跑步运动中服装压对女子下肢肌肉疲劳的影响

卢华山, 阎玉秀，李梦园，许淑燕，金子敏

(1. 浙江杭州职业技术学院，浙江 杭州 310018；2. 浙江理工大学 服装学院，浙江 杭州 310018；3. 浙江理工大学 先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室，浙江 杭州 310018)



跑步运动中服装压对女子下肢肌肉疲劳的影响

卢华山1,2, 阎玉秀2，李梦园2，许淑燕1，金子敏3

(1. 浙江杭州职业技术学院，浙江 杭州 310018；2. 浙江理工大学 服装学院，浙江 杭州 310018；3. 浙江理工大学 先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室，浙江 杭州 310018)

为研究运动过程中人体下肢肌肉疲劳程度与服装压力之间的关系，以30名热爱跑步运动的年轻健康女性作为实验对象，测量其穿着不同压力运动短裤在跑步运动状态下，下肢各肌肉部位的服装压力值和表面肌电指标，采用相关分析和单因素方差分析对试验数据进行分析。结果表明：表面肌电时域指标中的均方根振幅(RMS)与肌肉疲劳状况存在相关性，RMS可作为重要指标从生物学角度对肌肉疲劳状态进行评价；服装压力的增加对肌肉疲劳具有缓解作用，主要集中在运动中后期；从相关测试部位看出，影响程度因部位而异，所受服装压较大的股外侧肌受影响程度最为明显，股直肌最不明显。

服装压；下肢；肌肉疲劳；表面肌电; 跑步运动

紧身服装作为功能性运动装备领域的研究热点[1]，通过将材料自身的弹性对人体躯干部位进行束缚[2]，从而达到保护肌肉损伤和修饰身形的作用。目前已有较多学者发现，紧身服装对四肢、躯干等部位皮肤表面的束缚作用，会对人体血液循环、心率、内分泌等一系列生理因素产生影响[3-5]，甚至有学者提出，在长时间的体育运动中，过高的服装压力不仅不会提高运动表现，相反会由于服装不随人体的变形而变形，增加人与服装间的能量消耗，从而更易产生肌肉疲劳[6]，因此有必要研究服装压对于肌肉疲劳的影响。

表面肌电(sEMG)技术由于其具有一定的无创伤性[7]、时效性和精确性[8]，在运动神经学领域中应用较多，在服装领域主要集中在不同紧身压迫对于肌肉疲劳的影响。运动方式以及被检测部位的不同均会对试验结果产生影响，因此运用表面肌电技术进行疲劳度的判定尚且没有一个规范化的评价标准。本文旨在根据跑步运动过程中的肌肉状况，运用表面肌电测试技术监测各目标肌肉群在不同服装压下的时域指标均方根振幅(RMS)变化，结合主观评价对跑步专项运动中服装压与肌肉疲劳的关系进行研究。

1 试验设计

1.1 试验对象

1.2 试验样衣

本文试验所用样衣为浙江棒杰针织数码有限公司织造的无缝针织运动短裤，面料采用3种长丝纤维交织而成，纤维含量为71%锦纶、21%丙纶和8%氨纶，具有较好的弹性和透气性。款式如图1所示，选择155/64A、160/68A、165/72A 3个号型进行3种不同服装压的对比试验，其尺寸规格如表1所示。

图1 试验样衣效果图Fig.1 Effect diagram of experimental prototype.(a)Front; (b)Back

1.3 测试设备

1)压力测试仪器。本文试验目的是测量紧身运动短裤在动态条件下的服装压力变化，使用pliance-X-32型动态压力分布测量电容式传感器系统，可同时完成多个部位的服装压力测量。

表1 试验样衣尺寸规格Tab.1 Experimental prototype standard sizes cm

2)表面肌电测试设备。trignoTM无线系统和智能传感器具有16个肌电图频道，与EMGworks软件兼容，有效距离达40 m，可实现16倍分辨率和2 000 Hz的采样率，具有精确度高，抗干扰性强等特点，可实时地采集运动过程中的表面肌电信号。

3)跑步机。跑步试验的测试设备主要为YB-521DL型跑步机。采用MDF材质跑板及蜂窝式减震装置，可有效缓解运动冲击力，具有多模式、多坡度的可选配置，可根据试验需要设置跑步时间及增减速度。

1.4 试验方案

1.4.1 试验测试点选取

腿部肌肉群主要包括伸肌群与屈肌群2类，使用最多的伸肌群是股直肌、股外侧肌、股内侧肌和股中间肌，而屈肌群包括股二头肌、半腱肌、缝匠肌、腓肠肌。参考蒋琳等[9]对于跑步运动中下肢肌肉的选取，同时考虑到试验的可操作性，选择腿部较大块的肌肉，以伸肌群中的股直肌(A)、股外侧肌(B)和屈肌群中的股二头肌(D)、半腱肌(E)、外加臀大肌(C)等5个肌肉部位作为实验测试点，如图2所示，具体参考位点详见表2。

