陸阿明，戴曉群，陳金鰲，王國棟

人體著裝后，體表接觸面積會受到由服裝自重產(chǎn)生的重量壓和裹緊身體而產(chǎn)生的束縛壓[1,2]。近年來，有報道認(rèn)為服裝束縛壓有助于人體運(yùn)動中損傷率降低、肌疲勞延緩甚至提升運(yùn)動表現(xiàn)[3-5]，從而使緊身運(yùn)動服在體育運(yùn)動領(lǐng)域得到推廣與普及[6-9]，并受到越來越多研究者的關(guān)注[10-14]。本研究試圖運(yùn)用表面肌電圖技術(shù)，探索外加不同程度緊身束縛在連續(xù)下蹲跳至力竭過程中對下肢主要發(fā)力肌肉活動的影響及其可能的內(nèi)在機(jī)制，以期為緊身運(yùn)動服在競技比賽、運(yùn)動訓(xùn)練和大眾健身等實(shí)踐中的應(yīng)用提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)對象與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對象

隨機(jī)選取的12名健康成年男性自愿者，年齡：（22.5±1.6）歲，身高：（173.6±4.3） cm，體重：（69.9±5.6） kg。

1.2 實(shí)驗(yàn)器材

1.2.1 瑞士 Kistler Quattro Jump 9290AD 縱跳訓(xùn)練分析系統(tǒng)

包括Kistler Quattro Jump測力臺（920mm×920mm）和Kistler Quattro Jump電腦分析軟件。

1.2.2 表面肌電圖信號分析系統(tǒng)

包括德國Biovision 16通道多導(dǎo)運(yùn)動生物電紀(jì)錄分析系統(tǒng)；12 bit模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)；上海勵圖醫(yī)療器材有限公司生產(chǎn)的LT-301型一次性氯化銀Ag/AGL皮膚表面電極；DASYLab9.0采集與分析軟件；MATLab7.0數(shù)學(xué)軟件。

1.2.3 AMI氣囊式著裝生理舒適性壓力測試系統(tǒng)

主要包括AMI Techno Co. LTD研發(fā)的壓力轉(zhuǎn)換器和氣囊型壓力傳感器，可測試0～34 kPa范圍內(nèi)的壓力，測量精度達(dá)到±（0.2～0.45） kPa，DC電壓輸出功率0～3.4 V，能夠測量柔軟面較小的接觸壓力。

1.2.4 著裝束縛壓裝置

選擇SkinsTM男性自行車運(yùn)動員專用梯度壓縮式緊身運(yùn)動長褲。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 連續(xù)下蹲跳至力竭測試

要求受試者熱身后，分別身著無束縛壓的寬松長褲（壓力值0 kPa）、輕度束縛壓長褲[壓力值（1.05±0.03 ）kPa]、中度束縛壓長褲[壓力值（2.12±0.05） kPa]、高度束縛壓長褲[壓力值（3.32±0.09） kPa]，在Kistler測力臺上完成連續(xù)最大努力下蹲跳測試。

受試者保持雙手叉腰姿勢，在測力臺上站定后盡力下蹲，并盡快全力向上跳起，落地緩沖站穩(wěn)后再開始下一次動作。下蹲跳的節(jié)奏由節(jié)拍器控制，每3 s跳一次，直至力竭為止。為避免機(jī)體在運(yùn)動測試后產(chǎn)生的超量恢復(fù)效應(yīng)對下一次測試造成影響，要求同一受試者在每次運(yùn)動測試結(jié)束后必須間隔72 h以上才能進(jìn)行下一次測試。

1.3.2 表面電極肌電圖（sEMG）信號的采集與分析

使用MATLab 7.0數(shù)學(xué)軟件對從下肢主要肌群（股內(nèi)肌、股外肌、股直?。┎杉降膕EMG原始信號進(jìn)行全波整流和平滑處理[15]，然后取力竭前11次完成下蹲跳動作所得到的均方根振幅（RMS）和中心頻率（CF）肌電指標(biāo)分別進(jìn)行時域分析和頻域分析，得出RMS值和CF值。其中，sEMG信號的采樣頻率為1000 Hz，肌電導(dǎo)出的時間常數(shù)為0.001 s，濾波帶寬10 ～500 Hz，高頻阻斷2000 Hz。

