Циљеви и принципи

Биомеханика је дисциплина која приступа проучавању тела као да је то само механички систем: сви делови тела су упоређени са механичким структурама и проучавају се као такви. На пример, могу се повући следеће аналогије:

• кости: полуге, структурни чланови

• месо: запремине и масе

• зглобови: носеће површине и зглобови

• облоге зглобова: мазива

• мишићи: мотори, опруге

• нерви: механизми контроле повратних информација

• органи: напајања

• тетиве: ужад

• ткиво: опруге

• телесне шупљине: балони.

Главни циљ биомеханике је проучавање начина на који тело производи силу и покреће кретање. Дисциплина се првенствено ослања на анатомију, математику и физику; сродне дисциплине су антропометрија (проучавање мерења људског тела), физиологија рада и кинезиологија (проучавање принципа механике и анатомије у односу на кретање човека).

У разматрању здравља радника на раду, биомеханика помаже да се разуме зашто неки задаци изазивају повреде и лоше здравље. Неке релевантне врсте штетног утицаја на здравље су напрезање мишића, проблеми са зглобовима, проблеми са леђима и умор.

Натегнућа и уганућа леђа и озбиљнији проблеми који укључују интервертебралне дискове су уобичајени примери повреда на радном месту које се могу избећи. Они се често јављају због изненадног посебног преоптерећења, али могу такође одражавати напрезање прекомерних сила од стране тела током много година: проблеми се могу појавити изненада или може требати време да се развију. Пример проблема који се временом развија је „прст кројачице”. Недавни опис описује руке жене која је, након 28 година рада у фабрици одеће, као и шивења у слободно време, развила очврснулу задебљану кожу и неспособност да савија прсте (Пооле 1993). (Конкретно, патила је од флексијног деформитета десног кажипрста, истакнутих Хеберденових чворова на кажипрсту и палцу десне руке и израженог жуљевости на десном средњем прсту услед сталног трења од маказа.) Рендгенски снимак. филмови на њеним рукама су показали тешке дегенеративне промене у крајњим зглобовима њеног десног кажипрста и средњег прста, са губитком зглобног простора, артикуларном склерозом (отврдњавање ткива), остеофити (коштане израслине на зглобу) и коштане цисте.

Инспекција на радном месту показала је да су ови проблеми настали због поновљене хиперекстензије (савијања) крајњег спољашњег зглоба прста. Механичко преоптерећење и ограничење протока крви (видљиво као избељивање прста) би било максимално преко ових зглобова. Ови проблеми су се развили као одговор на поновљени напор мишића на месту које није мишић.

Биомеханика помаже да се предложе начини дизајнирања задатака да се избегну ове врсте повреда или да се побољшају лоше осмишљени задаци. Лекови за ове конкретне проблеме су редизајнирање маказа и измена задатака шивања како би се уклонила потреба за извршеним радњама.

Два важна принципа биомеханике су:

1. Мишићи долазе у паровима. Мишићи се могу само контраховати, тако да за сваки зглоб мора постојати један мишић (или мишићна група) да га помера у једном правцу и одговарајући мишић (или мишићна група) да га помера у супротном смеру. Слика 1 илуструје тачку за зглоб лакта.
2. Мишићи се најефикасније контрахују када је пар мишића у опуштеној равнотежи. Мишић делује најефикасније када се савија у средини зглоба. Ово је тако из два разлога: прво, ако мишић покуша да се контрахује када се скрати, он ће повући издужени супротни мишић. Пошто је потоњи истегнут, примениће еластичну противсилу коју контрахујући мишић мора да савлада. Слика 2 показује начин на који мишићна сила варира са дужином мишића.

Слика 1. Скелетни мишићи се јављају у паровима да би покренули или преокренули покрет

Слика 2. Напетост мишића варира са дужином мишића

Друго, ако мишић покуша да се контрахује у другом опсегу осим у средњем опсегу покрета зглоба, он ће функционисати у механичком недостатку. Слика 3 илуструје промену механичке предности за лакат у три различита положаја.

Слика 3. Оптималне позиције за кретање зглоба

Важан критеријум за дизајн рада произилази из ових принципа: Рад треба да буде распоређен тако да се одвија са супротним мишићима сваког зглоба у опуштеној равнотежи. За већину зглобова, то значи да би зглоб требало да буде отприлике у средини кретања.

Ово правило такође значи да ће напетост мишића бити минимална док се задатак обавља. Један пример кршења правила је синдром прекомерне употребе (РСИ, или повреда од понављајућег напрезања) која утиче на мишиће врха подлактице код оператера на тастатури који уобичајено раде са савијеним зглобом. Често се ова навика намеће оператеру дизајном тастатуре и радне станице.

aplikacije

Следе неки примери који илуструју примену биомеханике.

