贾雪如 薛文良 魏嘉彬

1. 东华大学 纺织学院(中国) 2. 中国纺织信息中心(中国)

服装压力是表征着装后人体运动舒适性的重要指标之一。多项研究表明，服装压力是影响运动效果的重要因素。服装压力最早开始于对医用压力袜的研究，它在运动领域的应用潜力也引起了诸多学者的关注。本文对服装压力的形成因素及分类应用进行了系统的归纳和说明，对服装压力在运动方面的应用进行了总结，为深入研究紧身运动服装提供参考，也为企业紧身运动服装的设计和生产提供指导。

1 服装压力的形成和影响因素

服装压力是着装后，服装与人体体表动态接触产生的正压力导致肌肤变形，从而给人体深层皮肤带来的压迫感。服装压力主要有3种形式：质量压、束缚压和面压。质量压即服装因自身质量而产生的压力。这也是人们在冬季感觉行动不便，身体受限的主要原因。束缚压因服装勒系紧而产生，是影响服装力学舒适性的主要因素，也是服装压力在人体的主要表现形式。束缚压过大会对人体产生不良影响，如影响呼吸与消化系统等。面压是人体运动时，由于服装面料弹性不足、服装宽松量不够，面料与人体摩擦力过大，即服装与人体接触产生的压力而导致人体无用功消耗的增加[1-4]。影响服装压力的因素主要有人体和服装两个方面。

1.1 人体

人体体表曲率半径：对于紧身服装而言，服装对人体的压力主要源于束缚压。面料被人体撑开而产生张力，进而产生压强，压强P可由式(1)所示的Laplace定理求得。

(1)

式中:Tj、Tw——面料经向和纬向的张力，N/m；

Rj、Rw——面料经向和纬向的曲率半径，m。

由式(1)可知，相同压力下，人体体表曲率半径越小，所受束缚压越大。

人体姿势和动作对服装压力的影响也表现在人体体表曲率的改变上。人体动作或姿势会使身体相应部位产生变形和位移，体表曲率改变，从而导致局部服装压的变化。若服装有足够的宽松量，则人体动作及姿势的改变对服装束缚压无明显影响。

人体皮肤及皮下软组织的力学特性：人体不同部位的肌肉与脂肪含量不同，弹性系数也不同。脂肪较多的部位弹性系数较小且有一定的缓冲作用，在外界压力下易产生变形与位移，服装压力较小。反之，服装压力较大。

1.2 服装

服装宽松量：当服装本身的宽松量足够时，即服装与人体留有较多的空隙，二者无接触状态时，服装压力较小，对人体的束缚也小。

服装面料的弹性模量：若服装面料具备一定的弹性，即服装面料本身有较大的弹性模量，则服装压力较小。反之，服装压力较大。

2 服装压力的分类与应用

2.1 压力袜的分类

最初的压力袜用于治疗腿部血管的静脉曲张。静脉曲张形成的主要原因是血管因先天或人体长时间维持相同姿势导致管壁膜变薄弱，血液蓄积下肢， 静脉瓣膜破坏而产生较高的静脉压使浅静脉的隆起和扩张，血管突出皮肤表面的症状。应用压力袜产生的压力来治疗腿部静脉曲张是较为广泛且有效的方法。该治疗方法到目前已有400多年的历史，其原理是通过向小腿肌肉施加外部压力，增加组织间的压力，静脉回流从而降低静脉的高压，最终可确保腿部静脉血液的正常流动[5]。

最早出现的紧身服可追溯到对压力袜的模仿和应用上。FZ/T 73031—2009《压力袜》中把压力袜定义为踝部至袜口方向的压力呈梯度变化(图1)，穿着时有压迫感，运动时有舒张感的袜子。不同类别压力袜各部位规定的压力如表1所示。

图1 压力袜各部位分布图

表1 压力袜各部位的最小压强分布 单位：kPa

随着社会的发展和科学研究技术的进步，压力袜的优点逐渐为人们所熟知。根据应用领域的不同，压力袜可大致分为医疗型压力袜、运动型压力袜和日常(商务型)压力袜。其中，用于专业医疗界的医疗型压力袜的压强值较大，通常在2.6 kPa以上；运动型压力袜的压强为在2.0～2.6 kPa；日常(商务型)压力袜的压强值通常为1.3～2.0 kPa，适用于久坐办公、缺乏运动的人群穿着[6]。

目前，国内外关于压力袜的研究大多数集中在对压力袜的压力分布设计和测量及压力袜在医疗方面的治疗效果上，少数学者研究了压力袜在日常生活中的应用效果。如Weiss等[7]通过研究发现，低压强的压力袜可改善因工作需长期站立而导致的腿部疼痛感、不舒服感和肿胀感。倪海燕[8]的研究显示，压力袜的压力不仅与压力袜本身的梯度设计有关，还与人体曲率有关。压力会增加皮肤的血流流速，促进血液循环，但压力越大，压迫感越明显，从而使人体产生强烈的酸痛感。

