一、國小學童
第貳章 文獻探討
本研究旨在探討不同背重率與步行時間對學童身體姿勢的影響進行分析，相 關文獻分為五個部份探討：一、背重時生理反應的研究。二、背重時步態的研究。
三、背重與姿勢的研究。四、其他相關研究與統計。五、本章結語。
第一節 背重時生理反應的研究
張曉亭（2003）調查 1164 位學童上學背負書包的重量，發現六年級學童書包 為最重，平均值達4.2 公斤，背重率為 10.2%，其中 31.98%的學童書包超過教育 部建議的12.5%背重率。再以 12 位六年級男童為受試者，以雙肩、單肩、手提及 拖車法，背重4.2 公斤以每分鐘 100 公尺之速度，分別行走 200 公尺平地及 3 層樓 梯，記錄耗氧量、心跳率，進行單因子重複量數變異數分析，發現不同書包背法 於運動心跳率與耗氧量明顯高於無背重狀況，但四種背法在心跳率及耗氧量的差 異則不顯著；在走平地時手提法耗氧量最高，在走樓梯時單肩背法最高。
林大豐（1989）以13名大學男生為受試者，探討肩部、腰部和背部等不同部 位背負體重15%的重量與無背重走路測驗中乳酸、尿酸、心跳率、血壓、呼吸交 換率、換氣量、耗氣量和運動強度與自覺量表等級上的差異。研究發現背重與無 背重之間、各組運動前後之乳酸與尿酸值皆未達顯著差異。背重時之心跳率、心 舒壓、心縮壓、耗氣量、換氣量和運動強度與自覺等級皆顯著高於無背重時 ( p
< .05 )。背部背重走路時之生理反應和能量消耗較低。肩部背重比背部和腰部背重 走路導致較高的生理反應。
洪友廉等（1999）於天津市某小學中挑選 15 名 12 歲的男學童進行測試，背
換氣量、心跳率增加約5~ 6%，自覺努力量在 30%背重率時達顯著差異。在生物 力學的部份，髖關節伸展、膝蓋伸展、腳踝與腳底彎曲度均依背重的增加而增加。
生理相關的研究以能量代謝中的耗氧量、心跳率與呼吸相關的 FEV1、FVC 的 參數為主，通常是比較不同背重率、背書包的方式與背負的時間對生理的影響為 主要範圍。研究指出，雙肩後背的背負方式生理反應和能量消耗較低，背重率 15%
以上時容易對生理造成影響。
第二節 背重時的步態研究
鍾祥賜（2002），鍾祥賜、陳文基、陳五洲（2003）對 12 名國小高年級學童 以不背重、右肩背重、左肩右斜、雙肩背重四種不同背重方式，背重時背重率為 12.5 %的身體重量，分別在每分鐘 105 步與 142 步兩種不同步行速度對足底足跟 區、足中區、足前區壓力的影響與變化進行探討，研究發現對所有足底壓力參數 而言，速度與背重方式之間並無交互作用，背重與未背重的比較發現，背重時足 底各區壓力皆有增加的趨勢，其中右肩背重影響最大、左肩右斜次之、雙肩背重 最小，但未達顯著差異。另外足弓（中）區在足部受到更大力量時會產生下陷來 分散足底壓力，步行速度變快時足底壓力有向右移的趨勢，尤以右肩背重與左肩 右斜較為明顯。
宋宏偉（2003）對 10 名國小高年級學童進行背負 0%、7.5%、10%、12.5%、
15%及 20%身體重量的書包於跑步機上行走，進行步態分析（速度為 1.1 m/s），擷 取15 秒的數據分析，藉由步態分析跑台獲取學童於不同背重率步行之步態數據。
根據步頻、下肢支撐時間和站立期衝量之參數分析發現，背重率從15%開始各參
數有明顯改變之趨勢但未達顯著差異，因此認為15%之背重率應可做為合理背重 率之臨界值。
Hong and Li (2005) 對 13 名平均 12 歲的學童進行不同背重方式（背包與右肩 斜背）與背負0%、10%、15%、20%身體重量，上下階梯時以壓力鞋墊量測分析 不同背重時的步態分析。研究發現兩種背重方式在15%上下階梯時，腳底觸地峰 值達到顯著差異，但是右斜肩側背在10%背重率上階梯時即達顯著差異。
