Diabetic Foot Considerations Related to Plantar Pressures and Shear

발바닥 압력 및 전단력과 관련하여 당뇨발에서 고려 사항

Jessi K. Martin, Brian L. Davis

Foot Ankle Clin. 2023 Mar;28(1):13-25. doi: 10.1016/j.fcl.2022.11.004.

1. CLINICAL SIGNIFICANCE OF DIABETIC FOOT ULCERATION

-당뇨병성 족부궤양(Diabetic foot ulcers (DFUs))는 당뇨병의 가장 흔한 합병증 중 하나이며, 15%에서 25%가 평생동안 족부궤양이 발생한다. 족부궤양의 가장 흔한 합병증은 감염/절단이며, 궤양의 50% 이상이 감염된다.

-궤양 재발의 위험을 증가시키는 요인은 7.5 이상의 Hb A1C 값, 골수염의 존재, 그리고 10 이상의 노인 우울증 척도 점수 등이 있다 (Fig 1). DFU의 병인은 다면적이며 (Fig 1) 장기간의 잘 조절되지 않는 혈당에서 비롯된다 (Fig 2).

-말초신경병증은 정상적인 보행을 방해하여 불안정, 보행이상, 압력 분포 변화를 유발하는 것으로 알려져있다. 말초신경병증이 있는 경우, 높은 압력이 당뇨병성 족부궤양 발생과 연관된다는 명확한 증거는 있지만, 하지만 높은 압력의 부위가 항상 족부궤양으로 발생하는 것은 아니다. 실제로 궤양 부위의 30%만이 족부의 높은 압력 부위과 상관관계가 있었다. Shear는 DFU의 원인을 확인하는데 도움을 주는 또 다른 생체역학적 매개변수이다. Shear는 조직 허혈을 유발하기 위해 필요한 압력을 의미있게 감소시킨다 (Fig 3).

2. SHEAR VERSUS PRESSURE

-Pressure와 Shear 측정은 DFU의 예방에 중요한 역할을 한다. Shear, 또는 friction force에 대한 해석은 상당히 더 어렵다. 예를 들어, pressure와 shear는 단순히 마찰계수에 의해 관계가 있다고 생각되어지지만, pressure flatform을 환자가 밟을 때, pressure와 shear는 거의 관련이 없다. 사실, pressure가 가장 높은 지점에서 shear은 종종 0이 될 수 있다 (Fig 3). pressure를 시각화하는 것은 간단할 수 있지만 (Fig. 4A), 특정 shear 패턴의 원인을 파악하는 것 (Fig. 4B)은 여러 센서에 걸쳐  발비틀림, 슬라이딩 및 마찰 차이의 영향을 결합해야한다. 뿐만아니라 shear는 sagittal과 frontal planes을 포함한 여러 평면에서 발생할 수 있다.

-Pressure와 shear 크기의 비는 당뇨병성 신경병증 환자에서 변경된다. 이는 향후 궤양 발생으로 나타날 수 있다. 족저면의 shear을 고려하였을 때, Davis는 “wrinkled carpet effect”로 언급하였다. Pressure 값은 발 아래의 각 위치에서의 압력값이다. 이는 “hills and valleys”을 나타내는 그래픽으로 이어진다. 여기에 shear 값이 포함되면 wrinkled carpet으로 이어지며 상황은 더 복잡해진다.

-Pressure와 shear의 combinational loading과 궤양 위험성과의 관계에 대한 연구는 없는 것으로 알려져 있다.

3. HISTORY OF THE PLANTAR PRESSURE AND SHEAR MEASUREMENTS AS RELATED TO ULCERS

-Peak pressure와 궤양 위치 사이의 약한 상관관계를 고려할 때, 일부 형태의 shear (possibly coupled with pressure)는 궤양을 유발할 가능성이 높은 것으로 판단된다.

-당뇨병 족부 연구자들은 “shear stress 측정은 여전히 어려운 목표” 라고 언급하였다. shock material 효과를 해결하는 향후 in-shoe shear sensors 기술에 대한 능력은 여전히 미해결 문제이다.

4. CHARCOT ARTHROPATHY AND FOOT ULCERATION

-Charcot arthropathy는 DFU만큼 널리 흔하지는 않지만, 당뇨병과 말초신경병증이 있는 사람의 35%에서 발생한다. DFU와 Charcot arthropathy는 환자에게 똑같이 치명적이다.

-Charcot는 midfoot joint의 점진적인 degradation을 특징으로 한다 (Fig. 6). 치료하지 않고 방치할 경우 궤양 (DFU), midfoot arch collapse, 감염, 절단 또는 사망으로 진행될 수 있다.

-Charcot과 DFU의 최근 연구는 잠재적인 모니터링 및 진단. midfoot pressure 및 shear 측정 사용에 대한 유사한 방법론을 말하였다. 여러 연구에서 DFU와 Charcot 두 질환에 대한 임상평가에서 pressure 및 shear 평가의 유용성의 가능성을 말하였다.

5. FUTURE RESEARCH IN FOOT ULCERATION MONITORING

- DFU의 향후 연구는 예방, 조기 발견 및 정확한 치료적 개입에 초점을 맞추고 있다. 이는 현재 wearable sensors, AI/machine learning, smart technology를 통해 달성되고 있다.

-Inflammation이 DFU의 전조 증상이라는 것에 연구자들 사이에 공통된 생각이 있기에, 연구자들은 염증 변화의 지표로 발 아래의 온도를 측정하는 방법을 연구하고 있다.: Hand-held infrared temperature probe, in-home smart mats (Podimetrics Mat), smart-phone based infrared cameras

- DFU 연구의 향후 또 다른 측면은, DFU 발병을 완화하기 위하여 환자 순응도 증가와 wear time 개입이다. : “@monitor”, Orthotimer, smart watches, smartphone app

6. SUMMARY

-DFU는 복잡하고 다면적이며 광범위한 당뇨병 합병증이다. DFU 발병에 기여하는 다양한 위험 요소가 있지만, pressure와 (더 최근에는) shear stresss가 skin breakdown을 일으키는 위험 요소를 모니터링하는데 관심을 받고 있는 생체역학적 지표이다. 연구중인 DFU의 다른 분야로는 족저 온도 측정, 착용시간 순응도 모니터링 및 기계학습/AI 알고리즘 등이 있다. Charcot arthropathy는 DFU 발생과 관련이 있는 또 다른 당뇨병 합병증으로, DFU 발생과 함께 모니터링해야한다. DFU 발병과 Charcot neuroarthropathy을 모니터링하고 예방할 수 있다면 환자 삶의 질을 증가시킬 수 있을 것이다.