跑步運動中服裝壓對女子下肢肌肉疲勞的影響

盧華山, 閻玉秀，李夢園，許淑燕，金子敏

(1. 浙江杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310018；2. 浙江理工大學(xué) 服裝學(xué)院，浙江 杭州 310018；3. 浙江理工大學(xué) 先進(jìn)紡織材料與制備技術(shù)教育部重點實驗室，浙江 杭州 310018)

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跑步運動中服裝壓對女子下肢肌肉疲勞的影響

盧華山1,2, 閻玉秀2，李夢園2，許淑燕1，金子敏3

(1. 浙江杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310018；2. 浙江理工大學(xué) 服裝學(xué)院，浙江 杭州 310018；3. 浙江理工大學(xué) 先進(jìn)紡織材料與制備技術(shù)教育部重點實驗室，浙江 杭州 310018)

為研究運動過程中人體下肢肌肉疲勞程度與服裝壓力之間的關(guān)系，以30名熱愛跑步運動的年輕健康女性作為實驗對象，測量其穿著不同壓力運動短褲在跑步運動狀態(tài)下，下肢各肌肉部位的服裝壓力值和表面肌電指標(biāo)，采用相關(guān)分析和單因素方差分析對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明：表面肌電時域指標(biāo)中的均方根振幅(RMS)與肌肉疲勞狀況存在相關(guān)性，RMS可作為重要指標(biāo)從生物學(xué)角度對肌肉疲勞狀態(tài)進(jìn)行評價；服裝壓力的增加對肌肉疲勞具有緩解作用，主要集中在運動中后期；從相關(guān)測試部位看出，影響程度因部位而異，所受服裝壓較大的股外側(cè)肌受影響程度最為明顯，股直肌最不明顯。

服裝壓；下肢；肌肉疲勞；表面肌電; 跑步運動

緊身服裝作為功能性運動裝備領(lǐng)域的研究熱點[1]，通過將材料自身的彈性對人體軀干部位進(jìn)行束縛[2]，從而達(dá)到保護(hù)肌肉損傷和修飾身形的作用。目前已有較多學(xué)者發(fā)現(xiàn)，緊身服裝對四肢、軀干等部位皮膚表面的束縛作用，會對人體血液循環(huán)、心率、內(nèi)分泌等一系列生理因素產(chǎn)生影響[3-5]，甚至有學(xué)者提出，在長時間的體育運動中，過高的服裝壓力不僅不會提高運動表現(xiàn)，相反會由于服裝不隨人體的變形而變形，增加人與服裝間的能量消耗，從而更易產(chǎn)生肌肉疲勞[6]，因此有必要研究服裝壓對于肌肉疲勞的影響。

表面肌電(sEMG)技術(shù)由于其具有一定的無創(chuàng)傷性[7]、時效性和精確性[8]，在運動神經(jīng)學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用較多，在服裝領(lǐng)域主要集中在不同緊身壓迫對于肌肉疲勞的影響。運動方式以及被檢測部位的不同均會對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響，因此運用表面肌電技術(shù)進(jìn)行疲勞度的判定尚且沒有一個規(guī)范化的評價標(biāo)準(zhǔn)。本文旨在根據(jù)跑步運動過程中的肌肉狀況，運用表面肌電測試技術(shù)監(jiān)測各目標(biāo)肌肉群在不同服裝壓下的時域指標(biāo)均方根振幅(RMS)變化，結(jié)合主觀評價對跑步專項運動中服裝壓與肌肉疲勞的關(guān)系進(jìn)行研究。

1 試驗設(shè)計

1.1 試驗對象

1.2 試驗樣衣

本文試驗所用樣衣為浙江棒杰針織數(shù)碼有限公司織造的無縫針織運動短褲，面料采用3種長絲纖維交織而成，纖維含量為71%錦綸、21%丙綸和8%氨綸，具有較好的彈性和透氣性。款式如圖1所示，選擇155/64A、160/68A、165/72A 3個號型進(jìn)行3種不同服裝壓的對比試驗，其尺寸規(guī)格如表1所示。

圖1 試驗樣衣效果圖Fig.1 Effect diagram of experimental prototype.(a)Front; (b)Back

1.3 測試設(shè)備

1)壓力測試儀器。本文試驗?zāi)康氖菧y量緊身運動短褲在動態(tài)條件下的服裝壓力變化，使用pliance-X-32型動態(tài)壓力分布測量電容式傳感器系統(tǒng)，可同時完成多個部位的服裝壓力測量。

