從人體工程學出發對椅子設計的舒適與健康之辨析（一）

蘇 垣 王 周 Su Yuan & Wang Zhou

(1.中央民族大學，北京 100081；2.中南林業科技大學，湖南長沙 410004）

1 前提

1.1 重視坐姿研究的原因

坐姿是現代人最經常、最主要的工作、生活形態；發達國家，坐姿為工作常態，比例超過2/3；我們常人，每天約有1/3的時間躺在床上，1/3坐在椅子、沙發上。針對如此常態，可以說，我們生命的1/3是“生存”在座椅上。

坐姿必有其負面影響。坐姿對于人的脊柱、尤其是對于腰椎的殺傷力極大！無疑是最累人的姿勢，久坐給腰椎及腰背肌肉帶來諸多健康隱患。早先，在人們的認知領域，腰椎病、腰肌勞損、腰背疼痛僅限于老年人的常見病，而今，卻已經成為不少年輕人的多發病。多發腰痛疾病的人群，大多都是坐姿工作者，他們成天坐于座椅，長時間保持同一姿勢，而對于那些以不良姿勢久坐不動的人更是“雪上加霜”。

基于以上述認識，坐姿非同小可，應引起足夠的重視并加以研究，改善坐姿，講究“坐得舒適”大有可為。

1.2 坐姿與座椅

坐姿是指人坐在椅子、沙發類“坐具”上形成的姿勢，座椅是坐姿的主要“硬件”。對座椅的研究，根本上是對于人的坐姿的研究，因此，需要把對“座椅”與“人對坐具的軟著陸”（坐姿）的研究結合起來。

2 以健康性的名義探討座椅與坐姿的舒適性

座椅的設計，在于滿足不同層面的需求。以下，我們僅從其中的一個點，即舒適與健康的角度，討論其切身感受。

2.1 對于座椅舒適與健康的認識

2.1.1 舒適

座椅的舒適性，是指人體坐姿狀態直覺上的感受與體驗，主要體現感官上的知覺。

對座椅舒適性的判斷、表達上不無困難。其一，對舒適性感受的判斷，主觀性較強，因人而異，即使排除了身高、體型差異因素，也難于完全一致，可見，舒適性在客觀上很難找到一個公認的、統一的標準[1]。

其二，對座椅舒適性的感受，往往不太敏感。同樣是日常生活用品，人們對于鞋子、衣服舒適性的判斷就比較迅速和明確，如果穿上一雙不合腳的鞋子，雙腳就立馬有所反應，因而有了“穿小鞋”這種反映人際關系某種“體感不適”的詞匯；又例如衣服如果尺碼小了，身體立刻會有所覺察。反之，“椅感體驗”則有所滯后，坐上十分鐘還難有“真情實感”，即使是一把設計不盡理想的椅子，也難于判斷其舒服與否，需要久坐之后，才能慢慢品味出來。

其三，椅子舒適性的判斷往往缺乏量化的數據指標，用定量的方法來表示確有困難，因而，常常采用描述性的定義，相對模糊地作概念性的描述。

因此，舒適性的判斷，往往是采用比較的方法，在舒適與不舒適的比較中確定其優劣。這好比說，樹上兩只鳥，麻雀與烏鴉，麻雀旁邊那只是烏鴉，反之，烏鴉旁邊那只是麻雀。說句笑話，有點像邏輯上的循環論證，互為因果[2]。當然，可以采用邏輯上的排除法，找出所有不舒適的感受一一排除，結果就是舒適。但是，這樣做比較麻煩。可見座椅舒適與否，在判斷、表達方面，的確存在某種“難言之隱”。

2.1.2 健康性

座椅的健康性，是指人體坐姿的健康與否，集中體現在對人體脊椎受力的判斷與解析。與舒適性不同，健康性是深層次、本質上的認識，它在判斷方面有量化的數據指標，而且這是座椅人性化設計的主要指標之一[3]。對于座椅健康性的認識，可以從人體工程學、生理學、人體力學的角度加以研究。

2.1.3 座椅舒適性與健康性的關系

在多數情況下，對座椅舒適性、健康性的判斷是一致的，舒適的東西多數有益于健康；但是，在少數情況下，對座椅舒適性、健康性的判斷又不完全一致，感覺舒適、愜意的，但未必健康。

例如，過于柔軟的沙發，坐起來很舒服，但坐下去時，身體重心處于不穩定的狀態，全身使不上勁，這時身體會不自覺地調整重心，頻繁地變換體位，肌肉一直處于緊張的狀態，即會引發腰椎系統的疾病，反而不利于健康。

