服装压力对男子骑行运动中肌肉疲劳的影响

2019-08-28程宁波吴志明柯思成

纺织学报 2019年8期

程宁波，吴志明，柯思成

(1. 江南大学教育部针织技术工程研究中心，江苏无锡 214122； 2. 上海工程技术大学服装学院，上海 201620)

近些年，随着骑行运动的发展，市场对骑行服的需求不断增加，消费者也提出了更高的要求,骑行服逐渐成为功能性运动服装领域的研究热点[1-2]。骑行是一项强度大且需要身体各部位骨骼肌协同运作的踏蹬运动，下肢肌肉在骑行过程中至关重要[3]，因而骑行裤在运动中的作用尤为显著。专业骑行裤不仅可提高骑行运动自由度，而且具有一定的生理防护和运动防护性能[4]。此外，已有研究表明，紧身运动服产生的压迫在运动中对人体有积极作用：如给肌肉一个合适的压力,可减少肌肉的振动和缓解运动中肌肉的疲劳和紧张，提高运动表现，在运动后有利于肌肉恢复[5-6]；相反，若压迫过大，则会产生危害和消极作用[7]，加速运动中的肌肉疲劳[8]，因此，服装压与肌肉有着密不可分的关系。

表面肌电技术(sEMG)能够反映肌肉活动状态，可用于评价肌肉疲劳，在运动神经领域应用广泛[9]。表面电极可直接置于皮肤表面，使用方便，可用于测试较大范围的肌电信号，并且提供了安全、简便、无创、无痛的客观指标。目前不少学者已将sEMG技术引入运动服装研究领域：卢华山等[10]选取时域指标均方根振幅(RMS)探索了女子跑步运动服装产生的压力对不同部位肌肉疲劳产生的影响；王会宁等[11]研究表面肌电信号和主观疲劳的相关性。本文运用表面肌电技术采集骑行运动中不同部位肌肉的表面肌电信号，选取时域指标和频域指标的中位频率(MF)作为肌肉疲劳评价指标，并结合主观评价分析骑行运动中服装压力对肌肉疲劳的影响。

1 实验设计

1.1 实验对象

选取具有骑行爱好和一定骑行经验的在校男性研究生和大学生作为实验对象，共11人，均在 GB/T 1335.1—2008《服装号型男子》规定的下装号型175/78A范围内。所有受试者均为身体健康，无关节、骨骼或韧带受伤病史，且要求在实验前一周内熟悉实验目的、环境和流程，在实验开始前24 h未进行剧烈运动。受试者身体基本数据如表1所示。

表1 受试者基本数据Tab.1 Basic datas of subjects

1.2 实验样衣选定

本文以普通夏款骑行裤为样衣，款式如图1所示，由上海KIAE骑行服厂家制作。骑行裤由80%锦纶和20%氨纶的针织面料制成，具有较好的弹性和吸湿透气性，其中面料面密度为202 g/m2，在弹性回复率为95%左右时，经、纬向的最大伸长率分别为87%、90%。选取相同款式，设计并制作4条同一号型不同规格的骑行裤进行不同紧身压迫的对比实验。

图1 实验样裤款式图Fig.1 Experimental pants styles figure.(a)Front;(b)Back

参考陈金鳌等[8]定量紧身压迫负荷的方法以及穿着者主观感受，将不同规格尺寸样裤分为不同紧身压迫负荷：1#为高紧度压迫或高压力，很压迫; 2#为中等紧度压迫或中等压力，压迫；3#为低紧度压迫或中等偏低压力，轻微压迫; 4#为非紧度压迫或低压力，无压迫。样裤的规格尺寸见表2，样裤腰头宽为2.5 cm并缝有防滑条，脚口由 4.5 cm宽的防滑带缝制。

