服裝壓力對(duì)男子騎行運(yùn)動(dòng)中肌肉疲勞的影響

程寧波， 吳志明， 柯思成

(1. 江南大學(xué) 教育部針織技術(shù)工程研究中心， 江蘇 無(wú)錫 214122； 2. 上海工程技術(shù)大學(xué) 服裝學(xué)院， 上海 201620)

近些年，隨著騎行運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)騎行服的需求不斷增加，消費(fèi)者也提出了更高的要求,騎行服逐漸成為功能性運(yùn)動(dòng)服裝領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[1-2]。騎行是一項(xiàng)強(qiáng)度大且需要身體各部位骨骼肌協(xié)同運(yùn)作的踏蹬運(yùn)動(dòng)，下肢肌肉在騎行過(guò)程中至關(guān)重要[3]，因而騎行褲在運(yùn)動(dòng)中的作用尤為顯著。專(zhuān)業(yè)騎行褲不僅可提高騎行運(yùn)動(dòng)自由度，而且具有一定的生理防護(hù)和運(yùn)動(dòng)防護(hù)性能[4]。此外，已有研究表明，緊身運(yùn)動(dòng)服產(chǎn)生的壓迫在運(yùn)動(dòng)中對(duì)人體有積極作用：如給肌肉一個(gè)合適的壓力,可減少肌肉的振動(dòng)和緩解運(yùn)動(dòng)中肌肉的疲勞和緊張，提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，在運(yùn)動(dòng)后有利于肌肉恢復(fù)[5-6]；相反，若壓迫過(guò)大，則會(huì)產(chǎn)生危害和消極作用[7]，加速運(yùn)動(dòng)中的肌肉疲勞[8]，因此，服裝壓與肌肉有著密不可分的關(guān)系。

表面肌電技術(shù)(sEMG)能夠反映肌肉活動(dòng)狀態(tài)，可用于評(píng)價(jià)肌肉疲勞，在運(yùn)動(dòng)神經(jīng)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[9]。表面電極可直接置于皮膚表面，使用方便，可用于測(cè)試較大范圍的肌電信號(hào)，并且提供了安全、簡(jiǎn)便、無(wú)創(chuàng)、無(wú)痛的客觀指標(biāo)。目前不少學(xué)者已將sEMG技術(shù)引入運(yùn)動(dòng)服裝研究領(lǐng)域：盧華山等[10]選取時(shí)域指標(biāo)均方根振幅(RMS)探索了女子跑步運(yùn)動(dòng)服裝產(chǎn)生的壓力對(duì)不同部位肌肉疲勞產(chǎn)生的影響；王會(huì)寧等[11]研究表面肌電信號(hào)和主觀疲勞的相關(guān)性。本文運(yùn)用表面肌電技術(shù)采集騎行運(yùn)動(dòng)中不同部位肌肉的表面肌電信號(hào)，選取時(shí)域指標(biāo)和頻域指標(biāo)的中位頻率(MF)作為肌肉疲勞評(píng)價(jià)指標(biāo)，并結(jié)合主觀評(píng)價(jià)分析騎行運(yùn)動(dòng)中服裝壓力對(duì)肌肉疲勞的影響。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

選取具有騎行愛(ài)好和一定騎行經(jīng)驗(yàn)的在校男性研究生和大學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，共11人，均在 GB/T 1335.1—2008《服裝號(hào)型 男子》規(guī)定的下裝號(hào)型175/78A范圍內(nèi)。所有受試者均為身體健康，無(wú)關(guān)節(jié)、骨骼或韌帶受傷病史，且要求在實(shí)驗(yàn)前一周內(nèi)熟悉實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、環(huán)境和流程，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前24 h未進(jìn)行劇烈運(yùn)動(dòng)。受試者身體基本數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 受試者基本數(shù)據(jù)Tab.1 Basic datas of subjects

1.2 實(shí)驗(yàn)樣衣選定

本文以普通夏款騎行褲為樣衣，款式如圖1所示，由上海KIAE騎行服廠家制作。騎行褲由80%錦綸和20%氨綸的針織面料制成，具有較好的彈性和吸濕透氣性，其中面料面密度為202 g/m2，在彈性回復(fù)率為95%左右時(shí)，經(jīng)、緯向的最大伸長(zhǎng)率分別為87%、90%。選取相同款式，設(shè)計(jì)并制作4條同一號(hào)型不同規(guī)格的騎行褲進(jìn)行不同緊身壓迫的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

