fā)現近20年來該領域的論文共發(fā)表在575種刊物上,主要涉及生物醫(yī)學領域,發(fā)文量居前10位的期刊見表2。其中發(fā)文量≥50篇的期刊有4種,分別為:JournalofWoundCare,InternationalWoundJournal,WoundRepairandRegeneration,PLoSOne,發(fā)文量依次為100篇、69篇、59篇及57篇。發(fā)文量居前10位期刊的影響因子為1.441～10.383分,有2種綜合性期刊,有2種工程技術類期刊,說明傷口生物膜領域與其他領域有學科交叉,而學科的交叉融合能夠推動知識發(fā)展與技術創(chuàng)新,更易發(fā)生知識突破,從而使學科得到質的飛躍[7]。

表2 傷口生物膜研究載文量居前10位的期刊

2.4 發(fā)文國家/地區(qū)及機構

本研究對91個國家、2 634個機構的發(fā)文量進行了分析。首先,通過VOSviewer對發(fā)文量≥63篇的國家/地區(qū)進行篩選,結果見表3。發(fā)文量居前3位的國家分別為美國(679篇)、中國(259篇)及英格蘭(178篇),其中美國的發(fā)文量最多,占該領域總發(fā)文量的33.12%;中國的發(fā)文量排名第2位,但篇均被引頻次只有19.69次,說明文章的質量及影響力有待提高?？偙灰螖底疃嗟膰覟槊绹?獲得了22 514次的引用,篇均被引頻次達33.16次;而篇均被引次數最多的為威爾士,63篇文獻獲得了2 415次引用,篇均被引次數達到38.33次。

應用VOSviewer將發(fā)文量>10篇的機構進行可視化,見圖3。發(fā)文量≥20篇的10所機構見表4。高生產力的機構主要集中在美國,可見美國的科研實力雄厚。但發(fā)文量最多的機構為丹麥的哥本哈根大學,共發(fā)表40篇論文,獲得了2 207次引用,篇均被引次數達到55.18次;發(fā)文量第2位～第5位的分別為美國的德州理工大學(39篇)、蒙大拿州立大學(35篇)、佛羅里達大學(34篇)及中國的中國科學院(31篇)。美國蒙大拿州立大學為篇均被引次數最多的機構,35篇文獻獲得了2 665次引用,篇均被引次數達到了76.14次。

表4 傷口生物膜研究發(fā)文量≥20篇的10所機構

圖3 傷口生物膜領域機構合作網絡圖譜

2.5 關鍵詞可視化

將節(jié)點類型(Node Types)選擇為關鍵詞(Keyword),對2 050篇文獻進行CiteSpace的可視化分析,調整頻次為≥100,可得關鍵詞共現圖譜,見圖4。其中“N”代表節(jié)點,關鍵詞的字號及圓圈越大,表明該關鍵詞出現的頻率越高,越能代表領域熱點;“E”代表連線,節(jié)點之間的連線代表關鍵詞之間的聯系,連線越粗,說明在同一篇文獻中出現的頻率越高[8]。該領域的關鍵詞圖譜中出現了640個節(jié)點、1 224條連線。其中頻次排名居前5位的關鍵詞是生物膜(biofilm)(456次)、銅綠假單胞菌(pseudomonas aeruginosa)(336次)、感染(infection)(323次)、金黃色葡萄球菌(staphylococcus aureus)(310次)、體外培養(yǎng)(in vitro)(255次);中介中心性排名居前5位的關鍵詞為抗菌藥物耐藥性(antimicrobial resistance)(0.19)、粘附性(adherence)(0.18)、燒傷傷口(burn wound)(0.16)、體外培養(yǎng)(in vitro)(0.15)、敷料(dressing)(0.15)。

圖4 傷口生物膜研究的關鍵詞共現圖譜

將關鍵詞按LLR算法進行聚類,得到24個高度重疊的聚類群,見圖5。當模塊值(Q值)>0.3,平均輪廓值(S值)>0.7時,聚類結構是顯著且令人信服的[8]。圖5的Q值=0.809,S值=0.906 2,因此該聚類圖譜的聚類結構十分顯著,且結果令人信服。#0～#5聚類分別為銅綠假單胞菌(pseudomonas aeruginosa)、糖尿病病人(diabetic patient)、活體兔耳模型(vivo rabbit ear model)、葡萄球菌群體(staphylococcal quorum)、色氨酸末端標記(tryptophan end-tagging)、慢性綠膿桿菌生物膜感染(chronic pseudomonas aeruginosa biofilm infection)。

