基于灰色近優(yōu)模型遠(yuǎn)紅外壓力襪緩解運動疲勞性能評價

呂笛笛，李艷梅

(上海工程技術(shù)大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，上海 201620)

遠(yuǎn)紅外纖維作為功能材料，過去主要利用其保暖抗菌功能，隨著科技的發(fā)展，其保健功能也得到了應(yīng)用。遠(yuǎn)紅外纖維可以使機(jī)體產(chǎn)生溫?zé)嵝?yīng)，改善人體微循環(huán)，促進(jìn)新陳代謝，減少機(jī)體乳酸的堆積，起到調(diào)節(jié)代謝、消炎、緩解肌肉疲勞、鎮(zhèn)痛的作用[1-2]。NUNES R F H等[3]通過對比遠(yuǎn)紅外運動褲和普通運動褲的生化指標(biāo)，監(jiān)測延遲性肌肉酸痛，認(rèn)為穿著遠(yuǎn)紅外服裝可以緩解運動疲勞，尤其在強(qiáng)化訓(xùn)練早期階段效果明顯。李萱等[4]研究了遠(yuǎn)紅外騎行褲緩解疲勞的效果,發(fā)現(xiàn)不同遠(yuǎn)紅外纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的騎行褲具有不同的效果,遠(yuǎn)紅外纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%，50%的騎行褲緩解疲勞效果相似,作用較弱；遠(yuǎn)紅外纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%，100%的騎行褲緩解疲勞效果相近,作用較明顯。同時，還發(fā)現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)對騎行褲緩解運動疲勞具有一定的影響。文中選擇遠(yuǎn)紅外錦綸和普通錦綸為原料，開發(fā)出不同遠(yuǎn)紅外纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)和組織結(jié)構(gòu)的壓力襪，并對其進(jìn)行遞增負(fù)荷實驗,使用灰色近優(yōu)法對測試指標(biāo)進(jìn)行綜合評價[5],選出效果最優(yōu)的試樣，為壓力襪的開發(fā)與應(yīng)用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 原料與儀器

1.1.1原料 普通錦綸和遠(yuǎn)紅外錦綸(線密度均為7.8 tex)，錦氨包覆紗(規(guī)格為3070)，均為東莞高速紡織品有限公司生產(chǎn)；乳膠橡筋(規(guī)格為120#)，諸暨捷棟化纖有限公司生產(chǎn)。

1.1.2儀器 MP615 單針筒織襪機(jī)，圣東尼(上海)針織機(jī)器有限公司制造；h/p/cosmos跑臺，德國h/p/cosmos公司制造；Delsys Trigno Mobile無線表面肌電測試儀，美國Delsys公司制造；Tango M2血壓運動監(jiān)護(hù)儀，美國Sun Tech公司制造；Ergoline心率帶，德國Ergoline公司制造。

1.2 織物規(guī)格參數(shù)

運動壓力襪產(chǎn)生作用的部位主要是襪筒，因此實驗針對襪筒進(jìn)行遠(yuǎn)紅外纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)計。通過單針筒織襪機(jī)調(diào)節(jié)面紗比例，使遠(yuǎn)紅外錦綸在面紗中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0，25%，50%，75%，100%；組織結(jié)構(gòu)設(shè)定為平針襯墊組織，襯墊比分別為1∶1和3∶1。壓力襪規(guī)格見表1。

表1 壓力襪規(guī)格Tab.1 Pressure socks specifications

1.3 測試方案

受試者：有運動習(xí)慣的5名女性，身高(162.5±2.5) cm，體質(zhì)量(57±3) kg，年齡(21.5±0.5)歲，小腿圍度(34±2) cm。每次實驗均在相同時間段進(jìn)行，每雙壓力襪測試時間最少間隔24 h。

測試部位：內(nèi)外腓腸肌[6]。

測試過程：實驗在溫度為25 ℃、濕度為60%的恒溫恒濕實驗室進(jìn)行。測試前，受試者身穿實驗壓力襪靜坐30 min。運動方案見表2，受試者運動過程如圖1所示。

表2 運動方案Tab.2 Movement process

圖1 受試者運動過程Fig.1 Subject exercise process

1.4 實驗指標(biāo)

1.4.1表面肌電信號 文中使用幅頻聯(lián)合分析法，結(jié)合時域指標(biāo)均方根振幅(RMS)和頻域指標(biāo)中值頻率(MF)，對肌肉狀態(tài)等級展開分析。幅頻聯(lián)合分析示意如圖2所示。幅頻聯(lián)合分析法評判肌肉狀態(tài)原則為：第1象限中,橫縱坐標(biāo)數(shù)值同時升高時，表明肌肉力量增大；第2象限中,橫坐標(biāo)數(shù)值下降但縱坐標(biāo)數(shù)值升高時，表明肌肉處在力量恢復(fù)階段；第3象限中，橫縱坐標(biāo)數(shù)值同時下降時，表明肌肉力量減?。坏?象限中，橫坐標(biāo)數(shù)值升高但縱坐標(biāo)數(shù)值下降，代表肌肉處在疲勞階段[4]。選用無線表面肌電測試儀對受試者進(jìn)行肌電信號采集。

