远红外面料运动裤缓解下肢运动疲劳的效果

吕笛笛，李艳梅

(上海工程技术大学 纺织服装学院，上海 201620)

目前，越来越多的人开始进行体育锻炼，但运动过程中产生的肌肉疲劳不仅影响机体的运动效能，严重的可能导致运动损伤，因此缓解运动疲劳是急需解决的问题。研究表明，乳酸堆积会从多个方面造成机体运动能力降低，导致运动疲劳[1]。远红外纺织品可以使远红外能量到达人体的深层组织和器官中，使机体产生温热效应，改善人体微循环，血流加快，减少机体乳酸的堆积，起到调节代谢、消炎、缓解肌肉疲劳、镇痛的作用[2]。关于远红外纺织品保暖功能的研究已经趋于成熟。近几年，随着健康运动理念的深入，国内外学者开始探讨远红外纺织品缓解及恢复运动疲劳的作用。李萱等[3]研究了不同远红外比例骑行裤缓解疲劳的效果，发现远红外面料骑行裤具有缓解运动疲劳的作用，远红外材料含量25%与远红外材料含量50%的骑行裤抗疲劳效果相近，对缓解运动疲劳作用较弱，远红外材料含量75%与远红外材料含量100%的骑行裤抗疲劳效果相近，对缓解运动疲劳效果较为明显；Loturco等[4]通过对比足球运动员在剧烈运动后穿着远红外服装24、48、72 h时肌酸激酶等指标，发现与运动后24、48 h相比，运动后穿着远红外服装72 h可以更好地减轻迟发性肌肉酸痛。与传统的按摩、冰浴等缓解运动疲劳的方法相比[5]，远红外面料服装具有柔软可穿戴的优势，无需附加其他条件，就可以在运动过程中和运动后及时发挥作用，因此具有更深层次的研究价值。

本文选用远红外锦纶、远红外涤纶、远红外腈纶3种不同远红外面料运动裤和一条普通运动裤，在气候仓中进行运动实验，测试受试者的肌电信号，通过数据分析探究不同远红外面料运动裤在运动过程中缓解肌肉疲劳的效果和时间规律。为远红外纺织品的应用扩展以及运动功能服装开发提供理论指导。

1 实验样品

1.1 样品规格

实验所用运动裤规格尺寸为：裤长86 cm，腰围62 cm，臀围73 cm，大腿围43 cm。组织结构采用纬平组织。普通运动裤面料成分为锦纶/氨纶70/30，3条远红外运动裤面料分别为远红外锦纶/氨纶70/30、远红外涤纶/氨纶70/30、远红外腈纶/氨纶70/30，弹性回复率为92%。将上述4条运动裤分别编号为1#、2#、3#、4#。

1.2 远红外性能测试

根据GB/T 30127—2013《纺织品 远红外性能的检测和评价》，对4条运动裤的面料进行远红外发射率测试和温升实验[6]。分析测试数据得到运动裤远红外发射率大小的排序为2#>3#>4#>1#，除1#外，其余3条运动裤均符合标准。温升实验的结果如图1所示，在30 s内，4条裤子升温均在1.4 ℃以上，符合标准，且在相同时间(60 s)内，2#升温幅度最大，其他幅度大小依次为3#、4#、1#。

图1 4条运动裤的温度变化Fig.1 Temperature change of 4 pairs of sweatpants

2 运动疲劳缓解实验

受试者为有运动习惯的5名女性，身高(162.5±2.5) cm，体重(57±3) kg，年龄(21.5±0.5)岁，小腿围度(34±2) cm，大腿围度(53±2) cm。每次实验均在相同时间段进行，每条裤子测试时间最少相差24 h。测试部位为股外侧肌、股直肌、胫骨前肌、腓肠肌[6]。

