DIPLOMADO EN ERGONOMIA MODULO NºII Antropometría y biomecánica

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1 DIPLOMADO EN ERGONOMIA MODULO NºII Antropometría y biomecánica Autor: Manuel Gutiérrez H. Unidad de Ergonomía / Facultad de Ciencias Biológicas / Universidad de Concepción

2 2 POSTURA Y SOBRECARGA POSTURAL Manuel Gutiérrez H. Objetivos del Texto: Describir conceptos de sobrecarga postural, métodos de evaluación y opciones de mejoramiento de condiciones de estudio y trabajo. 1. INTRODUCCIÓN: La postura se define como la ubicación espacial que adoptan los diferentes segmentos corporales o la posición del cuerpo como conjunto. Como se ha descrito previamente, existe evidencia epidemiológica que india que determinadas posturas de trabajo pueden generar trastornos músculo-esqueléticos. De este modo, el término sobrecarga postural está referido a posiciones adoptadas por los segmentos corporales, que pueden implicar riesgo para la integridad y función del sistema músculo-esquelético. Los factores que condicionan el que una postura sea adecuada (segura, cómoda y funcional), dependen en gran medida de factores relacionados con el tipo de trabajo muscular, la intensidad del trabajo muscular, lo extremo de la amplitud del movimiento requerido, así como también, que exista una compresión de estructuras anatómicas, tales como nervios y tendones. El rango de movimiento de las articulaciones está determinado por la forma de éstas y la elasticidad de los tejidos, particularmente de ligamentos y tendones. Para ilustrar esta característica, en la Figura II.1 se presentan las articulaciones de hombro y rodilla. En el caso del hombro, es una semiesfera que articula con una cavidad. Esta forma le otorga una gran movilidad a la articulación. Es así como, el brazo puede ser: flectado, extendido, abducido (separado de la línea media del cuerpo), aducido (acercado a la línea media del cuerpo) y rotado en forma interna o externa. En cambio, la articulación de rodilla tiene forma de polea y, por lo tanto, sólo es posible efectuar movimientos en dos direcciones, específicamente de flexión y extensión. 2

3 3 Figura 1. Forma de las articulaciones y libertad de movimiento Articulación cabeza-cavidad permite gran amplitud de movimientos Fémur Húmero Escápula Clavícula Huesos de la pierna Articulación de Rodilla: forma de polea. Permite movimientos de flexión y extensión En este sentido, es necesario tener presente que los diferentes segmentos corporales tienen rangos de movimientos y libertades de movimientos, que si se llevan a condiciones extremas, pueden causar trastornos al aparato músculoesquelético. En la tabla 1 se presentan valores de referencia de movilidad articular. Para evaluar la postura de trabajo es necesario establecer la ubicación espacial de los segmentos corporales. Para ello, se puede recopilar la información por fotografías, grabaciones de vídeo y mediante la medición directa utilizando goniómetros. En la figura 2, se puede observar el uso de goniometría estática, al registrar ángulo de tronco respecto de la vertical y de articulación de rodilla. También es posible utilizar electrogoniometría, requiriéndose para ello equipos como los ilustrados en la figura 3, donde se aprecia un transductor que ha sido fijado a nivel de antebrazo y mano, registrando información de desplazamiento de la articulación de muñeca. Los transductores emiten una señal eléctrica en función de la deformación a la que son sometidos. Mediante el apoyo de software, se calibra la relación entre la deformación del transductor, con los grados de desplazamiento de los segmentos corporales. La información registrada permite una descripción detallada de las variaciones de la postura en el tiempo. 3

4 4 Tabla 1. RANGOS DE MOVIMIENTOS (Pheasant, 1988) ARTICULACIONES Y MOVIMIENTOS RANGO EN GRADOS PERCENTILES HOMBRO FLEXIÓN EXTENSIÓN ABDUCCIÓN ADDUCCIÓN ROTACIÓN EXTERNA ROTACIÓN INTERNA CODO FLEXIÓN ANTEBRAZO SUPINACIÓN PRONACIÓN MUÑECA FLEXIÓN EXTENSIÓN ABDUCCIÓN (DESVIACIÓN RADIAL) ADDUCCÓN (DESVIACIÓN CUBITAL) CADERA FLEXIÓN EXTENSIÓN ABDUCCIÓN ADDUCCIÓN RODILLA FLEXIÓN TOBILLO FLEXIÓN EXTENSIÓN

