Typeprestatie en spierspanning bij gebruik van het verticale Yogitype toetsenbord

Bron: Tijdschrift voor Ergonomie, Jaargang 30, nr. 2, April 2005, pg 19-28 Auteurs: G. P. van Galen, H. Liesker, en A. de Haan De leersnelheid, gebruikscomfort en spierspanning bij gebruikers van een verticaal toetsenbord, genaamd Yogitype, is onderzocht. Yogitype is een achterover gekantelde, gesplitste, verticale variant van het horizontale QWERTY bord, waarbij toetsindrukken worden gemaakt in de richting van het frontale lichaamsvlak en toetsidentiteiten zichtbaar zijn. Negen ervaren typisten oefenden vier weken gedurende iedere week twee sessies van 20 minuten met het typen van teksten. Aan het eind van elke week werd tijdens gebruik van het nieuwe en klassieke toetsenbord de typesnelheid, het aantal typefouten en de spierspanning gemeten in zes pols/vinger spieren, in de armbuiger en trapezius spier. Binnen twee weken (< 2 uur oefening) werd weer een snelheid van 300 aanslagen per minuut gehaald met een gelijk aantal fouten. De RSI-gevoelige pols- en vinger buigers en strekkers vertonen een lagere spierspanning bij het Yogitype in vergelijking met het horizontale bord. In armbuiger en trapezius spier is geen verschil gevonden. Conclusie: typisten leren zeer snel werken met een verticaal toetsenbord en de lagere spierspanning is een gunstige eigenschap voor het terugdringen van het RSI-risico. Inleiding Dertig tot veertig procent van alle werknemers lijdt regelmatig aan pijn in de nek, arm en pols, vaak gepaard gaande met tintelingen en andere afwijkende sensaties. Bij een flink deel van deze groep komen ook meer ernstige klachten zoals functieverlies voor, die hen het werken tijdelijk of langdurig onmogelijk maken. De klachten staan vrijwel altijd in verband met het langdurig uitvoeren van dezelfde soort bewegingen met de bovenste extremiteiten, reden waarom in de Engelse literatuur wel van Work Related Upper Extremity Disorders (WRUEDs) wordt gesproken. In Nederland is nog steeds de term RSI (Repetitive Strain Injury) het meest in zwang, ook al is deze term wetenschappelijk niet goed gefundeerd omdat nu juist die ?injuries? (verwondingen) niet aantoonbaar zijn en omdat de typische regio?s van het lichaam waar de klachten aangrijpen niet in de definitie zitten. Een betere benaming zou zijn ?Klachten aan Arm, Nek en Schouder? (KANS), maar het is erg moeilijk een eenmaal ingeburgerde term te veranderen. RSI-gerelateerde klachten komen voor in vrijwel alle beroepsgroepen waarin repeterende bewegingen worden verricht en zeker ook beeldschermwerk met toetsenbord- en muisinvoer behoort tot de risicocategorieën. Belangrijke rapporten zijn over dit klachtensyndroom gepubliceerd zonder dat een volledig sluitend model van het ontstaan van de klachten is bereikt (Gezondheidsraad, 2000). Wel is langzamerhand duidelijk dat de basiselementen bestaan uit langdurig en frequent dezelfde bewegingen maken met hoge niveaus van cocontracties en bij heel vaak statische lichaamshoudingen. Daarbij blijkt het voorkomen van de klachten mede beïnvloed te worden door de aanwezigheid van hoge werkdruk en andere psychosociale stressoren. Een begin van een verklaring kan gezocht worden in de door deze drie factoren verhoogde niveaus van spierspanning, wat een ongunstige doorbloedings- en stofwisselingsklimaat voor de betrokken spieren veroorzaakt. Dit leidt tot stapeling van metabole stoffen, wat op zijn beurt pijn en mogelijk beschadiging van de type I vezels veroorzaakt. Er is middels dieronderzoek sterkte evidentie dat bij langdurige blootstelling aan repeterende bewegingen ook centraal neurologische veranderingen optreden, wat verklaart waarom de betrokken personen een minder nauwkeurig gevoel in hun vingers en arm hebben en waarom de pijn op den duur ook aanwezig is zonder dat blootstelling