圖2 幅頻聯(lián)合分析示意Fig.2 Amplitude-frequency joint analysis schematic

1.4.2血壓 伴隨著運動時間的增加，脈壓差增大，血流量增多。運動結(jié)束時，脈壓差回到穩(wěn)定狀態(tài)所需時間越短，身體狀態(tài)越好，運動產(chǎn)生的疲勞越微弱。受試者血壓的采集選擇運動血壓監(jiān)護(hù)儀。脈壓差的恢復(fù)效果定量表示為運動結(jié)束前后脈壓差下降速率。脈壓差下降速率(V)的公式為：

V=(Δf-Δe)/Δe

式中：Δf為運動結(jié)束即刻的脈壓差；Δe為運動達(dá)到力竭狀態(tài)的脈壓差[7]。

1.4.3心率 運動初期，伴隨著血液輸出量的增加心率出現(xiàn)增大,促使機(jī)體較快進(jìn)入運動狀態(tài)；運動中后期，血液輸出速度加快使得心率上升?！敖^對心率”可定量表示為運動過程中實時心率與運動前安靜心率的差值，體現(xiàn)了運動過程中機(jī)體的運動狀態(tài)[7]。受試者心率的采集選擇心率帶。

1.4.4主觀評價 受試者穿著壓力襪進(jìn)行運動，選用主觀體力感覺等級量表(RPE)進(jìn)行測試，按照疲勞程度將評價等級分為輕松、稍費力、費力、很費力及非常費力5個等級，主觀疲勞評價為非常費力時表明受試者處于力竭階段[7]，記錄此時的時間，將其作為評價指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 測試結(jié)果

10雙試樣測試結(jié)果見表3。依據(jù)幅頻聯(lián)合分析法可知，表面肌電評分?jǐn)?shù)值越小，評價越優(yōu)，緩解運動疲勞效果越好。10雙試樣的評分排序依次為5#<10#<8#<3#<9#<4#<7#<2#<6#<1#，整體而言，試樣10#和5#的緩解效果最好，試樣6#和1#的緩解效果最差。在1∶1平針襯墊組織試樣中，試樣5#的緩解效果最好，試樣1#的緩解效果最差。因此，表面肌電評分與壓力襪遠(yuǎn)紅外纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)。

表3 運動疲勞評價指標(biāo)測試結(jié)果Tab.3 Results of sports fatigue evaluation index test

脈壓差下降速率越大，評價越優(yōu)。10雙試樣的脈壓差下降速率依次為10#>5#>9#>4#>2#>3#>8#>7#>1#>6#，可以看出試樣10#和5#的下降速率最快，試樣1#和6#的下降速率最慢。在3∶1平針襯墊組織試樣中，試樣10#的下降速率最快，可知脈壓差下降速率與壓力襪遠(yuǎn)紅外纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)。與不含遠(yuǎn)紅外纖維的試樣1#和6#相比，其余含有遠(yuǎn)紅外纖維試樣的脈壓差下降速率均出現(xiàn)不同程度的上升。由此可以看出，加入遠(yuǎn)紅外纖維的壓力襪可以加速機(jī)體的脈壓差回落至穩(wěn)定狀態(tài)。

絕對心率數(shù)值越大，評價越優(yōu)。10雙試樣的絕對心率依次為5#>4#>9#>10#>3#>8#>2#>7#>6#>1#，可以看出，受試者穿著試樣5#時的機(jī)體狀態(tài)最好。在組織結(jié)構(gòu)為1∶1平針襯墊組織試樣中，機(jī)體絕對心率數(shù)值隨著遠(yuǎn)紅外纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大。

主觀疲勞時間越長，評價越優(yōu)。10雙試樣的主觀疲勞時間依次為10#>5#>9#>4#>7#>8#=3#>2#>1#=6#，可知，受試者穿著試樣10#時，疲勞感覺出現(xiàn)最晚。對比相同遠(yuǎn)紅外纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的試樣，可以看出，受試者穿著3∶1平針襯墊組織試樣時，出現(xiàn)疲勞感覺的時間整體大于穿著1∶1平針襯墊組織試樣的時間。

2.2 灰色近優(yōu)系統(tǒng)的建立

依據(jù)衡量運動疲勞指標(biāo)，選用灰色近優(yōu)綜合評價法對10雙試樣緩解運動疲勞的優(yōu)劣進(jìn)行評價。該方法具有樣本需求量小、計算工作量少、各指標(biāo)無權(quán)重、定量與定性分析結(jié)果相同等特點[8]，在紡織服裝性能評價中得到了廣泛應(yīng)用。

