張岳君, 林文文

升降桌使用功效與站-坐時間設定文獻綜述

張岳君1,2, 林文文3

（1.樂歌人體工學科技股份有限公司, 浙江 寧波 315191; 2.寧波大學 信息科學與工程學院, 浙江 寧波 315211; 3.寧波大學 機械工程與力學學院, 浙江 寧波 315211）

選取18篇設定嚴格站姿或站-坐時間的文獻, 梳理了文獻中升降桌的使用功效, 比較人們對不同作業(yè)姿勢的偏好, 并從中提煉關于升降桌站-坐時間設定的量化信息. 從統(tǒng)計結果來看, 采用站姿或站-坐交替的模式對作業(yè)績效、下肢水腫及脊柱萎縮等指標的影響不顯著, 但有助于增強身體變動頻率、心率與能量消耗水平. 基于個體主觀反饋的不適感評價顯示, 被測人員偏好站-坐交替模式, 坐姿次之, 站姿效果最差. 根據(jù)研究結論的比較分析, 本文建議將單一作業(yè)姿勢所引發(fā)的不適感作為設定站-坐時間的主要指標, 并將其與肌電信號等生理指標相結合以提升可信度, 而坐姿時間的設定應大于站姿時間.

升降桌; 站姿; 站-坐時間; 不適感; 肌電信號

由久坐不動引起的肌肉骨骼疾病(Musculo Skeletal Disorders, MSDs)在辦公人群中的發(fā)病率較高, 主要是在頸、肩、背等部位的局部肌肉疲勞與不適[1], 久坐所導致一系列累積性的疾病也正被醫(yī)學界所關注和重視, 如各類慢性病、心肺功能及健康風險等[2]. 升降桌(sit-stand desk)屬于主動型工作站范疇, 支持采用站-坐交替方式開展作業(yè)符合ISO 6385:2016中辦公人體工學設定原則, 對緩解肌肉骨骼疾病、減少靜坐時間具有較大潛力[3].

近些年關于升降桌產品使用功效的研究層出不窮, 已有多篇綜述文獻回顧升降桌的使用功效. Sui等[4]認為引入站姿作業(yè)的辦公模式不會影響作業(yè)效率和表現(xiàn). Chambers等[5]、Karakolis等[6]和Karol等[7]的分析顯示, 升降桌可在不降低辦公效率的前提下, 緩解作業(yè)過程中的不適感. Macewen等[8]指出使用升降桌對人體生理指標的影響較為輕微, 且不影響作業(yè)績效. Agarwal等[9]認為升降桌有助于減輕下背部疼痛.

從現(xiàn)有研究來看, 對于如何科學合理地設定升降桌使用過程中的站-坐時間仍缺乏一致性結論和足夠重視[5,7,9], 其中, 此處的“站-坐”包含了兩種姿勢之間的交替行為, 而前述幾篇綜述都尚未充分關注此技術性的主題. 為此, 本文將對近些年研究中涉及的升降桌使用功效重新進行梳理分析, 比較不同作業(yè)姿勢的偏好, 確立驅動個體進行站-坐姿勢調整的主要指標, 并在此基礎上提煉關于升降桌站-坐時間合理設定的量化信息, 為以后相關問題的研究提供一定借鑒.

1 文獻信息

由于已有研究都具有較強時效性和較廣覆蓋面, 表1即為篩選的18篇文獻, 選取主要標準是實驗方案設置了嚴格的站姿或站-坐交替時間(圖1), 且與辦公作業(yè)內容相關. 方案主要涉及三個要素: (1)站-坐交替作業(yè); (2)站姿作業(yè); (3)坐姿作業(yè), 而后者通常被作為參照組. 此外, 表1還統(tǒng)計了對作業(yè)過程進行監(jiān)測的文獻, 包含的作業(yè)內容主要圍繞常見辦公項目展開, 而其中的復合作業(yè)指被測人員開展了兩項以上的作業(yè)項目. 評價指標分為生理、心理及工作績效三大類, 其中生理指標是指通過各類實驗設備獲取的客觀人體數(shù)據(jù), 如心率、脊柱壓力、肌電信號(electromyography, EMG)等; 而心理指標則通過問卷調查形式獲得, 包括作業(yè)過程中的不適感、單調感、疲勞感等主觀評價; 工作績效則多由軟件平臺直接計算獲得.

表1 文獻的基本信息

注: “√”表示涉及統(tǒng)計項目, “-”表示未涉及統(tǒng)計項目.

