王敏　陆阿明　张秋霞　王国栋

摘要：为促使人们合理背包并防止背包给人体带来损伤提供理论支撑，采用文献资料法对近30年来国内外学者对青少年背包与脊柱形态异常及背痛的研究成果进行分析。结果表明：背包影响青少年脊柱形态的研究主要集中在不同背包方式对其的影响；背包导致青少年背痛的研究主要集中在背包的不同重量方面；而研究中鲜有针对不同背包位置对这两者影响的报道。结论：背包重量和背包方式的不同均可对青少年的脊柱形态造成影响；背包导致背痛的现象主要出现在中小学生群体，不仅背包重量是引起青少年背痛的重要因素，背包方式也是导致其背痛的不可忽视的因素。

关键词： 背包；脊柱形态；身体姿势；背痛

中图分类号： G 804文章编号：1009783X（2016）02018805文献标志码： A

Abstract：In order to provide theoretical basis of backpack carriage reasonably，and to prevent injuries induced by backpack carriage，the present study has reviewed documents on adolescents morphological abnormalities of the spine and back pain caused by backpack carriage within the past 30 years.The results show that many studies have focused on the influence of different backpack carrying methods on shape of spine，and researches about backpack carriage to back pain focused on different backpack loads.But few studies discussed the different load positions on those two aspects.Conclusions：Both backpack loads and backpack carrying methods have an influence on adolescents spine morphology.The phenomenon of backpack carriageinduced back pain is mainly in school children.Not only backpack loads but also backpack carriage ways are the important factors to lead back pain in adolescents.

Keywords：backpack；form of spine；posture；back pain

背包在21世纪的今天已然成为人们日常生活中不可或缺的工具之一，而青少年是使用背包的主要人群，但背包对人体的影响却没有得到足够重视。青少年背包过重不利于其生长发育，会使肌肉发育较弱的青少年脊柱两侧神经肌肉处于高度紧张状态，从而发生脊柱的侧弯、前凸、后凸及前倾等姿势缺陷，造成背痛、肌肉酸痛等疾病[1]。这种现象已被越来越多的研究人员与家长所关注，因此，许多学者开始致力于研究背包给人体带来的影响（如负重后脊柱形态、姿势、平衡、肌肉活动、肺容量、步态的变化及由背包所致的背痛等方面[1]），不断调节姿势，缓解疲劳，降低损伤风险。目前，国外已经开展了大量背包导致青少年脊柱异常及背痛的研究，但国内相关研究较少。本文意在总结国内外学者对青少年背包与脊柱形态异常及背痛的研究成果，为国内学者深入探讨该领域研究提供参考依据。

1研究方法

本文主要采用文献资料法获得相关文献资料。通过计算机检索CNKI、Elsevier Science Direct全文电子期刊、Ovid全文电子期刊及Google学术搜索引擎等搜索相关文献，以“青少年、背包、书包、脊柱、背痛、下背痛”为主要中文检索关键词，以“adolescents、backpack；schoolbag；spine；back pain；low back pain”为主要英文检索关键词，时间设定为1985—2015年。对资料进行初审，选取文章结构较完整、研究方法较清楚、研究内容与“背包、脊柱形态、（下）背痛” 关系较密切的文献资料，并大致按不同研究方向进行整理：将研究脊柱形态和研究（下）背痛的资料分别归类整理，并进一步按照不同背包方式和背包重量进行细致归类。

2青少年背包对脊柱形态的影响

正常人脊柱位于人体背部正中央，可从脊柱的前、后及侧面3个方向观察以判断是否正常，如图1所示[2]。1）脊柱前面观：正常人自第2颈椎到第2骶椎，椎体的大小和宽度自上而下随负荷的增加逐渐加大，到第2骶椎以下又突然变小、变窄。2）脊柱后面观：正常人背部正中线上棘突连贯形成纵棘，基本上呈1条直线。颈椎棘突短、呈水平方向，有分叉，第7颈椎（隆椎）为计数骨，外形向后突出明显。胸椎棘突细长，多为斜后下方，呈覆瓦状排列。腰椎棘突呈板状，水平伸向后方。而骶骨棘突逐渐退化，直至消失。3）脊柱侧面观：成人脊柱从侧面观有4个生理弯曲，即颈曲向前、胸曲向后、腰曲向前、骶曲向后[3]。

