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睡姿和床墊對人體睡眠舒適性的影響

發布時間:2020-08-27 18:17:06

人體工程學研究與測試實驗室

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引言

在臥床休息過程中,無論是心理因素和生理條件都會影響睡眠質量。多數人認為只有符合人體工程學的床墊能使整個肌肉骨骼系統在夜間休養生息,不舒適的床墊或人體不正確的睡姿,尤其是脊柱支撐不夠,會導致腰痛或一般的睡眠障礙。人類有三分之一的時間是在床上度過的,現在越來越多的人感覺到床墊對人們生活的重要性,好的床墊必須有一個良好的身體支撐,以確保最大的肌肉放松,保持最不疲勞的身體姿勢。 


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睡眠時,床墊中的身體接觸區會出現局部缺血。缺血產生的代謝物刺激敏感的神經末端,會使人在感覺疼痛前改變自己的姿勢。姿勢改變有助于避免軟組織壓力超載,以防止肌肉僵硬。大多數人都有喜歡的睡覺姿勢和一個晚上改變姿勢20次。這些情況不能說是一個理想的睡眠狀態。睡覺的姿勢也與年齡有關:兒童在睡眠時選擇睡眠姿勢,仰睡、側睡和俯睡這三種睡姿的比例相同,而老年人大多喜歡側臥(尤其是右側),他們很少俯臥睡覺,他們睡眠時間更短,不經常改變自己的姿勢。


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睡姿分類


人的睡眠是個動態的過程,幾種睡姿在作更替,想尋求一個比較舒適的姿勢。大部分人都有一個慣性的睡姿來入睡,這往往是嬰兒式睡姿。此外,睡眠運動系統開始工作后,有65%的人習慣側臥,30%的人習慣仰臥,其余5%的人習慣俯臥。

英國權威的睡眠專家克里斯教授通過研究,已經確認了六種最常見的睡覺姿勢,即胎兒式、圓木式、思念式、士兵式、自由俯臥式和海星式,如圖1。


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胎兒式是最常見的睡姿,即睡覺時整個人倒向一側,而且身體蜷縮著,頭緊緊地靠著枕頭,有時候手還握著枕頭的一角。圓木式這種姿勢是睡覺時身體偏向一側,雙臂也順貼在身上,整個人看起來就像一根圓木。思念式是身體偏向一側,但是雙臂舉在頭附近,稍有彎曲。思念式是身體偏向一側,雙臂舉在頭附近,稍有彎曲。自由俯臥式人們最少用的一種睡姿,即身體正面朝下,俯臥在床上的姿勢。海星式這種睡姿是睡覺時身體正面平躺在床上,雙臂稍微上舉,略高過頭。

Defloor等人在研究睡姿和床墊對界面壓力的影響中,定義了十種睡姿,即四種仰睡姿勢;一種30度的半坐臥姿;三種側睡姿勢;兩種俯睡姿勢。四種仰睡只改變床頭的仰角為0度,30度,60度和90度。30度半坐臥姿將床頭和床尾被抬高30度。第一種側姿是受試者的背部和床墊成30度。另兩種都是受試者的背部和床墊成90度,上腿放在下腿前面。不同的是,一種是躺在肩膀和上臂上;一種是手臂壓在身體下。還有兩種俯睡姿勢是手臂向上抬起,手貼在一起位于前額下,頭部靠在手上;和手臂平在身體兩側,頭部轉向左側。

 

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睡姿對人體壓力分布和脊柱形態的影響


施加在皮膚上的壓力主要取決于人體的重量、體型、睡姿、接觸面積及床墊的力學特性。壓力高的區域一般位于骨突起的地方。Defloor研究了62個健康受試者以十種不同睡姿在兩款不同的床墊上的壓力。結果表明,30度半坐臥姿的界面壓力最低,90度側睡躺在肩上的這種睡姿產生的壓力最高。聚乙烯聚氨酯比標準醫院床墊一般能減少界面壓力20%~30%。Moody等人研究四種姿勢兩款床墊的界面壓力。床頭抬起30度側睡時的壓力比其他三種仰姿(床頭抬起45度、60度和65度)要小。床頭抬起角度越大,界面壓力越高。聚乙烯聚氨酯床墊的界面壓力比動態漂浮床墊平均高于13%。

