運動壓力褲的功能研究進展

鄭晴，王宏付，柯瑩

(江南大學 紡織服裝學院，江蘇 無錫 214122)

壓力服(compression garments)是一種通過給予人體特定部位一定的壓力，對人體起到保健作用的服裝。在醫(yī)療領域，壓力襪(compression stockings)是治療下肢靜脈曲張的一種重要的輔助手段。通過促進靜脈血液回流、加速血流速度，壓力襪能有效改善人體的血液循環(huán)，增加肌肉組織供氧，預防和治療靜脈曲張、血栓，緩解下肢水腫[1]。

近年來,壓力服在運動領域也開始流行。不少運動服品牌運用醫(yī)療壓力襪的原理制造壓力運動服，并希望通過一定程度的施壓加快血流和供氧，從而提高運動表現(xiàn)及減低疲勞，此外還能為肌肉提供支撐和保護。

壓力褲(compression tights)又稱壓縮褲，是最常見的一種壓力運動服。由于下肢在運動過程中容易疲勞和損傷，越來越多的專業(yè)運動員和運動愛好者選擇穿著壓力褲穩(wěn)固肌肉和韌帶，延緩肌肉疲勞，緩解運動后肌肉的酸脹感[2]。

國外已有不少對于運動壓力褲的研究成果，主要探究壓力褲對運動能力[2- 4]、運動疲勞和恢復[5-6]以及生理功能[7-8]的影響。

1 壓力褲的壓力控制

壓力褲的壓力大小控制極為重要，既要有足夠的壓力作用以達到提高運動機能的效果，又不能影響穿著舒適性和實用性。

1.1 面料

緊身服裝的面料緊繃于人體表面時，由于面料形變，對體表產生機械作用，皮膚及皮下組織也產生形變。在垂直于皮膚表面的方向上，面料壓迫皮膚組織，即為產生服裝壓力。壓力褲通常采用錦綸/氨綸或棉/氨綸混紡的針織面料,所選擇面料的物理機械性能直接影響服裝的壓力大小。壓力服裝對人體表面的壓力作用可以通過Laplace定律進行預測和估計：

(1)

式中：P為服裝壓力；T為織物單位長度的拉伸力；R為織物包裹圓柱體的半徑。

用Laplace的公式計算服裝壓力時，需要將人體部位假設為圓柱體。因此，Hasegawa等考慮了人體在水平方向和垂直方向的曲率差異，以及面料經(jīng)緯向的拉伸力差異，對式(1)進行優(yōu)化[9],得到

(2)

式中：TW，TC分別為服裝面料在經(jīng)向和緯向的拉伸力；RW，RC分別為人體在經(jīng)向和緯向的曲率半徑。

由式(2)可知，服裝面料的拉伸力直接影響服裝壓力。面料的組織結構、厚度、纖維成分會影響織物的拉伸性能。在服裝結構和尺寸相同的情況下，面料越容易拉伸，彈性越好，對人體產生的壓力也就越小。潘科[10]在緊身針織服裝壓力性能測試與評價研究中發(fā)現(xiàn)針織面料的彈性回復性越好，回復所需的力越小，因此垂直作用于人體表面的壓力就小。

雖然通過準確測量和計算，可以使壓力褲達到需要的壓力水平，但由于穿著者下肢尺寸千差萬別，壓力褲的實際壓力很難與設計的要求相一致。另外由于應力松弛，壓力褲的壓力也會隨穿著時間的增長而逐步衰減。

形狀記憶聚合物(SMP)是一種新興的智能材料，該類聚合物制品經(jīng)過形變并固定后，在特定的外界刺激下能自動恢復到初始形狀，在此過程中產生恢復張力[11-13]。胡金蓮等[12]將一種熱敏的形狀記憶聚合物應用到醫(yī)療領域的壓力襪和壓縮繃帶中，通過外部溫度的調節(jié)可以控制這種壓力襪的壓力大小，使得壓力襪的壓力不再依賴于人體肢體的形狀和尺寸特征。這種醫(yī)療用壓力襪的材料也可應用于運動壓力褲，即通過外部各種激勵源，如光、磁、水等，調節(jié)壓力褲的壓力大小，從而達到理想的壓力設計需求。

1.2 服裝尺寸

壓力褲的尺寸對服裝壓力有顯著影響[14]。面料在產生某一特定壓力值時的拉伸量稱為壓力松量。壓力褲的設計需要在零松量的基礎上減去一定的壓力松量。所以，精確且充分的人體測量尺寸對于壓力褲設計極為重要。