脊柱在矢状面和额状面，即脊柱前后弯曲和左右弯曲程度可有效地反映人体脊柱形态的变化。相关研究[47]结果已证明背包致使躯干的过度前倾和肩部的旋转会导致脊柱自然的中立位发生改变。长期背包所产生的效果会使姿势发生永久性变化，从而会使脊柱产生一个抗压力导致背部产生椎间盘退变性疾病或椎间盘突出等一系列病理性疾病[8]。

2.1不同背包方式对青少年脊柱形态的影响

对称性和非对称性2种背包方式均会对青少年的脊柱形态造成影响，导致脊柱损伤。

2.1.1对称性背包对青少年脊柱形态的影响

多数青少年使用对称性背包即双肩背包，但已有研究暗示尽管是双肩背包也避免不了对脊柱形态造成影响。例如Heidi等[9]对青年女性双肩背包在常速行走3 min的放松状态下和21 min的轻度疲劳状态下测试其头、颈和胸椎到腰椎的脊柱弯曲程度。结果显示21 min行走后，胸椎到腰椎的弯曲度明显增加，这表明背包负重或许会造成脊柱损伤，特别是上胸椎和上腰椎部分。Chow等[10]的研究发现，与负重前相比，青年人背包后即刻测量结果显示躯干的前倾角度增加了11.7°，骨盆后倾增加了6.5°，颈椎前凸降低了5.4°，胸椎后凸降低了2.8°，腰椎前凸降低了8.9°。其中，只有颈椎前凸和躯干前倾的变化具有显著差异。研究表明背包负重使脊柱弯曲有明显的变化，增加了脊柱损伤的风险。Vacheron等[11]在成年受试者的C7、T7、T12、L3、S1和下颚及枕骨隆突贴上marker点，用Vicon3D技术测量背包重心在T9时不同脊柱段在矢状面的有效移动距离，发现背包后S1L3T12和L3T12T7脊柱段的移动距离减少且有显著差异，学者建议应选择在脊柱的合适位置背包。同样，Warren等[12]也采用3D摄影方法研究年轻人背包对脊柱形态的影响，发现采用双肩背负17%BW（body weight）背包时脊柱弯曲明显。也有学者研究了背包后骨盆的变化，Smith等[13]指出相比较于单肩背包和无负重行走时，青年女性双肩背包时骨盆在前后方向倾斜度最大，双肩背包使人体的重心向后移动，骨盆的前倾是为了保持自身的直立站姿。

少年儿童正处于身体快速发展的阶段，背包影响其脊柱形态表现得更明显。Korovessi等[14]对12～18岁的少年儿童调查指出，书包能使儿童肩部和背上部移动。Grimmer等[15]指出8～12岁每个年龄段双肩背包与不背包的学生比较，寰枕关节的绝对差值有显著性差异，表明背包负重对儿童的脊柱已经造成影响。Chansirinukor等[16]的研究发现，高中生背15%BW的双肩包时，颅椎角明显减小，头前倾程度更大。其角度的变化可能是为了弥补身体的调整和维持因背包所改变重心的需要[1718]。

可见，双肩背包仍能使人体的脊柱形态产生变化，尤其是处于青春发育期的少年儿童背包会严重影响其脊柱的正常发育，甚至导致脊柱损伤；因此，学校和家长应提醒学生多采用其他方式携带学习用品，例如手拉式书包等。

2.1.2非对称性背包对青少年脊柱形态的影响

非对称性背包即单肩背包，包括左肩和右肩背包。单肩背包代表了年轻一代个性的张扬，然而相关研究已证实：单肩背包给人体带来的损伤远远大于双肩背包。例如Fowlera等[19]发现不对称性负重开始阶段青年男性在脊柱矢状面上弯曲度增至6°，在额状面上增至12°，而负重一段时间后腰椎在冠状面有显著性变化，胸椎在矢状面上有显著性变化。这种影响可能会使身体重心从2个平面的正中线发生移动，从而使身体姿势发生改变。

非对称性背包对脊柱形态的影响研究多集中在对少年儿童脊柱形态的影响方面。Chansirinukor等[16]研究发现13～16岁的少年在负重后头部前倾和颈椎前屈增加，单肩背包后变化更为明显。Pascoe等[5]指出11～13岁的儿童少年单肩背包时支撑肩明显向上耸肩，骨盆前后倾斜度增加，脊柱侧弯。

其他一些学者的研究也证实了不对称性背包对脊柱形态的影响，如Norkin等[8]认为单肩背包会使脊柱侧屈运动增加；因此，经常单肩背包的人容易疲劳，因为单肩背包会增加肌肉向负重相反方向的运动。另外，肌肉活动的增加意味着更大的抗压力将作用于脊柱[89]，改变脊柱形态，增大脊柱损伤的风险。

