騎行運動褲壓力與大腿疲勞關(guān)系研究

吳昕穗，顧奇琦，方紅瓊，陳曉娜，上海工程技術(shù)大學(xué)服裝學(xué)院

騎行運動的核心是下肢運動，下肢關(guān)節(jié)與肌群的鍛煉使肌力得到提高的同時，也包含對騎行者耐力的考驗，需要專業(yè)運動服裝提供技術(shù)輔助以及安全保障。如何有效緩解長時間運動中的下肢疲勞，提高運動者耐力成為騎行運動服裝的關(guān)鍵。根據(jù)用途和款式的實用性，本試驗選取賽事及騎行愛好者常用騎行短褲進行測試。

面料的選擇和服裝壓都是影響服裝穿著舒適性的重要方面。國內(nèi)外眾多品牌多針對騎行面料的排汗性、透氣性、滲透性等功能性進行創(chuàng)新設(shè)計和開發(fā)，但針對騎行運動中服裝壓與抗疲勞研究相對較少。除了面料性能外，選擇合適的緊身款式給大腿施加適當?shù)膲毫δ転榧∪飧冒l(fā)揮其能力起到提升作用，緩解運動時的肌肉緊張，且不會產(chǎn)生褲管和自行車間的摩擦或卡夾現(xiàn)象。根據(jù)以往研究表明：服裝壓力隨時間變化而變化，騎行運動開始時，若已因運動緊身褲對人體造成的壓力感到不適，則該不適感會隨時間的推移將可能不斷增強并趨向于嚴重不適，最終影響運動效果甚至對人體造成傷害?？梢?，合適的壓力才能為騎行提供幫助，因此本文著眼于局部肌肉群運動所受壓力對騎行運動褲所產(chǎn)生的服裝壓進行研究。

國內(nèi)對服裝壓與舒適性關(guān)系的研究主要集中在研究靜態(tài)服裝壓力上，通過測定面料的力學(xué)性能，并在制作成衣后再測定人體各部位的服裝壓，然后分析面料力學(xué)與服裝壓直接的關(guān)系，但是此研究方法所建立的理論模型不適用于騎行運動中各階段動態(tài)變化的服裝壓力大小。因此本文選擇研究騎行運動中服裝壓與大腿肌肉疲勞的動態(tài)波動關(guān)系，可以更準確地定量運動時的肌肉疲勞程度，試驗分別從客觀指標和主觀指標在進行騎行運動中不同肌肉部位疲勞程度加以判定。

客觀指標方面，表面肌電信號以其無創(chuàng)性、實時性、準確性記錄神經(jīng)肌肉活動的變化，并有效反映肌肉功能狀態(tài)的特點，常用于研究肌肉疲勞。依據(jù)騎行運動腿部活動特征，選用均方根振幅（RMS）作為表面肌電信號的時域指標，該值越大，肌肉疲勞度越高，該值越小，肌肉疲勞程度越小，并利用其形態(tài)上很強的隨機性以及隨時間的變化而變化的特點與肌肉疲勞過程中的肌電信號變化相適應(yīng)。該指標可以分析不同褲裝對大腿肌肉各測試點在同一時間下所產(chǎn)生的服裝壓的電信號變化與肌肉疲勞的關(guān)系。

主觀指標方面，經(jīng)過國內(nèi)外大量研究表明，主觀疲勞評定分數(shù)（RPE）不僅能表達整體的主觀疲勞感受，還能表現(xiàn)局部的肌肉疲勞狀態(tài)。王篤明等分析了靜態(tài)負荷誘發(fā)肌肉疲勞時表面肌電信號(sEMG)變化與主觀疲勞感之間的關(guān)系，得出試驗對象主觀疲勞評定分數(shù)與持續(xù)時間成顯著的正相關(guān)，所以本文結(jié)合該評價分數(shù)，探究不同肌肉部位所產(chǎn)生的服裝壓與肌肉疲勞的關(guān)系。

