梯度压力袜发展现状与应用*

东华大学服装与艺术设计学院， 上海 200051

我国大约有2亿慢性下肢静脉疾病患者，发病率在5%～30%[1]。压缩治疗法是针对这类疾病较为便捷的方式，已经得到广泛应用，其中穿着梯度压力袜进行治疗是最有效的[2]。

梯度压力袜可以给人体下肢提供沿脚踝至大腿方向递减的压力，被越来越多地应用于各类因下肢血流回流阻塞所产生的慢性下肢静脉疾病的治疗和预防，以及运动塑型等方面。在压缩治疗法中，梯度压力袜的弹性种类、压力等级、压力传递模式、材料类型、加工方式是对治疗效果起重要作用的主要影响因素，如图1所示。这些因素同时会影响梯度压力袜的拉伸强度、剪切强度等力学性能，以及梯度压力袜在实际应用中的压力分布和穿着舒适度等[3]1124，[4]。

1 梯度压力袜的发展历程

梯度压力袜是穿着时具有压迫感，运动时有舒张感的袜子[5]。梯度压力袜会对穿着者的腿部施加沿脚踝至大腿方向递减且定量的压力，使腿部得到被动拉伸，下肢静脉血液能顺利回流[6]10。在历史上，古埃及人最早发明非弹性(刚性)绷带[7]。1848年，英国人Willian Brown用天然橡胶制造了第一双医用压力袜；之后，英国人Jonathan Sparks在此基础上进行改进，在橡胶表面包覆棉花，提高了穿着者腿部皮肤与医用压力袜接触的舒适感；1960年以来，合成弹性纤维逐渐被用于制造医用压力袜[3]1125。如今，在医用压力袜领域出现了各种新型纤维与织物，以及不断创新发展的编织工艺。

图1 压缩治疗法中治疗效果的主要影响因素

2 梯度压力袜的纱线材料发展现状

如图2所示，梯度压力袜的织物结构主要由两部分构成：嵌入纱层和地组织。嵌入纱层一般由以衬垫方式嵌入的纱线(即“嵌入纱”)构成，它的厚度一般大于地组织，并且位于袜子内表面。嵌入纱决定梯度压力袜的弹性性能，是确保袜子具有压缩功能的关键因素。

图2 梯度压力袜的织物结构示意

在梯度压力袜所采用的纱线材料中，嵌入纱通常为弹力包覆纱，使袜子具有符合预期要求的厚度、紧度和刚度。嵌入纱由芯层的弹力芯纱和外层的包覆纱构成，其中弹力芯纱主要采用橡胶、乳胶、氨纶、锦纶等原材料，包覆纱则主要采用天然纤维(如棉、羊毛等)或合成纤维长丝(如涤纶、锦纶、丙纶等)。包覆纱通常为单层或双层，既控制嵌入纱的拉伸长度和张力，又对弹力芯纱起保护作用，其包覆工艺尤其重要，常见的有旋转包覆[6]11、缠绕包覆[8]1393、喷气包覆[9]47、单层或双层包覆[3]1129，具体如图3所示。

图3 包覆纱的包覆工艺

包覆纱目前有利用新型功能性材料的，如使用远红外纤维可促进血液和水分子的流动性，改善人体微循环和供氧状态，再如使用石墨烯纳米材料可提高穿着舒适性及抗菌性等，其中研究最多的是记忆高分子材料。NARAYANA等[10]263认为急需要解决的问题是医用压力袜对人体下肢所提供的压力能根据外部因素进行控制或调整，提出利用压力记忆聚合物(Stress-memory Polymercis)设计智能医用压力袜，所研制的袜子可以提供静态压力、按摩作用和简易的尺寸拟合功能。KUMAR等[11]得到了通过外部加热刺激实现医用压力袜的压力控制和调节同时满足的条件，提出采用形状记忆聚氨酯和锦纶长丝混纺形成纱线，其在袜子压力低于目标水平时通过加热即可回复初始状态，也可以将袜子的低等级压力提高至高等级压力，并且能适应穿着者不同腿型和长度等需求。

