服裝壓力對男子騎行運動中肌肉疲勞的影響

程寧波， 吳志明， 柯思成

(1. 江南大學 教育部針織技術工程研究中心， 江蘇 無錫 214122； 2. 上海工程技術大學 服裝學院， 上海 201620)

近些年，隨著騎行運動的發展，市場對騎行服的需求不斷增加，消費者也提出了更高的要求,騎行服逐漸成為功能性運動服裝領域的研究熱點[1-2]。騎行是一項強度大且需要身體各部位骨骼肌協同運作的踏蹬運動，下肢肌肉在騎行過程中至關重要[3]，因而騎行褲在運動中的作用尤為顯著。專業騎行褲不僅可提高騎行運動自由度，而且具有一定的生理防護和運動防護性能[4]。此外，已有研究表明，緊身運動服產生的壓迫在運動中對人體有積極作用：如給肌肉一個合適的壓力,可減少肌肉的振動和緩解運動中肌肉的疲勞和緊張，提高運動表現，在運動后有利于肌肉恢復[5-6]；相反，若壓迫過大，則會產生危害和消極作用[7]，加速運動中的肌肉疲勞[8]，因此，服裝壓與肌肉有著密不可分的關系。

表面肌電技術(sEMG)能夠反映肌肉活動狀態，可用于評價肌肉疲勞，在運動神經領域應用廣泛[9]。表面電極可直接置于皮膚表面，使用方便，可用于測試較大范圍的肌電信號，并且提供了安全、簡便、無創、無痛的客觀指標。目前不少學者已將sEMG技術引入運動服裝研究領域：盧華山等[10]選取時域指標均方根振幅(RMS)探索了女子跑步運動服裝產生的壓力對不同部位肌肉疲勞產生的影響；王會寧等[11]研究表面肌電信號和主觀疲勞的相關性。本文運用表面肌電技術采集騎行運動中不同部位肌肉的表面肌電信號，選取時域指標和頻域指標的中位頻率(MF)作為肌肉疲勞評價指標，并結合主觀評價分析騎行運動中服裝壓力對肌肉疲勞的影響。

1 實驗設計

1.1 實驗對象

選取具有騎行愛好和一定騎行經驗的在校男性研究生和大學生作為實驗對象，共11人，均在 GB/T 1335.1—2008《服裝號型 男子》規定的下裝號型175/78A范圍內。所有受試者均為身體健康，無關節、骨骼或韌帶受傷病史，且要求在實驗前一周內熟悉實驗目的、環境和流程，在實驗開始前24 h未進行劇烈運動。受試者身體基本數據如表1所示。

表1 受試者基本數據Tab.1 Basic datas of subjects

1.2 實驗樣衣選定

本文以普通夏款騎行褲為樣衣，款式如圖1所示，由上海KIAE騎行服廠家制作。騎行褲由80%錦綸和20%氨綸的針織面料制成，具有較好的彈性和吸濕透氣性，其中面料面密度為202 g/m2，在彈性回復率為95%左右時，經、緯向的最大伸長率分別為87%、90%。選取相同款式，設計并制作4條同一號型不同規格的騎行褲進行不同緊身壓迫的對比實驗。

圖1 實驗樣褲款式圖Fig.1 Experimental pants styles figure.(a)Front;(b)Back

參考陳金鰲等[8]定量緊身壓迫負荷的方法以及穿著者主觀感受，將不同規格尺寸樣褲分為不同緊身壓迫負荷：1#為高緊度壓迫或高壓力，很壓迫; 2#為中等緊度壓迫或中等壓力，壓迫；3#為低緊度壓迫或中等偏低壓力，輕微壓迫; 4#為非緊度壓迫或低壓力，無壓迫。樣褲的規格尺寸見表2，樣褲腰頭寬為2.5 cm并縫有防滑條，腳口由 4.5 cm寬的防滑帶縫制。

表2 實驗樣褲規格尺寸Tab.2 Experimental pants size cm

1.3 實驗儀器與設備

表面肌電測試系統：美國Delsys TrignoTMSystems EMGworks4.2型全無線表面肌電測試系統，具有良好的可靠性和易操作性，無需電極，配套的傳感器共有8個肌電圖采集通道，可獲取肌電信號和三軸加轉速。傳感器質量輕(14 g)，尺寸為37 mm×26 mm×15 mm，采樣頻率為4 000 Hz，操作簡便，具有一定的無創性、時效性、兼容性和高精度等特點。采集數據的導出格式多樣化，可在配套的EMGworks Analysis分析系統進行分析或導出Excel表格進行分析。

