壓力襪保健及防護(hù)功能的研究與進(jìn)展

鄭玉婕，覃 蕊,2

(1.青島大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，山東 青島 266071； 2.生態(tài)紡織省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，山東 青島 266071)

壓力襪作為功能保健紡織品，在醫(yī)療領(lǐng)域與體育運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。調(diào)查資料表明，歐美地區(qū)下肢靜脈曲張的患病率接近30%，在中國(guó)，患慢性下肢靜脈疾病的人數(shù)將近1億，患病率高達(dá)8.89%，且每年新增發(fā)病率為0.5%～3.0%[1]。治療下肢靜脈疾病多采用加壓療法。1986年，Unna使用固定施壓、壓力襪和壓力繃帶療法對(duì)慢性下肢靜脈疾病進(jìn)行治療[2]。除了應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域，穿著壓力襪可在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中減輕肌肉損傷和跟腱的牽引，對(duì)運(yùn)動(dòng)員起到較好的保護(hù)作用，Bovenschen等[3]測(cè)量了人體腿部在穿著梯度壓力襪時(shí)體積尺寸變化，驗(yàn)證了運(yùn)動(dòng)者在運(yùn)動(dòng)后的腿部水腫及疲勞感可以通過(guò)穿著梯度壓力襪得到緩解。Kévin Baige等[4]通過(guò)對(duì)穿著下肢緊身衣的運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)，得出壓力襪可提高身體的平衡能力。

雖然壓力襪易于操作，治療效果顯著，然而仍存在一些問(wèn)題，比如：壓力襪梯度壓力設(shè)計(jì)的合理性通常是在腿模上進(jìn)行測(cè)試和判定，與實(shí)際人體下肢的肌肉壓力分布有一定差異[5]。研究表明，市面上98%的醫(yī)療壓力襪都不能產(chǎn)生令人滿意的壓力梯度分布，且其中54%以上的產(chǎn)品會(huì)產(chǎn)生倒梯度分布[6]，除此之外，壓力襪的壓力舒適性以及熱濕舒適性也有待進(jìn)一步改善。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)壓力襪的研究主要聚焦在壓力襪的功能效果及醫(yī)用輔助治療、靜態(tài)壓力的分布以及壓力模型的建立等方面，對(duì)壓力襪動(dòng)態(tài)壓力分布研究較少[7]。本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外有關(guān)壓力襪的研究文獻(xiàn)進(jìn)行綜述，概括了壓力襪壓力測(cè)量的方法，總結(jié)國(guó)內(nèi)外對(duì)壓力襪的研究進(jìn)展，分析目前壓力襪研究中存在的問(wèn)題和不足，并提出進(jìn)一步的研究方向。

1 壓力襪概述

壓力襪是一種具有保健和防護(hù)功能的紡織品，與我們平常所穿的襪子不同的是，壓力襪有著更高的設(shè)計(jì)要求，如壓力分布、舒適性能。壓力襪的作用原理是在腳踝處建立最高支撐壓力并逐漸往上壓力遞減，在小腿肚位置減到其壓力最大值的70%到90%，在大腿處減到其壓力最大值的25%到45%，即循序減壓[8]。利用壓力襪對(duì)下肢的這種作用方式，在醫(yī)學(xué)中可利用其來(lái)改善和預(yù)防慢性下肢靜脈疾病，在體育運(yùn)動(dòng)中則可以對(duì)腳踝、肌腱等處產(chǎn)生防護(hù)作用。

1.1 壓力襪的壓力等級(jí)與壓力分布

壓力襪的壓力等級(jí)是根據(jù)施加于踝部的壓力而定，通常分為輕、中、強(qiáng)、很強(qiáng)4個(gè)等級(jí)，穿著者可依據(jù)自身?xiàng)l件選擇不同等級(jí)的壓力襪。2009年，我國(guó)制定了有關(guān)壓力襪的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 73031—2009《壓力襪》，其中對(duì)壓力襪的壓力進(jìn)行了規(guī)定，如表1所示。

