服裝壓力與運動舒適性的研究現狀

賈雪如 薛文良 魏嘉彬

1. 東華大學 紡織學院(中國) 2. 中國紡織信息中心(中國)

服裝壓力是表征著裝后人體運動舒適性的重要指標之一。多項研究表明，服裝壓力是影響運動效果的重要因素。服裝壓力最早開始于對醫用壓力襪的研究，它在運動領域的應用潛力也引起了諸多學者的關注。本文對服裝壓力的形成因素及分類應用進行了系統的歸納和說明，對服裝壓力在運動方面的應用進行了總結，為深入研究緊身運動服裝提供參考，也為企業緊身運動服裝的設計和生產提供指導。

1 服裝壓力的形成和影響因素

服裝壓力是著裝后，服裝與人體體表動態接觸產生的正壓力導致肌膚變形，從而給人體深層皮膚帶來的壓迫感。服裝壓力主要有3種形式：質量壓、束縛壓和面壓。質量壓即服裝因自身質量而產生的壓力。這也是人們在冬季感覺行動不便，身體受限的主要原因。束縛壓因服裝勒系緊而產生，是影響服裝力學舒適性的主要因素，也是服裝壓力在人體的主要表現形式。束縛壓過大會對人體產生不良影響，如影響呼吸與消化系統等。面壓是人體運動時，由于服裝面料彈性不足、服裝寬松量不夠，面料與人體摩擦力過大，即服裝與人體接觸產生的壓力而導致人體無用功消耗的增加[1-4]。影響服裝壓力的因素主要有人體和服裝兩個方面。

1.1 人體

人體體表曲率半徑：對于緊身服裝而言，服裝對人體的壓力主要源于束縛壓。面料被人體撐開而產生張力，進而產生壓強，壓強P可由式(1)所示的Laplace定理求得。

(1)

式中:Tj、Tw——面料經向和緯向的張力，N/m；

Rj、Rw——面料經向和緯向的曲率半徑，m。

由式(1)可知，相同壓力下，人體體表曲率半徑越小，所受束縛壓越大。

人體姿勢和動作對服裝壓力的影響也表現在人體體表曲率的改變上。人體動作或姿勢會使身體相應部位產生變形和位移，體表曲率改變，從而導致局部服裝壓的變化。若服裝有足夠的寬松量，則人體動作及姿勢的改變對服裝束縛壓無明顯影響。

人體皮膚及皮下軟組織的力學特性：人體不同部位的肌肉與脂肪含量不同，彈性系數也不同。脂肪較多的部位彈性系數較小且有一定的緩沖作用，在外界壓力下易產生變形與位移，服裝壓力較小。反之，服裝壓力較大。

1.2 服裝

服裝寬松量：當服裝本身的寬松量足夠時，即服裝與人體留有較多的空隙，二者無接觸狀態時，服裝壓力較小，對人體的束縛也小。

服裝面料的彈性模量：若服裝面料具備一定的彈性，即服裝面料本身有較大的彈性模量，則服裝壓力較小。反之，服裝壓力較大。

2 服裝壓力的分類與應用

2.1 壓力襪的分類

最初的壓力襪用于治療腿部血管的靜脈曲張。靜脈曲張形成的主要原因是血管因先天或人體長時間維持相同姿勢導致管壁膜變薄弱，血液蓄積下肢， 靜脈瓣膜破壞而產生較高的靜脈壓使淺靜脈的隆起和擴張，血管突出皮膚表面的癥狀。應用壓力襪產生的壓力來治療腿部靜脈曲張是較為廣泛且有效的方法。該治療方法到目前已有400多年的歷史，其原理是通過向小腿肌肉施加外部壓力，增加組織間的壓力，靜脈回流從而降低靜脈的高壓，最終可確保腿部靜脈血液的正常流動[5]。

