糖尿病病人足底压力的相关研究进展

张敏娜，周佩如

1.暨南大学护理学院，广东510632；1.暨南大学附属第一医院

近30年，全世界范围内的糖尿病(diabetes mellitus，DM)病人人数增长了将近3倍[1]。糖尿病病人可能会出现多种急性或慢性并发症。有研究表明，病人在一生中发生糖尿病足(diabetic foot，DF)的可能性为15%～25%，在5年内复发的概率为50%～70%[2]。糖尿病足作为糖尿病的慢性并发症之一，处理不及时或方法不恰当将导致严重的后果，如截肢或死亡等，不仅治疗费用高，病人及其家属还面临巨大的心理压力。糖尿病足溃疡(diabetic foot ulcer，DFU)是糖尿病足最多见的一种表现形式，也是造成病人截肢的首要原因。国际糖尿病足工作组(International Working Group on Diabetic Foot，IWGDF)指出，约75%的足溃疡是可以避免发生的[3]。而糖尿病病人足底压力(plantar pressure，PP)异常增高和异常分布是足溃疡发生的重要因素，其可以早期预测糖尿病病人足溃疡的发生[4]。监测糖尿病病人的足底压力，能够及时发现容易形成足溃疡的区域，筛查出高危足病人，预防糖尿病病人足部溃疡的发生。目前国内对糖尿病病人足底压力的研究尚不成熟，因此，本研究将围绕国内外糖尿病病人足底压力领域的相关研究进行综述，旨在为早期识别足底压力异常人群提供依据，为预防糖尿病病人足溃疡的形成提供帮助，减少糖尿病足的发生。

1 足底压力的定义

当身体向前移动时，一侧肢体作为支撑，另一侧肢体向前移动到一个新的支撑位置，双侧肢体轮换，这一系列的事件在每一侧肢体中重复发生，直到人到达目的地。人体步行是一个重复发生的过程，是一种周期性的运动。步态也是一个重复的过程，是人体步行时的足部姿势。从一侧足跟落地至同侧足跟再次落地这一过程被称为步态循环，其时间间隔即为人体行走过程中的一个步态周期。每个步态周期分为两个时段，包括支撑期和摆动期。支撑期是足与地面接触的整个时段，摆动期是足离开地面在空中的时段。当左足还在地面上时，右足开始接触地面，在右足开始接触地面和左足离开地面之间有一段时间，双足支撑，每个步态周期均有两次单足支撑和两次双足支撑。支撑期约为整个步态周期的60%，摆动期一般占40%左右，每个步态周期中双足支撑期约占10%。但这是随步行速度而变化的，随着速度的增加，摆动期会成比例地变长，支撑期和双足支撑期会变短，双重支撑期的消失标志着从走路到跑步的转变[5]。当一个人负重时，体质指数(body mass index，BMI)、穿鞋种类及走路速度会影响人体的足底压力。地面反作用力为步态中足前进的合力。这些分布在足底表面上的力即为压力，定义为力除以足的接触面积。足底压力是足底与地面等支撑面二者之间互相作用时产生的垂直方向上的压力[6]。

2 糖尿病病人足溃疡与足底压力的相关性

影响糖尿病病人足溃疡发生的因素有多种。有研究指出，糖尿病病人发生足溃疡的一个重要影响因素是足底压力，主要是足底压力大小和分布特征异常，足底压力异常升高是糖尿病病人足溃疡的独立危险因素，两者之间的相关性达到79%～90%[4]。研究表明，通过对比糖尿病病人与正常人足底各区域压力和足部组织结构图像的区别，可早期预测糖尿病病人足溃疡的范围，这种方法的信度、效度较高，为糖尿病足的预防提供了更多的可能性[7]。在荷兰地区，赤足足底压力检测是糖尿病并发周围神经病变(diabetic peripheral neuropathy，DPN)病人足溃疡高危风险因素筛查的常规项目之一[8]。埃及也将足底压力检测纳入糖尿病病人足溃疡的风险评估项目[9]。足部如果长期受到较大的压力，将会引起足部组织结构破坏，组织逐渐缺血及分解，发生一系列的炎症反应，最后导致足溃疡。监测病人足底压力能够早期识别糖尿病病人异常的压力，减少足溃疡的形成。维持足部及趾缝洁净，穿着合适的鞋袜、鞋垫等可以预防足溃疡的发生。我国学者李亚洁等[10]测试了357例糖尿病病人的赤足足底压力，研究发现，通过定期检测病人的足底压力，可早期识别出高危足病人。Owings等[11]通过测量糖尿病并发周围神经病变病人的鞋内足底压力发现，平均鞋内足底峰值压力阈值采用200 kPa时，可作为防止再次发生足溃疡的参考值。Fawzy等[9]建议，前足峰值压力的临界点为355 kPa，以表示发生足溃疡的高风险。到目前为止，糖尿病病人形成足溃疡的足底压力临界值还未规范统一。虽没有最佳的临界值来明确糖尿病病人的足溃疡风险，但峰值压力越高，糖尿病病人发生足溃疡的风险也会越大。

