运动鞋湿度适度研讨

1前言

运动鞋的舒适性一直是人们关注的问题。鞋内温度和湿度是影响运动鞋舒适性的重要因素。在实际穿着过程中，运动鞋鞋腔的温度和相对湿度相互作用共同影响微气候环境，从而影响到脚的舒适性［8］。足部的舒适度取决于鞋对足与周围环境之间热湿交换的调节能力，即足、袜、鞋和鞋腔微环境之间生物热力学的综合平衡。运动鞋透气性能不好，鞋内热量散发较慢，聚集的热量会使鞋内温度升高，脚部产生闷热的不适感；反之，鞋内温度过低，足部会感觉到冷，同样感到不舒适。因此，鞋内温度是人体足部舒适性的重要反映。同样，鞋内湿度也能反映足部舒适性。湿度来自足部排汗形成的湿气。运动鞋透水汽性不好，脚部排汗产生的水汽无法透出鞋外，鞋内水汽大量聚集，湿度增大，脚部会感觉到潮湿的不适感。鞋类专家认为，当湿度超过80％的时候，人们更喜欢把鞋子脱掉；当湿度过低，脚部会感觉到干燥［6］。因此，运动鞋鞋腔内的温度和湿度是反映足部舒适性的两个重要指标。一些学者甚至认为，温度和湿度这两个因素对脚的舒适性起到了决定性作用［3，4］。但是，从国内、外文献看，目前很少有严格的实验研究说明鞋内温、湿度的增长与人舒适性感觉之间的关系，对于运动鞋温、湿度的测量一直没有找到太好的方法，对足部感觉舒适的温、湿度范围也不清楚。弓太生等［2］（2006）应用温、湿度测试仪对穿运动鞋慢跑30min的鞋腔温、湿度变化趋势进行研究，但这种方法的最大局限是每次测量时需要脱鞋，因而，对运动过程中的鞋内实时温、湿度测量不准确。代家群等［1］（2007）测量鞋的透气排湿性能采用每隔5min让受试者停止运动，测量鞋腔和足部7个部位的体表温度，以及袜子的重量，进而根据袜子的重量变化推知排湿性能。结果发现，试验期间脚体表温度始终高于鞋腔温度，鞋腔温度高于室外温度；脚体表各部位温度出现峰值的时间不一致；受试者左右脚湿度差异与优势侧有关；受试者主观感觉透气性好的运动鞋鞋腔温、湿度上升得慢，反之则快。施凯［5］（2009）提出，基于温、湿度和足底压力分布的一体化的无线测试装置，并对100名受试者行走30min过程中的鞋腔温、湿度和足底压力分布分别测量，但对如何使用测量仪器及具体测量方法等交待不清楚，对测试结果缺乏必要的解释和讨论。Maluf等［10］（2001）开发了可以测鞋内温、湿度和压强的仪器，传感器可以置于鞋垫上实时测量，但这一设备的温度和湿度传感器是分开的。Hall等［9］（2004）应用红外温度计对分别穿7种不同材料鞋底的鞋步行过程中拇趾、第1和第5跖骨头以及足跟4个部位的温度进行测量，发现足底各部分的温度变化只随着步行时间的延长发生变化，而与穿不同材料鞋底的鞋无关。对于温、湿度舒适性评价范围，行云［7］（2000）在其文章中提出，最舒适的鞋中温度应为24℃～32℃，相对湿度应在70％以下；施凯［5］（2009）的文章中认为，当鞋内湿度超过80％时，人们会希望脱掉鞋子，但这两篇文章却没有给出这些数据的来源或研究依据。因此，对于运动过程中运动鞋温、湿度的实时变化研究目前还比较缺乏，对运动鞋温、湿度舒适性评价还缺乏客观依据。本研究拟通过对运动员跑步过程中鞋内温、湿度的实时测量，寻找运动鞋内对应人脚不同部位的温、湿度变化规律，并且试图通过温、湿度变化的比较判断不同运动鞋之间的温、湿度舒适性差异，结合受试者的主观感觉对运动过程中温、湿度舒适性的评价进行研究。

2研究对象与方法

2．1研究对象25名北京体育大学田径项目2级运动员自愿作为受试者参加本研究测试。其中，男性10人，年龄21．1±1．10yr，身高177．0±4．94cm，体重66．6±4．62kg；女性15人，年龄20．8±0．58yr，身高168．1±2．74cm，体重57．7±4．40kg。选择实验对象的标准包括：1）男运动员所穿鞋号为41码，女性为38码；2）正常足非扁平足及高足弓；3）参加本研究测试之前半年内无下肢损伤史；4）身体状况良好。测试用鞋为3款李宁运动鞋，分别记为A、B和C。A款和B款为尼龙面料，但在鞋面设计上有区别，C款为皮革面料。\

