梯度壓力襪發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用*

東華大學(xué)服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院， 上海 200051

我國(guó)大約有2億慢性下肢靜脈疾病患者，發(fā)病率在5%～30%[1]。壓縮治療法是針對(duì)這類疾病較為便捷的方式，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，其中穿著梯度壓力襪進(jìn)行治療是最有效的[2]。

梯度壓力襪可以給人體下肢提供沿腳踝至大腿方向遞減的壓力，被越來(lái)越多地應(yīng)用于各類因下肢血流回流阻塞所產(chǎn)生的慢性下肢靜脈疾病的治療和預(yù)防，以及運(yùn)動(dòng)塑型等方面。在壓縮治療法中，梯度壓力襪的彈性種類、壓力等級(jí)、壓力傳遞模式、材料類型、加工方式是對(duì)治療效果起重要作用的主要影響因素，如圖1所示。這些因素同時(shí)會(huì)影響梯度壓力襪的拉伸強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度等力學(xué)性能，以及梯度壓力襪在實(shí)際應(yīng)用中的壓力分布和穿著舒適度等[3]1124，[4]。

1 梯度壓力襪的發(fā)展歷程

梯度壓力襪是穿著時(shí)具有壓迫感，運(yùn)動(dòng)時(shí)有舒張感的襪子[5]。梯度壓力襪會(huì)對(duì)穿著者的腿部施加沿腳踝至大腿方向遞減且定量的壓力，使腿部得到被動(dòng)拉伸，下肢靜脈血液能順利回流[6]10。在歷史上，古埃及人最早發(fā)明非彈性(剛性)繃帶[7]。1848年，英國(guó)人Willian Brown用天然橡膠制造了第一雙醫(yī)用壓力襪；之后，英國(guó)人Jonathan Sparks在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，在橡膠表面包覆棉花，提高了穿著者腿部皮膚與醫(yī)用壓力襪接觸的舒適感；1960年以來(lái)，合成彈性纖維逐漸被用于制造醫(yī)用壓力襪[3]1125。如今，在醫(yī)用壓力襪領(lǐng)域出現(xiàn)了各種新型纖維與織物，以及不斷創(chuàng)新發(fā)展的編織工藝。

圖1 壓縮治療法中治療效果的主要影響因素

2 梯度壓力襪的紗線材料發(fā)展現(xiàn)狀

如圖2所示，梯度壓力襪的織物結(jié)構(gòu)主要由兩部分構(gòu)成：嵌入紗層和地組織。嵌入紗層一般由以襯墊方式嵌入的紗線(即“嵌入紗”)構(gòu)成，它的厚度一般大于地組織，并且位于襪子內(nèi)表面。嵌入紗決定梯度壓力襪的彈性性能，是確保襪子具有壓縮功能的關(guān)鍵因素。

圖2 梯度壓力襪的織物結(jié)構(gòu)示意

在梯度壓力襪所采用的紗線材料中，嵌入紗通常為彈力包覆紗，使襪子具有符合預(yù)期要求的厚度、緊度和剛度。嵌入紗由芯層的彈力芯紗和外層的包覆紗構(gòu)成，其中彈力芯紗主要采用橡膠、乳膠、氨綸、錦綸等原材料，包覆紗則主要采用天然纖維(如棉、羊毛等)或合成纖維長(zhǎng)絲(如滌綸、錦綸、丙綸等)。包覆紗通常為單層或雙層，既控制嵌入紗的拉伸長(zhǎng)度和張力，又對(duì)彈力芯紗起保護(hù)作用，其包覆工藝尤其重要，常見(jiàn)的有旋轉(zhuǎn)包覆[6]11、纏繞包覆[8]1393、噴氣包覆[9]47、單層或雙層包覆[3]1129，具體如圖3所示。