圖1 實(shí)驗(yàn)樣褲款式圖Fig.1 Experimental pants styles figure.(a)Front;(b)Back

參考陳金鰲等[8]定量緊身壓迫負(fù)荷的方法以及穿著者主觀感受，將不同規(guī)格尺寸樣褲分為不同緊身壓迫負(fù)荷：1#為高緊度壓迫或高壓力，很壓迫; 2#為中等緊度壓迫或中等壓力，壓迫；3#為低緊度壓迫或中等偏低壓力，輕微壓迫; 4#為非緊度壓迫或低壓力，無(wú)壓迫。樣褲的規(guī)格尺寸見(jiàn)表2，樣褲腰頭寬為2.5 cm并縫有防滑條，腳口由 4.5 cm寬的防滑帶縫制。

表2 實(shí)驗(yàn)樣褲規(guī)格尺寸Tab.2 Experimental pants size cm

1.3 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

表面肌電測(cè)試系統(tǒng)：美國(guó)Delsys TrignoTMSystems EMGworks4.2型全無(wú)線(xiàn)表面肌電測(cè)試系統(tǒng)，具有良好的可靠性和易操作性，無(wú)需電極，配套的傳感器共有8個(gè)肌電圖采集通道，可獲取肌電信號(hào)和三軸加轉(zhuǎn)速。傳感器質(zhì)量輕(14 g)，尺寸為37 mm×26 mm×15 mm，采樣頻率為4 000 Hz，操作簡(jiǎn)便，具有一定的無(wú)創(chuàng)性、時(shí)效性、兼容性和高精度等特點(diǎn)。采集數(shù)據(jù)的導(dǎo)出格式多樣化，可在配套的EMGworks Analysis分析系統(tǒng)進(jìn)行分析或?qū)С鯡xcel表格進(jìn)行分析。

服裝壓力測(cè)試系統(tǒng)：德國(guó)Novel Pliance-X-32型服裝壓力測(cè)試系統(tǒng)，采用Flexi force壓力傳感器進(jìn)行壓力測(cè)量，傳感器面積為78 mm2，厚度為1 mm，數(shù)據(jù)采集頻率為50 Hz。該系統(tǒng)可同時(shí)對(duì)多個(gè)部位進(jìn)行動(dòng)態(tài)壓力的測(cè)量。

其他儀器和設(shè)備：德國(guó)ergoline功率自行車(chē)，可設(shè)置特定的阻力和轉(zhuǎn)速，并有配套的心率帶。電極貼、酒精棉球、剪刀、鑷子、刮毛刀、可擦記號(hào)筆和醫(yī)用膠帶等。

1.4 測(cè)試部位的選取

踏蹬是騎行運(yùn)動(dòng)中的唯一動(dòng)力因素，踏蹬時(shí)下肢環(huán)節(jié)是連動(dòng)骨杠桿[2]。騎行過(guò)程中，各個(gè)部位肌肉都為膝蓋和臀部提供力量支撐，腰腹肌肉群主要作用是使身體在騎行時(shí)呈坐姿，腹部肌肉除支撐脊柱外，還確保上身肌肉產(chǎn)生的力量能有效輸送到腿部，身體運(yùn)用腹肌群和腰方肌等以避免身體傾斜；大腿肌群是騎行運(yùn)動(dòng)的主引擎，大腿正面的股四頭肌(包括骼脛束、股外側(cè)肌、股直肌、股內(nèi)側(cè)肌)在騎行過(guò)程中起重要作用，大腿的轉(zhuǎn)速直接影響了騎行轉(zhuǎn)速[12]。綜合肌肉參與的活動(dòng)和實(shí)驗(yàn)的可操作性，選取6塊肌肉作為測(cè)試部位，具體名稱(chēng)、編號(hào)和位置如圖2所示。

圖2 測(cè)試部位分布圖Fig.2 Test site distribution map. (a)Front;(b)Back

1.5 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)在室溫為(25±1)℃，相對(duì)濕度為(65±2)%的環(huán)境中進(jìn)行，每位受試者都提前30 min進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室適應(yīng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，并再次熟悉實(shí)驗(yàn)流程和操作。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，調(diào)好壓力測(cè)試系統(tǒng)的量程，并進(jìn)行校對(duì)。首先對(duì)受試者的測(cè)試部位進(jìn)行標(biāo)記、刮毛和酒精處理，以減少誤差，再貼上壓力傳感器，依次按照編號(hào)穿著騎行褲進(jìn)行壓力測(cè)量，將功率自行車(chē)負(fù)荷設(shè)為 30 W，轉(zhuǎn)速為85 r/min，進(jìn)行2 min熱身，保持在設(shè)定轉(zhuǎn)速范圍，再開(kāi)始采集壓力數(shù)據(jù)，時(shí)間為60 s，每更換1次樣褲，休息15 min再進(jìn)行同樣測(cè)試。