测试方案：测试前，受试者身穿实验运动裤静坐30 min。跑步运动分为3个过程，每个过程均持续5 min，速度分别为4、5、7 km/h。

测试设备为美国 Delsys Trigno 公司的全无线 GPS 表面肌电测试系统和德国 h/p/cosmos的专业跑台。

3 数据处理与分析

3.1 肌肉状态时段分析

时域分析和频域分析是表面肌电信号对肌肉疲劳评价分析的2种主要方法[7]。时域分析是指肌电信号的振幅随着时间变化而变化从而对肌肉状态进行评价分析的方法，常用指标有均方根振幅(RMS)、积分肌电(IEMG)等。频域分析是从信号波动频率变化方面对肌电信号进行分析，将时域的肌电信号通过快速傅里叶转换获得的，常用指标主要有中值频率(MF)、平均功率频率(MPF)等[7]。本文使用幅频联合分析法，结合时域指标均方根振幅(RMS)和频域指标中值频率(MF)[8]，对肌肉状态等级展开分析。如图2所示，幅频联合分析法评判肌肉状态原则为：第1象限中，振幅变化率和频率变化率同时升高，表明肌肉力量增大；第2象限中，振幅变化率下降但频率变化率升高，表明肌肉处在力量恢复阶段；第3象限中，振幅变化率和频率变化率同时下降，表明肌肉力量减小；第4象限中，振幅变化率升高但频率变化率下降，表明肌肉处在疲劳阶段。为了便于对肌肉状态等级进行划分，判定疲劳是否缓解，分别将肌肉状态的4个等级记为2、1、3、4。

图2 幅频联合分析示意图Fig.2 Amplitude-frequency joint analysis

把整个运动过程中每1 min规定为1个区间，对规定后各个区间的肌肉状态进行等级判定，取其均值，使用二维核密度分析对相应区间的肌肉状态等级进行分析，结果如图3所示。图中相应区域颜色的深浅表示此区域对应因变量分布的疏密情况。

由图3示出：①穿着1#运动裤的肌肉很少在运动中出现疲劳恢复的情况，在运动的第6～15 min会出现肌力先增大后减小的情况，5～12 min、第15 min容易出现肌肉疲劳。②穿着2#运动裤的肌肉处于疲劳恢复状态的时段明显增加，恢复期集中在8～10 min和13～15 min，肌力增大的时段增加，肌力减小和肌肉疲劳的情况有所减少。③穿着3#运动裤的肌肉在第12～15 min出现短暂恢复期，肌力增大时段明显增加，且时间相对集中，分别出现在4～8 min和11～13 min。整个运动过程中肌力减小和肌肉疲劳出现时间较少。④穿着4#运动裤的肌肉从第8 min开始会出现肌肉疲劳，接着出现肌力减小，随后出现短暂的疲劳恢复的情况，直至出现第2次肌肉疲劳。肌力增大主要集中在第5 min和第14 min。

图3 二维核密度分布图Fig.3 2D kernel density graph

肌肉状态等级越小，表明缓解运动疲劳效果越好。实验结果表明，远红外面料运动裤对缓解肌肉疲劳均有效果，其中远红外锦纶面料运动裤的效果较为明显，远红外涤纶面料运动裤次之，远红外腈纶面料运动裤效果最微弱。

3.2 肌肉状态等级影响分析

因为不同运动肌肉和不同面料成分可能会影响肌肉状态等级，所以以运动肌肉和面料成分对肌肉状态等级值进行方差分析。由SPSS分析可知，不同运动肌肉与面料成分之间没有产生交互效应，因此采用无交互效应的双因素方差分析法对肌肉状态等级进行分析。

在变量无交互效应的双因素方差分析中，设有2个因素A、B对实验指标有影响，分别有r,s个水平，且不同水平的每种组合都只做一次试验，共得到rs个实验结果，假设Yij(i=1,2,…,r;j=1,2,…,s)之间相互独立，则μ为总均值，αi为因素A在水平i下对应实验指标的效应，βi为因素B在水平j下对应实验指标的效应。本文共有2个因素，分别为运动肌肉(X)、面料成分(Y)，因素X有4个水平：X1、X2、X3、X4，分别对应于腓肠肌、胫骨前肌、股直肌、股外侧肌；因素Y有4个水平：Y1、Y2、Y3、Y4，分别对应于普通运动裤、远红外锦纶运动裤、远红外涤纶运动裤、远红外腈纶运动裤。

