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303例2型糖尿病患者足部的生物力学特点研究

放大字体 缩小字体 发布日期:2016-11-11 08:32 来源:南方医科大学学报 浏览次数:0
关键词: 糖尿病 生物力学 足底压力 步态 足型 足轴角度
摘要: 目的 调查2型糖尿病患者的步态、足型、足轴角度、足底压力等生物力学特点。 方法 2013.12~2015.03年在我院内分泌科住院的303例2型糖尿病患者纳入研究。足底被分为10个区域,第1趾(T1)、2~5趾(T2~5)、第1跖骨(M1)、第2跖骨(M2)、第3跖骨(M3)、第4跖骨(M4)、第5跖骨(M5)、中足(MF)、足跟内侧(HM)、足跟外侧(HL)。收集一般资料及使用FootScan步态系统收集压力峰值、足轴角度、足弓指数、支撑时相数据。按照不同因素进行分组,比较组间的足底压力,组间比较采用独立样本t检验或卡方检验或方差分析进行统计分析。 结果 (1)左足底各区域压力大小排序:M3 >M2 >M4 >HM >HL >M1 >M5 >T1 >ML >T2-5;右足底各区域压力大小排序:M3 >M2 >HM >M4 >HL >M1 >M5 >T1 >ML >T2-5。比较左右足各区域的足底压力,右足的M1的压力峰值较左足高(4.90±2.64 vs 5.58±2.86,P < 0.05),左足M3、M4、M5、MF的压力峰值均比右足高(12.61±4.12 vs 10.46±3.20;9.73±4.00 vs 7.74±2.96;4.58±2.50 vs 3.68±1.91;2.75±1.26 vs 2.51±1.18,均P < 0.05)。将总足底压力≥70 N/cm2定义为高危足,则左足高危足占34%,右足为17.7%。除外右足过轻组,随着BMI增大高危足比例显著增加;(2)支撑相的整足接触阶段延长,离地阶段缩短;与右足对比,左足弓指数大(28.1±3.9 vs 24.5±3.7,P < 0.05),低弓足多(49.5% vs 11.55%,P < 0.05),正常足弓少(46.53% vs 74.58%,P < 0.05),高足弓少(3.96% vs 11.55%,P < 0.05)。与正常足弓对比,左侧高弓足组的总足底压力升高(49.5% vs 11.55%,P < 0.05);右足足轴角度比左足大(18.1±9.2 vs 22.5±10.4,P < 0.05);(3)男性双侧总足底压力均比女性大(左,67.6±13.8 vs 61.5±12.5;右:62.5±11.9 vs 56.7±10.5,P < 0.05)(P < 0.05)。按年龄分组, < 50组、50~60组、61~70组、>70组各组总足底压力随着年龄增大而下降。不同病程、糖化血红蛋白和足轴角度分组间的总足底压力差异无统计学无意义(P>0.05)。 结论 糖尿病患者的足部生物力学明显改变,这些因素与足底压力异常相关,其中支撑相的整足接触阶段延长,离地阶段缩短,足型畸形率明显增加,足轴角度较大。另外,超重及肥胖的患者高危足比例增加。所以,对糖尿病患者进行减压时应充分考虑糖尿病患者多方面生物力学特点。超重及肥胖患者进行减压的同时减轻体重有利于预防溃疡出现。

糖尿病足溃疡是糖尿病患者常见慢性并发症之一,据统计15%以上的糖尿病患者会在其生命中发生足部溃疡或坏疽,足底压力增高是糖尿病足溃疡的重要原因之一[1],其相关性高达70%~90% [2]。糖尿病通过影响神经、肌肉、关节等多方面使足部的生物力学发生改变,导致足底压力发生变化[3]。已有研究表明糖尿病患者足底压力受到多种因素的影响[4-5]。足型通过改变足部负荷结构,导致足底压力异常,被认为与糖尿病足溃疡相关[6],而足轴角度是糖尿病溃疡患者的足部负重的重要影响因素,与足部压力分布相关[7-9]。步态变化是生物力学改变的主要表现形式之一。所以对糖尿病患者步态、足型、足轴角度的分析可以进一步了解患者的生物力学特点。目前关于生物力学的研究多集中于足底压力,而忽视了对步态、足型、足轴角度的综合分析。综合了解糖尿病患者的生物力学状况可以为筛查糖尿病足高危者提供潜在危险因素,同时为糖尿病患者减压策略提供有用数据,对糖尿病足的预防有重要的意义。本研究对303例2型糖尿病患者的步态、足型、足轴角度等生物力学特点进行统计分析。