3 糖尿病病人足底压力的研究进展

3.1 足底压力的测量方法

足底压力测试指使用压力检测设备测量受试者足底各个区域的足底压力，采集受试者不同运动状态下的足底压力数据，分析不同受试者足底压力的大小和分布特点[12]。随着智能化产品的研发，足底压力的测量方法逐步得到了发展，从最早的足印法，到压力扫描器，再到目前的测压力板、测压力台、智能鞋及鞋垫。足印法是受试者在具有变形特性的物体上静止站立或行走，获取足底在地面上留下的足印形状和痕迹深浅，对足底压力的大小做一个粗略的估计。足底压力扫描法是受试者在两端放置有光源的玻璃片、中间铺上橡胶跑道的地面上静止站立或行走，光在玻璃片内反射，受到压力的橡胶跑道在玻璃下形成清晰的足部痕迹，足底压力的大小与光源强度呈正相关的关系。足印法和足底压力扫描法只可定性测量足底压力，不能采集足底压力大小的具体值，测量准确度较低。随着传感器的产生，测压力板、测压力台、智能鞋及鞋垫也逐渐出现。测力平板和测力台设备上传感器排列密集，测试精度和频率较高，不过其价格昂贵、体积较大、携带出行不便，测试时需受试者从平板上走过，仅采集受试者静止站立或行走经过平板时的静态足底压力及步态数据，对于反映受试者最自然步态下的动态足底压力仍有很大局限性，通常只能用在医院和实验室的赤足足底压力测试。智能鞋和鞋垫测试系统弥补了测力平板和测力台的不足，将传感器直接嵌入鞋子和鞋垫的相应位置区域，可采集鞋内的动态足底压力数据，连续动态地长期监测受试者的足底压力参数，实时反馈动态足底压力的异常情况，提供大量动态足底压力分析的研究数据；可根据受试者的足尺码大小调整鞋垫的大小；可应用到不同的人群；可在人体不同运动状态下进行监测，如静止站立、自然行走、跑步、走楼梯、爬坡等；数据更贴近于受试者自然状态下的动态足底压力数据，受到测试地点、测试环境及运动范围的限制较少，轻巧便携、操作方便，可用在医院、社区、家庭日常生活中的动态足底压力测量，及时发现足底各区域的动态足底压力变化。从21世纪以来，智能鞋和鞋垫测试系统引起越来越多研究人员的关注，是比较准确、比较先进的动态足底压力测量方法。不过目前国内大部分社区医院还没有配备测力平板和测力台，特别是智能鞋系统。

3.2 足底压力的测量工具

3.2.1 足底压力测量工具的国外研究进展

近年来，国外研究较多的足底压力测量工具主要是比利时RSscan公司的Footscan压力平板及鞋垫系统、德国Novel公司的Emed测力板及Pedar鞋垫系统、美国Tekscan公司的F-Scan测力鞋垫系统、瑞士Kistler公司的测力板系统。比利时RSscan公司的平板系统测试病人赤足或鞋内的足底压力，并有配套的软件，满足在医疗领域及研究分析方面的需求；鞋垫式系统能够在静止或行走等各种状态下测量足底压力。RSscan公司的平板大小长2 096 mm、宽472 mm、高18 mm，共有16 384个电阻传感器，分布为每平方厘米2.7个，采样频率125 Hz，压力范围0～200 N/cm2[13]。RSscan公司的鞋垫最大采样频率为500 Hz，传感器分布每平方厘米4个，压力范围1～60 N/cm2，数据采集时间为8 s[14]。德国Novel公司的测力系统可测量人体静态和动态足底压力，也有配套的软件能够对足底压力数据进行研究分析。Emed测力板大小长0.7 m、宽0.4 m，共有2 736个传感器，分布为每平方厘米4个，采样频率100 Hz，可测量足底各区域的压力、接触面积等参数[15]。Novel公司的Pedar测力鞋垫有99个传感器，最大采样频率100 Hz，传感器密度高，数据采集时间没有限制[16]。美国F-Scan系统也可以测量静态和动态的足底压力，实时监测足底压力的大小并存储数据，最大采样频率为165 Hz，传感器密度低，数据采集时间没有限制[17]。