圖3 包覆紗的包覆工藝

包覆紗目前有利用新型功能性材料的，如使用遠(yuǎn)紅外纖維可促進(jìn)血液和水分子的流動(dòng)性，改善人體微循環(huán)和供氧狀態(tài)，再如使用石墨烯納米材料可提高穿著舒適性及抗菌性等，其中研究最多的是記憶高分子材料。NARAYANA等[10]263認(rèn)為急需要解決的問(wèn)題是醫(yī)用壓力襪對(duì)人體下肢所提供的壓力能根據(jù)外部因素進(jìn)行控制或調(diào)整，提出利用壓力記憶聚合物(Stress-memory Polymercis)設(shè)計(jì)智能醫(yī)用壓力襪，所研制的襪子可以提供靜態(tài)壓力、按摩作用和簡(jiǎn)易的尺寸擬合功能。KUMAR等[11]得到了通過(guò)外部加熱刺激實(shí)現(xiàn)醫(yī)用壓力襪的壓力控制和調(diào)節(jié)同時(shí)滿足的條件，提出采用形狀記憶聚氨酯和錦綸長(zhǎng)絲混紡形成紗線，其在襪子壓力低于目標(biāo)水平時(shí)通過(guò)加熱即可回復(fù)初始狀態(tài)，也可以將襪子的低等級(jí)壓力提高至高等級(jí)壓力，并且能適應(yīng)穿著者不同腿型和長(zhǎng)度等需求。

除了紗線材料方面的不斷探索，有很多學(xué)者對(duì)梯度壓力襪所采用的紗線材料與襪子的壓力及舒適性的關(guān)系進(jìn)行了探討。JIN等[12]為了獲得醫(yī)用壓力襪的最優(yōu)壓縮效果，通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)錦綸和氨綸組成的復(fù)合紗線的斷裂強(qiáng)度隨著氨綸線密度的增加而增大。NARAYANA等[10]264研究發(fā)現(xiàn)，滌綸、錦綸、棉纖維、黏膠纖維和彈力纖維等材料會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生松弛，難以達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間維持醫(yī)用壓力襪目標(biāo)壓力水平的目的?？罗盵6]38在嵌入紗中加入棉纖維和天絲纖維，結(jié)果表明這能提高醫(yī)用壓力襪對(duì)水分的吸收與傳導(dǎo)能力，從而使人體下肢與襪子之間的濕摩擦作用降低。BRUNIAUX[13]建立了嵌入紗的力學(xué)性能模型，并比較了由此模型計(jì)算得到的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與測(cè)試得到的測(cè)試數(shù)據(jù)之間的差異，證明通過(guò)描述嵌入紗的彈性性能可以推斷醫(yī)用壓力襪的力學(xué)性能，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制梯度壓力襪，針對(duì)不同患者的具體需求或根據(jù)不同的治療方式等，在不同階段更有效地治療慢性下肢靜脈疾病。

綜上，梯度壓力襪所使用的紗線材料的發(fā)展主要在于嵌入紗外層的包覆紗的原材料創(chuàng)新上。從傳統(tǒng)的天然纖維和合成纖維長(zhǎng)絲到各種新型功能性材料的出現(xiàn)，梯度壓力襪正逐漸變得更加智能。隨著對(duì)梯度壓力襪所使用的各種紗線材料與壓力和舒適性的關(guān)系的進(jìn)一步研究，根據(jù)患者的實(shí)際需求實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制逐漸成為熱點(diǎn)。

3 梯度壓力襪的織物結(jié)構(gòu)及編織工藝的發(fā)展現(xiàn)狀

梯度壓力襪對(duì)人體下肢施加的壓力由織物變形產(chǎn)生，分段壓力主要通過(guò)線圈排列密度的變化而產(chǎn)生，并且受具有一定彈性的嵌入紗在各部段的織入長(zhǎng)度控制[9]46。

圓機(jī)和橫機(jī)是兩種主要編織設(shè)備。圓機(jī)制作的梯度壓力襪較美觀且制作時(shí)間短[8]1395。橫機(jī)通常用于織造高等級(jí)壓力的梯度壓力襪，但是成品上會(huì)存在拼縫。

梯度壓力襪如圖4所示：最上面的貼邊及最下面的襪頭常采用雙層平針組織，即1+1假羅紋組織[14]1781[圖5(a)]；主體即襪身部分(包括襪筒、襪面和襪底)廣泛采用緯平針+襯墊組織[圖5(b)]，其既能保證紗線產(chǎn)生相應(yīng)等級(jí)的壓力，又能形成網(wǎng)孔效應(yīng)，提高梯度壓力襪的透氣性，例如美國(guó)Medlin公司生產(chǎn)的EMS抗血栓襪的襪身部分采用單珠地+氨綸襯墊組織，在保證壓力的同時(shí)形成四孔效應(yīng)，改善了壓力襪的透氣性[9]47；腳后跟部分常采用緯平針組織[圖5(c)]。目前全球最大的醫(yī)用壓力襪制造商德國(guó)Medi公司釆用軟彈力編織工藝(Soft Elastic)，可以最大程度地減少梯度壓力襪對(duì)腳址和腳掌的活動(dòng)限制，提高穿著舒適度[15]6。

