Ergo Biomecanica

Factor Humano Ergonomía Producción Salud Biomecánica Aplicada a la ERGONOMÍA Eduardo Cerda PhD © MÁSTER EN ERGONOMÍA Ergónomo - Kinesiólogo Laboratorio de Ergonomía Facultad de Medicina - Universidad de Chile encerda@med.uchile.cl

INTRODUCCIÓN Biomecánica: se define como la ciencia que aplica las leyes del movimiento mecánico en los sistemas vivos, especialmente en el aparato locomotor. En nuestro caso, nos interesa el estudio de la biomecánica humana aplicada principalmente en el ámbito laboral y de las actividades de la vida diaria. Biomecánica Laboral: “ Es una ciencia que se define como el estudio de la interacción de los trabajadores con sus herramientas, máquinas y materiales en sus puestos de trabajo a fin de mejorar el rendimiento del trabajador minimizando los riesgos de las lesiones musculoesquelética musculoesquelética” Chaffin, D.B., Andersson, Gunnar B., Martin, Bernard J., Occupational Biomechanics 3ª edición, Biomechanics. ed. I. John Wiley & Sons. 1999, New York.

INTRODUCCIÓN AREA DE ESTUDIO CONCEPTO OBJETIVO BIOMECANICA A partir de las leyes del Obtener el máximo rendimiento con el movimiento mecánico, mínimo esfuerzo. estudia el sistema Diseñar tarea de forma que la gran musculoesquelético mayoría de las personas expuestas humano como un sistema puedan ejecutarlas sin sufrir daño. mecánico clásico (mecánica Newtoniana) Resuelve el diseño de lugar o de equipos de trabajo normales o especiales.

INTRODUCCIÓN Antropometría Métodos de Evaluación de Modelos Biomecánicos Trabajo Físico Métodos de Kinesiología (Estudio del Bioinstrumentación Movimiento) Métodos de Análisis del Movimiento BIOMECÁNICA EN ERGONOMÍA Criterios de Entrenamiento y Límites de Manipulación Selección de Personal Manual Directrices de Diseño de Directrices de Diseño de Herramientas Puestos de Trabajo y Máquinas Directrices Diseño de Mobiliario y Sillas

INTRODUCCIÓN eneralidades Ergonomía - Biomecánica G Generalidades En el contexto de la Biomecánica y Ergonomía el interés fundamental radica Ergonomía, en lograr evaluaciones cuantitativas objetivas de la carga física que ocurre en el sistema músculo-esquelético.

INTRODUCCIÓN eneralidades Ergonomía - Biomecánica G Generalidades En el contexto de la Biomecánica y Ergonomía el interés fundamental radica Ergonomía, en lograr evaluaciones cuantitativas objetivas de la carga física que ocurre en el sistema músculo-esquelético. También en el ámbito clínico. esquelético.

INTRODUCCIÓN Campos de aplicación diversos como Industria, Medicina del Trabajo, Ortopedia y Rehabilitación, Ergonomía de Productos, Deporte etc..

Generalidades Ergonomía - Biomecánica INTRODUCCIÓN Bajo la necesidad imperiosa de preservar la salud y seguridad durante la realización del trabajo, tomamos métodos conjuntos de la Ergonomía (Multidisciplinar) buscando analizar íntegramente las secuencias de eventos que llevan al deterioro de las condiciones de trabajo. Pasa a ser una necesidad la necesidad de objetivar los resultados. Necesidad de adaptar los métodos de trabajo, equipos y las condiciones de trabajo a la anatomía, antropometría, fisiología y psicología “Un diseño excelente de la persona. debe considerar las necesidades y limitaciones de los usuarios potenciales”

TEORÍA Y EVIDENCIA CIENTÍFICA TME Naturaleza de la lesión Por definición lesión significa alteración mecánica de tejidos. Es un evento traumático del tejido en cuestión. En el caso de las lesiones musculoesqueléticas laborales los órganos o tejidos son invariablemente expuestos a factores que exponen a estrés mecánico a estos tejidos. Frecuentemente tal exposición es repetitiva y prolongada y por lo tanto es considerada un riesgo o factor de riesgo.

TEORÍA Y EVIDENCIA CIENTÍFICA TME Ocurrencia de lesión en relación con carga carga-tiempo Kumar 1990 Lesión dada por la reducción progresiva en la capacidad de tolerancia al estrés debido al constante incremento del daño residual. El umbral varía en personas con dolor y lesión.

