對(duì)抗微重力環(huán)境下肌肉骨骼廢用性病變的壓力服裝研究進(jìn)展

張 倩，牛文鑫，姜成華，高 晶，王 璐

(1.東華大學(xué) 紡織學(xué)院，上海 201620；2.東華大學(xué) 紡織行業(yè)生物醫(yī)用紡織材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201620；3.同濟(jì)大學(xué)附屬養(yǎng)志康復(fù)醫(yī)院，上海 201619)

自1961年首位航天員進(jìn)入太空后，世界各國(guó)陸續(xù)開啟了航天之旅，隨著載人航天技術(shù)的發(fā)展和科研探究的深入，航天員在軌時(shí)間持續(xù)增加，探索范圍不斷擴(kuò)大。航天員長(zhǎng)期處于微重力環(huán)境中，所承受的生理負(fù)荷顯著降低，由此引起人體各系統(tǒng)產(chǎn)生去重力性適應(yīng)，甚至使身體出現(xiàn)不良變化[1-2]。其中，人體肌肉骨骼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能受所處力學(xué)環(huán)境的影響較大，機(jī)械刺激不足會(huì)導(dǎo)致承重肌肉廢用性萎縮[3]、骨骼礦物質(zhì)密度降低[4]以及椎間盤吸水膨脹進(jìn)而引發(fā)腰痛[5]。目前，空間站的對(duì)抗措施主要有運(yùn)動(dòng)鍛煉、藥物治療以及使用穿戴設(shè)備。

壓力服裝以人體為設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過(guò)優(yōu)選材料和設(shè)計(jì)方式在人體皮膚表面施加不同的壓力[6]，是一種有效的穿戴對(duì)抗措施。對(duì)嚴(yán)格要求小空間和低能耗的太空飛行而言，小巧便攜的壓力服裝具有顯著優(yōu)勢(shì)。本文以目前國(guó)內(nèi)外用于為肌肉骨骼提供負(fù)荷的穿戴對(duì)抗措施為研究對(duì)象，重點(diǎn)分析了空間站現(xiàn)用壓力加載服裝和文獻(xiàn)報(bào)道中相關(guān)原型服裝的對(duì)抗機(jī)制、結(jié)構(gòu)功效及評(píng)價(jià)方法，最后總結(jié)了服裝在成形工藝和性能測(cè)試方面的不足，提出相應(yīng)解決策略，并針對(duì)材料工藝、評(píng)價(jià)體系和技術(shù)轉(zhuǎn)化進(jìn)行了展望。

1 現(xiàn)用航空壓力服裝的分類

航天員在軌飛行期間會(huì)面對(duì)復(fù)雜且多變的環(huán)境，包括空間自然環(huán)境、超重和微重力環(huán)境等[7]。根據(jù)航天壓力服的功能，可將其分為應(yīng)對(duì)空間自然環(huán)境的防護(hù)壓力服、抵抗超重環(huán)境的抗荷服以及對(duì)抗微重力環(huán)境的重力加載服。

防護(hù)壓力服主要分為充氣式壓力服和機(jī)械反壓式壓力服[8]，其中機(jī)械反壓式壓力服是利用服裝對(duì)人體表面產(chǎn)生的壓力模擬皮膚在地球環(huán)境中的自然受力狀態(tài)[9]。Newman等[10]基于Iberall提出的LoNEs約束層理論設(shè)計(jì)了一款機(jī)械反壓式壓力服Biosuit，其選用高強(qiáng)度材料沿體表非延長(zhǎng)線控制服裝結(jié)構(gòu)，在非延長(zhǎng)線之間采用彈性材料提供機(jī)械反壓，先后探究了人體肘關(guān)節(jié)[11]、肩部[12]、踝關(guān)節(jié)[13]和膝關(guān)節(jié)[14]的非延長(zhǎng)線特點(diǎn)，但目前尚未研制成功可以提供均勻機(jī)械反壓的壓力服[15]。

