الأهداف والمبادئ

الميكانيكا الحيوية هي تخصص يقترب من دراسة الجسم كما لو كان مجرد نظام ميكانيكي: جميع أجزاء الجسم تشبه الهياكل الميكانيكية وتتم دراستها على هذا النحو. يمكن ، على سبيل المثال ، رسم المقارنات التالية:

• العظام: الروافع ، أعضاء الهيكلية

• اللحم: الأحجام والجماهير

• المفاصل: أسطح المحامل والمفاصل

• تبطين المفاصل: زيوت التشحيم

• العضلات: المحركات ، والينابيع

• الأعصاب: آليات التحكم في التغذية الراجعة

• الأجهزة: إمدادات الطاقة

• الأوتار: الحبال

• الأنسجة: الينابيع

• تجاويف الجسم: بالونات.

الهدف الرئيسي للميكانيكا الحيوية هو دراسة الطريقة التي ينتج بها الجسم القوة ويولد الحركة. يعتمد الانضباط في المقام الأول على علم التشريح والرياضيات والفيزياء. التخصصات ذات الصلة هي الأنثروبومترية (دراسة قياسات جسم الإنسان) ، وعلم وظائف الأعضاء وعلم الحركة (دراسة مبادئ الميكانيكا وعلم التشريح فيما يتعلق بحركة الإنسان).

عند النظر في الصحة المهنية للعامل ، تساعد الميكانيكا الحيوية على فهم سبب تسبب بعض المهام في الإصابة واعتلال الصحة. بعض الأنواع ذات الصلة من الآثار الصحية الضارة هي إجهاد العضلات ومشاكل المفاصل ومشاكل الظهر والإرهاق.

تعد سلالات الظهر والالتواءات والمشاكل الأكثر خطورة التي تنطوي على الأقراص الفقرية أمثلة شائعة لإصابات مكان العمل التي يمكن تجنبها. تحدث هذه غالبًا بسبب الحمل الزائد الخاص المفاجئ ، ولكنها قد تعكس أيضًا بذل الجسم لقوى مفرطة على مدار سنوات عديدة: قد تحدث المشكلات فجأة أو قد تستغرق وقتًا لتتطور. مثال على مشكلة تتطور بمرور الوقت هو "إصبع الخياطة". يصف وصف حديث يد امرأة ، بعد 28 عامًا من العمل في مصنع للملابس ، بالإضافة إلى الخياطة في أوقات فراغها ، طورت جلدًا سميكًا وصلب وعدم القدرة على ثني أصابعها (Poole 1993). (على وجه التحديد ، عانت من تشوه انثناء إصبع السبابة الأيمن ، وعقد هيبردين البارزة على السبابة وإبهام اليد اليمنى ، وثفانة بارزة في الإصبع الأوسط الأيمن بسبب الاحتكاك المستمر من المقص). أظهرت أفلام يديها تغيرات تنكسية شديدة في المفاصل الخارجية من السبابة اليمنى والأصابع الوسطى ، مع فقدان مساحة المفصل ، والتصلب المفصلي (تصلب الأنسجة) ، والنباتات العظمية (نمو عظمي في المفصل) وكيسات العظام.

أظهر الفحص في مكان العمل أن هذه المشاكل كانت بسبب فرط التمدد المتكرر (الانحناء) لمفصل الإصبع الخارجي. سيكون الحمل الزائد الميكانيكي والقيود في تدفق الدم (المرئي كتبييض للإصبع) أقصى حد عبر هذه المفاصل. تطورت هذه المشاكل استجابةً لمجهود عضلي متكرر في مكان آخر غير العضلة.

تساعد الميكانيكا الحيوية في اقتراح طرق لتصميم المهام لتجنب هذه الأنواع من الإصابات أو لتحسين المهام سيئة التصميم. تتمثل سبل علاج هذه المشكلات المعينة في إعادة تصميم المقص وتغيير مهام الخياطة لإزالة الحاجة إلى الإجراءات التي يتم تنفيذها.