近年來，三維人體測量技術已逐步成熟。這種非接觸式的測量方法非常適用于壓力褲的設計，可快速得到人體腿部各部位的圍度大小，從而便于對壓力褲的尺寸進行更精確的設計。另外，還可利用三維人體掃描結果設置虛擬模特，在此基礎上用虛擬試衣軟件直接進行服裝壓力測量[15-16]。

2 壓力褲對生理機能的影響

2.1 對體溫調節(jié)的影響

當服裝壓力直接作用于皮膚表面，對人體排汗能產生抑制作用[17-18]。因此，壓力褲的使用將對人體的體溫調節(jié)產生影響。目前，大量研究主要從皮膚溫度和核心溫度兩個方面反映壓力褲對人體體溫調節(jié)的作用。

皮膚是人體直接接觸服裝和微氣候的部分，其溫度直接反映了人的熱濕感和舒適性。在較冷或適溫(10～25 ℃)環(huán)境下，穿著壓力褲后的皮膚溫度將高于普通服裝的[19-21]，且這一現(xiàn)象不僅體現(xiàn)在壓力褲覆蓋的下肢部分，上半身未覆蓋部位的皮膚溫度也有所上升[21]；但在熱環(huán)境(>30 ℃)中，是否穿著壓力褲對皮膚溫度不會產生顯著影響[20,22]。這可能是由于在冷環(huán)境下穿著壓力褲后抑制了皮膚出汗，人體的蒸發(fā)散熱減少造成皮膚溫度上升；而在熱環(huán)境中，即使穿著壓力褲仍會有大量的出汗，而壓力褲較好的吸濕排汗性能加快了汗液揮發(fā)，所以皮膚溫度不會顯著升高。

核心溫度可以反映人體的生理舒適感和環(huán)境耐久性。較高的核心溫度會增加人體在運動過程中的疲勞感[23]。相關文獻研究顯示，在低溫環(huán)境中穿著壓力褲不會影響核心溫度，但在熱環(huán)境中核心溫度可能上升[19-22]。由于壓力的作用不僅會抑制出汗，還會影響諸多生理反應，如血流量、心率、呼吸、肌肉緊張度等[24]，所以尚不明確壓力運動服裝在不同環(huán)境溫度下對人體溫度調節(jié)產生不同影響的原因。

很少有科研人員對壓力服裝在冷熱環(huán)境下的作用進行比較，因此還需要更多的實驗研究支持，明確服裝壓力對體溫調節(jié)的作用原理。

2.2 對心血管功能的影響

在醫(yī)學領域，對心血管功能的作用是壓力襪研究的重點。壓力襪被廣泛用來治療靜脈曲張、淋巴水腫、靜脈潰瘍等疾病[25-27]。

在運動領域，人們也希望采用梯度壓力設計的壓力褲，加快肌肉中的血流速度，促進皮膚和肌肉內的微循環(huán)。血流速度的提高和微循環(huán)的改善有助于提高肌肉供氧，并加速乳酸等代謝廢物的排出，從而增強人體的有氧運動能力[28-29]。

但現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，壓力褲在運動過程中(如跑步、騎行)，對心率、耗氧量等的影響很小[7,30];但對劇烈運動時血液流速的影響還缺少研究結果。醫(yī)用壓力襪的研究實驗通常采用人體仰臥和休息狀態(tài)，因此其效果只能作為運動壓力褲加快運動恢復的參考依據(jù)。

2.3 對肌肉振動及神經(jīng)系統(tǒng)的影響

壓力褲的作用效果直接表現(xiàn)為對人體下肢肌肉運動的影響。人體在運動過程中肌肉和其他軟組織會產生不同程度的振動和牽拉。當肌肉過度振動和牽拉時，肌肉收縮蛋白結構遭到破壞，將造成肌肉損傷。穿著壓力褲后，肌肉被服裝面料包裹，高壓面料可以限制肌肉活動范圍，從而有效防止肌肉由于過度振動和牽拉而造成損傷，并且避免肌肉因振動而做的無用功[31]。

