摘 要:為了使壓力襪各部分壓力分布及結構設計更加合理，進而提高人體穿著後的壓感舒適性，提升壓力襪對人體的功能性作用。針對壓力襪在應用過程中存在的問題，如:應力衰竭、熱舒適性差、梯度壓力分布不合理等，通過回顧有關壓力襪的壓力分布及壓力測量方式，介紹了直接測量法、間接測量法的優點與不足，對壓力襪在醫療與運動領域的功能性應用進行了總結，在提出解決方案的同時從生產方式、舒適性、動態壓力分布3個方面對壓力襪的未來發展趨勢進行展望，為探討壓力襪下一步的研究方向提供參考。
壓力襪作為功能保健紡織品，在醫療領域與體育運動領域已經得到廣泛應用。 調查資料表明，歐美地區下肢靜脈曲張的患病率接近30%，在中國，患慢性下肢靜脈疾病的人數將近1億，患病率高達8.89%，且每年新增發病率為0.5% ~ 3.0%[1] 。治療下肢靜脈疾病多採用加壓療法。1986年，Unna使用固定施壓、壓力襪和壓力繃帶療法對慢性下肢靜脈疾病進行治療[2]。除了應用在醫療領域，穿著壓力襪可在運動過程中減輕肌肉損傷和跟腱的牽引，對運動員起到較好的保護作用，Bovenschen等[3]測量了人體腿部在穿著梯度壓力襪時體積尺寸變化，驗證了運動者在運動後的腿部水腫及疲勞感可以通過穿著梯度壓力襪 得到緩解。Kevin Baige等[4]通過對穿著下肢緊身衣的運動員進行一系列實驗，得出壓力襪可提高身體的平衡能力。雖然壓力襪易於操作，治療效果顯著，然而仍存在一些問題，比如:壓力襪梯度壓力設計的合理性通常是在腿模上進行測試和判定，與實際人體下肢的肌肉壓力分布有一定差異[5]。研究表明，市面上 98%的醫療壓力襪都不能產生令人滿意的壓力梯度分布，且其中54%以上的產品會產倒梯度分布[6] ，除此之外，壓力襪的壓力舒適性以及熱濕舒適性也有待進一步改善。近年來，國内外對壓力襪的研究主要聚焦在壓力襪的功能效果及醫用輔助治療、静態壓力的分布以及壓力模型的建立等方面，對壓力襪動態壓力分布研究較少[7]。本文通過對國内外有關壓力襪的研究文獻進行綜述，概括了壓力襪壓力測量的方法，總結國内外對壓力襪的研究進展，分析目前壓力襪研究中存在的問題和不足，並提出進一步的研究方向。
1 壓力襪概述
壓力襪是一種具有保健和防護功能的紡織品，與我們平常所穿的襪子不同的是壓力襪有著更高的設計要求，如壓力分布、舒適性能。壓力襪的作用原理是在腳踝處建立最高支撐壓力並逐漸往上壓力遞減，在小腿肚位置減到其壓力最大值的70%到90%，在大腿處減到其壓力最大值的25%到45%，即循序減壓[8]。 利用壓力襪對下肢的這種作用方式，在醫學中可利用其來改善和預防慢性下肢靜脈疾病，在體育運動中則可以對腳踝、肌腱等處產生防護作用。
1.1 壓力襪的壓力等級與壓力分布
壓力襪的壓力等級是根據施加於踝部的壓力而定，通常分為輕、中、强、很强4個等級，穿著者可依據自身條件選擇不同等級的壓力襪。2009年，我國制定了有關壓力襪的行業標準FZ/T 73031-2009《壓力襪》，其中對壓力襪的壓力進行了规定，如表1所示。
FZ/T 73031-2009 中有關壓力的規定描述較簡單，對壓力襪的壓力等級也没有進行劃分，之後出台的YY/T 0853-2011《醫用靜脈曲張壓縮襪》不僅對壓力襪的等級進行了劃分，而且對各壓力等級下的壓力範圍進行了規定，這2 個標準的壓力測試都是在腿模上進行的。對於不同等級的壓力襪，壓力等級越高，對腿部施加的壓力越大，人體所受到的壓迫感和酸痛感也越明顯。
