基于心率及主觀疲勞的女子緊身跑步褲分區(qū)壓力研究

楊子田 張丹蕾 陳藝娟

東華大學 服裝與藝術(shù)設計學院(中國)

隨著跑步群體的不斷擴大，功能跑步褲的專業(yè)技術(shù)需求日益突出。緊身運動裝備在提高運動表現(xiàn)、減少肌肉損傷等方面的作用已成為體育用品領(lǐng)域的研究熱點。

研究顯示，緊身壓迫對跑步的運動表現(xiàn)有積極作用。加壓與跑步結(jié)合有助于部分輸入神經(jīng)元去敏感化，增加參與收縮的運動單位，促進肌肉活化，減少疲勞知覺，提升運動表現(xiàn)[1]。加壓與跑步相結(jié)合的運動方式可顯著提升運動員股四頭肌和腘胂肌群的活化程度[2]，能快速提升心率，并有助于動脈血管內(nèi)皮細胞釋放一氧化氮，誘發(fā)血管舒張，提升氧氣運輸能力[3]，所得效果與運動員熱身所需達到的生理目標高度一致[4]。

緊身壓迫也有助于改善生理反應。曹丹對比研究了裸態(tài)、穿著緊身跑步褲跑步15 min人體各塊肌肉的表面肌電信號均值頻率，發(fā)現(xiàn)穿著緊身褲可有效降低運動肌肉疲勞度[5]。穿著緊身運動服有助于促進血液循環(huán)，增加血液含氧量，及時補充身體能量。在運動后若繼續(xù)穿著緊身運動服裝也會對肌肉起到促進作用，幫助肌肉恢復[6]。目前普遍認為高性能緊身運動裝備促進運動表現(xiàn)的原因主要如下[7]：

——加速血液循環(huán)、減少乳酸堆積；

——改變運動學表現(xiàn)；

——增加肌肉本體感覺和功能；

——減少軟組織振動。

近年來，影響運動著裝疲勞性相關(guān)因子與疲勞閾值的研究逐漸增多，其中不乏涉及服裝壓力的相關(guān)內(nèi)容，但鮮有對下肢各個肌肉群的針對性研究。關(guān)于跑步褲的設計，多數(shù)從外觀設計和面料材質(zhì)入手討論研發(fā)產(chǎn)品設計的依據(jù)和標準，在科學性和準確性上還有進一步發(fā)展的空間。為此，本文基于心率及主觀疲勞，針對下肢肌肉群，研究女子緊身跑步褲分區(qū)壓力，以期獲得女子緊身跑步褲在不同運動強度下對不同肌肉群的合理服裝壓設計。

1 實驗

1.1 實驗對象

實驗對象為通過篩選的8位受試者。要求無心肺、呼吸系統(tǒng)疾病史，近期無明顯踝關(guān)節(jié)、韌帶或骨骼肌肉等運動損傷。要求為非專業(yè)跑步運動員，實驗前3天內(nèi)未進行任何形式的劇烈運動，實驗前保持正常的作息和平靜的心態(tài)。

1.2 主要實驗器材

跑步機：Horizon 832T型，可根據(jù)需求自主調(diào)節(jié)運動速率和坡度等。

心率帶：Polar H10型，自帶柔軟有彈性的胸帶。其硅膠點和改良搭扣可有效防止位移。可連接官方軟件Polar Beat， 5 kHz傳輸，實時監(jiān)控心率。

實驗用褲：由前期壓力測試試驗篩選出緊身壓迫程度分別為低度(l)、中度(m)、高度(h)的緊身跑步褲：D-2xs(Decathlon品牌)、D-3xs(Decathlon品牌)和N-xs(Nike品牌)。參考文獻[8]選取本研究所需與跑步相關(guān)的8塊下肢肌肉，分別為

——股直肌(Rectus Femoris， RF，測試點1);

——股外側(cè)肌(Vastus Lateralis， VL，測試點2);

——股內(nèi)側(cè)肌(Vastus Medialis， VM，測試點3);