1 对象和方法

1.1 研究对象

收集2013.12~2015.03在我院内分泌科住院的,年龄大于18岁的2型糖尿病患者的资料。2型糖尿病诊断符合1999年世界卫生组织(WHO)颁布的诊断标准[2]。排除标准:(1)中枢性疾病导致的行走不稳;(2)有截肢史;(3)有足部溃疡、感染及肿胀;(4)严重心、肺功能不全,影响行走。根据上述标准纳入303例2型糖尿病患者,其中男性173例(57.1%),女性130例(42.9%),年龄为55.3±10.3岁,糖尿病病程7.8±6.3年。

1.2 研究方法

1.2.1 一般资料及相关生化指标收集

收集研究对象的年龄、性别、身高、体质量、体质量指数(Body massindex,BMI过轻组,BMI < 18.5;正常组,18.5≤BMI < 24;超重组,24≤BMI < 28;肥胖组,BMI≥28)、糖化血红蛋白(HbA1c)、糖尿病病程。

1.2.2 足底压力检测

足底分为成10个区域:第1趾骨(T1)、第2~5趾骨(T2~5)、第1跖骨(M1)、第2跖骨(M2)、第3跖骨(M3)、第4跖骨(M4)、第5跖骨(M5)、足弓(MF)、足跟内侧(HM)、足跟外侧(HL)(图 1A)。采用比利时爱思康(RS.SCAN)公司生产的footscan lm压力平板检测仪采集各个区域的压力峰值、足轴角度、足弓指数、步速、支撑时相数据。足弓指数(foot arch index, AI)为中足接触面积与整足接触的百分比。根据David G等的研究[10]中的糖尿病足溃疡足底压力切点70 N/cm2,将总足底压力≥70 N/cm2定义为高危足。依据足弓指数分为低弓足( < 21%),正常足弓(21%~28%),高弓足(>28%)[11]。足轴为第2与第3跖骨间与足后跟中间的连线,足轴角度(Foot axis angle, FAA)为足轴与前进方向形成的夹角(图 1B)。根据足轴角度分为3组,分别为小于15°,15°~25°,大于25°。步态周期分为支撑时期和摆动期。支撑时期根据足刚开始着地时相、跖骨刚开始着地时相、趾骨刚开始着地时相、足跟离开地面时相、趾离地时相几个关键时刻,支撑时期又分为着地阶段、前掌接触阶段、整足接触阶段、离地阶段等阶段(图 1C)。将上述4个阶段所用时间与支撑相时间的百分比分别记录为P1、P2、P3、P4。

图 1(Figure 1)
图 1 足部分区及生物力学参数图示

Figure 1 Graphical representation of the defined zones in each foot and the biomechanic parameters. A: 10 anatomical zones defined in each foot; B: Foot axis angle; C: Timing parameters of significant events during the stance phase.

1.3 统计学分析

采用SPSS20.0软件进行统计分析,服从正态分布计量资料以均数±标准差表示,两组间比较采用独立样本t检验,多组间比较采用方差分析,计数资料组间构成比比较采用χ2检验。P < 0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 患者一般资料

本研究纳入303例2型糖尿病患者,其中男性173例(57.1%),女性130例(42.9%),年龄为55.3±10.3岁,糖尿病病程7.8±6.3年,糖化血红蛋白8.8±2.1%,身高163.2±8.5 cm,体质量66.9±11.1 kg,BMI为25.0±3.3 kg/m2。

