前臂和腕部支撐對(duì)打字時(shí)相關(guān)肌肉活動(dòng)及舒適性的影響

劉志平

摘 要：為探討有無前臂和腕部支撐及支撐高度對(duì)打字時(shí)相關(guān)肌肉活動(dòng)及舒適性的影響，選取10名在校大學(xué)生為受試者，分別在前臂支撐（無支撐、前臂高度0 cm，1 cm）和腕部支撐（無支撐、腕部高度0 cm，1 cm）9種情形下進(jìn)行打字，利用表面肌電記錄系統(tǒng)采集受試者右側(cè)肱二頭肌、指伸肌和斜方肌（中部）的平均肌電值（AEMG），采用主觀舒適性量表對(duì)受試者肩部、前臂及手部在上述情形下的主觀舒適性進(jìn)行評(píng)價(jià)。雙因素方差分析結(jié)果表明，前臂支撐對(duì)肱二頭肌（F=3.368，P=0.039）和斜方?。‵=12.367，P=0.000）AEMG有顯著影響，腕部支撐對(duì)各檢測肌肉AEMG無顯著影響，兩者不存在交互作用；前臂支撐和腕部支撐對(duì)各評(píng)價(jià)部位的主觀舒適性得分均有顯著影響，兩者對(duì)肩部和前臂還存在交互作用。多重比較發(fā)現(xiàn)，前臂無支撐時(shí)肱二頭肌和斜方肌AEMG均高于有支撐；前臂有支撐時(shí)各評(píng)價(jià)部位的主觀舒適性得分均顯著高于無支撐，腕部支撐只在腕部高度1 cm時(shí)才表現(xiàn)出差異。前臂有無支撐可以改變打字時(shí)相關(guān)肌肉的平均肌電水平，其原因可能與前臂支撐的有無改變了神經(jīng)肌肉運(yùn)動(dòng)控制模式有關(guān)；前臂支撐對(duì)打字時(shí)主觀舒適性的提高效果優(yōu)于腕部支撐，且肩部主觀舒適性的改善效果優(yōu)于其他部位。

關(guān)鍵詞：肌肉活動(dòng)；主觀舒適性；前臂和腕部支撐；打字

中圖分類號(hào)：R 496 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7312（2018）06-0699-06

0 引 言

長時(shí)間坐姿狀態(tài)下使用計(jì)算機(jī)工作的辦公人群，在進(jìn)行日常鍵盤與鼠標(biāo)操作時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)上肢肌肉骨骼系統(tǒng)不適或疼痛癥狀[1]，頸部和上肢等身體部位的風(fēng)險(xiǎn)更高[2]。因此應(yīng)該改善工作姿勢(shì)、降低靜態(tài)肌肉活動(dòng)，使頸肩等上肢部位肌肉得到休息[3]。研究發(fā)現(xiàn)，為上肢部位增加支撐可有效減少肌肉用力，減輕辦公作業(yè)時(shí)的肌肉負(fù)荷[4]。前臂支撐或肘部支撐可能是一種簡單有效的預(yù)防措施，采用座椅扶手為肘部提供支撐，辦公桌面為前臂提供支撐[5]，同時(shí)保持肩部中正姿勢(shì)[6-7]。腕部支撐或手掌部支撐是另一種上肢部位的支撐方式，同時(shí)保持腕部中正姿勢(shì)[8]。肘部支撐可以有效降低雙側(cè)斜方肌的最大自主收縮（maximum voluntary contraction，MVC）百分比[9]，上肢部位支撐還可以有效降低主觀不舒適性，減輕頸肩及上肢部位疼痛[10-11]。有研究者通過對(duì)不同高度的腕部支撐進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)高度的腕部支撐有助于緩解疲勞[12]。有研究發(fā)現(xiàn)辦公作業(yè)過程中，肘部支撐高度在與坐姿肘高相同時(shí)的頸肩部肌肉活動(dòng)最小，而高于坐姿肘高時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)肌肉活動(dòng)大于無支撐時(shí)的現(xiàn)象[13]，但肘部支撐高度低于坐姿肘高時(shí)，頸肩部位的不同肌肉活動(dòng)卻又表現(xiàn)出不一致的變化趨勢(shì)[5]。上述研究表明，一方面肘部支撐對(duì)打字作業(yè)時(shí)頸肩部相關(guān)肌肉活動(dòng)的影響作用存在不確定性，另一方面上述研究大多只單獨(dú)考慮前臂支撐或腕部支撐時(shí)的肌肉活動(dòng)情況，沒有將上述兩種支撐形式結(jié)合起來分析，也未見不同高度的前臂支撐對(duì)相關(guān)肌肉活動(dòng)的影響。因此，基于上述研究基礎(chǔ)，本研究選取10名在校大學(xué)生為受試者，探討前臂和腕部支撐對(duì)打字時(shí)相關(guān)肌肉活動(dòng)及舒適性的影響，旨在為使用計(jì)算機(jī)的辦公人群減輕相關(guān)肌肉骨骼損傷提供理論依據(jù)，為人—機(jī)—工作環(huán)境提供優(yōu)化設(shè)計(jì)指導(dǎo)方案和建議。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象