除了纱线材料方面的不断探索，有很多学者对梯度压力袜所采用的纱线材料与袜子的压力及舒适性的关系进行了探讨。JIN等[12]为了获得医用压力袜的最优压缩效果，通过试验发现锦纶和氨纶组成的复合纱线的断裂强度随着氨纶线密度的增加而增大。NARAYANA等[10]264研究发现，涤纶、锦纶、棉纤维、黏胶纤维和弹力纤维等材料会随着时间发生松弛，难以达到长时间维持医用压力袜目标压力水平的目的。柯薇[6]38在嵌入纱中加入棉纤维和天丝纤维，结果表明这能提高医用压力袜对水分的吸收与传导能力，从而使人体下肢与袜子之间的湿摩擦作用降低。BRUNIAUX[13]建立了嵌入纱的力学性能模型，并比较了由此模型计算得到的预测数据与测试得到的测试数据之间的差异，证明通过描述嵌入纱的弹性性能可以推断医用压力袜的力学性能，从而实现个性化定制梯度压力袜，针对不同患者的具体需求或根据不同的治疗方式等，在不同阶段更有效地治疗慢性下肢静脉疾病。

综上，梯度压力袜所使用的纱线材料的发展主要在于嵌入纱外层的包覆纱的原材料创新上。从传统的天然纤维和合成纤维长丝到各种新型功能性材料的出现，梯度压力袜正逐渐变得更加智能。随着对梯度压力袜所使用的各种纱线材料与压力和舒适性的关系的进一步研究，根据患者的实际需求实现个性化定制逐渐成为热点。

3 梯度压力袜的织物结构及编织工艺的发展现状

梯度压力袜对人体下肢施加的压力由织物变形产生，分段压力主要通过线圈排列密度的变化而产生，并且受具有一定弹性的嵌入纱在各部段的织入长度控制[9]46。

圆机和横机是两种主要编织设备。圆机制作的梯度压力袜较美观且制作时间短[8]1395。横机通常用于织造高等级压力的梯度压力袜，但是成品上会存在拼缝。

梯度压力袜如图4所示：最上面的贴边及最下面的袜头常采用双层平针组织，即1+1假罗纹组织[14]1781[图5(a)]；主体即袜身部分(包括袜筒、袜面和袜底)广泛采用纬平针+衬垫组织[图5(b)]，其既能保证纱线产生相应等级的压力，又能形成网孔效应，提高梯度压力袜的透气性，例如美国Medlin公司生产的EMS抗血栓袜的袜身部分采用单珠地+氨纶衬垫组织，在保证压力的同时形成四孔效应，改善了压力袜的透气性[9]47；脚后跟部分常采用纬平针组织[图5(c)]。目前全球最大的医用压力袜制造商德国Medi公司釆用软弹力编织工艺(Soft Elastic)，可以最大程度地减少梯度压力袜对脚址和脚掌的活动限制，提高穿着舒适度[15]6。

图4 梯度压力袜示意

图5 梯度压力袜常用组织示意

梯度压力袜整体的弹性性能与织物性能有着不可分割的关系。SIKKA等[14]1779为了设计和评价应用于人体肢体部位的绷带性能，获得期望的压缩效果，研究了不同种类的高压缩绷带的材料结构和拉伸性能的关系，得出高压缩绷带的弹性性能取决于绷带的设计模式、织物密度和嵌入的弹力纱根数等因素。高弹性的弹力纱和紧密的织物结构能增加绷带在长时间内附着于肢体部位的作用力，并且适合重复使用。LIU等[8]1391利用基于人体工效学的三维无缝编织技术设计制作了压力袜，分别在人体下肢和木腿上进行压缩性能测试，分析压力袜和人体在动态交互时的工作机理、压力袜压力的影响因素和压力大小及其分布，得出站立姿态下的压力比仰、卧姿态下的压力高186.6 Pa。LIU等[16]通过测试8双处于两个不同压力等级的梯度压力袜所产生的压力，得出不同压力等级的压力差异是由织物的拉伸强度、剪切刚度和抗弯刚度的差异导致的。给定一个固定的拉力，拉伸强度越大、剪切强度和抗弯刚度越小的织物所产生的压力越小。SARI等[17]认为目前有关医用压力袜的研究工作主要聚焦于原材料的特性、织物结构和编织工艺，他们研究了影响医用压力袜压力的因素，并用试验证明了提高织物紧度、嵌入纱的喂纱张力和纱线细度可以增加袜子的横向压力，其中嵌入纱的细度的影响最大；袜子的压力与织物的厚度、密度和面密度呈正相关，与嵌入纱的弹性呈负相关。基于此，可以在生产前预估梯度压力袜成品的压缩性能。