表1 FZ/T 73031—2009規(guī)定的壓力襪各測(cè)試部位壓力值

FZ/T 73031—2009中有關(guān)壓力的規(guī)定描述較簡(jiǎn)單，對(duì)壓力襪的壓力等級(jí)也沒(méi)有進(jìn)行劃分，之后出臺(tái)的YY/T 0853—2011《醫(yī)用靜脈曲張壓縮襪》不僅對(duì)壓力襪的等級(jí)進(jìn)行了劃分，而且對(duì)各壓力等級(jí)下的壓力范圍進(jìn)行了規(guī)定，這2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的壓力測(cè)試都是在腿模上進(jìn)行的。對(duì)于不同等級(jí)的壓力襪，壓力等級(jí)越高，對(duì)腿部施加的壓力越大，人體所受到的壓迫感和酸痛感也越明顯。

壓力襪的壓力分布可分為靜態(tài)壓力分布和動(dòng)態(tài)壓力分布，標(biāo)準(zhǔn)的壓力分布是由底端向上逐漸遞減，以促進(jìn)遠(yuǎn)端血液向心臟的回流。宮魯蜀等[9]通過(guò)對(duì)中筒壓力襪進(jìn)行穿著實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)人體在靜止時(shí)壓力襪的壓力分布符合規(guī)定的壓力分布標(biāo)準(zhǔn)，但是當(dāng)人體處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，壓力分布規(guī)律不再符合壓力襪的壓力梯度要求。Partsch H等[10]在2006年研究得出，壓力襪選擇的依據(jù)應(yīng)該由人體所受到的實(shí)際壓力分布和大小來(lái)確定，而不是壓力等級(jí)，2012年又提出，不同生產(chǎn)商供應(yīng)的產(chǎn)品，即使標(biāo)注為同一壓力等級(jí)，不同的人穿著后也會(huì)形成不同的的壓力分布，因此穿著壓力襪后的壓力分布狀態(tài)必須明確。

1.2 壓力襪壓力測(cè)量方法

對(duì)緊身服裝進(jìn)行壓力測(cè)試可以為服裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及著裝舒適性改良提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。壓力襪產(chǎn)生的壓力可以借助壓力測(cè)量設(shè)備對(duì)模型或人體直接進(jìn)行測(cè)量，還可采用理論推斷以及數(shù)字模擬方法獲得壓力值[11]。測(cè)量壓力的實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要分為氣壓式和壓力傳感器式，2種測(cè)試方法操作簡(jiǎn)單，但是只能對(duì)某一點(diǎn)的壓力值進(jìn)行測(cè)試，無(wú)法測(cè)試具體某一接觸面的壓力值，且在壓力點(diǎn)的選取方面具有一定的操作要求[12]。隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，傳感器與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助軟件相結(jié)合，借助軟件產(chǎn)生信號(hào)完成壓力的測(cè)試功能，從而在服裝壓力測(cè)試過(guò)程中來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其控制和數(shù)據(jù)處理[13]。Ning J等[14]在測(cè)量繃帶對(duì)人體產(chǎn)生的壓力時(shí)采用了最新研制的智能套筒壓力監(jiān)測(cè)器，并比較了3種類型儀器的準(zhǔn)確性。直接測(cè)量法操作方便、簡(jiǎn)單，但容易受到操作者及受試者生理和心理因素的影響，而且很難在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)下得到相同的結(jié)果。

利用軟體假人測(cè)試壓力是近幾年興起的服裝壓力測(cè)試方法，與直接測(cè)量法相比，軟體假人間接測(cè)試方法可以避免由于受試者的心理因素和個(gè)體情況差異產(chǎn)生的影響，并可進(jìn)行多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。然而，軟體假人在制作過(guò)程中只是模擬人體的構(gòu)造和彈性，不同材料的使用容易使實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生偏差。Swantko等[15]以男性短筒襪子為研究對(duì)象，使用壓力測(cè)試儀分別測(cè)量短筒襪子對(duì)人體腳和模型腳的壓力，并得出結(jié)論：穿在人腳上的短筒襪子的壓力小于穿在模型腳上的短筒襪子的壓力。因此，為了使軟體假人更接近人體，還需不斷改進(jìn)軟體假人的制作材料。