最早出現的緊身服可追溯到對壓力襪的模仿和應用上。FZ/T 73031—2009《壓力襪》中把壓力襪定義為踝部至襪口方向的壓力呈梯度變化(圖1)，穿著時有壓迫感，運動時有舒張感的襪子。不同類別壓力襪各部位規定的壓力如表1所示。

圖1 壓力襪各部位分布圖

表1 壓力襪各部位的最小壓強分布 單位：kPa

隨著社會的發展和科學研究技術的進步，壓力襪的優點逐漸為人們所熟知。根據應用領域的不同，壓力襪可大致分為醫療型壓力襪、運動型壓力襪和日常(商務型)壓力襪。其中，用于專業醫療界的醫療型壓力襪的壓強值較大，通常在2.6 kPa以上；運動型壓力襪的壓強為在2.0～2.6 kPa；日常(商務型)壓力襪的壓強值通常為1.3～2.0 kPa，適用于久坐辦公、缺乏運動的人群穿著[6]。

目前，國內外關于壓力襪的研究大多數集中在對壓力襪的壓力分布設計和測量及壓力襪在醫療方面的治療效果上，少數學者研究了壓力襪在日常生活中的應用效果。如Weiss等[7]通過研究發現，低壓強的壓力襪可改善因工作需長期站立而導致的腿部疼痛感、不舒服感和腫脹感。倪海燕[8]的研究顯示，壓力襪的壓力不僅與壓力襪本身的梯度設計有關，還與人體曲率有關。壓力會增加皮膚的血流流速，促進血液循環，但壓力越大，壓迫感越明顯，從而使人體產生強烈的酸痛感。

2.2 壓力襪原理的應用

研究表明，適當的服裝壓力在運動方面有緩解肌肉疲勞、提高運動員的耐力和爆發力等作用。很多品牌運動服企業借鑒醫療壓力襪的原理設計和生產壓力運動輔助產品，通過向體表施加特定的壓力來加快人體的血流量和供氧量，從而降低運動員的疲勞感，提高運動中的表現力，同時也為肌肉提供支撐和保護，減少運動損傷[9]。由此衍生出的代表產品如腹帶(護腰)和緊身衣等。

腹帶是穿無尾服時在腹部配備的一種帶狀服飾[10]。腹帶一詞最早源于西亞和南亞地區，自15世紀開始在歐洲使用。目前，腹帶按用途可分為兩類：醫用腹帶和運動腹帶。醫用腹帶主要是保護腰椎的局部制動和穩定性。在健身運動過程中，腰部是許多動作的發力點，其作用不容忽視，而腹帶在提高運動效果及預防運動受傷的作用也越來越大，因此運動腹帶受到不少運動愛好者推崇[11]。

如今市面上的運動腹帶產品較多，如廈門和新科技有限公司生產的MASS21牌束腰帶(圖2)，采用氯丁橡膠制備，該腰帶彈性好且性能穩定。其他腹帶產品如LAVIEBLVD公司生產的LaVIE牌壓縮腹帶(圖3)，H?ter公司生產的的束腰帶(圖4)，EzyFit公司的運動壓縮腹帶(圖5)等。然而，國內外大多數學者都在醫用腹帶的治療效果方面進行了研究，關于運動腹帶的研究較少，運動腹帶對人體生理指標的影響也鮮有探討。

圖2 MASS21束腰帶

圖3 La.VIE壓縮腹帶

圖4 H?ter束腰帶

圖5 EzyFit壓縮腹帶

2.3 緊身衣的壓力影響

20世紀90年代，緊身衣首次出現在田徑賽場上，它在運動中的功能主要通過“緊身”來體現，即服裝壓。隨著研究的深入，學者們發現，同壓力襪相同，緊身衣在運動中可緩解肌肉疲勞、減少肌肉損傷并提高運動的表現力。有研究表明，皮膚壓會導致直腸溫度的升高，同時對皮膚的血流量，人體的血壓、心血管、心率、內臟器官等產生影響[12-13]。但也有研究顯示，緊身衣對提高運動表現力無效，甚至還會促使肌肉產生疲勞。其原因是緊貼皮膚的緊身服會隨著身體的移動而產生一定的變形，當皮膚與服裝之間的摩擦力增大而阻礙運動時，皮膚與服裝間的無用功增加，從而使肌肉產生疲勞。