壓力襪的壓力分布可分為靜態壓力分布和動態壓力分布，標準的壓力分布是由底端向上逐漸遞減，以促進遠端血液向心臟的回流。宮魯蜀等[9]通過對中筒壓力襪進行穿著實驗，發現人體在静止時壓力襪的壓力分布符合規定的壓力分布標準，但是當人體處於運動狀態時，壓力分布規律不再符合壓力襪的壓力梯度要求。Partsch H等[10]在2006年研究得出，壓力襪選擇的依據應該由人體所受到的實際壓力分布和大小來確定，而不是壓力等級，2012年又提出，不同生產商供應的產品，即使標註為同一壓力等級，不同的人穿著後也會形成不同的的壓力分布，因此穿著壓力襪後的壓力分布狀態必需明確确。
1.2 壓力襪壓力測量方法
對緊身服裝進行壓力測試可以為服裝結構優化以及著裝舒適性改良提供基處數據。壓力襪產生的壓力可以借助壓力測量設備對模型或人體直接進行 測量，還可採用理論推斷以及數字模擬方法獲得壓力值[11]。測量壓力的實驗設備主要分為氣壓式和壓力傳感器式，2種測試方法操作簡單，但是只能對某一點的壓力值進行測試，無法測試具體某一接觸面的壓力值，且在壓力點的選取方面具有一定的操作要求[12]。隨著傳感技術的發展，傳感器與現代電腦輔助軟體相結合，借助軟體產生信號完成壓力的測試功能，從而在服裝壓力測試過程中來實現對其控制和數據處理[13]。Ning J等[14]在測量繃帶對人體產生的壓力時採用了最新研製的智能套筒壓力監測器，並比較了3種類型儀器的準確性。直接測量法操作方便、簡單，但容易受到操作者及受試者生理和心理因素的影響，而且很難在多次重複實驗下得到相同的結果。
利用軟體假人測試壓力是近幾年興起的服裝壓力測試方法，與直接測量法相比，軟體假人間接測試方法可以避免由於受試者的心理因素和個體情況差異產生的影響，並可進行多次重複實驗，提高結果的準確性。然而，軟體假人在製作過程中只是模擬人體的構造和弹性，不同材料的使用容易使實驗結果產生偏差。Swantko等[15]以男性短筒襪子為研究對象，使用壓力測試儀分別測量短筒襪子對人體腳和模型腳的壓力，並得出結論:穿在人腳上的短筒襪子的壓力小於穿在模型腳上的短筒襪子的壓力。因此，為了使軟體假人更接近人體，還需不斷改進軟體假人的製作材料。
除了以上實際測量方法外，理論研究法和有限元法也是模擬服裝壓力及其分布的常用方式。這2種方式都以三維人體建模為基礎，再通過電腦模擬或數學建模進行壓力分布運算。其中，有限元法可將複雜的壓力問題轉化為簡單的位移變化問題，是目前常用的壓力模擬方法。Dai等[16]建立三維實體模型，用有限元法精確預測人體下肢與壓力襪相互作用，結果表明，有限元模擬實驗與客觀測量的結論基本保持一致，證明了有限元模擬的有效性。
2 壓力襪的功能性應用
2.1壓力襪在醫療保健方面的應用研究
公元前４世紀有資料記載，行軍數天的羅馬士兵意識到在腿部綁上緊箍可以減輕腿部疲勞[17]。中世紀時，醫生們發現了壓迫對身體產生的有益效 果，他們使用壓縮繃帶、石膏敷料和狗皮製成繫帶長襪，並用來緩解腿部水腫[18]。隨著19世紀中期彈性長襪的發展，以及Charles Goodyear於1839年發現了一種可以增加橡膠彈性和耐用性的硫化工藝，彈性壓縮襪的使用越來越普及。1839年，醫學博士Watson [19]提到一種彈性長襪在治療一名患有特雷諾綜合症的23歲婦女的静脈曲張時具有顯著效果。然而，這種完全由橡膠線製成的長襪舒適性不佳，長期穿著會導致皮膚上汗液存留，穿脱困難。直到 Jonathan Sparks申請了一種將棉花和絲綢纏繞在橡膠線上的方法的專利，彈性絲襪才變得舒適和流行[20]。