2.2 足底压力分布特点

左足第1趾骨(T1)、第2~5趾骨(T2~5)、第1跖骨(M1)、第2跖骨(M2)、第3跖骨(M3)、第4跖骨(M4)、第5跖骨(M5)、足弓(MF)、足跟内侧(HM)、足跟外侧(HL)压力分别为:3.01±2.06、0.98±0.94、4.90±2.64、9.78±2.95、12.61±4.12、9.73±4.00、4.58±2.50、2.75±1.26、8.93±2.52、7.73±2.18;右足则分别为:2.89±2.060.99±0.88、5.58±2.86、9.60±2.75、10.46±3.20、7.74±2.96、3.68±1.91、2.51±1.18、8.94±2.46、7.62±1.98。左足各区域压力峰值大小排序为:M3>M2>M4>HM>HL>M1>M5>T1>ML>T2~5;右足底各区域压力峰值大小排序为:M3>M2>HM>M4>HL>M1>M5>T1>ML>T2~5。比较左右足各区域的足底压力,右足的M1区域的压力峰值比左足的高(P < 0.05),左足M3、M4、M5、MF区域的压力峰值均比右足的高(P均 < 0.05,图 2)。将总足底压力≥70 N/cm2定义为高危足,则左足高危足占34%,右足为17.7%。除外右足过轻组,随着BMI增大高危足比例显著增加(P < 0.05,表 1)。

图 2(Figure 2)
图 2 左右足各区域压力峰值对比

Figure 2 Comparison of peak pressure in each region between the left and the right foot (N/cm2). *P < 0.05 vs left foot.

表 1(Table 1)

表 1 不同BMI组间高危足比例 Table 1 Percentages of high-risk foot in patients with different BMI Left foot Right foot
< 70 N/cm2 ≥70 N/cm2 < 70 N/cm2 ≥70 N/cm2
BMI < 18.5 6(85.7%) 1(14.3%) 6(85.7%) 1(14.3%)
18.5≤BMI < 24 89 (79.5%) 23 (20.5%) 102(91.1%) 10(8.9%)
24≤BMI < 28 75 (59.5%) 51(40.5%) 101 (80.8%) 24(19.2%)
BMI > 28 28 (50.9%) 27(49.1%) 37 (67.3%) 18(32.7%)
Total 198 (66%) 102 (34%) 246 (82.3%) 53(17.7%)
P < 0.05 < 0.05
表 1 不同BMI组间高危足比例

Table 1 Percentages of high-risk foot in patients with different BMI

2.3 步态、足型、足轴角度特点

左足支撑相着地阶段、前掌接触阶段、整足接触阶段、离地阶段占支撑相总时间的百分比分别为4.9±1.8、9.2±8.6、55.7±11.1、30.1±7.5;右足则分别为4.9±3.0、8.1±10.6、56.7±13.0、30.3±7.2;左右足间差异无统计学意义。左足足弓指数较右足大(P < 0.05)。相比于右足,左足低弓足发生率高(P < 0.05),而高弓足发生率低(P < 0.05)。与右足相比,右足足轴角度大(P < 0.05,表 2)。

表 2(Table 2)

表 2 2型糖尿病患者足部生物力学特点 Table 2 Characteristics of foot biomechanics in type 2 diabetic patients Parameter Mean±SD n Percentage
Left foot AI (%) 28.1±3.9 L.Foot type High arch 12 3.96
Right foot AI (%) 24.5±3.7* Normal 141 46.53
Left foot FAA (°) 18.1±9.2 Flat arch 150 49.5
Right foot FAA (°) 22.5±10.4* R.Foot type High arch 41 13.53*
LP1 (%) 4.9±1.8 Normal 226 74.58*
LP2 (%) 9.2±8.6 Flat arch 35 11.55*
LP3 (%) 55.7±11.1 L.FFA < 15° 108 35.64
LP4 (%) 30.1±7.5 15-25° 130 42.9
RP1 (%) 4.9±3.0 > 25° 65 21.45
RP2 (%) 8.1±10.6 R.FFA < 15° 71 23.43*
RP3 (%) 56.7±13.0 15-25° 115 37.95*
RP4 (%) 30.3±7.2 > 25° 116 38.28*
*P < 0.05 vs left foot. AI, arch index; FAA, foot axis angle; L, left; Rright; P1, Initial contact phase; P2, forefoot contact phase; P3foot flat forefoot phase; P4push off phase.
表 2 2型糖尿病患者足部生物力学特点