目前，國內外大多數的研究都著眼于運動服壓力在人體運動中的表現及其影響。Brownlie等[14]的研究顯示，皮膚熱應力隨服裝在皮膚表面覆蓋面積的增加而提高。因此在高溫環境下，穿著壓力褲可能會影響運動效果。Goh[15]等人分別在10 ℃和32 ℃的恒溫條件，讓10名穿著壓力褲和10名未穿著壓力褲的運動員跑步20 min，然后測量各運動員的耗氧量、直腸和皮膚溫度、呼吸氣體交換率和心率、疲勞時間和疲勞程度。研究表明，在32 ℃的恒溫條件下，穿著壓力褲和未穿著壓力褲的運動員的直腸和皮膚溫度無明顯差異，即在高溫環境中，壓力褲并不會影響運動員的成績，且相對沒有穿著壓力褲的對照組而言，穿著壓力褲可縮短運動員的疲勞時間并減小他們的疲勞程度。作者分析認為壓力褲會對運動員的生理和心理產生正面影響，從而提高運動員跑步的積極性。栗宏霖等[16]對8名穿著與未穿著壓力褲的受試者在低負荷運動前后的生化指標——血乳酸、丙二醛(MDA)和血清總超氧化物歧化酶(SOD)的測試分析表明，壓力褲會對下肢施加一定壓力，有利于促進腿部的血液循環，加快細胞代謝物的排出，維持較高的血壓，有利于體內物質的交換，促進乳酸代謝，減少運動后的恢復時間。

壓力是否越大越好？張琳[17]檢測了25名大學生在打籃球時其上半身各肌肉群的表面，肌電信號數據顯示，中等服裝壓最有利于維持單位動作的電位傳導速率，從而緩解肌肉疲勞；而高、低等服裝壓對緩解疲勞無作用，較大的服裝壓甚至可能誘發疲勞的產生。吳昕穗等[18]人的研究也表明，在騎行過程中，合適的褲裝壓力可有效緩解疲勞，零壓力和高壓力對緩解肌肉疲勞沒有效果，反而有可能會誘發肌肉疲勞，與張琳的研究結果相同。Nakahashi等[19-20]研究發現，穿著高壓力褲時出現皮膚血流，皮膚溫度、心率和體內溫度下降的現象。陳金鰲等[21]指出，穿著壓力較大的服裝在高強度運動中會加速肌肉疲勞，加劇局部肌肉中微血管的形變，降低目標肌肉的供氧量，進而減慢乳酸等代謝廢物的清除速度。王明等[22]研究發現，上裝壓力與人體形變量有較高的相關性，服裝壓力的增加會導致人體皮膚形變，進而引發肌肉拉傷和肌疲勞。以上研究結果均表明，較大的服裝壓力會影響人體生理動態平衡，增加人體的不適感，影響人們的身心健康。

3 運動服裝的壓力舒適性

合適的服裝壓力對運動健身有積極影響，并能降低人體運動的疲勞感。服裝壓對人體的影響程度可通過壓力值進行表征。人體的著裝壓力舒適閾為一個范圍值，不同強度的運動所需要的服裝壓力不同[23]。文獻[24]表明，人體較為舒適的服裝壓強為1.96～3.92 kPa，不舒適的臨界值服裝壓強為5.88～9.81 kPa，服裝與人體皮膚毛細血管的血壓平均值約為7.85 kPa[25]。相關研究顯示，人體頸部的壓強舒適閾值為1.05 kPa，大于1.258 kPa會使人將感覺不舒適[26]；女性文胸肩帶的舒適壓強值約為3.12 kPa，下胸圍杯罩邊緣相切處的壓強舒適范圍為1.46～2.30 kPa[27]；緊身胸衣舒適壓強范圍為2.94～4.90 kPa[28]；女性調整型腹帶的舒適壓強值不超過2.46 kPa[29]；人體大腿前部、后部和臀部的舒適壓強值分別為1.27、0.88和0.78 kPa[30]。