Teoría de la ocurrencia de lesión Kumar 1991

Teoría de progresión de Trastornos musculoesqueléticos.

TEORÍA Y EVIDENCIA CIENTÍFICA TME Teoría del sobreesfuerzo Esfuerzo es una actividad en la cual se realiza un trabajo físico. Por lo tanto, un sobreesfuerzo será una actividad física, en el cual el nivel de esfuerzo podría exceder la tolerancia normal fisiológica y física, superando límites. Es complejo definir cual sería el estándar normal físico y fisiológico. OE = ∫ (Fx, Dy, Mz) Donde: OE: Sobreesfuerzo (overexertion) Fx: Magnitud de fuerza Dy: Exposición efectiva Mz: Movimiento para el trabajo

TEORÍA Y EVIDENCIA CIENTÍFICA TME Componentes de la teoría del sobreesfuerzo 1- Relación entre esfuerzo y riesgo de lesión CWL= Nivel de trabajo constante PWL= Nivel preferido de trabajo

TEORÍA Y EVIDENCIA CIENTÍFICA TME Componentes de la teoría del sobreesfuerzo 2- Duración del esfuerzo (Tipo, Magnitud, Recuperación y Repetición) Relación entre duración de exposición y el Relación entre frecuencia de y el riesgo riesgo interpuesto interpuesto

TEORÍA Y EVIDENCIA CIENTÍFICA TME Componentes de la teoría del sobreesfuerzo 3- Duración período de descanso Relación entre descanso entre ciclos y riesgo interpuesto

TEORÍA Y EVIDENCIA CIENTÍFICA TME Componentes de la teoría del sobreesfuerzo 4- Rango de movimiento Relación entre rango de movimiento solicitado y riesgo interpuesto

TEORÍA Y EVIDENCIA CIENTÍFICA TME Trastornos musculoesqueléticos relacionados al trabajo: Evidencia Epidemiológica

TEORÍA Y EVIDENCIA CIENTÍFICA TME Factores atribuibles para factores de riesgos físicos del trabajo y la ocurrencia de trastornos de espalda.

TEORÍA Y EVIDENCIA CIENTÍFICA TME Factores atribuibles para factores de riesgos físicos del trabajo y la ocurrencia de trastornos de extremidad superior

BIOMECÁNICA EN ERGONOMÍA En ergonomía se requiere estudiar los efectos a nivel músculo esquelético que el trabajo conlleva, así como también para estudiar cuáles son los factores de riesgo biomecánico que interactúan con el complejo sistema de palancas con que cuenta nuestro organismo, y que a corto, medio y largo plazo podrían generar trastornos o lesiones.

BIOMECÁNICA EN ERGONOMÍA ERGONOMÍA Geométrica Ambiental Física Mental Postural Iluminación Biomecánica Fatiga Entornos Ruido Bioenergética Sueño Movimientos Temperatura

BIOMECÁNICA EN ERGONOMÍA La Biomecánica es usada como método comparativo en Ergonomía. Los modelos biomecánicos en su mayoría se apoyan en simplificaciones y aproximaciones, EXCEPTO EN INVESTIGACIONES EXPERIMENTALES. Debido a lo anterior la biomecánica es muy útil para demostrar posibles mejorías obtenidas del rediseño de una tarea o ayudar al ergónomo a escoger entre alternativas de tareas, diseños de puestos de trabajo y elementos. ANTES DESPUÉS

BIOMECÁNICA EN ERGONOMÍA ¿Qué factores de riesgo biomecánicos se consideran principalmente en Ergonomía? Posturas forzadas Movimiento repetitivo Manipulación manual de carga Carga Bioenergética La mayoría de los factores de riesgo afectan las propiedades mecánicas de los tejidos determinando su vulnerabilidad.

BIOMECÁNICA EN ERGONOMÍA Valoración de la Carga Física ¿CAUSAS? Capacidad de Trabajo Carga Física Exigencia Del Físico Entorno

BIOMECÁNICA EN ERGONOMÍA Carga Física Es común encontrarse con la siguiente pregunta afirmación.. “Las personas se pueden adaptar” “Para que nos vamos a preocupar con todo este problema de la Ergonomía, las personas se adaptan” Comentario: Aquí hay dos problemas. El ser humano es muy adaptable. Situación que ha sido el peor enemigo. Cada factor de adaptabilidad puede traer costos para la salud, satisfacción, capacidad y calidad de trabajo, eventos o emergencias

BIOMECÁNICA EN ERGONOMÍA “Aproximarse y aplicar métodos” -Cuantificar Cuantificar- Direccionar diagnósticos Acercar racionalmente procesos y planes de mejoras