مبدأين مهمين للميكانيكا الحيوية هما:

1. تأتي العضلات في أزواج. يمكن أن تنقبض العضلات فقط ، لذلك يجب أن يكون لأي مفصل عضلة واحدة (أو مجموعة عضلية) لتحريكها في اتجاه واحد وعضلة مقابلة (أو مجموعة عضلية) لتحريكها في الاتجاه المعاكس. يوضح الشكل 1 نقطة مفصل الكوع.
2. تنقبض العضلات بشكل أكثر فاعلية عندما يكون الزوج العضلي في حالة توازن مسترخي. تعمل العضلات بشكل أكثر فاعلية عندما تكون في المدى المتوسط ​​من المفصل الذي تنثنيه. هذا لسببين: أولاً ، إذا حاولت العضلة الانقباض عند تقصيرها ، فإنها ستسحب ضد العضلة المعاكسة الممدودة. نظرًا لأن الأخير يتمدد ، فإنه سيطبق قوة معاكسة مرنة يجب على العضلة المتقلصة التغلب عليها. يوضح الشكل 2 الطريقة التي تختلف بها قوة العضلات باختلاف طول العضلات.

الشكل 1. تحدث عضلات الهيكل العظمي في أزواج من أجل بدء أو عكس الحركة

الشكل 2. يختلف توتر العضلات باختلاف طول العضلات

ثانيًا ، إذا حاولت العضلة الانقباض في غير المدى المتوسط ​​لحركة المفصل ، فإنها ستعمل في وضع غير مؤاتٍ ميكانيكيًا. يوضح الشكل 3 التغيير في الميزة الميكانيكية للكوع في ثلاثة أوضاع مختلفة.

الشكل 3. المواقف المثلى لحركة المفاصل

يتبع معيار مهم لتصميم العمل من هذه المبادئ: يجب ترتيب العمل بحيث يحدث مع العضلات المتقابلة لكل مفصل في توازن مريح. بالنسبة لمعظم المفاصل ، يعني هذا أن المفصل يجب أن يكون في منتصف حركته تقريبًا.

تعني هذه القاعدة أيضًا أن توتر العضلات سيكون عند الحد الأدنى أثناء أداء المهمة. أحد الأمثلة على انتهاك القاعدة هو متلازمة الإفراط في الاستخدام (RSI ، أو إصابة الإجهاد المتكرر) التي تؤثر على عضلات الجزء العلوي من الساعد في مشغلي لوحة المفاتيح الذين يعملون عادةً مع ثني المعصم. غالبًا ما يتم فرض هذه العادة على المشغل من خلال تصميم لوحة المفاتيح ومحطة العمل.

التطبيقات

فيما يلي بعض الأمثلة التي توضح تطبيق الميكانيكا الحيوية.

القطر الأمثل لمقابض الأداة

يؤثر قطر المقبض على القوة التي يمكن أن تطبقها عضلات اليد على الأداة. أظهرت الأبحاث أن قطر المقبض الأمثل يعتمد على استخدام الأداة. لممارسة الدفع على طول خط المقبض ، فإن أفضل قطر هو القطر الذي يسمح للأصابع والإبهام بتحمل قبضة متداخلة قليلاً. هذا حوالي 40 ملم. لممارسة عزم الدوران ، يكون قطرها حوالي 50-65 مم هو الأمثل. (لسوء الحظ ، لكلا الغرضين ، تكون معظم المقابض أصغر من هذه القيم.)

استخدام الزردية

كحالة خاصة للمقبض ، تعتمد القدرة على ممارسة القوة باستخدام الزردية على فصل المقبض ، كما هو موضح في الشكل 4.

الشكل 4. قوة قبضة الفكين كماشة يمارسها المستخدمون الذكور والإناث كدالة لفصل المقبض

وضعية الجلوس

تخطيط كهربية العضل هو تقنية يمكن استخدامها لقياس توتر العضلات. في دراسة التوتر في شوكي منتصب عضلات (ظهر) الأشخاص الجالسين ، فقد وجد أن الانحناء للخلف (مع ميل مسند الظهر) يقلل من التوتر في هذه العضلات. يمكن تفسير التأثير لأن مسند الظهر يأخذ المزيد من وزن الجزء العلوي من الجسم.

