不同背包方式行走對(duì)大學(xué)生脊柱角度的影響

王敏 陸阿明

蘇州大學(xué)體育學(xué)院（江蘇 蘇州 215021）

不同背包方式行走對(duì)大學(xué)生脊柱角度的影響

王敏 陸阿明

蘇州大學(xué)體育學(xué)院（江蘇 蘇州 215021）

目的：探索不同背包方式行走對(duì)大學(xué)生脊柱角度的影響，為人們合理背包和防止背包給人體帶來(lái)的損傷提供科學(xué)的參考依據(jù)。方法：選取12名蘇州大學(xué)在校男性大學(xué)生為研究對(duì)象，使其負(fù)重10%BW背包以不同背包方式（后、前、右、左、后前交替、右左交替）行走10min，運(yùn)用Vicon紅外高速運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)采集到脊柱各骨性標(biāo)志點(diǎn)的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)，然后通過(guò)Matlab數(shù)學(xué)軟件計(jì)算出不同背包條件行走后各脊柱角度在矢狀面和額狀面的角度值，再通過(guò)SPSSl7.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件包對(duì)各角度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。結(jié)果：①不同方式背包時(shí)，C7-T7-T12角度在矢狀面和額狀面的變化均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。前背比后背對(duì)C7-T7-T12角度在矢狀面的影響更小；后背比前背對(duì)其在額狀面的影響更??；右背小于左背對(duì)C7-T7-T12角度在矢狀面和額狀面的影響，交替背可緩解單一背包方式對(duì)其的影響。②不同方式背包時(shí)，T7-T12-SACR角度在矢狀面的變化無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但單一方式背包對(duì)其在矢狀面的影響較小，交替背對(duì)其的影響則更大；不同背包方式對(duì)這一角度在額狀面變化的影響有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，前背小于后背、左背小于右背對(duì)T7-T12-SACR角度在額狀面的影響，交替背可緩解單一方式背包對(duì)其的影響。結(jié)論：①不同方式背包明顯影響胸椎在矢狀面和額狀面的彎曲角度；前后交替背和左右交替背能緩解單一背包方式對(duì)胸椎的影響。②不同背包方式對(duì)下胸椎至腰椎段在矢狀面的角度變化無(wú)明顯影響；不同方式背包對(duì)下胸椎至腰椎段在額狀面的角度變化有明顯影響，前背對(duì)下胸椎至腰椎段在額狀面的角度影響最小，交替背能緩解下胸椎至腰椎段的側(cè)彎。

大學(xué)生；背包方式；脊柱角度

背包在快節(jié)奏生活狀態(tài)的今天已經(jīng)在人們?nèi)粘Ｉ钪邪缪葜豢苫蛉钡慕巧?，但背包?duì)人體的影響卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有得到人們的重視。不合理背包不利于青少年的生長(zhǎng)發(fā)育，會(huì)使肌肉發(fā)育較弱的青少年脊柱兩側(cè)神經(jīng)肌肉處于高度緊張的狀態(tài)從而發(fā)生脊柱的側(cè)彎、前凸、后凸及前傾等姿勢(shì)缺陷；也會(huì)使成年人的平衡能力減弱，不能保持正常的身體姿勢(shì)，從而造成背痛、肌肉酸痛等疾??；背包引起的這一系列問(wèn)題已被越來(lái)越多的研究人員所關(guān)注[1]。

基于Fowlera等[2]、Vacheron等[3]均采用Vicon3D技術(shù)及Warren[4]的3D攝影方法研究過(guò)負(fù)重對(duì)人體脊柱形態(tài)的影響，本研究通過(guò)模擬人們?nèi)粘１嘲捎肰icon紅外高速運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，分析不同的背包方式對(duì)大學(xué)生脊柱角度的影響，以期為大學(xué)生提供合理使用背包的參考依據(jù)。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象隨機(jī)選取12名蘇州大學(xué)在校男性大學(xué)生作為受

試者，其形態(tài)學(xué)指標(biāo)為：身高175.4±5.8 cm，體重67.2

±5.5 kg。受試者篩選原則：1）脊柱無(wú)先天性畸形；2）脊柱無(wú)疾病；3）無(wú)可能導(dǎo)致脊柱異常的全身性疾??；4）脊柱無(wú)創(chuàng)傷性疼痛等癥狀。

1.2 研究方法

1.2.1 背包裝置

本實(shí)驗(yàn)所采用的背包裝置是通過(guò)模擬大學(xué)生常規(guī)背包制成的，由兩塊長(zhǎng)35 cm、寬6 cm和一塊長(zhǎng)25 cm、寬5 cm的鋼板制成的倒“U”形結(jié)構(gòu)裝置，在“U”的兩側(cè)所在的鋼板上對(duì)稱(chēng)焊上4跟直徑為2 cm的鐵棍，此設(shè)計(jì)是為了添加附加重量（本實(shí)驗(yàn)采用啞鈴片），使不同受試者的背包重量均為其體重的10%，在背包兩側(cè)加上厚肩帶，使其是成為“真正的背包”。見(jiàn)圖1。