然而，大部分學者研究的壓力閾值為靜態指標，實際上人體運動時各部位需要承受的壓強比靜態時約高1.96 kPa[31]。Sasaki等[32]研究了動態的服裝壓，研究證明服裝壓與主觀壓力感受呈線性相關，且隨受壓時間、運動狀態和人體部位的不同而變化。人體通常所需的服裝舒適壓為0.49～2.60 kPa。測量儀器和實驗條件的差異也會導致同一部位的同一服裝壓產生偏差，如男性短襪襪口的壓強舒適閾值的偏差約為0.69 kPa[33-34]。

隨著人們體育鍛煉意識的提高，消費者對運動服的要求也越來越高，除面料和款式的要求外，對服裝舒適性的需求日益凸顯。張慧敏等[35]根據芯吸作用和差動毛細效應，綜合利用Coolmax纖維 (四管道異性型聚酯纖維) 的超強排汗導濕功能與竹原纖維優異的吸濕散濕性能，設計了3種不同混紡比的導濕快干雙層織物，該雙層織物具有良好的導濕快干特性。

人體各部位的生理和物理指標在不同運動條件下有較大的差異，如皮膚的拉伸率、出汗量等，因此運動服的分區設計對于維持人體著裝舒適性有重要作用[36]。人體體表可劃分為16個部分[37]，吳海燕等[38]按照溫度和濕度對這16個部分進行聚類統計，將人體分為5大熱濕區，對含有不同纖維組分(天絲，大豆蛋白纖維，莫代爾，棉纖維，竹纖維)的針織面料進行拼接，發現新型面料在運動中有較快的熱量散失和濕度傳遞速率，潮濕感、熱感和黏體感較小，人體有良好的運動舒適性。張立蔓[39]基于人體出汗圖譜[40-41]和排球的動作特點，分區設計了一款適合排球運動穿著的運動服套裝，但該套裝的運動效果有待進一步探討。董婉婷[36]106基于人體出汗圖譜將出汗率分為高、中和低3個等級，從針織物結構出發設計服裝，發現具有挑洞結構的服裝可顯著降低運動中人體高出汗區的濕度，降低受試者的平均皮膚溫度，提高著裝舒適性。在運動后的恢復階段也能有效促進汗液蒸發，緩解體表熱感和皮膚濕感。黃麗萍[42]則基于壓力舒適性設計了一款壓力分區的連體泳裝。楊子田等[43]基于心率及主觀疲勞對女子緊身跑步褲進行了壓力的分區設計，研究表明，小腿后側肌肉最易產生主觀疲勞，是需要重點加壓的區域。大腿前肌肉群在跑步過程中參與度較高，需根據不同的穿著人群設計不同的服裝壓。中高強度鍛煉的跑步人群適合穿著具有中高壓的運動服，而中低壓的運動服則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對跑步運動貢獻不大，加壓后對肌肉和人體的主觀感受無明顯影響，這些部位可不做加壓設計。

4 發展趨勢

服裝、人體及兩者之間的相互作用對運動效果影響較大。前人的研究多數集中于服裝對運動效果的驗證方面，雖然部分學者也考慮了人體的壓力與熱濕分布，但分析較為籠統，分區設計精確度較低。研究報道缺乏適用于人體運動時穿著的壓力服及從纖維、紗線到組織結構的一體化服裝設計，加之個體差異較大，人體工學方面的研究也較為不足，對其進行精確性的考量和利用仍面臨很大的挑戰。因此，在以后的研究中，一方面需將服裝材料向人體工學過渡，以人為本，讓服裝去適應人。另一方面，在不影響運動服功能的前提下，尋找合適的低碳環保服裝加工材料。