《PLOS One》：Biomechanical and physiological effects of a passive upper-body exoskeleton during stair ascent and descent
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本研究通过评估CarrySuit?被动上肢外骨骼在负重（12公斤）上下楼梯时对心率、肌电图（EMG）、关节运动学和主观不适感的影响，为复杂垂直移动任务提供了一种可行的人体工学解决方案。结果表明，该外骨骼能有效降低肌肉与心血管负荷，提升使用者舒适度，且不显著影响关键的步态模式。
肌肉活动与心血管反应
研究最一致的发现是，无论性别与上下楼梯方向，使用CarrySuit?时，肱二头肌的平均和峰值肌电激活均显著降低。在背部，男性与女性在楼梯上行时，竖脊肌的激活都出现了下降，但在女性进行楼梯下行任务时，其竖脊肌活动在有无外骨骼两种条件下保持相当。
在上肢肌肉方面，男性在楼梯上行时，股外侧肌的激活有所增加；且在楼梯下行时，佩戴外骨骼的男性表现出明显的右侧股外侧肌峰值激活不对称性（约高出左侧20%）。考虑到所有参与者均为右利手，这可能反映了习惯性肢体优势对稳定策略或运动模式的影响。
在下肢肌肉方面，所有参与者在楼梯下行时，腓肠肌内侧头的肌肉活动均有所降低。值得注意的是，在女性中，无论是否佩戴外骨骼，腓肠肌内侧头活动都存在不对称性，但佩戴外骨骼时的不对称性幅度（约10%）远低于未佩戴时（约30%）。以往研究认为，超过20%的不对称可能意味着神经肌肉失衡并增加跌倒风险，因此外骨骼带来的不对称性降低可能反映了更平衡的肌肉募集策略。
在心血管反应上，无论男女，在佩戴外骨骼（EXO）条件下进行楼梯任务的平均心率均显著低于未佩戴（NOEXO）条件。尽管外骨骼本身重达5.6公斤，但心率的降低表明，其提供的人体工学支撑有效抵消了其自身重量，减少了整体生理负荷。
全身运动学
运动学分析揭示了矢状面关节活动度的条件依赖性变化。外骨骼的使用与多个身体部位关节活动度的减少有关，特别是在男性中尤为明显。由于CarrySuit?固定在骨盆并通过绑带环绕躯干，它可能有助于在运动中保持骨盆和躯干更中立的对线。
在女性中，活动度减少仅限于颈部和胸部。相反，活动度增加则出现在下行时的膝和髋，以及上行时的踝、髋和肩。在下行时膝和髋活动度的增加可能反映了更动态或幅度更大的运动策略。
在男性中，活动度增加仅限于楼梯上行时的踝和膝。重要的是，在使用外骨骼时，未观察到关节角度的不对称性。尽管外骨骼条件下某些关节活动度有所减少，但所有数值均保持在功能和正常范围内，表明这些变化对任务表现并非限制性或有害的。
主观不适感与用户反馈
主观不适感和疲劳评分进一步支持了生理学发现。女性参与者报告，使用外骨骼时手/腕部的不适感以及总体疲劳感显著降低。男性参与者体验到更广泛的缓解，包括手臂、下背部、膝盖和脚踝等多个区域的不适感减少。
此外，用户满意度很高：超过80%的参与者认为该设备易于使用且舒适，超过90%的参与者表示会推荐其用于类似的负重搬运任务。这些发现突显了该外骨骼在真实工作环境中被接受和实际应用的潜力。
研究局限性
本研究存在一些局限性。首先，尽管楼梯任务在工作场所高度相关，但结果可能无法推广到其他垂直或不平坦的地形。其次，标准化的12公斤负载可能无法涵盖实际工作中遇到的全部负载需求。第三，参与者的样本主要由相对年轻的个体组成，这可能限制了研究结果对不同年龄段劳动力的适用性。最后，未评估长期使用效果。未来的研究应探索外骨骼在更广泛的职业人群和环境条件下的累积影响。
结论
CarrySuit?被动上肢外骨骼在负重上下楼梯时，有效降低了肌肉（特别是肱二头肌和竖脊肌）激活和心血管负荷，并提升了使用者舒适度。尽管存在性别和运动方向的差异，但这些益处是在不影响关键关节活动度的情况下实现的。值得注意的是，这些积极效果是在外骨骼自身额外增加5.6公斤重量的情况下观察到的，表明即使在垂直移动这类高要求任务中，其人体工学支撑也带来了净生理效益。该研究为在机械辅助设备不切实际的复杂工作环境中实施外骨骼提供了关键的证据支持。?外骨骼（EXO条件）的同时，背负12公斤负载上楼梯。">
