不同速度走和跑运动中运动文胸对乳房振幅的影响

任景萍 闫颖 周兴龙

Research on the Impact of Sports Bras on Breast Movements in Walking and Running with Different Speeds

REN Jingping1，YAN Ying2，ZHOU Xinglong2

摘 要：探讨C罩杯女性的乳房运动规律，比较女性在乳房受文胸作用下其运动受到控制时乳房的运动特征，为保护乳房和运动文胸的设计提供理论依据。运用美国Motion Analysis红外光动作捕捉系统测试8名C罩杯女性在走（4 km/h和6 km/h）和跑（8 km/h和10 km/h）过程中裸胸及穿运动文胸状态下躯干及乳房的运动学特征，采集频率为200 Hz。结果表明：着运动文胸相比裸胸，乳房上各点运动振幅的数值均有显著减小；随着运动速度的增加，乳房的运动幅度在3个方向上都逐渐增大；乳房上各部位的运动特征不同，研究乳房运动时应对乳房上多个位置进行测试，乳头点不能代表整个乳房的运动。得出结论：运动文胸很好地控制了乳房的运动，尤其是左右方向和垂直方向的运动。

关键词： 乳房；裸胸；运动文胸；走；跑；位移

中图分类号： G 804 文章编号：1009783X（2015）02017206 文献标志码： A

Abstract：Purpose：To investigate the breast movement of Ccup women，to compare the effects of sports bras on breast movement and to provide theoretical support for bra designers.Methods：8 Ccup women subjects performed walking （at 4 km/h or 6km/h） and running （8km/h or 10km/h） activity on the treadmill with sports bras and no bra respectively with Motion Analysis.Their breast movements are captured using a sixcamera motion analysis system with 200Hz sampling frequency.Result：Sports bra has a better support to breasts and the magnitude of displacement reduced with increasing breast support.The value of the displacement of the breasts in running at 10km/h and 8km/h is significantly greater than that of walking at 6km/h and 4km/h.More than one part of the breast should be tested in the future studies since the characteristics of different breast parts are different，and the breasts cannot be repented solely by the nipples.Conclusions：Sports bra has a better impact on the displacement of different markers，especially in mediolateral and vertical movements.

Keywords：breast；no bra；sports bra；walking；running；displacement

收稿日期：20140625

作者简介：任景萍（1970—），女，山西人，硕士研究生，实验师，研究方向为运动生物力学；闫颖（1989—），女，在读硕士研究生，研究方向为运动生物力学；周兴龙（1973—），男，副教授，研究方向为运动生物力学。

作者单位：1.首都体育学院，北京 100191；2.北京体育大学，北京 100084

1Capital University of Physical Education and Sports，Beijing 100191，China；2Beijing Sport University，Beijing 100084，China. 随着体育运动的普及，越来越多的女性选择去运动健身，但是运动会引起乳房的强烈振动。随着运动速度的增加，乳房的振动摇晃会加剧，这会伤及乳房的弹性纤维组织。在Lorentzen等[1]的研究中分析了慢跑中乳房的运动，在59名女性受试者中乳房疼痛率达到了56%。可见，乳房的振动和疼痛是一个不容忽视的问题；因此，减少乳房在运动中的振动是解决问题的关键，而普通文胸对乳房的承托作用明显针对性不足。所以，如何掌握运动过程中乳房的运动学特征，科学地设计出适合运动时穿的运动文胸已成为有运动习惯的女性和文胸设计企业所关心并急需解决的问题。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

研究对象为8名未婚健康女性，无妊娠或哺乳经历。乳房尺寸均为C罩杯，其中75C（下胸围为75 cm） 5人，70C （下胸围为70 cm）3人。罩杯代码表示相应的人体上胸围与下胸围之差，上胸围为人体在穿戴合体的单层无衬垫无支撑物文胸使乳房呈现自然耸立状态时，经过乳房最丰满处水平围量一周的最大尺寸。下胸围是经过人体乳房下乳根水平围量一周的尺寸。

