本文采用志愿者試驗方法研究長時間背包負重行走對軀體姿勢、背部主要肌肉疲勞程度和心率血壓的影響。研究以肌電(EMG)測量系統和三維運動捕捉系統進行測量,10名健康受試者分別負載占自身體重(BW)的0%、10%、15%和20%的背包,在跑步機上以1.1 m/s的速度行走30 min,記錄行走前和行走后軀體姿勢、肌肉疲勞程度和心率血壓的變化以及停止行走后0、5、10和15 min時EMG參數變化情況。結果顯示隨著背包負重的增加,人體軀體與頭部前傾角、肌肉疲勞程度和心率血壓均呈上升趨勢。負重為20%BW時,頭部前傾角和肌肉疲勞程度顯著性增加,收縮壓也顯著升高。心率和舒張壓整體有上升趨勢,但無顯著性差異。移除背包后15 min,肌肉疲勞逐漸緩解,負重20%BW的恢復相比0%BW、10%BW和15%BW的平緩。通過肌肉疲勞程度和頭部前傾角測量數值顯示,本文涉及年齡段的人負重行走背包重量安全界限在15%BW~20%BW之間,并建議行走時間超過30 min時,背包重量不宜超過15%BW,避免造成不可逆的肌肉疲勞性損傷。
引用本文： 趙美雅, 田山, 唐橋虹, 倪義坤, 王麗珍, 樊瑜波. 行走過程中不同背包重量對人體生理參數的影響研究. 生物醫學工程學雜志, 2014, 31(5): 978-983. doi: 10.7507/1001-5515.20140184 復制
引言
背包是一種普遍負載運輸方式[1]。人體背包負重常發生在學生上學、野外求生、軍事行軍及登山訓練等方面。背包從外部施加載荷于人體，會改變人體重心的位置。為了對抗這種外加載荷的作用，保持身體平衡及穩定，人的步態和身體姿勢等必然會做出相應調整。人體若背負物體過重或承重時間過長，將造成一系列的損傷[2]。
研究發現青少年背包過重與低背痛、脊柱側彎、過度駝背和前凸等肌骨系統疾病密切相關[3-7]。背包過重導致的兒童或青少年時期的背痛也會對成年后的肌骨系統健康造成影響[8]。目前大部分兒童背包重量超過自身體重(body weight,BW)的10%或15%，歐洲及部分亞洲國家學生背包的平均重量甚至超過自身體重的20%[9]。因此越來越多的學者從步態分析[10-12]、能量消耗[13]、軀體肌肉活動和疲勞程度[14-16]、心肺功能變化(包括心率、血壓、呼氣量及攝氧量等[17-21])以及頭部與軀干姿勢[20, 22-23]等角度研究負重對人體生物力學和生理狀態的影響。Li等[19]和Hong等[24]選取了平均年齡為10歲的小學男生作為研究對象，采集行走過程中不同負重下身體姿勢的參數進行了分析。研究結果表明，負重20%BW時，軀體傾斜角度明顯增大。Chansirinukor等[25]發現頭部前傾角度隨著負重的增加而增大。Bobet等[26]研究士兵不同負重程度下豎脊肌和斜方肌等肌電(electromyography，EMG)信號變化情況發現，負重增大會導致相應肌肉活動能力增加，但由于不同受試者之間的EMG信號差距很大，Bobet等并未得出最佳負重值的上限。Hong等[14]也針對背包重量對人體肌肉活動和疲勞程度的影響進行了研究，并根據前人研究對背包重量分級進行規范。以上關于背包重量對人體影響作用的研究主要從單個參數出發，且只研究了背包負重對肌肉疲勞即時和短時間的影響，缺少對移除背包后肌肉疲勞恢復情況的研究。本文綜合研究了行走前后不同負重對軀體與頭部前傾角、EMG信號、心率和血壓參數的影響，以期從生物力學和生理學兩個角度為背包設計提供科學依據，減少人體疲勞、降低損傷風險。
1 材料與方法
選取10名大學生受試者參加試驗，其中男性5名，女性5名，受試者基本信息如表 1所示，年齡、身高和體重選擇盡量相差較小，使個體差異性的影響降低，受試者身體質量指數(body mass index,BMI)均在正常范圍之內。所有受試者身體健康狀況良好，無心血管疾病和肌肉損傷，試驗前24 h內未從事劇烈運動，以保持受試者肌肉的良好狀態。所有受試者均須體驗了解試驗過程并自愿參加本試驗。
表1
受試者基本信息
Table1.
