● 摘要
人体背包负重过重或长时间地承担重量，容易导致肩腰部位肌骨系统损伤问题，因此对青少年背包负重时生理特性变化规律的研究十分必要。本文采用志愿者实验的方法研究了背包重量、重心位置和分布方式三个方面因素对肌肉疲劳（斜方肌和竖脊肌）、姿势（躯体和头部）、循环系统参数（心率和血压）的影响。
本实验用肌电测量系统、三维运动捕捉系统和心率血压测量仪采集并分析20名健康志愿者，在不同负重方式下以1.1m/s的速度在跑步机上行走30min前后各项参数的变化以及停止行走后无负重状态下0min、5min、10min和15min时肌电参数变化情况。
本文在研究不同负重重量的影响时设置了四种负重重量，分别为：0%自身体重(Body Weight，BW)、10% BW、15% BW和20%BW。结果显示随着背包重量的增加，人体躯体与头部前倾角、肌肉疲劳程度和心率血压均有上升趋势。当负重为20%BW时，前倾角和肌肉疲劳有显著性增加，同时收缩压也有显著性提高，心率和舒张压虽整体有上升趋势，但无显著性差异。另一方面，当移除背包后15min，肌肉疲劳开始恢复，但负重20%BW时恢复相比0%BW、10%BW和15%BW平缓。所以从肌肉疲劳和前倾角出发可认为本研究所涉及年龄段的人行走时背包重量界限在15%BW与20%BW之间，同时建议当行走时间超过30min时背包重量应小于15%BW，避免造成不可逆的肌肉疲劳性损伤。
在重心位置方面，本文设置了五种负重重心位置，分别为高位（T1-T6）、中位（T7-T12）、低位（L1-L5）、左侧和右侧。实验表明不同重心位置下两种肌肉均表现出肌肉疲劳，但是在低位时肌肉疲劳要明显小于高位和中位，且斜方肌的肌肉疲劳要大于竖脊肌。同时背包重心在高位时经过15min的休息肌肉疲劳无法完全恢复。重心在左侧时，志愿者经过15min的休息右侧即未受力一侧肌肉疲劳能够消除到负重行走之前的情况；重心在右侧时，志愿者经过15min的休息右侧肌肉疲劳有所恢复但无法完全达到负重行走前的状态。在躯体和头部姿态方面，背包负重重心放置在低位相较于高位对人体姿势造成的影响要小。当重心在左或右侧时，重心所在一侧的头部前倾角要明显大于另一侧。因此，本研究认为背包放在背部低位有利于减小肌肉疲劳并降低对姿势的影响，同时建议不要单肩背包或背包重心侧倾以避免因身体两侧受力不均衡而导致颈椎痛和肌肉损伤的发生。
最后本文提出将重物按比例划分并在背部交叉放置的新式分布方式。首先将背包空间按上下左右分为四个空间，随后将10%BW的重物按1/2：1/2，1/4：3/4和3/4：1/4三种比例放在左下和右上位置，剩余两个空间用对应大小的塑料泡沫填充。研究显示在现10%BW的总体重量下，在使用新分布方式时采取交叉负重方式对肌肉疲劳影响不大，采取合理的重量分布方式时也可保证躯干姿势不受影响，同时还有利于降低心率和血压的变化。因此，本研究建议应将重物交叉分布且对分布质量进行合理性设计，这将有利于降低心率和血压的变化。