壓迫療法是慢性静脈功能不全患者的基本治療方式。在日常工作活動中，低壓彈性加壓長筒襪可顯著減少患者的心血管疾病症状。Gniadecka M等[21]研究發現，患有慢性静脈功能不全(CVI)和脂肪性皮膚硬化症的患者穿著壓力襪時，用20MHz超聲波測量發現其皮内水腫有減少趨勢。Arpaia G等[22]研究發現，壓迫療法可以改善静脈功能不全患者的生活質量。在臨床上，患有下肢静脈曲張的病人可以通過穿戴壓力襪來緩解病情，降低腿部潰瘍復發的風險[23]，減輕患者的疼痛症狀。據Anes等[24]研究，壓力襪可以減少站立姿势下隱静脈的直徑，可以預防淺表血栓性静脈炎，改善傷口癒合，減少疼痛、瘀傷和血腫。Granberry等[25]研究得出醫用壓力襪有助於腿部潰瘍癒合，在腿圍没有明顯減少的情況下，應用輕度和中等程度的壓迫可從脂肪皮膚硬化症患者的真皮中去除部分水腫，減少潰瘍的產生。
壓力襪增加了深靜脈系統的血液流動，可迅速清除任何無意中進入深靜脈系統的硬化溶液，從而防止深靜脈系統的瓣膜受損[26]。對於靜脈血栓栓 塞症患者，長筒梯度壓力襪可以和藥物治療相配合，來預防血栓後綜合症[27]。在懷孕期間穿戴壓力襪已被證實可以減少孕婦心率的體位變化，防止子宫血管綜合症[28]。根據這些研究可以得出，懷孕期間穿著緊身衣可以預防或減少靜脈功能不全疾病的發生。在妊娠30至40周的孕婦中，使用3325 Pa分級壓力襪可將主觀不適感從82%降低至13%，並將水腫從75%降低至14% [29]。壓力襪對於經常從事站立職業的人來說很有幫助，利用壓力襪進行壓迫治療能夠改善由於長期站立導致的腿部腫脹[30]，恢復正常的淋巴引流[31]。壓力襪不僅可以在人體久站時發揮作用，Kinoshita等[32]通過對人體久坐進行實驗研究，得出壓力襪能降低久坐引起的肌肉血容量減少、氧合水平下降等負面問題的產生。
2.2壓力襪在運動防護方面的應用研究
如今，壓力襪等壓力服裝已廣泛應用於健身和體育領域，運動員和健身愛好者穿著壓力襪等緊身服裝可以有效減少肌肉拉伸，進而防止受傷[33-34]。Ambaher等[35]研究發現，在踝關節處穿著壓力服裝熱身後會導致皮膚温度升高，並且可使皮膚保持這個温度。此外，研究發現，壓力襪有助於降低血乳酸，提高運動能力，並顯著降低自主和誘發肌肉收縮特性的疲勞相關損傷，減少疲勞恢復時間[36-38]。MacRae等[39]研究發現，壓力襪等壓力服裝在體育運動中可減弱肌肉震盪，提高關節意識，改變運動期間的最大耗氧量，改變局部血流和蛋白質或代謝物的清除率，減輕肌肉腫脹，減少運動後恢復期間的肌肉酸痛。Espeit[40]通過研究踝關節肌肉的H反射，進一步確定穿著壓力襪對脊髓興奮性的影響，結果表明壓力襪可通過壓迫皮膚有效降低脊髓運動神經元的興奮性。
3 壓力襪在應用過程中存在的問題及發展趨勢
3.1 存在的問題