Basic information of the subjects
試驗中，受試者負重在速度為1.1 m/s的跑步機上行走(見圖 1)，背包(李寧公司，中國)重量包括0%BW、10%BW、15%BW和20%BW。每個重量下受試者行走30 min，在行走前和行走后靜止站立在同一位置進行數據測量，并在無背包負重的開始15 min內，每5 min測量一次EMG數據，本試驗只采集右側單側數據。
圖1
人體在跑步機上背包負重行走實驗示意圖
Figure1.
Treadmill walking test of subject
考慮試驗時間和受試者疲勞對結果的影響，同一受試者轉換試驗模式的間隔時間大于15 min。為避免試驗模式先后順序對結果造成影響，每次均先測試0%BW的參考模式，其余重量模式轉換次序保證隨機性。
利用NDI Optotrak Certus三維運動捕捉系統(Northern Digital Inc,加拿大)測量受試者軀體與頭部前傾角。通過記錄粘貼在人體右側關節點直徑4 mm的標志點位置計算相應角度，標志點分別在：耳屏、肩峰鎖骨關節和股骨大轉子，如圖 2中黑點所示。忽略標志點因人體運動而引起的相對位移。
圖2
標志點位置示意圖
Figure2.
The position of the markers
采用Bortec AMT-8 表面肌電儀(Bortec生物醫學公司，加拿大)連接銀/氯化銀一次性電極來測量豎脊肌和斜方肌的EMG數據[14, 26-27]。兩電極間隔保證約20 mm，粘貼在對應肌肉的肌腹，并與肌纖維方向順應。采樣頻率為1 kHz，EMG數據傳送到放大器放大500倍后輸出，每次穩定采集時間為20 s。每次試驗前后用多功能血壓計(歐姆龍，日本)對受試者試驗前后心率、血壓變化進行測量。
首先對EMG原始信號進行去噪預處理，隨后在20 s數據中每隔5 s選取2 s計算平均功率頻率(mean power frequency，MPF)值，最終得到其均值代表該段數據體現的肌肉疲勞程度。本研究選擇MPF用于肌肉疲勞分析是因為該參數對噪聲的不敏感性和在肌肉持續收縮中表現出的對生物力學和生理學過程的強敏感性[28]。MPF值隨頻譜壓縮左移意味著肌肉的疲勞。NDI運動捕捉系統記錄標志點位置，通過坐標轉換計算頭部和軀體前傾角，角度定義如圖 3所示。
圖3
前傾角定義示意圖
Figure3.
The definition of forward lean angle
2 結果
2.1 EMG信號分析
采用ANOVA方法對數據進行統計學分析，依據所測EMG計算參數MPF值在不同背包重量下負重行走前后隨時間的變化，結果如圖 4所示。首先，在行走30 min后所有負重狀態下的MPF均下降，移除負重后隨著時間的增加MPF回升。ANOVA顯示斜方肌和豎脊肌的MPF值在負重20%BW時，行走前后均有顯著差異(P＜0.05)。在去除負重休息的15 min內，MPF均呈上升恢復趨勢，但相比其余負重狀態，20%BW時恢復情況更為平緩。
圖4
不同負重時豎脊肌與斜方肌MPF值隨時間變化情況
* 相比0 min時有顯著差異，
* significant difference from time = 0 min at same load，
2.2 姿態分析
圖 5顯示了不同負重(0%BW、10%BW、15%BW和20%BW)下30 min行走前后軀體和頭部前傾角度的變化。從圖中可看到隨著負重的增加，兩種角度均有上升趨勢，但是經ANOVA分析顯示，只在負重20%BW的情況下有顯著差異(P＜0.05)。
圖5
不同負重下軀體與頭部前傾角變化
* 相比0%BW時有顯著差異，
* significant difference from load = 0%BW at same time，
2.3 心率、血壓分析
圖 6顯示了不同負重條件下30 min行走前后心率的變化情況，從圖中可看出隨著負重的增加心率變化有上升趨勢，尤其是在負重為20%BW時有明顯增加，但差異無統計學意義(P＞0.05)。
圖6
不同負重下30 min行走前后心率變化
Figure6.