Pascoe, Pascoe, Wang, Shim, and Kim (1997) 對 10 名年齡介於 11 ~13 歲的學生 進行背重時步態與身體姿勢的分析，背重方式分為無背重、單肩後背、雙肩後背、
單肩斜背四種方式，背重時重量為17%身體重量。研究發現相較於不背書包，其 他三種背重方式步長顯著減少，步頻顯著增加 ( p < .05 )；而單肩後背包與單肩斜 背時左右肩膀高度與脊椎偏差角度達顯著差異 ( p < .05 )。
Goh, Thambyah, and Bose (1997) 以 10 名平均年齡 19.9 歲的男性進行背負 0%、
15%、30%背重率之背包的步行實驗。以動力學逆過程的方式計算髖關節受力、步 態分析、與軀幹傾斜角度、腹部受力的分析，每一項資料的擷取，皆經由三次的 實驗。研究結果指出，髖關節受力在背重時顯著增加；步態分析中，步幅與步行 速度只有輕微的改變，未達顯著差異；步行中未背重時軀幹移動的範圍為4.72 ± 0.93 度，背負 15%身體重量時為 5.1 ± 1.37 度，背負 30%身體重量時 5.51 ± 0.97 度，軀幹移動的角度於各背重率時皆未達顯著差異。軀幹傾斜角度於未背重時為 -8.38 ± 1.4 度（負數即為後仰的角度），於 15%背重率時為-0.57 ± 1.56 度，於 30%
背重率時為4.26 度 ± 1.58 軀幹傾斜角度於三種背重率下皆達到顯著差異。腹部受 力於未背重時為6%身體重量，15%背重率時為 9%身體重量，30%時為 8%身體重
量。
背重的步態研究中，研究者以不同的背重方式進行實驗，了解步頻、步長與 足底壓力等參數，各項相關參數於背重率15%；背負方式為單肩背負時，容易達 到顯著差異。國內學者指出，背重時足底各區壓力皆有增加的趨勢，步頻、下肢 支撐時間和站立期衝量之參數有改變的趨勢，但皆未達顯著，15 %背重率應可作 為合理背重率之臨界值。
第三節 背重與姿勢的研究
Hong and Brueggemann (2000) 以15名平均年齡10.31歲的男性學童，背負0%、
10%、15%與20%身體重量之背包，步行於跑步機20分鐘 (速度為1.1 m/s)，進行步 態、心跳率、血壓與軀幹前傾角度的分析。研究發現，相較於背重率0%，背重率 為15%與20%時，軀幹前傾的角度增加（以肩關節和臗關節所連結的直線與水平線 的夾角作為分析的角度）；血壓值回復的時間增長，皆達顯著差異。另外，所有量 測的數據於0%與10%時皆未達顯著差異。因此研究建議10歲的學童背重率不應超 過10%。
研究中以動作控制的理論解釋身體背負重物時軀幹的傾斜。動作控制的功能 包括使身體適應外在環境、維持身體姿勢與平衡，當學童背負書包時，身體的重 心 (CG) 會改變(如圖2-3-1左)，軀幹會向前傾斜使身體保持平衡(如圖2-3-1右)，
身體姿勢的調整能減少能量的消耗並且增加步行的效率。國內學者引自國外模擬 人體站立時移動情形的研究中指出，成人站立時的穩定限度為往前8.25度，往後 4.25度，往左、右各8度（胡名霞，2006）。
圖 2-3-1 背負書包後身體重心改變（左）；軀幹前傾保持身體平衡（右）
(修改自 Goh, Thambyah, and Bose, 2000）
Chansirinukor, Wilson, Grimmer, and Dansie (2001) 對 13 名 13 ~ 16 歲學生，進 行背負15% 背重率之背包（雙肩後背）步行 5 分鐘；以及用右肩背負自己的背包，
對頭部與肩部姿勢的影響。研究發現，頭部前傾的角度達到顯著差異 ( p < .05 )，
但肩部前傾的情況未達顯著差異，研究建議對於13~16 歲的學生，背重率應該小 於15%；另外指出，實驗中每一位學童都在受控制的環境與步行方式下進行，可 能無法反映學生實際上學的情況。