1.3.3 sEMG指標(biāo)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

為排除受試者之間的個體差異，盡量減小其對統(tǒng)計(jì)結(jié)果的影響，以力竭前第11次完成下蹲跳時的RMS和CF原始值分別作為RMS和CF指標(biāo)的參照值，記為：X1；再將隨后10次下蹲跳至力竭過程中每一次RMS和CF的原始值（記為：Xi，其中i＝1,2,3,…10）分別除以各自的參照值X1，從而得到RMS和CF指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，記為：X'i（i＝1,2,3,…10）；最后再將X'i的值乘以100%，即以百分比形式表示。標(biāo)準(zhǔn)化處理的計(jì)算公式如下[16-18]：

其中，X'i為第i次RMS和CF指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，Xi為第i次RMS和CF指標(biāo)的原始值，X1為力竭前第11次完成下蹲跳時RMS和CF指標(biāo)的原始值。

1.4 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析

應(yīng)用SPSS 13.0軟件對所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在各組數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布且方差齊性的前提下，采用單因素方差分析考察外加不同束縛壓對下肢肌肉活動的影響；再以無束縛壓時的RMS和CF為基準(zhǔn)，采用LSD法進(jìn)行不同束縛壓均值的Post Hoc檢驗(yàn)（事后多重比較檢驗(yàn)），統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)水準(zhǔn)α＝0.05。所有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（±S）表示，顯著性差異用P＜0.05表示，極顯著性差異用P＜0.01表示。

2 研究結(jié)果

將受試者下肢主要肌群（股內(nèi)肌、股外肌、股直肌）力竭前所完成的最后11次下蹲跳次數(shù)依次記為T11～T1，即T1次結(jié)束后，下肢肌肉處于力竭狀態(tài)。

2.1 不同束縛壓時下肢肌RMS(%)值的變化

連續(xù)下蹲跳至力竭過程中，下肢主要發(fā)力肌群RMS(%)值在4組不同外加束縛壓下的整體變化趨勢如圖1所示。將T10～T1分別與T11的RMS(%)值進(jìn)行One-way ANOVA比較檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)各組的RMS(%)值整體普遍隨蹲跳次數(shù)的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。

圖1 不同束縛壓下蹲跳至力竭前的RMS(%)值變化示意圖(*P＜0.05)Figure 1 Variation of RMS(%) in CMJ to Exhaustion under the Different Bound Preessure ((**PP＜00..0055))

進(jìn)一步對各組下蹲跳在疲勞末期的RMS(%)值降低幅度進(jìn)行基于One-way ANOVA的多重比較檢驗(yàn)，表1結(jié)果顯示：輕度束縛壓與無束縛壓之間RMS(%)值的降低趨勢及幅度無顯著性差異(P＞0.05)，中度束縛壓較無束縛壓的RMS(%)值降低幅度有所下降(P＜0.05)，而高度束縛壓較無束縛壓的RMS(%)值降低幅度則有所增加(P＜0.05)。

2.2 不同束縛壓時下肢肌CF(%)值的變化

連續(xù)下蹲跳至力竭過程中，下肢主要發(fā)力肌群CF(%)值在4組不同外加束縛壓下的整體變化趨勢如圖2所示。將T_10～T1分別與T11的CF(%)值進(jìn)行One-way ANOVA比較檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)各組的CF(%)值僅在疲勞后期普遍隨蹲跳次數(shù)的增加呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。

圖 2 不同束縛壓下蹲跳至力竭前的CF(%)值變化示意圖(*P＜0.05)Figure 2 Variation of CF(%) in CMJ tto Exhaustion under the Different Bound Pressure (* P＜0.05)

進(jìn)一步對各組下蹲跳在疲勞末期的CF(%)值降低幅度進(jìn)行基于One-way ANOVA的多重比較檢驗(yàn)，表2結(jié)果顯示：輕度束縛壓與無束縛壓之間CF(%)值的降低趨勢及幅度無顯著性差異(P＞0.05)，中度束縛壓較無束縛壓的CF(%)值降低幅度有所下降(P＜0.05)，而高度束縛壓較無束縛壓的CF(%)值降低幅度則有所增加(P＜0.05)。

3 分析與討論

本實(shí)驗(yàn)中，受試者在一側(cè)下肢處于不同緊身束縛壓狀態(tài)下完成全力連續(xù)下蹲跳至力竭的運(yùn)動測試。通過肌電分析發(fā)現(xiàn)，與無緊身束縛相比，輕度緊身束縛對下肢主要肌群sEMG的整體變化特征無明顯影響，均觀察到均方根振幅RMS(%)值隨蹲跳次數(shù)的增加先增大后減小，中心頻率CF(%)值在疲勞后期有所下降；而中度緊身束縛使肌肉疲勞末期RMS(%)值的減小幅度降低，CF(%)值的降低程度減弱；高度緊身束縛則使肌肉疲勞末期RMS(%)值的減小幅度上升，CF(%)值的降低程度增加。