测试前由专业人员测量受试者的乳房基本信息，计算胸围差得到乳房罩杯尺寸。所有受试者实验时穿着的文胸均为市面上购买的适合受试者尺寸的同一款运动文胸。

1.2 测试方法

1.2.1 测试设备

运用Motion Analysis红外运动捕捉系统采集乳房的运动，采集频率为200 Hz。测试场地中间放置一台h/p/cosmos mercury的跑步机，周围架设6台红外摄像机，受试者在跑步机上进行走和跑的运动，走的速度为4 km/h和6 km/h，跑的速度为8 km/h和10 km/h，坡度均为0°。

表 1 受试者基本信息

1.2.2 测试过程

文献研究[2]已经证明了：在乳房下端绑一圈标志点固定装置，贴在固定装置上的反光标志点（M1、M2、M3）可以代表躯干的运动，通过这3个反光标志点就可以得到乳房相对于躯干的坐标，即相对坐标。

图 1 实验用运动文胸

图 2 实验用标志点固定装置

受试者穿着自己的日常文胸在跑步机上完成2 min的热身运动，热身过后受试者裸胸状态自然站立。将标志点固定装置绑在乳房下端，在固定装置上贴3个反光标志点（M1、M2、M3），身上贴21个反光标志点，受试者保持此姿势，用红外运动捕捉系统捕捉10 s的静态数据。

表 2 红外反光标志点名称及粘贴位置

采集静态数据后，受试者在跑步机上以4、6、8和10 km/h的速度分别进行走或跑的运动，采集运动状态稳定后的30 s的实验数据。每次动态测试前都要采集自然站立的静态数据。

裸胸测试后，受试者穿上实验用运动文胸，乳房上的点贴在文胸上相应的位置[3]，重复裸胸时的测试。

1.3 数据处理

1.3.1 阶段的划分

选取一个步态周期的运动做分析，运动中左足跟着地到左足跟再次着地为一个步态周期[4]。运用Motion识别红外反光标志点，以足跟点垂直方向的位置坐标最小时刻为着地点，以足尖点垂直方向的位置坐标最小时刻为离地点。

1.3.2 绝对坐标和相对坐标的转换

运用Motion识别红外反光标志点，用8 Hz的频率平滑数据，将其导出至Excel中，直接获得乳房各点的绝对坐标。应用M1、M2、M3点和乳房各点绝对坐标的关系，计算得到乳房各点相对坐标。大地坐标系方向和躯干坐标系方向，都是相对于人体的运动方向而言的。

1.3.2.1 大地坐标系方向

X轴为前后方向，向后为正；Y轴为左右方向，向右为正；Z轴为垂直方向，向上为正。

1.3.2.2 躯干坐标系方向

M1、M2、M3点是贴在标志点固定装置上的点，通过这3个点确定一个乳房的坐标系i，M2M1为X轴，3点确定的平面的法向量n=M2M3×M2M1为Z轴，n×M2M1为Y轴。X轴为前后方向，向后为正；Y轴为左右方向，向右为正；Z轴为垂直方向，向上为正。

M1、M2、M3这3个点为人工目测贴的点，所以贴好这3个点后，要求受试者保持自然站立的姿势并采集其静态数据，将静态时3点确定的平面校正成和地平面平行的平面。

1.3.2.3 坐标转换

标志点固定装置上的3个点确定了躯干的坐标系，应用点到平面的距离来求乳房上点的相对坐标。设人体运动的某一时刻3点坐标M1（X1，Y1，Z1）、M2（X2，Y2，Z2）、 M3（X3，Y3，Z3）以及乳房上的点P（X0，Y0，Z0）。以M2点为坐标系i的原点，则

M2M1=（X1-X2，Y1-Y2，Z1-Z2）

YZ面的方程为

（（X1-X2）（X-X2）+（Y1-Y2）（Y-Y2）+（Z1-Z2）（Z-Z2））=0 。

若点Pi（Xi， Yi， Zi）是P点在坐标系i中的坐标，那么Xi=（X1-X2）（X0-X2）+（Y1-Y2）（Y0-Y2）+（Z1-Z2）（Z0-Z2）（X1-X2）（X1-X2）+（Y1-Y2）（Y1-Y2）+（Z1-Z2）（Z1-Z2）

