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坐姿和站立时的胸腰椎姿势行为:从观察到测量的生物力学进展

摘要

很少有研究对脊柱在胸腰椎和腰椎区域的姿势行为进行量化。这项研究比较了50名无症状的参与者(21名男性)在三种情况下的自发脊柱姿势:10分钟的坐着电脑任务(参与者的测量很简单)、用他们认为的“正确”坐姿和站立。三维光学跟踪量化了胸腰椎和腰椎区域的脊柱表面角度，以及脊柱相对于垂直方向的方向。尽管人们普遍认为前屈腰椎角度对坐姿是“正确的”，但这一方法很少被用于10分钟的坐姿。在坐着10分钟时，相对于站立，脊柱角度在腰椎弯曲24度(7e9度)，在胸腰椎弯曲12度(6e8度)(P lt; 0.001)。当参与者“纠正”他们的姿势坐着,胸腰椎角2(7)度类似于角站1(6)度(Pfrac14;1.00)。男性以相对于女性的腰部角度弯曲坐10分钟，“正确”的坐和站，但在胸腰椎区域没有差异。

1. 介绍

脊柱姿态行为的量化是非常重要的，因为脊柱姿态影响并受许多生物力学、运动控制和性能变量的影响。对坐姿和站立、或坐姿的对比研究表明，腰椎姿势影响椎间剪切(Hedman和Fernie, 1997)、腰椎肌肉活动(Claus等，2009;Floyd和Silver, 1955)，控制脊柱所需的协调(Urquhart等，2005)，呼吸效率(Lee等，2010;Lin et al.， 2006)，骨盆底肌肉活动(Sapsford et al.， 2006)，颈部肌肉活动(Falla et al.， 2007)和认知注意(Lajoie et al.， 1993)。

公共卫生建议传达的信息是，坐着比站着对脊柱健康的危害更大(McGill, 2014;(Pynt等，2008)，而良好的坐姿应旨在达到类似于站立的前屈腰椎曲线(Andersson等，1975;Castanharo等人，2014;但是对于一些人来说，长时间站立比久坐更容易引起疼痛(Gallagher et al.， 2014)。也有人提出，坐姿应包括频繁的姿势调整(McGill, 2014;Pope等人，2002)。这些信息似乎很清楚，并且与社区对良好坐姿的看法一致(Orsquo;sullivan et al.， 2013a)，但它们是正确的吗?对坐姿文献的评估揭示了支撑这些信息的科学方法中的重要空白。

弯曲的腰椎姿势被认为比直立姿势对脊柱的损害更大。自20世纪50年代以来，有学者提出坐着时腰椎屈曲会增加相对于站立时的压缩负荷，从而损伤椎间盘(Castanharo et al.， 2014;然而，内部压力研究的详细回顾(Claus等，2008a;(Dreischarf et al.， 2010)和使用脊柱内固定器的测量(Rohlmann et al.， 2001)表明，瘫坐状态下的肌内压通常与站立状态下的肌内压相当。流行病学研究提供了相互矛盾的证据，关于弯曲脊柱坐着是否比站着对脊柱健康和背部疼痛更糟糕(Battie et al.， 1995;凯尔西和哈迪，1975年;Sparrey et al.， 2014)。然而，并不是所有的个体都以相似的方式表达，这可能导致数据的可变性。不幸的是，流行病学研究还没有量化研究参与者的脊柱姿势行为。一项交叉设计的临床试验表明，改善工作场所坐姿的干预可以减少腰痛的发生率(Pillastrini et al.， 2010)，尽管脊柱行为没有被量化。最近，通过观察个别患者的疼痛刺激姿势，观察到体位干预可减少相对于对照组的不适(Orsquo;sullivan et al.， 2013b)，或相对于对照组的残疾和疼痛(Sheeran et al.， 2013)。这些研究没有对持续时间内的姿势行为进行量化，尽管脊柱位置(Nairn et al.， 2013)和运动行为(Dunk和Callaghan, 2010)随着时间的推移而变化。如果脊柱姿势的详细和标准化测量可以应用于姿势行为的研究，那么比较和合并来自多个研究的数据(即元分析)的潜力将会大大提高。这种标准化和元分析将为最终确定姿势和脊柱疼痛之间的关系提供基础。

虽然很容易定性地观察人们在功能性活动(如使用电脑)中所采用的姿势，但量化脊柱姿势行为的数据有限。现有的研究在三个主要领域存在方法上的局限性:i)即时测量，如放射学、摄影或机电设备(Celenay et al.， 2015;Makhsous等人，2003;(Straker et al.， 2007)提供了一个描述姿势的基础，但不能被认为是功能测量;ii)参与者意识到脊柱姿势是被测量的使他们的姿势行为产生偏差的风险;iii)将姿势数据标准化到个体参与者的运动范围(Dunk和Callaghan, 2005,2010)很容易出现测量运动范围和受试者间变化的误差，从而混淆受试者之间或研究之间的结果比较。