The change of heart rate before and after 30 min walking
圖 7顯示了不同負重條件下30 min行走前后收縮/舒張血壓的變化情況，從圖中看出隨著負重的增加血壓變化有上升趨勢，尤其是在負重為20%BW時有明顯增加，但只有20%BW負重情況下的收縮壓相比0%BW負重有顯著變化(P＜0.05)，其他狀態較0%BW均無顯著變化。
圖7
不同負重下30 min行走前后收縮/舒張壓變化
* 相比0%BW時有顯著差異，
* significant difference from load = 0%BW at same time，
3 討論
由于背包重量與常見的低背痛和肌骨系統疾病的關系密切，國內外研究者針對人體背包負重重量適宜值上限的確定進行了大量的研究[14, 18-19, 24-25, 29]。但目前針對背包重量對軀體與頭部姿勢和肌肉疲勞影響的研究多是從單個參數出發，缺少對移除背包后肌肉疲勞恢復情況的研究。本文綜合了不同負重對軀體與頭部前傾角、EMG信號、心率和血壓參數的影響，從生物力學和生理學兩個角度為背包設計提供科學依據，以期降低損傷風險。
前人已有相關研究發現負重的增大會導致相應肌肉活動的增加，同時在針對背包重量對人體肌肉活動和疲勞影響的研究中發現人體負重20%BW步行15min其豎脊肌和斜方肌出現疲勞[14, 26]。在本研究中負重重量的設置參考前人研究為0%BW、10%BW、15%BW和20%BW，豎脊肌和斜方肌在20%BW負重時表現出顯著疲勞，這與前人的研究結果一致[14]。同時本研究測量了在負重行走移除背包以后肌肉疲勞的恢復情況。從結果可以看到在不同負重下，肌肉疲勞均有所恢復但相比其余負重，20%BW時恢復情況更為平緩，所以建議背包重量不宜超過15%BW，否則不利于肌肉疲勞的恢復。
人體在負重時是通過身體前傾來改變自身重心的位置與重物對人體造成的向后的力矩相抗衡，從而維持身體平衡。人體背負的重物越重，重物所產生的力矩越大，人體需要向前傾斜的程度也越大[19, 24-25, 30]。Li等和Hong等均選取了10歲左右的男小學生作為研究對象，數量分別為15名和11名，負重(分別為0%BW、10%BW、15%BW和20%BW)行走過程中的姿勢變化由錄像機記錄。兩項研究的主要差別在于，Li等采用的是固定速度1.1 m/s，且每個重量級別行走20 min，而Hong等則讓受試者以自然速度行走，在每個不同重量下行走1 978 m。兩項研究結果均顯示，相比0%BW、10%BW和15%BW的負重條件，20%BW會引起軀體傾斜角度明顯增大，因而認為小學生的背包重量不應超過15%BW。在另一項針對青少年的研究中，Chansirinukor等主要研究人體靜止站立時背包重量和時間均會影響頸部和肩部的姿態，頭部前傾角度隨著負重的增加而增大，所以他們認為青少年背15%BW重的背包不利于維持站立姿勢。本研究對在不同負重條件下軀體和頭部姿勢變化的研究結果與Li等和Hong等研究一致，在負重為20%BW時，軀體與頭部前傾角有顯著增加，與Chansirinukor等研究結果有所差異可能與研究對象不同有關。