抗荷服主要分為管式抗荷服和囊式抗荷服，其通過(guò)向人體下肢和腹部施加正向壓力，減少超重對(duì)人體系統(tǒng)產(chǎn)生的不良作用[16]?？购煞墓δ苋Q于其結(jié)構(gòu)形式、覆蓋面積和壓力。目前，新型的抗荷服可幫助人體抵抗高達(dá)9倍的過(guò)載重力[17]。

重力加載服利用服裝壓力對(duì)人體施加沿垂直軸的軸向載荷，模擬人體在地球環(huán)境中的重力分布，從而對(duì)抗微重力環(huán)境對(duì)人體系統(tǒng)產(chǎn)生的不利影響?，F(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道了多款用于模擬重力的壓力服裝及相關(guān)功能配件，本文將其統(tǒng)稱為壓力服裝。

2 壓力服裝的對(duì)抗機(jī)制

根據(jù)對(duì)人體施加載荷的作用單元特點(diǎn)，可將壓力服裝分為拉力加壓型、氣體加壓型和輔助加壓配件，具體特征如表1所示。拉力加壓型壓力服裝通過(guò)拉伸服裝材料對(duì)人體產(chǎn)生機(jī)械負(fù)荷。根據(jù)服裝對(duì)人體的作用方向可分為經(jīng)向和緯向2種(經(jīng)向?yàn)檠厝梭w垂直軸方向，緯向?yàn)槠叫杏谌梭w水平面方向)。氣體加壓型壓力服裝通過(guò)在服裝內(nèi)部輸入氣體對(duì)人體下肢產(chǎn)生負(fù)壓，并通過(guò)服裝結(jié)構(gòu)傳遞至肩部。此外，還有一些輔助加壓配件在對(duì)抗肌肉骨骼去重力性適應(yīng)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)中被探究。

表1 壓力服裝的特點(diǎn)

3 壓力服裝的結(jié)構(gòu)及功效

3.1 拉力加壓型壓力服裝

3.1.1 企鵝服

企鵝服是目前國(guó)際空間站使用的對(duì)抗措施之一，通過(guò)將彈力拉帶嵌入服裝中，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體提供持續(xù)軸向載荷的功能，產(chǎn)生抵抗正常姿勢(shì)的阻力，促進(jìn)肌肉激活[18]。企鵝服由張力系統(tǒng)和靴子組成，如圖1[19]所示。

圖1 企鵝服

彈性腰帶將企鵝服分為上下2個(gè)部分，彈力拉帶作為上裝與腰帶、腰帶與下裝之間的連接部件，沿人體垂直軸為軀干和下肢提供縱向壓縮力[20]。此外，還有1組彈力拉帶位于脛骨到鞋底之間，通過(guò)誘導(dǎo)跖屈為小腿肌肉提供張力[21]。航天員通過(guò)調(diào)節(jié)彈力拉帶的長(zhǎng)度，為肌肉和骨骼施加不同的軸向載荷量，最大可提供49 kg負(fù)荷[22]，每天以最大張力穿著企鵝服6～8 h可為人體加載50%體重的壓力[23]。企鵝服還配備有載荷測(cè)量系統(tǒng)，可對(duì)人體脊柱、下肢骨骼和主要肌肉群所受軸向壓力進(jìn)行客觀監(jiān)測(cè)，保護(hù)機(jī)組人員的安全[23]。目前，該企鵝服還被開發(fā)用在治療腦癱患者的Adeli套裝上[24]。

Yamashita等[25]研究了每天穿著10 h企鵝服對(duì)小腿肌肉的影響，2個(gè)月的臥床模擬實(shí)驗(yàn)證明該套裝可以保持比目魚肌慢肌纖維的收縮特性。此外，企鵝服還可通過(guò)激活小腿肌肉增加靜脈回流，刺激皮膚機(jī)械感受，促進(jìn)感覺(jué)運(yùn)動(dòng)[18]，減少航天員在微重力環(huán)境下的脊柱伸長(zhǎng)和背部疼痛[26-27]，但以上功效的定量評(píng)估結(jié)果均未見(jiàn)報(bào)道。此外，企鵝服要對(duì)肩部提供較高的負(fù)荷，為此會(huì)使人體產(chǎn)生強(qiáng)烈的不適感。Bogomolov等[28]報(bào)道了12名航天員在軌飛行期間的體能訓(xùn)練情況，僅有4名航天員按要求穿著企鵝服并發(fā)揮出該服裝的功能。同時(shí)該服裝具有較差的導(dǎo)熱性，會(huì)對(duì)皮膚造成傷害[29]。