受試者測(cè)完壓力，休息30 min進(jìn)行表面肌電測(cè)試。在標(biāo)記部位貼好肌電傳感器，每個(gè)受試者都進(jìn)行對(duì)照組實(shí)驗(yàn)(即不穿樣褲)，實(shí)驗(yàn)組按照樣褲編號(hào)依次穿著進(jìn)行測(cè)試。設(shè)置自行車(chē)轉(zhuǎn)速仍為 85 r/min，時(shí)間共15 min，每次測(cè)試采用預(yù)熱加載負(fù)荷模式，即每間隔3 min對(duì)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷進(jìn)行改變，負(fù)荷依次為30、50、50、70、30 W，將總體時(shí)間按100 s間隔共分為9階段，分別記為t1～t9，同時(shí)每個(gè)時(shí)間段要求受試者對(duì)主觀感覺(jué)進(jìn)行打分。主觀體力感覺(jué)等級(jí)(RPE)是運(yùn)動(dòng)時(shí)衡量自我體力感覺(jué)運(yùn)動(dòng)性疲勞的方法，本文采用RPE量化表來(lái)表示主觀疲勞感，如表3所示。每個(gè)受試者測(cè)試每件樣褲需間隔12 h以上再進(jìn)行測(cè)試。

表3 主觀體力感覺(jué)等級(jí)Tab.3 Subjective physical sensation level

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

2.1 局部肌肉疲勞主客觀指標(biāo)的相關(guān)性分析

參考文獻(xiàn)[8]、[10-11]對(duì)不同運(yùn)動(dòng)過(guò)程中緊身服裝對(duì)肌肉疲勞影響的研究，本文研究選取表面肌電時(shí)域分析中的均方根振幅(RMS)和頻域指標(biāo)的中位頻率(MF)作為評(píng)價(jià)不同緊身程度騎行褲對(duì)騎行運(yùn)動(dòng)中肌肉疲勞影響的指標(biāo)，已有研究表明積分肌電可反映肌電信號(hào)隨時(shí)間的強(qiáng)弱變化，是評(píng)價(jià)疲勞的重要手段。由于受試者的體能有所差異，疲勞感并不能完全相同，因此，信號(hào)處理需進(jìn)行時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)化。采用SPSS軟件對(duì)不同測(cè)試部位在不同程度緊身壓迫下，肌電信號(hào)RMS、MF指標(biāo)與受試者主觀疲勞感覺(jué)的RPE值進(jìn)行雙變量的相關(guān)性分析，結(jié)果如表4、5所示。其中：顯著水平P<0.05表示具有顯著相關(guān)性；顯著性水平P<0.01表示具有高度顯著相關(guān)性。

從表4、5可發(fā)現(xiàn)：當(dāng)受試者在高緊度壓迫(1#)下，5個(gè)測(cè)試部位的RMS、MF值與主觀RPE值呈高

表4 各測(cè)試部位在不同程度緊身壓迫下RMS值與主觀RPE值的相關(guān)性Tab.4 Correlation between RMS and subjective RPE values of different test point under different degrees of compression

注：“*”表示P<0.05； “**”表示P<0.01。

注：“*”表示P<0.05； “**”表示P<0.01。

度顯著相關(guān)關(guān)系，D部位RMS與RPE存在顯著相關(guān)性，但F部位與EPR無(wú)顯著相關(guān)性；在中等緊度壓迫(2#)下，A、B、F部位與RPE值呈高度顯著相關(guān)性，在低緊度(3#)或非緊身騎行褲(4#)下，只有B部位與RPE值仍呈顯著相關(guān)性，MF的相關(guān)性不如RMS顯著。隨著服裝壓迫減小，大部分測(cè)試肌肉肌電指標(biāo)與主觀RPE值相關(guān)性顯著度減弱，相關(guān)度也隨之改變。就整體而言，不同部位與RPE值的相關(guān)性是不同的，積分肌電值可用于騎行運(yùn)動(dòng)中穿著不同緊度騎行褲下肌肉疲勞的評(píng)判。

肌肉疲勞的主觀疲勞感受通常以用力知覺(jué)來(lái)表示，即運(yùn)動(dòng)時(shí)的自我體力感覺(jué)，而用力知覺(jué)通常以主觀體力等級(jí)RPE量表進(jìn)行評(píng)定。服裝壓力對(duì)肌肉疲勞的影響與肌肉部位緊密相關(guān)，表面肌電信號(hào)的變化與主觀疲勞感之間也具有一定的相關(guān)性。B、F

部位的相關(guān)性較好，D部位的相關(guān)性較弱，A、C、E部位相關(guān)性一般。可見(jiàn)在騎行運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，大腿外側(cè)和大腿后根部處的肌肉有著至關(guān)重要的作用，由于臀部肌肉由座位提供支撐，故臀大肌的運(yùn)動(dòng)機(jī)能不是很明顯。

