不同速度走和跑運動中運動文胸對乳房振幅的影響

任景萍 閆穎 周興龍

Research on the Impact of Sports Bras on Breast Movements in Walking and Running with Different Speeds

REN Jingping1，YAN Ying2，ZHOU Xinglong2

摘 要：探討C罩杯女性的乳房運動規(guī)律，比較女性在乳房受文胸作用下其運動受到控制時乳房的運動特征，為保護乳房和運動文胸的設計提供理論依據(jù)。運用美國Motion Analysis紅外光動作捕捉系統(tǒng)測試8名C罩杯女性在走（4 km/h和6 km/h）和跑（8 km/h和10 km/h）過程中裸胸及穿運動文胸狀態(tài)下軀干及乳房的運動學特征，采集頻率為200 Hz。結(jié)果表明：著運動文胸相比裸胸，乳房上各點運動振幅的數(shù)值均有顯著減?。浑S著運動速度的增加，乳房的運動幅度在3個方向上都逐漸增大；乳房上各部位的運動特征不同，研究乳房運動時應對乳房上多個位置進行測試，乳頭點不能代表整個乳房的運動。得出結(jié)論：運動文胸很好地控制了乳房的運動，尤其是左右方向和垂直方向的運動。

關(guān)鍵詞： 乳房；裸胸；運動文胸；走；跑；位移

中圖分類號： G 804 文章編號：1009783X（2015）02017206 文獻標志碼： A

Abstract：Purpose：To investigate the breast movement of Ccup women，to compare the effects of sports bras on breast movement and to provide theoretical support for bra designers.Methods：8 Ccup women subjects performed walking （at 4 km/h or 6km/h） and running （8km/h or 10km/h） activity on the treadmill with sports bras and no bra respectively with Motion Analysis.Their breast movements are captured using a sixcamera motion analysis system with 200Hz sampling frequency.Result：Sports bra has a better support to breasts and the magnitude of displacement reduced with increasing breast support.The value of the displacement of the breasts in running at 10km/h and 8km/h is significantly greater than that of walking at 6km/h and 4km/h.More than one part of the breast should be tested in the future studies since the characteristics of different breast parts are different，and the breasts cannot be repented solely by the nipples.Conclusions：Sports bra has a better impact on the displacement of different markers，especially in mediolateral and vertical movements.

Keywords：breast；no bra；sports bra；walking；running；displacement

收稿日期：20140625

作者簡介：任景萍（1970—），女，山西人，碩士研究生，實驗師，研究方向為運動生物力學；閆穎（1989—），女，在讀碩士研究生，研究方向為運動生物力學；周興龍（1973—），男，副教授，研究方向為運動生物力學。

作者單位：1.首都體育學院，北京 100191；2.北京體育大學，北京 100084

1Capital University of Physical Education and Sports，Beijing 100191，China；2Beijing Sport University，Beijing 100084，China. 隨著體育運動的普及，越來越多的女性選擇去運動健身，但是運動會引起乳房的強烈振動。隨著運動速度的增加，乳房的振動搖晃會加劇，這會傷及乳房的彈性纖維組織。在Lorentzen等[1]的研究中分析了慢跑中乳房的運動，在59名女性受試者中乳房疼痛率達到了56%?？梢?，乳房的振動和疼痛是一個不容忽視的問題；因此，減少乳房在運動中的振動是解決問題的關(guān)鍵，而普通文胸對乳房的承托作用明顯針對性不足。所以，如何掌握運動過程中乳房的運動學特征，科學地設計出適合運動時穿的運動文胸已成為有運動習慣的女性和文胸設計企業(yè)所關(guān)心并急需解決的問題。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

研究對象為8名未婚健康女性，無妊娠或哺乳經(jīng)歷。乳房尺寸均為C罩杯，其中75C（下胸圍為75 cm） 5人，70C （下胸圍為70 cm）3人。罩杯代碼表示相應的人體上胸圍與下胸圍之差，上胸圍為人體在穿戴合體的單層無襯墊無支撐物文胸使乳房呈現(xiàn)自然聳立狀態(tài)時，經(jīng)過乳房最豐滿處水平圍量一周的最大尺寸。下胸圍是經(jīng)過人體乳房下乳根水平圍量一周的尺寸。