Оптимални пречник дршке алата

Пречник дршке утиче на силу коју мишићи шаке могу применити на алат. Истраживања су показала да оптимални пречник дршке зависи од употребе на коју се алат користи. За вршење потиска дуж линије дршке, најбољи пречник је онај који омогућава прстима и палцу да преузму хват који се благо преклапа. Ово је око 40 мм. Да би се извршио обртни момент, оптималан је пречник од око 50-65 мм. (Нажалост, за обе сврхе већина ручки је мања од ових вредности.)

Употреба клешта

Као посебан случај дршке, могућност примене силе помоћу клешта зависи од одвајања дршке, као што је приказано на слици 4.

Слика 4. Снага хватања чељусти клешта коју врше корисници мушког и женског пола као функција раздвајања дршке

Седећи положај

Електромиографија је техника која се може користити за мерење напетости мишића. У студији о напетости у ерецтор спинае мишића (леђа) седећих субјеката, утврђено је да наслон (са нагнутим наслоном) смањује напетост у овим мишићима. Ефекат се може објаснити јер наслон преузима већи део тежине горњег дела тела.

Рендгенске студије испитаника у различитим положајима показале су да положај опуштене равнотеже мишића који отварају и затварају зглоб кука одговара углу кука од око 135º. Ово је близу положаја (128º) који овај зглоб природно усваја у бестежинским условима (у свемиру). У седећем положају, са углом од 90º у куку, мишићи колена који прелазе преко зглобова колена и кука теже да повуку сакрум (део кичменог стуба који се повезује са карлицом) у вертикални положај. Ефекат је уклањање природне лордозе (закривљености) лумбалне кичме; столице треба да имају одговарајуће наслоне за леђа како би се исправио овај напор.

Одвртање

Зашто су шрафови уметнути у смеру казаљке на сату? Пракса је вероватно настала из несвесног препознавања да су мишићи који ротирају десну руку у смеру казаљке на сату (већина људи су дешњаци) већи (и самим тим моћнији) од мишића који је ротирају супротно од казаљке на сату.

Имајте на уму да ће леворуки људи бити у неповољном положају када ручно убацују шрафове. Око 9% популације су леворуки и стога ће у неким ситуацијама бити потребни специјални алати: маказе и отварачи за конзерве су два таква примера.

Студија људи који користе шрафцигере у задатку монтаже открила је суптилнију везу између одређеног покрета и одређеног здравственог проблема. Утврђено је да што је већи угао лакта (што је рука равнија), то је више људи имало упалу на лакту. Разлог за овај ефекат је тај што мишић који ротира подлактицу (бицепс) такође повлачи главу радијуса (кост доње руке) на капитулум (заобљена глава) хумеруса (кост надлактице). Повећана сила код већег угла лакта изазвала је већу силу трења у лакту, са последичним загревањем зглоба, што је довело до упале. Под већим углом, мишић је такође морао да вуче са већом силом да би извршио акцију завртња, тако да је примењена већа сила него што би била потребна са лактом под углом од око 90º. Решење је било да се задатак помери ближе оператерима како би се смањио угао лакта на око 90º.

Горе наведени случајеви показују да је потребно правилно разумевање анатомије за примену биомеханике на радном месту. Дизајнери задатака ће можда морати да консултују стручњаке за функционалну анатомију како би предвидели врсте проблема о којима се расправља. (Тхе Поцкет Ергономист (Бровн и Митцхелл 1986) на основу електромиографског истраживања, предлаже многе начине смањења физичке нелагодности на послу.)

Ручно руковање материјалом

Термин ручно управљање обухвата подизање, спуштање, гурање, повлачење, ношење, померање, држање и везивање и обухвата велики део активности радног века.

Биомеханика има очигледну директну важност за рад ручног руковања, пошто мишићи морају да се крећу да би извршили задатке. Поставља се питање: колико физичког рада се може разумно очекивати од људи? Одговор зависи од околности; постоје заиста три питања која треба поставити. Сваки од њих има одговор који се заснива на научно истраженим критеријумима:

1. Колико се може носити без оштећења тела (у облику, на пример, напрезања мишића, повреде диска или проблема са зглобовима)? Ово се зове биомеханички критеријум.
2. Колико се може издржати без преоптерећења плућа (отежано дисање до тачке дахтања)? Ово се зове физиолошки критеријум.
3. Колико се људи осећају способним за удобно руковање? Ово се зове психофизички критеријум.

Постоји потреба за ова три различита критеријума јер постоје три широко различите реакције које се могу јавити на подизање задатака: ако посао траје цео дан, брига ће бити како ће особа осећа о задатку — психофизичком критеријуму; ако је сила коју треба применити велика, забринутост би била да су мишићи и зглобови није преоптерећен до тачке оштећења — биомеханички критеријум; и ако је стопа рада је превелика, онда може премашити физиолошки критеријум или аеробни капацитет особе.

Многи фактори одређују обим оптерећења на тело приликом ручног руковања. Сви они сугеришу могућности за контролу.