不同的睡姿在床墊上的體壓分布情況不一樣,對人體脊柱形態也有影響,如圖2。 


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理想的睡眠系統有良好的舒適性,即能支撐身體使脊柱處于自然狀態。側臥時,一個理想的身體支撐使脊柱呈一條直線。Lythgo在15款床墊上采用VICON運動分析系統記錄了脊柱刺突點、左右肩胛骨點和左右髂后上棘點的位置,來研究背部形態??烧{整床墊能使脊柱形態相似于自然狀態,而其他床墊的脊柱形態有側向彎曲。


 側睡

側睡是最容易被采用的睡姿。在這個睡姿中,當床墊軟硬適中,它能正確的支撐人體脊柱成一條直線,同時保持頸椎前凸,胸椎后凸和腰椎前凸的自然“S”形曲線。左側睡和右側睡的脊柱形態是沒有區別,由于人體心臟位于身體左側,左側臥會壓迫心臟。

當側睡時,身體側向一邊,重力中心變高,形成一種不穩定的狀態,且接觸面積變小,身體重力集中在肩膀和臀部兩個主要區域,椎間盤壓力增大,壓力比較集中,局部壓力增加??蓮澢直酆屯葋頂U大支撐區域,稍能改善穩定性。

當床墊太軟,由于重力作用,重的身體部分如肩部和臀部下陷就深,有些肌肉可能可以放松,但脊柱受到不對稱載荷而產生不正常的扭曲。當床墊太硬,脊柱受到不正確的支撐,只有肩部和臀部這兩個人體寬度尺寸大的地方才能受到支撐,腰部將彎曲,特別是那些有明顯曲線的女性,如圖3。


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在側睡時,人的體型對脊柱形態和床墊設計有一定的影響。如果是沙漏型的身材,則在腰圍處的脊柱會向床面傾斜而彎曲,床墊的肩部和臀部區需比較柔軟,而腰部區比較硬能支撐腰部,或在腰部下放個枕頭。如果肩部比臀部寬,則脊柱形態會形成一個角度,且肩部比臀部的脊柱曲線要高,這是必須要改變的。因此,床墊的肩部區相對臀部區要柔軟些,或者放個輕薄的枕頭在臀部,使脊柱仍在一條直線上。如果肩部比臀部窄,則臀部脊柱線高于肩部脊柱線,則床墊的臀部區比肩部要柔軟些,或者將枕頭放于肩部和胸部下,仍使脊柱保持在同一水平線上。


 仰睡

仰睡是僅次于側睡被采用的睡姿,因為大約30%的人喜歡這個姿勢。通常,臀部和背部接觸床墊,而腰部只獲得很少的支持。這個姿勢可引起背部疲勞和疼痛。當手臂平放在身體兩側時,頸部的底部處的鎖骨神經是壓緊的,導致肩臂疼痛。當手臂放在頭上,頸部和肩膀肌肉間的神經被扭曲,胸部到肩膀的肌肉被拉伸導致手臂和手的麻木。

當下巴側向下一邊肩膀時,造成頸部肌肉的扭曲,肩臂神經是壓緊的也會導致麻木和疼痛。這個姿勢最主要的優勢在于體重分布在大的接觸面積上,來優化壓力分布和穩定性。脊柱的腰部通常位于平滑的前凸和輕微后凸之間,主要取決于床墊、脊柱的自然曲線和睡眠時肌肉的緊張狀況。


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當床墊太軟時,重的身體部分(臀部)下陷深,輕的部分下陷淺,這樣使腹部相對上浮造成身體呈W型,使脊柱的椎間盤內壓力增大。在前側的椎間盤將被壓縮,然而后側的軟組織(如韌帶)處于緊張中。如果床墊太硬,背部的接觸面積減少,局部壓力變大,背部肌肉收縮增強,也會使人不舒服。

因此為了實現更好的睡眠,在睡眠時床墊需要支撐人體的頸部、腰部和膝蓋。需放置一個能支撐頸部的枕頭來維持脊柱的頸椎曲線。床墊的腰部區和膝蓋區具有穩固的特性,能給腰部和膝蓋提供合適的支撐。這些做法都是為了能使重力沿著脊柱長度進行分布,降低了睡眠中頸部或背部疼痛的可能性。 