أظهرت دراسات الأشعة السينية لأشخاص في أوضاع مختلفة أن وضع التوازن المريح للعضلات التي تفتح وتغلق مفصل الورك يتوافق مع زاوية ورك تبلغ حوالي 135 درجة. هذا قريب من الموضع (128 درجة) المعتمد بشكل طبيعي بواسطة هذا المفصل في ظروف انعدام الوزن (في الفضاء). في وضعية الجلوس ، بزاوية 90 درجة عند الورك ، تميل عضلات أوتار المأبض التي تمتد فوق مفاصل الركبة والورك إلى سحب العجز (جزء العمود الفقري الذي يتصل بالحوض) إلى الوضع الرأسي. التأثير هو إزالة التقوس الطبيعي (انحناء) العمود الفقري القطني. يجب أن تحتوي الكراسي على مساند ظهر مناسبة لتصحيح هذا الجهد.

مفك البراغي

لماذا يتم إدخال البراغي في اتجاه عقارب الساعة؟ ربما نشأت هذه الممارسة في الإدراك اللاواعي أن العضلات التي تدور الذراع الأيمن في اتجاه عقارب الساعة (معظم الناس يستخدمون اليد اليمنى) أكبر (وبالتالي أكثر قوة) من العضلات التي تدورها عكس اتجاه عقارب الساعة.

لاحظ أن الأشخاص الذين يستخدمون اليد اليسرى سيكونون في وضع غير مؤات عند إدخال البراغي يدويًا. حوالي 9 ٪ من السكان يستخدمون اليد اليسرى ، وبالتالي سيحتاجون إلى أدوات خاصة في بعض المواقف: المقصات وفتاحات العلب مثالان على ذلك.

كشفت دراسة أجريت على أشخاص يستخدمون مفكات البراغي في مهمة تجميع عن علاقة أكثر دقة بين حركة معينة ومشكلة صحية معينة. لقد وجد أنه كلما زادت زاوية الكوع (استقامة الذراع) ، زاد عدد الأشخاص المصابين بالتهاب في الكوع. والسبب في هذا التأثير هو أن العضلة التي تدير الساعد (العضلة ذات الرأسين) تسحب أيضًا رأس نصف القطر (عظم الذراع السفلي) على الرأس (الرأس المستدير) لعظم العضد (عظم الذراع العلوي). تسببت القوة المتزايدة عند زاوية الكوع الأعلى في زيادة قوة الاحتكاك عند الكوع ، مما أدى إلى تسخين المفصل ، مما أدى إلى حدوث التهاب. في الزاوية الأعلى ، كان على العضلة أيضًا أن تسحب بقوة أكبر للتأثير على عمل اللولب ، لذلك تم تطبيق قوة أكبر مما كان مطلوبًا مع الكوع عند حوالي 90 درجة. كان الحل هو نقل المهمة أقرب إلى المشغلين لتقليل زاوية الكوع إلى حوالي 90 درجة.

توضح الحالات المذكورة أعلاه أن الفهم الصحيح للتشريح مطلوب لتطبيق الميكانيكا الحيوية في مكان العمل. قد يحتاج مصممو المهام إلى استشارة خبراء في علم التشريح الوظيفي لتوقع أنواع المشكلات التي تمت مناقشتها. (عالم الجيب (Brown and Mitchell 1986) استنادًا إلى البحث الكهرومغرافي ، يقترح طرقًا عديدة لتقليل الانزعاج الجسدي في العمل.)

مناولة المواد اليدوية

على المدى التحكم اليدوي يشمل الرفع ، والخفض ، والدفع ، والسحب ، والحمل ، والتحرك ، والإمساك ، والتقييد ، ويشمل جزءًا كبيرًا من أنشطة الحياة العملية.