2．2测试仪器采用自行研制的6通道有线传输温、湿度测试系统。该测试系统主要包括传感器、传感器数据线、控制器、数据传输线以及测试软件。测试软件能够实时自动保存温、湿度数据，采集频率设置为1Hz。温、湿度传感器为瑞士生产，大小为15×9×3mm，温度测量范围为－40℃～100℃，湿度测量范围为0％～100％RH，测温精度±0．4℃（25℃室温下），测湿精度±3．0％RH。

2．3测量方法1．测量位置和方式：每只鞋鞋垫前脚掌第1与第2跖趾关节处、足弓部及脚后跟部的对应位置刻与传感器大小相同的凹槽，分别放置3个温、湿度传感器并固定好，使受试者在穿鞋时没有异物感。传感器的数据线沿鞋内侧接出并固定在受试者大腿部和腰部上。用自行编制的测试软件实时采集温、湿度测量数据。2．测量方法和程序：要求受试者测试前1h不能参加运动。告知受试者实验的具体过程，记录受试者的性别、年龄、身高、体重、运动等级、是否汗脚等基本情况。每名受试者每天只能测试一双鞋，3种运动鞋分3天进行测试；同时，同一款鞋不能连续进行测试，在一双鞋测试完后马上对鞋进行干燥处理，并在恒温恒湿实验室中放置1h以上，以备下一个受试者进行测试。受试者每次测试前要先光脚在室内静候5min，然后穿统一的新运动袜。实验过程中，监控并保持每天室内的温度为23℃，相对湿度为40％左右，并保证测试时间内每天室内温度和相对湿度变化没有显著性差异。开始运动前，测量安静时鞋内温、湿度数据5min，然后受试者上跑台，按照既定速度设置完成30min运动。跑台速度设定为：3．0km／h，1min；3．2km／h，2min；5．4km／h，2min；7．2km／h，15min；11km／h，10min；共30min。女性受试者保持7．2km／h速度运动25min。受试者完成跑步后继续测量5min休息过程中（填写问卷状态时）的温、湿度。每次测试结束后让受试者对该款鞋填写主观舒适性调查量表。3．主观评价：采用主观问卷调查受试者的主观舒适性得分。本研究选择11等级的评价方法，即0代表非常不舒适，10代表非常舒适，所有受试者在短时间试穿后以及在跑台上运动30min后两次填写运动鞋舒适性量表，填写时保证其评分的有效性和合理性。

2．4数据处理所有受试者选取同样时间内的温、湿度数据，即选取运动前安静状态下最后2min至运动结束后2min共34min的温、湿度数据。数据统计采用SPSS17．0统计软件，不同部位之间比较，不同鞋之间比较，采用方差检验和配对样本t检验。统计学显著性定义P值小于0．05为有显著性差异，P值小于0．01为有非常显著性差异。

3研究结果

3．1运动过程中运动鞋内3部位温、湿度变化

3．1．1温度变化以受试者穿A款鞋为例，安静状态时，鞋内3部位平均温度分别为：前掌部30．1℃，足弓部31．7℃，足跟部29．9℃。足弓部温度比前掌部高1．6℃（P＜0．05），比后跟部高1．8℃（P＜0．05）；前掌部温度与后跟部相差0．2℃，没有显著性差异。安静状态下，鞋内3个部位的温度足弓部最高，后跟部温度最低。开始运动（图1横坐标上2min时）后，男、女受试者前掌部和后跟部的温度随着运动时间的增长均呈上升趋势，运动30min后，后跟部的温度逐渐稳定在34℃左右，前掌部的温度上升幅度则更大，女前掌部的最高温度均值达到36．4℃，男前掌部的温度达到37．3℃，原因可能是较长时间用前掌跑步30min后，局部反复摩擦造成了前脚掌的温度不断上升甚至超过了体温。男、女前脚掌之间的温度差异原因是男、女受试者最后10min的运动速度不同，男生的跑步速度为11km／h，比女生的跑步速度7．2km／h明显快（图1），说明跑步速度也是影响鞋内前脚掌部位温度的因素之一，速度越快，前脚掌温度越高。前脚掌和足跟部停止与鞋底的磨擦，温度开始下降，足弓部则由于鞋内侧面料的透气性因运动的停止发挥作用变小的缘故，温度反而上升。