1 試驗設(shè)計

1.1 測量地點及環(huán)境要求

人工氣候室內(nèi)溫度控制在（22±2）℃，相對濕度為（64±1）%，風(fēng)速小于等于1 m/s，為維持肌電信號的較低信噪的數(shù)據(jù)輸出穩(wěn)定，要求實驗室人員關(guān)閉電子通訊設(shè)備。

1.2 試驗對象

本試驗挑選了4名男性作為試驗對象，年齡在19～21 歲之間，身高為（175.5±2.5）cm，體重為（52±1.5）kg，大腿圍為（51.5±3.5）cm，體型接近且熱愛騎行運動，但未受過專業(yè)騎行訓(xùn)練。要求所有受試者在試驗前一周無騎行記錄，并預(yù)先熟悉試驗流程及注意事項。

1.3 試驗服裝

試驗選取OKYDFS品牌2018年新款NELEUS PRO運動緊身短褲（如圖1所示），選用高透氣、透濕性面料［滌綸/氨綸（90/10）］，彈性優(yōu)良，有助減緩肌肉疲勞，滿足日常運動所需。尺碼選用S、M兩個尺碼（如表1所示），對照組為普通寬松運動長褲一條。

圖1 樣衣

表1 樣衣尺寸規(guī)格

1.4 試驗設(shè)備

試驗采用德國（100K）Ergoline功率自行車，能自動調(diào)節(jié)負荷，保持勻速車速。采用美國Delsys Trigno Mobile 無線表面肌電測試儀采集大腿表面各肌肉測試點肌電信號，并通過軟件EMGworks Analysis分析肌電信號sEMG分布的時域，取平均變化特征值RMS來代表不同褲裝壓力強度時肌電信號活動情況。選用Pliance 動態(tài)壓力分布測量系統(tǒng)（德國Novel），測量受試者騎行運動過程中大腿所承受的動態(tài)服裝壓。

1.5 試驗過程

1.5.1 試驗準備

在進行試穿試驗前，將樣褲預(yù)先掛在溫度為（22±2）℃，相對濕度為（64±1）%，風(fēng)速小于等于1 m/s的環(huán)境中12 h。

1.5.2 測量部位的選取

參考對于跑步運動中服裝壓對女子下肢肌肉疲勞研究中的肌肉選取，結(jié)合騎行運動肌肉活動實際情況，并考慮實驗可操作性，選擇腿部體積較大且運動發(fā)力參與度較高的四塊肌肉，分別為股外側(cè)肌、股直肌、股二頭肌、半腱肌作為著裝測試肌肉（如圖2紅線標注位置所示）。

圖2 著裝所測試的肌肉部位

1.5.3 動態(tài)試驗：表面肌電信號采集

試驗前，安排試驗對象靜坐休息20 min。待休息完畢后，用酒精棉團擦拭無線肌電設(shè)備傳感器，消毒好后貼上專用膠紙。腿部肌肉選取及測試點參考位置如表2所示，把4個傳感器依次粘合于四個測試點，與試驗對象大腿皮膚直接接觸。由試驗對象依次穿著寬松普通運動褲、M碼緊身運動短褲以及S碼緊身運動短褲進行為時5 min的勻速騎行運動（功率車功率穩(wěn)定設(shè)置為80 W，騎行時轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在58～62 r/min），并采集肌電信號。每次騎行間隔10 min，以便試驗對象休息、調(diào)整下肢和更換試驗服裝。

表2 腿部肌肉選取及測試點參考位置

1.5.4 疲勞程度主觀評價

結(jié)束騎行后受試者立即根據(jù)自感疲勞等級表（RPE）如表3所示，進行疲勞程度的主觀評價。最終評定分數(shù)等級取4位試驗對象所評定數(shù)值的平均值。