除了以上實(shí)際測(cè)量方法外，理論研究法和有限元法也是模擬服裝壓力及其分布的常用方式。這2種方式都以三維人體建模為基礎(chǔ)，再通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬或數(shù)學(xué)建模進(jìn)行壓力分布運(yùn)算。其中，有限元法可將復(fù)雜的壓力問(wèn)題轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的位移變化問(wèn)題，是目前常用的壓力模擬方法。Dai等[16]建立三維實(shí)體模型，用有限元法精確預(yù)測(cè)人體下肢與壓力襪相互作用，結(jié)果表明，有限元模擬實(shí)驗(yàn)與客觀測(cè)量的結(jié)論基本保持一致，證明了有限元模擬的有效性。

2 壓力襪的功能性應(yīng)用

2.1 壓力襪在醫(yī)療保健方面的應(yīng)用研究

公元前4世紀(jì)有資料記載，行軍數(shù)天的羅馬士兵意識(shí)到在腿部綁上緊箍可以減輕腿部疲勞[17]。中世紀(jì)時(shí)，醫(yī)生們發(fā)現(xiàn)了壓迫對(duì)身體產(chǎn)生的有益效果，他們使用壓縮繃帶、石膏敷料和狗皮制成系帶長(zhǎng)襪，并用來(lái)緩解腿部水腫[18]。隨著19世紀(jì)中期彈性長(zhǎng)襪的發(fā)展，以及Charles Goodyear于1839年發(fā)現(xiàn)了一種可以增加橡膠彈性和耐用性的硫化工藝，彈性壓縮襪的使用越來(lái)越普及。1839年，醫(yī)學(xué)博士Watson[19]提到一種彈性長(zhǎng)襪在治療一名患有特雷諾綜合征的23歲婦女的靜脈曲張時(shí)具有顯著效果。然而，這種完全由橡膠線制成的長(zhǎng)襪舒適性不佳，長(zhǎng)期穿著會(huì)導(dǎo)致皮膚上汗液存留，穿脫困難。直到Jonathan Sparks申請(qǐng)了一種將棉花和絲綢纏繞在橡膠線上的方法的專利，彈性絲襪才變得舒適和流行[20]。

壓迫療法是慢性靜脈功能不全患者的基本治療方式。在日常工作活動(dòng)中，低壓彈性加壓長(zhǎng)筒襪可顯著減少患者的心血管疾病癥狀。Gniadecka M等[21]研究發(fā)現(xiàn)，患有慢性靜脈功能不全(CVI)和脂肪性皮膚硬化癥的患者穿著壓力襪時(shí)，用20 MHz超聲波測(cè)量發(fā)現(xiàn)其皮內(nèi)水腫有減少趨勢(shì)。Arpaia G等[22]研究發(fā)現(xiàn)，壓迫療法可以改善靜脈功能不全患者的生活質(zhì)量。在臨床上，患有下肢靜脈曲張的病人可以通過(guò)穿戴壓力襪來(lái)緩解病情，降低腿部潰瘍復(fù)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)[23]，減輕患者的疼痛癥狀。據(jù)Anes等[24]研究，壓力襪可以減少站立姿勢(shì)下隱靜脈的直徑，可以預(yù)防淺表血栓性靜脈炎，改善傷口愈合，減少疼痛、瘀傷和血腫。Granberry等[25]研究得出醫(yī)用壓力襪有助于腿部潰瘍愈合，在腿圍沒(méi)有明顯減少的情況下，應(yīng)用輕度和中等程度的壓迫可從脂肪皮膚硬化癥患者的真皮中去除部分水腫，減少潰瘍的產(chǎn)生。

