糖尿病病人足底壓力的相關研究進展

張敏娜，周佩如

1.暨南大學護理學院，廣東510632；1.暨南大學附屬第一醫院

近30年，全世界范圍內的糖尿病(diabetes mellitus，DM)病人人數增長了將近3倍[1]。糖尿病病人可能會出現多種急性或慢性并發癥。有研究表明，病人在一生中發生糖尿病足(diabetic foot，DF)的可能性為15%～25%，在5年內復發的概率為50%～70%[2]。糖尿病足作為糖尿病的慢性并發癥之一，處理不及時或方法不恰當將導致嚴重的后果，如截肢或死亡等，不僅治療費用高，病人及其家屬還面臨巨大的心理壓力。糖尿病足潰瘍(diabetic foot ulcer，DFU)是糖尿病足最多見的一種表現形式，也是造成病人截肢的首要原因。國際糖尿病足工作組(International Working Group on Diabetic Foot，IWGDF)指出，約75%的足潰瘍是可以避免發生的[3]。而糖尿病病人足底壓力(plantar pressure，PP)異常增高和異常分布是足潰瘍發生的重要因素，其可以早期預測糖尿病病人足潰瘍的發生[4]。監測糖尿病病人的足底壓力，能夠及時發現容易形成足潰瘍的區域，篩查出高危足病人，預防糖尿病病人足部潰瘍的發生。目前國內對糖尿病病人足底壓力的研究尚不成熟，因此，本研究將圍繞國內外糖尿病病人足底壓力領域的相關研究進行綜述，旨在為早期識別足底壓力異常人群提供依據，為預防糖尿病病人足潰瘍的形成提供幫助，減少糖尿病足的發生。

1 足底壓力的定義

當身體向前移動時，一側肢體作為支撐，另一側肢體向前移動到一個新的支撐位置，雙側肢體輪換，這一系列的事件在每一側肢體中重復發生，直到人到達目的地。人體步行是一個重復發生的過程，是一種周期性的運動。步態也是一個重復的過程，是人體步行時的足部姿勢。從一側足跟落地至同側足跟再次落地這一過程被稱為步態循環，其時間間隔即為人體行走過程中的一個步態周期。每個步態周期分為兩個時段，包括支撐期和擺動期。支撐期是足與地面接觸的整個時段，擺動期是足離開地面在空中的時段。當左足還在地面上時，右足開始接觸地面，在右足開始接觸地面和左足離開地面之間有一段時間，雙足支撐，每個步態周期均有兩次單足支撐和兩次雙足支撐。支撐期約為整個步態周期的60%，擺動期一般占40%左右，每個步態周期中雙足支撐期約占10%。但這是隨步行速度而變化的，隨著速度的增加，擺動期會成比例地變長，支撐期和雙足支撐期會變短，雙重支撐期的消失標志著從走路到跑步的轉變[5]。當一個人負重時，體質指數(body mass index，BMI)、穿鞋種類及走路速度會影響人體的足底壓力。地面反作用力為步態中足前進的合力。這些分布在足底表面上的力即為壓力，定義為力除以足的接觸面積。足底壓力是足底與地面等支撐面二者之間互相作用時產生的垂直方向上的壓力[6]。

2 糖尿病病人足潰瘍與足底壓力的相關性

影響糖尿病病人足潰瘍發生的因素有多種。有研究指出，糖尿病病人發生足潰瘍的一個重要影響因素是足底壓力，主要是足底壓力大小和分布特征異常，足底壓力異常升高是糖尿病病人足潰瘍的獨立危險因素，兩者之間的相關性達到79%～90%[4]。研究表明，通過對比糖尿病病人與正常人足底各區域壓力和足部組織結構圖像的區別，可早期預測糖尿病病人足潰瘍的范圍，這種方法的信度、效度較高，為糖尿病足的預防提供了更多的可能性[7]。在荷蘭地區，赤足足底壓力檢測是糖尿病并發周圍神經病變(diabetic peripheral neuropathy，DPN)病人足潰瘍高危風險因素篩查的常規項目之一[8]。埃及也將足底壓力檢測納入糖尿病病人足潰瘍的風險評估項目[9]。足部如果長期受到較大的壓力，將會引起足部組織結構破壞，組織逐漸缺血及分解，發生一系列的炎癥反應，最后導致足潰瘍。監測病人足底壓力能夠早期識別糖尿病病人異常的壓力，減少足潰瘍的形成。維持足部及趾縫潔凈，穿著合適的鞋襪、鞋墊等可以預防足潰瘍的發生。我國學者李亞潔等[10]測試了357例糖尿病病人的赤足足底壓力，研究發現，通過定期檢測病人的足底壓力，可早期識別出高危足病人。Owings等[11]通過測量糖尿病并發周圍神經病變病人的鞋內足底壓力發現，平均鞋內足底峰值壓力閾值采用200 kPa時，可作為防止再次發生足潰瘍的參考值。Fawzy等[9]建議，前足峰值壓力的臨界點為355 kPa，以表示發生足潰瘍的高風險。到目前為止，糖尿病病人形成足潰瘍的足底壓力臨界值還未規范統一。雖沒有最佳的臨界值來明確糖尿病病人的足潰瘍風險，但峰值壓力越高，糖尿病病人發生足潰瘍的風險也會越大。