選取10例男性在校大學(xué)生，年齡21～25歲，平均年齡（23±0.5）歲，平均身高（171±0.3）cm，均為右利手，排除頸肩腰腿痛及其他肌肉骨骼系統(tǒng)疾病，受試者實(shí)驗(yàn)前24 h內(nèi)均未從事劇烈運(yùn)動(dòng)。

1.2 研究方法本研究采用雙因素被試內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以桌面水平面為基準(zhǔn)，按前臂、腕部與桌面的垂直高度依次分為0 cm，1 cm及無支撐3種支撐狀況，受試者在9種情形下完成打字作業(yè)。其中，0 cm表示前臂或腕部直接支撐在桌面上，1 cm表示前臂或腕部通過厚度1 cm的支撐墊支撐在桌面上，無支撐表示無前臂或腕部支撐，即受試者前臂或腕部處于懸空狀態(tài)。研究采用座高可調(diào)的辦公座椅和聯(lián)想ThinkVision L1953（19寸）計(jì)算機(jī)顯示器，保證在前臂和腕部均無支撐的狀態(tài)時(shí)受試者前臂與上臂的夾角均為90°，調(diào)節(jié)計(jì)算機(jī)顯示器的高度，使操作者可平視顯示器的中心，調(diào)節(jié)顯示器距離受試者眼部的距離，使眼睛距離屏幕70 cm.受試者具體作業(yè)狀態(tài)如圖1和圖2所示。

為保證實(shí)驗(yàn)過程中的雙因素條件不受影響，實(shí)驗(yàn)開始前，受試者需先進(jìn)行5 min的準(zhǔn)備活動(dòng)，并熟悉實(shí)驗(yàn)流程和實(shí)驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)。在上述9種情形下，所有受試者均需對(duì)同一篇英文進(jìn)行相同時(shí)間的打字練習(xí)5 min，打字時(shí)間確定的依據(jù)參照以往相關(guān)研究[13]，在受試者對(duì)打字內(nèi)容初步熟悉后方可正式開始實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前，受試者靜坐5 min，期間由主試人員放置表面肌電圖電極，放置完成后，由主試人員先采集肌電信號(hào)5 min，測試完成并確保成功后，在聽到“開始”指令后，受試者按照打字軟件的要求打字，每種支撐情形下打字5 min，之后休息5 min，休息期間停止采集肌電信號(hào)，由主試人員更換支撐墊調(diào)整支撐高度，并確認(rèn)肌電圖電極的連接狀態(tài)。受試者在9種不同情形下，按照上述實(shí)驗(yàn)步驟打字9次后，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

1.3 檢測方法

1.3.1 平均肌電值（average electromyography，AEMG）

采用國產(chǎn)BioForcen JE-TB0820型八通道、雙極表面肌電圖儀采集受試者在打字過程中右側(cè)肱二頭肌、指伸肌和斜方?。ㄖ胁浚?塊肌肉的表面肌電信號(hào)，分別在上述3塊肌肉處皮膚表面放置表面肌電圖電極（在貼一次性電極片前，使用75%左右酒精清潔皮膚，去除角質(zhì)，確保皮膚阻抗在一定范圍內(nèi)；電極貼放在肌腹處，需與肌纖維行走方向呈平行放置，電極間距為2 cm，做雙極導(dǎo)出參考電極放置在不參加測試運(yùn)動(dòng)的肌肉的肌腱處）。表面肌電圖采樣頻率為1 000 Hz，共模抑制比（common-mode rejection ratio，CMRR）>130 dB，總增益為1 000，噪聲<1 V，信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換（12 bit）后存入表面肌電圖儀內(nèi)存中，待每一位受試者實(shí)驗(yàn)結(jié)束后導(dǎo)入計(jì)算機(jī)處理，使用表面肌電圖儀自帶分析軟件導(dǎo)出計(jì)算后的AEMG作為反映肌肉活動(dòng)強(qiáng)度的指標(biāo)。

