不同背包重心对步行舒适性和压力分布的研究
作者单位：上海体育学院
会议名称：《第十三届全国体育科学大会》
会议日期：2023年
学科分类：0403[教育学-体育学] 040302[教育学-运动人体科学(可授教育学、理学、医学学位)] 04[教育学]
摘 要：研究目的:背包负重行走是常见的生活活动和职业活动,如学生背包上下学,户外旅途和军事活动中。背包在人们带来便利和效率的同时也引发一系列的背包问题,如姿势异常、肩颈的疼痛、腰肌和下肢肌肉的劳损等相关肌骨疾病。背包作为外部载荷作用于人体,其位置和重心的高低对负重任务会产生较大的影响。目前国内外学者对背包重心位置的研究普遍认为重物应靠近人体背部,然而对背包重心位置的高低研究相对不足。本研究通过构建不同三个重心的背包(中重心、低重心和高重心),探究不同重心位置对人体负重行走的主观舒适性和身体压力大小的影响,以期为背包重心的调整,物品填放和背包设计提供参考,减少背包负重相关的运动损伤。研究方法:(1)本研究随机招募33名男性大学生作为受试者,均身心健康,无肌肉骨骼伤病史,3个月内无肩颈腰背的疼痛史。(2)构建三个不同重心的背包模型,分别为中重心背包A、低重心背包B、高重心背包C。分别在三个相同的背包里放置三个定制的纸箱(形状大小一致),纸箱内放置不同质量的铁砂袋,三个背包总重均为22Kg。背包A(中重心背包)的三个纸箱内自下往上沙袋重量为7、5和7KG;背包B(低重心背包)自下往上分别放置12、5和2KG;背包C(高重心背包)自下往上分别放置2、5和12KG的沙袋。将沙袋和纸箱放在背包正中间,其余空隙用泡沫纸和衣物填充,以致纸箱和铁砂不会发生移位。(3)实验方案。受试人员首先学习佩戴背包并随机选一个背包负重走200米进行热身活动。熟悉后随机抽签决定三个背包的先后顺序,按照抽签顺序开始实验。要求将背包的带子系统(腰带、肩带、肩部受力带和胸带)调节到最舒适的位置,调整完毕后开始自由步行200米,走的过程中也可以调节带子的长度以至最舒适的状态。步行结束后填写书面问卷,休息2分钟或疲劳消除后进行第2个和第3个背包体验。三个背包都负重步行200米体验后,选一个最喜欢的背包和最不喜欢的背包,并给出理由。(4)主观评价:背包舒适的影响因素指标为步行的轻松度,背包稳定性以及对身体各部位的压力。用数字分级法对背包负重步行的整体舒适度、背包稳定性进行评价,用视觉模拟评分法VAS对身体各部位(肩部,腋窝前部以及腰骶部)的压力大小进行评价。(5)数据分析:利用数据统计分析软件(SPSS26.0)进行单因素重复测量方差分析探究不同重心位置的背包双肩负重时人体主观舒适性、背包稳定性和身体压力是否存在显著差异。研究结果:不同重心位置的背包双肩负重时人体的整体舒适度、腋窝前和腰部主观压力感受有显著差异,差异均有统计学意义(P0.05)。(1)整体舒适度的评价中,低重心背包的不适感显著大于中重心背包(P=0.00)和高重心背包(P=0.023),中重心和高重心之间无显著差异。(2)背包负重对身体部位压力大小的VAS评分中,低重心背包对腋前的压力显著大于中重心背包(P=0.021)和高重心背包(P=0.04);腰部压力评分中,低重心背包对腰部的压力显著大于高重心背包(P=0.043);肩部压力评分中,低重心背包的肩部压力均值最大,高重心背包最小,无显著差异。(3)行走过程中背包稳定性评价中,低重心背包在上下的晃动最大,高重心背包在左右晃动最大,统计无显著差异,中重心背包在上下和左右的晃动上表现最好。(4)背包偏好选择。16位受试者选择A背包为最喜欢的背包(48.5%),其次是C背包(39.4%),B背包(12.1%)。被选为最不喜欢的背包依次为B背包(69.7%)、C背包(21.2%)和A背包(9.1%)。研究结论:在本研究中,低重心背包在舒适度评价、背包稳定性和压力评价中均为最差。低重心背包对腋前和腰部的压力显著大于其他两个背包,将大部分重量放在背包底部会产生较大的后坠感,同时对腰部产生较大的压力并限制腰部的活动,与理论分析一致。高重心背包在身体各部位的压力表现上最好,但在左右方向的晃动较大。部分受试者表示需要更多的肌肉做功去保持背包平衡,极大的影响了步行时的舒适性,然而部分受试者却认为背包随着身体的节律性晃动使负重行走更为轻松。中重心背包在整体舒适性和背包稳定性上表现出最好,这与理论分析一致。因此,建议在背包负重活动中应注意物品的填放,将背包的重心有效地控制在中高重心以减少不适。此外,主观评价能较好区分出三个不同重心背包之间的统计学差异,VAS评分方法比数字分级法更易区分三个背包间细微的差异,在后续的实验中将应用加速度传感器、压力传感器和运动捕捉等设备与主观评价方法做进一步验证和研究。