Einleitung
Übergewicht und Adopositas, die durch ein Ungleichgewicht zwischen Kalorienaufnahme und Energieverbrauch entstehen, zählen nachweislich zu den wichtigsten Risikofaktoren für chronische Erkrankungen wie Diabetes mellitus, Erkrankungen des Stütz- und Bewegungsapparats (insbesondere Arthrose – eine degenerative Gelenkerkrankung), einige Krebsarten (wie z.B. Endometrialtumore, Brust- und Dickdarmtumore) oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen (vor allem Herzerkrankungen und Schlaganfall), die weltweit die häufigsten Todesursachen darstellen.1,2 Diese Krankheiten, die überdies vermeidbar wären, verursachen einen Großteil der Kosten im Gesundheitswesen. In diesem Zusammenhang ist hervorzuheben, dass ein sitzender Lebensstil (bekannter Hauptrisikofaktor) sowohl den Alltag, als auch das Arbeitsleben eines großen Prozentsatzes der Bevölkerung prägt. In der Tat werden zahlreiche Arbeiten über viele Stunden des Tages hinweg in sitzender Position ausgeführt. Aus diesem Grund kann eine Steigerung des Energieaufwands auch während des Sitzens – und dies betrifft viele Berufe – maßgeblich zur Prävention von chronischen Krankheiten und folglich zu einer Kostenreduzierung im Gesundheitswesen beitragen. Außerdem begünstigen eine sitzende Arbeit und schlechte Körperhaltung das Auftreten von Schmerzen und Erkrankungen der Wirbelsäule.3,4 Nahezu 25% der Arbeitnehmer in der Europäischen Union leiden unter Rückenschmerzen.4 Häufig werden Schmerzen am Rücken, Nacken oder in den Armen durch falsche Bewegungen und/oder Fehlhaltungen bei der Ausführung unserer beruflichen oder alltäglichen Aktivitäten verursacht.4 Unter einer repräsentativen Stichprobe von insgesamt etwa tausend britischen Arbeitern im Alter von 26 bis 65 Jahren, die regelmäßig mit Bürotätigkeiten beschäftigt und damit gezwungen sind, während ihres Arbeitstages für lange Zeit am Schreibtisch zu sitzen, wurde eine Umfrage5 über die Folgen der sitzenden Arbeitstätigkeit durchgeführt. Eine von vier Personen machte ihre Arbeit und die im Büro eingenommene Körperhaltung für anhaltende Gelenk- und Muskelschmerzen sowie stechende Schmerzen im Rücken- und Nackenbereich verantwortlich. Auf die Frage, woher diese Schmerzen kämen, gab eine von sechs Personen übereinstimmend an, dass sie durch den im Büro verwendeten Schreibtischstuhl verursacht wären.6
Dabei reicht Bewegung alleine nicht aus, um Muskel-Skelett-Beschwerden zu verhindern, sondern auch die Körperhaltung spielt eine wichtige Rolle.3 Langes Sitzen in falscher Haltung verringert überdies auch die Arbeitseffizienz.3
Derzeit enthält die Literatur nur wenige Studien zur Untersuchung der Auswirkung verschiedener Sitzsysteme auf die Leistung und den Energieverbrauch. Die Studien, die wir hier anführen möchten, belegen, dass ein aktiveres, dynamisches Sitzen positive Auswirkungen auf Konzentration und Aufmerksamkeit zeigt7,8 und den Energieverbrauch erhöht, wenn größere Muskelmassen beim Sitzen aktiviert werden.9
In unserer Studie haben wir ein neues Sitzsystem getestet (das „Lukas Erckert Simple Sitting System“ – mit dem spezifischen Akronym „LESSS“), welches das Becken mittels Kreuzbeinstütze und kürzerer Sitzfläche derart positioniert, dass eine bestimmte, überwiegend neutrale Position der Wirbelsäule erreicht wird, mit dem Ziel, eine aufrechtere und ergonomischere Körperhaltung zu begünstigen. Auf diese Weise sollte die Haltemuskulatur aktiviert und eine aktiv-dynamischere Sitzweise mit einer Erhöhung des Energieverbrauchs erzielt werden. Angesichts der Tatsache, dass die Muskelaktivierung in unserem Fall jedoch über eine Unterstützung im Kreuzbeinbereich und einer kürzeren Sitzfläche erfolgt, erwarten wir uns eine Optimierung des Energieaufwands, das heißt eine Energiegewinnung mehr aus Fettsäuren als aus Kohlenhydraten, also, eine ökonomischere Arbeitsweise.