——半腱肌(Semitendinosus， SD，測試點4);

——股二頭肌(Biceps Femoris， BF，測試點5);

——脛骨前肌(Tibialis Anterior， TA，測試點6);

——腓腸肌內(nèi)側(cè)(Medial Gastrocnemius， MG，測試點7);

——腓腸肌外側(cè)(Lateral Gastrocnemius， LG，測試點8)。

緊身跑步褲在此8個肌肉測試點的平均服裝壓力如圖1所示。

圖1 不同緊身程度壓迫下測試點處的服裝壓力

1.3 實驗測試指標選取

心率測試指標：運動過程中的實時心率。

主觀評價測試指標：受試者在跑步運動中每分鐘末對上述8塊測試肌肉的疲勞感進行評價。利用Hollies的5級區(qū)間標尺作為主觀評價標準，疲勞主觀評價得分1～5等級分別對應的主觀感受如下：無明顯疲勞感、有疲勞感但不明顯、有明顯疲勞感、很疲勞及非常疲勞[9]。

1.4 實驗環(huán)境

實驗在室溫(20±2) ℃、相對濕度(65±5)%、風速≤1 m/s的恒溫恒濕室內(nèi)進行。

1.5 實驗方法

首先受試者在實驗室中靜坐30 min，適應場地環(huán)境直至其身體狀態(tài)穩(wěn)定。由實驗操作人員將心率傳感帶綁在受試者下胸圍部位，并使傳感帶上的傳感器朝向正前方向。隨后，受試者分別穿著3種不同緊身壓力的樣褲，依次以6.5 km/h(低速，L表示)、7.5 km/h(中速，M表示)和8.5 km/h(高速，H表示)3種速度在跑步機上跑步10 min。

每次跑步開始時，同時按下跑步機、移動端心率記錄軟件Polar Beat的開始鍵，全程同步記錄實時心率，數(shù)據(jù)通過傳感器傳輸?shù)绞謾CAPP上。為真實模擬跑步運動過程，10 min的跑步采用加速-勻速-減速的運動模式。0～1 min，由靜止均勻加速到預設速度；1～9 min， 以預設速度勻速運動；9～10 min，跑步速度均勻減小至停止。實驗過程符合人體體力恢復機制。

每位受試者進行9組實驗。不同跑速實驗間隔至少30 min，以確保受試者實驗前心率穩(wěn)定在正常范圍(60～100 次/min)。同時，為避免超量恢復對實驗數(shù)據(jù)造成影響[10]，兩件樣衣的著裝運動實驗的時間間隔為48 h以上。

2 心率指標和疲勞主觀評價的結(jié)果與分析

2.1 心率測試結(jié)果

受試者跑步過程按時間先后順序分為10個階段，分別命名為T1～T10，每個階段1 min。受試者穿著不同實驗樣褲在不同跑速下所得心率數(shù)據(jù)(圖2)顯示，不同運動強度下心率變化特征相似，即從靜息心率開始，T1階段心率隨加速運動快速上升；T2階段開始勻速運動，心率持續(xù)上升，但上升幅度小于T1階段；隨后各階段心率緩慢上升，上升幅度越來越小，直至T9階段；T10階段做減速運動至靜止，心率下降顯著。數(shù)據(jù)表明，心率與運動強度之間呈高度線性相關(guān)，運動強度越大，心率越高，這與趙敬國等[11]的研究結(jié)果一致。

圖2 不同運動強度和緊身壓力下的心率數(shù)據(jù)

2.2 心率與運動階段雙因素重復測量方差分析

采用SPSS軟件對不同運動強度和服裝緊身壓迫程度條件下的心率數(shù)據(jù)進行雙因素重復測量方差分析。

2.2.1 球形假設檢驗

球形假設檢驗結(jié)果表明，低強度(p=0.091>0.05)、中強度(p= 0.066>0.05)與高強度(p=0.240>0.05)運動時，緊身壓迫程度變量滿足球形假設檢驗。運動階段和兩因素交互效應由于殘差自由度不足無法進行球形假設檢驗。