BIOMECÁNICA EN ERGONOMÍA Los criterios para el análisis de las tareas obedecen a tres criterios fundamentalmente fundamentalmente: Criterios Biomecánicos. Chaffin 1969 Psicofísicos. Snook e Irvine 1968 Fisiológicos. Jorgensen 1970 y Garg et al 1978. De las actuales metodologías de evaluación de riesgo se destaca:

BIOMECÁNICA EN ERGONOMÍA Ecuación de NIOSH - Manipulación Manual de Cargas Método OWAS – Posturas Forzadas Método RULA – Postura y Movimiento Repetitivo Otros (OCRA, Tablas Liberty Mutual, PATH, MAC, REBA)

TÉCNICAS DE ANÁLISIS BIOMECÁNICO VALORACIÓN DE LA CARGA FÍSICA MÉTODOS DE ANÁLISIS ERGONÓMICO TÉCNICAS DE ANÁLISIS BIOMECÁNICO

TÉCNICAS DE ANÁLISIS BIOMECÁNICO Técnicas de Análisis Existen diferentes técnicas para adquirir datos objetivos en los estudios biomecánicos. Orientación de la intervención ergonómica. Entre las distintas técnicas de análisis cinemático del movimiento tenemos: Técnicas de Estudio de la Cinemática Articular (Electrogoniometría y Fotogrametría) Técnicas de estudio de fuerzas externas y internas (Dinamometría y Electromiografía) Dinamometría

TÉCNICAS DE ANÁLISIS BIOMECÁNICO El análisis biomecánico del movimiento del cuerpo humano junto con emplear el análisis de movimiento de los segmentos seleccionados involucrados en el movimiento estudiado también emplea otras técnicas de análisis, que permiten conocer otros datos de interés, como son las cargas internas y externas ejercidas durante la acción estudiada del cuerpo en respuesta a los factores externos y la relación de fuerzas de acción y reacción entre la persona y el entorno.

TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR Se define como el estudio del movimiento de los cuerpos, de forma independiente de las fuerzas y momentos que lo provocan. La descripción del movimiento de los cuerpos incluye la cuantificación de posiciones, velocidades y aceleraciones. Por la complejidad de los movimientos articulares, para su estudio se suelen emplear modelos más sencillos. Los modelos empleados son principalmente el modelo de bisagra, 2D y 3D. Cada uno de ellos es más complejo que el anterior y es la aplicación biomecánica concreta que se persigue en un estudio determinado la que dicta la conveniencia de emplear uno u otro modelo.

TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR Técnicas Fotografía seriada (Muybridge en 1887), consistía en fotografiar al sujeto de experimentación durante su actividad a una frecuencia de disparo adecuada. La frecuencia de disparo debe aumentarse cuando se incrementa la velocidad de los movimientos para que la posición del sujeto no cambie mucho entre imágenes consecutivas. Los puntos de interés de las fotografías se digitalizan, bien por medición directa de sus coordenadas (x,y), por superposición de una trama cuadriculada o mediante digitalización.

TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR Cinematografía o filmación Las técnicas citadas se basan en la medida del movimiento a través de la imagen (fotogrametría). Estas técnicas pueden ser utilizadas para el análisis de movimientos planos o espaciales.

TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR Modelos Modelo de Bisagra elemento óseo gira respecto del otro en torno a un eje, que siempre es el mismo a lo largo de todo el movimiento.

TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR Modelo 2D esta técnica de análisis usa como datos la posición de articulaciones obtenidos en un frame de la filmación tomada, foto o video. Esto permitirá evaluar el riesgo de una tarea comparando los datos de momentos y fuerzas obtenidas comparándolos con datos de fuerza obtenidos en literatura.

TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR Modelo 3D se basa en la siguiente propiedad de los movimientos espaciales: en el movimiento espacial, el paso de un cuerpo de una posición a otra se puede explicar mediante un giro del mismo alrededor de cierto eje en el espacio más una traslación a lo largo del mismo eje. Debido a la complejidad de algunas articulaciones debido a sus grados de libertad de movimiento como son el hombro, la cadera y columna la única forma de obtener datos fiables en el estudio de los movimientos es mediante el análisis 3D.

TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR Modelo 3D se utilizan marcadores reflectores, estos marcadores reflectores son colocados directamente sobre los centros de articulaciones y en los puntos distales de los segmentos estudiados de manera de definir segmentos, ejes de rotación.

TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR Modelo 3D parte del análisis de imágenes, para realizar el estudio biomecánico en 3D. Se posicionan cámaras en ejes perpendiculares, generalmente se utilizan cuatro cámaras dispuestas en un área cuadrada, dejando esta área captada por las cámaras como área de análisis. En esta área es donde se podrán establecer las coordenadas en tres dimensiones de un punto en el espacio, Z puntos que son en definitiva los marcadores previamente instalados en la persona en los puntos de interés (segmentos óseos, ejes de rotación) para Y un posterior análisis cinemático) X

TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR Modelo 3D Esta técnica tiene como objetivo, localizar el movimiento del segmento determinado y obtener las características de este movimiento tales como ángulos, velocidades angulares y fluidez de movimiento.

TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR Modelo 3D Ventajas: - Produce estimaciones de movimiento en una referencia universal (frame) y entonces son usadas fácilmente en estudios biomecánicos. - Centros de articulaciones pueden ser fácilmente localizados proyectando las intersecciones de los ejes de los segmentos (tres o más) a través de los marcadores puestos en cada segmento. - Las referencias en los cuerpos son pequeñas y livianas, la interferencia con el movimiento es mínima. - A través de sistema de cámaras permite determinar el movimiento en tres dimensiones y diversas actividades pueden ser estudiadas. - El sistema provee un feedback gráfico en las posiciones espaciales de los segmentos del cuerpo en el tiempo.

TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR Modelo 3D Desventajas: - Tiempo a emplear por el investigador. - Requiere calibración del sistema. - El ocultamiento de marcadores nos puede llevar a una captura errónea. - Cálculos adicionales requieren apoyo informático.

TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR Goniometría -Implica la utilización de un goniómetro Implica simple que requiere una correcta ubicación, siguiendo los ejes óseos implicados que son unidos por la articulación a medir, respetando puntos anatómicos. Este sistema tiene algunas desventajas como sería su poca fiabilidad en las mediciones.

TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR Electrogoniómetro -Esta desventaja reflejada en la poca fiabilidad de los goniómetros tradicionales, en cierta medida, ha sido mejorado con los sistemas de electrogoniómetros que nos aumenta la fiabilidad de estas mediciones, que son básicamente los desplazamiento angulares de los segmentos estudiados. -La señal eléctrica proporcionada por estos transductores representa la desviación angular del transductor.

TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR Electrogoniómetro -Ventajas -Instrumentos de fácil manejo y de bajo costo relativamente. Instrumentos -Provee medición directa de posición de segmentos corporales. De fácil Provee entendimiento. -Provee un valor de fiabilidad razonable al medir articulaciones. Provee -Desventajas: -El posicionamiento del equipo tiene que ser preciso en su alineamiento El según fulcro (eje de rotación) y ejes articulares. -Errores de cruce de mediciones. Puede ser evitado con un buen Errores alineamiento del goniómetro. -Movimiento de tejido blando puede influir en la medición e influir en Movimiento errores. -La colocación del equipo en el cuerpo puede alterar el normal La movimiento del segmento.

TÉCNICAS DE ANÁLISIS. DINAMOMETRÍA CARGAS EXTERNAS. FUERZAS Dinamometría la dinamometría permite medir las fuerzas externas, es un sistema computadorizado en el cual se grafican las fuerzas ejercidas sobre el dinamómetro. El dinamómetro es el sistema de medición de las fuerzas ejercidas, este posee sensores de presión que nos proporcionarán datos en kilogramos que se reflejaran en la gráfica del computador, tratado en Newton finalmente. Las gráficas están dadas en fuerza v/s tiempo lo que nos permitirá hacer análisis del comportamiento de la fuerza en el tiempo.

TÉCNICAS DE ANÁLISIS. DINAMOMETRÍA CARGAS EXTERNAS. FUERZAS - Existen distintos tipos de dinamómetros

PRINCIPIOS DE ANÁLISIS Electromiografía aplicada a la Ergonomía La técnica de electromiografía es de gran aplicabilidad en ergonomía ya que nos permite objetivar las cargas internas ejercidas por parte de los músculos en respuesta a cargas externas que interactúan con la persona.