圖1 背包模型

1.2.2 實(shí)驗(yàn)操作

1）受試者上身著緊身衣，使用自建的脊柱模型，將11個(gè)Marker球準(zhǔn)確地貼在人體脊柱及其他各環(huán)節(jié)的標(biāo)志點(diǎn)上，分別為枕骨（CO）、左右肩峰、第7頸椎（C7）、第7胸椎（T7）、第12胸椎（T12）、兩髂后上棘中點(diǎn)（SACR）、左右髂前上棘、左右跟骨。用采樣頻率為200 Hz的Vicon紅外高速攝像系統(tǒng)拍攝受試者10%體重背包負(fù)重時(shí)，分別以后、前、后前交替、右、左、右左交替6種背包方式，盯住其正前方2 m處的固定位置，以1.1 m/s的常速在德國(guó)生產(chǎn)的Zebris步態(tài)跑臺(tái)上行走10 min（見(jiàn)圖2），其中后前交替背包為后5 min+前5 min、右左交替背包為右背5 min+左背5 min。行走結(jié)束后下跑臺(tái)，在保持與行走時(shí)相同的負(fù)重狀態(tài)下直立站于實(shí)驗(yàn)室中央，雙腳呈30°打開(kāi)，雙手自然下垂，雙眼平視前方做靜態(tài)采集5 s。

每個(gè)受試者一共做6次實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)都隨機(jī)進(jìn)行。為防止疲勞，每一受試者做每次實(shí)驗(yàn)之間均休息3 min。

圖2 背包負(fù)重行走實(shí)驗(yàn)

2）測(cè)試指標(biāo)

本研究主要選取脊柱上3個(gè)骨性標(biāo)志點(diǎn)在矢狀面和額狀面投影的角度代表背包負(fù)重后的脊柱在矢狀面和額狀面的角度變化。選取第7頸椎（C7）、第7胸椎（T7）、第12胸椎（T12）三點(diǎn)在矢狀面和額狀面投影的角度，表示為C7-T7-T12矢、C7-T7-T12額；第7胸椎（T7）、第12胸椎（T12）、兩髂后上棘中點(diǎn)（SACR）三點(diǎn)在矢狀面和額狀面投影的角度，表示為T(mén)7-T12-SACR矢、T7-T12-SACR額。將這四個(gè)角度作為本研究的測(cè)試指標(biāo)。

1.2.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用Matlab數(shù)學(xué)軟件及SPSSl7.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件包對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)均以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（xˉ±s）表示；對(duì)不同背包方式下脊柱角度的變化進(jìn)行重復(fù)測(cè)量方差分析，檢驗(yàn)水準(zhǔn)選P≤0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 C7-T7-T12角度

2.1.1 C7-T7-T12在失狀面的投影角度

不同方式背包時(shí)，C7-T7-T12角度在矢狀面的變化有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.006＜0.05）（見(jiàn)表1）。

通過(guò)6種不同背包方式對(duì)C7-T7-T12角度在矢狀面的影響的兩兩比較發(fā)現(xiàn)，后背包和前背包、后背包和右背包、后背包和后前交替背包、前背包和左背包、前背包和右左交替背包、右背包和前背包、右背包和右左交替背包、后前交替和右左交替背包對(duì)C7-T7-T12角度在矢狀面的影響均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）（見(jiàn)表2）。

表1 不同背包方式對(duì)C7-T7-T12角度在矢狀面的影響

表2 不同背包方式對(duì)C7-T7-T12角度在矢狀面的影響的兩兩比較

2.1.2 C7-T7-T12在額狀面的投影角度（C7-T7-T12額）

不同方式背包時(shí)，C7-T7-T12角度在額狀面的變化有顯著性差異（P=0.000＜0.05）（見(jiàn)表3）。

通過(guò)6種不同背包方式對(duì)C7-T7-T12角度在額狀面的影響的兩兩比較發(fā)現(xiàn)，后背包與右背包、前背包與右背包、右背包與后前交替背包、右背包與右左交替背包對(duì)C7-T7-T12角度在額狀面的影響均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）（見(jiàn)表4）。

結(jié)合表3中C7-T7-T12角度在額狀面變化的均值可知，后背包相對(duì)于前背包而言、右背包相對(duì)于左背包而言均對(duì)C7-T7-T12角度在額狀面影響較小，后前交替背包可緩解僅僅由前或者后背包對(duì)C7-T7-T12角度在額狀面的影響。