Yi， Zi计算的方法同上。由于人是运动的，所以运动周期中每个时刻都要进行计算。

设静态站立时，根据M1、M2、M3，3个点确定的坐标系i的X轴向量为（Xa，Ya，Za），Y轴向量为（Xb，Yb，Zb），Z轴向量为（Xc，Yc，Zc）。如果让这3个点确定的平面和地平面平行，那么新坐标系j的X′轴向量为（Xa，Ya，0），Y′轴向量为（-Ya Zc，Xa Zc，0），Z′轴向量为（0，0，Zc）。可知j系相对于i系的方向余弦矩阵为：

iAj=cosXX′cosYX′cosZX′

cosXY′cosYY′cosZY′

cosXZ′cosYZ′cosZZ′

可求得Pi点在j系中的位置：

Pj=iAjPi=cosXX′cosYX′cosZX′

cosXY′cosYY′cosZY′

cosXZ′cosYZ′cosZZ′Xi

Yi

Zi

1.4 数据分析

1.4.1 数据指标

数据指标有位移极差、位移减少率。乳房数据均为右侧乳房上点的数据。

位移极差：乳房在一个运动周期中，位移的最大值与最小值之差。

位移减少率=（裸胸时乳房的位移-着文胸时乳房的位移）/裸胸时乳房的位移×100%

1.4.2 统计分析

用SPSS 13.0进行数据统计学分析。比较裸胸和着文胸不同运动速度、不同方向下乳房的运动参数时使用重复测量多因素分析方差分析方法，显著性水平ɑ为0.05。

2 研究结果与分析

2.1 裸胸时乳房绝对和相对运动的运动轨迹

对运动时乳房特点的研究中，多数学者[1，45，710]只研究了乳头的运动，本研究所用乳房上的5个点几乎覆盖了整个乳房，可以更好地了解乳房的运动。在5个点的三维轨迹中可以看到，5个点的运动轨迹形态相同，不同的只是数值的大小；所以图3用乳头点的轨迹代表乳房上其他点的轨迹的变化趋势，以便直观地来比较不同运动速度下乳房的运动。

图 3 乳头点绝对运动的三维轨迹

在绝对坐标中，乳房的运动包含了躯干的运动，将绝对坐标通过坐标系转换变成相对坐标，排除运动中躯干对乳房的影响[6]，得到乳房的“真正”运动。

在绝对坐标和相对坐标系下，运动速度从4 km/h到10 km/h时，乳头点的运动幅度在3个方向上都逐渐变大，4 km/h和6 km/h走的运动轨迹形态相同，8 km/h和10 km/h跑的运动轨迹形态相同。在绝对坐标系下，跑步时乳房的三维运动轨迹呈“∞”字型。在相对坐标系下，由于乳房没有骨骼和肌肉的支撑，所以乳房排除躯干的影响时会表现出一个非线性的运动特性。

图 4 乳头点相对运动的三维轨迹

2.2 裸胸和着运动文胸下乳头点的相对运动轨迹

注：a为4 km/h的轨迹图，b为6 km/h的轨迹图，c为8 km/h的轨迹图，d为10 km/h的轨迹图。

图 5 裸胸和着运动文胸时4个速度下的乳头点三维轨迹

着运动文胸相比裸胸，乳房运动轨迹的形态相同，但乳房运动振幅的数值均有显著减小。

2.3 乳房相对运动的位移

见表3和表4。

2.4 各运动速度下乳房各点相对位移的比较

运用SPSS 21.0进行数据统计学分析，以是否着文胸（2个水平）、运动速度（4个水平）、乳房上不同部位（5个水平）为自变量，乳房3个方向的位移为因变量，进行重复测量的多因素方差分析。对各因素间的交互作用做了检验，结果存在二级交互作用：Y方向和Z方向运动速度越大，着文胸对乳房位移的影响越大，穿文胸的作用越明显。Z方向在速度从6 km/h的走步增大到8 km/h的跑步时乳房位移增加最明显；在速度为10 km/h的运动中，乳房Z方向上整体的位移变化为5.67 cm，乳头点为5.84 cm，而Haake等[7]的研究中乳头点垂直方向的变化为5 cm和本研究相差0.84 cm。