服裝壓力測試系統：德國Novel Pliance-X-32型服裝壓力測試系統，采用Flexi force壓力傳感器進行壓力測量，傳感器面積為78 mm2，厚度為1 mm，數據采集頻率為50 Hz。該系統可同時對多個部位進行動態壓力的測量。

其他儀器和設備：德國ergoline功率自行車，可設置特定的阻力和轉速，并有配套的心率帶。電極貼、酒精棉球、剪刀、鑷子、刮毛刀、可擦記號筆和醫用膠帶等。

1.4 測試部位的選取

踏蹬是騎行運動中的唯一動力因素，踏蹬時下肢環節是連動骨杠桿[2]。騎行過程中，各個部位肌肉都為膝蓋和臀部提供力量支撐，腰腹肌肉群主要作用是使身體在騎行時呈坐姿，腹部肌肉除支撐脊柱外，還確保上身肌肉產生的力量能有效輸送到腿部，身體運用腹肌群和腰方肌等以避免身體傾斜；大腿肌群是騎行運動的主引擎，大腿正面的股四頭肌(包括骼脛束、股外側肌、股直肌、股內側肌)在騎行過程中起重要作用，大腿的轉速直接影響了騎行轉速[12]。綜合肌肉參與的活動和實驗的可操作性，選取6塊肌肉作為測試部位，具體名稱、編號和位置如圖2所示。

圖2 測試部位分布圖Fig.2 Test site distribution map. (a)Front;(b)Back

1.5 實驗方法

實驗在室溫為(25±1)℃，相對濕度為(65±2)%的環境中進行，每位受試者都提前30 min進入實驗室適應實驗環境，并再次熟悉實驗流程和操作。實驗開始前，調好壓力測試系統的量程，并進行校對。首先對受試者的測試部位進行標記、刮毛和酒精處理，以減少誤差，再貼上壓力傳感器，依次按照編號穿著騎行褲進行壓力測量，將功率自行車負荷設為 30 W，轉速為85 r/min，進行2 min熱身，保持在設定轉速范圍，再開始采集壓力數據，時間為60 s，每更換1次樣褲，休息15 min再進行同樣測試。

受試者測完壓力，休息30 min進行表面肌電測試。在標記部位貼好肌電傳感器，每個受試者都進行對照組實驗(即不穿樣褲)，實驗組按照樣褲編號依次穿著進行測試。設置自行車轉速仍為 85 r/min，時間共15 min，每次測試采用預熱加載負荷模式，即每間隔3 min對運動負荷進行改變，負荷依次為30、50、50、70、30 W，將總體時間按100 s間隔共分為9階段，分別記為t1～t9，同時每個時間段要求受試者對主觀感覺進行打分。主觀體力感覺等級(RPE)是運動時衡量自我體力感覺運動性疲勞的方法，本文采用RPE量化表來表示主觀疲勞感，如表3所示。每個受試者測試每件樣褲需間隔12 h以上再進行測試。

表3 主觀體力感覺等級Tab.3 Subjective physical sensation level

2 實驗數據與分析

2.1 局部肌肉疲勞主客觀指標的相關性分析

參考文獻[8]、[10-11]對不同運動過程中緊身服裝對肌肉疲勞影響的研究，本文研究選取表面肌電時域分析中的均方根振幅(RMS)和頻域指標的中位頻率(MF)作為評價不同緊身程度騎行褲對騎行運動中肌肉疲勞影響的指標，已有研究表明積分肌電可反映肌電信號隨時間的強弱變化，是評價疲勞的重要手段。由于受試者的體能有所差異，疲勞感并不能完全相同，因此，信號處理需進行時間標準化。采用SPSS軟件對不同測試部位在不同程度緊身壓迫下，肌電信號RMS、MF指標與受試者主觀疲勞感覺的RPE值進行雙變量的相關性分析，結果如表4、5所示。其中：顯著水平P<0.05表示具有顯著相關性；顯著性水平P<0.01表示具有高度顯著相關性。

從表4、5可發現：當受試者在高緊度壓迫(1#)下，5個測試部位的RMS、MF值與主觀RPE值呈高

表4 各測試部位在不同程度緊身壓迫下RMS值與主觀RPE值的相關性Tab.4 Correlation between RMS and subjective RPE values of different test point under different degrees of compression

注：“*”表示P<0.05； “**”表示P<0.01。

注：“*”表示P<0.05； “**”表示P<0.01。

度顯著相關關系，D部位RMS與RPE存在顯著相關性，但F部位與EPR無顯著相關性；在中等緊度壓迫(2#)下，A、B、F部位與RPE值呈高度顯著相關性，在低緊度(3#)或非緊身騎行褲(4#)下，只有B部位與RPE值仍呈顯著相關性，MF的相關性不如RMS顯著。隨著服裝壓迫減小，大部分測試肌肉肌電指標與主觀RPE值相關性顯著度減弱，相關度也隨之改變。就整體而言，不同部位與RPE值的相關性是不同的，積分肌電值可用于騎行運動中穿著不同緊度騎行褲下肌肉疲勞的評判。