2.2 T7-T12-SACR角度

2.2.1 T7-T12-SACR在失狀面的投影角度

不同方式背包時(shí)，T7-T12-SACR角度在矢狀面的變化不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.079＞0.05），但可以看出，單一方式背包對(duì)T7-T12-SACR在矢狀面的影響較小，交替背包反而對(duì)T7-T12-SACR在矢狀面的影響更大（見(jiàn)表5）。

結(jié)合表1中C7-T7-T12角度在矢狀面變化的均值可知，前背包比后背包、右背包比左背包對(duì)C7-T7-T12角度在矢狀面的影響更小，后前交替和右左肩交替背包可緩解僅僅由單一背包方式對(duì)C7-T7-T12角度在矢狀面的影響。

表3 不同背包方式對(duì)C7-T7-T12角度在額狀面的影響

表4 不同背包方式對(duì)C7-T7-T12角度在額狀面的影響的兩兩比較

表5 不同背包方式對(duì)T7-T12-SACR角度在矢狀面的影響

2.2.2 T7-T12-SACR在額狀面的投影角度

不同方式背包時(shí)，T7-T12-SACR角度在額狀面的變化沒(méi)有顯著性差異（P=0.000＜0.05）（見(jiàn)表6）。

通過(guò)6種不同背包方式對(duì)T7-T12-SACR角度在額狀面的影響的兩兩比較發(fā)現(xiàn)，后背包與前背包、后背包與后前交替背包、前背包與右背包、前背包與左背包、前背包與右左交替背包、右背包與后背包、右背包與后前交替背包、左背包與后前交替背包、后前交替與左右交替背包對(duì)T7-T12-SACR角度在額狀面的影響均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）（見(jiàn)表7）。

結(jié)合表6中T7-T12-SACR角度在額狀面變化的均值可知，前背包相對(duì)于后背包而言、左背包相對(duì)于右背包而言均對(duì)T7-T12-SACR角度在額狀面影響較小，前后交替和左右肩交替背包可緩解由單一方式背包對(duì)T7-T12-SACR角度在額狀面的影響。

表6 不同背包方式對(duì)T7-T12-SACR角度在額狀面的影響

3 討論

目前，大部分學(xué)者研究背包對(duì)人體帶來(lái)的影響都集中在負(fù)重后平衡能力[5-10]、身體姿勢(shì)[11-16]、肌肉活動(dòng)[17-18]、肺容量[19]、步態(tài)[20-22]的變化及由背包所致的背痛[23-27]等方面。而這些研究中絕大多數(shù)針對(duì)的對(duì)象都是青少年人群，而針對(duì)已經(jīng)成年的大學(xué)生的研究則較少，并且大學(xué)生在背包使用人群中占據(jù)很大比例。在已知的背包對(duì)人體影響的研究中，對(duì)脊柱形態(tài)、脊柱角度的研究較少，且從綜合的視角研究多種背包方式對(duì)脊柱角度影響的就更少。本研究觀(guān)察大學(xué)生在不同背包方式條件

下行走后脊柱角度的變化，并選取C7-T7-T12、T7-T12-SACR這幾點(diǎn)分別在矢狀面和額狀面的投影角度作為本研究的測(cè)試指標(biāo)。

表7 不同背包方式對(duì)T7-T12-SACR角度在額狀面影響的兩兩比較

本研究結(jié)果顯示，不同的背包方式條件下大學(xué)生脊柱的C7-T7-T12矢和C7-T7-T12額的差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（見(jiàn)表1、表3），意味著不同方式背包時(shí)，大學(xué)生的胸椎在矢狀面和額狀面均有顯著性變化，表明背包負(fù)重行走后脊柱在前后方向和左右方向均發(fā)生了彎曲。此研究結(jié)果與國(guó)外相關(guān)學(xué)者的研究結(jié)果均有一致性，如Fowlera等[28]對(duì)青年男性不對(duì)稱(chēng)性負(fù)重開(kāi)始階段脊柱在矢狀面彎曲度增至6°、在額狀面增至12°，而負(fù)重一段時(shí)間后腰椎在冠狀面有顯著性變化，胸椎在矢狀面有顯著性變化；Chansirinukor等[29]發(fā)現(xiàn)13～16歲的少年在負(fù)重后頭部前傾和頸椎前屈增加，單肩背包后變化更為明顯。

