升降桌使用功效與站-坐時(shí)間設(shè)定文獻(xiàn)綜述

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升降桌使用功效與站-坐時(shí)間設(shè)定文獻(xiàn)綜述

張?jiān)谰?,2, 林文文3

（1.樂歌人體工學(xué)科技股份有限公司, 浙江 寧波 315191; 2.寧波大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院, 浙江 寧波 315211; 3.寧波大學(xué) 機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院, 浙江 寧波 315211）

選取18篇設(shè)定嚴(yán)格站姿或站-坐時(shí)間的文獻(xiàn), 梳理了文獻(xiàn)中升降桌的使用功效, 比較人們對(duì)不同作業(yè)姿勢(shì)的偏好, 并從中提煉關(guān)于升降桌站-坐時(shí)間設(shè)定的量化信息. 從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看, 采用站姿或站-坐交替的模式對(duì)作業(yè)績(jī)效、下肢水腫及脊柱萎縮等指標(biāo)的影響不顯著, 但有助于增強(qiáng)身體變動(dòng)頻率、心率與能量消耗水平. 基于個(gè)體主觀反饋的不適感評(píng)價(jià)顯示, 被測(cè)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(jié)論的比較分析, 本文建議將單一作業(yè)姿勢(shì)所引發(fā)的不適感作為設(shè)定站-坐時(shí)間的主要指標(biāo), 并將其與肌電信號(hào)等生理指標(biāo)相結(jié)合以提升可信度, 而坐姿時(shí)間的設(shè)定應(yīng)大于站姿時(shí)間.

升降桌; 站姿; 站-坐時(shí)間; 不適感; 肌電信號(hào)

由久坐不動(dòng)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(dǎo)致一系列累積性的疾病也正被醫(yī)學(xué)界所關(guān)注和重視, 如各類慢性病、心肺功能及健康風(fēng)險(xiǎn)等[2]. 升降桌(sit-stand desk)屬于主動(dòng)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(xué)設(shè)定原則, 對(duì)緩解肌肉骨骼疾病、減少靜坐時(shí)間具有較大潛力[3].

近些年關(guān)于升降桌產(chǎn)品使用功效的研究層出不窮, 已有多篇綜述文獻(xiàn)回顧升降桌的使用功效. Sui等[4]認(rèn)為引入站姿作業(yè)的辦公模式不會(huì)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(duì)人體生理指標(biāo)的影響較為輕微, 且不影響作業(yè)績(jī)效. Agarwal等[9]認(rèn)為升降桌有助于減輕下背部疼痛.

從現(xiàn)有研究來看, 對(duì)于如何科學(xué)合理地設(shè)定升降桌使用過程中的站-坐時(shí)間仍缺乏一致性結(jié)論和足夠重視[5,7,9], 其中, 此處的“站-坐”包含了兩種姿勢(shì)之間的交替行為, 而前述幾篇綜述都尚未充分關(guān)注此技術(shù)性的主題. 為此, 本文將對(duì)近些年研究中涉及的升降桌使用功效重新進(jìn)行梳理分析, 比較不同作業(yè)姿勢(shì)的偏好, 確立驅(qū)動(dòng)個(gè)體進(jìn)行站-坐姿勢(shì)調(diào)整的主要指標(biāo), 并在此基礎(chǔ)上提煉關(guān)于升降桌站-坐時(shí)間合理設(shè)定的量化信息, 為以后相關(guān)問題的研究提供一定借鑒.

1 文獻(xiàn)信息

由于已有研究都具有較強(qiáng)時(shí)效性和較廣覆蓋面, 表1即為篩選的18篇文獻(xiàn), 選取主要標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)驗(yàn)方案設(shè)置了嚴(yán)格的站姿或站-坐交替時(shí)間(圖1), 且與辦公作業(yè)內(nèi)容相關(guān). 方案主要涉及三個(gè)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(jì)了對(duì)作業(yè)過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)的文獻(xiàn), 包含的作業(yè)內(nèi)容主要圍繞常見辦公項(xiàng)目展開, 而其中的復(fù)合作業(yè)指被測(cè)人員開展了兩項(xiàng)以上的作業(yè)項(xiàng)目. 評(píng)價(jià)指標(biāo)分為生理、心理及工作績(jī)效三大類, 其中生理指標(biāo)是指通過各類實(shí)驗(yàn)設(shè)備獲取的客觀人體數(shù)據(jù), 如心率、脊柱壓力、肌電信號(hào)(electromyography, EMG)等; 而心理指標(biāo)則通過問卷調(diào)查形式獲得, 包括作業(yè)過程中的不適感、單調(diào)感、疲勞感等主觀評(píng)價(jià); 工作績(jī)效則多由軟件平臺(tái)直接計(jì)算獲得.