aan repeterende arbeid bestaat. In een studie, die in opdracht van de ministeries van Sociale Zaken en Werkgelegenheid en van Volksgezondheid, Welzijn en Sport is uitgevoerd wordt aangegeven dat de meest urgente en veelbelovende maatregelen liggen op het vlak van het voorkomen van ongunstige werkhoudingen en het invoeren van betere werkschema?s. Voor beeldschermwerkers betekent dit dat een belangrijke winst is te behalen indien een toetsenbord kon worden ontwikkeld dat de ongunstige pronatie van de hand, die het klassieke, vlakke toetsenbord nu eenmaal met zich meebrengt, kan worden voorkomen. Pronatie van de onderarm (waardoor de vingers van de hand op een toetsenbord kunnen liggen) en de daarmee gepaard gaande buiging en ulnaire deviatie in de pols zijn om verschillende redenen een risicofactor voor RSI. Op de eerste plaats leiden deze onderarm en hand/polshoudingen tot een belemmering van de doorbloeding door twist van de onderarmspieren en door de niet-neurale agonist-antagonist relatie van de polsextensoren. Tevens zullen de peesexcursies die nodig zijn voor het aanslaan van de toetsen groter zijn dan bij neutrale, d.w.a. niet geproneerde houding van de onderarm. Bovendien zal de druk in de carpale tunnel toenemen. Tenslotte moet nog gewezen worden op de rol van reactiekrachten, die bij snel typen behoorlijk kunnen oplopen. Deze reactiekrachten roepen tevens een verhoogde onderarmstijfheid op. Al deze factoren dragen bij aan het ontstaan van RSI. Een voor de hand liggende maar nauwelijks onderzochte mogelijkheid is om het qwerty toetsenbord tussen de diagonaal 5-T-G-B en 6-Y-H-N te splitsen en de twee helften met die diagonaal boven, rechtop te zetten en onderling met hun verste zijde (wat de bovenkan van het standaard toetsenbord was) onder een hoek van iets meer dan negentig graden tegen elkaar te plaatsen. De toetsen komen dan vanuit de gebruiker gezien aan de achterkant van het bord te zitten en de gebruiker typt dan in een horizontale richting in plaats van verticaal op- en neergaande bewegingen te maken. De dichtbij ? veraf en de links ? rechts relaties tussen de toetsen veranderen daardoor niet. De identiteiten van de toetsen moeten dan natuurlijk van binnenuit zichtbaar gemaakt worden. Bij de voor het onderzoek gebruikte modellen waren de toetsen eveneens van binnenuit zichtbaar. Een verdere eigenschap van het verticale ontwerp is dat de polsen richten op flexibele steunen om de reactiekrachten beter op te vangen. Er is een bescheiden literatuur over toetsenborden waarbij varianten van deze principes zijn toegepast. In de meeste gevallen betreffen deze onderzoeken de voorkeur, het ervaren comfort en de prestatie op alternatieve toetsenborden die wel een splitsing in twee helften en gedeeltelijke rotatie kennen, maar toch slechts gedeeltelijk rechtop staan. Soms is sprake van een licht afhellend verloopt. Er is echter slechts één enkel onderzoek bekend met een geheel rechtopstaand bord waarbij op internet positieve ervaringen geventileerd worden over het zogenaamde SafeType toetsenbord. Dit bord is een rechtopstaande variant met tegenover elkaar geplaatste bordhelften, zonder armsteunen en zonder directe verificatiemogleijkheid van de toetsen. Bij onderzoek naar de voorkeurshouding van de hand blijkt dat mensen een rechtopstaande tot licht geproneerde hand/pols positie verkiezen. Bij een vlak toetsenbord kiest men voor een uit elkaar draaien van de twee helften. Wat betreft het gebruik van het alternatieve in vergelijking met het traditionele toetsenbord blijkt dat, zeker na enige uren oefening de voorkeur uitgaat naar het omlaag hellende toetsenbord, en dat na die bescheiden oefening de prestatie niet echt onderdoet. Ook bleek in een langer durend gebruikersonderzoek dat een instelbaar toetsenbord (Apple Adjustable) tot minder pijnklachten