由于負重時肌肉緊張度的增加和功率輸出的需要，對人體心肺功能比無負重時有更高的要求，所以人體負重時會產生一系列心肺功能的變化。在上述Li等[19]的研究中，當受試者負重15%BW和20%BW時其呼吸頻率加快，而負重10%BW時，呼吸參數沒有明顯變化。由此推測10%BW的負重對10歲兒童而言是一個安全負重。Hong等[18]和馬軍等[29]都研究了兒童雙肩負重增加時心肺功能參數的變化，并從研究結果中得到了兒童背包重量適宜值上限的相關信息。Hong等[18]發現，不同負重對心率變化無顯著影響，但從代謝消耗的角度考慮，學齡兒童的書包重量不宜超過自身體重的10%。而馬軍等[29]綜合耗氧量、心率、能量消耗確定的適宜負荷量應在8%BW～10%BW之間。兩項研究的結論相近，大致可認為學齡兒童背包重量不應大于10%BW。而本文研究與上述研究相比，在研究對象、測試用負重量、行走速度、所測生理參數方面都有明顯區別,得到了不同的研究結果。本研究中測量了心率和血壓，結果顯示心率在負重為20%BW時有明顯增加，但是從統計意義出發沒有顯著的變化；在血壓方面，隨負重增加血壓變化有上升趨勢，尤其在負重為20%BW時有明顯增加，其收縮壓相比0%BW負重變化顯著，其他狀態較0%BW負重均無顯著性變化，洪友廉等[31]的研究中也發現20%BW負重較0%BW和10%BW負重對人體心血管系統的作用強，因此背包負重重量的不同影響心率、血壓參數的變化。
4 結論
本文利用肌肉疲勞、軀體與頭部前傾角、EMG信號心率和血壓參數來評估人體行走時背包的適當重量。實驗表明負重在跑步機上行走30 min時豎脊肌和斜方肌均表現出肌肉疲勞，但是20%BW負重時，肌肉疲勞顯著增加，與此同時軀體和頭部前傾角隨負重增加而增大，尤其20%BW負重時前傾角度增加顯著。心率和血壓也隨著負重的增加均有上升趨勢，但只有收縮壓在20%BW負重時有顯著變化。此外，不同負重下，肌肉疲勞均有所緩解性恢復，但20%BW時恢復更為緩慢。因此建議與本文選取的志愿者年齡相仿23～26歲青年人行走時，背包最大重量在15%BW與20%BW之間較為適宜，當行走時間超過30 min時背包重量不宜超過15%BW，避免造成不可逆的肌肉疲勞性損傷。
引言
背包是一種普遍負載運輸方式[1]。人體背包負重常發生在學生上學、野外求生、軍事行軍及登山訓練等方面。背包從外部施加載荷于人體，會改變人體重心的位置。為了對抗這種外加載荷的作用，保持身體平衡及穩定，人的步態和身體姿勢等必然會做出相應調整。人體若背負物體過重或承重時間過長，將造成一系列的損傷[2]。
研究發現青少年背包過重與低背痛、脊柱側彎、過度駝背和前凸等肌骨系統疾病密切相關[3-7]。背包過重導致的兒童或青少年時期的背痛也會對成年后的肌骨系統健康造成影響[8]。目前大部分兒童背包重量超過自身體重(body weight,BW)的10%或15%，歐洲及部分亞洲國家學生背包的平均重量甚至超過自身體重的20%[9]。因此越來越多的學者從步態分析[10-12]、能量消耗[13]、軀體肌肉活動和疲勞程度[14-16]、心肺功能變化(包括心率、血壓、呼氣量及攝氧量等[17-21])以及頭部與軀干姿勢[20, 22-23]等角度研究負重對人體生物力學和生理狀態的影響。Li等[19]和Hong等[24]選取了平均年齡為10歲的小學男生作為研究對象，采集行走過程中不同負重下身體姿勢的參數進行了分析。研究結果表明，負重20%BW時，軀體傾斜角度明顯增大。Chansirinukor等[25]發現頭部前傾角度隨著負重的增加而增大。Bobet等[26]研究士兵不同負重程度下豎脊肌和斜方肌等肌電(electromyography，EMG)信號變化情況發現，負重增大會導致相應肌肉活動能力增加，但由于不同受試者之間的EMG信號差距很大，Bobet等并未得出最佳負重值的上限。