Положај и покрети

Ако задатак захтева од особе да се уврне или посегне напред са теретом, ризик од повреде је већи. Радна станица се често може редизајнирати како би се спречиле ове радње. Више повреда леђа се дешава када подизање почиње на нивоу тла у поређењу са нивоом средине бутина, што сугерише једноставне мере контроле. (Ово се односи и на високо подизање.)

Учитавање.

Сам терет може утицати на руковање због своје тежине и своје локације. Други фактори, као што су његов облик, стабилност, величина и клизавост, могу утицати на лакоћу руковања.

Организација и окружење.

Начин на који је рад организован, како физички тако и временски (временски), такође утиче на руковање. Боље је да се терет истовара камиона у испоруци распореди на неколико људи на сат времена него да тражите од једног радника да проведе цео дан на задатку. Окружење утиче на руковање—лоше осветљење, претрпани или неравни подови и лоше одржавање могу довести до тога да се особа спотакне.

Лични фактори.

Личне вештине руковања, старост особе и одећа која се носи такође могу утицати на захтеве руковања. Образовање за обуку и дизање је потребно како да пружи неопходне информације, тако и да омогући време за развој физичких вештина руковања. Млађи људи су више изложени ризику; с друге стране, старији људи имају мању снагу и мањи физиолошки капацитет. Уска одећа може повећати снагу мишића потребну у задатку док се људи напрежу на уску тканину; класични примери су униформа медицинске сестре и уски комбинезони када људи раде изнад главе.

Препоручена ограничења тежине

Горе поменуте тачке указују на то да је немогуће навести тежину која ће бити „безбедна“ у свим околностима. (Ограничења тежине имају тенденцију да варирају од земље до земље на произвољан начин. Индијским докерима је, на пример, некада било „дозвољено“ да подигну 110 кг, док су њихови колеге у бившој Народној Демократској Републици Немачкој били „ограничени“ на 32 кг .) Ограничења тежине су такође имала тенденцију да буду превелика. 55 кг предложених у многим земљама сада се сматра превеликим на основу недавних научних доказа. Национални институт за безбедност и здравље на раду (НИОСХ) у Сједињеним Државама усвојио је 23 кг као границу оптерећења 1991. године (Ватерс ет ал. 1993).

Сваки задатак дизања треба проценити на основу његових заслуга. Користан приступ одређивању границе тежине за задатак дизања је једначина коју је развио НИОСХ:

РВЛ = ЛЦ к ХМ к ВМ к ДМ к АМ к ЦМ к FM

Где

РВЛ = препоручено ограничење тежине за предметни задатак

HM = хоризонтално растојање од центра гравитације терета до средине између чланака (минимално 15 цм, максимално 80 цм)

VM = вертикално растојање између центра гравитације терета и пода на почетку подизања (максимално 175 цм)

DM = вертикални ход лифта (минимално 25 цм, максимално 200 цм)

AM = фактор асиметрије – угао од којег задатак одступа право испред тела

CM = множилац спојнице – способност доброг држања предмета који треба да се подигне, што се налази у референтној табели

FM = множитељи фреквенције – фреквенција подизања.

Све варијабле дужине у једначини су изражене у јединицама центиметра. Треба напоменути да је 23 кг максимална тежина коју НИОСХ препоручује за дизање. Ово је смањено са 40 кг након што је посматрање многих људи који обављају многе задатке дизања открило да је просечна удаљеност од тела почетка дизања 25 цм, а не 15 цм претпостављених у ранијој верзији једначине (НИОСХ 1981. ).

Индекс подизања.

Упоређујући тежину коју треба подићи у задатку и РВЛ, индекс дизања (LI) може се добити према односу:

LI=(тежина којом се рукује)/РВЛ.

Стога је посебно драгоцена употреба НИОСХ једначине постављање задатака подизања по тежини, коришћењем индекса подизања за постављање приоритета за акцију. (Међутим, једначина има бројна ограничења која треба разумети за њену најефикаснију примену. Видети Ватерс ет ал. 1993).

Процена компресије кичме коју намеће задатак

Доступан је компјутерски софтвер за процену компресије кичме коју производи ручни задатак. 2Д и 3Д програми за предвиђање статичке снаге са Универзитета у Мичигену („Бацксофт“) процењују компресију кичме. Уноси потребни за програм су:

• држање у коме се обавља руководна активност

• уложена сила

• смер напрезања силе

• број руку које врше силу

• проценат популације која се проучава.

2Д и 3Д програми се разликују по томе што 3Д софтвер омогућава прорачуне који се примењују на положаје у три димензије. Излаз програма даје податке о компресији кичме и наводи проценат одабране популације која би била у стању да уради одређени задатак без прекорачења предложених ограничења за шест зглобова: скочни зглоб, колено, кук, први лумбални диск-сацрум, раме и лакат. Овај метод такође има низ ограничења која треба у потпуности разумети да би се из програма извукла максимална вредност.

Назад