1.3.2 主觀舒適性

采用主觀舒適性量表（見附表）的形式對(duì)受試者進(jìn)行調(diào)查，每種前臂和腕部支撐情形的實(shí)驗(yàn)結(jié)束后立即讓受試者評(píng)價(jià)肩部、前臂及手部的主觀舒適性。量表采用5個(gè)等級(jí)的分?jǐn)?shù)表示舒適性分級(jí)，5分表示很舒適、4分表示舒適、3分表示一般、2分表示不舒適、1分表示極不舒適。量表中，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)定的9種支撐情形進(jìn)行編號(hào)，隨機(jī)安排每位受試者選擇打字操作時(shí)9種支撐情形的實(shí)驗(yàn)順序。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析采用SPSS 18.0版統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件包進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用基準(zhǔn)比較的無量綱方法[14]，以實(shí)驗(yàn)取得的前臂和腕部均無支撐的情形時(shí)各肌肉的AEMG值為基準(zhǔn)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，將其他8種支撐情形下的AEMG值與之比較，得出AEMG的標(biāo)準(zhǔn)化值。采用雙因素方差分析考察有無前臂和腕部支撐及支撐高度對(duì)各肌肉標(biāo)準(zhǔn)化AEMG值及各部位主觀舒適性的影響。采用最小差異顯著法（least significant difference，LSD）和Tamhanes T2法進(jìn)行均值多重比較，分析前臂支撐不同水平之間和腕部支撐不同水平之間的差異。

2 結(jié)果

2.1 前臂支撐和腕部支撐對(duì)打字時(shí)上肢相關(guān)肌肉標(biāo)準(zhǔn)化AEMG值的影響

前臂支撐和腕部支撐對(duì)右側(cè)肱二頭肌、指伸肌和斜方肌3塊肌肉標(biāo)準(zhǔn)化AEMG值的影響詳見表1.雙因素方差分析表明，前臂支撐對(duì)肱二頭?。‵=3.368，P=0.039）和斜方?。‵=12.367，P=0.000）的標(biāo)準(zhǔn)化AEMG值有顯著影響，腕部支撐對(duì)各檢測肌肉標(biāo)準(zhǔn)化AEMG值無顯著影響，兩者不存在交互作用（表2）。多重比較發(fā)現(xiàn)，前臂無支撐時(shí)肱二頭肌標(biāo)準(zhǔn)化AEMG值高于前臂有支撐（P<0.05）、斜方肌標(biāo)準(zhǔn)化AEMG值則顯著高于前臂有支撐（P<0.01），前臂高度0 cm和1 cm之間則無顯著差異。

2.2 前臂支撐和腕部支撐對(duì)受試者主觀舒適性的影響

前臂支撐和腕部支撐對(duì)受試者肩部、前臂及手部的主觀舒適性得分的影響如圖3所示。雙因素方差分析表明，前臂支撐對(duì)肩部（F=18.605，P=0.000）、前臂（F=11.873，P=0.000）及手部（F=9.162，P=0.000）的主觀舒適性得分均有顯著影響，腕部支撐對(duì)肩部（F=3.451，P=0.036）、前臂（F=14.262，P=0.000）及手部（F=13.047，P=0.000）的主觀舒適性得分均有顯著影響，兩者對(duì)肩部（F=5.905，P=0.000）和前臂（F=4.967，P=0.001）還存在交互作用（表3）。多重比較發(fā)現(xiàn)，前臂有支撐時(shí)，受試者肩部、前臂和手部主觀舒適性得分均顯著高于前臂無支撐（P<0.01），前臂高度1 cm時(shí)的肩部主觀舒適性得分高于前臂高度0 cm（P<0.05）；腕部高度1 cm時(shí)的肩部主觀舒適性得分高于腕部無支撐（P<0.05），前臂和手部主觀舒適性得分則顯著高于腕部無支撐和腕部高度0 cm（P<0.01）。