表3 主觀疲勞評定分數(shù)（RPE）等級

1.5.5 靜態(tài)試驗：靜態(tài)壓力測試

在試驗對象三次騎行結(jié)束休息后，進行靜態(tài)壓力試驗。記錄試驗對象在穿著不同樣褲時，功率車的腳踏分別位于與地面垂直最高點與最低點時大腿前部兩塊肌肉測試點的壓力平均值和后部兩塊肌肉測試點的壓力平均值。每次更換試驗服裝間隔10 min，以使身體適應(yīng)新服裝。

2 試驗結(jié)果及其分析

2.1 靜態(tài)服裝壓力數(shù)據(jù)處理與分析方法

因?qū)φ战M普通運動褲款式寬松，其對人體大腿產(chǎn)生的壓力幾乎為0，即可認為普通運動長褲的服裝壓為0，不列入計算比較范圍。為排除局部肌肉測試點運動強度差異對實驗結(jié)果的影響，根據(jù)公式轉(zhuǎn)換為服裝壓強（p）處理。

式中，p為服裝壓強單位為（Pa），F(xiàn)為服裝壓單位為（N），S為肌肉接觸面面積單位為（cm2）。

2.2 肌電信號數(shù)據(jù)處理與分析方法

使用軟件EMGworks Analysis處理原始肌電圖波形將振幅取正。試驗測試時間5 min，將肌電波形圖以30 s為單位均分為10段。由于對象之間騎行頻率、身體素質(zhì)等個體差異存在，需對RMS值進行數(shù)據(jù)標準化處理。

式中：Xn為第n時間段的肌電值，SXn表示第n時間段標準化處理后的肌電值（n=2，3，4，5，6，7，8，9，10）。

使用SPSS 統(tǒng)計軟件對各段的肌電值進行顯著性相關(guān)分析，并進行Spearman 一致性檢驗。在得到結(jié)果（rs＞0.8，P＜0.01）的前提下，截取每段末端的10 s 信號進行分析計算得出RMS 值作因變量，以首段肌電信號作為每一段的對照值進行單因素方差分析比較檢驗。

2.3 RMS與主觀疲勞評定分數(shù)（RPE）數(shù)據(jù)處理與分析

使用SPSS統(tǒng)計軟件對4個測試點在不同服裝壓的條件下，進行RMS值與主觀疲勞評定分數(shù)（RPE）的Pearson顯著性相關(guān)分析（顯著性水平P＜0.05）。

2.4 緊身運動褲號型對服裝壓力的影響

根據(jù)靜態(tài)壓力測試試驗，各試驗對象穿著不同尺碼緊身運動褲時各測試點的服裝壓如表4所示。穿著S碼緊身運動褲時四個測試點的服裝壓均大于穿著M碼緊身運動褲，表明S碼緊身運動褲對大腿造成的服裝壓均大于M碼緊身運動褲。且當騎行運動中踏板位于最高點與最低點時，大腿前部的服裝壓均遠大于大腿后部，即股直肌和股外側(cè)肌所承受壓力遠大于肱二頭肌和半腱肌。其中踏板位于最高點時，無論穿著尺碼大小，大腿前部肌肉壓強值最大，所受壓力最大。

表4 各試驗對象穿著不同尺碼緊身運動褲時各個檢測點的服裝壓（單位Pa）

2.5 不同運動褲產(chǎn)生的服裝壓對肌電信號的影響

不同服裝壓下4個測試點的RMS值一致性檢驗結(jié)果均呈現(xiàn)顯著強正相關(guān)，可認為4個肌肉測試點在各時間段的RMS值具有高度一致性，可做后續(xù)檢驗。

肌電指標評判標準為RMS均值越大，則疲勞程度越高。對穿著不同樣褲各時間段的RMS 均值分別與其T1 時間段的RMS 均值作單因素方差分析比較檢驗，如表5 所示。發(fā)現(xiàn)在運動中后期T6開始，中壓力M碼緊身運動褲與高壓力S碼緊身運動褲著裝壓力的RMS 均值分別與其T1 時間段的RMS 均值有顯著性差異；T7 時，三條褲裝的RMS均值均分別與其T1 時間段的RMS 均值出現(xiàn)極顯著性差異。說明當騎行運動進行到3 min至3.5 min之間時，開始產(chǎn)生肌肉疲勞，并且疲勞程度隨著時間增長而增強。

