Immer mehr Menschen innerhalb der deutschen Bevölkerung verbringen den Großteil ihrer Arbeits- und Freizeit sitzend. Dauerhaftes Sitzen und Bewegungsmangel können nicht nur Ursache für Beschwerden des Muskel-Skelett-Systems sein, sie erhöhen auch das Risiko für Diabetes, Übergewicht und Herz-Kreislauf-Erkrankungen (Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin [BAuA] 2020, siehe „Weitere Infos“). Aus diesem Grund beschäftigen sich die Fachdisziplinen der Ergonomie und Arbeitsmedizin seit Jahren mit der Optimierung sitzender Tätigkeiten. Eine Komponente bilden die Sitzdruckverteilung und der Komfort beziehungsweise Diskomfort von Bürostühlen, die Auswirkungen auf Wohlbefinden, Leistung und Gesundheit der Sitzenden haben können. Eine Literaturrecherche aus dem Jahr 2015 ergab, dass der Zusammenhang zwischen Sitzdruck und Diskomfort bei Bürostühlen aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit von Daten noch nicht endgültig beantwortet werden kann (Zemp et al. 2015).
Zielsetzung
Die Ermittlung von Druckwerten für eine günstige Sitzdruckverteilung kann zur Verbesserung des individuell empfundenen Sitzgefühls auf Bürostühlen führen, wodurch ein wichtiger Beitrag zur Verminderung der weitreichenden negativen gesundheitlichen Auswirkungen durch sitzende Körperhaltungen geleistet werden kann. Aus diesem Grund wurde ein möglicher Zusammenhang zwischen Diskomfort und verschiedenen Druckkenngrößen auf Bürostühlen untersucht. Im Vordergrund standen hierbei zunächst die Konzeptionierung, Durchführung und Auswertung eines im Labor durchgeführten orientierenden Versuchs. Dieser erste Versuch führte bereits zu signifikanten Ergebnissen. Besagter Laborversuch fand im Rahmen des Projekts Own Personal Care (OPC) an der Professur für Arbeitswissenschaft der Technischen Universität Dresden statt.
Sitzdruck und Diskomfort
Druck ist allgemein das Ergebnis einer Kraft, die auf eine Fläche einwirkt. Beim Sitzen entsteht ein Druck zwischen der Sitzfläche und dem Gesäß sowie den Oberschenkeln. Dieser Sitzdruck verursacht eine Verformung des Körpergewebes. Ein zu hoher Sitzdruck kann den Blutfluss im betroffenen Gewebe unterbrechen (Australian Wound Management Association [AWMA] 2001). Im ungünstigsten Fall führt dies zur Schädigung von Zellen und zur Freisetzung toxischer Substanzen, die Schmerzreize bei Betroffenen verursachen (AWMA 2001). Die physiologischen Auswirkungen der Druckeinwirkung sind abhängig von der Expositionsart und der Dauer. Bei einer lokal stark konzentrierten Druckeinwirkung treten beispielsweise verstärkt Gewebeschädigungen auf (AWMA 2001). Neben der physiologischen Wirkung entstehen auch psychologische Effekte, die durch einen Sitzdruck hervorgerufen werden können, so zum Beispiel das Empfinden von Komfort oder Diskomfort. Diese werden nach Vink und Hallbeck (2015) folgendermaßen definiert:
Im Laborversuch wurden mittels einer Auswahl von Bürostühlen Druck und Diskomfort variiert. Anhand dieser Daten sollte untersucht werden, ob ein positiver linearer Zusammenhang zwischen Druck und Diskomfort besteht. Falls ein Zusammenhang festgestellt werden kann, können Druckwerte zur Vorhersage eines bestimmten Diskomforts genutzt werden.