肌肉疲勞的主觀疲勞感受通常以用力知覺來表示，即運動時的自我體力感覺，而用力知覺通常以主觀體力等級RPE量表進行評定。服裝壓力對肌肉疲勞的影響與肌肉部位緊密相關，表面肌電信號的變化與主觀疲勞感之間也具有一定的相關性。B、F

部位的相關性較好，D部位的相關性較弱，A、C、E部位相關性一般。可見在騎行運動過程中，大腿外側和大腿后根部處的肌肉有著至關重要的作用，由于臀部肌肉由座位提供支撐，故臀大肌的運動機能不是很明顯。

2.2 服裝壓力對肌肉疲勞的影響

在分析前對數據進行預處理，去掉明顯錯誤或異常數據。11位受試者分別穿1#、2#、3#、4#不同緊身程度的騎行褲，由于可將騎行運動看作是1個周期運動，故選取負荷為30 W,轉速為80 r/min運動過程，采集 60 s時各測試點的壓力值，再求取平均值，結果如圖3所示。

為進一步研究騎行運動中服裝壓力對肌肉疲勞的影響，將受試者在穿著不同緊度的騎行褲下采集的表面肌電信號作為因變量，緊身程度作為因子，通過單因素方差檢驗(單因素ANOVA檢驗)，分析服裝壓力對不同階段的表面肌電信號的影響，即對不同時期肌肉疲勞的影響，結果如表6所示。可得出：高壓力(1#)和中等壓力(2#)騎行褲在中后期顯著性在0.05水平，說明服裝壓力對肌肉疲勞產生了影響。中等偏下壓力(3#)在運動t5、t7、t8階段也對肌肉疲勞產生了影響，低壓力(4#)在t7階段對肌肉疲勞產生影響。服裝對不同階段、不同運動強度的肌肉疲勞影響不一致。

表6 服裝壓力對騎行運動各階段肌肉RMS值的影響Tab.6 Influence of different tightness garment pressure on RMS index of each test point

注：“*”表示P<0.05。

為鑒別服裝壓力對不同時段肌肉疲勞的影響，分別選取t3、t4、t5的RMS值變化情況進行分析，結果如圖4所示。可知，服裝壓力越大，隨著運動的進行RMS增加的速率減小，且服裝壓力對A、B、C、F部位變化率的影響大于D、E部位，各部位在不同時段變化的速率也有所不同。說明服裝壓力對肌肉疲勞的影響大小因不同因素而有差異。

圖4 不同騎行階段各部位的RMS值Fig.4 RMS analysis of each part in different cycling periods

圖5示出整個運動過程中表面肌電(RMS和MF)值在不同程度緊身的騎行褲下的均值。可知，表面肌電值因服裝壓力大小不同而不同。RMS值均隨著服裝壓力的增大而減小，而MF值反之，不同部位肌電值不同，B部位的肌電值較大，A和F部位相似，C和D部位相似，E部位的RMS值正常，但MF值基本無差別，這是由于臀大肌是支撐在坐墊上，說明MF不太適合作為臀大肌的疲勞評價指標。整體上服裝壓力對肌肉是有一定的緩解作用的，緩解的大小與肌肉部位、運動時間和運動強度有關。

圖5 不同程度緊身騎行褲下肌電信號分析圖Fig.5 Analysis chart of electromyographic signal under different degrees of tight cycling pants. (a) Average RMS; (b) Average MF

3 結 論

1) 表面肌電指標時域指標RMS和頻域指標MF均與肌肉疲勞有一定的相關性，可將RMS、MF用于運動肌肉疲勞的評價指標，不同部位的肌電指標與主觀體力感覺RPE的相關度存在差異。

2) 穿著高等壓力騎行褲的表面肌電信號總體比穿著中等、低壓力騎行褲所產生的肌肉表面肌電信號總體偏小，說明服裝壓力對減小騎行運動中肌肉能量損耗有較好效果，即服裝壓力對肌肉疲勞產生影響，中、高等壓力在運動中后期對肌肉表面肌電信號影響較為明顯，低壓力對肌肉無明顯影響。

3) 服裝壓力對肌肉疲勞有緩解作用，其緩解作用大小因肌肉部位、運動階段有差異。其中股外側肌(大腿外側)較為明顯，肌電信號值較大，臀大肌RMS信號較為正常，MF指標不適合用于評價騎行運動臀大肌的疲勞。

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