表1 文獻(xiàn)的基本信息

注: “√”表示涉及統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目, “-”表示未涉及統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目.

圖1 作業(yè)姿勢(shì)的時(shí)間設(shè)定方法

圖1統(tǒng)計(jì)了文獻(xiàn)中不同作業(yè)姿勢(shì)的時(shí)間設(shè)定方法, 但不包括Hasegawa等[10]和Barbieri等[25]的復(fù)雜組合及Lin等[26]的重復(fù)方案. 圖中的文獻(xiàn)均包含了2個(gè)或2個(gè)以上的測(cè)試方案, 且對(duì)應(yīng)的測(cè)試時(shí)長保持了一致, 條狀圖疊加表示實(shí)驗(yàn)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(biāo)上的差異性及實(shí)驗(yàn)過程存在的潛在限制, 不同作業(yè)姿勢(shì)的測(cè)試時(shí)長多為60min左右, 但在站-坐交替時(shí)間或站姿時(shí)間具體設(shè)定上仍缺乏一致性的測(cè)試框架, 這將在一定程度上弱化相關(guān)研究結(jié)論的可比性.

2 升降桌使用功效的主要結(jié)論

通過表1可以看出, 多數(shù)文獻(xiàn)會(huì)在實(shí)驗(yàn)過程中測(cè)評(píng)不同類別的指標(biāo), 而同一或相近指標(biāo)在不同文獻(xiàn)中又會(huì)出現(xiàn)一致性或差異性, 因此需要對(duì)所取得的結(jié)論進(jìn)行梳理和辨析, 以獲取關(guān)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(duì)作業(yè)績(jī)效的影響較小. 文獻(xiàn)中所測(cè)的作業(yè)內(nèi)容較為多樣, 而作業(yè)績(jī)效的指標(biāo)一般包括打字效率和出錯(cuò)率、鼠標(biāo)操作的準(zhǔn)確性、計(jì)算正確率等. Ohlinger等[14]所測(cè)試的三項(xiàng)作業(yè)內(nèi)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(jī)效, Husemann等[13]、Karakolis等[17]和Gibbs等[21]則認(rèn)為使用升降桌可能會(huì)輕微降低個(gè)體的作業(yè)表現(xiàn), 但是上述正面或負(fù)面的影響均未達(dá)到顯著性水平, 而Nicoletti等[24]認(rèn)為作業(yè)績(jī)效的差別主要體現(xiàn)在個(gè)體之間, 而非作業(yè)姿勢(shì)層面. 綜合來看, 使用升降桌對(duì)作業(yè)績(jī)效的影響并不敏感, 不是人們改變單一作業(yè)姿勢(shì)的關(guān)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(gè)體的肌肉骨骼層面. 表2統(tǒng)計(jì)了不同文獻(xiàn)中認(rèn)為占優(yōu)的作業(yè)姿勢(shì)與對(duì)照組不適感的集中部位, 被測(cè)人員多數(shù)偏好站-坐交替或坐姿, 而站姿的不適感最強(qiáng). 通過對(duì)比進(jìn)一步發(fā)現(xiàn), 坐姿偏好的對(duì)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(jìn)一步優(yōu)于坐姿[13,15,17], 站-坐交替的優(yōu)勢(shì)與之前文獻(xiàn)[5- 7]中反饋的結(jié)果較為一致. 同時(shí), 站姿和坐姿的不適感發(fā)生部位存在差別, 站姿時(shí)不適感集中于下肢和下背部, 而坐姿時(shí)下背部較為明顯.

需要說明的是, Ebara等[12]和Bao等[23]關(guān)于不適感的研究結(jié)論有一定特殊性. 在Ebara等[12]的測(cè)試中, 坐姿時(shí)的小臂獲得了充分的桌面支撐, 而站姿時(shí)僅以手腕支撐手臂, 引發(fā)手腕部位出現(xiàn)嚴(yán)重不適. 在Bao等[23]測(cè)試的4個(gè)站-坐交替方案中, 被測(cè)人員不同身體部位的不適感評(píng)價(jià)非常接近, 但在方案中保持長時(shí)間的站姿模式(站-坐比為105 min:15min)偏好選擇反而評(píng)價(jià)最高, 此結(jié)論與其他文獻(xiàn)有較大分歧, 也不符合基于實(shí)際使用環(huán)境的測(cè)試結(jié)果[28], 導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因可能與部分被測(cè)者經(jīng)歷了長時(shí)間站姿作業(yè)有關(guān), 也可能受到實(shí)驗(yàn)中設(shè)置的3個(gè)測(cè)試節(jié)點(diǎn)及休息節(jié)點(diǎn)的影響.