Hong等[14]也針對背包重量對人體肌肉活動和疲勞程度的影響進行了研究，并根據前人研究對背包重量分級進行規范。以上關于背包重量對人體影響作用的研究主要從單個參數出發，且只研究了背包負重對肌肉疲勞即時和短時間的影響，缺少對移除背包后肌肉疲勞恢復情況的研究。本文綜合研究了行走前后不同負重對軀體與頭部前傾角、EMG信號、心率和血壓參數的影響，以期從生物力學和生理學兩個角度為背包設計提供科學依據，減少人體疲勞、降低損傷風險。
1 材料與方法
選取10名大學生受試者參加試驗，其中男性5名，女性5名，受試者基本信息如表 1所示，年齡、身高和體重選擇盡量相差較小，使個體差異性的影響降低，受試者身體質量指數(body mass index,BMI)均在正常范圍之內。所有受試者身體健康狀況良好，無心血管疾病和肌肉損傷，試驗前24 h內未從事劇烈運動，以保持受試者肌肉的良好狀態。所有受試者均須體驗了解試驗過程并自愿參加本試驗。
表1
受試者基本信息
Table1.
Basic information of the subjects
試驗中，受試者負重在速度為1.1 m/s的跑步機上行走(見圖 1)，背包(李寧公司，中國)重量包括0%BW、10%BW、15%BW和20%BW。每個重量下受試者行走30 min，在行走前和行走后靜止站立在同一位置進行數據測量，并在無背包負重的開始15 min內，每5 min測量一次EMG數據，本試驗只采集右側單側數據。
圖1
人體在跑步機上背包負重行走實驗示意圖
Figure1.
Treadmill walking test of subject
考慮試驗時間和受試者疲勞對結果的影響，同一受試者轉換試驗模式的間隔時間大于15 min。為避免試驗模式先后順序對結果造成影響，每次均先測試0%BW的參考模式，其余重量模式轉換次序保證隨機性。
利用NDI Optotrak Certus三維運動捕捉系統(Northern Digital Inc,加拿大)測量受試者軀體與頭部前傾角。通過記錄粘貼在人體右側關節點直徑4 mm的標志點位置計算相應角度，標志點分別在：耳屏、肩峰鎖骨關節和股骨大轉子，如圖 2中黑點所示。忽略標志點因人體運動而引起的相對位移。
圖2
標志點位置示意圖
Figure2.
The position of the markers
采用Bortec AMT-8 表面肌電儀(Bortec生物醫學公司，加拿大)連接銀/氯化銀一次性電極來測量豎脊肌和斜方肌的EMG數據[14, 26-27]。兩電極間隔保證約20 mm，粘貼在對應肌肉的肌腹，并與肌纖維方向順應。采樣頻率為1 kHz，EMG數據傳送到放大器放大500倍后輸出，每次穩定采集時間為20 s。每次試驗前后用多功能血壓計(歐姆龍，日本)對受試者試驗前后心率、血壓變化進行測量。
首先對EMG原始信號進行去噪預處理，隨后在20 s數據中每隔5 s選取2 s計算平均功率頻率(mean power frequency，MPF)值，最終得到其均值代表該段數據體現的肌肉疲勞程度。本研究選擇MPF用于肌肉疲勞分析是因為該參數對噪聲的不敏感性和在肌肉持續收縮中表現出的對生物力學和生理學過程的強敏感性[28]。MPF值隨頻譜壓縮左移意味著肌肉的疲勞。NDI運動捕捉系統記錄標志點位置，通過坐標轉換計算頭部和軀體前傾角，角度定義如圖 3所示。
圖3
前傾角定義示意圖
Figure3.