表1 試驗樣衣尺寸規(guī)格Tab.1 Experimental prototype standard sizes cm

2)表面肌電測試設(shè)備。trignoTM無線系統(tǒng)和智能傳感器具有16個肌電圖頻道，與EMGworks軟件兼容，有效距離達(dá)40 m，可實現(xiàn)16倍分辨率和2 000 Hz的采樣率，具有精確度高，抗干擾性強等特點，可實時地采集運動過程中的表面肌電信號。

3)跑步機(jī)。跑步試驗的測試設(shè)備主要為YB-521DL型跑步機(jī)。采用MDF材質(zhì)跑板及蜂窩式減震裝置，可有效緩解運動沖擊力，具有多模式、多坡度的可選配置，可根據(jù)試驗需要設(shè)置跑步時間及增減速度。

1.4 試驗方案

1.4.1 試驗測試點選取

腿部肌肉群主要包括伸肌群與屈肌群2類，使用最多的伸肌群是股直肌、股外側(cè)肌、股內(nèi)側(cè)肌和股中間肌，而屈肌群包括股二頭肌、半腱肌、縫匠肌、腓腸肌。參考蔣琳等[9]對于跑步運動中下肢肌肉的選取，同時考慮到試驗的可操作性，選擇腿部較大塊的肌肉，以伸肌群中的股直肌(A)、股外側(cè)肌(B)和屈肌群中的股二頭肌(D)、半腱肌(E)、外加臀大肌(C)等5個肌肉部位作為實驗測試點，如圖2所示，具體參考位點詳見表2。

圖2 腿部肌肉測試部位圖Fig.2 Leg muscle test sites. (a)Front; (b)Back

表2 表面肌電電極安放參考位點Tab.2 Reference sites of surface electromyography electrodes

1.4.2 試驗方法

待測對象進(jìn)入試驗室后，先靜坐30 min，待其狀態(tài)穩(wěn)定后開始正式試驗。首先在試驗者腿部5個測試部位分別貼上壓力傳感器薄片，然后按照服裝號型由大到小的順序，依次穿上緊身運動短褲進(jìn)行服裝壓力的測量，時間為10 min?？紤]到試驗的可操作性和受試者的可承受性，同時參考陳金鰲等[1,10]對于下肢體力疲勞的試驗設(shè)計，本文試驗選擇在跑步機(jī)上采用預(yù)加載模式進(jìn)行，依次為1 min加速慢跑、8 min勻速跑和1 min減速慢跑，目標(biāo)速度為8 km/h，觀察并記錄各測試部位的壓力數(shù)值。每更換一件樣衣，休息10 min后再進(jìn)行同樣測試。

待被試者完成壓力測試，休息30 min后開始表面肌電的測試，試驗步驟同壓力測試。每組試驗按時間先后順序平均分為5個階段，分別為T1、T2、T3、T4、T5，被試者還要求對各階段的疲勞程度進(jìn)行主觀評價打分，評價標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 疲勞程度主觀評價表Tab.3 Fatigue subjective evaluation

2 結(jié)果與分析

2.1 表面肌電RMS與肌肉疲勞的相關(guān)分析

本文研究選取表面肌電時域指標(biāo)中的均方根振幅(RMS)作為穿著緊身運動短褲跑步中肌肉疲勞的研究指標(biāo)，該指標(biāo)反映肌肉放電的平均水平。多位學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，通過比較不同時期的均方根振幅，可確定疲勞時刻和疲勞的程度[11]。采用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0統(tǒng)計軟件，對5個測試部位在不同服裝壓下，RMS值和主觀疲勞評價得分進(jìn)行顯著性相關(guān)分析，結(jié)果如表4所示。其中：顯著性水平P<0.05表示具有顯著相關(guān)性；P<0.01表示具有極顯著相關(guān)性。從表可知，當(dāng)測試者穿著高壓力(155/64A)運動短褲時，5個測試部位的RMS值均與主觀評價得分呈顯著相關(guān)關(guān)系，而在穿著中等壓力(160/68A)和低壓力(165/72A)運動短褲時，B、D、E 3個部位的RMS值同樣與主觀評價得分呈顯著相關(guān)關(guān)系，說明RMS可較好地評價跑步運動中穿著不同壓力短褲下肌肉疲勞的狀況。值得注意的是，B、D、E在3種服裝壓下均與疲勞顯著相關(guān)，而A、C部位在中低等服裝壓下并沒有表現(xiàn)出顯著相關(guān)性。