5 5 Figura 2. Goniometría estática Figura 3 Electrogoniometría Respecto del trabajo muscular, éste puede ser clasificado como estático y dinámico. En el trabajo dinámico las tareas generan ciclos alternados de contracción y relajación de la musculatura. El ejemplo más frecuente de trabajo muscular dinámico, se aprecia al caminar. En cada paso, las personas contraen y relajan diferentes grupos musculares, particularmente, de los segmentos: pies, piernas, muslos y caderas. El ejemplo que se ilustra en la figura corresponde a labores de aserrío en la cual al empujar el serrucho, la musculatura extensora del brazo (tríceps) se contrae y al traccionar la herramienta, la musculatura flexora del brazo se contrae (bíceps). Trabajo estático: Existen tareas en las cuales la musculatura, sin modificar su longitud, genera tensión para mantener en equilibrio las fuerzas resultantes del 5

6 6 peso del cuerpo y de los objetos con los que se trabaja. En dicho caso, estamos en presencia de contracciones musculares isométricas o de trabajo muscular estático. El ejemplo que se ilustra en la figura 4 corresponde a tareas en las cuales los trabajadores deben sostener una herramienta, mediante la contracción de la musculatura flexora de brazos, antebrazo y dedos. En estas tareas, las contracciones musculares estáticas permiten mantener la posición de los brazos, mientras el operario realiza la manipulación de la herramienta. De este modo, si se considera el tipo de trabajo muscular que demandan las tareas, es posible deducir que, uno de los aspectos que se debe considerar en el análisis de sobrecarga postural, es la capacidad y limitación que el ser humano tiene para efectuar trabajo estático. En este sentido, desde el punto de vista de la fisiología del trabajo, una de las diferencias más relevantes entre trabajo muscular dinámico y estático, se genera porque las contracciones isométricas reducen el flujo sanguíneo durante el desarrollo de tensión muscular. Por el contrario, en el trabajo dinámico la contracción y relajación de la musculatura actúa como una verdadera bomba impulsora, facilitando el flujo. Durante el trabajo estático, la musculatura genera tensión y aumenta su volumen en sentido transversal. Ello produce un aumento de la presión al interior del tejido muscular, lo cual reduce el diámetro de arterias y venas. El resultado es una disminución del flujo sanguíneo, imponiendo una limitación a la entrada de oxígeno y nutrientes a los tejidos y a la salida de desechos metabólicos. Al disminuir el aporte de oxígeno a la musculatura, la energía es producida por el sistema anaeróbico. Este sistema energético se caracteriza por generar ácido láctico, metabolito que al aumentar su concentración a nivel muscular, inhibe la capacidad de desarrollar tensión y genera fatiga muscular localizada. Más aún, en la medida que la tensión muscular estática es más intensa, menor es el flujo sanguíneo y, por lo tanto, mayor la probabilidad de fatiga local. Esta relación se ilustra en la figura 5, donde se puede observar que al aumentar el porcentaje de fuerza muscular estática, disminuye el tiempo en el cual se puede mantener dicha tensión. En general se plantea que valores de fuerza inferiores a un 15 % de la fuerza estática máxima, permiten un suministro adecuado de sangre a la musculatura (Grandjean, 1982). También se ha establecido que en trabajos mantenidos por períodos prolongados de tiempo, donde el factor comodidad es el relevante, se considera que el porcentaje de fuerza no debería exceder el 8 % de un esfuerzo estático máximo. 6

7 7 Figura 4. Trabajo estático y dinámico REPOSO TRABAJO DINÁMICO TRABAJO ESTÁTICO Figura 5. Relación entre porcentaje de una contracción muscular estática máxima y tiempo que se puede mantener la contracción. 7