圖4 梯度壓力襪示意

圖5 梯度壓力襪常用組織示意

梯度壓力襪整體的彈性性能與織物性能有著不可分割的關(guān)系。SIKKA等[14]1779為了設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)應(yīng)用于人體肢體部位的繃帶性能，獲得期望的壓縮效果，研究了不同種類的高壓縮繃帶的材料結(jié)構(gòu)和拉伸性能的關(guān)系，得出高壓縮繃帶的彈性性能取決于繃帶的設(shè)計(jì)模式、織物密度和嵌入的彈力紗根數(shù)等因素。高彈性的彈力紗和緊密的織物結(jié)構(gòu)能增加繃帶在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)附著于肢體部位的作用力，并且適合重復(fù)使用。LIU等[8]1391利用基于人體工效學(xué)的三維無(wú)縫編織技術(shù)設(shè)計(jì)制作了壓力襪，分別在人體下肢和木腿上進(jìn)行壓縮性能測(cè)試，分析壓力襪和人體在動(dòng)態(tài)交互時(shí)的工作機(jī)理、壓力襪壓力的影響因素和壓力大小及其分布，得出站立姿態(tài)下的壓力比仰、臥姿態(tài)下的壓力高186.6 Pa。LIU等[16]通過(guò)測(cè)試8雙處于兩個(gè)不同壓力等級(jí)的梯度壓力襪所產(chǎn)生的壓力，得出不同壓力等級(jí)的壓力差異是由織物的拉伸強(qiáng)度、剪切剛度和抗彎剛度的差異導(dǎo)致的。給定一個(gè)固定的拉力，拉伸強(qiáng)度越大、剪切強(qiáng)度和抗彎剛度越小的織物所產(chǎn)生的壓力越小。SARI等[17]認(rèn)為目前有關(guān)醫(yī)用壓力襪的研究工作主要聚焦于原材料的特性、織物結(jié)構(gòu)和編織工藝，他們研究了影響醫(yī)用壓力襪壓力的因素，并用試驗(yàn)證明了提高織物緊度、嵌入紗的喂紗張力和紗線細(xì)度可以增加襪子的橫向壓力，其中嵌入紗的細(xì)度的影響最大；襪子的壓力與織物的厚度、密度和面密度呈正相關(guān)，與嵌入紗的彈性呈負(fù)相關(guān)?；诖?，可以在生產(chǎn)前預(yù)估梯度壓力襪成品的壓縮性能。

綜上，設(shè)計(jì)一雙壓力大小且壓力分布合理的梯度壓力襪，需要對(duì)襪子不同部位的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并將影響襪子壓力及其分布的主要因素調(diào)整到最優(yōu)，如提高織物密度、嵌入紗的根數(shù)和喂紗張力可提高梯度壓力襪所產(chǎn)生的壓力，改變織物的拉伸強(qiáng)度、剪切剛度和抗彎剛度能產(chǎn)生不同等級(jí)的壓力，改善梯度壓力襪無(wú)法產(chǎn)生理想的壓力分布或反壓力分布等情況[18-19]。

4 梯度壓力襪的功能性應(yīng)用

4.1 塑型保健

健康的人體腿部，其血液流動(dòng)正常，如圖6(a)所示。然而，有一部分人的腿部的血液流動(dòng)出現(xiàn)了異常，嚴(yán)重時(shí)會(huì)形成靜脈曲張，如圖6(b)、(c)所示。長(zhǎng)時(shí)間靜坐或站立的人，其肌肉容易產(chǎn)生疲勞，并在地心引力作用下，腿部的血液流動(dòng)受到阻礙；懷孕期間的準(zhǔn)媽媽，因其盆腔靜脈受到胎兒壓迫及體內(nèi)荷爾蒙發(fā)生改變，腿部的血液循環(huán)也會(huì)受到不良影響。這些人應(yīng)適時(shí)穿著梯度壓力襪，以預(yù)防下肢靜脈疾病。

(a) 正常血液流動(dòng)

(b) 異常血液流動(dòng)

(c) 靜脈曲張腿部照片

此外，梯度壓力襪還有美體瘦腿的保健作用，能使局部皮膚營(yíng)養(yǎng)不良得到改善，緩解疲勞感，并且能對(duì)腿部產(chǎn)生均衡的橫向壓力支撐，防止腿部贅肉下垂，保持腿型美觀。長(zhǎng)期穿用梯度壓力襪，可以使腿部肌肉得到持續(xù)的壓縮、收緊、聚攏和提拉，最終達(dá)到美化腿型的效果[15]9。