Auswahl der Bürostühle
Im Laborversuch kamen pro Versuchsperson fünf verschiedene Stühle zum Einsatz, die sich hinsichtlich der Geometrie der Sitzfläche, Flexibilität und verschiedener Druckkenngrößen unterschieden. Damit repräsentieren sie ein breites Feld an möglichen Sitzflächen. Als Referenzstuhl (Stuhl R) für maximalen Diskomfort wurde ein herkömmlicher Kunststoffstuhl mit einer Holzsitzfläche ausgestattet (➥ Abb. 1, Stuhl Nr. 5, v.l.n.r.). Dieser Referenzstuhl wurde durch die Holzplatte absichtlich sehr ungünstig in Bezug auf den Diskomfort gestaltet, um Extremwerte hervorzurufen.
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Methodik
In Anlehnung an die Experimente von Hartung (2006) und Mergl (2006) zu Diskomfort bei Automobilsitzen wurde folgendes Versuchsdesign konzipiert: Um verschiedene Druckreize miteinander vergleichen zu können, saß jede Versuchsperson auf jedem der fünf Bürostühle (s. Abb. 1) in einer kontrollierten Reihenfolge. Für jeden Bürostuhl wurden die objektiven Messgrößen mithilfe einer Druckmessmatte erfasst (➥ Abb. 2).
Der Diskomfort wurde durch die Versuchspersonen mithilfe eines Bewertungssystems beurteilt, das Diskomfort in mehrstufige Kategorien einteilt („category partitioning scale“, CP-50; deutsche Übersetzung siehe Hartung 2006). Um die Beurteilung zu erleichtern, wurde für die durchgeführten Versuche jede Diskomfortkategorie um beispielhafte Beschreibungen ergänzt.(➥ Abb. 3, rechts). Die Beurteilung erfolgte separat für vier Körperbereiche: linke und rechte Gesäßhälfte (Bereich 1 und 2) sowie linker und rechter hinterer Oberschenkel (Bereich 3 und 4). Diese Körperbereiche wurden den Versuchspersonen anhand einer Bodymap visualisiert (siehe Abb. 3, links). Für die Versuchsteilnehmenden befand sich Abb. 3 in Papierform während der gesamten Versuchsdauer innerhalb des Sichtfelds im Laborraum.
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Für die verschiedenen Körperbereiche wurden vier Druckkenngrößen gemessen. Die Auswahl basiert auf den Ergebnissen von Mergl (2006), der für diese Druckkenngrößen den stärksten Zusammenhang mit subjektiven Bewertungen fand. Die Druckkenngrößen lauten:
Die Versuche fanden in einem geschlossenen Laborraum statt, in dem ein nach den Regeln der Ergonomie gestalteter Büroarbeitsplatz mit höhenverstellbarem Tisch aufgebaut wurde. Die aufrechte Sitzhaltung wurde gewählt, weil diese als die ergonomischste Körperhaltung im Sitzen gilt, in der beispielsweise die Wirbelsäule ihre natürliche Doppel-S-Form behält und gleichmäßig belastet wird. Da die Versuchspersonen sich nicht bewegen sollten, reichte eine kurze Druckmessung von drei Sekunden bei einer Abtastrate von zehn Hertz für die Messung des Ansitzdiskomforts aus. Um den Diskomfort besser bewerten zu können und einen Eindruck von Bürostuhl und Körper zu gewinnen, saß die Versuchsperson anschließend fünf weitere Minuten auf dem Bürostuhl und wurde dann zu ihrem Diskomfort befragt. ➥ Abbildung 4 gibt einen Überblick über den zeitlichen Ablauf des Laborversuchs mit jeweils einer Versuchsperson.
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Auswahl der Versuchspersonen für den Laborversuch
Zur Kontrolle von Störvariablen wurde eine möglichst homogene Stichprobe mit folgenden Einschlusskriterien gewählt: männlich, zwischen 18 und 30 Jahre alt, Körpergröße zwischen 5. und 95. Perzentil, Body Mass Index (BMI) zwischen 18,5 und 29,9. Weitere Einschlusskriterien waren mindestens vier Stunden sitzende Tätigkeit pro Arbeitstag, keine Vorerkrankungen oder Schmerzen des Bewegungsapparats und auch keine regelmäßige Einnahme von Schmerzmitteln.
