座椅設計中減小椎間盤內壓力的方法

摘 要：文章首先介紹了人體椎間盤的特征和人體姿勢對腰椎間盤的影響，通過對影響椎間盤內壓力大小的因素進行分析，提出了減少椎間盤壓力的主要方法，主要包括養(yǎng)成正確的坐姿；要求座椅具有向后傾斜110°～120°的靠背，且在腰椎部位提供5cm厚的腰靠支撐；椅子靠背形狀應設計成符合人體脊柱自然曲線等等。

關鍵詞：椎間盤內壓力；減少；方法；人體工程學；腰部支撐

1 概述

眾所周知，坐著學習和工作利于保持身體的穩(wěn)定、減輕腿部血管的靜壓力、降低勞動強度，從而提高效率。隨著社會發(fā)展與科技進步，越來越多的腦力、體力勞動者采取坐姿工作，但坐姿是一個對脊柱施加壓力的姿勢，會對腰椎產生較大的影響，長時間久坐可能會導致健康問題，尤其是不考慮人體生理解剖等特點，不科學的座椅設計，會致人們于不自然的姿勢，造成腰椎病等一些“職業(yè)病”、“常見病”，并且患病人群有年輕化的趨勢。為了避免腰部問題的頻繁發(fā)生，為腰部提供良好支撐和形成良好姿勢，減小椎間盤內壓力，座椅的研究設計受到了廣泛的重視，擁有一把符合人體工程學的座椅至關重要。

2 人體姿勢對腰椎間盤的影響

椎間盤損壞的直接原因是椎間盤內壓力過高，而人體姿勢又是影響椎間盤內壓力的主要因素。人的最自然的姿勢是直立站姿，直立站姿時脊柱形狀基本上是呈S形[見圖1（a）]，脊柱的腰椎部分前凸，椎間盤上受的壓力均勻而輕微，幾乎無推力作用于韌帶，韌帶不拉伸，腰部無不適感。人在坐姿時，骨盆向后方傾轉，從而使背下端的骶骨也傾轉，身體的脊柱由站立時的“S”形（正常形）向拱形變化[見圖1（b）]，這樣就使得人脊柱的椎間盤受到了很大的壓力，從而引起腰部不適感，長時間的處于受壓狀態(tài)會導致腰痛。

坐姿本來就比直立站姿時施加給椎間盤的壓力大，再加上坐姿姿勢不正確更會加速椎間盤退化，引起上述種種病痛。圖2給出了正確坐姿和不良坐姿下椎間盤狀態(tài)的示意圖[1]。當人體自然站立時，脊柱呈理想的“S”形曲線狀[圖2（a）]，腰椎不易疲勞。當人體取坐姿工作時，往往會因座椅設計的不科學而促使人們采用不正確的姿勢[圖2 （b）]，從而迫使脊柱變形，椎間盤壓力增大，疲勞加速，并產生腰部酸痛等不適癥狀。如果采取正確的坐姿，使腰椎恢復到自然狀態(tài)[圖2（c）]，那么疲勞就會得到延緩，從而得到輕松舒適感。

矯形學研究測量了人體在不同坐姿下椎間盤內壓力的變化，如圖3所示。圖3中零點的絕對壓力值為0.5MPa，它是參考壓力，其他是相對壓力比值。由圖3中可以看出：在幾種坐姿中，當人后仰和放松時，椎間盤內壓力最小。

但在實際中，一般情況下工作時的坐姿無法后仰，而須直腰或彎腰坐著。那么直腰坐還是彎腰坐更有利于減少椎間盤壓力呢？矯形學家測量了人在四種姿勢下椎間盤的內部壓力變化（圖4）。直立站姿是人的最自然的姿勢，若將人體直立時第3和第4腰椎之間所承受的壓力定為100%，則其它不同姿勢狀態(tài)下腰椎間盤內壓與直立位腰椎間盤內壓的比例關系見圖4。從圖4可以看出，脊柱在不同姿態(tài)下，椎間盤所受壓力有較大差異。比較站立、仰臥、直腰坐、彎腰坐四種姿勢的椎間盤壓力可以看出，椎間盤壓力由小到大的順序為：仰臥<站姿<坐姿。在兩種坐姿中，直腰坐姿和彎腰坐姿下椎間盤壓力分別為直立站姿時的140%和190%。人在直腰坐著時，椎間盤內壓力比彎腰坐時小。