表 3 裸胸时乳房5点的相对位移极差

mm

表 4 着运动文胸时乳房5点的相对位移极差

mm

本研究更关注主效应，对是否着文胸对乳房位移的影响做主效应检验，结果显示： X方向F（1，7）=11.437，P=0.012；Y方向F（1，7）=71.880，P<0.001；因此，在0.05显著性水平下是否着文胸对乳房位移有显著影响。穿文胸后在3个方向上乳房位移有明显减小。Y方向减小最大，Z方向次之。

表 5 是否着文胸状态下X、Y、Z 3个方向上乳房位移比较

注：*表示均值差值在0.05级别上显著。

对不同速度对乳房位移的影响做主效应检验，结果显示：X方向F（3，5）=20.571，P=0.003；Y方向F（3，5）=22.708，P=0.002；Z方向F（3，5）=97.035，P<0.001；因此，不同速度对乳房位移有显著影响，随着速度的增加，乳房位移明显增大。Z方向增加最明显，Y方向次之。

表 6 不同速度下X、Y、Z 3个方向上乳房位移比较

续表 6

注：a为4 km/h的比较图， b为6 km/h的比较图，c为8 km/h的比较图，d为10 km/h的比较图，单位：cm。

图 6 裸胸和着文胸时4个速度下乳房5点位移极差的比较

对乳房不同部位的位移做主效应检验，结果显示：不同部位的位移在X方向和Y方向均不显著，在Z方向有明显差异，X方向F（4，4）=4.441，P=0.089；Y方向F（4，4）=2.476，P=0.201；Z方向F（4，4）=32.563，P<0.001。乳头点不能代表整个乳房，乳头点与乳头内侧点和乳头外侧点有明显差异。

表 7 不同部位在Z方向上乳房位移的比较

注：*表示均值差值在0.05级别上显著。

由于运动速度的增大导致了乳房垂直方向上运动的急剧增大，为防止乳房在运动中的损伤，则要选择对乳房运动控制较大的运动文胸，特别是对垂直方向的控制作用要强[8]。着运动文胸后，乳房的位移都明显减少[910]。在3个方向中，此款运动文胸对左右方向和垂直方向控制作用最明显；而在乳房的5个位置点中，此款文胸对乳头点、乳头内侧点和乳头外侧点的控制作用较大。如果想要设计好的运动文胸就应对文胸的各部分作不同的处理，使用不同的材料或不同的接缝设计。

3 结论

1）着运动文胸相比裸胸，乳房运动轨迹的形态没有变化，但乳房上各点运动振幅的数值3个方向上均有明显减小。左右方向减小最大，垂直方向次之，此款文胸很好地控制了乳房左右方向和垂直方向的运动。

2）随着运动速度的增加，乳房上各点在3个方向上的运动幅度都逐渐增大，随着从走到跑的运动形式的改变，其运动轨迹的形态就随之变化。运动形式决定运动轨迹的形态，速度只改变运动幅度的数值大小。

3）乳房上各部位的运动特征不同，研究乳房运动时应对乳房上多个位置进行测试。乳头点不能代表整个乳房的运动。

参考文献：

[1] Lorentzen D，Lawson L.Selected sports bras：a biomechanical analysis of breast motion while jogging[J].Physician and Sportsmedicine，1987，15（5）：128139.

[2] 闫颖，周兴龙，任景萍.运动中乳房相对坐标系的研究[C]//第16届全国运动生物力学学术交流大会论文集，2013：265266.

[3] Jie Zhou，Winnie Yu，Sunpui NG，et al.Evaluation of Shock Absorbing Performance of Sports Bras[J].Journal of Fiber Bioengineering and Informatics，2009，2（2）：108113.

[4] Joanna S，Jennifer W，Wendy H.Breast Displacement in Three Dimensions During the Walking and Running Gait Cycles[J].Journal of Applied Biomechanics，2009，25（4）：322329.

[5] Joanna S，Jennifer W，Alexandra M，et al.Vertical breast extension during treadmill running[J].Portuguese Journal of Sport Sciences，2011，11（2）：617620.

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[9] Joanna C S，Jennifer L W，Wendy H.The effect of breast support on the kinematics of the breast during the running gait cycle[J].Journal of Sports Sciences，2010，28（10）：11031109

[10] Joanna C S，Jennifer L W，Wendy H.Supported and unsupported breast displacement in three dimensions across treadmill activity levels[J].Journal of Sports Sciences，2011，29（1）：5561

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