INTRODUCCIÓN El objetivo de utilizar la técnica de análisis de electromiografía es estudiar los procesos de excitación eléctrica en los músculos durante condiciones de trabajo reales y en simulaciones. La electromiografía ha sido muy aceptada en el ámbito de la ergonomía pues es una técnica no invasiva, por cierto considerando la electromiografía de superficie. Cuando esta técnica se usa se aplican los electrodos en la piel. Esta técnica posee limitaciones, entre la más importante es citar que la señal electromiográfica que captura es de la zona muscular donde se encuentran los electrodos. Por lo tanto la señal electromiográfica tendrán un solapamiento de señales de la musculatura más cercana asó como también de planos más profundos.. Los métodos invasivos tales como los electrodos de aguja no son apropiados para los estudios de campo en ergonomía.

PRINCIPIOS DE ANÁLISIS Electromiografía aplicada a la Ergonomía Provee en situaciones complejas de estudio y nos proporciona respuestas cuantitativas. ¿Cuáles? No provee por sí sola de respuestas cualitativas ya que estas estarán dadas en base a los protocolos de estudio. ¿Qué es un protocolo de estudio?

PRINCIPIOS DE ANÁLISIS Electromiografía aplicada a la Ergonomía En términos conceptuales la electromiografía está basada en capturar señalas electromiográficas, en base a la captura de señales eléctricas emitidas en el músculo debido al fenómenos de acoplamiento en la contracción muscular.

PRINCIPIOS DE ANÁLISIS Registro de señales electromiográficas

PRINCIPIOS DE ANÁLISIS En la EMG real existe un solapamiento del potencial de acción de muchas fibras musculares.

PRINCIPIOS DE ANÁLISIS Graduación de la fuerza La fuerza de contracción variará en relación a los requerimientos. Esta adaptación es controlada por dos mecanismos: Sumatoria (Firing rate) Reclutamiento En ambos casos un gran número de potenciales de acción son producidos en el músculo por unidad de tiempo. La amplitud de EMG por lo tanto incrementa cuando incrementa la fuerza.

PRINCIPIOS DE ANÁLISIS Estudio de la Actividad Muscular y Ergonomía

PRINCIPIOS DE ANÁLISIS Relación entre amplitud de EMG y Fuerza

PRINCIPIOS DE ANÁLISIS Cuantificación de la actividad muscular muscular. ¿Cómo se cuantifica?

PRINCIPIOS DE ANÁLISIS Cuantificación de la actividad muscular muscular. Cuando se requiere un análisis cuantitativo de las señales electromiográficas de un músculo se debe conocer los fundamentos básicos, en relación a los procesamientos de señales y también en relación a las distintas clasificaciones de las señales de EMG. El conocimiento de las señales electromiográficas debe estar de acuerdo a cómo éstas fueron generadas. Conocer tipo de contracción.

PRINCIPIOS DE ANÁLISIS Ejemplo: Reposo / MCV / Actividad

PRINCIPIOS DE ANÁLISIS Análisis de amplitud y frecuencia La unidad de magnitud absoluta de las señales electromiográficas pueden estar dadas en microvolts o milivolts esto debe permitir determinar la fuerza de contracción y permitir comparar entre diferentes tareas y posturas.

¿Qué es la Normalización de la señal?

PRINCIPIOS DE ANÁLISIS Qué preguntas se responderán ¿En que magnitud el músculo está activo o inactivo en una tarea? ¿Cuándo el músculo está activo o inactivo? ¿El patrón de actividad muscular es eficiente para indicar adquisición de habilidades? ¿La magnitud de la Actividad Eléctrica Muscular es adecuada? ¿Él músculo está fatigado?

Agonista, Antagonista y Sinergias

PRINCIPIOS DE ANÁLISIS

PRINCIPIOS DE ANÁLISIS Cambios más relevantes en la Fatiga Muscular Los cambios que más se han descrito son de amplitud y frecuencia de la señal electromiográfica en función del tiempo. Estos cambios son: Disminución de la frecuencia (Potenciales de Acción de Unidades Motoras). Aumento de la amplitud de la señal EMG, durante una contracción sobre el 30% de la contracción voluntaria máxima y bajo el 80% de la misma.

PRINCIPIOS DE ANÁLISIS Requisitos en los protocolos de estudio estudio: Saber precisamente interrogante a ser respondida Escoger la técnica adecuada para evaluar. Seleccionar músculos correspondientes a evaluar. Ubicar electrodos apropiadamente apropiadamente. Analizar e interpretar los datos correctamente Todo ello para obtener respuestas válidas válidas.

PRINCIPIOS DE ANÁLISIS Protocolo de estudio

EMG EN ESTUDIOS DE CAMPO

¿Preguntas? Eduardo Cerda encerda@med.uchile.cl

http://diplomados.serviciocivil.gov.co	215
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