3 糖尿病病人足底壓力的研究進展

3.1 足底壓力的測量方法

足底壓力測試指使用壓力檢測設備測量受試者足底各個區域的足底壓力，采集受試者不同運動狀態下的足底壓力數據，分析不同受試者足底壓力的大小和分布特點[12]。隨著智能化產品的研發，足底壓力的測量方法逐步得到了發展，從最早的足印法，到壓力掃描器，再到目前的測壓力板、測壓力臺、智能鞋及鞋墊。足印法是受試者在具有變形特性的物體上靜止站立或行走，獲取足底在地面上留下的足印形狀和痕跡深淺，對足底壓力的大小做一個粗略的估計。足底壓力掃描法是受試者在兩端放置有光源的玻璃片、中間鋪上橡膠跑道的地面上靜止站立或行走，光在玻璃片內反射，受到壓力的橡膠跑道在玻璃下形成清晰的足部痕跡，足底壓力的大小與光源強度呈正相關的關系。足印法和足底壓力掃描法只可定性測量足底壓力，不能采集足底壓力大小的具體值，測量準確度較低。隨著傳感器的產生，測壓力板、測壓力臺、智能鞋及鞋墊也逐漸出現。測力平板和測力臺設備上傳感器排列密集，測試精度和頻率較高，不過其價格昂貴、體積較大、攜帶出行不便，測試時需受試者從平板上走過，僅采集受試者靜止站立或行走經過平板時的靜態足底壓力及步態數據，對于反映受試者最自然步態下的動態足底壓力仍有很大局限性，通常只能用在醫院和實驗室的赤足足底壓力測試。智能鞋和鞋墊測試系統彌補了測力平板和測力臺的不足，將傳感器直接嵌入鞋子和鞋墊的相應位置區域，可采集鞋內的動態足底壓力數據，連續動態地長期監測受試者的足底壓力參數，實時反饋動態足底壓力的異常情況，提供大量動態足底壓力分析的研究數據；可根據受試者的足尺碼大小調整鞋墊的大小；可應用到不同的人群；可在人體不同運動狀態下進行監測，如靜止站立、自然行走、跑步、走樓梯、爬坡等；數據更貼近于受試者自然狀態下的動態足底壓力數據，受到測試地點、測試環境及運動范圍的限制較少，輕巧便攜、操作方便，可用在醫院、社區、家庭日常生活中的動態足底壓力測量，及時發現足底各區域的動態足底壓力變化。從21世紀以來，智能鞋和鞋墊測試系統引起越來越多研究人員的關注，是比較準確、比較先進的動態足底壓力測量方法。不過目前國內大部分社區醫院還沒有配備測力平板和測力臺，特別是智能鞋系統。

3.2 足底壓力的測量工具

3.2.1 足底壓力測量工具的國外研究進展

近年來，國外研究較多的足底壓力測量工具主要是比利時RSscan公司的Footscan壓力平板及鞋墊系統、德國Novel公司的Emed測力板及Pedar鞋墊系統、美國Tekscan公司的F-Scan測力鞋墊系統、瑞士Kistler公司的測力板系統。比利時RSscan公司的平板系統測試病人赤足或鞋內的足底壓力，并有配套的軟件，滿足在醫療領域及研究分析方面的需求；鞋墊式系統能夠在靜止或行走等各種狀態下測量足底壓力。RSscan公司的平板大小長2 096 mm、寬472 mm、高18 mm，共有16 384個電阻傳感器，分布為每平方厘米2.7個，采樣頻率125 Hz，壓力范圍0～200 N/cm2[13]。RSscan公司的鞋墊最大采樣頻率為500 Hz，傳感器分布每平方厘米4個，壓力范圍1～60 N/cm2，數據采集時間為8 s[14]。德國Novel公司的測力系統可測量人體靜態和動態足底壓力，也有配套的軟件能夠對足底壓力數據進行研究分析。Emed測力板大小長0.7 m、寬0.4 m，共有2 736個傳感器，分布為每平方厘米4個，采樣頻率100 Hz，可測量足底各區域的壓力、接觸面積等參數[15]。Novel公司的Pedar測力鞋墊有99個傳感器，最大采樣頻率100 Hz，傳感器密度高，數據采集時間沒有限制[16]。美國F-Scan系統也可以測量靜態和動態的足底壓力，實時監測足底壓力的大小并存儲數據，最大采樣頻率為165 Hz，傳感器密度低，數據采集時間沒有限制[17]。