3.1.2 軀干加壓背帶

軀干加壓背帶(TCH)是Sayson等[30]提出的一種對(duì)抗脊柱在微重力環(huán)境中適應(yīng)性變化的背帶式服裝，通過(guò)對(duì)脊柱提供后向載荷，誘導(dǎo)脊柱代償性屈曲，激活核心肌肉并增強(qiáng)脊柱穩(wěn)定性。該服裝由肩墊、短褲和連接二者的彈力拉帶組成，后側(cè)彈力拉帶呈交叉狀，結(jié)構(gòu)如圖2[30]所示。當(dāng)航天員彎曲軀干時(shí)，彈力拉帶會(huì)對(duì)脊柱產(chǎn)生伸展力矩，從而促進(jìn)腹直肌、腹外斜肌、腹內(nèi)斜肌和腹橫肌的肌肉收縮，同時(shí)增加腹內(nèi)壓力，加強(qiáng)脊柱穩(wěn)定性。這種抵抗脊柱壓縮的力學(xué)作用會(huì)增加腰椎間盤壓力，產(chǎn)生約50%體重的壓力[31]，但目前并未見(jiàn)該服裝相關(guān)性能測(cè)試的研究報(bào)道。

圖2 軀干壓縮背帶

3.1.3 可調(diào)節(jié)重力加載對(duì)抗裝備

可調(diào)節(jié)重力加載對(duì)抗裝備(CGLM bodygear)是Shankhwar等[32]提出的針對(duì)微重力環(huán)境中人體肌肉萎縮的壓力服裝，其結(jié)構(gòu)如圖3[33]所示。CGLM bodygear通過(guò)連接在錦綸帶上的不銹鋼彈簧，沿人體垂直軸施加從肩膀到腳底的軸向載荷，通過(guò)調(diào)節(jié)彈簧的長(zhǎng)度和數(shù)量改變載荷量。開發(fā)者測(cè)量了人體運(yùn)動(dòng)時(shí)CGLM bodygear對(duì)肌肉活動(dòng)的影響，選擇40%體重的壓力為實(shí)驗(yàn)組，通過(guò)檢測(cè)肌電信號(hào)發(fā)現(xiàn)：以20 步/min的速度行走時(shí)，實(shí)驗(yàn)組腓腸肌和比目魚肌的肌肉活動(dòng)分別增加87%和90%[32]；在15次深蹲運(yùn)動(dòng)中，實(shí)驗(yàn)組股二頭肌和股直肌的肌肉活動(dòng)分別增加50%和90%[34]。這初步表明，CGLM bodygear可以在人體運(yùn)動(dòng)時(shí)募集更多的運(yùn)動(dòng)單元，增加肌肉收縮，預(yù)防肌肉萎縮。此外，開發(fā)者還以-6°頭低位臥床實(shí)驗(yàn)?zāi)M微重力環(huán)境，研究了CGLM bodygear對(duì)人體心臟、血管和呼吸系統(tǒng)的影響，結(jié)果表明該服裝增強(qiáng)了心血管系統(tǒng)間的相互影響作用[33]。

圖3 可調(diào)節(jié)重力加載對(duì)抗裝備

3.1.4 重力加載對(duì)抗皮膚衣

重力加載對(duì)抗皮膚衣(GLCS)是目前國(guó)際空間站使用的另一種對(duì)抗服裝，利用服裝張力在人體表面施加不同的靜態(tài)載荷，以模擬地球重力對(duì)人體的影響，具有數(shù)百個(gè)彈力變化梯度的面料可為人體提供更精確的軸向負(fù)荷和更舒適的穿著體驗(yàn)[35]。GLCS由四面彈性織物和非彈性織物組成，其結(jié)構(gòu)如圖4[36]所示。