測試前由專業(yè)人員測量受試者的乳房基本信息，計算胸圍差得到乳房罩杯尺寸。所有受試者實驗時穿著的文胸均為市面上購買的適合受試者尺寸的同一款運動文胸。

1.2 測試方法

1.2.1 測試設備

運用Motion Analysis紅外運動捕捉系統(tǒng)采集乳房的運動，采集頻率為200 Hz。測試場地中間放置一臺h/p/cosmos mercury的跑步機，周圍架設6臺紅外攝像機，受試者在跑步機上進行走和跑的運動，走的速度為4 km/h和6 km/h，跑的速度為8 km/h和10 km/h，坡度均為0°。

表 1 受試者基本信息

1.2.2 測試過程

文獻研究[2]已經(jīng)證明了：在乳房下端綁一圈標志點固定裝置，貼在固定裝置上的反光標志點（M1、M2、M3）可以代表軀干的運動，通過這3個反光標志點就可以得到乳房相對于軀干的坐標，即相對坐標。

圖 1 實驗用運動文胸

圖 2 實驗用標志點固定裝置

受試者穿著自己的日常文胸在跑步機上完成2 min的熱身運動，熱身過后受試者裸胸狀態(tài)自然站立。將標志點固定裝置綁在乳房下端，在固定裝置上貼3個反光標志點（M1、M2、M3），身上貼21個反光標志點，受試者保持此姿勢，用紅外運動捕捉系統(tǒng)捕捉10 s的靜態(tài)數(shù)據(jù)。

表 2 紅外反光標志點名稱及粘貼位置

采集靜態(tài)數(shù)據(jù)后，受試者在跑步機上以4、6、8和10 km/h的速度分別進行走或跑的運動，采集運動狀態(tài)穩(wěn)定后的30 s的實驗數(shù)據(jù)。每次動態(tài)測試前都要采集自然站立的靜態(tài)數(shù)據(jù)。

裸胸測試后，受試者穿上實驗用運動文胸，乳房上的點貼在文胸上相應的位置[3]，重復裸胸時的測試。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 階段的劃分

選取一個步態(tài)周期的運動做分析，運動中左足跟著地到左足跟再次著地為一個步態(tài)周期[4]。運用Motion識別紅外反光標志點，以足跟點垂直方向的位置坐標最小時刻為著地點，以足尖點垂直方向的位置坐標最小時刻為離地點。

1.3.2 絕對坐標和相對坐標的轉(zhuǎn)換

運用Motion識別紅外反光標志點，用8 Hz的頻率平滑數(shù)據(jù)，將其導出至Excel中，直接獲得乳房各點的絕對坐標。應用M1、M2、M3點和乳房各點絕對坐標的關(guān)系，計算得到乳房各點相對坐標。大地坐標系方向和軀干坐標系方向，都是相對于人體的運動方向而言的。

1.3.2.1 大地坐標系方向

X軸為前后方向，向后為正；Y軸為左右方向，向右為正；Z軸為垂直方向，向上為正。

1.3.2.2 軀干坐標系方向

M1、M2、M3點是貼在標志點固定裝置上的點，通過這3個點確定一個乳房的坐標系i，M2M1為X軸，3點確定的平面的法向量n=M2M3×M2M1為Z軸，n×M2M1為Y軸。X軸為前后方向，向后為正；Y軸為左右方向，向右為正；Z軸為垂直方向，向上為正。

M1、M2、M3這3個點為人工目測貼的點，所以貼好這3個點后，要求受試者保持自然站立的姿勢并采集其靜態(tài)數(shù)據(jù)，將靜態(tài)時3點確定的平面校正成和地平面平行的平面。

1.3.2.3 坐標轉(zhuǎn)換

標志點固定裝置上的3個點確定了軀干的坐標系，應用點到平面的距離來求乳房上點的相對坐標。設人體運動的某一時刻3點坐標M1（X1，Y1，Z1）、M2（X2，Y2，Z2）、 M3（X3，Y3，Z3）以及乳房上的點P（X0，Y0，Z0）。以M2點為坐標系i的原點，則