圖1 作業(yè)姿勢的時間設定方法

圖1統(tǒng)計了文獻中不同作業(yè)姿勢的時間設定方法, 但不包括Hasegawa等[10]和Barbieri等[25]的復雜組合及Lin等[26]的重復方案. 圖中的文獻均包含了2個或2個以上的測試方案, 且對應的測試時長保持了一致, 條狀圖疊加表示實驗方案涉及站-坐交替行為, 否則僅為單一的站姿或坐姿模式. 由于研究目標上的差異性及實驗過程存在的潛在限制, 不同作業(yè)姿勢的測試時長多為60min左右, 但在站-坐交替時間或站姿時間具體設定上仍缺乏一致性的測試框架, 這將在一定程度上弱化相關研究結論的可比性.

2 升降桌使用功效的主要結論

通過表1可以看出, 多數(shù)文獻會在實驗過程中測評不同類別的指標, 而同一或相近指標在不同文獻中又會出現(xiàn)一致性或差異性, 因此需要對所取得的結論進行梳理和辨析, 以獲取關于升降桌使用功效及合理使用的有效信息.

(1)站姿或站-坐交替對作業(yè)績效的影響較小. 文獻中所測的作業(yè)內容較為多樣, 而作業(yè)績效的指標一般包括打字效率和出錯率、鼠標操作的準確性、計算正確率等. Ohlinger等[14]所測試的三項作業(yè)內容顯示站姿和坐姿表現(xiàn)基本一致, Hasegawa等[10]、Ebara等[12]、Thorp等[15]、Sangachin等[18]、Horswill等[20]和Lin等[26]的研究支持站-坐交替或站姿作業(yè)有助于提升作業(yè)績效, Husemann等[13]、Karakolis等[17]和Gibbs等[21]則認為使用升降桌可能會輕微降低個體的作業(yè)表現(xiàn), 但是上述正面或負面的影響均未達到顯著性水平, 而Nicoletti等[24]認為作業(yè)績效的差別主要體現(xiàn)在個體之間, 而非作業(yè)姿勢層面. 綜合來看, 使用升降桌對作業(yè)績效的影響并不敏感, 不是人們改變單一作業(yè)姿勢的關鍵性因素.

(2)站-坐交替的作業(yè)模式有助于緩解不適感, 優(yōu)于坐姿和站姿, 這里的不適感主要發(fā)生在個體的肌肉骨骼層面. 表2統(tǒng)計了不同文獻中認為占優(yōu)的作業(yè)姿勢與對照組不適感的集中部位, 被測人員多數(shù)偏好站-坐交替或坐姿, 而站姿的不適感最強. 通過對比進一步發(fā)現(xiàn), 坐姿偏好的對照組主要為站姿作業(yè)(除Ebara等[12]), 也就是說與站姿相比, 人們更偏好坐姿[11,19,22,24], 而站-坐交替則進一步優(yōu)于坐姿[13,15,17], 站-坐交替的優(yōu)勢與之前文獻[5- 7]中反饋的結果較為一致. 同時, 站姿和坐姿的不適感發(fā)生部位存在差別, 站姿時不適感集中于下肢和下背部, 而坐姿時下背部較為明顯.

需要說明的是, Ebara等[12]和Bao等[23]關于不適感的研究結論有一定特殊性. 在Ebara等[12]的測試中, 坐姿時的小臂獲得了充分的桌面支撐, 而站姿時僅以手腕支撐手臂, 引發(fā)手腕部位出現(xiàn)嚴重不適. 在Bao等[23]測試的4個站-坐交替方案中, 被測人員不同身體部位的不適感評價非常接近, 但在方案中保持長時間的站姿模式(站-坐比為105 min:15min)偏好選擇反而評價最高, 此結論與其他文獻有較大分歧, 也不符合基于實際使用環(huán)境的測試結果[28], 導致該現(xiàn)象的原因可能與部分被測者經歷了長時間站姿作業(yè)有關, 也可能受到實驗中設置的3個測試節(jié)點及休息節(jié)點的影響.

表2 占優(yōu)姿勢和不適感集中部位

注: “+”表示文獻未涉及該項目; ①代表臀部; ②代表下肢; ③代表手腕; ④代表下背.

(3)站姿與坐姿在初期(10min)的不適感較為接近, 且不適感均隨時間推進而加劇. 盡管站姿與坐姿在初期即表現(xiàn)出下肢和下背部肌電信號方面的差異[24], 但個體在不適感層面的差別并不顯著[22]. 隨著作業(yè)時間推進, Chester等[11]和Lin等[22]的調查結果顯示站姿時的不適感變化要比坐姿強烈, 但是Karakolis等[17]認為2個姿勢的不適感變化趨勢較為一致. 目前僅有Le等[19]認為坐姿的不適感變化較為平穩(wěn), 但是由于采用心率變化指標來表征人體的不適感, 因此其有效性會有偏差.

(4)短周期的站-坐時間設定方法有利于改善不適感. 此結論與上述的(3)部分存在一定呼應, 在Hasegawa等[10]和Karakolis等[17]的測試中可以看到短周期的設定模式(如站-坐比15min:15min)有利于及時調整肌肉的靜態(tài)負荷部位, 改善個體的疲勞感與不適感, 但是此設定容易頻繁打斷作業(yè), 影響個體的專注程度, 因此在真實環(huán)境中可能并不常見[28].