圖4 重力加載對(duì)抗皮膚衣MKIII

服裝的經(jīng)向張力用于模擬重力對(duì)人體施加的軸向載荷，由人體重力分布計(jì)算得到，以1～2 cm為彈力變化梯度長(zhǎng)度，通過(guò)插值計(jì)算對(duì)人體各部分進(jìn)行連續(xù)估計(jì)。緯向張力用于對(duì)皮膚施加壓力以確定服裝加載位點(diǎn)，利用Laplace變形方程計(jì)算服裝橫向張力，保證皮膚壓力小于2 266.44 Pa，同時(shí)滿足服裝縱向張力變化[37]。服裝的緯向彈性模量較低，便于航天員穿脫，且不會(huì)對(duì)呼吸系統(tǒng)和日常活動(dòng)產(chǎn)生較大的束縛。微重力對(duì)人體上肢產(chǎn)生的影響較小，故服裝設(shè)計(jì)為無(wú)袖結(jié)構(gòu)。肩部使用非彈性面料固定拉力加載起始點(diǎn)，褲腳處設(shè)有腳踩與腳底連接。沿四面彈性織物經(jīng)向縫制有多條非彈性阻力帶，保證服裝在使用時(shí)提供預(yù)期的應(yīng)變。

GLCS以平衡功能性和舒適性為改進(jìn)目標(biāo)，先后研發(fā)了6個(gè)版本(MKI～MKVI)，其改進(jìn)了彈性材料的力學(xué)性能，增加了非彈性阻力帶和拉鏈的個(gè)數(shù)，其中3個(gè)版本的主要性能測(cè)試結(jié)果如表2所示。改版后，GLCS所提供的機(jī)械載荷逐漸減小，舒適度和身體控制評(píng)分有所提高。GLCS MKI的穿著時(shí)間為6 h以下[37]，而GLCS MKVI可在超浮力漂浮的模擬微重力環(huán)境下穿著8 h。從目前數(shù)據(jù)可看出，機(jī)械載荷降低并未對(duì)脊柱伸長(zhǎng)量產(chǎn)生過(guò)大的影響。GLCS MKIII在地面運(yùn)動(dòng)測(cè)試的結(jié)果中顯示，壓力服裝造成了人體肩部(-34°)、脊柱(-28°)和膝蓋(-13°)的關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍下降。此外，GLCS MKVI版本有大量生理參數(shù)的研究報(bào)道[35]，在8 h超浮力漂浮模擬實(shí)驗(yàn)中，施加對(duì)抗措施使腰椎區(qū)域椎間盤高度下降，產(chǎn)生背痛的時(shí)間延遲且痛感降低，但脊柱曲度沒(méi)有顯著差異。

表2 GLCS主要性能測(cè)試結(jié)果

3.2 氣體加壓型壓力服裝

下體負(fù)壓(LBNP)是模擬重力場(chǎng)對(duì)人體影響的有效方法之一[40]，由于下體負(fù)壓艙設(shè)備較為笨重，不便于航天員的使用及執(zhí)行任務(wù)，故下體負(fù)壓褲應(yīng)運(yùn)而生。

俄羅斯最早研制出Chibis下體負(fù)壓褲[41]以對(duì)抗失重的影響，其由褲腰、褲腿、鞋子、背帶4部分組成，通過(guò)向身體下部施加負(fù)壓對(duì)腳底產(chǎn)生地面反作用力，同時(shí)在褲腰處對(duì)腰部產(chǎn)生壓力，并沿背帶將壓力傳輸至肩部。