للميكانيكا الحيوية صلة مباشرة واضحة بأعمال المناولة اليدوية ، حيث يجب أن تتحرك العضلات لتنفيذ المهام. السؤال هو: ما مقدار العمل البدني الذي يمكن توقع القيام به بشكل معقول؟ الجواب يعتمد على الظروف. هناك بالفعل ثلاثة أسئلة يجب طرحها. كل واحد لديه إجابة تستند إلى معايير مدروسة علميًا:

1. ما المقدار الذي يمكن التعامل معه دون الإضرار بالجسم (على سبيل المثال ، إجهاد عضلي أو إصابة في القرص أو مشاكل في المفاصل)؟ هذا يسمى معيار الميكانيكية الحيوية.
2. ما المقدار الذي يمكن التعامل معه دون إرهاق الرئتين (التنفس بصعوبة لدرجة اللهاث)؟ هذا يسمى المعيار الفسيولوجي.
3. ما مدى شعور الناس بالقدرة على التعامل معها بشكل مريح؟ هذا يسمى المعيار النفسي الفيزيائي.

هناك حاجة لهذه المعايير الثلاثة المختلفة لأن هناك ثلاثة ردود أفعال مختلفة على نطاق واسع يمكن أن تحدث لمهام الرفع: إذا استمر العمل طوال اليوم ، فسيكون الشاغل هو كيف يمكن للشخص يشعر حول المهمة - المعيار النفسي الفيزيائي ؛ إذا كانت القوة المراد تطبيقها كبيرة ، فسيكون القلق هو أن العضلات والمفاصل لا تفرط في التحميل إلى حد الضرر - المعيار الميكانيكي الحيوي ؛ وإذا كان معدل العمل كبير جدًا ، فقد يتجاوز المعيار الفسيولوجي ، أو السعة الهوائية للشخص.

تحدد العديد من العوامل مدى الحمولة الموضوعة على الجسم من خلال مهمة المناولة اليدوية. كلهم يقترحون فرصًا للسيطرة.

الموقف والحركات

إذا كانت المهمة تتطلب من الشخص الالتواء أو الوصول إلى الأمام بحمل ، يكون خطر الإصابة أكبر. يمكن إعادة تصميم محطة العمل غالبًا لمنع هذه الإجراءات. تحدث المزيد من إصابات الظهر عندما يبدأ الرفع من مستوى الأرض مقارنة بمستوى منتصف الفخذ ، وهذا يشير إلى إجراءات تحكم بسيطة. (هذا ينطبق أيضًا على الرفع العالي.)

الحمل.

قد يؤثر الحمل نفسه على المناولة بسبب وزنه وموقعه. قد تؤثر جميع العوامل الأخرى ، مثل شكلها واستقرارها وحجمها وانزلاقها على سهولة مهمة المناولة.

التنظيم والبيئة.

الطريقة التي يتم بها تنظيم العمل ، جسديًا وعلى مدار الوقت (مؤقتًا) ، تؤثر أيضًا على المعالجة. من الأفضل توزيع عبء تفريغ الشاحنة في حجرة التسليم على عدة أشخاص لمدة ساعة بدلاً من مطالبة عامل واحد بقضاء اليوم كله في المهمة. تؤثر البيئة على المناولة - قد يؤدي ضعف الإضاءة أو الأرضيات غير المستوية أو سوء التدبير المنزلي إلى تعثر الشخص.

العوامل الشخصية.

يمكن أن تؤثر مهارات المناولة الشخصية وعمر الشخص والملابس التي يتم ارتداؤها أيضًا على متطلبات المناولة. مطلوب تعليم التدريب ورفع كلاهما لتوفير المعلومات اللازمة وإتاحة الوقت لتنمية المهارات الجسدية للتعامل. الشباب هم أكثر عرضة للخطر ؛ من ناحية أخرى ، فإن كبار السن لديهم قوة أقل وقدرة فسيولوجية أقل. يمكن أن تزيد الملابس الضيقة من القوة العضلية المطلوبة في مهمة حيث يجهد الناس القماش الضيق ؛ الأمثلة الكلاسيكية هي زي الممرضة البدني والزي الضيق عندما يعمل الناس فوق رؤوسهم.