在眾多有關(guān)下肢等長和等動肌力測試的研究報道中，sEMG時域指標(biāo)RMS和頻域指標(biāo)CF隨局部肌肉疲勞的發(fā)生分別表現(xiàn)出逐漸增加和逐漸降低的趨勢[19-23]。這可能是由于目標(biāo)肌群部分肌纖維的收縮能力隨運(yùn)動時間的延長逐漸下降，為保持預(yù)定肌力與速度，機(jī)體必須募集新的肌纖維參加收縮，因此導(dǎo)致激活的運(yùn)動單位數(shù)目不斷增多，放電總量增大，RMS逐漸增加。在本研究中，局部肌肉疲勞是持續(xù)發(fā)展直至力竭，機(jī)體所能募集的所有肌纖維收縮能力均出現(xiàn)衰竭，放電總量減小，因而RMS在運(yùn)動后期有所降低；頻域方面，CF在疲勞后期主要以低頻電位活動為主的慢肌(ST)纖維來參與肌肉收縮，加之局部乳酸等代謝廢物的激增及細(xì)胞膜興奮性的下降，均促使肌纖維傳導(dǎo)速度降低，肌電頻率下降，CF逐漸向肌電功率譜FFT曲線的低頻轉(zhuǎn)移[19,24-25]。

表1 不同束縛壓下蹲跳至力竭前RMS(%)值的降低幅度差異一覽表（±S）TableⅠ Diference of the Decrease Range of RMS(%) in CMJ to Exhaustion under the Different Bound Pressure （±S）

表1 不同束縛壓下蹲跳至力竭前RMS(%)值的降低幅度差異一覽表（±S）TableⅠ Diference of the Decrease Range of RMS(%) in CMJ to Exhaustion under the Different Bound Pressure （±S）

注：▲ 表示與無束縛壓下蹲跳相鄰次數(shù)之間RMS(%)值的降低幅度相比具有顯著性差異（P＜0.05）

無束縛壓 輕度束縛壓 中度束縛壓 高度束縛壓T5～T4 3.28±0.25 3.38±0.19 2.91±0.10 3.98±0.12 T4～T3 1.41±0.39 1.52±0.41 1.41±0.38 2.40±0.09 T3～T2 3.74±0.22 3.25±0.26 2.56±0.24 ▲ 4.66±0.33 ▲T2～T1 2.77±0.18 2.28±0.23 1.16±0.29 ▲ 4.49±0.26 ▲

表2 不同束縛壓下蹲跳至力竭前CF(%)值的降低幅度差異一覽表（±S）TableⅡ Diference of the Decrease Range of CF(%) in CMJ to Exhaustion under the Different Bound Pressure （±S）

表2 不同束縛壓下蹲跳至力竭前CF(%)值的降低幅度差異一覽表（±S）TableⅡ Diference of the Decrease Range of CF(%) in CMJ to Exhaustion under the Different Bound Pressure （±S）

注：◆ 表示與無束縛壓下蹲跳相鄰次數(shù)之間CF(%)值的降低幅度相比具有顯著性差異（P＜0.05）

無束縛壓 輕度束縛壓 中度束縛壓 高度束縛壓T5～T4 0.89±0.79 0.92±0.13 0.42±0.16 1.16±0.52 T4～T3 1.46±0.98 1.49±0.51 0.49±0.32◆ 1.79±0.47 T3～T2 2.07±0.83 2.03±0.86 0.78±0.27◆ 2.47±0.16◆T2～T1 2.54±0.45 2.49±0.17 0.52±0.11◆ 3.13±0.65◆