肌肉神經(jīng)系統(tǒng)中包括運動神經(jīng)、植物性神經(jīng)和感覺神經(jīng)。運動神經(jīng)通過發(fā)放沖動信號使肌肉收縮產生運動；植物性神經(jīng)由交感與副交感兩種神經(jīng)構成，影響人體生理功能；感覺神經(jīng)能感受外部刺激，掌握運動中的人體形態(tài)、位置、方向、平衡等。壓力褲的壓迫感可增強交感神經(jīng)活動，加快心跳速度、提高血壓、增強呼吸功能等；同時壓力褲通過對下肢適當?shù)膲浩?，能增強感覺器官對肌肉和關節(jié)的感受，提高人體對關節(jié)的感知能力，增強肌肉的本體感覺[32]。

3 壓力褲對運動機能的影響

壓力褲對運動機能的影響是壓力褲在運動領域研究的主要內容，體現(xiàn)在對運動過程中運動能力以及對運動后肌肉疲勞和恢復的影響。

3.1 對運動能力的影響

現(xiàn)有的研究結果表明，穿著壓力褲對運動能力提高作用存在不確定性。KRAEMER W J等[33]發(fā)現(xiàn)穿著壓力褲可能會增強臀部的本體感受，減少肌肉振動，從而提高彈跳能力。但在其他關于短跑[34]、耐力跑[30]、騎行[35]等運動研究中，壓力褲對運動能力的積極作用十分有限。在多數(shù)研究結果中，壓力褲并不能直接提高運動成績。

但研究指出壓力褲可以有效提高人體對關節(jié)的感知能力，增強肌肉的本體感覺，同時對肌肉減震的效果也較顯著。DOAN B等[34]測試肌肉在垂直彈跳中的振動情況時，發(fā)現(xiàn)壓力短褲能降低大腿肌肉垂直和水平方向的振幅。因此，壓力褲在一定程度上可以提高運動的主觀舒適感，并對肌肉起到保護作用。

3.2 對運動疲勞與恢復的影響

現(xiàn)有的文獻研究表明，穿著壓力褲不能顯著改善運動疲勞。KRAEMER W J等[36]通過測試受試者在負荷為最大肌力70%時的深蹲次數(shù)(3×50次)計算出膝關節(jié)屈伸的總消耗能量，結果表明壓力短褲對肌肉持續(xù)收縮過程中的疲勞沒有改善作用。

壓力褲對運動恢復存在潛在的積極作用是其得到廣泛使用的重要原因之一。運動人群希望通過穿著壓力褲幫助加快肌肉代謝物的排出，緩解運動引起的肌肉腫脹、肌肉酸痛，增強細胞修復能力。在壓力褲對運動恢復影響的研究中，主要將血液中的某些蛋白酶和代謝物含量作為檢測指標，例如乳酸鹽、乳酸脫氫酶、肌酸激酶、C反應蛋白等。BERRY M J等[37]發(fā)現(xiàn)受試者在跑步和騎行后穿著壓力褲休息，血液中的乳酸含量明顯較低；其他在對肌肉損傷的影響研究中也顯示，在恢復過程中穿著壓力褲，血漿中的乳酸脫氫酶和肌酸激酶比穿著普通運動褲時更低[38- 40]。但由于以上提到的檢測指標受個體差異影響巨大，因此已有的研究結果也不盡相同。

4 結語

文中針對壓力褲的功能研究，討論了其作用原理和壓力控制方法，從運動機能和生理機能兩個方面的影響作用分析了壓力褲的研究現(xiàn)狀，為進一步研究提供參考。

1)由于個體間的體型特征差異巨大，下肢各部位(例如小腿圍、脛骨長度等)尺寸不同會影響壓力褲的壓力大小。形狀記憶聚合物是一種可以應用于壓力褲的新型材料，在外部刺激作用下能改變服裝壓大小。使用此類材料既能解決由于體型差異帶來的不適體問題，又能使壓力褲更為智能化和可控化。因此，形狀記憶聚合物將為運動壓力褲帶來新的發(fā)展可能。

2)現(xiàn)有的實驗結果表明，壓力褲對運動能力的提高作用十分有限，但可以控制運動過程中肌肉的振動，加強關節(jié)的本體感受，并且加快血液流動和細胞代謝物的排出，以緩解運動后的肌肉腫脹和酸痛。因此，壓力褲在運動領域的功能作用研究應更多集中于對運動后恢復能力的影響，包括生理和心理的影響。

3)壓力褲對人體施加的高服裝壓會影響人體的生理機能。在體溫調節(jié)方面，目前的研究結果并不一致。冷熱兩種環(huán)境下，壓力服對皮膚溫度和體核溫度會有不同的作用結果。所以，可以通過探究不同環(huán)境溫度下的體溫變化，建立壓力服裝對人體體溫調節(jié)的作用模型。