2.2.2 低強度運動心率主體內(nèi)效應檢驗

研究結(jié)果顯示，緊身壓迫程度主效應不顯著，運動階段主效應極顯著，緊身壓迫程度與運動階段的交互效應無顯著性。

2.2.3 運動階段多重比較結(jié)果與分析

若運動階段心率相對前后階段在統(tǒng)計學上仍有顯著性差異，則表明此刻的運動心率仍在變化，尚未達到穩(wěn)定平衡狀態(tài)；若與之前時刻相比有統(tǒng)計學差異，與之后時刻比較無統(tǒng)計學差異，則表明心率不再有明顯變化，已達到穩(wěn)定平衡狀態(tài)，此時刻即為運動心率的穩(wěn)定時間[12]。

實驗結(jié)果表明，隨著運動強度的增大，心率達到穩(wěn)定所需時間更長，這與申慧祥等[13]關(guān)于不同運動強度下心率達到穩(wěn)定所需時間變化趨勢的研究結(jié)果吻合。

通過前后階段配對樣本T檢驗，進一步分析不同運動強度和服裝緊身壓迫條件下心率隨運動時間的變化規(guī)律。相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示，低強度運動時，不同程度緊身壓迫條件下，心率在T3～T5階段達到穩(wěn)定；中強度運動時，不同程度緊身壓迫條件下，心率在T6～T7階段達到穩(wěn)定；高強度運動時，低緊身壓迫條件下，心率在勻速運動階段未達到穩(wěn)定狀態(tài)，而中高程度緊身壓迫條件下心率在T6～T7運動階段達到穩(wěn)定。說明中低運動強度時，外加緊身壓迫對心率穩(wěn)定時間影響不顯著，而高強度運動時，外加中高緊身壓迫能縮短心率穩(wěn)定時間。

2.3 主觀疲勞區(qū)間的確定

分別計算9組實驗條件下各肌肉在各運動階段的疲勞主觀評分均值與9組實驗心率值，在SPSS軟件中進行雙變量相關(guān)性檢驗。結(jié)果表明，9組實驗條件下心率與各肌肉疲勞主觀評價之間均存在顯著性相關(guān)，說明人體在跑步運動中下肢主要肌群的主觀疲勞感與心率密切相關(guān)，可用均值心率推測疲勞狀態(tài)。

綜合8名受試者各疲勞等級下的心率區(qū)間，得到各疲勞等級下的平均心率(表2)。運動強度劃分及相應的人體疲勞狀態(tài)描述如表3[14]所示，當心率大于150 次/ min，人體開始出現(xiàn)累的感覺。根據(jù)表3運動強度的劃分，對比表2各評價等級下的心率可知，得分處于3～5等級的運動階段可視為處于體力疲勞狀態(tài)。

表1 運動階段心率配對樣本T檢驗

注：*、**分別表示運動階段心率均值與前一階段差異顯著性水平為0.05、0.01；下劃線表示心率達到穩(wěn)定運動階段。

表2 各疲勞主觀評價等級下的平均心率

表3 運動強度劃分及描述

2.4 主觀評價疲勞階段分析

匯總每名受試者主觀評價等級處于3～5級的運動階段，以1#受試者為例，同一運動強度下不同服裝壓力時疲勞主觀評價結(jié)果如表4所示。

表4 1#受試者主觀評價等級處于3～5級的運動階段匯總表

注：*表示未出現(xiàn)明顯疲勞或在3個壓力條件中明顯疲勞出現(xiàn)晚、持續(xù)時間短。

根據(jù)1#受試者主觀評價結(jié)果，在穿著不同壓力大小的樣褲進行低強度運動時，未出現(xiàn)明顯疲勞感；中強度運動時，中、低壓力樣褲均有4個測試點的肌肉出現(xiàn)明顯疲勞，高壓力樣褲除了第5個測試點均出現(xiàn)明顯疲勞；高強度運動時，3種壓力條件下肌肉均普遍出現(xiàn)明顯疲勞。這說明肌肉疲勞的產(chǎn)生與運動強度成正相關(guān)關(guān)系。