leidt. Een aantal onderzoekers deed ook metingen van de spierspanning in pols- en nekspieren, waarbij in het algemeen werd bevestigd dat minder pronatie tot minder spierspanning leidt. In geen van de onderzoeken werd over langere tijd gemeten hoe elk van de factoren (ervaren comfort, prestatie en spierspanning) zich gedragen bij het werken op een daadwerkelijk verticaal toetsenbord in een natuurlijke werksituatie met gestandaardiseerde teksten. In het onderzoek dat hier wordt beschreven is geprobeerd aan die bezwaren tegemoet te komen. Het onderzoek betreft een bruikbaarheids- en psychofysiologisch onderzoek van het recentelijk ontwikkelde, geheel rechtopstaande, Yogitype toetsenbord van de firma Maarshan Projects B.V. Vier vragen In ons onderzoek stelden wij de volgende vier vragen: 1. Hoeveel oefensessies van ongeveer 20-30 minuten zijn nodig om ervaren typisten op het nieuwe Yogitype bord hun bestaande vaardigheid van 300 aanslagen per minuut te doen evenaren? 2. Hoe wordt na een training van acht oefensessies het verticale toetsenbord met polssteunen door de gebruikers ervaren? 3. Heeft het verticale toetsenbord inderdaad de voorspelde gunstige gevolgen voor de spierspanning in sterk belaste pols/vinger flexoren en extensoren? 4. Hoe reageren de biceps- (elleboogbuiger) en trapezius spier (nek-schouderspier) op het alternatieve toetsenbord? Het Yogitype toetsenbord Kenmerkend voor het Yogitype bord is dat de twee helften van het bord rechtop staan onder een hoek van 95 graden t.o.v. elkaar en dat de gebruiker met rechtopstaande handen toetsaanslagen maakt in de richting van de romp. De bewegingsrichting van elke aanslag is daarmee loodrecht en dus neutraal ten opzichte van de zwaartekracht. De hand en pols zijn in een neutrale positie, d.w.z. de pronatie is nul graden en de pols is heel licht gebogen. Het toestel kan zowel op schoot worden genomen als vanaf de tafel worden bediend. Er is ook geen sprake van deviatie van de hand t.o.v. de pols in de richting van duim of pinkzijde. Bij het bord horen polssteunen die een licht gedempte bewegingsvrijheid in het sagittale vlak toelaten. Visuele feedback van de positie van de toetsen wordt gegeven doordat de gebruiker aan de binnenzijde van beide bordhelften de toetsidentiteit kan zien. De muisfunctie is in het huidige onderzoek niet onderzocht. Methode De deelnemers Voor het onderzoek werden op basis van betaalde deelname 11 ervaren typisten geworven die blind typten volgens het 10-vingerig systeem en dagelijks beeldschermwerk met een klassiek toetsenbord verrichtten. Geen van hen had RSI klachten bij het begin van de proef. Gedurende het onderzoek haakten twee deelnemers af vanwege ziekte c.q. pijnklachten. De negen anderen (3 vrouwen, 6 mannen, allen rechtshandig, leeftijd tussen 18 en 48 jaar) voltooiden het experiment. De taken De deelnemers oefenden gedurende vier weken twee keer per week in sessies van ongeveer 30 minuten (netto oefentijd 20 minuten) het typen op het Yogitype toetsenbord. Hun taak daarbij was om telkens het tekstfragment dat in het bovenste venster van hun beeldscherm verscheen, in het onderste venster over te tikken. De teksten waren telkens ongeveer 300 tekens en waren naar moeilijkheid gestandaardiseerd. Als tekstmateriaal werden fragmenten uit een informatieve tekst gebruikt waarvan de linguïstische complexiteit met behulp van de Flesch Reading Ease Score (Flesch, 1948) rond de score van 49 (gemiddelde moeilijkheidsgraad) werd gehouden op een schaal van 1-100. De deelnemers typten blind met het tienvingerig systeem. De instructie was een eigen optimale snelheid na te streven zonder al te veel op fouten te letten. De deelnemers riepen met de enter-toets telkens het volgende fragment op. Apparatuur Het experiment werd uitgevoerd op PC?s met scherm (Philips Brilliance105, 15 