Ziel der Studie war es, den neuen Stuhl (nachfolgend Test-Stuhl genannt) mit einem Standard-Bürostuhl zu vergleichen, wie er in den Ambulatorien unseres Dienstes für Sportmedizin verwendet wird, um verschiedene Stoffwechselparameter, wie Energieverbrauch, Sauerstoffverbrauch und respiratorischen Quotient zu bewerten, und um zu untersuchen, ob ein aktiveres Sitzen erreicht werden kann, das eine effektive Steigerung des Konzentrationsniveaus und damit eine Verbesserung der Arbeitsleistung ermöglichen würde.
Methode
Es wurden 82 gesunde Personen im Alter zwischen 20 und 50 Jahren nach dem Zufallsprinzip ausgewählt. Definitionsgemäß galten alle Personen als gesund, die anamnestisch und klinisch keine akuten oder chronischen Erkrankungen aufwiesen und die keine Medikamente zu sich nahmen, die die Testergebnisse hätten beeinflussen können. Die Feststellung erfolgte über einen Fragebogen mit Fragen zu aktuellen oder zurückliegenden Krankheiten, zur Einnahme von Alkohol, Nikotinabusus und derzeit angewandten pharmakologischen Behandlungen. Die Personen nahmen freiwillig an der Studie teil, wurden nach dem Zufallsprinzip in zwei Gruppen unterteilt und den zwei Testsequenzen zugeordnet. Die Gruppe der Sequenz BT führte den ersten Test auf dem Standard-Bürostuhl aus, wie er bei uns im Dienst für Sportmedizin verwendet wird, und den zweiten Test auf dem Test-Stuhl (siehe Abbildung 1), während die Gruppe der Sequenz TB den ersten Test auf dem Test-Stuhl und den zweiten Test auf dem Standard-Bürostuhl durchführte.
Nach einer kurzen Erläuterung des Testablaufs und nach Einholung der informierten Einwilligung lasen die Studienteilnehmer die Anweisungen für den „FAIR-2 Test“ (Dauer ca. 2 Minuten). Anschließend wurden das Herzfrequenz-Messgerät (POLAR T34) zur Erfassung der Herzfrequenz und die Maske mit dem Sensor zur Messung der Atemgase (COSMED – Quark PFT Ergo) angelegt. So konnten wir während der gesamten Testdauer die Parameterwerte zu Herzfrequenz, Sauerstoffverbrauch (VO2), Kohlendioxidabgabe (VCO2), Atemfrequenz (RF) und Atemvolumen (VT) erfassen und daraus weitere Parameter berechnen, wie Atemquotient (R), Atemäquivalente für O2 und CO2 (VE/VO2 und VE/VCO2) und Ventilation (VE).
