前臂和腕部支撐對打字時相關肌肉活動及舒適性的影響

劉志平

摘 要：為探討有無前臂和腕部支撐及支撐高度對打字時相關肌肉活動及舒適性的影響，選取10名在校大學生為受試者，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種情形下進行打字，利用表面肌電記錄系統采集受試者右側肱二頭肌、指伸肌和斜方?。ㄖ胁浚┑钠骄‰娭担ˋEMG），采用主觀舒適性量表對受試者肩部、前臂及手部在上述情形下的主觀舒適性進行評價。雙因素方差分析結果表明，前臂支撐對肱二頭?。‵=3.368，P=0.039）和斜方?。‵=12.367，P=0.000）AEMG有顯著影響，腕部支撐對各檢測肌肉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各評價部位的主觀舒適性得分均有顯著影響，兩者對肩部和前臂還存在交互作用。多重比較發現，前臂無支撐時肱二頭肌和斜方肌AEMG均高于有支撐；前臂有支撐時各評價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時才表現出差異。前臂有無支撐可以改變打字時相關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肌肉運動控制模式有關；前臂支撐對打字時主觀舒適性的提高效果優于腕部支撐，且肩部主觀舒適性的改善效果優于其他部位。

關鍵詞：肌肉活動；主觀舒適性；前臂和腕部支撐；打字

中圖分類號：R 496 文獻標識碼：A 文章編號：1672-7312（2018）06-0699-06

0 引 言

長時間坐姿狀態下使用計算機工作的辦公人群，在進行日常鍵盤與鼠標操作時，往往會出現上肢肌肉骨骼系統不適或疼痛癥狀[1]，頸部和上肢等身體部位的風險更高[2]。因此應該改善工作姿勢、降低靜態肌肉活動，使頸肩等上肢部位肌肉得到休息[3]。研究發現，為上肢部位增加支撐可有效減少肌肉用力，減輕辦公作業時的肌肉負荷[4]。前臂支撐或肘部支撐可能是一種簡單有效的預防措施，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]，同時保持肩部中正姿勢[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，同時保持腕部中正姿勢[8]。肘部支撐可以有效降低雙側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]。有研究者通過對不同高度的腕部支撐進行實驗，發現適當高度的腕部支撐有助于緩解疲勞[12]。有研究發現辦公作業過程中，肘部支撐高度在與坐姿肘高相同時的頸肩部肌肉活動最小，而高于坐姿肘高時甚至會出現肌肉活動大于無支撐時的現象[13]，但肘部支撐高度低于坐姿肘高時，頸肩部位的不同肌肉活動卻又表現出不一致的變化趨勢[5]。上述研究表明，一方面肘部支撐對打字作業時頸肩部相關肌肉活動的影響作用存在不確定性，另一方面上述研究大多只單獨考慮前臂支撐或腕部支撐時的肌肉活動情況，沒有將上述兩種支撐形式結合起來分析，也未見不同高度的前臂支撐對相關肌肉活動的影響。因此，基于上述研究基礎，本研究選取10名在校大學生為受試者，探討前臂和腕部支撐對打字時相關肌肉活動及舒適性的影響，旨在為使用計算機的辦公人群減輕相關肌肉骨骼損傷提供理論依據，為人—機—工作環境提供優化設計指導方案和建議。

1 資料與方法

1.1 研究對象

選取10例男性在校大學生，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疾病，受試者實驗前24 h內均未從事劇烈運動。

1.2 研究方法本研究采用雙因素被試內實驗設計，以桌面水平面為基準，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。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。研究采用座高可調的辦公座椅和聯想ThinkVision L1953（19寸）計算機顯示器，保證在前臂和腕部均無支撐的狀態時受試者前臂與上臂的夾角均為90°，調節計算機顯示器的高度，使操作者可平視顯示器的中心，調節顯示器距離受試者眼部的距離，使眼睛距離屏幕70 cm.受試者具體作業狀態如圖1和圖2所示。