3.2.2 足底壓力測量工具的國內研究進展

國內足底壓力測量工具的發展比國外延遲，20世紀80年代開始，學者們對步態特征的關注日益增加，我國足底壓力測量工具的研究逐步得到進展。1978年，中國人民解放軍長春208醫院矯形中心生物力學實驗室研制出靴式步態分析系統[18]。2000年，中國科技大學的韋啟航等[19]設計的足底壓力測試系統可以測試多路足底壓力參數，但收集數據的準確性不高。此足底壓力測量系統采用壓阻材料，并用惠斯登電橋采集電壓信息，但存在設計比較復雜且成本較高的問題。2002年，袁剛等[20]研制出一套測試足底壓力的系統，主要包括硬件和軟件兩部分，有200個國產微型壓力傳感器構成，與以前的設備相比，準確性更高。2006年，鄧曉楠等[21]設計出可以測試靜態和動態足底壓力的設備，在三維測力臺上行走時能夠測量出3個不同方向的地面反作用力。2010年，楊慶[22]使用壓力傳感器芯體為載體，制成鞋墊系統，完成人體的足底壓力數據采集。到目前為止，國內的足底壓力測量工具仍處于研制當中，有十分廣闊的前景。國內大部分測量工具是代理國外的產品，如北京奧泰格公司代理美國Tekscan公司的測力系統，北京三捷經貿公司代理德國Novel公司的系統。

3.3 糖尿病病人的足底壓力分析

根據足底壓力大小及分布特征能夠判斷人體腿、足結構、功能及整個身體姿勢控制等情況。隨著現代電子和計算機技術的發展，對人體足部受力情況的量化分析技術逐步完善，足底壓力分析在臨床步態分析、病理足診斷、疾病程度判斷、手術后療效評價、運動訓練和鞋類評價等領域發揮著越來越重要的作用。足底壓力分析逐漸受到臨床醫學、生物醫學、康復評估、鞋或假肢的工業生產、體育訓練等研究領域人員的關注。依據人體足底壓力大小及分布特征可以判斷足部結構及功能等重要信息。在臨床醫學領域，主要運用在糖尿病足病人、扁平足病人、下肢及足部疾病病人、肥胖人群等。在臨床診斷上，足底壓力分析主要應用在糖尿病病人中，例如糖尿病足會導致病人足底壓力異常增大，如及時監測病人的足底壓力，可早期發現糖尿病足潰瘍的高危病人，早期判斷其有無糖尿病足的風險，實現糖尿病足的早期診斷，預防糖尿病足的發生[23]。

3.3.1 糖尿病病人足底壓力分析的國外研究進展

國外對糖尿病病人足底壓力分析的研究起步較早，累積了大量的足底壓力數據資料。從20世紀80年代起，就有學者根據糖尿病病人足底壓力特征制作個性化的減壓鞋及鞋墊。Perry等[24]發現糖尿病病人左右足區域的最大峰值壓力在足底相同位置出現，但峰值壓力出現的時間卻不是一致的。Caselli等[25]發現，糖尿病并發周圍神經病變病人與無周圍神經病變的病人相比，足底壓力更高，且隨著周圍神經病變嚴重程度的加深，病人前足與后足壓力的比值會逐漸增大，因此，糖尿病并發周圍神經病變病人壓力性潰瘍的高發區域在前足，這值得注意。正常人與糖尿病病人的足底壓力大小排序均為前足>足跟>足弓，但與正常人相比，糖尿病病人前足區域的足底壓力顯著增高，且左右足各區域的足底壓力分布特征存在異常Tong等[26]認為，在糖尿病病人出現周圍神經病變臨床癥狀前，足底壓力-時間積分參數就已經存在異常。Guldemond等[27]研究表明，糖尿病病人平地行走與上下樓梯、爬斜坡時相比步態更穩，但前足區域的足底壓力卻是最高的；測量病人第 1 趾及第1跖骨頭～第5跖骨頭的足底壓力，結果發現，第 1 趾、第1跖骨頭及第3跖骨頭區域的足底壓力較高，說明大部分的壓力性潰瘍常出現在這些區域，但第4跖骨頭～第5跖骨頭區域的足底壓力較小。