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俯睡


俯睡時,雖然接觸面積比較大,會有良好的體壓分布,但對于脊柱形態或者高質量的睡眠來說,俯睡是最不利的睡姿。重力使人體最重的中間部分深深陷入床墊而腿仍伸直著。因此,腰椎前凸會明顯增加,而且會加大脊柱關節后面的壓力,同時前面的軟組織(如韌帶)會處于壓力下。尤其柔軟的床面,會使腰部的腰椎曲線成一個扁平姿勢,引起肌肉拉傷,導致背部疼痛。

當俯臥睡覺時,人體壓著胸腔和腸子被隔膜擠壓的共同作用,加大了對肺部的壓力,這可能會導致呼吸困難。此外,頭部多數轉向側面改善呼吸,會增加頸部旋轉,導致頸部扭傷??稍陬^轉向的一側,放置一個枕頭,能降低頭和頸部旋轉的程度。


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睡姿在評估床墊設計中的應用


人體壓力分布測量和脊柱形態測量可用來評估不同睡姿在床墊上的體壓分布和脊柱形態情況。體壓分布測量可適用于仰睡、側睡和俯睡,而脊柱形態測量的2D攝像和3D掃描只適用于側睡和俯睡,而床墊下陷量測試系統只適用于俯睡的脊柱形態。



體壓分布評估


人體以不同睡姿在床墊上的重量分布可以通過壓力分布測試系統來測試并評估。此系統可對床墊的壓力分布進行靜態和動態測量,以直觀、形象的二維、三維圖像實時顯示壓力分布的輪廓和各種數據,并對整個測量過程進行“錄像”、存儲,對測量記錄進行查看、分析。通過這一方法測得的數據可以評估側睡、仰睡、俯睡時在床墊上的重量分布情況,不僅用于評價重量分布的狀況,還可以輔助校準脊柱形態。體壓分布情況可用最大壓力、平均壓力、最大壓力梯度、平均壓力梯度和接觸面積等體壓分布指標進行評估,如表1的三種睡姿在床墊的體壓分布指標值,由此可以看出,仰睡和俯睡時的體壓分布情況比側睡時的體壓分布情況要好,側睡時接觸面積小,局部壓力大。


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脊柱形態評估


如大多數人體工程學專家所建議的,床墊必須支撐人體脊柱,使睡姿時的脊柱自然狀態被假定為與站立時的脊柱形態等同。因此,仰睡時的理想支撐應使脊柱保持站立時相同的胸椎后凸和腰椎前凸,但由于重力原因會使脊柱稍微變光滑;側睡時的理想身體支撐會使脊柱成一條直線。

仰睡時,采用實驗室研制的脊柱形態下陷量測定系統。標桿插入床墊,將人體躺在插有標桿的床墊上,可測量出人體仰臥前后標桿在床墊各測點上的數值,計算出脊柱各測點在床墊上的形變量,可反映人體臥姿狀態下脊柱形態。


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側睡時,可采用照相機系統進行拍攝,通過對圖像反應標記點進行處理,繪出人體仰臥的脊柱形態。在實際試驗中,主要是反應標記的選擇,可選取肩部、脊柱和髖部的幾個重要的點,由于有些脊柱刺突很難定位,因此先定位第七頸椎,即頸部最高突起的部位,將反映標記粘在皮膚上,然后相隔一定距離將反映標記粘在脊柱上;還有肩部的左右肩胛骨處突起部位和髖部的左右髂后上棘點。定位反應標記后,拍攝人體站立時和臥姿時的背部反應標記,進行圖像處理,如圖4。



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也可采用MetraSCAN三維掃描技術,定位睡眠過程中人體脊柱刺突點和掃描背部形態來評價不同睡姿下的脊柱形態,但需要背部可見,因此也只適用于側睡和俯睡。此技術是市場上最精確的掃描和檢測解決方案,無論是在實驗室或是現場環境中使用。相比較拍攝定位標識點來說,三維掃描能更精確的反映人體的脊柱形態。

 


結論


睡眠是每個人每天都進行的一種生理過程。在睡眠中,由于人體都會爭取選擇對身體產生最小負荷的睡姿,大多數人會自動調整姿勢來適應他們的床墊。每個人都有喜歡的睡姿,不同的睡姿對床墊設計的軟硬度要求也不一樣,應使床墊壓力分布均勻,能支撐身體使脊柱處于自然狀態。側臥時使脊柱呈一條直線。通過壓力分布測試系統和脊柱形態測量評價人體舒適性,為床墊的舒適性提供依據。





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