實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，相對輕度緊身束縛，中度緊身束縛明顯減小了肌肉疲勞末期RMS(%)和CF(%)值的降低幅度，表明其有助于維持力竭前肌力的輸出功率和動作電位的傳導(dǎo)速率，對運(yùn)動性肌疲勞產(chǎn)生積極影響。綜合相關(guān)研究報道認(rèn)為，只有在人體表面施加一定程度的緊身壓迫，才可以使機(jī)體獲得足夠的物理支持，增強(qiáng)跳躍運(yùn)動中下肢各運(yùn)動環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性[26,27]，同時避免脂肪、肌肉等軟組織產(chǎn)生不必要的振動。國外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)[28-30]，運(yùn)動員穿著壓力短褲進(jìn)行最大努力下蹲跳時，可以顯著減輕腳落地時大腿肌肉的振動速度和幅度。而肢體振動的減弱可以節(jié)省能量消耗，因而有利于保持運(yùn)動能力。Duffield等人[31]研究表明，運(yùn)動員穿著壓力服進(jìn)行10 min（10次/分鐘）蛙跳訓(xùn)練，每分鐘蛙跳距離的減少量比不穿壓力服時顯著降低；Kraemer等人[28,32]研究表明，運(yùn)動員穿著壓力短褲進(jìn)行反復(fù)最大下蹲跳，平均彈跳力量和功率比穿著寬松運(yùn)動短褲時有顯著提高。此外，參考傅維杰等人[33]的研究，認(rèn)為較高程度的局部壓迫還可能在一定程度上通過改變下蹲跳過程中快肌和慢肌纖維的募集比例來影響臨近力竭時的肌肉活動。

本研究還發(fā)現(xiàn)，高度緊身束縛使肌肉疲勞末期RMS(%)和CF(%)值的降低幅度顯著增長，由此推斷，過高的外加壓迫在持續(xù)跳躍運(yùn)動中可能會對局部肌肉活動產(chǎn)生不利影響。已有報道認(rèn)為，在大強(qiáng)度有氧運(yùn)動至疲勞階段，高度緊身壓迫有加速肌肉疲勞的趨勢[27]，但并未完整揭示肌肉疲勞至力竭時的肌電活動特征。因此，與之對照，從本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了高度緊身束縛在肌肉疲勞至力竭過程中的副作用。究其原因可能是外部較高的機(jī)械壓迫在人體全力下蹲階段加劇了局部肌肉中微血管的形變，導(dǎo)致局部毛細(xì)血管內(nèi)的血流更新速率減慢，代謝廢物增多，肌肉供氧量不足，Ph值相應(yīng)升高，從而引發(fā)肌細(xì)胞膜電位超級化，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)K+外流；而K+外流的增加又會抑制細(xì)胞膜電位超級化，使細(xì)胞膜的興奮性下降，肌纖維的傳導(dǎo)速度降低。

4 結(jié)論

連續(xù)下蹲跳至力竭過程中，外加輕度緊身束縛對下肢肌肉活動無明顯影響；外加中度緊身束縛有利于維持力竭前肌力的輸出功率和動作電位的傳導(dǎo)速率，對下肢肌肉疲勞后期的活動有積極影響；而外加高度緊身束縛則在一定程度上會加速下肢肌肉疲勞后期的力竭進(jìn)程。

[1] 王佳,戴曉群,劉國聯(lián).淺談服裝壓力及其對人體的影響[J].現(xiàn)代絲綢科學(xué)與技術(shù),2007,(5):20–22.

[2] 劉紅,陳東生,魏取福.服裝壓力對人體生理的影響及其客觀測試[J].紡織學(xué)報,2010,31(3):138–142.

[3] BRINGARD A, PERREY S, BELLUYE N. (2006). Aerobic energy cost and sensation responses during submaximal running exercise--positive effects of wearing compression tights [J]. Int J Sports Med, 27(5): 373-378.

[4] DUFFIELD R, PORTUS M. (2007). Comparison of three types of full-body compression garments on throwing and repeat-sprint performance in cricket players [J]. Br J Sports Med, 41(7): 409-414.

[5] HOUGHTON LA, DAWSON B, MALONEY SK. (2009).Effects of wearing compression garments on thermoregulation during simulated team sport activity in temperate environmental conditions [J]. J Science Med Sport, 12(2): 303-309.

[6] 梁子青.新式奧運(yùn)連體緊身運(yùn)動服[J].天津紡織科技,2001,39(03):50–52.

[7] DUFFIELD R, EDGE J, MERRELLS R, et al. (2008). The effects of compression garments on intermittent exercise performance and recovery on consecutive days [J]. Int J Sports Physiol Perform,3(4): 454-468.

[8] JOYCE C J, BERNIER J N, PERRIN D H. (1994). Effects of external compression on isokinetic muscular endurance of the quadriceps and hamstring muscle groups [J]. Isokinet and Exercise Science, 4: 81-84.

[9] LAMBERT S. (2005). A cross-over trial on the effects of gradient compression garments (Sport Skins TM) during exercise and recovery [J]. J Science Med Sport, 8(4 Supplement): 222.

[10] 李曉慧.功能性運(yùn)動服裝的前景研究[J].北京體育大學(xué)學(xué)報,2005,28(3):426–427.