8 8 Para ilustrar la importancia de la postura en el nivel de sobrecarga generado al sistema músculo-esquelético, en la figura 6 se presenta una gráfica que describe el incremento de la intensidad de una contracción voluntaria máxima en función de la flexión del cuello. Como se puede apreciar con aproximadamente 25º de flexión, se alcanza valores de un 10% de una contracción voluntaria máxima, de la musculatura extensora de cuello. Del mismo modo, en la figura 7 se presenta el nivel de esfuerzo expresado como porcentaje de una contracción voluntaria máxima de la musculatura flexora de hombro, al sostener una herramienta de 1 kilogramo en la mano, manteniendo el brazo recto a diferentes ángulos de flexión. En la media que se flecta el hombro, el nivel de esfuerzo para la musculatura es sostenidamente mayor. Es así como, por ejemplo, para el grupo de mujeres, el sostener un kilogramo con flexión de hombro a 30º y 60º, implica esfuerzos de aproximadamente 40% y 70% de una contracción voluntaria máxima, respectivamente. Para los hombres, ese mismo trabajo estático, representa aproximadamente un 20% y 40% de una contracción voluntaria máxima. Los mayores niveles de fuerza muscular de los hombres, explicaría dicha diferencia. Figura 6. Porcentaje de la fuerza de extensión máxima del cuello necesario al aumentar la inclinación (flexión) del cuello. (Adaptado de Chaffin y Anderson 1991). 25 Porcentaje de la fuerza de 20 extensión máxima 15 del cuello (%) º 30º 60º Angulo de inclinación del cuello 8

9 9 Figura 7. Porcentaje de una contracción voluntaria máxima de la musculatura flexora de hombro, al sostener una herramienta de 1 kilogramo en la mano, manteniendo el brazo recto a diferentes ángulos de flexión. Muje Porcentaje de la capacidad máxima (%) Hombre 9

10 10 2. METODOLOGÍAS Y TÉCNICAS DE EVALUACIÓN Entre los métodos de evaluación de sobrecarga postural destacan: LISTAS DE VERIFICACIÓN LISTA DE VERIFICACIÓN ILUSTRADAS ENCUESTAS DE PERCEPCIÓN DE MOLESTIAS ÁNGULOS DE COMODIDAD ASOCIADAS A DIMENSIONES ANTROPOMÉTRICAS MANIQUÍES MÉTODOS QUE RELACIONAN POSTURAS Y TIEMPO DE ACTIVIDAD: MÉTODO MAPFRE ELECTROMIOGRAFÍA 2.1. Listas de verificación: En general diferentes estudios han permitido establecer posturas de trabajo que se relacionan con trastornos músculo-esqueléticos. Por ejemplo, se reconoce una serie de posturas estáticas altamente fatigantes. De este modo, a partir de las aseveraciones, es posible estructurar preguntas que podrían incorporarse en una lista de verificación. Al respecto, una lista de verificación es un conjunto ordenado de preguntas que tienen como objetivo orientar la identificación de condiciones o factores de riesgo, en este caso, de sobrecarga postural. EJEMPLO DE TRABAJOS ESTÁTICOS FATIGANTES: LABORES QUE REQUIEREN INCLINAR LA ESPALDA HACIA ADELANTE O ATRÁS. SOSTENER CON LOS BRAZOS OBJETOS, HERRAMIENTAS U OTRO TIPO DE CARGA. TAREAS QUE REQUIRIEREN ELEVAR LOS BRAZOS SOBRE LA ALTURA DE HOMBROS. PERMANECER DE PIE POR PERIODOS PROLONGADOS DE TIEMPO. LABORES QUE REQUIEREN MANTENER LA CABEZA INCLINADA O GIRADA POR PERIODOS PROLONGADOS DE TIEMPO. 10