為保證實驗過程中的雙因素條件不受影響，實驗開始前，受試者需先進行5 min的準備活動，并熟悉實驗流程和實驗過程中的注意事項。在上述9種情形下，所有受試者均需對同一篇英文進行相同時間的打字練習5 min，打字時間確定的依據參照以往相關研究[13]，在受試者對打字內容初步熟悉后方可正式開始實驗。實驗前，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，由主試人員更換支撐墊調整支撐高度，并確認肌電圖電極的連接狀態。受試者在9種不同情形下，按照上述實驗步驟打字9次后，實驗結束。

1.3 檢測方法

1.3.1 平均肌電值（average electromyography，AEMG）

采用國產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肱二頭肌、指伸肌和斜方?。ㄖ胁浚?塊肌肉的表面肌電信號，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，確保皮膚阻抗在一定范圍內；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，做雙極導出參考電極放置在不參加測試運動的肌肉的肌腱處）。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，信號經A/D轉換（12 bit）后存入表面肌電圖儀內存中，待每一位受試者實驗結束后導入計算機處理，使用表面肌電圖儀自帶分析軟件導出計算后的AEMG作為反映肌肉活動強度的指標。

1.3.2 主觀舒適性

采用主觀舒適性量表（見附表）的形式對受試者進行調查，每種前臂和腕部支撐情形的實驗結束后立即讓受試者評價肩部、前臂及手部的主觀舒適性。量表采用5個等級的分數表示舒適性分級，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，對實驗設定的9種支撐情形進行編號，隨機安排每位受試者選擇打字操作時9種支撐情形的實驗順序。

1.4 統計學分析采用SPSS 18.0版統計學軟件包進行數據處理，采用基準比較的無量綱方法[14]，以實驗取得的前臂和腕部均無支撐的情形時各肌肉的AEMG值為基準對實驗數據進行標準化處理，將其他8種支撐情形下的AEMG值與之比較，得出AEMG的標準化值。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各肌肉標準化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 結果

2.1 前臂支撐和腕部支撐對打字時上肢相關肌肉標準化AEMG值的影響

前臂支撐和腕部支撐對右側肱二頭肌、指伸肌和斜方肌3塊肌肉標準化AEMG值的影響詳見表1.雙因素方差分析表明，前臂支撐對肱二頭?。‵=3.368，P=0.039）和斜方?。‵=12.367，P=0.000）的標準化AEMG值有顯著影響，腕部支撐對各檢測肌肉標準化AEMG值無顯著影響，兩者不存在交互作用（表2）。多重比較發現，前臂無支撐時肱二頭肌標準化AEMG值高于前臂有支撐（P<0.05）、斜方肌標準化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受試者主觀舒適性的影響