3 討 論

本研究目的在于探討有無前臂和腕部支撐及支撐高度對(duì)打字時(shí)上肢相關(guān)肌肉活動(dòng)和不同部位主觀舒適性的影響。研究發(fā)現(xiàn)在同一腕部支撐條件下，前臂支撐對(duì)斜方肌和肱二頭肌肌肉活動(dòng)有顯著影響，且能夠顯著減小斜方肌和肱二頭肌肌肉活動(dòng)，對(duì)指伸肌肌肉活動(dòng)無顯著影響，這與既往研究結(jié)論一致；而在同一前臂支撐條件下，腕部支撐對(duì)相關(guān)肌肉活動(dòng)均無顯著影響。以上研究結(jié)果有力證明了“添加支撐界面可顯著減少前臂肌肉與斜方肌肌電活動(dòng)”的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)[4]，但不同支撐界面之間存在顯著差異，添加前臂支撐可實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，而添加腕部支撐則沒有達(dá)到減少肌肉活動(dòng)的目的。本研究結(jié)果并未顯示出前臂和腕部支撐對(duì)指伸肌肌肉活動(dòng)有顯著影響，可能因?yàn)樵诒狙芯吭O(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行電腦操作的鍵盤打字活動(dòng)的時(shí)間過短，未從打字時(shí)間維度上表現(xiàn)其差異性。既往研究未見不同高度的前臂支撐對(duì)上肢部位相關(guān)肌肉活動(dòng)的影響，針對(duì)肘部支撐高度影響的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)肘部支撐高度大于桌面高度時(shí)，肌肉活動(dòng)出現(xiàn)增加跡象，推測其原因可能是因?yàn)楫?dāng)支撐高度過高時(shí)，上肢處于異常的彎曲狀態(tài)，導(dǎo)致相應(yīng)肌肉疲勞[5，13]。本研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)前臂高度0cm和1cm時(shí)，肌肉活動(dòng)并無顯著差異，本研究并未進(jìn)行多組前臂高度的比較實(shí)驗(yàn)，具體前臂支撐高度上限及其是否會(huì)導(dǎo)致相關(guān)肌肉活動(dòng)的增加目前尚不得知。前臂支撐情形下手臂的重量得到最大限度的支持，但不適當(dāng)?shù)闹胃叨瓤赡軙?huì)導(dǎo)致更高的肌肉活動(dòng)，甚至增加頸肩酸痛癥狀的風(fēng)險(xiǎn)[15]。合適的前臂支撐高度與肌肉活動(dòng)之間是否存在真正的因果關(guān)系，值得進(jìn)一步研究。有研究表明，利用前臂支撐和帶有扶手的辦公座椅可降低計(jì)算機(jī)工作人員長時(shí)間作業(yè)時(shí)的不舒適感[10]，前臂和腕部支撐時(shí)頸肩部位的不舒適感低于無支撐時(shí)的不舒適感，而前臂與腕部支撐之間，頸肩部位的不舒適感更低[11]。本研究表明適當(dāng)?shù)那氨壑魏屯蟛恐慰梢蕴岣呤茉囌呒绮?、前臂和手部的主觀舒適性感受。在本研究范圍內(nèi)，受試者的主觀舒適性感受隨著前臂支撐高度和腕部支撐高度的增加有所升高，不同支撐界面和支撐高度之間存在顯著差異。本研究還證明了前臂有支撐時(shí)相關(guān)肌肉活動(dòng)減小，同時(shí)給受試者帶來了較高的舒適性，從上肢不同部位的主觀舒適性感受得分來看，肩部主觀舒適性的改善效果優(yōu)于其他部位。目前，有關(guān)前臂支撐和腕部支撐對(duì)電腦操作時(shí)上肢相關(guān)肌肉活動(dòng)的影響作用尚存在爭議，影響機(jī)制尚未完全闡明。前臂支撐和腕部支撐對(duì)上肢不同部位肌肉活動(dòng)的作用并不一致，有研究發(fā)現(xiàn)，前臂支撐對(duì)前臂肌肉活動(dòng)沒有顯著影響，但腕部支撐卻使斜方肌與前三角肌的肌肉活動(dòng)顯著降低[6]；大量研究發(fā)現(xiàn)，前臂支撐可有效降低上肢肌肉活動(dòng)，不同部位和支撐類型的影響作用還存在差異。前臂支撐可有效減小雙側(cè)指淺屈肌、指伸肌和上斜方肌等上肢肌肉活動(dòng)[16]，本研究結(jié)果在指伸肌肌肉活動(dòng)上的表現(xiàn)并不一致。一項(xiàng)連續(xù)6年的干預(yù)研究發(fā)現(xiàn)，前臂和腕部支撐減輕了靜態(tài)斜方肌的負(fù)荷，前臂支撐相對(duì)于腕部支撐可更好的減少肩部酸痛發(fā)生率，原因可能是上臂重量及穩(wěn)定性決定了肩部肌肉負(fù)荷，前臂支撐時(shí)的斜方肌活動(dòng)相對(duì)減少，不易疲勞[4]。在電腦操作打字作業(yè)中，前臂需固定的支點(diǎn)來提供支撐，否則上肢肌肉就需要通過共收縮方式維持關(guān)節(jié)的穩(wěn)定狀態(tài)，增大肌肉活動(dòng)，相關(guān)肌肉長時(shí)間的等長收縮狀態(tài)會(huì)對(duì)神經(jīng)控制產(chǎn)生不良影響，從而發(fā)展成為各種骨骼肌肉損傷或重復(fù)性勞損[5]。另外從主觀舒適性指標(biāo)上來看，有適當(dāng)?shù)那氨壑魏屯蟛恐胃叨纫灿欣谔嵘现嚓P(guān)部位的主觀舒適性感受。本研究還存在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與控制方面的不足。實(shí)驗(yàn)研究的受試者的樣本量偏小，未考慮性別差異；每一次試驗(yàn)過程中受試者連續(xù)打字的時(shí)間和打字后的休息時(shí)間過短，無法觀察出因長時(shí)間打字操作引起的肌肉疲勞效應(yīng)與主觀不舒適性感受，同時(shí)保證受試者享有足夠的休息；自變量指標(biāo)中的支撐高度僅設(shè)置了兩個(gè)水平，分組數(shù)量少，無法進(jìn)一步探索前臂支撐和腕部支撐高度對(duì)上肢相關(guān)肌肉活動(dòng)影響的上下限；實(shí)驗(yàn)任務(wù)僅僅考慮到鍵盤操作，尚未對(duì)電腦操作過程中頻繁的鼠標(biāo)操作和便攜式辦公需求形成的平板電腦、臺(tái)式電腦交叉使用的新型辦公作業(yè)過程中上肢相關(guān)肌肉活動(dòng)及激活模式進(jìn)行研究。不同辦公環(huán)境條件下長時(shí)間的辦公操作將作為本研究今后進(jìn)一步研究的補(bǔ)充。