4.2 疾病預(yù)防與治療

對(duì)于下肢靜脈曲張患者，根據(jù)發(fā)病部位及病變程度選擇適合長(zhǎng)度和相應(yīng)壓力等級(jí)的襪子，能夠有效緩解病情。對(duì)于靜脈血栓栓塞癥患者，可以在藥物治療的同時(shí)，使用長(zhǎng)筒梯度壓力襪預(yù)防血栓后綜合征。對(duì)于血栓栓塞后綜合征導(dǎo)致的腿部輕度水腫患者，可以使用梯度壓力襪緩解。對(duì)于因淋巴液回流障礙致使淋巴液在皮下積累引發(fā)肢體腫脹的患者，穿著梯度壓力襪能增強(qiáng)局部組織代謝活動(dòng)，有效促進(jìn)淋巴液回流與淋巴管再生。對(duì)于突然起立導(dǎo)致眩暈的起立性低血壓患者，GRANBERRY等[20]研制了集合智能材料的無(wú)約束壓力襪，其壓力可控，適用于不同的活動(dòng)狀態(tài)。對(duì)于糖尿病患者，在高血糖的長(zhǎng)期影響下，下肢血管較易形成血栓，從而導(dǎo)致組織病變，形成糖尿病足，穿著具有一定功能性的壓力襪產(chǎn)品能夠進(jìn)行有效治療和預(yù)防。

4.3 運(yùn)動(dòng)保護(hù)

運(yùn)動(dòng)員會(huì)出現(xiàn)靜脈曲張、抽筋、脛骨內(nèi)側(cè)應(yīng)力綜合征等病癥，穿著梯度壓力襪能夠改善心臟輸出，在相同的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度下可以減少心臟的負(fù)擔(dān)，并且減少肌肉的橫向運(yùn)動(dòng)，減輕跟腱牽引和肌肉損傷。世界各國(guó)的高水平運(yùn)動(dòng)員經(jīng)常使用基于無(wú)拼縫的TXG運(yùn)動(dòng)傷害防護(hù)彈力襪產(chǎn)品，其可以保證運(yùn)動(dòng)員受到均衡的彈力，防止肌肉拉傷或扭傷，并在運(yùn)動(dòng)防護(hù)和運(yùn)動(dòng)成績(jī)的提高方面起到積極作用[15]10。BOVENSCHEN等[21]首次測(cè)量了穿著梯度壓力襪狀態(tài)下人體腿部的體積尺寸變化，證明穿著梯度壓力襪能使跑步者在運(yùn)動(dòng)期間和運(yùn)動(dòng)后的腿部水腫及疲勞感下降。BRINGARD等[22]通過(guò)試驗(yàn)證明在跑步運(yùn)動(dòng)中穿著緊身連衣褲可以增強(qiáng)人體的血液循環(huán)，減少肌肉震動(dòng)，從而在給定速度下消耗較低的能量。

5 結(jié)語(yǔ)

近幾年人們對(duì)梯度壓力襪所使用的紗線原料不斷進(jìn)行創(chuàng)新，對(duì)其織物結(jié)構(gòu)和編織工藝積極完善，對(duì)紗線和織物的結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能與梯度壓力襪的壓力大小及其分布之間的關(guān)系有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，有不少學(xué)者開(kāi)始研究根據(jù)患者的不同需求進(jìn)行個(gè)性化梯度壓力襪的設(shè)計(jì)制作，但是在實(shí)際使用中普遍存在主要由濕摩擦作用引起的穿脫困難及腿部不適等問(wèn)題。如進(jìn)一步提高梯度壓力襪與人體皮膚接觸的友好性、耐洗性、形變回復(fù)性，可提高壓力襪的臨床治療效果。另外，人的腳踝部位是不規(guī)則的，而它是梯度壓力襪設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部位，因此該部位的壓力分布需進(jìn)一步深入研究。

綜上，提高對(duì)壓縮治療法中所應(yīng)用的梯度壓力襪的認(rèn)識(shí)，能夠促進(jìn)基于梯度壓力襪的下肢靜脈疾病的治療，以及醫(yī)療保健、醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域中相關(guān)技術(shù)紡織品的增長(zhǎng)。