統(tǒng)計8名受試者不同實驗條件下各測試肌肉主觀評價達到疲勞的區(qū)間總數(shù)，結(jié)果如表5所示。數(shù)據(jù)表明，低等(L)運動強度和中等(M)運動強度時，人體在低服裝壓條件下的主觀評價疲勞區(qū)間數(shù)普遍小于在中、高服裝壓條件下的主觀評價疲勞區(qū)間數(shù)；高等(H)運動強度時，高服裝壓條件下主觀評價疲勞區(qū)間數(shù)大都比低、中服裝壓條件下的少。

結(jié)合受試者運動后感受訪談及相關(guān)研究結(jié)果分析可知，中低運動強度時中高服裝壓能使肌肉本體感覺增強，肌肉對疲勞感受較敏感。高強度運動條件下，肌肉普遍疲勞程度相對中低運動強度較深，此時高服裝壓相對中低服裝壓，肌肉主觀疲勞感較小，其主要原因可能如下：

——高服裝壓造成的束縛能有效減少肌肉軟組織的振動；

——高服裝壓促使壓迫部位肌肉的血液循環(huán)加快，從而減少乳酸堆積；

——高服裝壓能達到刺激并增強肌肉活性，加快肌肉纖維參與收縮。

比較每個測試點主觀評價疲勞區(qū)間數(shù)的均值，可知跑步運動中肌肉疲勞程度排序為MG>LG>SD> TA>VM≈RF>VL>BF。

表5 主觀評價疲勞區(qū)間數(shù)匯總表

2.5 疲勞主觀評價結(jié)果分析

以股直肌為例，其疲勞主觀評價統(tǒng)計結(jié)果如圖3所示。圖3表明，中強度運動4 min后，低服裝壓條件主觀評價疲勞等級較低；高強度運動2～6 min時，中等服裝壓條件主觀評價疲勞等級最低。

圖3 RF疲勞主觀評價結(jié)果統(tǒng)計圖

計算每次實驗過程中每個運動階段8位受試者對各塊肌肉的主觀疲勞等級評分均值，通過SPSS軟件一般線性模型的重復測量方差分析，檢驗相同運動強度、不同服裝壓下主觀疲勞評價均值差異。對股直肌相同運動強度下不同緊身壓迫程度的疲勞主觀評價結(jié)果進行雙因素重復測量方差檢驗，顯著性水平為0.05，統(tǒng)計結(jié)果如表6所示。研究表明，在實驗設置運動強度下，不同緊身壓迫程度條件下的主觀疲勞評價差異不顯著。

表6 RF緊身壓迫程度主體內(nèi)效應檢驗結(jié)果

3 女子緊身跑步褲分區(qū)壓力設計

結(jié)合各肌肉測試點主觀評價及心率指標綜合分析發(fā)現(xiàn)，主觀疲勞程度主要受運動強度影響，運動強度越大，主觀疲勞感越強；跑步運動中肌肉疲勞程度依次為MG>LG>SD>TA>VM≈RF>VL>BF。據(jù)此設置女子緊身跑步褲分區(qū)壓力，如圖4所示。

圖4 女子緊身跑步褲分區(qū)壓力設置

4 結(jié)論

本文基于心率及主觀疲勞評價研究了女子緊身跑步褲分區(qū)壓力。研究表明，小腿后側(cè)肌肉最易產(chǎn)生主觀疲勞，是重點加壓區(qū)域；大腿前肌肉群在跑步運動過程中參與度較高，若對其施加中高壓，適合中高強度鍛煉或追求提高肌肉本體感受的跑步人群，若對其施加中低壓，適合低強度運動或追求主觀舒適感的跑步人群；大腿后群肌肉和小腿前群肌肉總體對跑步運動貢獻不大，且服裝外加壓力對其肌肉表現(xiàn)和主觀感受影響不明顯，可不做加壓設計。