(5)站-坐交替有利于緩解個體的疲勞感. 基于問卷調查的疲勞感主要體現(xiàn)為個體工作時的心理狀態(tài), 如工作的動力性、專注程度、清醒程度等; 疲勞感也可以采用生理指標進行衡量, 如眼睛的臨界閃光融合頻率(Critical Flicker Fusion Frequency, CFF)或肌電信號. 顯然疲勞感與作業(yè)不適感密切關聯(lián), Hasegawa等[10]和Gibbs等[21]的測評顯示短周期的站-坐交替有助于緩解個體疲勞感, 而Chester等[11]的調查同樣顯示站姿的疲勞感要高于坐姿. 在Nicoletti等[24]的肌電信號測試中, 站姿時下肢與下背部的肌肉負荷水平較高, 而高水平負荷是導致肢體疲勞的重要原因.

(6)站姿作業(yè)能夠提升不適感集中部位的變動頻率, 但也能一定程度上緩解肩背部的肌肉活動水平. 身體變動包含間接和直接的肌肉活動層面, 前者指能夠觀測到身體部位的調整, 后者對肌肉活動水平直接進行檢測. 顯然, 站姿作業(yè)時不適感集中部位(如下肢、臀部)的變動頻率要高于坐姿時的水平[10,17-19,24-25], 但是這種變動性在個體之間存在較大差異[25]. 另一方面, Lin等[22]和Cui等[27]采集的肌電信號表明站姿有利于緩解肩背部的肌肉活動水平, 且肩背部所表現(xiàn)出的變動性整體上并不顯著[17], 因此站姿對該部位的影響較為輕微, 此結論與表2中不適感的統(tǒng)計結果保持一致.

(7)站姿或站-坐交替有助于提升心率與能耗水平、降低血糖. Horswill等[20]、Gibbs等[21]和Nicoletti等[24]監(jiān)測到了站姿與坐姿在心率指標上的差異, 而站-坐交替心率均值介于兩者之間[21]. Horswill等[20]和Gibbs等[21]的研究進一步表明, 站姿作業(yè)有助于促進人體的能量消耗, 但兩者仍處于較低的能耗水平. 此外, Thorp等[16]測試顯示站姿或站-坐交替有利于降低血糖, 但是其他生化指標的變化并不明顯[8].

(8)站姿或坐姿對下肢水腫程度的影響較為接近. 在Chester等[11]的測試中, 2個作業(yè)姿勢的水腫變化程度非常接近, 不具備顯著性, 而Bao等[23]測試的4個站-坐交替方案同樣表明, 下肢變化的差異性不顯著. 兩項研究的持續(xù)時間分別為90min和120min, 所以在相對較長的時間內, 作業(yè)姿勢的差異對下肢水腫影響可以忽略不計.

(9)使用升降桌對脊柱萎縮的影響不顯著. 脊柱萎縮主要與椎間盤的受力相關, Bao等[23]針對3個時間節(jié)點的測試顯示, 4個站-坐交替方案對脊柱萎縮的影響不顯著, 此結論與Gao等[29]的跟蹤測評結果保持了一致.

3 站-坐交替的驅動性指標與時間設定

(1)升降桌使用中的站-坐交替驅動性指標. 盡管現(xiàn)有文獻測試了不同的評價指標, 但是一些指標在測評過程中未表現(xiàn)出較強的敏感性(如作業(yè)績效)或者不易被感知(如心率、能耗水平), 因此不能作為驅動個體姿勢調整的直接因素. 相對而言, 單一姿勢所引發(fā)的不適感是促使個體進行站-坐交替的一個重要原因, 不適感的集中部位發(fā)生在下背部與下肢, 但是目前評價的主要途徑仍是基于個體的主觀反饋, 需要與生理性的測評技術(如肌電信號)相結合, 以提升相關研究結論的可信度.

另一方面, 受到作業(yè)時的專注程度、作業(yè)習慣等因素限制, 真實環(huán)境下站-坐姿勢的交替可能很難達到理想的頻率, 因此Lee等[30]認為在作業(yè)內容變更期間進行站-坐交替更為合理. 換而言之, 當前針對升降桌使用功效的研究需要進一步擴展到個體與作業(yè)交互的層面, 而在以后升降桌的功能開發(fā)中, 要求能使產品識別出用戶的作業(yè)進程, 判定用戶的舒適度水平, 并據(jù)此設定合理的站-坐交替時間節(jié)點來提醒用戶.