使用SPSS对数据进行多因素方差分析，得到的结果如表1所示。检验原假设为运动肌肉和面料成分对肌肉状态等级值无显著性影响，取显著性水平α为0.05。由表1可知，运动肌肉检验的P=0.599>α=0.05，面料成分检验的P=0.035<α=0.05，说明运动肌肉对肌肉状态等级值的影响不显著，运动裤的面料成分对肌肉状态等级值的影响显著。经过分析，发现远红外锦纶是采用晶体矿物质混合[9]，晶体矿物质附着于纤维表层，能够更好地从外界吸收红外辐射并作用于人体，可以获得较好的远红外效果；远红外腈纶和远红外涤纶则是采用熔融加捻的方式加工而成[10-11]。跑步是一项多肌群参加的复合型运动，在运动过程中，被测肌肉为主要动力来源且同时参与运动，使得彼此之间紧密连接，减小了差异性。

表1 多因素方差分析Tab.1 Multi-factor variance analysis table

为进一步分析不同面料对缓解肌肉疲劳的差异性，对1#-4#运动裤的肌肉状态等级进行组间和组内的样本T检验，结果如表2所示。由表示出，不含远红外面料运动裤与含远红外面料运动裤检验的P=0.047<α=0.05，2#运动裤和4#运动裤检验的P=0.032<α=0.05，3#运动裤和2#运动裤检验的P=0.064>α=0.05，3#运动裤和4#运动裤检验的P=0.177>α=0.05，即不含远红外面料运动裤与含远红外面料运动裤对缓解运动疲劳存在显著差异；2#运动裤与4#运动裤对缓解运动疲劳存在显著差异；3#运动裤与2#运动裤、4#运动裤对缓解运动疲劳均没有显著差异。分析原因含远红外面料的运动裤具有远红外效果，会对人体产生一定的生物学效应，起到一定缓解运动疲劳的效果，不含远红外面料的运动裤则不具有此功能；不同远红外面料生产方式造成了3条远红外运动裤之间的差异。

表2 样本T检验Tab.2 Sample T test

4 结 论

缓解运动疲劳是现阶段的热点问题，依据远红外具有缓解肌肉疲劳的功能，本文对普通运动裤和3种不同远红外面料运动裤缓解肌肉疲劳的效果进行了探究。

通过运用二维核密度分析法，创新地得到了不同面料运动裤缓解运动疲劳的时间规律。与普通面料运动裤相比，3种远红外面料运动裤缓解运动疲劳的效果均有不同程度提高。远红外锦纶面料运动裤恢复期集中在8～10 min和13～15 min，远红外涤纶面料运动裤在第12～15 min出现轻微的恢复效果，远红外腈纶面料运动裤恢复期出现在第12 min。

使用方差分析和样本T检验对运动裤对运动疲劳影响的显著性进行了检验。运用多因素方差分析法探究了不同面料运动裤对运动疲劳影响的差异，结果表明运动裤的面料成分对肌肉疲劳等级值有显著影响；使用样本T检验得出，普通运动裤与远红外运动裤二者对运动疲劳的影响存在显著性差异，而不同远红外面料运动裤对运动疲劳影响的差异不同，其中远红外锦纶运动裤对恢复肌肉疲劳的作用最明显。

综合分析，4种不同面料的运动裤缓解肌肉疲劳的效果为远红外锦纶运动裤>远红外涤纶运动裤>远红外腈纶运动裤>普通运动裤。因此，在成本等因素相同的情况下，可优先选择远红外锦纶纺织品用于缓解肌肉疲劳，也为后续远红外纺织品缓解肌肉疲劳进行深入研究提供了参考。