表4 不同服裝壓下主觀疲勞評價與各測試點RMS值的相關(guān)性分析Tab.4 Correlation analysis on relationship between RMS of test points and subjective fatigue evaluation under different clothing pressures

注：*表示顯著性水平P<0.05；**表示顯著性水平P<0.01。

主觀評價可從心理角度對疲勞程度作出初步評判。服裝壓對疲勞的影響與肌肉部位密切相關(guān)，B、D、E部位的相關(guān)性最好，A、C部位的相關(guān)性較差。這是因為跑步是一項多肌群同時參與的復(fù)合性運動[9]，在運動過程中，股外側(cè)肌(B)、股二頭肌(D)、半腱肌(E)占主導(dǎo)作用，而股直肌(A)、臀大肌(C)的作用并不明顯，從而導(dǎo)致不同服裝壓下，肌肉放電水平在不同肌肉間不完全一致。

對于不同的寄生蟲學(xué)標(biāo)本片，要根據(jù)片中標(biāo)本的大小，選擇放大倍數(shù)合適的鏡頭。有時候觀察同一個標(biāo)本，需要幾個不同的鏡頭來完成。如通常使用10倍物鏡觀察感染性蛔蟲卵的形態(tài)特征（蟲卵形狀、卵殼、蛋白質(zhì)膜、蟲卵中的蛔蟲幼蟲），之后換成40倍物鏡觀察蟲卵中蛔蟲幼蟲的形態(tài)特征以及其在卵中的運動情況。因此教師要在課程開始之初向?qū)W生講解清楚，通過之后幾次實驗課讓學(xué)生自己逐漸找到規(guī)律，避免認(rèn)知過程中出現(xiàn)“盲人摸象”的現(xiàn)象。

2.2 不同服裝壓對肌肉疲勞的影響

由于測試者之間個體差異較小，故對壓力試驗相關(guān)數(shù)據(jù)采用平均值的方式分階段進(jìn)行分析。在分析結(jié)果前除去明顯的錯誤數(shù)據(jù)，再對30位受試者分別穿著155/64A、160/68A、165/72A號型的緊身運動短褲，在跑步狀態(tài)下所測得的各測試點的壓力值分段求取平均值。圖3示出穿著號型155/64A、160/68A、165/72A樣衣在跑步過程中股直肌(A)、股外側(cè)肌(B)、臀大肌(C)、股二頭肌(D)、半腱肌(E)等5個肌肉測試部位在不同運動階段的平均壓強變化分布圖。從圖中可知，在跑步過程中，各測試部位的服裝壓強變化程度與這些部位相關(guān)。臀大肌(C)由于在下肢運動中圍度尺寸的伸縮變化最大，因而所受的服裝壓力影響最大，跑步過程中膝關(guān)節(jié)的屈伸使得腿部肌肉產(chǎn)生不同程度的伸縮，其中對于大腿后中心線的拉長和前中心線的縮短影響最明顯，同時前中心線的縮短大于后中心線的拉長[12]，使得大腿前側(cè)的長度收縮變化大于大腿后側(cè)，出現(xiàn)了圖3(a)～(c)中緊身運動短褲的壓力自大腿前側(cè)至后側(cè)遞減的趨勢。

圖3 不同號型各點平均壓強變化分布圖Fig.3 Each point average pressure change while wearing different types of clothing

為鑒別服裝壓對肌肉疲勞的影響，將30名被試者穿著3種壓力樣衣下，5個測試部位在不同運動階段的RMS均值作為因變量，進(jìn)行單因素方差分析比較檢驗，分析結(jié)果如表5所示。可得出：高壓力(155/64A)和中等壓力(160/68A)樣衣在運動中后期(T2、T3、T4)的顯著性水平小于0.05，說明服裝壓對肌肉疲勞產(chǎn)生了顯著的影響，而低壓力(165/72A)樣衣也在運動后期(T3、T4)對肌肉疲勞產(chǎn)生了顯著影響。其中，顯著性水平隨著壓力的遞增而減小，說明服裝壓越大對肌肉疲勞的影響越顯著。

表5 不同服裝壓對各階段RMS值的影響Tab.5 Effects of different clothing pressure on RMS at different stages