國內學者黃詩帆（2006）以 8 名平均 11.38 ± 0.92 歲的國小學童進行不同背重 率 (0%、10%、12.5%、15%) 運動學與動力學參數變化情形，研究內容著重於步 態與下肢動力學分析，受試者步行於6 公尺的實驗步道，經由高速攝影機、測力 板擷取資料，再以APAS 與 DASY Lab6.0 軟體分析。研究指出，當身體於背重時，
垂直地面反作用力峰值增加，10%背重率時，淨踝關節肌肉力矩明顯高於正常步 態。15%背重率時，雙腳支撐時間增加；單腳支撐時間下降。在運動學的參數中，
研究者分析軀幹前傾角度的擷取點，分為步行時的制動期與推蹬期，制動期軀幹 前傾角度為0%：1.3 ± 4.19 度，10%：7.91 ± 3.81 度，12.5%：7.77 ± 3.04 度，15%：
8.18 ± 2.64 度；推蹬期為 0%：6.73 ± 3.47 度，10%：10.47 ± 3.89 度，12.5%：10.33
± 2.56 度，15%：11.70 ± 3.94 度。研究結果指出，在運動學的參數部份，15%背重 率時會造成身體姿勢的變化；但在動力學參數部份，10%背重率時即造成顯著影 響，因此建議背重率應於10%以下。
馬軍、朱虹、斯頎與劉恩度（2001）對北京市 600 名 6~14 歲男學生（小學生 413 名與中學生 187 名）進行背負方法調查、書包測重與身體姿勢分析，並在每年 級選擇中等身高體重的男學生5 名，進行拍攝背重率 0%、5%、10%、15%、20%、
25%照片進行分析，結果發現書包以雙肩背法的小學生有 96.6%；中學生有 83.5%，
平均重量為4.1 公斤；背重率為 10.6%，其中 50%的學生超過以往研究建議的 10 % 背重率，有64.7%的學生上半身向一側傾斜並以小學生較為明顯，而前傾角度隨 負重量增加而增大。高舒黎（1999）參照美國紐約州制定的體質評分標準，檢測 國一119 名學生的姿勢，研究發現有 68%的學生頸部向前傾；肩膀高低不一的有 78%。
Hong and Cheung (2003) 以 10 位年齡 9 ~ 10 歲的學童進行背重率為 0%、10
%、15%、20%的背重步行實驗（步行於籃球場；不約束步行速度），距離為 1978 公尺（大約是香港學童家裡與學校的平均距離）對步態與軀幹姿勢的分析，結果 顯示背重增加與行走距離對於步幅與時間參數並無顯著差異。背重率與步行距離 對軀幹前傾角度皆有顯著影響，背重率20%時，軀幹姿勢傾斜度增加並達顯著差 異 ( p < .05 )。
Li and Hong (2004)將 6 歲及 12 歲的男性學童分為兩組各 11 名，進行背負 0
% 、10%、15%、20%身體重量之雙肩背包步行於跑步機 20 分鐘，步行速度為 1.1
m/s ~ 1.3 m/s（步行速度為學童認為舒適的速度，且由學童自行選擇），紀錄第 1 分鐘、第5 分鐘、第 10 分鐘、第 15 分鐘與第 20 分鐘時軀幹傾斜的角度。研究發 現，相同的背重率於各實驗時間點（第 1 分鐘至第 20 分鐘）軀幹前傾的角度無顯 著差異。背重率增加，身體傾斜角度增加，相較於未背重時，背負15%身體重量 的背包時，軀幹傾斜角度顯著增加；另外，相同的背重率（有背負重量時）於不 同年齡的實驗中，12 歲組軀幹傾斜角度顯著大於 6 歲組，因此在實驗中，年齡的
m/s ~ 1.3 m/s（步行速度為學童認為舒適的速度，且由學童自行選擇），紀錄第 1 分鐘、第5 分鐘、第 10 分鐘、第 15 分鐘與第 20 分鐘時軀幹傾斜的角度。研究發 現，相同的背重率於各實驗時間點（第 1 分鐘至第 20 分鐘）軀幹前傾的角度無顯 著差異。背重率增加，身體傾斜角度增加，相較於未背重時，背負15%身體重量 的背包時，軀幹傾斜角度顯著增加；另外，相同的背重率（有背負重量時）於不 同年齡的實驗中，12 歲組軀幹傾斜角度顯著大於 6 歲組，因此在實驗中，年齡的