表2 实验样裤规格尺寸Tab.2 Experimental pants size cm

1.3 实验仪器与设备

表面肌电测试系统：美国Delsys TrignoTMSystems EMGworks4.2型全无线表面肌电测试系统，具有良好的可靠性和易操作性，无需电极，配套的传感器共有8个肌电图采集通道，可获取肌电信号和三轴加转速。传感器质量轻(14 g)，尺寸为37 mm×26 mm×15 mm，采样频率为4 000 Hz，操作简便，具有一定的无创性、时效性、兼容性和高精度等特点。采集数据的导出格式多样化，可在配套的EMGworks Analysis分析系统进行分析或导出Excel表格进行分析。

服装压力测试系统：德国Novel Pliance-X-32型服装压力测试系统，采用Flexi force压力传感器进行压力测量，传感器面积为78 mm2，厚度为1 mm，数据采集频率为50 Hz。该系统可同时对多个部位进行动态压力的测量。

其他仪器和设备：德国ergoline功率自行车，可设置特定的阻力和转速，并有配套的心率带。电极贴、酒精棉球、剪刀、镊子、刮毛刀、可擦记号笔和医用胶带等。

1.4 测试部位的选取

踏蹬是骑行运动中的唯一动力因素，踏蹬时下肢环节是连动骨杠杆[2]。骑行过程中，各个部位肌肉都为膝盖和臀部提供力量支撑，腰腹肌肉群主要作用是使身体在骑行时呈坐姿，腹部肌肉除支撑脊柱外，还确保上身肌肉产生的力量能有效输送到腿部，身体运用腹肌群和腰方肌等以避免身体倾斜；大腿肌群是骑行运动的主引擎，大腿正面的股四头肌(包括骼胫束、股外侧肌、股直肌、股内侧肌)在骑行过程中起重要作用，大腿的转速直接影响了骑行转速[12]。综合肌肉参与的活动和实验的可操作性，选取6块肌肉作为测试部位，具体名称、编号和位置如图2所示。

图2 测试部位分布图Fig.2 Test site distribution map. (a)Front;(b)Back

1.5 实验方法

实验在室温为(25±1)℃，相对湿度为(65±2)%的环境中进行，每位受试者都提前30 min进入实验室适应实验环境，并再次熟悉实验流程和操作。实验开始前，调好压力测试系统的量程，并进行校对。首先对受试者的测试部位进行标记、刮毛和酒精处理，以减少误差，再贴上压力传感器，依次按照编号穿着骑行裤进行压力测量，将功率自行车负荷设为 30 W，转速为85 r/min，进行2 min热身，保持在设定转速范围，再开始采集压力数据，时间为60 s，每更换1次样裤，休息15 min再进行同样测试。

受试者测完压力，休息30 min进行表面肌电测试。在标记部位贴好肌电传感器，每个受试者都进行对照组实验(即不穿样裤)，实验组按照样裤编号依次穿着进行测试。设置自行车转速仍为 85 r/min，时间共15 min，每次测试采用预热加载负荷模式，即每间隔3 min对运动负荷进行改变，负荷依次为30、50、50、70、30 W，将总体时间按100 s间隔共分为9阶段，分别记为t1～t9，同时每个时间段要求受试者对主观感觉进行打分。主观体力感觉等级(RPE)是运动时衡量自我体力感觉运动性疲劳的方法，本文采用RPE量化表来表示主观疲劳感，如表3所示。每个受试者测试每件样裤需间隔12 h以上再进行测试。

表3 主观体力感觉等级Tab.3 Subjective physical sensation level

2 实验数据与分析

2.1 局部肌肉疲劳主客观指标的相关性分析

参考文献[8]、[10-11]对不同运动过程中紧身服装对肌肉疲劳影响的研究，本文研究选取表面肌电时域分析中的均方根振幅(RMS)和频域指标的中位频率(MF)作为评价不同紧身程度骑行裤对骑行运动中肌肉疲劳影响的指标，已有研究表明积分肌电可反映肌电信号随时间的强弱变化，是评价疲劳的重要手段。由于受试者的体能有所差异，疲劳感并不能完全相同，因此，信号处理需进行时间标准化。采用SPSS软件对不同测试部位在不同程度紧身压迫下，肌电信号RMS、MF指标与受试者主观疲劳感觉的RPE值进行双变量的相关性分析，结果如表4、5所示。其中：显著水平P<0.05表示具有显著相关性；显著性水平P<0.01表示具有高度显著相关性。