孫喜慶等[40]、Petersen等[42-43]、張浩[44]先后設(shè)計(jì)研發(fā)了其它下體負(fù)壓褲。Petersen等[42-43]提出的下體負(fù)壓褲Gravity Suit由便攜式真空系統(tǒng)、壓力和溫度控制系統(tǒng)、安全關(guān)閉系統(tǒng)和脊柱加載系統(tǒng)組成。其選擇Hyprotex面料作為褲腿和鞋子的外層結(jié)構(gòu)，柔性氯丁橡膠和錦綸作為褲腰和軀干背心的連接結(jié)構(gòu)，在保證人體熱濕舒適性的同時(shí)具有良好的氣密性。在鞋墊和肩墊處放置力學(xué)傳感器，測(cè)量服裝對(duì)人體的壓力。其研究結(jié)果表明：當(dāng)下體負(fù)壓褲產(chǎn)生的壓力以1 333.2 Pa的梯度從0 Pa變化至-5 332.8 Pa時(shí)，服裝分別對(duì)人體產(chǎn)生了13%、41%、75%和125%體重的壓力；-2 666.4 Pa的下體負(fù)壓可為人體提供良好的壓力，同時(shí)保證運(yùn)動(dòng)舒適性，但其還未對(duì)肌肉骨骼的進(jìn)一步影響進(jìn)行研究。

3.3 輔助加壓配件

3.3.1 袖 帶

袖帶常常用來(lái)對(duì)抗微重力對(duì)人體心血管造成的不良影響，但近期有研究報(bào)道了其對(duì)肌肉骨骼系統(tǒng)的影響。Theo等[45]通過(guò)5 d的干浸漬實(shí)驗(yàn)探究了大腿袖帶在模擬微重力環(huán)境中對(duì)下肢肌肉萎縮的影響。肌肉最大力量測(cè)試和股外側(cè)肌的肌肉活檢結(jié)果表明，大腿袖帶并不能緩解微重力環(huán)境對(duì)肌肉造成的廢用性萎縮。Therese等[46]通過(guò)相同實(shí)驗(yàn)探究了大腿袖帶對(duì)骨轉(zhuǎn)換和磷鈣代謝等關(guān)鍵標(biāo)志物的影響，同樣證實(shí)了大腿袖帶并不能顯著防止微重力對(duì)骨細(xì)胞活動(dòng)或能量代謝的有害影響。

3.3.2 跑臺(tái)束縛系統(tǒng)

航天員在微重力環(huán)境中跑步鍛煉時(shí)，需要通過(guò)束縛系統(tǒng)將人體固定在跑臺(tái)上。束縛系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)為配有肩帶的腰帶，腰帶上配有與跑步機(jī)連接的環(huán)扣結(jié)構(gòu)，負(fù)荷沿束縛系統(tǒng)對(duì)人體施加類似重力的影響[22]，通過(guò)運(yùn)動(dòng)為人體提供70%～80%體重的壓力[47]?？紤]到人體肩部和腰部的加壓舒適性，束縛系統(tǒng)在單一彈力拉帶[48]的基礎(chǔ)上增加了襯墊[49]，目前未見(jiàn)關(guān)于束縛系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理的詳細(xì)報(bào)道。

4 壓力服裝的評(píng)價(jià)方法

4.1 加載功能性

對(duì)抗微重力環(huán)境的壓力服裝主要是為人體提供擬重力載荷，涉及到服裝、人體及二者之間的力學(xué)傳導(dǎo)，其評(píng)價(jià)手段應(yīng)包含以下3個(gè)方面。

1)服裝力學(xué)性能。主要評(píng)估服裝力學(xué)載荷元件是否達(dá)到預(yù)期效果。對(duì)于拉力加壓型壓力服裝，其機(jī)械負(fù)荷是通過(guò)拉伸彈性元件實(shí)現(xiàn)的，可通過(guò)稱重傳感器評(píng)估其定長(zhǎng)拉伸力值和彈性回復(fù)性能；對(duì)于模量穩(wěn)定的元件，測(cè)量其應(yīng)變值能間接反映載荷加載情況。氣體加壓型壓力服裝利用氣壓差值實(shí)現(xiàn)力學(xué)加載，監(jiān)測(cè)其氣壓值變化可反映服裝對(duì)人體產(chǎn)生的壓力值。松弛和蠕變是材料常見(jiàn)的力學(xué)性能問(wèn)題，應(yīng)定期檢測(cè)服裝的力值變化，以評(píng)估力學(xué)載荷元件的持久穩(wěn)定性和使用損耗量，如引入監(jiān)測(cè)指示系統(tǒng)。