有学者对负重后脊柱形态的恢复进行研究，但年龄似乎是影响脊柱形态恢复的重要因素。例如Negrini等[20]指出，学生非对称性背包时躯干向前倾，腰椎角度减小，非对称背包时姿势在所有解剖面发生变化，疲劳后在矢状面有显著变化；但在背包移除后所有变化都复原了，尤其是腰椎前凸。而与之结论相悖的是HungKay等[10]的研究表明：青年人背包行走后取下背包后躯干姿势和重新定位能力均不能完全恢复；背包过程中，脊柱弯曲有明显的变化，也增加了脊柱重新定位的错误，增加了脊柱损伤的风险。学者们结论不尽一致的原因可能是两者研究对象的年龄不同。少年儿童正处于青春发育期，外界对其身体的刺激是见效快、恢复也快；而青年的身体形态基本定型，外界对其身体的影响使得其恢复得相对较慢，故而存在明显的滞后效应。可见，不对称性背包对脊柱形态有显著的影响。部分学者间的研究结论存在矛盾，与研究对象年龄不同有关。

2.2不同背包重量对青少年脊柱形态的影响

从目前查阅的资料来看，从不同背包重量着手研究脊柱形态的文献要少于从不同背包方式研究脊柱形态的文献，但也已有学者取得了可喜的成绩。Martin等[6]的研究发现：女性在背负48%BW（29 kg）和60%BW（36 kg）的背包时，较男性而言身体前倾更为明显，所以女性的背包负重要求需更低，这与女性的生理结构及行走过程中需克服的机械压力有关。Smith等[13]指出，与无负重时相比较，女性大学生在背负15%BW的背包时，骨盆左右方向倾斜和转动的活动范围明显降低，表明女性大学生背包负重会导致姿势发生变化。Kinoshita[21]也认为受试者在背负20%BW或者40%BW背包时，身体显著向前倾斜，脊柱形态发生改变。

不同重量的背包对少年儿童的脊柱形态会造成更大的影响。香港儿童健康和发展联盟报道：香港儿童的书包重量为20.2%BW，脊柱异常的儿童占总数的5.5% [22]。Ramprasad等[23]提出当学生背包重于15%BW时寰枕关节角度发生显著性变化，当背包重于10%BW时颈椎和脊柱角度均发生显著性变化；Grimmer等[15]也对相似年龄段的男女儿童寰枕关节角度变化与背包的关系作了相关研究，以寰枕关节变化角度≥5°为标准判断脊柱受到了压迫，显示8～12岁每一年龄段的学生中分别有35%、20%、17%、24%、22%的学生被认为是“处于危险中的”，其寰枕关节最大变化角度分别为12°、13.2°、31°、30.2°、11.3°。种种迹象表明这些处于危险中的学生的背包重量比其他学生的背包重量明显更重。Chow等[24]对不同背包负荷（0%、7.5%、10%、12.5%、15%BW）对脊柱侧弯和脊柱正常女生的站立姿势和平衡的影响作了对比研究，指出背包越重，2组受试者躯干向右旋转度越大，且躯干弯曲度增大，躯干和骨盆间的弯曲度也越大，头部向躯干的左侧旋转且头部间的弯曲度减小，头部越向后转动向C7靠近。表明背包负荷不仅加重了脊柱侧弯女生的损伤，也影响到了正常女生的脊柱形态。

有学者探讨了学生的适宜背包重量。Chansirinukor等[16]认为背负超过15%BW的书包就使得儿童不能维持正常站立姿势。有学者[21]调查指出，中小学生书包平均重量达4.1 kg，占其自身体重的10.6%，超过50%的学生书包的重量已超过了以往研究中建议学生背负的适宜重量，即10%BW。观察学生背负自身体重不同百分比的重物时身体前倾角度的变化，结果显示，随着重量的增加，身体前倾程度加大，且差异显著。说明学生负重时是通过身体前倾来改变自身重心的位置而抗衡重物对人体所造成的向后的力矩，从而维持身体的平衡。人体背负的重物越重，重物所产生的力矩越大，人体需要向前倾斜的角度也越大。

可见，不同背包重量会导致青少年脊柱形态发生不同程度的改变，往往是背包越重，脊柱形态变化越明显。而针对不同人群的背包重量到底多重最为合适，还需要更多的学者投入研究，给出定论。另一方面，大量研究显示，背包负重对人体脊柱形态的影响研究主要以青少年为讨论对象，而针对中老年人背包对脊柱形态的影响研究却屈指可数，特别在老年人这一人群上，研究背包对老年人脊柱形态的影响具有必要性。