图2 腿部肌肉测试部位图Fig.2 Leg muscle test sites. (a)Front; (b)Back

表2 表面肌电电极安放参考位点Tab.2 Reference sites of surface electromyography electrodes

1.4.2 试验方法

待测对象进入试验室后，先静坐30 min，待其状态稳定后开始正式试验。首先在试验者腿部5个测试部位分别贴上压力传感器薄片，然后按照服装号型由大到小的顺序，依次穿上紧身运动短裤进行服装压力的测量，时间为10 min。考虑到试验的可操作性和受试者的可承受性，同时参考陈金鳌等[1,10]对于下肢体力疲劳的试验设计，本文试验选择在跑步机上采用预加载模式进行，依次为1 min加速慢跑、8 min匀速跑和1 min减速慢跑，目标速度为8 km/h，观察并记录各测试部位的压力数值。每更换一件样衣，休息10 min后再进行同样测试。

待被试者完成压力测试，休息30 min后开始表面肌电的测试，试验步骤同压力测试。每组试验按时间先后顺序平均分为5个阶段，分别为T1、T2、T3、T4、T5，被试者还要求对各阶段的疲劳程度进行主观评价打分，评价标准如表3所示。

表3 疲劳程度主观评价表Tab.3 Fatigue subjective evaluation

2 结果与分析

2.1 表面肌电RMS与肌肉疲劳的相关分析

本文研究选取表面肌电时域指标中的均方根振幅(RMS)作为穿着紧身运动短裤跑步中肌肉疲劳的研究指标，该指标反映肌肉放电的平均水平。多位学者研究发现，通过比较不同时期的均方根振幅，可确定疲劳时刻和疲劳的程度[11]。采用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0统计软件，对5个测试部位在不同服装压下，RMS值和主观疲劳评价得分进行显著性相关分析，结果如表4所示。其中：显著性水平P<0.05表示具有显著相关性；P<0.01表示具有极显著相关性。从表可知，当测试者穿着高压力(155/64A)运动短裤时，5个测试部位的RMS值均与主观评价得分呈显著相关关系，而在穿着中等压力(160/68A)和低压力(165/72A)运动短裤时，B、D、E 3个部位的RMS值同样与主观评价得分呈显著相关关系，说明RMS可较好地评价跑步运动中穿着不同压力短裤下肌肉疲劳的状况。值得注意的是，B、D、E在3种服装压下均与疲劳显著相关，而A、C部位在中低等服装压下并没有表现出显著相关性。

表4 不同服装压下主观疲劳评价与各测试点RMS值的相关性分析Tab.4 Correlation analysis on relationship between RMS of test points and subjective fatigue evaluation under different clothing pressures

注：*表示显著性水平P<0.05；**表示显著性水平P<0.01。

主观评价可从心理角度对疲劳程度作出初步评判。服装压对疲劳的影响与肌肉部位密切相关，B、D、E部位的相关性最好，A、C部位的相关性较差。这是因为跑步是一项多肌群同时参与的复合性运动[9]，在运动过程中，股外侧肌(B)、股二头肌(D)、半腱肌(E)占主导作用，而股直肌(A)、臀大肌(C)的作用并不明显，从而导致不同服装压下，肌肉放电水平在不同肌肉间不完全一致。

对于不同的寄生虫学标本片，要根据片中标本的大小，选择放大倍数合适的镜头。有时候观察同一个标本，需要几个不同的镜头来完成。如通常使用10倍物镜观察感染性蛔虫卵的形态特征（虫卵形状、卵壳、蛋白质膜、虫卵中的蛔虫幼虫），之后换成40倍物镜观察虫卵中蛔虫幼虫的形态特征以及其在卵中的运动情况。因此教师要在课程开始之初向学生讲解清楚，通过之后几次实验课让学生自己逐渐找到规律，避免认知过程中出现“盲人摸象”的现象。

2.2 不同服装压对肌肉疲劳的影响

由于测试者之间个体差异较小，故对压力试验相关数据采用平均值的方式分阶段进行分析。在分析结果前除去明显的错误数据，再对30位受试者分别穿着155/64A、160/68A、165/72A号型的紧身运动短裤，在跑步状态下所测得的各测试点的压力值分段求取平均值。图3示出穿着号型155/64A、160/68A、165/72A样衣在跑步过程中股直肌(A)、股外侧肌(B)、臀大肌(C)、股二头肌(D)、半腱肌(E)等5个肌肉测试部位在不同运动阶段的平均压强变化分布图。从图中可知，在跑步过程中，各测试部位的服装压强变化程度与这些部位相关。臀大肌(C)由于在下肢运动中围度尺寸的伸缩变化最大，因而所受的服装压力影响最大，跑步过程中膝关节的屈伸使得腿部肌肉产生不同程度的伸缩，其中对于大腿后中心线的拉长和前中心线的缩短影响最明显，同时前中心线的缩短大于后中心线的拉长[12]，使得大腿前侧的长度收缩变化大于大腿后侧，出现了图3(a)～(c)中紧身运动短裤的压力自大腿前侧至后侧递减的趋势。