3.3.2 糖尿病病人足底壓力分析的國內研究進展

國內對糖尿病病人的足底壓力分析起步晚于國外，直到20世紀80年代才開始受到學者們的關注。到21世紀初，也只是對糖尿病病人足底壓力進行初步的研究。陳薇薇等[28]應用Footscan平板系統測量糖尿病病人的足底壓力，分析結果表明，足底壓力異常是影響病人發生糖尿病足的主要因素，不過具體原因不太清楚，有待進一步的研究。李世光等[29]收集了46例2型糖尿病并發周圍神經病變病人和50例正常人的足底壓力，對比兩組的足底壓力測量結果，研究顯示，兩組間的峰值壓力存在差別。劉新成等[30]應用F-Scan測力系統測量32例糖尿病伴有足趾畸形病人和32例正常人的足底壓力，探討各區域的峰值壓力及平均峰值壓力，發現兩組間第1跖骨頭～第5跖骨頭及足跟壓力存在顯著不同。因此，應特別注意有足趾畸形病人跖骨頭及足跟區域的足底壓力是否存在異常。楊青等[31]分析了上海市2個社區醫院糖尿病病人足底壓力的影響因素，應用Footscan平板測試病人的足底壓力，結果發現，86.8%的病人存在左足足底壓力異常，89.3%的病人存在右足足底壓力異常，中足、足跟外側、足跟內側、第2跖骨頭、第1趾區域最易形成足潰瘍，影響病人足底壓力的因素主要包括體質指數、足部自我效能量表得分、足部知識問卷得分、性別、年齡、有無胼胝、文化程度、鞋跟種類(常穿高跟鞋)、足部自護行為問卷得分、10 g尼龍絲檢查結果。

4 糖尿病病人減輕足底壓力的必要性

糖尿病足的早期發現不需要使用價格昂貴的檢查儀器，只需要醫護人員測量病人的足底壓力就能發現還沒有發生的足部疾病及足部高危因素。但目前國內大部分三級以下的基層醫院還未配備足底壓力檢查設備，足底壓力篩查還沒有推廣。2019版《中國糖尿病足防治指南》指出，使用不可拆卸的減壓裝置和減壓鞋在預防和治療糖尿病病人的足潰瘍方面有顯著的作用[32]。國際糖尿病足工作組報道，有糖尿病足高危風險的病人應用特制的治療鞋后，可降低足底壓力并防止足潰瘍的發生[33]。糖尿病病人足底壓力減壓方法分為4種類型：石膏靴類、鞋類、外科手術類及其他減壓方法。國內對足底減壓的研究起步晚于國外，且大部分是探討國外引進的糖尿病鞋在國內的應用效果。有研究發現，有針對性的個性化減壓干預能加快糖尿病病人壓力性足潰瘍的恢復[34]。陳薇薇等[28]使用自身對照的方法對糖尿病病人左、右足足底壓力進行比較，收集病人穿著3D打印糖尿病足減壓鞋墊和普通鞋墊時的足底壓力數據，結果表明，3D打印減壓鞋墊可以使病人的足底壓力分布均勻，改善高足壓病人的足底壓力異常狀況，減少足潰瘍的發生率及截肢率。弓太生等[35]比較糖尿病病人穿著普通鞋墊、國外某糖尿病足防護鞋墊及壓力分散墊的足底壓力，發現病人穿著壓力分散墊時，有利于前足和后跟區域的峰值壓力降低，具有一定程度的分壓和減壓作用。符霞軍等[36]對足底壓力異常的糖尿病病人進行干預，結果顯示，減壓鞋墊對異常增高的足底壓力能起到緩沖效果。因此，應告知糖尿病病人每年最少篩查1次足底壓力，如果存在胼胝、高弓足或扁平足時，可適當縮短檢查周期，每半年檢查1次。對于足底壓力異常升高的糖尿病病人，建議其穿著制定的減壓鞋。

5 小結

糖尿病病人足底壓力大小和分布特征異常是足潰瘍形成的重要影響因素，其可早期預測病人足潰瘍的發生。智能鞋測試系統彌補了測力平板和測力臺的不足，連續動態地長期監測病人足底壓力參數。國際上有較多的足底壓力測量工具，國內足底壓力測量工具的發展相對滯后，市面上大部分測量工具是代理國外的產品，目前，足底壓力測量工具仍處于研發階段。國內對足底壓力分析的研究起步晚于國外，近年來，有關糖尿病病人足底壓力的研究逐漸增多，但大多數研究是使用比利時RSscan的Footscan壓力平板測量病人靜態足底壓力。即使有少數研究使用智能鞋或智能鞋墊測量動態足底壓力，但也很少運用在糖尿病病人的相關課題上，針對病人動態足底壓力的研究有待未來進一步探究，以期更好地預防糖尿病病人足潰瘍的發生。