現有研究表明了壓力襪具有醫療保健、運動防護等功能，其操作簡單，功能效果明顯，但壓力襪在使用時還存在一些問題會使其防護功能及著裝舒適性受到影響。
比如:①應用於醫療與運動方面的壓力襪目前没有最佳的壓力標準，缺乏科學的指導來實現安全有效的壓迫療法[41]；②壓力襪在濕熱條件下的舒適 性差，在身體出汗後存在壓力襪穿脱較困難；③壓力襪對身體施加過大的壓力會影響生理平衡和骨骼發育；④穿著壓力襪時會導致行動不便，行動受到限制[42]；⑤壓力襪大多為批量化生產，未能根據人體體型變化進行個性化生產，且大多數壓力襪在著裝後短時間内會出現應力衰竭現象。這些存在的問題及缺陷需要在壓力襪的研發、設計和生產過程中不斷完善。
3.2 壓力襪發展趨勢
3.2.1定制化生產
壓力襪想達到較好的保健防護效果需要在人體上有合適的壓力分布。目前，壓力襪的生產方式主要分為批量化生產和定制化生產，定制化即依據個體尺寸差異製作壓力襪，可以解決消費者購買的壓力襪與人體所能承受壓力不匹配的問題。隨著科技的發展，壓力襪的定制逐漸實現數字化，可通過3D虛擬設計建立人體著裝模型[43]，運用仿真算法計算出具有規定壓力分布的壓力襪紙樣參數。
由於個性化定制需要投入大量的人力、物力和財力，操作較複雜，目前，壓力襪數字化定制技術尚不成熟，想要投入生產仍有待於研究人員進一步開發探索。
3.2.2 壓力襪舒適性能的提升
壓力襪的舒適性主要包括壓力舒適性、熱濕舒適性、接觸舒適性。壓力襪舒適性的改善可以通過材料創新、紗線編織工藝改良等來實現，如壓力襪的熱濕舒適性主要由織物布料液態水的傳輸功能決定，主要表現在濕潤能力和芯吸能力，因此，織物布料的液態水傳輸功能越好，壓力襪的熱濕舒適性則越好[44]；壓力襪的壓力舒適性還受到紗線材料、結構以及拉伸性能等影響，從紗線微觀結構方面進行深入研究，嘗試解決壓力襪隨著多次拉伸產生應力衰竭的問題，可以有效改善其壓力舒適性能。
近幾年，新型材料的研發可改善壓力襪的舒適性，如美國杜邦公司的Coolmax，此類纖維的吸濕排汗性能優異，未來在纖維原料研制方面不僅要考慮舒適性還要兼具良好的彈性。
3.2.3 壓力襪動態壓力分布的深入研究
壓力襪的動態壓力分布是進行壓力襪研究和改良的重要方向，穿著壓力襪時人體的壓力分布不是一成不變的，當人體著裝後處於運動狀態或下肢姿 勢發生變化時，壓力襪的壓力分布也在變化，明確壓力分布變化的機制才能使壓力襪的結構設計更加合理，同時最大限度地發揮壓力襪的防護性能。
壓力襪動態壓力的研究未來會更多的借助有限元建模法精細模擬著裝後的人體動態壓力分布，更好地解決在動態壓力下如何使壓力襪符合壓力分布 規律的問題，同時還要加大對動態壓力測試裝置的開發。
4結語
本文對壓力襪的研究進展進行整理，通過文獻查閱可知，近年來學者們對壓力襪、壓力服裝等方面的研究較重視。目前，有關壓力襪的研究多集中在壓分布、不同姿勢下壓力襪的壓力變化、利用有限元模擬穿著壓力襪時下肢壓力分布及變化等方面。研究表明，壓力襪在醫療保健方面可以有效改善下肢疾病，在運動防護方面能減少運動後的恢復時間，減少肌肉拉傷。
壓力襪目前仍存在一些不足之處需要進一步優化完善。如，有關壓力襪的梯度壓力分布還需要進行科學的設計，防止壓力襪出現倒梯度壓力分布；為了改善壓力襪的熱濕舒適性，需要對壓力襪材料進行優化，以便於人體出汗時的穿脱；如腳踝等某些特定部位的壓力分布還需進一步研究。