这三种方法的局限性可以更好地加以管理。在执行一项任务时，对人类行为的功能测量需要在一段时间内重复测量(Dempster, 1955)。由于知情同意的道德要求，对参与者进行单盲很难实现，但让参与者对姿势的因变量保持天真，将使他们的行为产生偏差的风险最小化。为了比较参与者之间和研究之间的数据，脊柱姿势的测量可以参考几何标准，而不是个体参与者的活动范围。

功能性任务时的姿势定量数据也可以为脊柱建模提供参考价值。例如，对具有不稳定坐姿表面的脊柱稳定性的神经肌肉控制建模的研究将上半身表示为单个节段(Reeves et al.， 2009;(Tanaka et al.， 2010)，但脊柱在直立坐姿中可以采用多种姿势。脊柱直立姿势的细微变化影响区域肌肉活动(Claus等，2009;Orsquo;sullivan et al.， 2006)和机械变量，如对全身振动的响应(Kitazaki和Griffin, 1998)。随着区域脊柱曲线数据的增加，不稳定坐姿模型可以为脊柱控制系统提供新的认识。

本研究的目的是通过简单的人体工程学设置来识别典型脊柱姿势在执行计算机任务时的特征。虽然在日常生活中经常可以观察到典型的脊柱姿势，但在执行计算机任务时脊柱姿势行为并没有被精确量化，因此无法对参与者进行比较。本研究的数据旨在为参与者行为与任务变量、心理变量或特定群组的操作的比较提供规范数据。

为了从观察到定量的、可比较的测量胸腰椎和腰椎坐姿，本研究测量了三种情况下的局部脊柱曲线和整体脊柱相对于垂直方向的方向:i)自发的坐姿行为，而对姿势测量不熟练的参与者完成了一个10分钟的计算机任务;ii)在意识到姿势已被即时记录的情况下，对其姿势进行自我“纠正”;和iii)站。

1. 材料和方法

2.1。参加者

50名参与者(21名男性)完成了这个重复测量实验。平均年龄、身高、体重为;男性e22(4)岁，女性e21(3)岁;男性172 (7)cm，女性164 (6)cm;男性66 (12)kg，女性55 (8)kg。

所有的参与者都是大学生或工作人员，预计他们将在当前职业的很大一部分时间里坐着，尽管这没有经过正式评估。参与者被排除，如果他们曾经经历过胸椎或腰椎疼痛，需要治疗或从正常活动中休息超过两天，或者如果他们报告任何呼吸或神经系统病史。一名经验丰富的肌肉骨骼物理治疗师进行了一项体格检查，排除任何不正常地限制伸直腿、脊椎活动或脊柱侧凸的人，因为这些情况会限制坐姿的对称表现。获得了书面的知情同意，所有的程序都得到了机构医学研究伦理委员会的批准。

2.2。测量

使用光学跟踪系统(美国维康公司，反射器位置绝对误差0.1 mm)和Nexus软件(美国维康公司，Nexus软件)对脊柱曲线进行量化。以30hz的频率连续记录三种姿势的数据。胸椎和腰椎曲线的界限是在T10上定义的，这是基于文献中对小关节定位的解剖学转变(Singer等，1994年)和正常站立姿势的x线照片(Roussouly等，2005年)。代表表面脊柱矢状角曲线段之间的胸腰椎地区测量连接T5-T10 T10-L3,和腰椎曲线测量T10-L3和L3-S2(老人et al ., 2008 b)(图1)。积极的角度(度)描述脊柱后凸的表面脊椎曲线,0度描述了平面位置,和消极的角度描述脊柱前凸的表面脊柱曲线。通过T1时标记点相对于S2时标记点的矢状面距离(mm)来测量脊柱的整体方向。T1相对于S2的前矢状位被描述为T1-S2正位。

2.3。过程

参与者穿着宽松的短裤。他们的皮肤暴露在S3水平。男性的上半身暴露在外。女性穿着乳罩和透视衣来暴露脊柱上的反光标记。为了确定反射标记的皮肤位置，参与者俯卧，将枕头放在腹部下，这样从胸中部到骶骨的皮肤表面都是平坦的。手触诊用于识别棘突，可洗墨用于标记皮肤上覆盖的棘突。为了舒适，一个8毫米封闭细胞泡沫覆盖的平坦座椅，被调整到参与者的腘窝高度。桌子的高度被调整到略低于肘部的高度。屏幕高度调整,2000屏幕的顶部略低于参与者的眼睛水平(图1)。这项研究集中在坐姿时,行为没有靠背的支持,作为量化的目标是脊柱弯曲没有额外的变量(与之前的研究一致关心计算机任务Curran et al ., 2014;扣篮和卡拉汉，2005)。

当参与者坐在椅子上时，反光标记贴在皮肤上。为了增加参与者对脊柱姿势的因变量的幼稚的可能性，在头部、颈部、前臂、手和大腿处附加了标记，并告知参与者研究的目的是“在使用电脑10分钟时测量身体运动”(玩单人纸牌游戏);他们的目标是在10分钟内完成尽可能多的单人纸牌游戏;完成一只手时通知研究人员;他们可以随心所欲地调整椅子的位置和坐姿。研究人员坐在参与者面前的另一台电脑前，似乎在处理一些无关的任务。在少数几例中，参与者似乎严重地倚靠在手臂上或身体的一侧，他们被要求“避免在手臂上负重”并“通常面对屏幕”。