11 Encuesta de percepción de molestias músculo-esqueléticas: Los trastornos músculo-esqueléticos asociados a sobrecarga postura tienen como efecto desde una simple alteración de la comodidad o confort hasta, según la exposición y la asociación a otros factores de riesgo, la generación de fatiga local, inflamación y procesos degenerativos de los tejidos. En esta evolución de los trastornos, las personas pueden percibir alteraciones de su confort, molestias y dolores de diferente nivel en regiones específicas del cuerpo. Basándose en estos antecedentes de molestias y dolores localizados, se han generado instrumentos de evaluación de la percepción de molestias y dolor. Entre las técnicas más utilizadas destaca la propuesta por Corlett et al. (1976), denominada Body part discomfort scale. Esta técnica se basa en un esquema o mapa que representan el cuerpo humano, el cual está dividido en regiones (figura 8). Asociada al esquema existe una escala que representa la intensidad de las molestias o dolor referido por el evaluado. Las opciones de intensidad corresponden al valor 1 que indica que la molestia o el dolor es apenas percibidas, el valor 2 señala que la molestia o dolor es moderado y el 3 que la molestia o el dolor son intolerables. Otra de las alternativas de valoración de la intensidad de las molestias o dolores corresponde a la escala de Borg (1998). Este instrumento registra en una escala de 0 a 10 la intensidad de la molestia o dolor referido por el evaluado. El valor 0 corresponde a no se percibe nada o ausencia de molestias y 10 a una molestia o dolor extremadamente intenso (figura 9). Esta herramienta ha presentado alta correlación con otros instrumentos de evaluación del dolor, como la Visual Analog Scale (VAS). Los instrumentos de percepción de molestias son empleados para consultar al trabajador, las áreas del cuerpo en las que presentan molestias o dolor y su intensidad. De acuerdo a la estructura de las preguntas, se puede recabar información adicional de su frecuencia y la extensión de tiempo que ha padecido los trastornos. También, se pueden incorporar consultas sobre las características de las molestias, las posibles causas e incluso medidas de prevención que el trabajador considera que se pudiesen implementar. En las figuras siguientes se presentan esquemas empleados para recabar información sobre percepción de molestia músculo- esqueléticas. 11

12 12 Formato de registro de intensidad de molestias N REGIONES DEL CUERPO 1 Cuello 2 Homb. Derecho 3 Homb. Izq. 4 Brazo Derecho 5 Brazo Izq. 6 Codo Derecho 7 Codo Izq. 8 Anteb. Derecho 9 Anteb. Izq. 10 Muñeca Derecha 11 Muñeca Izq. 12 Mano Derecha 13 Mano Izq. 14 Región Dorsal 15 Región Lumbar 16 Región Glúteos 17 Muslo Derecho 18 Muslo Izq. 19 Rodilla Derecha 20 Rodilla Izq. 21 Pierna Derecha 22 Pierna Izq. 23 Pie Derecho 24 Pie Izq. Intensidad de las molestias

13 13 Figura.8 Body part discomfort Lado Izquierdo Lado Derecho

14 14 Figura. 9 Escala de Borg (1990) 2.3. Ángulos de comodidad Esta técnica se basa en comparar las posturas de uso frecuente en las actividades laborales con referencias que se consideran aceptables. De este modo, una vez definidas las posturas de trabajo mediante estudios de goniometría, se requiere compararlas con referencias que permitan establecer el grado de desviación que existe entre las condiciones de trabajo y lo que se considera como aceptable. En este sentido, los estudios, han estado orientados a definir posturas de menor riesgo para el sistema músculo-esquelético, que sean funcionales y cómodas. Al respecto en la figura 10 se presentan algunos de los ángulos de comodidad comúnmente referidos en la literatura (Pheasant, 1998). Como se puede observar, las posturas cómodas no son únicas, presentándose rangos de desplazamiento que las personas pueden adoptar para alcanzar una condición de confort. Figura 10. Ángulos de comodidad 0 Nada 0,5 Apenas perceptible 1 Muy leve 2 Leve 3 Moderada 4 5 Intensa 6 7 Muy intensa Extremadamente intensa 14