3.2.2 足底压力测量工具的国内研究进展

国内足底压力测量工具的发展比国外延迟，20世纪80年代开始，学者们对步态特征的关注日益增加，我国足底压力测量工具的研究逐步得到进展。1978年，中国人民解放军长春208医院矫形中心生物力学实验室研制出靴式步态分析系统[18]。2000年，中国科技大学的韦启航等[19]设计的足底压力测试系统可以测试多路足底压力参数，但收集数据的准确性不高。此足底压力测量系统采用压阻材料，并用惠斯登电桥采集电压信息，但存在设计比较复杂且成本较高的问题。2002年，袁刚等[20]研制出一套测试足底压力的系统，主要包括硬件和软件两部分，有200个国产微型压力传感器构成，与以前的设备相比，准确性更高。2006年，邓晓楠等[21]设计出可以测试静态和动态足底压力的设备，在三维测力台上行走时能够测量出3个不同方向的地面反作用力。2010年，杨庆[22]使用压力传感器芯体为载体，制成鞋垫系统，完成人体的足底压力数据采集。到目前为止，国内的足底压力测量工具仍处于研制当中，有十分广阔的前景。国内大部分测量工具是代理国外的产品，如北京奥泰格公司代理美国Tekscan公司的测力系统，北京三捷经贸公司代理德国Novel公司的系统。

3.3 糖尿病病人的足底压力分析

根据足底压力大小及分布特征能够判断人体腿、足结构、功能及整个身体姿势控制等情况。随着现代电子和计算机技术的发展，对人体足部受力情况的量化分析技术逐步完善，足底压力分析在临床步态分析、病理足诊断、疾病程度判断、手术后疗效评价、运动训练和鞋类评价等领域发挥着越来越重要的作用。足底压力分析逐渐受到临床医学、生物医学、康复评估、鞋或假肢的工业生产、体育训练等研究领域人员的关注。依据人体足底压力大小及分布特征可以判断足部结构及功能等重要信息。在临床医学领域，主要运用在糖尿病足病人、扁平足病人、下肢及足部疾病病人、肥胖人群等。在临床诊断上，足底压力分析主要应用在糖尿病病人中，例如糖尿病足会导致病人足底压力异常增大，如及时监测病人的足底压力，可早期发现糖尿病足溃疡的高危病人，早期判断其有无糖尿病足的风险，实现糖尿病足的早期诊断，预防糖尿病足的发生[23]。

3.3.1 糖尿病病人足底压力分析的国外研究进展

国外对糖尿病病人足底压力分析的研究起步较早，累积了大量的足底压力数据资料。从20世纪80年代起，就有学者根据糖尿病病人足底压力特征制作个性化的减压鞋及鞋垫。Perry等[24]发现糖尿病病人左右足区域的最大峰值压力在足底相同位置出现，但峰值压力出现的时间却不是一致的。Caselli等[25]发现，糖尿病并发周围神经病变病人与无周围神经病变的病人相比，足底压力更高，且随着周围神经病变严重程度的加深，病人前足与后足压力的比值会逐渐增大，因此，糖尿病并发周围神经病变病人压力性溃疡的高发区域在前足，这值得注意。正常人与糖尿病病人的足底压力大小排序均为前足>足跟>足弓，但与正常人相比，糖尿病病人前足区域的足底压力显著增高，且左右足各区域的足底压力分布特征存在异常Tong等[26]认为，在糖尿病病人出现周围神经病变临床症状前，足底压力-时间积分参数就已经存在异常。Guldemond等[27]研究表明，糖尿病病人平地行走与上下楼梯、爬斜坡时相比步态更稳，但前足区域的足底压力却是最高的；测量病人第 1 趾及第1跖骨头～第5跖骨头的足底压力，结果发现，第 1 趾、第1跖骨头及第3跖骨头区域的足底压力较高，说明大部分的压力性溃疡常出现在这些区域，但第4跖骨头～第5跖骨头区域的足底压力较小。