3背包导致青少年背痛的研究

背痛可能由多重因素引起，包括肌肉、神经、骨骼、关节或与脊柱相关的其他方面而引发的背部疼痛。常常谈到的青少年背痛与其上学期间长期使用书包息息相关，书包也是学生在日常生活中被忽略的生理压力因素[2526]。在2006年的一项调查研究中发现，在美国的大都市，11～14岁的1 540个青少年中有37%的学生反映有背痛的现象，那时青少年书包的使用率已达到了97%[27]；然而在2014年，来自马拉西亚南部的另一项调查研究指出，使用书包的学生中有背痛现象的比例已上升到52%[28]。

3.1不同背包重量导致青少年背痛的研究

近年来，全世界都注意到了书包与青少年背痛的关系，专家们已经指出书包的重量是否已超过其身体所能承受的重量。一项研究[29]发现，13和16岁学生的书包重量分别为10.4%BW和10.2%BW。法国小初中的大部分学生[3031]，意大利儿童[32]、美国中学生[33]、澳大利亚高中生[34]等书包的重量都超过了其体重的10%。其中法国的初中生和澳大利亚的高中生背负大重量的背包与其背痛出现的几率显著相关。相关研究也指出：书包重量超过10%BW就会导致能量消耗增加[35]、身体前倾增加[33，36]、肺容量减少[37]等，背包所引起的这一系列变化同样可能增加背痛发生的风险；并且有最新研究[38]表明，青少年的生活质量及下背痛与其书包的重量有着紧密的联系。

有学者从实验方法着手证明了过重的背包对青少年背部的影响。JH Goh等 [39]用Vicon和测力台收集青少年分别背负0、15%BW、30%BW重量的背包行走时腰骶关节的力量数据显示，相比较于无负重时，背负15%BW和30%BW背包时，腰骶关节处的力量分别增加26.7%和64%。说明负重行走过程中，腰骶关节的力量增加不成比例，这可能造成背痛现象的出现，这同样也为脊柱损伤埋下了隐患。

可见，青少年背痛的产生与长期使用书包有关，过重的书包严重威胁青少年的健康，所以降低书包重量是缓解青少年背痛的一个可行途径。

3.2不同背包方式导致青少年背痛的研究

从获取的有效文献资料来看，针对不同背包方式导致青少年背痛的研究很少，只有少数学者是从不对称性背包导致背痛着手研究的。Korovessis等[40]研究12～18岁学生的背包与背痛、脊柱弯曲与躯干倾斜的关系，结果表明：背包负重能降低颅椎角度、改变肩部和上躯干的移动，不对称背包会增加背侧痛，高强度阵痛与不对称背包有关；背包负重，特别是不对称背包会导致上躯干和肩部的旋转及脊柱前凸，并会增加学生的背痛：所以建议其采用对称性背包。

由研究可知，背包导致背痛的现象主要出现在中小学生中，不仅背包重量是引起学生背痛的一个重要因素，背包方式也是导致背痛的一个不可忽视的因素。

4结论

4.1背包重量和背包方式的不同均可对青少年的脊柱形态造成影响

1）背包重量越重，青少年脊柱形态变化越明显，导致脊柱损伤的几率也越大；不对称性背包即单肩背包对脊柱形态的影响比对称性背包即双肩背包对其的影响更为显著，且更易造成青少年脊柱侧弯，损害其健康。

2）年龄可能对背包后脊柱形态的恢复产生影响。年龄越小脊柱形态可能恢复得越快，反之亦然。

4.2背包导致背痛的现象主要发生在中小学生群体

不仅背包重量是引起青少年背痛的重要因素，背包方式也是导致其背痛的不可忽视的因素。相比较于对称性背包而言，不对称性背包可能更为显著地导致中小学生背痛；所以，建议中小学生对称性背包并尽量减轻学生的背包重量，如若条件许可，应采用多种方式交替携带学习用品。

5问题与展望

国内外学者对青少年背包与脊柱形态异常及背痛的研究已有较为显著的成果。目前对背包影响青少年脊柱形态的研究主要集中在不同背包方式对其的影响，背包导致青少年背痛的研究主要集中在背包的不同重量方面，而鲜有研究针对不同背包位置对这两者的影响进行报道。另外，到目前为止，大量的研究对象都集中在青少年群体，只有少量的学者研究了成年人背包对其的影响。这就提示了我国学者可从以上几点针对背包导致人体脊柱形态异常及背痛等方面做进一步探索研究。

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