3．1．2湿度变化以受试者穿A款鞋为例，安静状态时，鞋内3部位平均相对湿度分别为：前掌部94％，足弓部89％，足跟部84％。鞋内3个部位的相对湿度前脚掌部最高，后跟部最低。开始运动后，男、女受试者前脚掌部和足弓部的湿度均呈下降趋势，并且随着运动时间的增长相对湿度一直保持在开始运动前的湿度之下。运动30min后，男前掌部的湿度下降至92％，女前掌部的湿度下降至88％以下；男足弓部的湿度下降至88％，女足弓部的湿度下降至83％。湿度下降的原因可能与运动鞋前部上面和足弓部内侧的面料具有明显的透水汽性能有关。在运动状态时，可以加速鞋内水汽与外部气体的交换，使湿度下降。足跟部的湿度则随着运动时间的增长而不断上升，没有下降，男脚跟部的相对湿度由不足84％上升至91％以上，女受试者由84％上升至86％以上。可能与足跟部结构需要起支撑保护作用因而面料较硬没有透水汽性有关系。前脚掌、足弓和足跟3部位男、女之间的湿度均有差异，原因可能与男、女受试者最后10min的运动速度不同有关，说明跑步速度也是影响鞋内各部位相对湿度的因素之一，速度越快，相对湿度越高（图2）。值得注意的是，运动开始后，足弓部的温度先呈下降趋势，与另外两个部位的变化趋势明显不同。在运动5min后，下降到最低点，然后开始上升，在运动10min后，与运动开始时的温度相同，以后逐渐升高至34℃以上。温度下降的原因可能与运动鞋内侧足弓部的面料具有明显的透气性能有关，在运动状态时可以加速鞋内气体与外部的交换，使温度暂时没有上升。随着运动速度的加快与运动时间的加长，脚因运动产生的热量使鞋内温度逐渐上升。另外，通过温度实时变化曲线还可以看到运动停止后的不同现象。前脚掌和足跟在停止运动后，温度呈下降趋势，足弓部却呈快速上升趋势。原因可能是，运动结束后，另外，通过相对湿度实时变化曲线还可以看到运动停止后的现象。停止运动后，前脚掌部、足弓部和足跟部的湿度均呈快速上升趋势。原因可能是运动结束后，由于鞋前部上面和足弓内侧面料的透水汽性发挥作用变小的缘故，相对湿度因而快速升高。

3．2穿不同运动鞋运动时鞋内3部位温、湿度变化

3．2．1温度变化表1为男、女受试者穿3款运动鞋运动时3部位的最高温度均值。可以看出，前脚掌部位男受试者最高温度均值C鞋最高，比A鞋高1．3℃，比B鞋高2．0℃，B鞋最低（P＜0．05）；女受试者最高温度均值C鞋最高，比B鞋高

1．1℃，B鞋最低（P＜0．05）。足弓部位男受试者最高温度均值C鞋最高，比A鞋高3．3℃，比B鞋高4．0℃，B鞋最低（P＜0．05）；女受试者最高温度均值C鞋最高，比A鞋高1．9℃，比B鞋高2．4℃，B鞋最低（P＜0．05）。足跟部位男、女受试者最高温度均值A、B、C鞋之间没有显著性差异。＜0．05）。足弓部位男受试者相对湿度均值C鞋最高（P＜0．05），比A鞋高3．6％，比B鞋高14．5％，B鞋最低（P＜0．05）；女受试者相对湿度均值C鞋最高（P＜0．05），比A鞋高3．2％，比B鞋高12．4％，B鞋最低（P＜0．05）。足跟部位男、女受试者相对湿度均值A、B、C鞋之间没有显著性差异。

3．2．2湿度变化男、女受试者穿3款运动鞋运动结束瞬间3部位相对湿度均值见表2。可以看出，前脚掌部位男受试者相对湿度均值C鞋最高（P＜0．05），比A鞋高2．2％，比B鞋高11．8％，B鞋最低（P＜0．05）；女受试者相对湿度均值C鞋最高，比A鞋高9．3％，比B鞋高11．8％，B鞋最低（P3．3温、湿度舒适性的主观评分从受试者运动后填写鞋温、湿度舒适性评价问卷看，在3款鞋的透气性评分中，A、B鞋的得分均比C鞋得分高（P＜0．01），说明从主观感觉评价上，A、B鞋的透气性比C鞋的透气性要好；从3款鞋的排湿性能评分看，A、B鞋的得分均比C鞋的得分高（P＜0．01），说明从主观感觉上，A、B鞋的排湿性能比C鞋的排湿性能要好（表3）。