Table 2 Characteristics of foot biomechanics in type 2 diabetic patients

2.4 不同分组的总足底压力的比较

根据不同因素进行分组,比较组间总足底压力。男性双侧总足底压力均比女性大(P < 0.05)。按年龄分组, < 50组、50~60组、61~70组、>70组各组总足底压力随着年龄增大而下降(P均 < 0.05)。BMI增大,双侧总足底压力升高(P均 < 0.05)。与正常足弓对比,左高弓足组的总足底压力升高(P < 0.05),低弓足总足底压力无明显变化(P > 0.05)。按病程、糖化血红蛋白和足轴角度分组,组间的总足底压力差异均无统计学意义(P > 0.05,表 3)。

表 3(Table 3)

表 3 不同分组间总足底压力的对比 Table 3 Comparison of total plantar pressure between different groups (N/cm2) Variable Group n Left foot n Right foot
Gender Male 173 67.6±13.8 173 62.5±11.9
Female 130 61.5±12.5 130 56.7±10.5
P < 0.05 P < 0.05
Agea(year) < 50 97 68.8±130 97 63.3±11.0
50-60 115 65.2±13.9 115 60.0±11.8*
61-70 65 60.0±11.9*# 65 52.3±11.9*
> 70 26 61.9±14.5* 26 53.9±9.4*#
P < 0.05 P < 0.05
Disease duration (year) < 5 134 64.2±12.9 134 60.2±12.0
5-10 93 64.6±13.1 93 59.3±12.0
> 10 76 66.7±15.2 76 60.5±10.8
P > 0.05 P > 0.05
BMI (kg/m2)b BMI < 18.5 7 48.3±13.1 7 46.8±12.8
18.5≤BMI < 24 112 61.7±12.1* 112 56.2±10.7*
24≤BMI < 28 126 67.5±13.1*# 126 62.3±10.1*#
BMI > 28 55 68.1±15.1*# 55 64.2±13.7*#
P < 0.05 P < 0.05
HbA1c(%) ≤6.5 45 63.7±14.7 45 57.6±10.4
> 6.5 258 65.2±13.4 258 60.4±11.8
P > 0.05 P > 0.05
Foot type High arch 12 72.9±16.0 41 59.0±14.4
Normal 141 64.5±13.2* 226 60.6±11.4
Flat arch 150 64.8±13.7* 35 56.8±8.5
P < 0.05 P > 0.05
Foot axis angle < 15° 108 64.9±13.7 71 60.4±12.1
15°-25° 130 63.4±13.1 115 60.3±11.7
> 25° 65 67.9±14.0 116 59.3±11.4
303 65.0±13.6 302 60.0±11.7
P > 0.05 P > 0.05
a: *P < 0.05 vs < 50, #P < 0.05 vs 50-60; b: *P < 0.05 vs BMI < 18.5, #P < 0.05 vs 18.5≤BMI < 24; c: *P < 0.05 vs high arch foot.
表 3 不同分组间总足底压力的对比

Table 3 Comparison of total plantar pressure between different groups (N/cm2)

3 讨论

糖尿病足溃疡是下肢截肢的主要原因,足底压力增高是糖尿病足溃疡的独立危险因素[1],而步态、足型、足轴角度等多种因素影响足底压力的大小与分布[12]。对糖尿病患者的步态、足型、足轴角度的评估并进行针对性减压治疗有利于预防糖尿病病足溃疡出现[13]。本研究对303例2型糖尿病患者足部生物力学相关参数进行分析,发现糖尿病患者的双侧压力存在差异,步态改变,足型异常发生率高,足轴角度明显增大。

李文霞, 曹瑛, 邹梦晨, 黄莺, 胡萍, 罗祥蓉, 蒋娅, 薛耀明, 高方
南方医科大学南方医院内分泌代谢科, 广东广州 510515
收稿日期:2016-06-10
基金项目:广东省科技计划项目(2013B022000063)
作者简介:李文霞, 在读硕士研究生。
通信作者:高方, 副教授, 副主任医师
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