[11] 傅維杰,劉宇,等.緊身裝備在體育科學(xué)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀與展望[J].中國體育科技,2011,47(2):114–120.

[12] HIGGINS T, NAUGHTON G A, BURGESS D. (2009). Effects of wearing compression garments on physiological and performance measures in a simulated game specific circuit for netball [J]. J Science Med Sport, 12(1): 223-226.

[13] TRENELL M I, ROONEY K B, SUE C M, et al. (2006).Compression garments and recovery from eccentric exercise: a 31P-MRS study [J]. J Sport Science Med, 5(1): 106-114.

[14] WALLACE L, SLATTERY K, COUTTS A. (2006). Compression garments: do they influence athletic performance and recovery [J].Sports Coach, 28(4): 38-39.

[15] 羅炯,金季春.表面肌電的處理方法及在體育科研中的應(yīng)用前景[J].山東體育學(xué)院學(xué)報,2005,21(2):56–58.

[16] 羅旋.不同形式跑臺運(yùn)動過程中下肢肌表面肌電圖的變化特征[D].蘇州:蘇州大學(xué),2009.

[17] 王樂軍,黃勇,龔銘新,等.10s全力踏蹬自行車運(yùn)動過程中股直肌sEMG活動特征研究[J].體育科學(xué),2010,30(11):50–55.

[18] 王樂軍,黃勇,龔銘新,等.運(yùn)動性肌肉疲勞過程中主動肌與拮抗肌sEMG相干性分析[J].體育科學(xué),2011,31(10):79–84.

[19] 王健,金小剛.表面肌電信號分析及其應(yīng)用研究[J].中國體育科技,2000,36(8):26–28.

[20] 郭慶芳,劉佩清,袁新華.肌肉疲勞時表面肌電圖與其深層運(yùn)動單位電位、積分、頻譜的變化[J].體育科學(xué),1982,2(3):52–56.

[21] 高強(qiáng),尹吟青.表面肌電圖自動分析的應(yīng)用[J].中國運(yùn)動醫(yī)學(xué)雜志,1985,4(2):95–102.

[22] 王瑞元,盧鼎厚.極限負(fù)荷斜蹲過程中股外肌肌電信號變化及針刺和靜力牽張對其恢復(fù)過程的影響[J].北京體育學(xué)院學(xué)報,1991,17(3):32–39.

[23] 楊曉曄.表面肌電對青年男子股四頭肌的疲勞評價[D].北京:北京體育大學(xué),2004.

[24] 封飛虎,黃瑞馨.疲勞前后肌電圖的頻域特征[J].上海體育學(xué)院學(xué)報,1996,20(1):31–36.

[25] 王國祥,李長宏.肘關(guān)節(jié)等速運(yùn)動過程中表面肌電圖的變化特征[J].中國臨床康復(fù),2004,(12):2346–2348.

[26] KUSTER M S, GROB K, KUSTER M, et al. (1999). The benefits of wearing a compression sleeve after ACL reconstruction [J].Med Sci Sports Exerc,31(3): 368-371.

[27] 陳金鰲,陸阿明,王國棟,等.不同程度緊身壓迫對踏蹬運(yùn)動中股內(nèi)側(cè)肌sEMG變化特征的影響[J].體育科學(xué),2012,32(7):22–31.

[28] KRAEMER W J, BUSH J A, NEWTON R U, et al. (1998).influence of a compressive garment on repetitive power output production before and after different types of muscle fatigue [J].Sports Med, Training Rehab, 8(2): 163-184.

[29] SHIM J, DOAN B K, NEWTON R U, et al. (1999). Effects of a lower-body compression garment on warm-up time and jump performance [J]. J Strength Cond Res.

[30] DOAN B K, KWON Y H, NEWTON R U, et al. (2003). Evaluation of a lower body compression garment [J]. J Sports Sci, 21(8): 601-610.

[31] DUFFIELD R, CANNON J, KING M. (2010). The effects of compression garments on recovery of muscle performance following high-intensity sprint and plyometric exercise [J]. J Science Med Sport, 13(1): 136-140.

[32] KRAEMER W J, BUSH J A, BAUER J A, et al. (1996). influence of compression garments on vertical jump performance in NCAA division I volleyball players [J]. J Strength Cond Res, 10(3): 180-183.

[33] 傅維杰,劉宇,熊曉潔,等.外加彈性緊身裝置對田徑運(yùn)動員下肢肌力、疲勞與肌肉活動的影響[J].中國運(yùn)動醫(yī)學(xué)雜志,2010,29(6):631–635.