壓力襪增加了深靜脈系統(tǒng)的血液流動(dòng)，可迅速清除任何無(wú)意中進(jìn)入深靜脈系統(tǒng)的硬化溶液，從而防止深靜脈系統(tǒng)的瓣膜受損[26]。對(duì)于靜脈血栓栓塞癥患者，長(zhǎng)筒梯度壓力襪可以和藥物治療相配合，來(lái)預(yù)防血栓后綜合征[27]。在懷孕期間穿戴壓力襪已被證實(shí)可以減少孕婦心率的體位變化，防止子宮血管綜合征[28]。根據(jù)這些研究可以得出，懷孕期間穿著緊身衣可以預(yù)防或減少靜脈功能不全疾病的發(fā)生。在妊娠30至40周的孕婦中，使用3 325 Pa分級(jí)壓力襪可將主觀不適感從82%降低至13%，并將水腫從75%降低至14%[29]。壓力襪對(duì)于經(jīng)常從事站立職業(yè)的人來(lái)說(shuō)很有幫助，利用壓力襪進(jìn)行壓迫治療能夠改善由于長(zhǎng)期站立導(dǎo)致的腿部腫脹[30]，恢復(fù)正常的淋巴引流[31]。壓力襪不僅可以在人體久站時(shí)發(fā)揮作用，Kinoshita 等[32]通過(guò)對(duì)人體久坐進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，得出壓力襪能降低久坐引起的肌肉血容量減少、氧合水平下降等負(fù)面問(wèn)題的產(chǎn)生。

2.2 壓力襪在運(yùn)動(dòng)防護(hù)方面的應(yīng)用研究

如今，壓力襪等壓力服裝已廣泛應(yīng)用于健身和體育領(lǐng)域，運(yùn)動(dòng)員和健身愛(ài)好者穿著壓力襪等緊身服裝可以有效減少肌肉拉伸，進(jìn)而防止受傷[33-34]。Ambaher等[35]研究發(fā)現(xiàn)，在踝關(guān)節(jié)處穿著壓力服裝熱身后會(huì)導(dǎo)致皮膚溫度升高，并且可使皮膚保持這個(gè)溫度。此外，研究發(fā)現(xiàn)，壓力襪有助于降低血乳酸，提高運(yùn)動(dòng)能力，并顯著降低自主和誘發(fā)肌肉收縮特性的疲勞相關(guān)損傷，減少疲勞恢復(fù)時(shí)間[36-38]。MacRae等[39]研究發(fā)現(xiàn)，壓力襪等壓力服裝在體育運(yùn)動(dòng)中可減弱肌肉振蕩，提高關(guān)節(jié)意識(shí)，改變運(yùn)動(dòng)期間的最大耗氧量，改變局部血流和蛋白質(zhì)或代謝物的清除率，減輕肌肉腫脹，減少運(yùn)動(dòng)后恢復(fù)期間的肌肉酸痛。Espeit[40]通過(guò)研究踝關(guān)節(jié)肌肉的H反射，進(jìn)一步確定穿著壓力襪對(duì)脊髓興奮性的影響，結(jié)果表明壓力襪可通過(guò)壓迫皮膚有效降低脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的興奮性。

3 壓力襪在應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)

3.1 存在的問(wèn)題

現(xiàn)有研究表明了壓力襪具有醫(yī)療保健、運(yùn)動(dòng)防護(hù)等功能，其操作簡(jiǎn)單，功能效果明顯，但壓力襪在使用時(shí)還存在一些問(wèn)題會(huì)使其防護(hù)功能及著裝舒適性受到影響。

比如：①應(yīng)用于醫(yī)療與運(yùn)動(dòng)方面的壓力襪目前沒(méi)有最佳的壓力標(biāo)準(zhǔn)，缺乏科學(xué)的指導(dǎo)來(lái)實(shí)現(xiàn)安全有效的壓迫療法[41]；②壓力襪在濕熱條件下的舒適性差，在身體出汗后存在壓力襪穿脫較困難；③壓力襪對(duì)身體施加過(guò)大的壓力會(huì)影響生理平衡和骨骼發(fā)育；④穿著壓力襪時(shí)會(huì)導(dǎo)致行動(dòng)不便，行動(dòng)受到限制[42]；⑤壓力襪大多為批量化生產(chǎn)，未能根據(jù)人體體型變化進(jìn)行個(gè)性化生產(chǎn)，且大多數(shù)壓力襪在著裝后短時(shí)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力衰竭現(xiàn)象。這些存在的問(wèn)題及缺陷需要在壓力襪的研發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中不斷完善。

3.2 壓力襪發(fā)展趨勢(shì)

3.2.1 定制化生產(chǎn)