2)人服力學(xué)交互。人服界面的力學(xué)分布是反映服裝對(duì)人體作用的直觀指標(biāo)。服裝壓力測(cè)試裝置可以間接反映實(shí)際應(yīng)用效果。若實(shí)驗(yàn)條件允許，在人體表面或服裝內(nèi)側(cè)設(shè)置壓力傳感器，或直接將柔性傳感器織入服裝內(nèi)部，利用無(wú)線設(shè)備接收壓力信號(hào)，均是值得參考的評(píng)價(jià)手段。

3)人體生物力學(xué)。由于肌肉骨骼的生理載荷難以直接測(cè)量，在評(píng)估該類力學(xué)參數(shù)時(shí)可利用計(jì)算機(jī)仿真模擬技術(shù)，將服裝耦合至人體肌骨生物力學(xué)模型或有限元分析模型中，計(jì)算服裝載荷對(duì)人體肌肉力、關(guān)節(jié)力和關(guān)節(jié)力矩等關(guān)鍵參數(shù)產(chǎn)生的影響。

4.2 穿著舒適性

壓力服裝的舒適性包括壓力舒適性、運(yùn)動(dòng)舒適性和熱濕舒適性[50]，與人體靜態(tài)、動(dòng)態(tài)以及時(shí)間尺度變化相互對(duì)應(yīng)。為全面評(píng)價(jià)壓力服裝的穿著舒適性，應(yīng)充分考慮多種應(yīng)用環(huán)境及人體狀態(tài)。

1)壓力舒適性?，F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)中常采用量表作為受試者的主觀評(píng)價(jià)方法，如Corlett和 Bishop不舒適量表[51]、Cooper-Harper身體控制量表和Borg感知?jiǎng)诶哿勘韀52]。探究主觀評(píng)價(jià)結(jié)果與服裝壓力值之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，可為調(diào)節(jié)服裝壓力舒適性提供依據(jù)。

2)運(yùn)動(dòng)舒適性。穿脫時(shí)間在一定程度上反映壓力服裝的服用性能[37]。利用三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，測(cè)量人體在不同活動(dòng)下穿著壓力服裝后的關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍，是定量評(píng)價(jià)人體運(yùn)動(dòng)舒適性的有效手段。

3)熱濕舒適性。服裝的熱濕舒適性一般通過(guò)材料的透濕性、透氣性和導(dǎo)熱系數(shù)等參數(shù)客觀反映，也可通過(guò)量表得到受試者的主觀評(píng)價(jià)。此外，測(cè)量穿著壓力服裝對(duì)皮膚造成的影響，如皮膚表面微生物種群變化[39]，也能反映穿著舒適性。

4.3 生理適應(yīng)性

壓力服裝的根本目的是對(duì)人體產(chǎn)生力學(xué)刺激干預(yù)，對(duì)抗微重力環(huán)境造成的不良影響。這些功效直接表現(xiàn)為人體生理參數(shù)的變化，應(yīng)涵蓋骨骼及肌肉相關(guān)生理指標(biāo)，針對(duì)人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)還應(yīng)考慮心肺功能指標(biāo)。

骨骼生理變化的直觀參數(shù)為脊柱的伸長(zhǎng)量，借助計(jì)算機(jī)斷層掃描、磁共振成像和雙能X射線骨密度儀等設(shè)備可定量評(píng)估骨質(zhì)。肌肉功能可通過(guò)肌電信號(hào)檢測(cè)、超聲波檢測(cè)和肌肉活檢等方法分析。以上生理參數(shù)可對(duì)模擬計(jì)算的生物力學(xué)參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確性驗(yàn)證，提高評(píng)估可靠性。針對(duì)航天員在軌飛行期間的背痛問(wèn)題通常選擇量表評(píng)估。借助便攜式呼吸測(cè)量裝置和心率檢測(cè)裝置可實(shí)時(shí)反映人體著裝運(yùn)動(dòng)時(shí)的心肺功能變化。

5 現(xiàn)存不足與發(fā)展趨勢(shì)