但是，在坐著時適當放松，稍微彎曲身體，可以解除背部肌肉的負荷，使整個身體感覺舒服。研究人員測量了背部肌肉的電活動（圖5），結果表明，當直腰坐時，電活動增加，而放松坐時，電活動明顯下降，這說明身體稍微前傾的放松坐姿，有利于解除背部肌肉的負荷。所以直腰坐椎間盤內壓力較彎腰坐椎間盤內壓力低，但肌肉負荷增大；彎腰坐有利于肌肉放松，卻增加了椎間盤的內壓力。

3 座椅設計中減少椎間盤壓力的主要方法

3.1 正確的坐姿

不正確坐姿將加重腰部的負荷，最易對腰椎和腰部肌肉產生有害影響。直腰坐姿可降低椎間盤壓力，但這種坐姿也有缺陷，它增加了背部肌肉的負荷。這種坐姿可作為初始坐姿，隨時進行調整。如果條件可以，后仰且腰部有良好支撐的坐姿會因更多的體重由靠背支撐而使人感覺比較舒服。為保證良好的坐姿，建議桌子高一點，椅子高度適中，工作時，盡量將椅子靠近桌子，縮短桌椅間的距離。避免使用底部有滑輪的轉椅，因為坐在轉椅上伏案工作，腰部要付出一定的力量來維持轉椅的穩(wěn)定，這樣更容易引起腰部疲勞。

在許多時候，人的坐姿并不完全取決于人的本身，坐姿在很大程度上受坐位制約，人只有坐在一把設計合理的座椅上，才能保證正確的坐姿。

3.2 設計合理的靠背傾角

除了人體坐姿影響椎間盤壓力，椎間盤內壓力還與座椅的構造有關，靠背傾角（靠背與坐面的夾角）也可影響椎間盤壓力和背部肌肉。為減少椎間盤內壓力，必須使用符合人體生理特性的座椅。圖6是不同靠背傾角下的椎間盤內壓力和肌電圖[2]。圖6中椎間盤的內壓力以靠背傾角為90°時的壓力值為零點，其絕對壓力值為0.5MPa （=5kg/cm2），所以，圖中壓力值為相對壓力值。座面與靠背的夾角大小影響脊柱的形狀，所以對椎間盤內壓力以及肌肉收縮都有影響。從圖6中可知，當座面與靠背夾角在110°以上時，椎間盤內壓力顯著減小，這主要是因為傾斜的靠背支承著身體上部分的重量，從而減小了椎間盤內壓力。所以人體上身向后傾斜110°～120°為佳。向后傾斜110°～120°傾角的靠背，可承擔軀體的部分重力，使腰背肌肉處于相對松弛的狀態(tài)，同時也不加重腰椎周圍韌帶的負擔，可減少勞損機會。坐椅子時，應注意盡量將腰背部貼緊椅背，如有扶手則更佳。

3.3 設計合理的腰靠

在作業(yè)時，加在腰椎的負荷與人體本身負荷共同作用，使腰椎承受了極大的負擔，因此座椅設計應對腰椎下部提供很好的支撐。此時在腰部設計腰靠，可使椎間盤內壓力降低，腰靠的位置一般處于第三至第四腰椎間部位，由于靠背傾角直接影響支撐點的高度，因此，不同靠背傾角下具體的支撐點位置略有不同。腰靠厚度以5cm為宜。5cm厚的短腰靠（靠住腰部，也叫低腰靠）與平面的靠背相比，可降低椎間盤壓力，減輕肌肉負荷。因此，較為合適的座椅除了要求有向后傾斜的靠背，還要在腰部有5cm厚的腰靠作為依托物。

3.4 座椅的側面輪廓

椅子的設計應按人體背部特點而設計成一定的曲率，椅子靠背形狀（輪廓）設計成符合人體自然曲線“S”形曲線，與人的脊柱彎曲基本吻合，這種“S”形曲線的靠背再加上適當的靠背傾角，可降低椎間盤內壓力，使人感覺很舒服。

總之，為減少椎間盤壓力，首先養(yǎng)成正確的坐姿；較為合理的座椅要求具有向后傾斜110°～120°的靠背，且在大約第三至第四腰椎間部位提供支撐腰部的5cm厚的腰靠，椅子靠背形狀應設計成符合人體脊柱自然曲線。

參考文獻

[1]http：//wenku.baidu.com/view/66ce4573376baf1ffc4fad4b.html 第三章 桌椅設計.

[2]張月.室內人體工程學（第二版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.