遠紅外面料運動褲緩解下肢運動疲勞的效果

呂笛笛，李艷梅

(上海工程技術大學 紡織服裝學院，上海 201620)

目前，越來越多的人開始進行體育鍛煉，但運動過程中產生的肌肉疲勞不僅影響機體的運動效能，嚴重的可能導致運動損傷，因此緩解運動疲勞是急需解決的問題。研究表明，乳酸堆積會從多個方面造成機體運動能力降低，導致運動疲勞[1]。遠紅外紡織品可以使遠紅外能量到達人體的深層組織和器官中，使機體產生溫熱效應，改善人體微循環，血流加快，減少機體乳酸的堆積，起到調節代謝、消炎、緩解肌肉疲勞、鎮痛的作用[2]。關于遠紅外紡織品保暖功能的研究已經趨于成熟。近幾年，隨著健康運動理念的深入，國內外學者開始探討遠紅外紡織品緩解及恢復運動疲勞的作用。李萱等[3]研究了不同遠紅外比例騎行褲緩解疲勞的效果，發現遠紅外面料騎行褲具有緩解運動疲勞的作用，遠紅外材料含量25%與遠紅外材料含量50%的騎行褲抗疲勞效果相近，對緩解運動疲勞作用較弱，遠紅外材料含量75%與遠紅外材料含量100%的騎行褲抗疲勞效果相近，對緩解運動疲勞效果較為明顯；Loturco等[4]通過對比足球運動員在劇烈運動后穿著遠紅外服裝24、48、72 h時肌酸激酶等指標，發現與運動后24、48 h相比，運動后穿著遠紅外服裝72 h可以更好地減輕遲發性肌肉酸痛。與傳統的按摩、冰浴等緩解運動疲勞的方法相比[5]，遠紅外面料服裝具有柔軟可穿戴的優勢，無需附加其他條件，就可以在運動過程中和運動后及時發揮作用，因此具有更深層次的研究價值。

本文選用遠紅外錦綸、遠紅外滌綸、遠紅外腈綸3種不同遠紅外面料運動褲和一條普通運動褲，在氣候倉中進行運動實驗，測試受試者的肌電信號，通過數據分析探究不同遠紅外面料運動褲在運動過程中緩解肌肉疲勞的效果和時間規律。為遠紅外紡織品的應用擴展以及運動功能服裝開發提供理論指導。

1 實驗樣品

1.1 樣品規格

實驗所用運動褲規格尺寸為：褲長86 cm，腰圍62 cm，臀圍73 cm，大腿圍43 cm。組織結構采用緯平組織。普通運動褲面料成分為錦綸/氨綸70/30，3條遠紅外運動褲面料分別為遠紅外錦綸/氨綸70/30、遠紅外滌綸/氨綸70/30、遠紅外腈綸/氨綸70/30，彈性回復率為92%。將上述4條運動褲分別編號為1#、2#、3#、4#。

1.2 遠紅外性能測試

根據GB/T 30127—2013《紡織品 遠紅外性能的檢測和評價》，對4條運動褲的面料進行遠紅外發射率測試和溫升實驗[6]。分析測試數據得到運動褲遠紅外發射率大小的排序為2#>3#>4#>1#，除1#外，其余3條運動褲均符合標準。溫升實驗的結果如圖1所示，在30 s內，4條褲子升溫均在1.4 ℃以上，符合標準，且在相同時間(60 s)內，2#升溫幅度最大，其他幅度大小依次為3#、4#、1#。

圖1 4條運動褲的溫度變化Fig.1 Temperature change of 4 pairs of sweatpants

2 運動疲勞緩解實驗

受試者為有運動習慣的5名女性，身高(162.5±2.5) cm，體重(57±3) kg，年齡(21.5±0.5)歲，小腿圍度(34±2) cm，大腿圍度(53±2) cm。每次實驗均在相同時間段進行，每條褲子測試時間最少相差24 h。測試部位為股外側肌、股直肌、脛骨前肌、腓腸肌[6]。