在10分钟的自然坐姿之后，研究的真正目的被揭示了，参与者被要求展示他们认为的“正确”坐姿(“良好”或“背部的理想姿势”的同义词被用来阐明任务)。“正确”的脊柱姿势记录3秒，然后要求参与者以他们的典型姿势站立(对称的放松站立，双脚与肩同宽，没有其他关于脊柱姿势的说明)，并记录3秒的数据。在10分钟静坐任务的数据收集结束时，参与者被问及他们是否知道目标是测量脊柱姿势。6名参与者说他们意识到了，剩下的44名参与者报告说，他们对研究的重点很幼稚，自然地坐了下来。

2.4。理论/计算

每个参与者在10分钟的姿势坐在任务是表示为连续记录的平均值,根据以往的发现无症状的参与者完成了计算机任务一般在坐着保持相同的矢状脊柱曲线在lt; 5度变化对平均(SD) 12.4(4.6)分钟(扣篮和卡拉汉,2010)。平均姿势超过3秒的记录被选择为“正确的”和站立姿势条件，以适应与一个呼吸周期相关的少量运动。

数据使用matlab6(美国Mathworks)进行分析，使用解剖学和全局参考点来量化脊柱姿势。解剖学参考点是在骶骨处的一簇反射标记，用来定义矢状面和冠状面内的线。全局参考点是光学跟踪装置的灵性水平校准，以定义垂直(z)，从而定义矢状(xz)和冠状(y-z)平面。计算胸腰椎和腰椎矢状面和冠状面角度以指示局部脊柱曲线(姿势的解剖学测量)。此外，计算T1相对于S2的矢状面对齐，作为参与者相对于重力线向前或向后倾斜的程度的指标(矢状面对齐:整体姿态测量)。如果受试者将脊柱相对于骶骨作轴向旋转，可能会出现轻微的矢状和冠状角度误差，然而，这无法用标记出体积中一个点的标记来精确量化。为了将这种错误最小化，参与者被要求“通常面对屏幕”。

参与者的服装(短裤或摄影礼服)掩盖一个或多个反光标记,不完整的数据进行一些试验和线性混合模型分析适应(SPSS版本15,伊利诺斯州,美国)的数据从10分钟坐(nfrac14;50),“正确的”(nfrac14;46)坐和站(nfrac14;39)姿势条件。采用参与者的平均脊柱角度和矢状位(T1-S2)进行统计分析。比较姿势和性别对脊柱测量的影响。差异显著(0.05 alphafrac14;)时,进行了进一步的成对比较Bonferroni调整为多个比较。

3.结果与讨论

3.1。矢状面脊柱角度和运动

胸腰椎的姿势条件与腰椎角度的比较如表1所示，个别参与者的平均值如图2A所示。尽管在10分钟的坐姿条件下，6/50的参与者对脊柱姿态测量不幼稚，但6名非幼稚参与者中的5名胸腰椎角度为4/6，腰椎角度与队列平均值的一个标准差内，因此决定将他们的数据纳入整体分析。

三种姿势的腰椎角度存在差异(P lt; 0.001)。与人们普遍认为的良好坐姿相反(Andersson et al.， 1975;Lord等人，1997;Makhsous等人，2003;在实践中，无症状的参与者完成一个10分钟的计算机任务时，他们的腰椎相对于站立时的姿势是弯曲的[24 (7e9) deg差]。在10分钟的坐姿中，腰部的平均角度是平的到后凸的，“正确的”坐姿是平的到前凸的，站立时是前凸的。平均胸腰椎角也在10分钟坐在驼背的条件,和接近持平(0度)的“正确”坐和站(Pfrac14;1.000)条件。

以胸腰椎角度和腰椎角度的组合来描述这三种姿势，10分钟的坐姿通常是一种弯腰驼背的姿势，但也有少数参与者采用图1所定义的平板、短前凸或长前凸的姿势。测量腰椎曲线在工作场所(2 h nfrac14;13日办公室工作)也表明,平暴跌腰椎曲线是最常见的(Morl Bradl, 2013euro;)。无痛的参与者通常采用的坐姿并不证明这是一种健康的行为，但它确实让我们有理由质疑简单地将坐姿分为好或坏的解释。流行的假设是，坐着时腰椎屈曲会引起背部疼痛，或者可能对脊柱有害(Pope等人，2002)]，而没有考虑其他问题，如暴露(如持续屈曲可能有问题)或与其他特征(如运动受限)结合。

在“正确的”坐姿中，姿势的变化范围从平面到短前凸到长前凸。站立姿势从短前凸到长前凸不等。参与者的自我“校正”坐的姿势从10分钟的条件“正确”,减少驼背/增加了腰椎前凸胸腰椎和地区~ 10度。这个“正确”姿态的胸腰椎角站复制,但实现不到frac12;腰角之间的差异10分钟坐和站。很难确定一个职位是否比另一个职位有优势。还需要进一步的研究来确定诸如坐时无痛耐力这样的变量在他们自发的姿势或

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