表5 穿著不同樣褲各時間段RMS均值與T1時間段的RMS均值單因素方差分析比較檢驗

如表6所示，除穿著低壓力普通運動褲時1號肌肉測試點的RMS值和RPE值沒有呈現(xiàn)出顯著相關(guān)性之外，其余2、3、4號肌肉測試點均呈現(xiàn)出顯著相關(guān)性，其中，中壓力下的4號肌肉和高壓力下的2號肌肉均呈現(xiàn)出極顯著相關(guān)性。這說明騎行運動中大腿肌肉群做復(fù)合性運動時各部位肌肉參與度不同，股外側(cè)肌參與較少導(dǎo)致其放電水平過低，所以其RMS值和RPE值無顯著性關(guān)系呈現(xiàn)。

表6 不同服裝壓下4個測試點的RMS值和RPE值的相關(guān)性分析

如圖3所示，通過橫向比較，穿著低壓力普通運動褲時，四個肌肉測試點的RMS均值均明顯高于穿著中、高壓力緊身運動褲；穿著高壓力S碼緊身運動褲的RMS 均值略高于穿著中壓力M碼緊身運動褲。說明騎行運動中，穿著中壓力緊身運動褲相對于低壓力普通運動褲和高壓力緊身運動褲能更有效地緩解疲勞。

通過縱向比較，發(fā)現(xiàn)不同肌肉在騎行運動中的疲勞程度不同。4個肌肉測試點在不同壓力下的RMS均值的降幅中2號肌肉測試點的降幅最大，說明服裝壓的大小變化對2號肌肉測試點疲勞程度有較大影響。穿著不同壓力的褲裝時，1號肌肉測試點的RMS均值均為最小，2號肌肉測試點的RMS均值均為最大。結(jié)合表6，說明股外側(cè)肌較其他三個肌肉部位不易產(chǎn)生疲勞，而股直肌在騎行運動中參與度較高且易產(chǎn)生疲勞。

圖3 不同服裝壓下各測試點的RMS均值分析圖

2.6 不同服裝壓下疲勞顯著時間段RMS值的變化幅度趨勢

針對肌肉疲勞顯著的騎行運動中后期（T6～T10），使用EXCEL軟件繪制4個不同肌肉測試點的RMS均值隨著時間推移的幅度變化趨勢圖，如圖4所示。

圖4 4個肌肉測試點的RMS值增幅變化趨勢圖

3 總結(jié)

本文利用表面肌電信號（sEMG）的時域指標之一RMS均值與壓強作為騎行運動中肌肉疲的評判指標，研究騎行運動中不同褲裝壓力對不同肌肉部位產(chǎn)生疲勞的影響，得到以下結(jié)論：

（1）騎行運動中踏板位于最高點與最低點時大腿前部肌肉的股直肌和股外側(cè)肌所承受的壓力遠大于大腿后部肌肉的肱二頭肌和半腱?。还赏鈧?cè)肌參與度較低，較其他三個肌肉部位不易產(chǎn)生疲勞，而針對參與度較高的股直肌需要更多的服裝壓力以緩解疲勞。

（2）當騎行運動進行到中后期時開始產(chǎn)生肌肉疲勞，并且疲勞程度隨著時間增長而增強。穿著中壓力緊身運動褲相對于低壓力普通運動褲和高壓力緊身運動褲能更有效地緩解股外側(cè)肌和股二頭肌產(chǎn)生的疲勞，但對于股直肌與半腱肌效果不明顯。低壓力普通運動褲和高壓力緊身運動褲對騎行運動過程中肌肉疲勞的緩解作用很小甚至沒有，還有可能誘發(fā)肌肉疲勞，并且高壓力緊身運動褲比低壓力普通運動褲更容易引起肌肉疲勞。