图3 不同号型各点平均压强变化分布图Fig.3 Each point average pressure change while wearing different types of clothing

为鉴别服装压对肌肉疲劳的影响，将30名被试者穿着3种压力样衣下，5个测试部位在不同运动阶段的RMS均值作为因变量，进行单因素方差分析比较检验，分析结果如表5所示。可得出：高压力(155/64A)和中等压力(160/68A)样衣在运动中后期(T2、T3、T4)的显著性水平小于0.05，说明服装压对肌肉疲劳产生了显著的影响，而低压力(165/72A)样衣也在运动后期(T3、T4)对肌肉疲劳产生了显著影响。其中，显著性水平随着压力的递增而减小，说明服装压越大对肌肉疲劳的影响越显著。

表5 不同服装压对各阶段RMS值的影响Tab.5 Effects of different clothing pressure on RMS at different stages

注：*表示显著性水平P<0.05。

本文针对疲劳性显著阶段，对各测试部位在不同服装压下的表面肌电均方根振幅RMS值进行具体分析，图4分别示出T2、T3和T4阶段各测试部位RMS均值。

图4 不同阶段各部位RMS分析图Fig.4 RMS analysis chart of each part in different periods

从图4可看出，中、高等压力样衣下，各测试部位的RMS值均低于低压力样衣，说明服装压对肌肉疲劳起到了明显的缓解作用，使得肌肉无需过多放电即可达到同样的能量输出，同时高压力样衣的缓解作用优于中等压力样衣。值得注意的是，随着运动时刻的推移，3种样衣下各部位均方根振幅差值呈现出递减的趋势，说明服装压对肌肉疲劳的影响在运动初期最为显著，这是由于服装压对肌肉的束缚作用延缓了肌肉的收缩，起到了延缓运动时效的作用。

图5示出整个运动阶段各测试部位RMS均值在不同服装压下的变化。

图5 各测试部位不同服装压下的RMS分析图Fig.5 Each test part RMS analysis under different clothing pressures

由图可知，各测试部位的RMS值均随服装压力的增加而减小，说明肌肉疲劳的产生与服装压力呈负相关关系，即服装压的增加对肌肉疲劳具有缓解作用，缓解作用的大小因部位而异。其中B部位降低程度最为明显，而A部位最不明显，对比2个部位所受的压力值可说明，服装压力大小对于这2个部位肌肉疲劳的缓解作用具有较大的影响，C部位虽然所受压力值最大但缓解作用并不明显，与其自身参与的运动单元较少有关，D、E 2个部位中、高服装压之间的差别较小，但相对于低服装压则缓解作用较为明显，说明中等服装压就足以对肌肉疲劳起到明显的缓解作用，过高的服装压并不会起到更好的作用。故在跑步运动短裤设计时，为使服装压对肌肉疲劳起到最佳的缓解作用，服装压力值要依部位而定。

3 结 论

1)表面肌电时域指标RMS与肌肉疲劳存在着必然的联系，RMS可作为重要指标从生物学角度对肌肉疲劳状态进行评价。

2)服装压会对肌肉疲劳产生影响，中、高压力样衣对于肌肉疲劳的影响集中在运动中后期，低压力样衣集中在运动后期。

3)服装压的增加对肌肉疲劳具有缓解作用，其大小因部位而异。其中股外侧肌缓解作用最为明显，股直肌最不明显，臀大肌、股二头肌和半腱肌在中、高服装压下较为明显。

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Influence of clothing pressure on female lower limb muscle fatigue during running sports

LU Huashan1,2，YAN Yuxiu2，LI Mengyuan2，XU Shuyan1，JIN Zimin3

(1.CollegeofVocationalandTechnical,Hangzhou,Zhejiang310018,China; 2.CollegeofFashion,ZhejiangSci-TechUniversity,Hangzhou,Zhejiang310018,China; 3.KeyLaboratoryofAdvancedTextileMaterialsandManufacturingTechnology,MinistryofEducation,ZhejiangSci-TechUniversity,Hangzhou,Zhejiang310018,China)

In order to study the relationship between lower limb muscle fatigue and clothing pressure during running sports, thirty females were employed as subjects. Their lower limb muscles′ clothing pressure and surface electromyography data were measured objectively in the state of running sports when wearing sports pant of different clothing pressures. The results show that there is a correlation between root mean square and muscle fatigue status. The increase of clothing pressure has the effect on alleviation of muscle fatigue, and effects focus on the middle and late of the running. In view of relative tested part, effects vary depending on the site simultaneously, and vastus lateralis muscle affects most visibly due to larger clothing pressure.

clothing pressure; lower limb; muscle fatigue; surface electromyography; running sport

10.13475/j.fzxb.20160706506

2016-07-21

2017-04-14

国家科技部重点新产品计划项目(2014GR608001)；浙江省高校重中之重学科开放基金项目(2016KF08)

卢华山(1963—)，男，副教授。主要研究方向为针织技术与理论、人体工程与舒适服装。阎玉秀，通信作者，E-mail: yanyuxiu777@163.com。

TS 941.16

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