5.1 現(xiàn)存問(wèn)題及相應(yīng)對(duì)策

5.1.1 成形工藝探究

目前，空間站使用的穿戴對(duì)抗措施主要為企鵝服和GLCS，其它研究還處于原型探究階段。這些壓力服裝的加載量有所不足，單一使用無(wú)法滿足航天員肌肉骨骼系統(tǒng)所需的機(jī)械刺激，通常需要聯(lián)合運(yùn)動(dòng)使用。壓力服裝的功能加載性和穿著舒適性始終存在矛盾，找到服裝對(duì)人體產(chǎn)生的力學(xué)作用和皮膚承受壓力的平衡點(diǎn)是不斷探究的目標(biāo)。

現(xiàn)有壓力服裝多選用氨綸等具有優(yōu)異彈性變形的聚氨酯纖維，在面對(duì)高彈力需求時(shí)，往往需要發(fā)生較大的形變，從而引發(fā)較高的應(yīng)力松弛率。在滿足人體舒適性的同時(shí)可考慮添加一些彈性模量較高的橡膠或聚酯纖維，減少紗線形變量，抑制材料的力學(xué)損耗。此外，結(jié)合功能紗線引入被動(dòng)調(diào)節(jié)或主動(dòng)反饋系統(tǒng)，根據(jù)力學(xué)損耗量增加載荷元件的應(yīng)變量或氣壓值，彌補(bǔ)加載量不足。

壓力服裝的結(jié)構(gòu)可分為束帶型和面料型，二者在壓力調(diào)節(jié)和穿著舒適性方面各有優(yōu)劣?？煽紤]通過(guò)紡織或服裝工藝將二者相結(jié)合，如利用電腦橫機(jī)分區(qū)調(diào)控面料結(jié)構(gòu)與性能，或通過(guò)縫制、粘貼等結(jié)合手段層層組裝。以低彈力面料為基材，減少對(duì)人體的束縛，增強(qiáng)穿著舒適感；選用高彈力束帶作為力學(xué)載荷元件，保證穩(wěn)定的加載量，同時(shí)增加服裝的可調(diào)節(jié)性，擴(kuò)大適用人群，降低服裝成本。

5.1.2 性能測(cè)試需要完善

由于壓力服裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜、微重力模擬環(huán)境較為苛刻等客觀因素，現(xiàn)有相關(guān)文獻(xiàn)中招募的受試者數(shù)量較少，樣本個(gè)體差異較大，測(cè)試結(jié)果普適性略低，地面測(cè)試模擬環(huán)境與真實(shí)航天環(huán)境也存在一定差距。同時(shí)，隨著航天員在軌時(shí)間的增加，對(duì)應(yīng)地面模擬的時(shí)間要求也隨之增加，加大了實(shí)驗(yàn)操作的難度。針對(duì)上述問(wèn)題，可考慮借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)模擬特因環(huán)境對(duì)人體造成的影響，利用可行性較高的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，充分發(fā)揮科技發(fā)展帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。

在評(píng)估壓力服裝的加載功能性時(shí)，現(xiàn)有文獻(xiàn)較少探究壓力服裝之間的作用效果差異，大多數(shù)對(duì)照組會(huì)選擇未穿著壓力服，難以對(duì)比現(xiàn)有對(duì)抗措施之間的特點(diǎn)。為更好地促進(jìn)功能服裝發(fā)展，應(yīng)考慮增加不同壓力服裝間的橫向?qū)Ρ?。在力學(xué)材料的基礎(chǔ)上，積極引入熱、電、聲、光等主動(dòng)響應(yīng)材料，完善并擴(kuò)展壓力服裝的服用感受。

此外，關(guān)于服裝熱濕舒適性的定量評(píng)價(jià)研究較少。應(yīng)用暖體假人裝置或建立熱學(xué)模型仿真分析，均能客觀評(píng)價(jià)熱濕舒適性。通過(guò)在體實(shí)驗(yàn)測(cè)量人體著裝前后的皮膚溫度和出汗量等生理參數(shù)，定量分析服裝壓力和上述指標(biāo)的數(shù)學(xué)關(guān)系，為探究穿著熱濕舒適性提供依據(jù)。