15 Técnica de maniquíes El conocimiento de los ángulos de comodidad ha derivado en la generación de diferentes técnicas para evaluar sobrecarga postural. Entre ellas se puede mencionar el estudio de maniquíes. En esta técnica se relaciona el concepto de ángulos de comodidad con el tamaño corporal de la población usuaria. De este modo, conocida la posición que deben adoptar los segmentos corporales para determinadas tareas y definido el rango de tamaño corporal de la población usuaria, se dibuja a escala la silueta del cuerpo o maniquíes. Estas figuras son diseñadas a escala. Para realizar la evaluación los maniquíes son ubicados sobre el puesto de trabajo estudiado, el cual se dibuja a la misma escala de los maniquíes, generalmente en escala de 1:10. Los problemas posturales y el diseño inadecuado del puesto de trabajo, se identifican por la simple observación de las discrepancias que existen entre el tamaño corporal de los maniquíes que representan a la población y las dimensiones y disposición de los puestos de trabajo. En la figura 11 se aprecia el diseño de una cabina de torre de madereo y la ubicación que presentan los controles respecto de las dimensiones y las zonas que se consideran óptimas para la operación de estos dispositivos (Gutiérrez y Apud, 1995). Como se puede deducir, el diseño del puesto de trabajo presenta condiciones deficientes (ubicación de controles y pedales) y, por lo tanto, existe un riesgo evidente de trastornos músculo-esqueléticos. La ventaja de este tipo de técnicas es que permite diagnosticar problemas de sobrecarga postural y es una herramienta útil para orientar el rediseño. Estas técnicas también han sido adaptadas para programas computacionales. Sin embargo, las limitantes que presentan estos programas para aplicarlos en nuestro país, radican en que las bases de datos empleadas para diseñar las figuras humanas, son de estudios antropométricos de poblaciones extranjeras. Figura 11. Técnica de maniquíes aplicada a la evaluación de cabinas 15

16 Ángulos de comodidad o posturas recomendadas asociadas a dimensiones antropométricas Este tema es abordado con mayor profundidad en el Capítulo de Antropometría. En este texto, se describen someramente las técnicas antropométricas, solo con el objetivo de que sean consideradas dentro de las alternativas metodológicas de evaluación de sobrecarga postular. En este sentido, es importante destacar que, un área de trabajo que se ha impulsado en el Laboratorio de Ergonomía de la Universidad Concepción, ha sido la generación de bases de datos de características antropométricas de población nacional. En este sentido, la tabla 2 y 3, presentan las referencias antropométricas de 1700 mujeres y 2030 hombres chilenos de 17 a 60 años de edad, respectivamente (Apud y Gutiérrez, 1997). La información resume algunas de las dimensiones más importantes para orientar el diseño de puestos de trabajos, en los cuales las personas trabajan en posición de pie o sentada. También se han efectuado estudios antropométricos en niños y jóvenes chilenos, de 6 a 18 años de edad (Gutiérrez et al., 1992, 1995). Dicha información permitió estructurar la Guía de recomendaciones para el diseño de mobiliario escolar (UNESCO-MINEDUC, 2001) y apoyar el desarrollo de la norma chilena de diseño de mobiliario escolar (NCh2566). Respecto a las medidas antropométricas, en general las referencias se presentan como frecuencias acumuladas expresadas en percentiles. Sin embargo, en términos prácticos estos valores representan el porcentaje de la población que está bajo una determinada medida antropométrica. Por ejemplo, el 95 percentil de la estatura descalzo es 179,8 cm. Ello significa que un 95 por ciento de la población tiene una estatura inferior a 179,8 cm y, al mismo tiempo se puede interpretar que, sobre está medida existe un 5 por ciento de la población. La razón de presentar la información en percentiles, se debe a que para los diseñadores es prácticamente imposible acomodar a toda la población, puesto que en cualquier grupo humano hay grandes variaciones de tamaño, desde enanos a gigantes. Por este motivo, para diseño ergonómico, los estándares antropométricos se restringen al 95 % de la población. Esto significa excluir al 5 por ciento de los individuos más grandes o el 5 por ciento de los más pequeños, según las dimensiones requeridas para un determinado aspecto del diseño. 16