2.2 压力袜原理的应用

研究表明，适当的服装压力在运动方面有缓解肌肉疲劳、提高运动员的耐力和爆发力等作用。很多品牌运动服企业借鉴医疗压力袜的原理设计和生产压力运动辅助产品，通过向体表施加特定的压力来加快人体的血流量和供氧量，从而降低运动员的疲劳感，提高运动中的表现力，同时也为肌肉提供支撑和保护，减少运动损伤[9]。由此衍生出的代表产品如腹带(护腰)和紧身衣等。

腹带是穿无尾服时在腹部配备的一种带状服饰[10]。腹带一词最早源于西亚和南亚地区，自15世纪开始在欧洲使用。目前，腹带按用途可分为两类：医用腹带和运动腹带。医用腹带主要是保护腰椎的局部制动和稳定性。在健身运动过程中，腰部是许多动作的发力点，其作用不容忽视，而腹带在提高运动效果及预防运动受伤的作用也越来越大，因此运动腹带受到不少运动爱好者推崇[11]。

如今市面上的运动腹带产品较多，如厦门和新科技有限公司生产的MASS21牌束腰带(图2)，采用氯丁橡胶制备，该腰带弹性好且性能稳定。其他腹带产品如LAVIEBLVD公司生产的LaVIE牌压缩腹带(图3)，Höter公司生产的的束腰带(图4)，EzyFit公司的运动压缩腹带(图5)等。然而，国内外大多数学者都在医用腹带的治疗效果方面进行了研究，关于运动腹带的研究较少，运动腹带对人体生理指标的影响也鲜有探讨。

图2 MASS21束腰带

图3 La.VIE压缩腹带

图4 Höter束腰带

图5 EzyFit压缩腹带

2.3 紧身衣的压力影响

20世纪90年代，紧身衣首次出现在田径赛场上，它在运动中的功能主要通过“紧身”来体现，即服装压。随着研究的深入，学者们发现，同压力袜相同，紧身衣在运动中可缓解肌肉疲劳、减少肌肉损伤并提高运动的表现力。有研究表明，皮肤压会导致直肠温度的升高，同时对皮肤的血流量，人体的血压、心血管、心率、内脏器官等产生影响[12-13]。但也有研究显示，紧身衣对提高运动表现力无效，甚至还会促使肌肉产生疲劳。其原因是紧贴皮肤的紧身服会随着身体的移动而产生一定的变形，当皮肤与服装之间的摩擦力增大而阻碍运动时，皮肤与服装间的无用功增加，从而使肌肉产生疲劳。

目前，国内外大多数的研究都着眼于运动服压力在人体运动中的表现及其影响。Brownlie等[14]的研究显示，皮肤热应力随服装在皮肤表面覆盖面积的增加而提高。因此在高温环境下，穿着压力裤可能会影响运动效果。Goh[15]等人分别在10 ℃和32 ℃的恒温条件，让10名穿着压力裤和10名未穿着压力裤的运动员跑步20 min，然后测量各运动员的耗氧量、直肠和皮肤温度、呼吸气体交换率和心率、疲劳时间和疲劳程度。研究表明，在32 ℃的恒温条件下，穿着压力裤和未穿着压力裤的运动员的直肠和皮肤温度无明显差异，即在高温环境中，压力裤并不会影响运动员的成绩，且相对没有穿着压力裤的对照组而言，穿着压力裤可缩短运动员的疲劳时间并减小他们的疲劳程度。作者分析认为压力裤会对运动员的生理和心理产生正面影响，从而提高运动员跑步的积极性。栗宏霖等[16]对8名穿着与未穿着压力裤的受试者在低负荷运动前后的生化指标——血乳酸、丙二醛(MDA)和血清总超氧化物歧化酶(SOD)的测试分析表明，压力裤会对下肢施加一定压力，有利于促进腿部的血液循环，加快细胞代谢物的排出，维持较高的血压，有利于体内物质的交换，促进乳酸代谢，减少运动后的恢复时间。

压力是否越大越好？张琳[17]检测了25名大学生在打篮球时其上半身各肌肉群的表面，肌电信号数据显示，中等服装压最有利于维持单位动作的电位传导速率，从而缓解肌肉疲劳；而高、低等服装压对缓解疲劳无作用，较大的服装压甚至可能诱发疲劳的产生。吴昕穗等[18]人的研究也表明，在骑行过程中，合适的裤装压力可有效缓解疲劳，零压力和高压力对缓解肌肉疲劳没有效果，反而有可能会诱发肌肉疲劳，与张琳的研究结果相同。Nakahashi等[19-20]研究发现，穿着高压力裤时出现皮肤血流，皮肤温度、心率和体内温度下降的现象。陈金鳌等[21]指出，穿着压力较大的服装在高强度运动中会加速肌肉疲劳，加剧局部肌肉中微血管的形变，降低目标肌肉的供氧量，进而减慢乳酸等代谢废物的清除速度。王明等[22]研究发现，上装压力与人体形变量有较高的相关性，服装压力的增加会导致人体皮肤形变，进而引发肌肉拉伤和肌疲劳。以上研究结果均表明，较大的服装压力会影响人体生理动态平衡，增加人体的不适感，影响人们的身心健康。