حدود الوزن الموصى بها

تشير النقاط المذكورة أعلاه إلى أنه من المستحيل تحديد وزن "آمن" في جميع الظروف. (تميل حدود الوزن إلى الاختلاف من بلد إلى آخر بطريقة تعسفية. على سبيل المثال ، كان "مسموحًا" لعمال الرصيف الهنود برفع 110 كجم ، في حين أن نظرائهم في جمهورية ألمانيا الديمقراطية الشعبية السابقة كانوا "محدودون" إلى 32 كجم .) تميل حدود الوزن أيضًا إلى أن تكون كبيرة جدًا. يُعتقد الآن أن الـ 55 كجم المقترحة في العديد من البلدان أكبر من اللازم بناءً على الأدلة العلمية الحديثة. اعتمد المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH) في الولايات المتحدة 23 كجم كحد أقصى للحمل في عام 1991 (ووترز وآخرون 1993).

يجب تقييم كل مهمة رفع بناءً على مزاياها الخاصة. طريقة مفيدة لتحديد حد الوزن لمهمة الرفع هي المعادلة التي طورتها NIOSH:

RWL = LC × HM × VM × مارك ألماني × صباحا × سم × FM

في

رول = حد الوزن الموصى به للمهمة المعنية

HM = المسافة الأفقية من مركز ثقل الحمولة إلى نقطة المنتصف بين الكاحلين (بحد أدنى 15 سم ، بحد أقصى 80 سم)

VM = المسافة العمودية بين مركز ثقل الحمولة والأرض عند بداية الرفع (بحد أقصى 175 سم)

DM = السفر العمودي للمصعد (بحد أدنى 25 سم ، بحد أقصى 200 سم)

AM = عامل عدم التماثل - الزاوية التي تنحرف المهمة عنها مباشرة أمام الجسم

CM = مضاعف الاقتران - القدرة على الإمساك الجيد بالعنصر المراد رفعه ، وهو موجود في جدول مرجعي

FM = مضاعفات التردد - تردد الرفع.

يتم التعبير عن جميع متغيرات الطول في المعادلة بوحدات السنتيمترات. وتجدر الإشارة إلى أن 23 كجم هو الحد الأقصى للوزن الذي توصي به NIOSH للرفع. تم تخفيض هذا من 40 كجم بعد ملاحظة العديد من الأشخاص الذين يقومون بالعديد من مهام الرفع ، وقد كشفت أن متوسط ​​المسافة من جسم بداية المصعد هو 25 سم ، وليس 15 سم المفترض في نسخة سابقة من المعادلة (NIOSH 1981 ).

مؤشر الرفع.

بمقارنة الوزن المراد رفعه في المهمة و RWL ، مؤشر الرفع (LI) حسب العلاقة:

LI= (الوزن المراد التعامل معه) /رول.

لذلك ، فإن الاستخدام القيم بشكل خاص لمعادلة NIOSH هو ترتيب مهام الرفع بترتيب الشدة ، باستخدام مؤشر الرفع لتحديد أولويات العمل. (تحتوي المعادلة على عدد من القيود ، ومع ذلك ، يجب فهمها من أجل التطبيق الأكثر فعالية. انظر Waters et al. 1993).

تقدير ضغط العمود الفقري الذي تفرضه المهمة

يتوفر برنامج كمبيوتر لتقدير ضغط العمود الفقري الناتج عن مهمة معالجة يدوية. تقدر برامج توقع القوة الثابتة ثنائية وثلاثية الأبعاد من جامعة ميتشيغان ("Backsoft") ضغط العمود الفقري. المدخلات المطلوبة للبرنامج هي:

• الموقف الذي يتم فيه أداء نشاط المناولة

• القوة المبذولة

• اتجاه مجهود القوة

• عدد الأيدي التي تمارس القوة

• النسبة المئوية للسكان قيد الدراسة.

تختلف البرامج ثنائية الأبعاد وثلاثية الأبعاد في أن البرنامج ثلاثي الأبعاد يسمح بالحسابات التي تنطبق على الأوضاع في ثلاثة أبعاد. يعطي إخراج البرنامج بيانات ضغط العمود الفقري ويسرد النسبة المئوية للسكان المختارين الذين سيكونون قادرين على القيام بمهمة معينة دون تجاوز الحدود المقترحة لستة مفاصل: الكاحل والركبة والورك وأول القرص القطني والكتف والكوع. تحتوي هذه الطريقة أيضًا على عدد من القيود التي يجب فهمها بشكل كامل من أجل اشتقاق أقصى قيمة من البرنامج.

الرجوع