4结论

1．运动鞋内温度随运动时间增长呈上升趋势。中等速度慢跑30min，前掌部、足弓部和后跟部3部位鞋内的温度均较高，其中，前掌部温度上升幅度最大。当跑步速度较快时，前掌部温度超过体温，最高达到38℃。跑步速度越快，前掌温度越高。运动结束后，前掌部和后跟部温度开始下降，但足弓部的温度没有下降反而迅速升高。

2．运动鞋内相对湿度随运动时间增长呈下降趋势。前掌部和足弓部相对湿度下降明显，但后跟部呈上升趋势。跑步速度对鞋内相对湿度有影响，速度越快，下降越少。运动结束后，鞋内相对湿度迅速上升，短时间内相对湿度均超过90％。3．穿不同运动鞋运动时鞋内温度和湿度变化有明显差异。穿透气性和排湿性好的运动鞋运动时，鞋内相对湿度可明显降低，反之穿皮革类透气性能较差的鞋则相对湿度不降反升，感觉非常不舒适。

5讨论

穿运动鞋进行运动时，如果鞋内温度过高或者变化幅度过大，会让人感觉不舒适。本研究发现，在开始运动前，运动鞋内的温度已经达到30℃，相应足弓部位已经达到32℃。运动5min时，前掌的温度开始快速升高，超过32℃，足跟的温度也在运动10min时超过32℃。那么，根据前面文献提出的运动鞋24℃～32℃的温度舒适性范围评价，可以说，受试者开始运动后10min，鞋内对应脚的前掌、足弓和后跟3部位的温度均已超过舒适性范围的上限，即进入了不舒适的感觉范围以内。随着运动时间的增长和运动速度的加快，前脚掌部位的温度上升明显高于其他部位，甚至超过了体温，30min中等强度以上的运动，温度上升6℃以上，这与受试者感觉前脚掌有明显的灼热感并且主观感觉不舒适相一致。通过测量穿运动鞋运动时鞋内温度变化值可以对运动鞋的舒适性进行评价。透气性好的运动鞋在运动过程中有明显的温度调节能力，鞋内外的空气可以进行交换，把运动时足部产生的热量排到鞋外，从而降低鞋内的温度。反之，透气性差的运动鞋不能实现鞋内外的气体交换，鞋内温度在运动时上升较快，使足部较快进入感觉不舒适的状态。本研究中发现，C款运动鞋的鞋内各部位温度在运动过程中均呈较快上升并且比A款和B款鞋的温度值高3℃～4℃，受试者感觉此款鞋明显不如另2款鞋舒适。运动鞋对应足部3部位的温度最大变化幅度与透气性评分具有显著负相关性，说明鞋的透气性越差，在运动过程中鞋内温度升高幅度则越大。另外，通过运动时鞋内最高温度均值的比较判断出B款鞋比A款鞋舒适，也与受试者的主观问卷调查评价结果相一致。本研究发现，受试者在开始运动前，鞋内相对湿度已经达到80％以上，超出前文提出的70％的舒适性范围上限。在运动过程中，相对湿度虽然有10％以上幅度的变化，但也均处于84％～94％的范围，处于不舒适的状态中。但在受试者的主观感觉评价中，对相对湿度的舒适性影响评价不低，说明人体对足部湿度舒适性的耐受度较高，可能多数受试者足部容易出汗，脚部经常处于相对湿度较高的环境中，导致对湿度变化不敏感，舒适性灵敏度不高。通过测量穿运动鞋运动时鞋内湿度值也可以对运动鞋的舒适性进行评价。透水汽性好的A和B款运动鞋各个部位的主观排湿性调查评分均明显好于C鞋，排湿性由好到差的顺序为B鞋、A鞋、C鞋，这也与运动结束瞬时鞋内3部位相对湿度由小到大的排列顺序相一致，说明运动过程中鞋内相对湿度值可以反映出不同鞋之间的舒适性差异。因此，鞋内温度值和温度的变化幅度是影响运动鞋舒适性的重要指标，可以反映运动鞋的透气性能。鞋内湿度值和湿度的变化幅度也是影响运动鞋舒适性的重要指标，可以反映运动鞋的透水汽性能。在本研究的测量范围内，运动过程中鞋内温度和湿度越低，感觉鞋的舒适性越好。一双舒适的运动鞋应既要透气性好又不感觉到闷热潮湿。