測試方案：測試前，受試者身穿實驗運動褲靜坐30 min。跑步運動分為3個過程，每個過程均持續5 min，速度分別為4、5、7 km/h。

測試設備為美國 Delsys Trigno 公司的全無線 GPS 表面肌電測試系統和德國 h/p/cosmos的專業跑臺。

3 數據處理與分析

3.1 肌肉狀態時段分析

時域分析和頻域分析是表面肌電信號對肌肉疲勞評價分析的2種主要方法[7]。時域分析是指肌電信號的振幅隨著時間變化而變化從而對肌肉狀態進行評價分析的方法，常用指標有均方根振幅(RMS)、積分肌電(IEMG)等。頻域分析是從信號波動頻率變化方面對肌電信號進行分析，將時域的肌電信號通過快速傅里葉轉換獲得的，常用指標主要有中值頻率(MF)、平均功率頻率(MPF)等[7]。本文使用幅頻聯合分析法，結合時域指標均方根振幅(RMS)和頻域指標中值頻率(MF)[8]，對肌肉狀態等級展開分析。如圖2所示，幅頻聯合分析法評判肌肉狀態原則為：第1象限中，振幅變化率和頻率變化率同時升高，表明肌肉力量增大；第2象限中，振幅變化率下降但頻率變化率升高，表明肌肉處在力量恢復階段；第3象限中，振幅變化率和頻率變化率同時下降，表明肌肉力量減??；第4象限中，振幅變化率升高但頻率變化率下降，表明肌肉處在疲勞階段。為了便于對肌肉狀態等級進行劃分，判定疲勞是否緩解，分別將肌肉狀態的4個等級記為2、1、3、4。

圖2 幅頻聯合分析示意圖Fig.2 Amplitude-frequency joint analysis

把整個運動過程中每1 min規定為1個區間，對規定后各個區間的肌肉狀態進行等級判定，取其均值，使用二維核密度分析對相應區間的肌肉狀態等級進行分析，結果如圖3所示。圖中相應區域顏色的深淺表示此區域對應因變量分布的疏密情況。

由圖3示出：①穿著1#運動褲的肌肉很少在運動中出現疲勞恢復的情況，在運動的第6～15 min會出現肌力先增大后減小的情況，5～12 min、第15 min容易出現肌肉疲勞。②穿著2#運動褲的肌肉處于疲勞恢復狀態的時段明顯增加，恢復期集中在8～10 min和13～15 min，肌力增大的時段增加，肌力減小和肌肉疲勞的情況有所減少。③穿著3#運動褲的肌肉在第12～15 min出現短暫恢復期，肌力增大時段明顯增加，且時間相對集中，分別出現在4～8 min和11～13 min。整個運動過程中肌力減小和肌肉疲勞出現時間較少。④穿著4#運動褲的肌肉從第8 min開始會出現肌肉疲勞，接著出現肌力減小，隨后出現短暫的疲勞恢復的情況，直至出現第2次肌肉疲勞。肌力增大主要集中在第5 min和第14 min。

圖3 二維核密度分布圖Fig.3 2D kernel density graph

肌肉狀態等級越小，表明緩解運動疲勞效果越好。實驗結果表明，遠紅外面料運動褲對緩解肌肉疲勞均有效果，其中遠紅外錦綸面料運動褲的效果較為明顯，遠紅外滌綸面料運動褲次之，遠紅外腈綸面料運動褲效果最微弱。

3.2 肌肉狀態等級影響分析

因為不同運動肌肉和不同面料成分可能會影響肌肉狀態等級，所以以運動肌肉和面料成分對肌肉狀態等級值進行方差分析。由SPSS分析可知，不同運動肌肉與面料成分之間沒有產生交互效應，因此采用無交互效應的雙因素方差分析法對肌肉狀態等級進行分析。

在變量無交互效應的雙因素方差分析中，設有2個因素A、B對實驗指標有影響，分別有r,s個水平，且不同水平的每種組合都只做一次試驗，共得到rs個實驗結果，假設Yij(i=1,2,…,r;j=1,2,…,s)之間相互獨立，則μ為總均值，αi為因素A在水平i下對應實驗指標的效應，βi為因素B在水平j下對應實驗指標的效應。本文共有2個因素，分別為運動肌肉(X)、面料成分(Y)，因素X有4個水平：X1、X2、X3、X4，分別對應于腓腸肌、脛骨前肌、股直肌、股外側??；因素Y有4個水平：Y1、Y2、Y3、Y4，分別對應于普通運動褲、遠紅外錦綸運動褲、遠紅外滌綸運動褲、遠紅外腈綸運動褲。