The definition of forward lean angle
2 結果
2.1 EMG信號分析
采用ANOVA方法對數據進行統計學分析，依據所測EMG計算參數MPF值在不同背包重量下負重行走前后隨時間的變化，結果如圖 4所示。首先，在行走30 min后所有負重狀態下的MPF均下降，移除負重后隨著時間的增加MPF回升。ANOVA顯示斜方肌和豎脊肌的MPF值在負重20%BW時，行走前后均有顯著差異(P＜0.05)。在去除負重休息的15 min內，MPF均呈上升恢復趨勢，但相比其余負重狀態，20%BW時恢復情況更為平緩。
圖4
不同負重時豎脊肌與斜方肌MPF值隨時間變化情況
* 相比0 min時有顯著差異，
* significant difference from time = 0 min at same load，
2.2 姿態分析
圖 5顯示了不同負重(0%BW、10%BW、15%BW和20%BW)下30 min行走前后軀體和頭部前傾角度的變化。從圖中可看到隨著負重的增加，兩種角度均有上升趨勢，但是經ANOVA分析顯示，只在負重20%BW的情況下有顯著差異(P＜0.05)。
圖5
不同負重下軀體與頭部前傾角變化
* 相比0%BW時有顯著差異，
* significant difference from load = 0%BW at same time，
2.3 心率、血壓分析
圖 6顯示了不同負重條件下30 min行走前后心率的變化情況，從圖中可看出隨著負重的增加心率變化有上升趨勢，尤其是在負重為20%BW時有明顯增加，但差異無統計學意義(P＞0.05)。
圖6
不同負重下30 min行走前后心率變化
Figure6.
The change of heart rate before and after 30 min walking
圖 7顯示了不同負重條件下30 min行走前后收縮/舒張血壓的變化情況，從圖中看出隨著負重的增加血壓變化有上升趨勢，尤其是在負重為20%BW時有明顯增加，但只有20%BW負重情況下的收縮壓相比0%BW負重有顯著變化(P＜0.05)，其他狀態較0%BW均無顯著變化。
圖7
不同負重下30 min行走前后收縮/舒張壓變化
* 相比0%BW時有顯著差異，
* significant difference from load = 0%BW at same time，
3 討論
由于背包重量與常見的低背痛和肌骨系統疾病的關系密切，國內外研究者針對人體背包負重重量適宜值上限的確定進行了大量的研究[14, 18-19, 24-25, 29]。但目前針對背包重量對軀體與頭部姿勢和肌肉疲勞影響的研究多是從單個參數出發，缺少對移除背包后肌肉疲勞恢復情況的研究。本文綜合了不同負重對軀體與頭部前傾角、EMG信號、心率和血壓參數的影響，從生物力學和生理學兩個角度為背包設計提供科學依據，以期降低損傷風險。
前人已有相關研究發現負重的增大會導致相應肌肉活動的增加，同時在針對背包重量對人體肌肉活動和疲勞影響的研究中發現人體負重20%BW步行15min其豎脊肌和斜方肌出現疲勞[14, 26]。在本研究中負重重量的設置參考前人研究為0%BW、10%BW、15%BW和20%BW，豎脊肌和斜方肌在20%BW負重時表現出顯著疲勞，這與前人的研究結果一致[14]。同時本研究測量了在負重行走移除背包以后肌肉疲勞的恢復情況。從結果可以看到在不同負重下，肌肉疲勞均有所恢復但相比其余負重，20%BW時恢復情況更為平緩，所以建議背包重量不宜超過15%BW，否則不利于肌肉疲勞的恢復。