Auf den zwei unterschiedlichen Sitzsystemen wurde der nachfolgend beschriebene Test durchgeführt, der insgesamt 26 Minuten dauerte und wie folgt aufgebaut war:
- 12 Minuten für das Abschreiben eines Textes in deutscher oder italienischer Sprache – nach freier Wahl des Teilnehmers – auf der bereits in unserem Ambulatorium verwendeten PC-Tastatur (die Texte waren alle vergleichbar, da sie den gleichen Schwierigkeitsgrad aufwiesen und einem Buch zur Vorbereitung der Zweisprachigkeitsprüfung entnommen wurden: „Zweisprachigkeit. Unterlagen für die Vorbereitung auf die schriftliche und mündliche Prüfung. Schwierigkeitsgrad A/B“, zweite Ausgabe, 2000 Arkadia Edition)
- gleich im Anschluss 8 Minuten für das Lösen von Konzentrations- und Mathematikaufgaben (entnommen aus dem Buch „Fitness für den Kopf – Übungen und Spiele für einen wachen Geist“, Tom Wujec, 2005, Heinrich Hugendubel Verlag)
- gefolgt von drei + drei Minuten für die Ausführung des „FAIR-2-Test“
Beim „FAIR-2 Test“ (Frankfurter Aufmerksamkeits-Inventar 2 Test, H. Moosburger, J. Oehlschlägel, M. Steinwascher) handelt es sich um einen psychologischen Test zur Beurteilung der Fähigkeit zur Aufmerksamkeit und Konzentration, der in verschiedenen Bereichen Anwendung findet, wie zum Beispiel bei der Eignungsdiagnostik oder in der Arbeits- und medizinischen Psychologie. Bei dem Test müssen die Teilnehmer innerhalb einer beschränkten Zeit von drei und anschließend nochmals drei Minuten ähnliche Symbole erkennen und diese mit einem Stift mit einer durchgehenden Linie markieren („paper-pencil“-Verfahren). Es können verschiedene Parameter bewertet werden:
- Der Leistungswert „L“ gibt Aufschluss über die Gesamtanzahl der vom Probanden durch konzentrierte Bearbeitung erkannten Symbole.
- Der Qualitätswert „Q“ gibt Aufschluss über den relativen Anteil der konzentriert bearbeiteten Symbole an allen bearbeiteten Symbolen.
- Der Kontinuitätswert „K“ gibt Aufschluss über das Maß der kontinuierlich aufrechterhaltenen Konzentration.
Außerdem kann die Analyse durch weitere Parameter, wie zum Beispiel einen Wert zur Fehlerbeurteilung, ergänzt werden.
Zwischen dem ersten und dem zweiten Test wurde eine Pause von ca. 30 Minuten eingelegt. Die Entscheidung, die beiden Tests am selben Tag auszuführen, wurde bewusst getroffen, um die persönliche Tagesform der Probanden als Einflussfaktor ausschließen zu können.
Von den erfassten Parametern wurden die Herzfrequenz [bpm], der Sauerstoffverbrauch [ml/kg/min], der respiratorische Quotient (R) und der Energieverbrauch [kcal/h] statistisch ausgewertet. Es wurden die Zeichen des abgeschriebenen Textes gezählt und für jeden Fehler (Grammatik-, Rechtschreib- oder Abschreibfehler) wurde ein Punkt abgezogen. Bei den Konzentrations-/ Mathematikaufgaben wurden die ausgeführten Rechenaufgaben und davon getrennt die Fehler (falsche Rechenergebnisse) gezählt. Beim „FAIR-2 Test“ wurde statistisch der Gesamtleistungswert „L“ bewertet (für die anderen Parameter zeigten sich analoge Ergebnisse).
Die statistische Bewertung wurde von EURAC research, Institut für Biomedizin, mit dem t-Test für gepaarte Daten (abhängige Stichproben) und mit dem Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test ausgeführt (für die statistische Analyse eingesetzte Software: Stata).
Die Studie wurde nach dem vom Landesethikkomitee des Sanitärbetriebs Bozen genehmigten Protokoll durchgeführt.
Ergebnisse
Das Durchschnittsalter aller Teilnehmer lag bei 33,7 Jahren, die durchschnittliche Körpergröße bei 173 cm und das Durchschnittsgewicht bei 69,9 kg. Die beiden Gruppen waren homogen: die Gruppe der Sequenz BT (41 Probanden) hatte ein Durchschnittsalter von 34 Jahren, eine durchschnittliche Körpergröße von 173 cm und ein Durchschnittsgewicht von 71,1 kg. Die Gruppe der Sequenz TB (41 Probanden) hatte ein Durchschnittsalter von 33,4 Jahren, eine durchschnittliche Körpergröße von 173 cm und ein durchschnittliches Gewicht von 68,8 kg.