3 运动服装的压力舒适性

合适的服装压力对运动健身有积极影响，并能降低人体运动的疲劳感。服装压对人体的影响程度可通过压力值进行表征。人体的着装压力舒适阈为一个范围值，不同强度的运动所需要的服装压力不同[23]。文献[24]表明，人体较为舒适的服装压强为1.96～3.92 kPa，不舒适的临界值服装压强为5.88～9.81 kPa，服装与人体皮肤毛细血管的血压平均值约为7.85 kPa[25]。相关研究显示，人体颈部的压强舒适阈值为1.05 kPa，大于1.258 kPa会使人将感觉不舒适[26]；女性文胸肩带的舒适压强值约为3.12 kPa，下胸围杯罩边缘相切处的压强舒适范围为1.46～2.30 kPa[27]；紧身胸衣舒适压强范围为2.94～4.90 kPa[28]；女性调整型腹带的舒适压强值不超过2.46 kPa[29]；人体大腿前部、后部和臀部的舒适压强值分别为1.27、0.88和0.78 kPa[30]。

然而，大部分学者研究的压力阈值为静态指标，实际上人体运动时各部位需要承受的压强比静态时约高1.96 kPa[31]。Sasaki等[32]研究了动态的服装压，研究证明服装压与主观压力感受呈线性相关，且随受压时间、运动状态和人体部位的不同而变化。人体通常所需的服装舒适压为0.49～2.60 kPa。测量仪器和实验条件的差异也会导致同一部位的同一服装压产生偏差，如男性短袜袜口的压强舒适阈值的偏差约为0.69 kPa[33-34]。

随着人们体育锻炼意识的提高，消费者对运动服的要求也越来越高，除面料和款式的要求外，对服装舒适性的需求日益凸显。张慧敏等[35]根据芯吸作用和差动毛细效应，综合利用Coolmax纤维 (四管道异性型聚酯纤维) 的超强排汗导湿功能与竹原纤维优异的吸湿散湿性能，设计了3种不同混纺比的导湿快干双层织物，该双层织物具有良好的导湿快干特性。

人体各部位的生理和物理指标在不同运动条件下有较大的差异，如皮肤的拉伸率、出汗量等，因此运动服的分区设计对于维持人体着装舒适性有重要作用[36]。人体体表可划分为16个部分[37]，吴海燕等[38]按照温度和湿度对这16个部分进行聚类统计，将人体分为5大热湿区，对含有不同纤维组分(天丝，大豆蛋白纤维，莫代尔，棉纤维，竹纤维)的针织面料进行拼接，发现新型面料在运动中有较快的热量散失和湿度传递速率，潮湿感、热感和黏体感较小，人体有良好的运动舒适性。张立蔓[39]基于人体出汗图谱[40-41]和排球的动作特点，分区设计了一款适合排球运动穿着的运动服套装，但该套装的运动效果有待进一步探讨。董婉婷[36]106基于人体出汗图谱将出汗率分为高、中和低3个等级，从针织物结构出发设计服装，发现具有挑洞结构的服装可显著降低运动中人体高出汗区的湿度，降低受试者的平均皮肤温度，提高着装舒适性。在运动后的恢复阶段也能有效促进汗液蒸发，缓解体表热感和皮肤湿感。黄丽萍[42]则基于压力舒适性设计了一款压力分区的连体泳装。杨子田等[43]基于心率及主观疲劳对女子紧身跑步裤进行了压力的分区设计，研究表明，小腿后侧肌肉最易产生主观疲劳，是需要重点加压的区域。大腿前肌肉群在跑步过程中参与度较高，需根据不同的穿着人群设计不同的服装压。中高强度锻炼的跑步人群适合穿着具有中高压的运动服，而中低压的运动服则适合低强度运动或追求主观舒适感的跑步人群。大腿后群肌肉和小腿前群肌肉对跑步运动贡献不大，加压后对肌肉和人体的主观感受无明显影响，这些部位可不做加压设计。

4 发展趋势

服装、人体及两者之间的相互作用对运动效果影响较大。前人的研究多数集中于服装对运动效果的验证方面，虽然部分学者也考虑了人体的压力与热湿分布，但分析较为笼统，分区设计精确度较低。研究报道缺乏适用于人体运动时穿着的压力服及从纤维、纱线到组织结构的一体化服装设计，加之个体差异较大，人体工学方面的研究也较为不足，对其进行精确性的考量和利用仍面临很大的挑战。因此，在以后的研究中，一方面需将服装材料向人体工学过渡，以人为本，让服装去适应人。另一方面，在不影响运动服功能的前提下，寻找合适的低碳环保服装加工材料。