圖5 傷口生物膜研究的關鍵詞聚類圖譜

2.6 文獻共被引

被引量排名居前10位的文獻見表5。對文獻共被引進行聚類得到圖6。網絡節(jié)點數量為1 057個,連線2 177條,共得到25個聚類;Q值=0.894 7,S值=0.933 2,說明該圖劃分的結構是顯著的。#0～#5聚類分別為活體豬模型(vivo porcine model)、二氧化釕(ruthenium dioxide)、傷口衛(wèi)生(wound hygiene)、脫乙酰殼多糖水凝膠(in-chitosan hydrogel)、優(yōu)先效應(priority effect)、人類療法(human therapy)。

表5 傷口生物膜領域被引量排名居前10位的文獻

圖6 傷口生物膜研究的文獻共被引聚類圖譜

2.7 關鍵詞突現

傷口生物膜研究的突現圖見圖7(其中紅色線段對應術語發(fā)生突現的持續(xù)時間;藍色線段為研究期間不發(fā)生突現的時間)。2009年以后,越來越多人關注到傷口生物膜,且研究熱點集中在抗菌機制及效能,生物膜的結構、種類及診斷,生物膜引起傷口難以愈合的相關病理及生理研究。2020年以來,熱點術語為活性氧物種(reactive oxygen species)、愈合過程(healing process)、一氧化氮(nitric oxide)、臨床應用(clinical application)、愈合傷口(to-heal wounds)、慢性傷口愈合(chronic wound healing)。

圖7 傷口生物膜研究的突現圖

3 討論

3.1 發(fā)文趨勢

應用Excel計算傷口生物膜領域的發(fā)文趨勢并進行指數擬合可得到公式Y=2E-184e0.2122x,R2=0.799。根據托馬斯庫恩的科學范式理論與文獻邏輯增長曲線,某一科學領域的文獻增長是從指數增長逐漸轉變?yōu)檫壿嬊€增長,目前該領域符合指數增長的趨勢,說明仍處于初步發(fā)展階段,需要更多理論應用相關的研究。出版文獻數量于2021年達到最高峰,為328篇,說明有關的研究一直備受專家學者的關注。通過分析可知,傷口生物膜研究目前備受關注,具有較好的研究前景。

3.2 傷口生物膜的主要研究領域

關鍵詞凝煉了一篇論文的核心與精髓,通過關鍵詞共現分析可以發(fā)現某科學領域的研究熱點。而聚類圖譜側重于體現聚類間的結構特征,突出關鍵節(jié)點及重要連接[8]。二者結合能分析出有關傷口生物膜的主要研究領域。關鍵詞共現結果顯示目前傷口生物膜的研究主要聚焦于生物膜的種類(如銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌)、特性(耐藥性、黏附性)等基礎研究及對抗生物膜的方法。這也與關鍵詞聚類結果相對應,其中#0聚類為銅綠假單胞菌,其是從傷口中分離出來的最常見的細菌之一,通常存在于傷口深處[9]。#2聚類說明傷口生物膜的研究目前聚焦于在體外模型和動物模型中進行的體內實驗。大部分聚類與研發(fā)及應用各種對抗生物膜的方法及新型敷料有關,例如#6聚類為磺胺嘧啶納米顆粒制劑(sulfadiazine-loaded nanoparticle formulation)、#7聚類為過氧化物增強的非熱等離子體(peroxide-enhanced nonthermal plasma)、#8聚類為山茶狀單結構域抗體(camelid single-domain antibodies)、#13聚類為血管手術(vascular surgery)等,而#1聚類則說明糖尿病足病人為產生傷口生物膜最主要的對象。但由于生物膜的某些特性僅在體外而無法在臨床觀察到,所以在將離體實驗結果轉化至臨床病人時應謹慎[10]。綜上所述,傷口生物膜的主要研究領域為以糖尿病足為主的生物膜的種類、特性及對抗生物膜的方法與敷料。