Am Laborversuch nahmen insgesamt sechs männliche Personen teil. ➥ Tabelle 1 zeigt die durchschnittlichen Werte einschließlich Standardabweichung für Alter, tägliche Sitzdauer, Körperhöhe, Körpergewicht, BMI und Sitztiefe aller Versuchspersonen. Die tägliche Sitzdauer errechnet sich hierbei aus der Gesamtsitzdauer während der täglichen Arbeits- und Freizeit.
Tabelle 1: Kenngrößen der Versuchspersonen für den Laborversuch
Datenauswertung und Ergebnisse
Pro Körperbereich und Druckkenngröße wurden für jeden der sechs Versuchspersonen jeweils fünf Wertepaare, bestehend aus Druckkennwert und Diskomfortwert, erfasst. Um den linearen Zusammenhang zwischen diesen beiden Variablen zu untersuchen, wurde ein lineares gemischtes Modell (Gałecki u. Burzykowski 2013) angewendet. Dieses Modell schätzt sowohl individuelle Regressionsgeraden als auch eine allgemeine Regressionsgerade. Die allgemeine Regressionsgerade wurde auf einen signifikanten Anstieg getestet. Signifikante Anstiege und somit ein signifikant linearer Zusammenhang wurden für alle vier Druckkenngrößen in Bereich 1 und 2, also dem Gesäßbereich, festgestellt. Für Bereich 3 und 4, den hinteren Bereich der Oberschenkel, angrenzend an die Unterseite des Kniegelenks, zeigten sich hingegen keine signifikanten linearen Zusammenhänge.
Für die signifikanten Zusammenhänge wurden im zweiten Schritt die Referenzwerte ermittelt. Die Referenzwerte ergaben sich dadurch, dass sie im Modell einen nicht mehr akzeptablen Diskomfortwert vorhersagen. Dieser wurde auf 20 gesetzt, da die CP-50-Skala Werte ab 21 bereits als „mittleren Diskomfort“ beschreibt. Die Vorhersage basiert nicht auf der Regressionsgeraden, sondern auf dem Konfidenzintervall um die Regressionsgerade. Dadurch wurden mögliche Vorhersagefehler berücksichtigt und der Referenzwert konservativ ermittelt. Dies wird in ➥ Abb. 5 beispielhaft für die Druckkenngröße Maximaldruck für die linke Gesäßhälfte dargestellt. Die zusammengefassten Ergebnisse mit den Referenzwerten befinden sich in ➥ Abb. 6.
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Interpretation und Kontextualisierung der Versuchsergebnisse
Im Bereich des Gesäßes (Bereich 1 und 2) konnte für alle vier Druckkenngrößen ein signifikanter linearer Zusammenhang mit Diskomfort nachgewiesen werden. In den Oberschenkeln (Bereich 3 und 4) hingegen bestand kein signifikanter linearer Zusammenhang. Als Ursache hierfür wird angenommen, dass die Oberschenkel beim Sitzen auf einem Bürostuhl in aufrechter Position weniger Last im Vergleich zum Gesäß aufnehmen. Dies war in der grafischen Auswertung der Messungen ersichtlich. Die höchsten Druckwerte wurden meist im Bereich der Sitzbeinhöcker registriert. Die Einschätzung des Diskomforts im Bereich der Oberschenkel fiel den Versuchspersonen zudem schwerer als für den Gesäßbereich.
Aufgrund des linearen Zusammenhangs zwischen den Druckkenngrößen und dem Diskomfort im Gesäßbereich war es im zweiten Schritt möglich, Diskomfort anhand von Druck vorherzusagen. Für eine erste Annäherung an Referenzwerte wurden die Druckkennwerte ermittelt, bei denen laut CP-50-Skala ein mittlerer Diskomfort vorhergesagt wird. Je nachdem, welcher Diskomfort ausgeschlossen werden soll, kann der kritische Wert höher oder niedriger gesetzt werden. Dies würde dann zu anderen Referenzwerten führen. Um der geringen Anzahl von Versuchspersonen bei der Modellschätzung Rechnung zu tragen, wurde zur Vorhersage nicht die Regressionsgerade, sondern die obere Konfidenzgrenze um die Regressionsgerade genutzt. Dies führt zu konservativeren Referenzwerten.