M2M1=（X1-X2，Y1-Y2，Z1-Z2）

YZ面的方程為

（（X1-X2）（X-X2）+（Y1-Y2）（Y-Y2）+（Z1-Z2）（Z-Z2））=0 。

若點Pi（Xi， Yi， Zi）是P點在坐標系i中的坐標，那么Xi=（X1-X2）（X0-X2）+（Y1-Y2）（Y0-Y2）+（Z1-Z2）（Z0-Z2）（X1-X2）（X1-X2）+（Y1-Y2）（Y1-Y2）+（Z1-Z2）（Z1-Z2）

Yi， Zi計算的方法同上。由于人是運動的，所以運動周期中每個時刻都要進行計算。

設靜態(tài)站立時，根據(jù)M1、M2、M3，3個點確定的坐標系i的X軸向量為（Xa，Ya，Za），Y軸向量為（Xb，Yb，Zb），Z軸向量為（Xc，Yc，Zc）。如果讓這3個點確定的平面和地平面平行，那么新坐標系j的X′軸向量為（Xa，Ya，0），Y′軸向量為（-Ya Zc，Xa Zc，0），Z′軸向量為（0，0，Zc）?？芍猨系相對于i系的方向余弦矩陣為：

iAj=cosXX′cosYX′cosZX′

cosXY′cosYY′cosZY′

cosXZ′cosYZ′cosZZ′

可求得Pi點在j系中的位置：

Pj=iAjPi=cosXX′cosYX′cosZX′

cosXY′cosYY′cosZY′

cosXZ′cosYZ′cosZZ′Xi

Yi

Zi

1.4 數(shù)據(jù)分析

1.4.1 數(shù)據(jù)指標

數(shù)據(jù)指標有位移極差、位移減少率。乳房數(shù)據(jù)均為右側(cè)乳房上點的數(shù)據(jù)。

位移極差：乳房在一個運動周期中，位移的最大值與最小值之差。

位移減少率=（裸胸時乳房的位移-著文胸時乳房的位移）/裸胸時乳房的位移×100%

1.4.2 統(tǒng)計分析

用SPSS 13.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計學分析。比較裸胸和著文胸不同運動速度、不同方向下乳房的運動參數(shù)時使用重復測量多因素分析方差分析方法，顯著性水平ɑ為0.05。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 裸胸時乳房絕對和相對運動的運動軌跡

對運動時乳房特點的研究中，多數(shù)學者[1，45，710]只研究了乳頭的運動，本研究所用乳房上的5個點幾乎覆蓋了整個乳房，可以更好地了解乳房的運動。在5個點的三維軌跡中可以看到，5個點的運動軌跡形態(tài)相同，不同的只是數(shù)值的大??；所以圖3用乳頭點的軌跡代表乳房上其他點的軌跡的變化趨勢，以便直觀地來比較不同運動速度下乳房的運動。

圖 3 乳頭點絕對運動的三維軌跡

在絕對坐標中，乳房的運動包含了軀干的運動，將絕對坐標通過坐標系轉(zhuǎn)換變成相對坐標，排除運動中軀干對乳房的影響[6]，得到乳房的“真正”運動。

在絕對坐標和相對坐標系下，運動速度從4 km/h到10 km/h時，乳頭點的運動幅度在3個方向上都逐漸變大，4 km/h和6 km/h走的運動軌跡形態(tài)相同，8 km/h和10 km/h跑的運動軌跡形態(tài)相同。在絕對坐標系下，跑步時乳房的三維運動軌跡呈“∞”字型。在相對坐標系下，由于乳房沒有骨骼和肌肉的支撐，所以乳房排除軀干的影響時會表現(xiàn)出一個非線性的運動特性。