综上，设计一双压力大小且压力分布合理的梯度压力袜，需要对袜子不同部位的结构进行设计，并将影响袜子压力及其分布的主要因素调整到最优，如提高织物密度、嵌入纱的根数和喂纱张力可提高梯度压力袜所产生的压力，改变织物的拉伸强度、剪切刚度和抗弯刚度能产生不同等级的压力，改善梯度压力袜无法产生理想的压力分布或反压力分布等情况[18-19]。

4 梯度压力袜的功能性应用

4.1 塑型保健

健康的人体腿部，其血液流动正常，如图6(a)所示。然而，有一部分人的腿部的血液流动出现了异常，严重时会形成静脉曲张，如图6(b)、(c)所示。长时间静坐或站立的人，其肌肉容易产生疲劳，并在地心引力作用下，腿部的血液流动受到阻碍；怀孕期间的准妈妈，因其盆腔静脉受到胎儿压迫及体内荷尔蒙发生改变，腿部的血液循环也会受到不良影响。这些人应适时穿着梯度压力袜，以预防下肢静脉疾病。

(a) 正常血液流动

(b) 异常血液流动

(c) 静脉曲张腿部照片

此外，梯度压力袜还有美体瘦腿的保健作用，能使局部皮肤营养不良得到改善，缓解疲劳感，并且能对腿部产生均衡的横向压力支撑，防止腿部赘肉下垂，保持腿型美观。长期穿用梯度压力袜，可以使腿部肌肉得到持续的压缩、收紧、聚拢和提拉，最终达到美化腿型的效果[15]9。

4.2 疾病预防与治疗

对于下肢静脉曲张患者，根据发病部位及病变程度选择适合长度和相应压力等级的袜子，能够有效缓解病情。对于静脉血栓栓塞症患者，可以在药物治疗的同时，使用长筒梯度压力袜预防血栓后综合征。对于血栓栓塞后综合征导致的腿部轻度水肿患者，可以使用梯度压力袜缓解。对于因淋巴液回流障碍致使淋巴液在皮下积累引发肢体肿胀的患者，穿着梯度压力袜能增强局部组织代谢活动，有效促进淋巴液回流与淋巴管再生。对于突然起立导致眩晕的起立性低血压患者，GRANBERRY等[20]研制了集合智能材料的无约束压力袜，其压力可控，适用于不同的活动状态。对于糖尿病患者，在高血糖的长期影响下，下肢血管较易形成血栓，从而导致组织病变，形成糖尿病足，穿着具有一定功能性的压力袜产品能够进行有效治疗和预防。

4.3 运动保护

运动员会出现静脉曲张、抽筋、胫骨内侧应力综合征等病症，穿着梯度压力袜能够改善心脏输出，在相同的运动强度下可以减少心脏的负担，并且减少肌肉的横向运动，减轻跟腱牵引和肌肉损伤。世界各国的高水平运动员经常使用基于无拼缝的TXG运动伤害防护弹力袜产品，其可以保证运动员受到均衡的弹力，防止肌肉拉伤或扭伤，并在运动防护和运动成绩的提高方面起到积极作用[15]10。BOVENSCHEN等[21]首次测量了穿着梯度压力袜状态下人体腿部的体积尺寸变化，证明穿着梯度压力袜能使跑步者在运动期间和运动后的腿部水肿及疲劳感下降。BRINGARD等[22]通过试验证明在跑步运动中穿着紧身连衣裤可以增强人体的血液循环，减少肌肉震动，从而在给定速度下消耗较低的能量。

5 结语

近几年人们对梯度压力袜所使用的纱线原料不断进行创新，对其织物结构和编织工艺积极完善，对纱线和织物的结构、力学性能与梯度压力袜的压力大小及其分布之间的关系有了进一步的认识，有不少学者开始研究根据患者的不同需求进行个性化梯度压力袜的设计制作，但是在实际使用中普遍存在主要由湿摩擦作用引起的穿脱困难及腿部不适等问题。如进一步提高梯度压力袜与人体皮肤接触的友好性、耐洗性、形变回复性，可提高压力袜的临床治疗效果。另外，人的脚踝部位是不规则的，而它是梯度压力袜设计的关键部位，因此该部位的压力分布需进一步深入研究。

综上，提高对压缩治疗法中所应用的梯度压力袜的认识，能够促进基于梯度压力袜的下肢静脉疾病的治疗，以及医疗保健、医疗康复领域中相关技术纺织品的增长。