从表4、5可发现：当受试者在高紧度压迫(1#)下，5个测试部位的RMS、MF值与主观RPE值呈高

表4 各测试部位在不同程度紧身压迫下RMS值与主观RPE值的相关性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。

度显著相关关系，D部位RMS与RPE存在显著相关性，但F部位与EPR无显著相关性；在中等紧度压迫(2#)下，A、B、F部位与RPE值呈高度显著相关性，在低紧度(3#)或非紧身骑行裤(4#)下，只有B部位与RPE值仍呈显著相关性，MF的相关性不如RMS显著。随着服装压迫减小，大部分测试肌肉肌电指标与主观RPE值相关性显著度减弱，相关度也随之改变。就整体而言，不同部位与RPE值的相关性是不同的，积分肌电值可用于骑行运动中穿着不同紧度骑行裤下肌肉疲劳的评判。

肌肉疲劳的主观疲劳感受通常以用力知觉来表示，即运动时的自我体力感觉，而用力知觉通常以主观体力等级RPE量表进行评定。服装压力对肌肉疲劳的影响与肌肉部位紧密相关，表面肌电信号的变化与主观疲劳感之间也具有一定的相关性。B、F

部位的相关性较好，D部位的相关性较弱，A、C、E部位相关性一般。可见在骑行运动过程中，大腿外侧和大腿后根部处的肌肉有着至关重要的作用，由于臀部肌肉由座位提供支撑，故臀大肌的运动机能不是很明显。

2.2 服装压力对肌肉疲劳的影响

在分析前对数据进行预处理，去掉明显错误或异常数据。11位受试者分别穿1#、2#、3#、4#不同紧身程度的骑行裤，由于可将骑行运动看作是1个周期运动，故选取负荷为30 W,转速为80 r/min运动过程，采集 60 s时各测试点的压力值，再求取平均值，结果如图3所示。

为进一步研究骑行运动中服装压力对肌肉疲劳的影响，将受试者在穿着不同紧度的骑行裤下采集的表面肌电信号作为因变量，紧身程度作为因子，通过单因素方差检验(单因素ANOVA检验)，分析服装压力对不同阶段的表面肌电信号的影响，即对不同时期肌肉疲劳的影响，结果如表6所示。可得出：高压力(1#)和中等压力(2#)骑行裤在中后期显著性在0.05水平，说明服装压力对肌肉疲劳产生了影响。中等偏下压力(3#)在运动t5、t7、t8阶段也对肌肉疲劳产生了影响，低压力(4#)在t7阶段对肌肉疲劳产生影响。服装对不同阶段、不同运动强度的肌肉疲劳影响不一致。

表6 服装压力对骑行运动各阶段肌肉RMS值的影响Tab.6 Influence of different tightness garment pressure on RMS index of each test point

注：“*”表示P<0.05。

为鉴别服装压力对不同时段肌肉疲劳的影响，分别选取t3、t4、t5的RMS值变化情况进行分析，结果如图4所示。可知，服装压力越大，随着运动的进行RMS增加的速率减小，且服装压力对A、B、C、F部位变化率的影响大于D、E部位，各部位在不同时段变化的速率也有所不同。说明服装压力对肌肉疲劳的影响大小因不同因素而有差异。

图4 不同骑行阶段各部位的RMS值Fig.4 RMS analysis of each part in different cycling periods

图5示出整个运动过程中表面肌电(RMS和MF)值在不同程度紧身的骑行裤下的均值。可知，表面肌电值因服装压力大小不同而不同。RMS值均随着服装压力的增大而减小，而MF值反之，不同部位肌电值不同，B部位的肌电值较大，A和F部位相似，C和D部位相似，E部位的RMS值正常，但MF值基本无差别，这是由于臀大肌是支撑在坐垫上，说明MF不太适合作为臀大肌的疲劳评价指标。整体上服装压力对肌肉是有一定的缓解作用的，缓解的大小与肌肉部位、运动时间和运动强度有关。