inch, resolutie: 800 x 600, refresh rate: 75 Hz) en toetsenbord. Tijdens de trainingssessies en bij de meetsessies van het Yogitype bord werd de ontwikkelvariant van het Yogitype toetsenbord- gebruikt. Als basis gebruikten we hierbij het Fujitsu Siemens K261 bord maar nu met de twee helften rechtop gezet (10 graden achterover hellend t.o.v. het horizontale vlak en met een hoek van 95 graden tussen de twee helften) met de toetsen vanuit de deelnemers gezien aan de achterkant. Bovendien werden hand-/pols-/onderarmsteunen toegevoegd van verend kunststof die bewegingsvrijheid naar voren en naar achteren toelieten. De deelnemers plaatsten dit toetsenbord op schoot. Tijdens de meetsessies werd ter vergelijking als standaard toetsenbord het Fujitsu Siemens K261 bord gebruikt in vlakke, niet gesplitste toestand geplaatst in de normale tafelpositie. Stoel en tafelhoogte waren overeenkomstig ARBO- richtlijnen. Zitafstand vanaf het scherm was 55-75 cm. De tafel was 74,5 cm hoog, 128 cm breed, en 124 cm diep. De bureaustoel was instelbaar en had arm- steunen die echter bij het gebruik van het Yogitype bord niet werden gebruikt omdat dit toestel zelf in armsteunen voorziet. Bij beide toetsenborden waren de deelnemers vrij in het kiezen van de meest comfortabele positie van stoel en steunen. Voor de EMG metingen aan het eind van elke week werd een acht-kanaals fysiologische versterker gebruikt (TD 90087, gebouwd op het NICI), een PC met WINDAQ kaart, en een tien-kanaals interface. De sample frequentie was 1024 Hz. Voor de oppervlakte EMG-metingen werden Kendall 10,0 mm. disposable huidelektroden gebruikt. Het experiment werd voor controledoeleinden ook op video opgenomen. Procedure Bij de start van elke oefensessie kregen de deelnemers de instructie tijdens de taak rechtop te zitten en de voeten op de grond te houden en de armen ofwel op de tafel (bij het standaard bord) ofwel op de steunen (bij het Yogitype bord) te laten rusten. Na de start van het experiment riepen de deelnemers zelf steeds een nieuw fragment op met de enter toets. Tijdens de oefensessies werden telkens 10 fragmenten geoefend van elk 300 tekens. Aan het eind van elke week werden twee meetsessies gehouden waarin de snelheid, het foutpercentageen, via EMG metingen, de spierspanning in acht betrokken spieren werd gemeten bij resp. het gebruik van het nieuwe verticale bord en een traditioneel, vlak bord. Tijdens deze meetsessies werden telkens vijf fragmenten per type toetsenbord voltooid. Bij deze metingen werd de volgorde van de twee toetsenborden over proefpersonen gecontroleerd voor volgende effecten. Gemeten werd het aantal aanslagen per minuut, het percentage foute aanslagen en de spieractiviteit van de volgende acht spieren: 1. M. Flexor Digitorum Superficialis (oppervlakkige vingerbuiger), 2. M. Extensor Digitorum (vingerstrekker), 3. M. Flexor Carpi Radialis (polsbuiger aan spaakbeenzijde), 4. M. Flexor Carpi Ulnaris (polsbuiger aan ellepijpzijde), 5. M. Extensor Carpi Radialis Longus (polsstrekker aan spaakbeenzijde), 6. M. Extensor Carpi Ulnaris (polsstrekker aan ellepijpzijde), 7. M. Biceps (elleboogbuiger), en 8. M. Trapezius Descendens (deel van de monnikskapspier tussen achter hoofd en schoudertoppen). De eerste zes hiervan werden gekozen omdat ze een hoofdrol spelen in het positioneren van de vingers en hand en van het maken van de toetsindrukken. Deze spieren worden vaak door mensen met RSI klachten aangewezen als pijnlijk en een belangrijke vraag is derhalve of deze spieren bij het verticale toetsenbord een verminderde spanning zouden laten zien. De zevende en achtste spier zijn vooral betrokken bij het handhaven van de houding. Van de Trapeziusspier is bekend dat zij gevoelig is voor stress en dat zou kunnen betekenen dat de moeilijkheid van het oefenen met een nieuw onbekend toetsenbord zich