圖 4 乳頭點相對運動的三維軌跡

2.2 裸胸和著運動文胸下乳頭點的相對運動軌跡

注：a為4 km/h的軌跡圖，b為6 km/h的軌跡圖，c為8 km/h的軌跡圖，d為10 km/h的軌跡圖。

圖 5 裸胸和著運動文胸時4個速度下的乳頭點三維軌跡

著運動文胸相比裸胸，乳房運動軌跡的形態(tài)相同，但乳房運動振幅的數(shù)值均有顯著減小。

2.3 乳房相對運動的位移

見表3和表4。

2.4 各運動速度下乳房各點相對位移的比較

運用SPSS 21.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計學分析，以是否著文胸（2個水平）、運動速度（4個水平）、乳房上不同部位（5個水平）為自變量，乳房3個方向的位移為因變量，進行重復測量的多因素方差分析。對各因素間的交互作用做了檢驗，結(jié)果存在二級交互作用：Y方向和Z方向運動速度越大，著文胸對乳房位移的影響越大，穿文胸的作用越明顯。Z方向在速度從6 km/h的走步增大到8 km/h的跑步時乳房位移增加最明顯；在速度為10 km/h的運動中，乳房Z方向上整體的位移變化為5.67 cm，乳頭點為5.84 cm，而Haake等[7]的研究中乳頭點垂直方向的變化為5 cm和本研究相差0.84 cm。

表 3 裸胸時乳房5點的相對位移極差

mm

表 4 著運動文胸時乳房5點的相對位移極差

mm

本研究更關(guān)注主效應，對是否著文胸對乳房位移的影響做主效應檢驗，結(jié)果顯示： X方向F（1，7）=11.437，P=0.012；Y方向F（1，7）=71.880，P<0.001；因此，在0.05顯著性水平下是否著文胸對乳房位移有顯著影響。穿文胸后在3個方向上乳房位移有明顯減小。Y方向減小最大，Z方向次之。

表 5 是否著文胸狀態(tài)下X、Y、Z 3個方向上乳房位移比較

注：*表示均值差值在0.05級別上顯著。

對不同速度對乳房位移的影響做主效應檢驗，結(jié)果顯示：X方向F（3，5）=20.571，P=0.003；Y方向F（3，5）=22.708，P=0.002；Z方向F（3，5）=97.035，P<0.001；因此，不同速度對乳房位移有顯著影響，隨著速度的增加，乳房位移明顯增大。Z方向增加最明顯，Y方向次之。

表 6 不同速度下X、Y、Z 3個方向上乳房位移比較

續(xù)表 6

注：a為4 km/h的比較圖， b為6 km/h的比較圖，c為8 km/h的比較圖，d為10 km/h的比較圖，單位：cm。

圖 6 裸胸和著文胸時4個速度下乳房5點位移極差的比較

對乳房不同部位的位移做主效應檢驗，結(jié)果顯示：不同部位的位移在X方向和Y方向均不顯著，在Z方向有明顯差異，X方向F（4，4）=4.441，P=0.089；Y方向F（4，4）=2.476，P=0.201；Z方向F（4，4）=32.563，P<0.001。乳頭點不能代表整個乳房，乳頭點與乳頭內(nèi)側(cè)點和乳頭外側(cè)點有明顯差異。

表 7 不同部位在Z方向上乳房位移的比較

注：*表示均值差值在0.05級別上顯著。

由于運動速度的增大導致了乳房垂直方向上運動的急劇增大，為防止乳房在運動中的損傷，則要選擇對乳房運動控制較大的運動文胸，特別是對垂直方向的控制作用要強[8]。著運動文胸后，乳房的位移都明顯減少[910]。在3個方向中，此款運動文胸對左右方向和垂直方向控制作用最明顯；而在乳房的5個位置點中，此款文胸對乳頭點、乳頭內(nèi)側(cè)點和乳頭外側(cè)點的控制作用較大。如果想要設計好的運動文胸就應對文胸的各部分作不同的處理，使用不同的材料或不同的接縫設計。

3 結(jié)論

1）著運動文胸相比裸胸，乳房運動軌跡的形態(tài)沒有變化，但乳房上各點運動振幅的數(shù)值3個方向上均有明顯減小。左右方向減小最大，垂直方向次之，此款文胸很好地控制了乳房左右方向和垂直方向的運動。

2）隨著運動速度的增加，乳房上各點在3個方向上的運動幅度都逐漸增大，隨著從走到跑的運動形式的改變，其運動軌跡的形態(tài)就隨之變化。運動形式?jīng)Q定運動軌跡的形態(tài)，速度只改變運動幅度的數(shù)值大小。

3）乳房上各部位的運動特征不同，研究乳房運動時應對乳房上多個位置進行測試。乳頭點不能代表整個乳房的運動。

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