使用SPSS對數據進行多因素方差分析，得到的結果如表1所示。檢驗原假設為運動肌肉和面料成分對肌肉狀態等級值無顯著性影響，取顯著性水平α為0.05。由表1可知，運動肌肉檢驗的P=0.599>α=0.05，面料成分檢驗的P=0.035<α=0.05，說明運動肌肉對肌肉狀態等級值的影響不顯著，運動褲的面料成分對肌肉狀態等級值的影響顯著。經過分析，發現遠紅外錦綸是采用晶體礦物質混合[9]，晶體礦物質附著于纖維表層，能夠更好地從外界吸收紅外輻射并作用于人體，可以獲得較好的遠紅外效果；遠紅外腈綸和遠紅外滌綸則是采用熔融加捻的方式加工而成[10-11]。跑步是一項多肌群參加的復合型運動，在運動過程中，被測肌肉為主要動力來源且同時參與運動，使得彼此之間緊密連接，減小了差異性。

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

為進一步分析不同面料對緩解肌肉疲勞的差異性，對1#-4#運動褲的肌肉狀態等級進行組間和組內的樣本T檢驗，結果如表2所示。由表示出，不含遠紅外面料運動褲與含遠紅外面料運動褲檢驗的P=0.047<α=0.05，2#運動褲和4#運動褲檢驗的P=0.032<α=0.05，3#運動褲和2#運動褲檢驗的P=0.064>α=0.05，3#運動褲和4#運動褲檢驗的P=0.177>α=0.05，即不含遠紅外面料運動褲與含遠紅外面料運動褲對緩解運動疲勞存在顯著差異；2#運動褲與4#運動褲對緩解運動疲勞存在顯著差異；3#運動褲與2#運動褲、4#運動褲對緩解運動疲勞均沒有顯著差異。分析原因含遠紅外面料的運動褲具有遠紅外效果，會對人體產生一定的生物學效應，起到一定緩解運動疲勞的效果，不含遠紅外面料的運動褲則不具有此功能；不同遠紅外面料生產方式造成了3條遠紅外運動褲之間的差異。

表2 樣本T檢驗Tab.2 Sample T test

4 結 論

緩解運動疲勞是現階段的熱點問題，依據遠紅外具有緩解肌肉疲勞的功能，本文對普通運動褲和3種不同遠紅外面料運動褲緩解肌肉疲勞的效果進行了探究。

通過運用二維核密度分析法，創新地得到了不同面料運動褲緩解運動疲勞的時間規律。與普通面料運動褲相比，3種遠紅外面料運動褲緩解運動疲勞的效果均有不同程度提高。遠紅外錦綸面料運動褲恢復期集中在8～10 min和13～15 min，遠紅外滌綸面料運動褲在第12～15 min出現輕微的恢復效果，遠紅外腈綸面料運動褲恢復期出現在第12 min。

使用方差分析和樣本T檢驗對運動褲對運動疲勞影響的顯著性進行了檢驗。運用多因素方差分析法探究了不同面料運動褲對運動疲勞影響的差異，結果表明運動褲的面料成分對肌肉疲勞等級值有顯著影響；使用樣本T檢驗得出，普通運動褲與遠紅外運動褲二者對運動疲勞的影響存在顯著性差異，而不同遠紅外面料運動褲對運動疲勞影響的差異不同，其中遠紅外錦綸運動褲對恢復肌肉疲勞的作用最明顯。

綜合分析，4種不同面料的運動褲緩解肌肉疲勞的效果為遠紅外錦綸運動褲>遠紅外滌綸運動褲>遠紅外腈綸運動褲>普通運動褲。因此，在成本等因素相同的情況下，可優先選擇遠紅外錦綸紡織品用于緩解肌肉疲勞，也為后續遠紅外紡織品緩解肌肉疲勞進行深入研究提供了參考。