uit in verhoogde trapeziusactiviteit. Na afloop van het experiment vulden de deelnemers een vragenlijst in over hoe ze het nieuwe toetsenbord hadden ervaren. Analyse Bij het begin van elke meetsessie werd een basisrustniveau van elke spier vastgesteld door de deelnemers een halve minuut rustig rechtop te laten zitten met de armen ondersteund/handen in de schoot. Tijdens de fysiologische metingen werd de 50 Hz band eruit gefilterd met een Notch filter. Voor de statistische analyse werd het ruwe EMG signaal gelijkgericht door middel van de Root Mean Square (RMS) methode en vervolgens werd het signaal genormaliseerd door het uit te drukken als percentage van de maximaal gemeten waarden gedurende de sessie. Zowel op de EMG data als op de snelheids- en foutendata werden Repeated Measures ANOVA?s uitgevoerd met als factoren week (1-4), en type toetsenbord (Yogi versus standaard) en als data, het gemiddeld aantal aanslagen per minuut, het foutpercentage, en, per spier, de gemiddelde genormaliseerde spierspanning per meetsessie. Resultaten Snelheid en fouten Leid het alternatieve toetsenbord binnen een redelijke oefentijd tot een aanvaardbare prestatie in snelheid en nauwkeurigheid? Weliswaar is overall de snelheid op het standaard bord wat hoger (374 aanslagen per minuut tegen 300 op het Yogitype) maar in de multivariate variantieanalyse is dit verschil niet significant (F (8, 1) = 4,328, n.s.). Tegelijkertijd is te zien dat de trend van het Yogitype bord omhoog gaat hetgeen tot uitdrukking komt in een significante interactie tussen de factoren week en toetsenbord (F (3, 24) = 5,821, p < 0,005). Het snelle leerproces komt ook in de evolutie van het foutenpercentage tot uiting. Voor beide toetsenborden neemt het aantal fouten significant af, met name in de eerste week. (F (3, 24) = 5,04, p < 0,01). De twee borden verschillen in foutenpercentage nauwelijks van elkaar (F (1, 8) = 3,476, n.s.) en het aantal fouten daalt bij het Yogitype sneller dan bij het standaard bord. Deze interactie tussen weeknummer en toetsenbord is significant (F(3,24) 3,510, p < 0,05). Ook bij nadere analyses per week blijkt deze trend bevestigd te worden. Gedurende de eerste drie weken is het standaard bord in snelheid en foutenpercentage nog licht in het voordeel maar gedurende de slotmeting in de vierde week zijn geen statistische verschillen overgebleven. Spierspanningsmaten De zes vinger/polsspieren tonen alle een hoger spanningsniveau voor het standaard, horizontale toetsenbord. Dit verschil is statistisch significant voor de volgende spieren: M. Extensor Digitorum (F (1, 8) = 14,.665, p = 0,005), M. Flexor Carpi Radialis (F (1, 8) = 20,006, p < 0,005), M. Extensor Carpi Radialis Longus (F (1, 8) = 27,265, p = 0,001), and M. Extensor Carpi Ulnaris (F (1, 8) = 30,146, p = 0,001). Dit zijn met name de spieren die bij RSI klachten als pijnlijk worden aangewezen en het is dus niet zonder betekenis dat juist deze spieren een lager niveau van activatie vertonen bij het verticale toetsenbord. De biceps, die een rol speelt bij het stabiliseren van het toetsenbord bij schootgebruik en de trapeziusspier die vaak als stressgevoelig wordt bestempeld, tonen licht lagere waarden voor het standaard toetsenbord, maar het verschil is niet significant (M. Biceps: F (1, 8) = 0,229, n.s., M. Trapezius: F (1, 8) = 0,391, n.s.). Dit houdt in dat het nieuwe en alternatieve toetsenbord niet tot een verhoging van deze bij de houding betrokken spieren heeft geleid. Ook is gekeken naar de ontwikkeling van de gemiddelde spierspanning over de vier weken van oefening met het alternatieve toetsenbord. Over het geheel was het effect van week op spierspanningniet significant hetgeen betekent dat het lagere spierspanningniveau bij het Yogitype bord dus door de andere houding en niet door een leereffect over de weken