3.3 傷口生物膜的研究前沿

突現術語分析可用于探測學科的發(fā)展前沿和趨勢,通過對突現術語的分析,表明在延續(xù)前期內容和方向的基礎上,傷口生物膜的治療方法不斷得以研究開發(fā),并且進行臨床應用。預測在今后的一段時間內,傷口生物膜的基礎理論研究、診療方法及管理策略研究的熱度不會減少,尤其是對抗傷口生物膜的新型敷料、藥物及物理療法的探索將持續(xù)升溫。而分析關鍵文獻能夠了解研究前沿的本質,主要概括為以下4個方面:1)細菌生物膜在急慢性傷口中的分布情況及其種類。如傷口生物膜領域被引量排名前10位的文獻中,文獻[11]、[12]、[13]與[14]都表明生物膜主要存在于慢性傷口中,很少出現在急性傷口中。雖然慢性傷口的微生物群落是多微生物和異質性的,金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌仍然是存在于傷口生物膜中最普遍的細菌,且銅綠假單胞菌在傷口床中的位置明顯低于金黃色葡萄球菌。2)生物膜相關的診斷與治療現狀。在臨床樣本中,嵌入生物膜中的細菌難以回收和培養(yǎng),活檢培養(yǎng)不會發(fā)現細菌生物膜的存在,如果取樣不合格,會導致假陰性結果,因此,傷口生物膜的診斷具有一定的難度。文獻[15]是一項指南,其表明暫無傷口生物膜的診斷標準,且尚未有針對傷口生物膜的有效治療策略。3)生物膜導致傷口難以愈合的機制。文獻[16]表明金黃色葡萄球菌生物膜能夠使人體避開體內傳統的抗菌途徑,將巨噬細胞反應從殺菌M1表型重新編程為M2表型,使得傷口長期處于慢性炎癥狀態(tài)而無法愈合。4)根據不同材料的抗菌特性和機制,研究治療傷口生物膜的機制與方法。文獻[17]探索了細菌在具有納米結構表面材料上的功能,發(fā)現納米結構氧化鋅(ZnO)和二氧化鈦(TiO2)可以減少表皮鏈球菌的黏附,并增加骨細胞功能。文獻[18]進行了更深入的創(chuàng)新,將過氧化氫(H2O2)轉化為抗菌性能更高的-OH,開發(fā)了碳納米材料石墨烯量子點(GQDs)創(chuàng)可貼,并減弱了H2O2在傷口中的毒性;文獻[19]提出了一種基于-OH的增強光熱療法(PTT)的抗菌機制,開發(fā)出聚乙二醇功能化的二硫化鉬納米氧化物(PEG-MoS2NFs)的生物相容性抗菌體系,即H2O2、PEG-MoS2NFs及808 nm的PTT共同作用于傷口,加速愈合。而文獻[20]闡述了非熱等離子體(NTP)治療感染傷口的機制及現狀。

3.4 傷口生物膜的知識基礎

分析文獻共被引聚類標簽、聚類內的引文及施引文獻,能夠得到相關領域的知識基礎,可將其大致分為以下3個方面:1)探究傷口生物膜的結構、特點及其對傷口愈合的影響。#4聚類從生態(tài)學的角度研究從糖尿病足潰瘍傷口中獲取的金黃色葡萄球菌、弗氏檸檬酸桿菌和白色念珠菌菌株組成的三元群落中整體生物膜群落結構的優(yōu)先效應(priority effect)和競爭性排斥[21];#7聚類也比較了來自下肢靜脈潰瘍傷口中不同細菌物種間的相互作用,#6、#8、#11、#21、#23和#24聚類則從細菌多樣性的角度闡述了生物膜的性質。2)傷口生物膜的檢測與診斷方法。#0、#2和#19聚類主要探討快速檢測和評估傷口生物膜的新方法,當前診斷標準、生物膜的臨床指標、治療策略、機械清創(chuàng)、局部抗微生物藥物和抗生素對于傷口床及預防生物膜重新形成的效果。3)去除傷口生物膜的藥物、敷料及方法的研究。#5聚類探究了局部使用抗生素,如氨芐西林對生物膜的影響[22];#10聚類則探討全身性抗生素對傷口愈合的效果。#1和#3聚類從具有抗菌作用的分子及材料入手,開發(fā)了新型敷料,例如含有陽離子殼聚糖包覆的二氧化釕納米酶,或脫乙酰殼多糖水凝膠的敷料。#17和#20聚類則著重于物理療法(空氣等離子體)及生物療法(藥用蛆)對傷口生物膜的治療效果。

4 小結

本研究應用VOSviewer、CiteSpace及Excel對傷口生物膜近20年來的研究進行可視化分析,發(fā)現傷口生物膜相關研究的主力在美國,且國家間缺乏交流合作。傷口生物膜相關研究的熱點主要集中在傷口生物膜的結構、種類、特性及診斷,對抗生物膜的新型敷料、藥物等治療方法的探索。同時也分析了傷口生物膜的研究前沿與趨勢,為傷口生物膜的發(fā)展拓寬了視角,但仍需在現有基礎上增加傷口生物膜的研究思路、方法及設計的應用。本研究得到以下3點啟示:1)各國應加大科研投入,加強不同國家、研究機構及學者間的交流合作;2)對于傷口生物膜的臨床管理如預防、診療策略、護理管理等方面及其社會學評價方面的研究有所欠缺,尤其要重視對于病人的身心護理;3)重視個性化診療,根據不同病種、不同種類的生物膜選擇不同的治療方法。