5.2 發(fā)展趨勢(shì)

5.2.1 材料工藝

現(xiàn)有壓力服裝的研發(fā)關(guān)鍵在于增強(qiáng)力學(xué)載荷元件的性能。對(duì)于拉力加壓型壓力服裝，彈性材料發(fā)生應(yīng)變后所能提供的載荷必須是恒定和持久的，準(zhǔn)確的彈性模量和較低的應(yīng)力松弛是未來(lái)研發(fā)的關(guān)鍵。對(duì)于氣體加壓型壓力服裝，在保證良好氣密性的同時(shí)，必須考慮透濕導(dǎo)熱等穿著舒適性。形狀記憶材料和柔性傳感設(shè)備等智能材料，在控制服裝結(jié)構(gòu)和反饋服裝性能方面具有較大的潛力，可以擴(kuò)展壓力服裝的功能性，同時(shí)為航天員的安全與健康提供更有力的保障。

5.2.2 評(píng)價(jià)體系

現(xiàn)有壓力服裝評(píng)價(jià)以“服裝性能-服裝與人體作用-人體生理參數(shù)”為發(fā)展趨勢(shì)，更加注重壓力服裝對(duì)人體引起的生理適應(yīng)變化，通過(guò)評(píng)估多個(gè)系統(tǒng)的交互作用探究?jī)?nèi)在機(jī)制。由于測(cè)試環(huán)境復(fù)雜和實(shí)驗(yàn)周期較長(zhǎng)等限制，現(xiàn)有測(cè)試難以做到全面和完善。影像醫(yī)學(xué)的快速發(fā)展為了解肌肉骨骼系統(tǒng)提供了更直觀的手段，仿真模擬技術(shù)為生理參數(shù)的評(píng)價(jià)提供了更多可能。結(jié)合智能傳感設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法完善測(cè)試結(jié)果，可為服裝設(shè)計(jì)提供更加詳細(xì)準(zhǔn)確的參考資料。

5.2.3 技術(shù)轉(zhuǎn)化

航天技術(shù)向民用轉(zhuǎn)化是大勢(shì)所趨，如治療腦癱患者的Adeli套裝則是由企鵝服轉(zhuǎn)化而來(lái)。壓力服裝的作用原理是向處于機(jī)械刺激不足環(huán)境中的人體施加載荷，地球上也存在相似低負(fù)荷環(huán)境，如臥床狀態(tài)。臥床狀態(tài)使得人體垂直軸方向難以獲得力學(xué)刺激，此外，臥床患者的自身疾病會(huì)造成其自主運(yùn)動(dòng)困難，活動(dòng)量減少，這些因素同樣會(huì)導(dǎo)致患者骨質(zhì)流失和肌肉萎縮。針對(duì)這些患者開發(fā)相關(guān)重力加載服裝，可擴(kuò)充醫(yī)療設(shè)備的可選擇性，為患者的康復(fù)提供更有效的治療。

6 結(jié)束語(yǔ)

目前我國(guó)載人航天戰(zhàn)略正向空間站時(shí)代邁進(jìn)，長(zhǎng)期微重力環(huán)境對(duì)航天員造成的不良影響仍是我們需要攻克的難題?？臻g站現(xiàn)用壓力服裝仍存在重力加載量不足、穿著舒適性不佳等問(wèn)題，研究者們也正嘗試?yán)貌牧侠驓怏w壓力等原理，結(jié)合多學(xué)科技術(shù)改進(jìn)壓力服裝功效。相信未來(lái)隨著材料工藝的改進(jìn)和創(chuàng)新，評(píng)價(jià)技術(shù)的智能化和有效化，更加貼合航天員需求的重力加載壓力服裝將為載人航天技術(shù)提供更堅(jiān)實(shí)的保障。航天技術(shù)轉(zhuǎn)化也會(huì)為地球家園的患者提供更好的康復(fù)條件，為日后實(shí)現(xiàn)月球、火星探索，甚至太空旅行帶來(lái)希望。