3.3.2 糖尿病病人足底压力分析的国内研究进展

国内对糖尿病病人的足底压力分析起步晚于国外，直到20世纪80年代才开始受到学者们的关注。到21世纪初，也只是对糖尿病病人足底压力进行初步的研究。陈薇薇等[28]应用Footscan平板系统测量糖尿病病人的足底压力，分析结果表明，足底压力异常是影响病人发生糖尿病足的主要因素，不过具体原因不太清楚，有待进一步的研究。李世光等[29]收集了46例2型糖尿病并发周围神经病变病人和50例正常人的足底压力，对比两组的足底压力测量结果，研究显示，两组间的峰值压力存在差别。刘新成等[30]应用F-Scan测力系统测量32例糖尿病伴有足趾畸形病人和32例正常人的足底压力，探讨各区域的峰值压力及平均峰值压力，发现两组间第1跖骨头～第5跖骨头及足跟压力存在显著不同。因此，应特别注意有足趾畸形病人跖骨头及足跟区域的足底压力是否存在异常。杨青等[31]分析了上海市2个社区医院糖尿病病人足底压力的影响因素，应用Footscan平板测试病人的足底压力，结果发现，86.8%的病人存在左足足底压力异常，89.3%的病人存在右足足底压力异常，中足、足跟外侧、足跟内侧、第2跖骨头、第1趾区域最易形成足溃疡，影响病人足底压力的因素主要包括体质指数、足部自我效能量表得分、足部知识问卷得分、性别、年龄、有无胼胝、文化程度、鞋跟种类(常穿高跟鞋)、足部自护行为问卷得分、10 g尼龙丝检查结果。

4 糖尿病病人减轻足底压力的必要性

糖尿病足的早期发现不需要使用价格昂贵的检查仪器，只需要医护人员测量病人的足底压力就能发现还没有发生的足部疾病及足部高危因素。但目前国内大部分三级以下的基层医院还未配备足底压力检查设备，足底压力筛查还没有推广。2019版《中国糖尿病足防治指南》指出，使用不可拆卸的减压装置和减压鞋在预防和治疗糖尿病病人的足溃疡方面有显著的作用[32]。国际糖尿病足工作组报道，有糖尿病足高危风险的病人应用特制的治疗鞋后，可降低足底压力并防止足溃疡的发生[33]。糖尿病病人足底压力减压方法分为4种类型：石膏靴类、鞋类、外科手术类及其他减压方法。国内对足底减压的研究起步晚于国外，且大部分是探讨国外引进的糖尿病鞋在国内的应用效果。有研究发现，有针对性的个性化减压干预能加快糖尿病病人压力性足溃疡的恢复[34]。陈薇薇等[28]使用自身对照的方法对糖尿病病人左、右足足底压力进行比较，收集病人穿着3D打印糖尿病足减压鞋垫和普通鞋垫时的足底压力数据，结果表明，3D打印减压鞋垫可以使病人的足底压力分布均匀，改善高足压病人的足底压力异常状况，减少足溃疡的发生率及截肢率。弓太生等[35]比较糖尿病病人穿着普通鞋垫、国外某糖尿病足防护鞋垫及压力分散垫的足底压力，发现病人穿着压力分散垫时，有利于前足和后跟区域的峰值压力降低，具有一定程度的分压和减压作用。符霞军等[36]对足底压力异常的糖尿病病人进行干预，结果显示，减压鞋垫对异常增高的足底压力能起到缓冲效果。因此，应告知糖尿病病人每年最少筛查1次足底压力，如果存在胼胝、高弓足或扁平足时，可适当缩短检查周期，每半年检查1次。对于足底压力异常升高的糖尿病病人，建议其穿着制定的减压鞋。

5 小结

糖尿病病人足底压力大小和分布特征异常是足溃疡形成的重要影响因素，其可早期预测病人足溃疡的发生。智能鞋测试系统弥补了测力平板和测力台的不足，连续动态地长期监测病人足底压力参数。国际上有较多的足底压力测量工具，国内足底压力测量工具的发展相对滞后，市面上大部分测量工具是代理国外的产品，目前，足底压力测量工具仍处于研发阶段。国内对足底压力分析的研究起步晚于国外，近年来，有关糖尿病病人足底压力的研究逐渐增多，但大多数研究是使用比利时RSscan的Footscan压力平板测量病人静态足底压力。即使有少数研究使用智能鞋或智能鞋垫测量动态足底压力，但也很少运用在糖尿病病人的相关课题上，针对病人动态足底压力的研究有待未来进一步探究，以期更好地预防糖尿病病人足溃疡的发生。