壓力襪想達(dá)到較好的保健防護(hù)效果需要在人體上有合適的壓力分布。目前，壓力襪的生產(chǎn)方式主要分為批量化生產(chǎn)和定制化生產(chǎn)，定制化即依據(jù)個(gè)體尺寸差異制作壓力襪，可以解決消費(fèi)者購(gòu)買的壓力襪與人體所能承受壓力不匹配的問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，壓力襪的定制逐漸實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，可通過(guò)3D虛擬設(shè)計(jì)建立人體著裝模型[43]，運(yùn)用仿真算法計(jì)算出具有規(guī)定壓力分布的壓力襪紙樣參數(shù)。

由于個(gè)性化定制需要投入大量的人力、物力和財(cái)力，操作較復(fù)雜，目前，壓力襪數(shù)字化定制技術(shù)尚不成熟，想要投入生產(chǎn)仍有待于研究人員進(jìn)一步開(kāi)發(fā)探索。

3.2.2 壓力襪舒適性能的提升

壓力襪的舒適性主要包括壓力舒適性、熱濕舒適性、接觸舒適性。壓力襪舒適性的改善可以通過(guò)材料創(chuàng)新、紗線編織工藝改良等來(lái)實(shí)現(xiàn)，如壓力襪的熱濕舒適性主要由織物面料液態(tài)水的傳輸功能決定，主要表現(xiàn)在潤(rùn)濕能力和芯吸能力，因此，織物面料的液態(tài)水傳輸功能越好，壓力襪的熱濕舒適性則越好[44]；壓力襪的壓力舒適性還受到紗線材料、結(jié)構(gòu)以及拉伸性能等影響，從紗線微觀結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行深入研究，嘗試解決壓力襪隨著多次拉伸產(chǎn)生應(yīng)力衰竭的問(wèn)題，可以有效改善其壓力舒適性能。

近幾年，新型材料的研發(fā)可改善壓力襪的舒適性，如美國(guó)杜邦公司的Coolmax，此類纖維的吸濕排汗性能優(yōu)異，未來(lái)在纖維原料研制方面不僅要考慮舒適性還要兼具良好的彈性。

3.2.3 壓力襪動(dòng)態(tài)壓力分布的深入研究

壓力襪的動(dòng)態(tài)壓力分布是進(jìn)行壓力襪研究和改良的重要方向，穿著壓力襪時(shí)人體的壓力分布不是一成不變的，當(dāng)人體著裝后處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或下肢姿勢(shì)發(fā)生變化時(shí)，壓力襪的壓力分布也在變化，明確壓力分布變化的機(jī)制才能使壓力襪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理，同時(shí)最大限度地發(fā)揮壓力襪的防護(hù)性能。

壓力襪動(dòng)態(tài)壓力的研究未來(lái)會(huì)更多的借助有限元建模法精細(xì)模擬著裝后的人體動(dòng)態(tài)壓力分布，更好地解決在動(dòng)態(tài)壓力下如何使壓力襪符合壓力分布規(guī)律的問(wèn)題，同時(shí)還要加大對(duì)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)試裝置的開(kāi)發(fā)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)壓力襪的研究進(jìn)展進(jìn)行梳理，通過(guò)文獻(xiàn)查閱可知，近年來(lái)學(xué)者們對(duì)壓力襪、壓力服裝等方面的研究較關(guān)注。目前，有關(guān)壓力襪的研究多集中在壓力分布、不同姿勢(shì)下壓力襪的壓力變化、利用有限元模擬穿著壓力襪時(shí)下肢壓力分布及變化等方面。研究表明，壓力襪在醫(yī)療保健方面可以有效改善下肢疾病，在運(yùn)動(dòng)防護(hù)方面能減少運(yùn)動(dòng)后的恢復(fù)時(shí)間，減少肌肉拉傷。

壓力襪目前仍存在一些不足之處需要進(jìn)一步優(yōu)化完善。如，有關(guān)壓力襪的梯度壓力分布還需要進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，防止壓力襪出現(xiàn)倒梯度壓力分布；為了改善壓力襪的熱濕舒適性，需要對(duì)壓力襪材料進(jìn)行優(yōu)化，以便于人體出汗時(shí)的穿脫；如腳踝等某些特定部位的壓力分布還需進(jìn)一步研究。