Da prozentuale Lastverteilung sowie maximaler und durchschnittlicher Gradient unabhängig vom Körpergewicht der jeweiligen Versuchsperson sind, ist dies für die Festlegung allgemeingültiger Referenzwerte dem Maximaldruck vorzuziehen. Dennoch kann der ermittelte Referenzwert für den Maximaldruck für Menschen ähnlichen Körperbaus angewendet werden. Zudem ist die Angabe des Maximaldrucks hilfreich zur Orientierung, in welcher Größenordnung sich die Werte befinden.
Die Werte für die linke und die rechte Körperhälfte unterscheiden sich minimal. Ursache hierfür kann eine geringfügig unterschiedliche Positionierung auf der Sitzfläche sein.
Der Diskomfort kann neben weiteren Parametern wie Einstellmöglichkeiten und Verstellbereiche als Kriterium für die Auswahl von Bürostühlen herangezogen werden.
Limitierung und Ausblick
Die gefundenen Zusammenhänge und Referenzwerte gelten lediglich für das ausgewählte Kollektiv an Versuchspersonen und lassen Rückschlüsse auf andere Gruppen nur vermuten. Zur breiten Anwendung von Referenzwerten über Druckkenngrößen in der Konstruktion von Bürostühlen werden weitere Untersuchungen in Form einer Feldstudie mit einem ausgeweiteten Versuchspersonenkollektiv empfohlen. Eine weitere Limitation betrifft die Druckmessmatte. Ihr Messbereich zeigte sich als nicht ausreichend für den Referenzstuhl im Bereich der Sitzbeinhöcker. Hier wurden maximal messbare Druckwerte erreicht, bei denen nicht ausgeschlossen werden kann, dass die tatsächlichen Werte höher liegen. Ansonsten erwiesen sich sowohl der Ablauf als auch der zeitliche Umfang der Versuche als praktikabel und können somit für weitere Untersuchungen beibehalten werden. Die Kenngrößen können im Entwicklungsprozess bei Bürostühlen Anwendung finden sowie bei der Beurteilung für bereits bestehende Modelle auf einen etwaigen Diskomfort.
Interessenkonflikt: Der Erstautor und seine Koautorinnen geben an, dass keine Interessenskonflikte vorliegen.
Literatur
Australian Wound Management Association (AWMA): Clinical practice guidelines for the prediction and prevention of pressure ulcers. Cambridge Publishing, 2001.
Gałecki A, Burzykowski T: Linear mixed-effects models using R: a step-by-step approach. New York: Springer, 2013.
Hartung J: Objektivierung des statischen Sitzkomforts auf Fahrzeugsitzen durch die Kontaktkräfte zwischen Mensch und Sitz. München: Technische Universität München, 2006.
Mergl C: Entwicklung eines Verfahrens zur Optimierung des Sitzkomforts auf Automobilsitzen. München: Technische Universität München, 2006.
Vink P, Hallbeck S: Editorial: Comfort and discomfort studies demonstrate the need for a new model. Appl Ergonom 2012; 43: 271–276.
Zemp R, Taylor WR, Lorenzetti S: Are pressure measurements effective in the assessment of office chair comfort/discomfort? A review. Appl Ergonom 2015; 48: 276–280.
doi:10.17147/asu-1-225865
Weitere Infos
Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA): Bewegung fördern und langes Sitzen am Arbeitsplatz vermeiden. Workshop Gesundheitsgefährdung durch langes Sitzen am Arbeitsplatz dokumentiert
https://www.baua.de/DE/Angebote/Aktuelles/Meldungen/2020/2020-07-31-Lan…
Projekt Own Personal Care, Technische Universität Dresden
https://tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/itla/aiw/forschung/own-persona…
DGUV Information 215-410, Bildschirm- und Büroarbeitsplätze
https://publikationen.dguv.de/widgets/pdf/download/article/409
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