表2 占優(yōu)姿勢(shì)和不適感集中部位

注: “+”表示文獻(xiàn)未涉及該項(xiàng)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(shí)間推進(jìn)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(hào)方面的差異[24], 但個(gè)體在不適感層面的差別并不顯著[22]. 隨著作業(yè)時(shí)間推進(jìn), Chester等[11]和Lin等[22]的調(diào)查結(jié)果顯示站姿時(shí)的不適感變化要比坐姿強(qiáng)烈, 但是Karakolis等[17]認(rèn)為2個(gè)姿勢(shì)的不適感變化趨勢(shì)較為一致. 目前僅有Le等[19]認(rèn)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(biāo)來表征人體的不適感, 因此其有效性會(huì)有偏差.

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

(5)站-坐交替有利于緩解個(gè)體的疲勞感. 基于問卷調(diào)查的疲勞感主要體現(xiàn)為個(gè)體工作時(shí)的心理狀態(tài), 如工作的動(dòng)力性、專注程度、清醒程度等; 疲勞感也可以采用生理指標(biāo)進(jìn)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(hào). 顯然疲勞感與作業(yè)不適感密切關(guān)聯(lián), Hasegawa等[10]和Gibbs等[21]的測(cè)評(píng)顯示短周期的站-坐交替有助于緩解個(gè)體疲勞感, 而Chester等[11]的調(diào)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(hào)測(cè)試中, 站姿時(shí)下肢與下背部的肌肉負(fù)荷水平較高, 而高水平負(fù)荷是導(dǎo)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(dòng)頻率, 但也能一定程度上緩解肩背部的肌肉活動(dòng)水平. 身體變動(dòng)包含間接和直接的肌肉活動(dòng)層面, 前者指能夠觀測(cè)到身體部位的調(diào)整, 后者對(duì)肌肉活動(dòng)水平直接進(jìn)行檢測(cè). 顯然, 站姿作業(yè)時(shí)不適感集中部位(如下肢、臀部)的變動(dòng)頻率要高于坐姿時(shí)的水平[10,17-19,24-25], 但是這種變動(dòng)性在個(gè)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(hào)表明站姿有利于緩解肩背部的肌肉活動(dòng)水平, 且肩背部所表現(xiàn)出的變動(dòng)性整體上并不顯著[17], 因此站姿對(duì)該部位的影響較為輕微, 此結(jié)論與表2中不適感的統(tǒng)計(jì)結(jié)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(cè)到了站姿與坐姿在心率指標(biāo)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(jìn)一步表明, 站姿作業(yè)有助于促進(jìn)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(cè)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(biāo)的變化并不明顯[8].

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

(9)使用升降桌對(duì)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(guān), Bao等[23]針對(duì)3個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的測(cè)試顯示, 4個(gè)站-坐交替方案對(duì)脊柱萎縮的影響不顯著, 此結(jié)論與Gao等[29]的跟蹤測(cè)評(píng)結(jié)果保持了一致.

3 站-坐交替的驅(qū)動(dòng)性指標(biāo)與時(shí)間設(shè)定

(1)升降桌使用中的站-坐交替驅(qū)動(dòng)性指標(biāo). 盡管現(xiàn)有文獻(xiàn)測(cè)試了不同的評(píng)價(jià)指標(biāo), 但是一些指標(biāo)在測(cè)評(píng)過程中未表現(xiàn)出較強(qiáng)的敏感性(如作業(yè)績(jī)效)或者不易被感知(如心率、能耗水平), 因此不能作為驅(qū)動(dòng)個(gè)體姿勢(shì)調(diào)整的直接因素. 相對(duì)而言, 單一姿勢(shì)所引發(fā)的不適感是促使個(gè)體進(jìn)行站-坐交替的一個(gè)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(píng)價(jià)的主要途徑仍是基于個(gè)體的主觀反饋, 需要與生理性的測(cè)評(píng)技術(shù)(如肌電信號(hào))相結(jié)合, 以提升相關(guān)研究結(jié)論的可信度.

另一方面, 受到作業(yè)時(shí)的專注程度、作業(yè)習(xí)慣等因素限制, 真實(shí)環(huán)境下站-坐姿勢(shì)的交替可能很難達(dá)到理想的頻率, 因此Lee等[30]認(rèn)為在作業(yè)內(nèi)容變更期間進(jìn)行站-坐交替更為合理. 換而言之, 當(dāng)前針對(duì)升降桌使用功效的研究需要進(jìn)一步擴(kuò)展到個(gè)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(chǎn)品識(shí)別出用戶的作業(yè)進(jìn)程, 判定用戶的舒適度水平, 并據(jù)此設(shè)定合理的站-坐交替時(shí)間節(jié)點(diǎn)來提醒用戶.