4 結(jié) 語

綜上所述，本研究探討了有無前臂和腕部支撐及支撐高度對(duì)電腦打字操作時(shí)上肢相關(guān)肌肉活動(dòng)及主觀舒適性的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，前臂支撐可引起斜方肌和肱二頭肌的標(biāo)準(zhǔn)化AEMG值發(fā)生變化，但腕部支撐則無顯著影響；同時(shí)前臂支撐和腕部支撐也會(huì)引起受試者肩部、前臂和手部主觀舒適性的變化，其原因可能與打字姿勢(shì)和神經(jīng)肌肉運(yùn)動(dòng)控制模式發(fā)生改變有關(guān)，具體機(jī)制尚需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。前臂支撐對(duì)打字時(shí)主觀舒適性的提高效果優(yōu)于腕部支撐，且肩部主觀舒適性的改善效果優(yōu)于其他部位。因此，本研究結(jié)果可以為設(shè)計(jì)辦公電腦操作作業(yè)環(huán)境，電腦工作站等與電腦相關(guān)的作業(yè)提供理論依據(jù)，提示應(yīng)對(duì)作業(yè)者的前臂支撐、腕部支撐及支撐高度、作業(yè)姿勢(shì)以及辦公桌椅的高度進(jìn)行綜合考慮，以達(dá)到最佳的人因工效學(xué)設(shè)計(jì)方案。