人體在負重時是通過身體前傾來改變自身重心的位置與重物對人體造成的向后的力矩相抗衡，從而維持身體平衡。人體背負的重物越重，重物所產生的力矩越大，人體需要向前傾斜的程度也越大[19, 24-25, 30]。Li等和Hong等均選取了10歲左右的男小學生作為研究對象，數量分別為15名和11名，負重(分別為0%BW、10%BW、15%BW和20%BW)行走過程中的姿勢變化由錄像機記錄。兩項研究的主要差別在于，Li等采用的是固定速度1.1 m/s，且每個重量級別行走20 min，而Hong等則讓受試者以自然速度行走，在每個不同重量下行走1 978 m。兩項研究結果均顯示，相比0%BW、10%BW和15%BW的負重條件，20%BW會引起軀體傾斜角度明顯增大，因而認為小學生的背包重量不應超過15%BW。在另一項針對青少年的研究中，Chansirinukor等主要研究人體靜止站立時背包重量和時間均會影響頸部和肩部的姿態，頭部前傾角度隨著負重的增加而增大，所以他們認為青少年背15%BW重的背包不利于維持站立姿勢。本研究對在不同負重條件下軀體和頭部姿勢變化的研究結果與Li等和Hong等研究一致，在負重為20%BW時，軀體與頭部前傾角有顯著增加，與Chansirinukor等研究結果有所差異可能與研究對象不同有關。
由于負重時肌肉緊張度的增加和功率輸出的需要，對人體心肺功能比無負重時有更高的要求，所以人體負重時會產生一系列心肺功能的變化。在上述Li等[19]的研究中，當受試者負重15%BW和20%BW時其呼吸頻率加快，而負重10%BW時，呼吸參數沒有明顯變化。由此推測10%BW的負重對10歲兒童而言是一個安全負重。Hong等[18]和馬軍等[29]都研究了兒童雙肩負重增加時心肺功能參數的變化，并從研究結果中得到了兒童背包重量適宜值上限的相關信息。Hong等[18]發現，不同負重對心率變化無顯著影響，但從代謝消耗的角度考慮，學齡兒童的書包重量不宜超過自身體重的10%。而馬軍等[29]綜合耗氧量、心率、能量消耗確定的適宜負荷量應在8%BW～10%BW之間。兩項研究的結論相近，大致可認為學齡兒童背包重量不應大于10%BW。而本文研究與上述研究相比，在研究對象、測試用負重量、行走速度、所測生理參數方面都有明顯區別,得到了不同的研究結果。本研究中測量了心率和血壓，結果顯示心率在負重為20%BW時有明顯增加，但是從統計意義出發沒有顯著的變化；在血壓方面，隨負重增加血壓變化有上升趨勢，尤其在負重為20%BW時有明顯增加，其收縮壓相比0%BW負重變化顯著，其他狀態較0%BW負重均無顯著性變化，洪友廉等[31]的研究中也發現20%BW負重較0%BW和10%BW負重對人體心血管系統的作用強，因此背包負重重量的不同影響心率、血壓參數的變化。
4 結論
本文利用肌肉疲勞、軀體與頭部前傾角、EMG信號心率和血壓參數來評估人體行走時背包的適當重量。實驗表明負重在跑步機上行走30 min時豎脊肌和斜方肌均表現出肌肉疲勞，但是20%BW負重時，肌肉疲勞顯著增加，與此同時軀體和頭部前傾角隨負重增加而增大，尤其20%BW負重時前傾角度增加顯著。心率和血壓也隨著負重的增加均有上升趨勢，但只有收縮壓在20%BW負重時有顯著變化。此外，不同負重下，肌肉疲勞均有所緩解性恢復，但20%BW時恢復更為緩慢。因此建議與本文選取的志愿者年齡相仿23～26歲青年人行走時，背包最大重量在15%BW與20%BW之間較為適宜，當行走時間超過30 min時背包重量不宜超過15%BW，避免造成不可逆的肌肉疲勞性損傷。