又例如，大沙發豪華氣派，坐感舒適，但座面過深，人的腰背部得不到沙發的靠背支撐，腰部懸空。通常的補救措施是在寬大縱深的沙發上增添靠墊，但是完全依賴靠墊來解決腰部支撐（腰靠），未必是上策，不少靠墊給人以不穩定的感覺，久坐之后腰部會感到酸痛[4]。

再做一個類似的比較，睡過于軟的床，身體會全部陷入床墊之中，壓力分散，看似舒服，但想翻身變換姿勢極為不便，脊柱支撐力分布不均勻，尤其影響腰椎的生理彎曲，使肌肉緊張疲勞，睡后感覺不爽，不但不解乏，反而會腰酸背疼[5]。可見，過軟的床也是看似舒適卻無益于健康。

因此說，座椅的舒適性、健康性這二者并非協調一致的概念，它們之間既有聯系又有所區別。舒適未必健康，但健康一定會滋生舒適、愉悅。對座椅舒適性的研究，應當從研究座椅與坐姿的健康出發，即以人體脊椎的變形與受力情況為出發點，這樣去研究舒適性，才能把心理感受與客觀本質結合起來，且能夠表達得更為清晰、確切，即能把問題講清楚。

2.2 人體處于不同姿勢，其腰椎受力分析

2.2.1 坐、臥、立這三種姿勢下，腰椎的受力

人的脊椎是承擔人體上半身重量和保持其穩定性的骨骼結構，其中腰椎和頸椎又是在此基礎上，承載較大活動范圍的身體器官。人體最基本的四種動作姿式，是指坐、臥、立、走。在坐、臥、立這三種姿勢下，我們以第三腰椎間盤內壓力的指標來體現腰椎的受力：

表1 坐、臥、立這三種姿勢下，腰椎的受力數值

圖1 出頭舒適圈椅

圖2 不出頭舒適圈椅

圖3 短扶手舒適圈椅

從表1數據中可以看出，在人類最基本的動作姿勢中，坐姿是腰椎間盤內壓力最大的姿勢，也就是使腰椎最吃力的姿勢。

2.2.2 不良姿勢會使腰椎受力成倍放大

如前所述，不良坐姿會使腰椎受力成倍放大，力從何來？為此，不僅要看到結論，還應該有所分析。這里所涉及到一些力學原理，即力矩的作用。當身體彎腰駝背呈前傾坐姿時，人的重心向前方伸出，重心偏離支點，形成一個力矩，同時也增大了與重力矩抗衡的腰背肌力矩，由此，增大了腰椎的負擔[6]。因此說，不良姿勢有礙健康，是因為違背了力學原理所致（表1）。

明白了力矩這個力學概念，就能在日常生活和工作中，注意規避不良姿勢，以減少生理負荷。例如，人的一條手臂重量大約是體重的4%，70kg重的人，一條手臂約重3kg[7]。人在站立時，肩部懸吊著上肢，一側的肩部承擔著手臂的3kg重力。如果換一種姿勢，右臂向外側平伸，呈懸臂梁的姿勢，持此姿勢多數人連十幾分鐘都難以堅持，盡管手臂還是3kg重，但力矩變大了，這樣肩部受力被成倍放大，遠超過3kg。從這個道理出發，在攜帶重物時，應使重物貼近軀干，以減少其作用于軀干的重力矩及與之抗衡的腰背肌力矩。

2.3 坐姿研究——常用坐姿的腰椎形態改變與腰椎間盤受力變化的分析

2.3.1 人體形態由立姿變為坐姿

擬從人體的外部與內部分別進行分析。從人體外部來看，立姿時，人體是以雙足來支撐全身的體重。立姿改變為坐姿時，全身的受力部位也隨之改變，變為以臀部為主要支撐部位，支撐上身的體重，上身體重的約75%集中在臀部的左右兩塊坐骨結節上[8]。此時雙足由支撐全身體重，改變為主要是只支撐小腿的重量。因此，坐姿相對舒適，這僅是對雙足而言，負擔大大減輕了。但對于腰椎而言，腰部卻一直處于不合理的狀態，負擔反而更重了。