(2)站-坐交替時(shí)間的設(shè)定. 從個(gè)體對(duì)站姿與坐姿2個(gè)姿勢(shì)的偏好(表2)、不適感的變化趨勢(shì)[11,22]及極限忍受時(shí)間(坐姿約219min, 站姿約86min)[22]的測(cè)試來看, 站姿的持續(xù)時(shí)間應(yīng)小于坐姿時(shí)間, 這也符合實(shí)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(duì)個(gè)體不適感等因素的影響均呈現(xiàn)邊際遞減趨勢(shì), 因此站-坐交替的周期最好能控制在60min以內(nèi), 這也是當(dāng)前多數(shù)文獻(xiàn)設(shè)定的測(cè)試時(shí)間范圍, 并提供一定的休息恢復(fù)時(shí)間[23]. 在Lin等[22]看來, 在單一姿勢(shì)初期(10min)站姿與坐姿的不適感較為接近, 進(jìn)行作業(yè)姿勢(shì)調(diào)整的動(dòng)力可能并不強(qiáng)烈, 且過于短暫的作業(yè)周期設(shè)置容易干擾用戶作業(yè)時(shí)的專注程度[30], 對(duì)應(yīng)的最短站-坐周期可以設(shè)定在20min以上.

(3)站-坐時(shí)間設(shè)定與肌電信號(hào)技術(shù)(EMG)的應(yīng)用. 肌電信號(hào)技術(shù)是量化測(cè)定肌肉負(fù)荷與疲勞水平的重要手段, 近些年升降桌使用功效測(cè)評(píng)中采用此技術(shù)的頻率越來越高(表1), 而不同作業(yè)姿勢(shì)條件下的下肢和背部肌肉活動(dòng)是需要關(guān)注的重點(diǎn). 將EMG技術(shù)與主觀的問卷調(diào)查進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試與分析, 有助于提升站-坐時(shí)間設(shè)定結(jié)果的有效性. 然而在實(shí)驗(yàn)中仍需注意細(xì)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(shí)豎脊肌的負(fù)荷水平上出現(xiàn)了明顯差別, 本質(zhì)上是受上半身作業(yè)姿勢(shì)而非作業(yè)內(nèi)容的影響, 因此僅關(guān)注某些指標(biāo)變化, 而忽略實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié), 可能會(huì)得出錯(cuò)誤性的結(jié)論.

(4)現(xiàn)有研究存在的不足.所選用文獻(xiàn)的可信度評(píng)分整體上不高, 對(duì)應(yīng)本文所選用相關(guān)文獻(xiàn)中的研究結(jié)論可能仍有待觀察. 同時(shí), 由于被測(cè)人員缺乏升降桌使用經(jīng)驗(yàn), 作業(yè)內(nèi)容設(shè)置過于簡(jiǎn)單, 以及個(gè)體在性別、體重上的差異性, 當(dāng)前所取得的研究結(jié)論可能會(huì)與用戶的長期使用體驗(yàn)出現(xiàn)不一致, 因此關(guān)于升降桌站-坐時(shí)間設(shè)定的研究結(jié)果也會(huì)面臨不斷修正更新的挑戰(zhàn).

4 總結(jié)

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(shí)間設(shè)定角度關(guān)注了此研究主題, 選取的18篇文獻(xiàn)均設(shè)置了明確的站姿或站-坐交替的時(shí)間. 從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看, 采用站姿或站-坐交替模式對(duì)作業(yè)績(jī)效、下肢水腫及脊柱萎縮等指標(biāo)的影響不顯著, 但可以增強(qiáng)個(gè)體的身體變動(dòng)頻率、心率及能量消耗水平. 從個(gè)體的不適感評(píng)價(jià)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(dāng)前不適感評(píng)價(jià)主要依賴于個(gè)體的主觀反饋. 筆者建議將作業(yè)姿勢(shì)引發(fā)的不適感作為設(shè)定站-坐時(shí)間的主要指標(biāo)和依據(jù), 所設(shè)定的坐姿時(shí)間應(yīng)長于站姿時(shí)間, 同時(shí)將作業(yè)姿勢(shì)不適感的研究與肌電信號(hào)等指標(biāo)相結(jié)合, 以提升研究結(jié)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(xué)學(xué)報(bào)（理工版）網(wǎng)址: http://journallg.nbu.edu.cn/

張?jiān)谰?983－）, 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(jī)評(píng)估. E-mail: zhangyuejun1@nbu.edu.cn

（責(zé)任編輯 章踐立）