(2)站-坐交替時間的設定. 從個體對站姿與坐姿2個姿勢的偏好(表2)、不適感的變化趨勢[11,22]及極限忍受時間(坐姿約219min, 站姿約86min)[22]的測試來看, 站姿的持續(xù)時間應小于坐姿時間, 這也符合實際辦公環(huán)境中升降桌的使用情況[28]. 此外, 在Hasegawa等[10]的研究中可以看到, 60min以后不同站-坐交替方案對個體不適感等因素的影響均呈現(xiàn)邊際遞減趨勢, 因此站-坐交替的周期最好能控制在60min以內, 這也是當前多數(shù)文獻設定的測試時間范圍, 并提供一定的休息恢復時間[23]. 在Lin等[22]看來, 在單一姿勢初期(10min)站姿與坐姿的不適感較為接近, 進行作業(yè)姿勢調整的動力可能并不強烈, 且過于短暫的作業(yè)周期設置容易干擾用戶作業(yè)時的專注程度[30], 對應的最短站-坐周期可以設定在20min以上.

(3)站-坐時間設定與肌電信號技術(EMG)的應用. 肌電信號技術是量化測定肌肉負荷與疲勞水平的重要手段, 近些年升降桌使用功效測評中采用此技術的頻率越來越高(表1), 而不同作業(yè)姿勢條件下的下肢和背部肌肉活動是需要關注的重點. 將EMG技術與主觀的問卷調查進行聯(lián)合測試與分析, 有助于提升站-坐時間設定結果的有效性. 然而在實驗中仍需注意細節(jié)性因素的影響, 例如在Nicoletti等[24]開展的鍵盤與鑷子作業(yè)中, 站姿時豎脊肌的負荷水平上出現(xiàn)了明顯差別, 本質上是受上半身作業(yè)姿勢而非作業(yè)內容的影響, 因此僅關注某些指標變化, 而忽略實驗細節(jié), 可能會得出錯誤性的結論.

(4)現(xiàn)有研究存在的不足.所選用文獻的可信度評分整體上不高, 對應本文所選用相關文獻中的研究結論可能仍有待觀察. 同時, 由于被測人員缺乏升降桌使用經驗, 作業(yè)內容設置過于簡單, 以及個體在性別、體重上的差異性, 當前所取得的研究結論可能會與用戶的長期使用體驗出現(xiàn)不一致, 因此關于升降桌站-坐時間設定的研究結果也會面臨不斷修正更新的挑戰(zhàn).

4 總結

目前已有多篇綜述性研究回顧了升降桌使用功效方面的研究, 本文與其他綜述的區(qū)別在于從升降桌站-坐時間設定角度關注了此研究主題, 選取的18篇文獻均設置了明確的站姿或站-坐交替的時間. 從統(tǒng)計結果來看, 采用站姿或站-坐交替模式對作業(yè)績效、下肢水腫及脊柱萎縮等指標的影響不顯著, 但可以增強個體的身體變動頻率、心率及能量消耗水平. 從個體的不適感評價來看, 站-坐交替要優(yōu)于坐姿和站姿, 且短周期的站-坐交替效果可能更好, 面臨的不足是當前不適感評價主要依賴于個體的主觀反饋. 筆者建議將作業(yè)姿勢引發(fā)的不適感作為設定站-坐時間的主要指標和依據(jù), 所設定的坐姿時間應長于站姿時間, 同時將作業(yè)姿勢不適感的研究與肌電信號等指標相結合, 以提升研究結論的可信度.

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Literature review on sit-stand desk’s efficacy and time setting

ZHANG Yuejun1,2, Lin Wenwen3

( 1.Loctek Ergonomic Technology Corporation, Ningbo 315191, China; 2.Faculty of Electrical Engineering and Computer Science, Ningbo University, Ningbo 315211, China; 3.Faculty of Mechanical Engineering & Mechanics, Ningbo University, Ningbo 315211, China )

Research on the sit-stand desk’s efficacy has been highlighted in recent years. This study reviews 18 articles that are with specific work on sit-stand time setting. According to the selected literature, standing or sit-stand pattern doesn’t influence work performance, foot swelling and spinal shrinkage significantly; it, however, does enhance posture variation, heart rate and energy consumption. The assessment of subjective self-rating of discomfort shows that sitting is better-rated than standing, and sit-stand pattern outperforms sitting. Based on these results, it is suggested that discomfort should be taken as the essential factor to determine the sit-stand duration, which needs to be further combined with the electromyography (EMG) to enhance credibility, and sitting duration should be set as longer than standing duration.

sit-stand desk; standing; discomfort; EMG

TP391.9

A

1001-5132（2021）01-0027-06

2020?03?09.

寧波大學學報（理工版）網址: http://journallg.nbu.edu.cn/

張岳君（1983－）, 男, 浙江寧波人, 博士后, 主要研究方向: 升降桌使用功效的人機評估. E-mail: zhangyuejun1@nbu.edu.cn

（責任編輯 章踐立）