2.2 服裝壓力對(duì)肌肉疲勞的影響

在分析前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，去掉明顯錯(cuò)誤或異常數(shù)據(jù)。11位受試者分別穿1#、2#、3#、4#不同緊身程度的騎行褲，由于可將騎行運(yùn)動(dòng)看作是1個(gè)周期運(yùn)動(dòng)，故選取負(fù)荷為30 W,轉(zhuǎn)速為80 r/min運(yùn)動(dòng)過(guò)程，采集 60 s時(shí)各測(cè)試點(diǎn)的壓力值，再求取平均值，結(jié)果如圖3所示。

為進(jìn)一步研究騎行運(yùn)動(dòng)中服裝壓力對(duì)肌肉疲勞的影響，將受試者在穿著不同緊度的騎行褲下采集的表面肌電信號(hào)作為因變量，緊身程度作為因子，通過(guò)單因素方差檢驗(yàn)(單因素ANOVA檢驗(yàn))，分析服裝壓力對(duì)不同階段的表面肌電信號(hào)的影響，即對(duì)不同時(shí)期肌肉疲勞的影響，結(jié)果如表6所示?？傻贸觯焊邏毫?1#)和中等壓力(2#)騎行褲在中后期顯著性在0.05水平，說(shuō)明服裝壓力對(duì)肌肉疲勞產(chǎn)生了影響。中等偏下壓力(3#)在運(yùn)動(dòng)t5、t7、t8階段也對(duì)肌肉疲勞產(chǎn)生了影響，低壓力(4#)在t7階段對(duì)肌肉疲勞產(chǎn)生影響。服裝對(duì)不同階段、不同運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的肌肉疲勞影響不一致。

表6 服裝壓力對(duì)騎行運(yùn)動(dòng)各階段肌肉RMS值的影響Tab.6 Influence of different tightness garment pressure on RMS index of each test point

注：“*”表示P<0.05。

為鑒別服裝壓力對(duì)不同時(shí)段肌肉疲勞的影響，分別選取t3、t4、t5的RMS值變化情況進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4所示?？芍b壓力越大，隨著運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行RMS增加的速率減小，且服裝壓力對(duì)A、B、C、F部位變化率的影響大于D、E部位，各部位在不同時(shí)段變化的速率也有所不同。說(shuō)明服裝壓力對(duì)肌肉疲勞的影響大小因不同因素而有差異。

圖4 不同騎行階段各部位的RMS值Fig.4 RMS analysis of each part in different cycling periods

圖5示出整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中表面肌電(RMS和MF)值在不同程度緊身的騎行褲下的均值?？芍?，表面肌電值因服裝壓力大小不同而不同。RMS值均隨著服裝壓力的增大而減小，而MF值反之，不同部位肌電值不同，B部位的肌電值較大，A和F部位相似，C和D部位相似，E部位的RMS值正常，但MF值基本無(wú)差別，這是由于臀大肌是支撐在坐墊上，說(shuō)明MF不太適合作為臀大肌的疲勞評(píng)價(jià)指標(biāo)。整體上服裝壓力對(duì)肌肉是有一定的緩解作用的，緩解的大小與肌肉部位、運(yùn)動(dòng)時(shí)間和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度有關(guān)。

圖5 不同程度緊身騎行褲下肌電信號(hào)分析圖Fig.5 Analysis chart of electromyographic signal under different degrees of tight cycling pants. (a) Average RMS; (b) Average MF

3 結(jié) 論

1) 表面肌電指標(biāo)時(shí)域指標(biāo)RMS和頻域指標(biāo)MF均與肌肉疲勞有一定的相關(guān)性，可將RMS、MF用于運(yùn)動(dòng)肌肉疲勞的評(píng)價(jià)指標(biāo)，不同部位的肌電指標(biāo)與主觀體力感覺(jué)RPE的相關(guān)度存在差異。

2) 穿著高等壓力騎行褲的表面肌電信號(hào)總體比穿著中等、低壓力騎行褲所產(chǎn)生的肌肉表面肌電信號(hào)總體偏小，說(shuō)明服裝壓力對(duì)減小騎行運(yùn)動(dòng)中肌肉能量損耗有較好效果，即服裝壓力對(duì)肌肉疲勞產(chǎn)生影響，中、高等壓力在運(yùn)動(dòng)中后期對(duì)肌肉表面肌電信號(hào)影響較為明顯，低壓力對(duì)肌肉無(wú)明顯影響。

3) 服裝壓力對(duì)肌肉疲勞有緩解作用，其緩解作用大小因肌肉部位、運(yùn)動(dòng)階段有差異。其中股外側(cè)肌(大腿外側(cè))較為明顯，肌電信號(hào)值較大，臀大肌RMS信號(hào)較為正常，MF指標(biāo)不適合用于評(píng)價(jià)騎行運(yùn)動(dòng)臀大肌的疲勞。

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