heen is veroorzaakt. Kennelijk leidt een anatomisch gunstigere houding van onderarm en hand al onmiddellijk tot een lager niveau van spieractivatie. Het ervaren comfort Zeven van de negen deelnemers vinden het Yogitype bord meer comfortabel dan het standaard bord met name voor de nek en rug. Sommige deelnemers hebben wel een klein probleem met het vinden van de toetsen en hebben het gevoel gehad dat ze meer fouten maakten, hetgeen niet waar was, zoals de statistische analyse heeft laten zien. Ook t.a.v. de snelheid denkt men nog niet helemaal hun gebruikelijke niveau te halen. Uit de data blijkt evenwel dat in de vierde week er geen verschil meer in snelheid is tussen de twee borden. Discussie Terugkerend naar de vier uitgangsvragen, hoeveel oefening is nodig, hoe wordt het nieuwe toestel ervaren, wat is het effect op de RSI gevoelige spieren en wat zijn de gevolgen van een verticaal geplaatst bord voor twee houdingsspieren, kunnen we vaststellen dat slechts enkele zittingen van minder dan een half uur voldoende zijn om normaal gebruikelijke snelheids- en nauwkeurigheidsscores te behalen. Ook de subjectieve beleving is positief. Van de distale spieren reageren vier van de zes gemeten spieren met een significante verlaging van de spierspanning. De overige twee distale spieren en de biceps- en trapezius- spier tonen geen verschil. Eerder onderzoek geeft andere uitkomsten, naar onze mening omdat niet voldoende gewenningstijd werd gegeven. Er zijn vanzelfsprekend studies over langere duur en bij voorkeur ook met prospectieve designs nodig om te zien of klachten kunnen worden voorkomen of, bij mensen met klachten, kunnen worden verminderd. Een vaak gehoorde opmerking is dat het verticale ontwerp veronderstelt dat mensen blind kunnen typen. Ons huidige onderzoek gaat inderdaad over personen die deze vaardigheid beheersen. Toch is het nieuwe ontwerp ook voor mensen die niet blind typen, maar zicht op de toetsen nodig hebben, bruikbaar omdat de twee bordhelften licht achterover hellen en dus loodrecht op de zichtlijn staan. Zoals gezegd, de toetsidentiteiten zijn van binnen uit zichtbaar maar uiteraard moet hierover nader onderzoek worden gedaan. Ook zal onder ogen moeten worden gezien dat maatregelen om RSI te bestrijden uit meerdere hoeken zullen moeten komen. Onlangs toonde Gerr e.a. (2004) nog aan dat met name de duur van de blootstelling aan typetaken een erg belangrijke factor is en dat om die reden ook alternatieve werkschema?s en pauzesoftware nuttige hulpmiddelen kunnen zijn. Individueel spelen bepaalde motorische strategieën en wellicht ook persoonseigenschappen als gevoeligheid voor stress een rol. Speciale aandacht verdient de positie van de muis. In de meeste gevallen vraagt de muis om een ongunstige, sterk geabduceerde (d.w.z. naar buiten geplaatste) positie van de hand en onderarm. Een oplossing zou kunnen zijn de muis in de polssteunen te integreren via isometrische krachtopnemers die de cursorpositie besturen. Op dit moment is ons onderzoek in de lijn van het recente rapport van de commissie die de betrokken ministers adviseert over urgent onderzoek op het terrein van RSI-preventie en herstel waarin de potentiële winst van ergonomisch betere apparatuur en werkhoudingen sterk wordt bepleit. Conclusie De conclusie die wij trekken is dat een verticaal toetsenbordconcept als dat van Yogitype met de gebruikte flexibele polssteunen een ergonomisch verantwoord concept is dat inderdaad perspectieven biedt op het verlagen van het RSI risico. Uiteraard betreft het hier nog maar een eerste meer systematische studie met controle van de relevante omstandigheden. Het blijkt mogelijk snel het werken met het nieuwe toetsenbord onder de knie te krijgen en het blijkt dat in een natuurlijke werksituatie het nieuwe toetsenbord ook gemakkelijk wordt geaccepteerd.