前臂支撐和腕部支撐對受試者肩部、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）。多重比較發現，前臂有支撐時，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打字時上肢相關肌肉活動和不同部位主觀舒適性的影響。研究發現在同一腕部支撐條件下，前臂支撐對斜方肌和肱二頭肌肌肉活動有顯著影響，且能夠顯著減小斜方肌和肱二頭肌肌肉活動，對指伸肌肌肉活動無顯著影響，這與既往研究結論一致；而在同一前臂支撐條件下，腕部支撐對相關肌肉活動均無顯著影響。以上研究結果有力證明了“添加支撐界面可顯著減少前臂肌肉與斜方肌肌電活動”的學術觀點[4]，但不同支撐界面之間存在顯著差異，添加前臂支撐可實現上述目標，而添加腕部支撐則沒有達到減少肌肉活動的目的。本研究結果并未顯示出前臂和腕部支撐對指伸肌肌肉活動有顯著影響，可能因為在本研究設計的實驗條件下進行電腦操作的鍵盤打字活動的時間過短，未從打字時間維度上表現其差異性。既往研究未見不同高度的前臂支撐對上肢部位相關肌肉活動的影響，針對肘部支撐高度影響的研究發現，當肘部支撐高度大于桌面高度時，肌肉活動出現增加跡象，推測其原因可能是因為當支撐高度過高時，上肢處于異常的彎曲狀態，導致相應肌肉疲勞[5，13]。本研究發現當前臂高度0cm和1cm時，肌肉活動并無顯著差異，本研究并未進行多組前臂高度的比較實驗，具體前臂支撐高度上限及其是否會導致相關肌肉活動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，但不適當的支撐高度可能會導致更高的肌肉活動，甚至增加頸肩酸痛癥狀的風險[15]。合適的前臂支撐高度與肌肉活動之間是否存在真正的因果關系，值得進一步研究。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算機工作人員長時間作業時的不舒適感[10]，前臂和腕部支撐時頸肩部位的不舒適感低于無支撐時的不舒適感，而前臂與腕部支撐之間，頸肩部位的不舒適感更低[11]。本研究表明適當的前臂支撐和腕部支撐可以提高受試者肩部、前臂和手部的主觀舒適性感受。在本研究范圍內，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相關肌肉活動減小，同時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于其他部位。目前，有關前臂支撐和腕部支撐對電腦操作時上肢相關肌肉活動的影響作用尚存在爭議，影響機制尚未完全闡明。前臂支撐和腕部支撐對上肢不同部位肌肉活動的作用并不一致，有研究發現，前臂支撐對前臂肌肉活動沒有顯著影響，但腕部支撐卻使斜方肌與前三角肌的肌肉活動顯著降低[6]；大量研究發現，前臂支撐可有效降低上肢肌肉活動，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指淺屈肌、指伸肌和上斜方肌等上肢肌肉活動[16]，本研究結果在指伸肌肌肉活動上的表現并不一致。一項連續6年的干預研究發現，前臂和腕部支撐減輕了靜態斜方肌的負荷，前臂支撐相對于腕部支撐可更好的減少肩部酸痛發生率，原因可能是上臂重量及穩定性決定了肩部肌肉負荷，前臂支撐時的斜方肌活動相對減少，不易疲勞[4]。在電腦操作打字作業中，前臂需固定的支點來提供支撐，否則上肢肌肉就需要通過共收縮方式維持關節的穩定狀態，增大肌肉活動，相關肌肉長時間的等長收縮狀態會對神經控制產生不良影響，從而發展成為各種骨骼肌肉損傷或重復性勞損[5]。另外從主觀舒適性指標上來看，有適當的前臂支撐和腕部支撐高度也有利于提升上肢相關部位的主觀舒適性感受。本研究還存在實驗設計與控制方面的不足。實驗研究的受試者的樣本量偏小，未考慮性別差異；每一次試驗過程中受試者連續打字的時間和打字后的休息時間過短，無法觀察出因長時間打字操作引起的肌肉疲勞效應與主觀不舒適性感受，同時保證受試者享有足夠的休息；自變量指標中的支撐高度僅設置了兩個水平，分組數量少，無法進一步探索前臂支撐和腕部支撐高度對上肢相關肌肉活動影響的上下限；實驗任務僅僅考慮到鍵盤操作，尚未對電腦操作過程中頻繁的鼠標操作和便攜式辦公需求形成的平板電腦、臺式電腦交叉使用的新型辦公作業過程中上肢相關肌肉活動及激活模式進行研究。不同辦公環境條件下長時間的辦公操作將作為本研究今后進一步研究的補充。

4 結 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電腦打字操作時上肢相關肌肉活動及主觀舒適性的影響。研究結果發現，前臂支撐可引起斜方肌和肱二頭肌的標準化AEMG值發生變化，但腕部支撐則無顯著影響；同時前臂支撐和腕部支撐也會引起受試者肩部、前臂和手部主觀舒適性的變化，其原因可能與打字姿勢和神經肌肉運動控制模式發生改變有關，具體機制尚需進一步實驗研究。前臂支撐對打字時主觀舒適性的提高效果優于腕部支撐，且肩部主觀舒適性的改善效果優于其他部位。因此，本研究結果可以為設計辦公電腦操作作業環境，電腦工作站等與電腦相關的作業提供理論依據，提示應對作業者的前臂支撐、腕部支撐及支撐高度、作業姿勢以及辦公桌椅的高度進行綜合考慮，以達到最佳的人因工效學設計方案。