注：*表示顯著性水平P<0.05。

本文針對疲勞性顯著階段，對各測試部位在不同服裝壓下的表面肌電均方根振幅RMS值進(jìn)行具體分析，圖4分別示出T2、T3和T4階段各測試部位RMS均值。

圖4 不同階段各部位RMS分析圖Fig.4 RMS analysis chart of each part in different periods

從圖4可看出，中、高等壓力樣衣下，各測試部位的RMS值均低于低壓力樣衣，說明服裝壓對肌肉疲勞起到了明顯的緩解作用，使得肌肉無需過多放電即可達(dá)到同樣的能量輸出，同時高壓力樣衣的緩解作用優(yōu)于中等壓力樣衣。值得注意的是，隨著運動時刻的推移，3種樣衣下各部位均方根振幅差值呈現(xiàn)出遞減的趨勢，說明服裝壓對肌肉疲勞的影響在運動初期最為顯著，這是由于服裝壓對肌肉的束縛作用延緩了肌肉的收縮，起到了延緩運動時效的作用。

圖5示出整個運動階段各測試部位RMS均值在不同服裝壓下的變化。

圖5 各測試部位不同服裝壓下的RMS分析圖Fig.5 Each test part RMS analysis under different clothing pressures

由圖可知，各測試部位的RMS值均隨服裝壓力的增加而減小，說明肌肉疲勞的產(chǎn)生與服裝壓力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即服裝壓的增加對肌肉疲勞具有緩解作用，緩解作用的大小因部位而異。其中B部位降低程度最為明顯，而A部位最不明顯，對比2個部位所受的壓力值可說明，服裝壓力大小對于這2個部位肌肉疲勞的緩解作用具有較大的影響，C部位雖然所受壓力值最大但緩解作用并不明顯，與其自身參與的運動單元較少有關(guān)，D、E 2個部位中、高服裝壓之間的差別較小，但相對于低服裝壓則緩解作用較為明顯，說明中等服裝壓就足以對肌肉疲勞起到明顯的緩解作用，過高的服裝壓并不會起到更好的作用。故在跑步運動短褲設(shè)計時，為使服裝壓對肌肉疲勞起到最佳的緩解作用，服裝壓力值要依部位而定。

3 結(jié) 論

1)表面肌電時域指標(biāo)RMS與肌肉疲勞存在著必然的聯(lián)系，RMS可作為重要指標(biāo)從生物學(xué)角度對肌肉疲勞狀態(tài)進(jìn)行評價。

2)服裝壓會對肌肉疲勞產(chǎn)生影響，中、高壓力樣衣對于肌肉疲勞的影響集中在運動中后期，低壓力樣衣集中在運動后期。

3)服裝壓的增加對肌肉疲勞具有緩解作用，其大小因部位而異。其中股外側(cè)肌緩解作用最為明顯，股直肌最不明顯，臀大肌、股二頭肌和半腱肌在中、高服裝壓下較為明顯。

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Influence of clothing pressure on female lower limb muscle fatigue during running sports

LU Huashan1,2，YAN Yuxiu2，LI Mengyuan2，XU Shuyan1，JIN Zimin3

(1.CollegeofVocationalandTechnical,Hangzhou,Zhejiang310018,China; 2.CollegeofFashion,ZhejiangSci-TechUniversity,Hangzhou,Zhejiang310018,China; 3.KeyLaboratoryofAdvancedTextileMaterialsandManufacturingTechnology,MinistryofEducation,ZhejiangSci-TechUniversity,Hangzhou,Zhejiang310018,China)

In order to study the relationship between lower limb muscle fatigue and clothing pressure during running sports, thirty females were employed as subjects. Their lower limb muscles′ clothing pressure and surface electromyography data were measured objectively in the state of running sports when wearing sports pant of different clothing pressures. The results show that there is a correlation between root mean square and muscle fatigue status. The increase of clothing pressure has the effect on alleviation of muscle fatigue, and effects focus on the middle and late of the running. In view of relative tested part, effects vary depending on the site simultaneously, and vastus lateralis muscle affects most visibly due to larger clothing pressure.

clothing pressure; lower limb; muscle fatigue; surface electromyography; running sport

10.13475/j.fzxb.20160706506

2016-07-21

2017-04-14

國家科技部重點新產(chǎn)品計劃項目(2014GR608001)；浙江省高校重中之重學(xué)科開放基金項目(2016KF08)

盧華山(1963—)，男，副教授。主要研究方向為針織技術(shù)與理論、人體工程與舒適服裝。閻玉秀，通信作者，E-mail: yanyuxiu777@163.com。

TS 941.16

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