Stoffwechselparameter
In der Gruppe der Sequenz BT verringerte sich der Sauerstoffverbrauch VO2 [ml/kg/min] von 4,40 ml/kg/min im ersten Test auf 4,34 ml/kg/min im zweiten Test (t=0,5421 – Abbildung 2), während bei der Gruppe der Sequenz TB eine Verringerung des Sauerstoffverbrauchs von 4,58 ml/kg/min im ersten Test auf 4,30 ml/kg/min im zweiten Test (t=0,0057 – Abbildung 2) festzustellen war. Der Energieverbrauch [kcal/h] verringerte sich in der Gruppe der Sequenz BT von 89,33 kcal/h im ersten Test auf 88,03 kcal/h im zweiten Test (t=0,4870 – Abbildung 3) und in der Gruppe der Sequenz TB von 88,31 kcal/h im ersten Test auf 82,23 kcal/h im zweiten Test (t=0,0018 – Abbildung 3). In der Gruppe der Sequenz BT reduzierte sich der respiratorische Quotient von 0,78 im ersten Test auf 0,75 im zweiten Test (t=0 – Abbildung 2), während bei der Gruppe der Sequenz TB ein minimaler Rückgang von 0,747 im ersten Test auf 0,745 im zweiten Test (t=0,7492 – Abbildung 2) zu beobachten war. Die Herzfrequenz [bpm] verringerte sich bei der Gruppe der Sequenz BT von 76,02 bpm im ersten Test auf 72,60 bpm im zweiten Test (t=0,0001 – Abbildung 3), bei der Gruppe der Sequenz TB hingegen von 79,90 bpm beim ersten Test auf 72,93 bpm im zweiten Test (t=0 – Abbildung 3).
Abschreiben des Textes
Vom ersten zum zweiten Test war bei der Gruppe der Sequenz BT eine durchschnittliche Verbesserung von 1995 auf 2083,76 getippte Zeichen beim Wechsel vom Bürostuhl zum Test-Stuhl festzustellen (t=0,0045 – Abbildung 4), bei der Gruppe der Sequenz TB hingegen eine Verbesserung von 2050,63 auf 2109,78 Zeichen beim Wechsel vom Test-Stuhl zum Bürostuhl (t=0,0555 – Abbildung 4).
Konzentrations-/Mathematikaufgaben
In der Gruppe der Sequenz BT war eine durchschnittliche Verbesserung von 90,80 auf 114,93 Rechenaufgaben festzustellen, entsprechend einer Differenz von 24,12 Rechnungen (t=0,0000, Abbildung 4). In der Gruppe der Sequenz TB war eine durchschnittliche Verbesserung von 83,56 auf 104,26 Rechenaufgaben, entsprechend einer Differenz von 20,69 Rechnungen, zu beobachten (t=0,0000, Abbildung 4).
Bei Abzug eines Punktes für jeden Fehler von der Gesamtpunktzahl beobachteten wir bei der Gruppe der Sequenz BT eine Verbesserung von 87,68 auf 112,37 Punkte, mit einer Differenz von 24,68 Punkten, und bei der Gruppe der Sequenz TB eine Verbesserung von 81,33 auf 101,15 Punkte mit einer Punktedifferenz von 19,82.
Bezüglich der Fehler war festzustellen, dass in der Gruppe der Sequenz BT im Durchschnitt 3,12 Fehler auf dem Bürostuhl im ersten Test gemacht wurden und 2,56 Fehler auf dem Test-Stuhl im zweiten Test. Dagegen wurden in der Gruppe der Sequenz TB 2,23 Fehler auf dem Test-Stuhl im ersten Test und 3,10 Fehler auf dem Bürostuhl im zweiten Test gemacht.
FAIR-2 Test
In der Gruppe der Sequenz BT ergab sich eine durchschnittliche Verbesserung von 281,95 auf 328,20 Punkte (t=0,0000 – Abbildung 4) und in der Gruppe der Sequenz TB von 299,7 auf 324,9 Punkte (t=0,0106 – Abbildung 4).