從人體內部來看，身體在直立站姿時，人的脊椎呈正常的S形生理彎曲的形態，此時頸椎、腰椎段向前凸出，胸椎、骶椎段向后凸出。人的姿勢由立姿改變為坐姿時，會引發骨骼相應改變，骨盆向后方旋轉，使得脊椎下端的骶椎也發生旋轉，此時人體的脊柱由立姿時的正常S形生理彎曲的形態，開始向拱形（C形）改變，其中尤其以腰椎的生理彎曲在不同的坐姿姿勢下，會產生不同的變形，腰椎由向前凸趨于拉直，甚至略向后凸[9]。腰椎形態的改變，使得腰椎間盤受到推擠和摩擦，壓力分布不均，腰椎間盤受力不能維持正常、均勻的分布，內壓力增加，導致腰部酸痛、疲勞等不適感，這就是人體姿勢變化使得腰椎和腰背部肌肉受到負面影響的原因。

2.3.2 直靠背椅與直腰坐姿

人的坐姿，從整體趨勢上來分類，從上半身在前后方向上的角度變化來看，以直腰坐姿為中間節點，區隔開上身前傾與后仰坐姿。這三種坐姿（前傾坐姿、直腰坐姿、后仰坐姿）是人最常用的坐姿。

人坐在直靠背椅（靠背傾角為90°直角。靠背傾角指靠背與座面的夾角）上，采用直腰坐姿（挺直坐姿）時，此時椅子靠背對于人的后背實際上沒有多大的支撐力，人的上身體重完全是由脊柱來負擔[10]。軀干挺直坐姿會使脊椎的正常S形生理彎曲產生很大變形，使腰椎間盤內壓力大為增加（參考表1）之中的數據）；不僅如此 ，采用筆直端坐的姿勢，需要肌肉持續緊張，所以這種姿勢難于持久，甚至堅持上一刻鐘也很困難。因此，直腰坐姿完全沒有舒適可言，是不宜的坐姿，90°直靠背椅是一種不良的設計。

2.3.3 前傾坐姿

上身前傾坐姿就是背部屈曲、彎腰駝背坐姿。前傾坐姿使人的后背完全脫離座椅的靠背，上身的體重全部集中到腰椎這唯一一支撐點上。前傾的程度越嚴重，身體上身的重心就會越向前方伸出，超出了平衡點，由此產生的附加力矩要完全依靠腰椎和腰背部肌肉來負擔[11-12]。前傾坐姿會改變脊椎的正常S形生理彎曲，尤其當過度前傾時，腰椎由正常的向前凸出變形為向后凸出，腰椎間盤內壓力極度加大（表1），會導致腰椎間盤蛻變、突出；前傾坐姿腹肌不需用力，而腰背部肌肉要持續緊張收縮，長時間后腰背部肌肉不堪重負，產生疼痛與痙攣。因此，前傾坐姿（駝背）是一種不健康的坐姿，應盡量避免[13]。

2.3.4 后仰坐姿

當座椅靠背傾角大于90°，人體采取后背緊貼座椅靠背的后仰坐姿時，靠背傾角的功能特點，主要還不在于分擔、支承一部分上身體重，減輕了座面對臀部坐骨結節的支撐力，更為重要的，是維持脊柱后伸體位的形態。后仰坐姿比較直腰坐姿和前傾坐姿，都更能避免腰椎的后凸變形，使脊椎更接近于正常的S形生理彎曲，使腰椎間盤內壓力相對減小，因此，當靠背傾角大于90°時，靠背傾角越大，就越能增加人體坐姿的舒適感。

靠背傾角大于90°對減輕肌肉負荷也產生影響。在身體背部沒有椅子靠背倚靠的情況下，直立的人體上身沒有側向的支撐力，于是只能依靠背部肌肉的力量使脊柱定位，以維持上身的平衡穩定，使得肌肉緊張、疲勞。以坐在椅子上打瞌睡為例，此時若沒有倚靠在椅子靠背上，人的上身就會前仰后合失去平衡，這正是背肌不自覺地松弛下來引起的結果。反之，如果上身后仰，腰背和臀部都自然貼靠在大于90°的椅子靠背上，就可以放松背肌的緊張程度，減輕背肌的負荷，可見，后仰坐姿有益于健康與舒適。

綜上所述，通過以上對于前傾坐姿、直腰坐姿、后仰坐姿這三種最常用坐姿的健康分析，一方面，處于理性考慮，應當避免前傾和直腰兩種坐姿，而優選健康、舒適的后仰坐姿；此外，從實際出發，在桌面工作環境中，人們又不得不經常采用前傾與直腰坐姿。當然，自覺、主動地多采用后仰坐姿，以改善腰椎及腰背部肌肉的“生存狀態”，這對于提高坐姿的健康與舒適不無積極意義。