本研究結(jié)果顯示，不同背包方式條件下大學(xué)生脊柱的T7-T12-SACR段在矢狀面的角度變化不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（見(jiàn)表5）；而脊柱的T7-T12-SACR段在額狀面的角度變化有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（見(jiàn)表6）。這一角度的變化主要體現(xiàn)了大學(xué)生在背包負(fù)重后下胸椎至腰椎段角度的變化。本研究表明下胸椎至腰椎段角度在不同方式背包負(fù)重后在前后方向角度變化不明顯，而在左右方向的角度變化有顯著性變化，表明大學(xué)生背包負(fù)重后其下胸椎至腰椎段有側(cè)彎現(xiàn)象發(fā)生。這一研究結(jié)果與Orloff等[30]、Fowlera等[28]以及Negrini等[31]的研究結(jié)果有相似之處，也有相悖之處。相似之處在于本研究也認(rèn)為背包負(fù)重后人體的腰椎角度會(huì)在額狀面發(fā)生明顯變化；而相悖之處在于：以上三位學(xué)者的研究都得出背包負(fù)重后人體的腰椎角度在矢狀面也發(fā)生了明顯變化，而本研究發(fā)現(xiàn)負(fù)重后腰椎在矢狀面的角度變化并不明顯。造成此種現(xiàn)象的原因可能有二：一是研究對(duì)象的選取（Orloff等的研究對(duì)象為女性、Fowlera等的研究對(duì)象為30歲左右的男性、Negrini等的研究對(duì)象為12歲左右的學(xué)生、本研究則為大學(xué)生）、背包的重量（Orloff等的研究為9 kg、Fowlera等的研究為受試者體重的17.5%、Negrini等的研究為8 kg與12 kg、本研究則為受試者體重的10%）和背包負(fù)重的時(shí)間（Orloff等的研究為21 min、Fowlera等不限制時(shí)間走完8500 m即可、Negrini等的時(shí)間為7 min、本研究則為10 min）各不相同；二是實(shí)驗(yàn)的控制方面存在差異，比如本研究要求受試者在跑臺(tái)上以1.1 m/s的速度行走，而Fowlera等的研究則要求受試者以自認(rèn)為合適的速度在平地上行走。

從目前看來(lái)，學(xué)者們大多從單一或某幾種視角研究背包方式對(duì)人體脊柱角度的影響，鮮有學(xué)者同時(shí)研究多種背包方式（后、前、右、左、后前交替、右左交替）對(duì)脊柱角度的影響。而本研究則從多視角研究了背包方式對(duì)大學(xué)生脊柱角度的影響，且每一指標(biāo)角度下還兩兩比較了每?jī)煞N背包方式對(duì)脊柱的影響是否有差異，表現(xiàn)出較全面、較科學(xué)的特點(diǎn)，更能為人們合理背包提供參考依據(jù)。

4 結(jié)論與建議

4.1不同背包方式對(duì)大學(xué)生的C7-T7-T12段的角度影響不同。不同方式背包明顯影響胸椎在矢狀面和額狀面的彎曲角度；前后交替背包和左右交替背包能緩解

僅僅由單一背包方式對(duì)胸椎的影響。

4.2不同背包方式對(duì)大學(xué)生的T7-T12-SACR段在矢狀面和額狀面的影響不同。不同方式背包對(duì)下胸椎至腰椎段在矢狀面的角度變化沒(méi)有明顯的影響；不同方式背包對(duì)下胸椎至腰椎段在額狀面的角度變化有明顯影響，前背包對(duì)下胸椎至腰椎段在額狀面的角度影響最小，交替背包能緩解下胸椎至腰椎段的側(cè)彎。

4.3建議大學(xué)生應(yīng)該經(jīng)常轉(zhuǎn)換背包方式，不要習(xí)慣性地用同一種背包方式長(zhǎng)時(shí)間背包，以防脊柱變形從而影響身體健康。

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The Relation of Carrying Backpack with Different Ways to the Spine Angle of College Students

Wang Min，Lu Aming
School of Physical Education，Soochow University，Jiangsu，China 215021 Corresponding Author：Wang Min，Email：974204301@qq.com

Objective To investigate the effect of different ways of backpack carriage on the spine angle，in order to provide theoretical basis for preventing possible injury.Methods 12 male college students were asked to carry backpack with 10%of body weight walking for 10min in different ways，including on the back，on the front，on the left，on the right，front-back alternation carriage and left-right alternation carriage.At the same time，the kinematic data of spine angles were obtained by Vicon with infrared motion capture system and the angles in sagittal and frontal planes were calculated by Matlab mathematical software and compared with SPSS 17.0.Results The change in C7-T7-T12 angle in sagittal plane during carrying backpack on the front was less than on the back，the change in C7-T7-T12 angle in frontal plane during carrying backpack on the back was less than on the front，the change in C7-T7-T12 angle in frontal and sagittal planes during carrying backpack on the right was less than on the left，and front-back alternation carriage and left-right alternation carriage reduced the change in C7-T7-T12 angle caused by single side backpack carriage.Conclusions Backpack carriage in different ways significantly induced the change in thoracic angle on sagittal plane and frontal plane，while front-back alternation carriage and left-right alternation carriage could relieve the effect on thoracic angle caused by single side backpack carriage.

college students，backpack carriage，spine angles

2015.08.29

王敏，Email：974204301@qq.com