Diskussion
Individuelle Fähigkeiten und unterschiedliche Bildung spielen eine wichtige Rolle bei der Durchführung der gewählten Tests. Deshalb haben wir für die statistische Auswertung die zwei Sequenzen BT und TB herangezogen und nicht nur die Ergebnisse auf den zwei verschiedenen Stühlen bewertet. Auf diese Weise konnten wir die individuelle Verbesserung zwischen dem ersten und dem zweiten Test bewerten und nicht die Parameter verschiedener Personen miteinander vergleichen.
Der Sauerstoffverbrauch (t=0,0119), der respiratorische Quotient (t=0,0172), die Herzfrequenz (t=0,000) und der Energieverbrauch (t=0,0056) waren beim zweiten Test deutlich verringert. Dies ist wahrscheinlich auf die Tatsache zurückzuführen, dass bei der Ausführung des zweiten Tests der Proband den Testtyp bereits kennt und folglich mit der Ausführung desselben Tests vertraut ist.
Auf dem Test-Stuhl sind der Sauerstoffverbrauch und der Energieverbrauch höher, mit einem um etwa 2,9 % erhöhten Energieverbrauch. Die Tatsache, dass der Unterschied zwischen den beiden Tests bei der Gruppe der Sequenz BT nicht signifikant ist, während er dagegen bei der Gruppe der Sequenz TB sehr signifikant ist, legt nahe, dass man auf dem Test-Stuhl aktiver sitzt. Der Nachweis einer erhöhten Muskelaktivität könnte Gegenstand einer weiteren Studie sein.
Gleichzeitig befindet sich der Körper in einer deutlich niedrigeren Phase der Energiebereitstellung, das heißt die Energie wird mehr aus Fettsäuren als aus Kohlenhydraten gewonnen. Dies ist unseres Erachtens darauf zurückzuführen, dass die stützende Haltemuskulatur von der Art des Sitzes aktiviert wird und nicht nur durch willentliche aktive Muskelarbeit. Durch eine Unterstützung des Kreuzbeins und einer kürzeren Sitzfläche wird das Becken nach vorne verlagert und die Wirbelsäule in eine vorwiegend neutrale und aufrechtere Position gebracht. Durch diese Haltung wird einerseits eine geringere Ermüdung, zugleich aber auch eine Optimierung des Energieaufwands erzielt.
Die Ergebnisse des zweiten Tests fielen besser aus. Beim „FAIR-2 Tests“ ist dies angesichts der Tatsache, dass die Lernfähigkeit durch die Kenntnis des Testmodus beeinflusst wird, zu erwarten. Die Konzentrations- und Mathematikaufgaben wurden so ausgewählt, um eine Verbesserung beim zweiten Test zu erhalten. Auch hier waren die Anweisungen in Bezug auf die Testausführung ähnlich. Diese Art des Vorgehens wurde bewusst so konzipiert, um eine Beurteilung vornehmen zu können, ob die individuellen Verbesserungen vom ersten auf den zweiten Test in der Sequenz BT größer und damit die Ergebnisse auf dem Teststuhl besser sind oder nicht. Nach unserem Ermessen sind die von den Probanden der Sequenz BT erzielten Verbesserungen aufgrund besserer Ergebnisse auf dem Test-Stuhl statistisch gesehen signifikanter, was wahrscheinlich auf die positiven Auswirkungen eines aktiv-dynamischeren Sitzens auf Konzentration und Aufmerksamkeit zurückzuführen ist. Diese Tatsache würde die Ergebnisse anderer Studien bestätigen. 7) 8)
Schlussfolgerungen
Das Sitzsystem „LESSS“ (Lukas Erckert Simple Sitting System) positioniert das Becken mittels Kreuzbeinstütze und kürzerer Sitzfläche derart, dass eine annähernd neutrale Position der Wirbelsäule und folglich eine aufrechtere und ergonomischere Haltung erreicht wird. Der Energieverbrauch wird erhöht, jedoch in einer deutlich niedrigeren Energiebereitstellungsphase, das heißt die Energie wird mehr aus Fettsäuren als aus Kohlenhydraten gewonnen. Neben dieser ökonomischeren Arbeitsweise war auch eine effizientere Arbeitsleistung mit erhöhtem Konzentrationsvermögen zu beobachten.