首先，建立灰矩陣Rn×m[9]，

(1)

式中:Rn×m是試樣m的第n個測試指標(biāo)的灰元值；Ai(i=1,2,…,n)為試樣的評價指標(biāo)；m為測試樣個數(shù)。

將各測試指標(biāo)的數(shù)據(jù)代入式(1)，得到白化灰矩陣R′n×m，即

(2)

式中:R′n×m是試樣m的第n個測試指標(biāo)的白化灰元值。

(3)

式中:R″n×m是試樣m的第n個測試指標(biāo)的近優(yōu)白化灰元值。

其中單點效果測度共有3種方式，分別為：上限、中限、下限效果測度，分別適用于指標(biāo)越大越優(yōu)型、指標(biāo)適中型和指標(biāo)越小越優(yōu)型[10]。

上限效果測度：

(4)

中限效果測度：

(5)

式中:u0為評價指標(biāo)的均值。

下限效果測度：

(6)

式中:min{R′ij,umin}=min{R′i1,R′i2,…,R′im,umin};umin為最小最優(yōu)值。

通過公式(3)已經(jīng)得出各測試指標(biāo)的近優(yōu)度，為了全面得出各試樣的綜合近優(yōu)度，對式(3)的近優(yōu)白化灰量進(jìn)行處理，得到近優(yōu)度白化灰元行矩陣R″S，即

(7)

根據(jù)公式(7)對所有試樣的綜合近優(yōu)度進(jìn)行計算排序，綜合近優(yōu)度的范圍為0～1，數(shù)據(jù)越大表明試樣的性能越好[11,12]。

2.3 壓力襪緩解運動疲勞性能綜合評價

選用2.1測得指標(biāo)：表面肌電信號、血壓、心率、主觀疲勞時間(分別記為A1，A2，A3，A4)對不同遠(yuǎn)紅外質(zhì)量分?jǐn)?shù)和組織結(jié)構(gòu)壓力襪緩解運動疲勞效果進(jìn)行評價，將測得結(jié)果代入式(1)，得到白化灰矩陣R′4×10，即

文中壓力襪主要用于緩解機(jī)體運動過程中的肌肉疲勞，不同測試指標(biāo)對應(yīng)不同效果測度：表面肌電評分值越小，性能越好，選擇下限效果測度；脈壓差下降速率、絕對心率、主觀疲勞時間值越大，性能越好，選擇上限效果測度。各測試指標(biāo)按照對應(yīng)公式，將近優(yōu)白化灰元值代入，得到矩陣R″n×m，即

將數(shù)值代入式(7)，得到10雙試樣的綜合近優(yōu)度，即

R″S=Sj[0.59 0.72 0.77 0.83 0.96 0.57 0.69 0.73 0.86 0.98]

對10雙試樣的綜合近優(yōu)度按從大到小順序進(jìn)行排列，得到其緩解運動疲勞效果的優(yōu)劣順序為10#>5#>9#>4#>3#>8#>2#>7#>1#>6#。

依據(jù)綜合近優(yōu)度及表2可知：組織結(jié)構(gòu)為3∶1平針襯墊組織、遠(yuǎn)紅外纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%的壓力襪緩解運動疲勞效果最好，組織結(jié)構(gòu)為3∶1平針襯墊組織、遠(yuǎn)紅外纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0的壓力襪緩解運動疲勞效果最差；試樣9#和試樣4#只存在組織結(jié)構(gòu)的差別，二者近優(yōu)度數(shù)據(jù)相似，且各指標(biāo)測試結(jié)果基本一致，這表明當(dāng)壓力襪遠(yuǎn)紅外質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%時，組織結(jié)構(gòu)對其緩解運動疲勞效果影響不大；就遠(yuǎn)紅外纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)而言，壓力襪緩解運動疲勞效果隨著遠(yuǎn)紅外纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大。

3 結(jié)語

為了客觀合理評價壓力襪的遠(yuǎn)紅外纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)和組織結(jié)構(gòu)對運動疲勞的影響，測試受試者穿著10雙試樣的表面肌電信號、血壓、心率、主觀評價，運用灰色近優(yōu)綜合評價法得到試樣性能的綜合評價。結(jié)果表明，隨著遠(yuǎn)紅外纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，織物可有效緩解運動疲勞。因此，提高遠(yuǎn)紅外纖維在壓力襪中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，有利于壓力襪更好地發(fā)揮緩解運動疲勞的作用。利用灰色近優(yōu)綜合評價法對試樣緩解運動疲勞性能進(jìn)行綜合評價，試樣10#的綜合性能最好，更適合于開發(fā)具有緩解運動疲勞的壓力襪。