17 17 Tabla 2. Características antropométricas de hombre chilenos de 17 a 60 años de edad. DIMENSIONES PERCENTILES ANTROPOMÉTRICAS PROMEDIO D.E POSICIÓN DE PIE PESO 69,3 11,0 51,1 87,4 ESTATURA 168,8 6,7 157,8 179,8 ALTURA OJO SUELO 158,4 6,7 147,3 169,4 ALT. HOMBRO SUELO 139,2 6,0 129,3 149,0 ALT. CODO SUELO 104,5 4,9 96,4 112,5 ALT. NUDILLO SUELO 74,2 4,5 66,7 81,6 ENVERGADURA 154,2 6,5 143,5 165,0 POSICIÓN SENTADO ESTATURA SENTADO 89,7 3,5 83,9 95,5 ALTURA OJO ASIENTO 79,4 4,2 72,5 86,3 ALTURA HOMBRO ASIENTO 60,2 3,8 54,0 66,4 ALTURA CODO ASIENTO 25,4 4,0 18,9 31,9 ALTURA MUSLO ASIENTO 14,0 1,8 11,2 16,9 PROFUNDIDAD ABDOMEN 25,6 4,0 19,1 32,2 ALTURA POPLITEA 40,1 2,8 35,5 44,8 DIST. GLUTEO-POPLITEA 46,0 3,1 41,0 51,0 DIST. GLUTEO-ROTULAR 57,5 3,6 51,6 63,4 ALCANCE FRONTAL 75,0 4,5 67,7 82,4 ALCANCE ANTEBRAZO 42,2 2,4 38,3 46,1 ANCHO DE HOMBROS 41,4 3,2 36,2 46,6 ANCHO ENTRE CODOS 51,9 4,9 43,9 59,9 ANCHO DE CADERAS 34,4 2,9 29,7 39,2 17

18 18 Tabla 3. Características antropométricas de mujeres chilenas de 17 a 60 años de edad. DIMENSIONES PERCENTILES ANTROPOMÉTRICAS PROMEDIO D.E POSICIÓN DE PIE PESO 60,6 10,1 44,1 77,2 ESTATURA 154,9 6,16 144,8 165,0 ALTURA OJO SUELO 146,1 5,79 136,6 155,6 ALT. HOMBRO SUELO 128,0 5,06 119,7 136,3 ALT. CODO SUELO 96,6 3,91 90,2 103,0 ALT. NUDILLO SUELO 68,1 3,66 62,1 74,1 POSICIÓN SENTADO ESTATURA SENTADO 84,5 3,35 78,9 90,0 ALTURA OJO ASIENTO 75,8 3,56 69,9 81,6 ALTURA HOMBRO ASIENTO 57,7 3,19 52,4 62,9 ALTURA CODO ASIENTO 26,6 3,13 21,4 31,7 ALTURA MUSLO ASIENTO 14,9 1,77 11,9 17,8 PROFUNDIDAD ABDOMEN 25,1 3,97 18,6 31,6 ALTURA POPLÍTEA 35,5 2,35 31,6 39,4 DIST. GLÚTEO-POPLÍTEA 43,9 2,94 39,1 48,7 DIST. GLÚTEO-ROTULAR 54,7 2,98 49,8 59,6 ALCANCE FRONTAL 68,0 3,61 62,0 73,9 ALCANCE ANTEBRAZO 42,2 3,40 36,6 47,7 ANCHO DE HOMBROS 38,9 2,70 34,4 43,3 ANCHO ENTRE CODOS 48,1 4,77 40,2 55,9 ANCHO DE CADERAS 36,4 2,82 31,8 41,0 (Apud y Gutiérrez, 1997). Respecto de la aplicación de las bases de datos al diseño de puestos de trabajo, una consideración importante es que normalmente no es conveniente tomar como referencia al usuario promedio. Ello se puede ejemplificar con la altura mínima de una puerta. En este sentido, para que gran parte de los usuarios que cruzan la puerta, no se golpeen la cabeza en el umbral, es necesario considerar la estatura de los más altos. De caso, contrario si empleamos el valor promedio de estatura, todas las personas que están sobre la media se tendrían que inclinar para no golpearse la cabeza. En otros casos, se recomienda usar las dimensiones de los sujetos más pequeños. Al respecto, existen oportunidades en las cuales se requiere definir cual es la máxima dimensión que debe tener alguna medida del 18

19 19 puesto de trabajo. En tales casos se utiliza las dimensiones de los sujetos más pequeños o el 5 percentil. Por ejemplo, para que todos los trabajadores puedan alcanzar desde su asiento la palanca de cambio de la torre que se ilustró en la figura 9, es necesario seleccionar el 5 percentil del alcance funcional de la población usuaria. De este modo, si los de menor alcance de brazos pueden controlar el dispositivo, el resto de los trabajadores podrá utilizar el sistema. Estas bases de datos también permiten establecer cuales son los rangos de ajuste de los equipos. Por ejemplo, la altura poplítea es la dimensión antropométrica utilizada para definir la altura de butacas o asientos. Si se elige una butaca con ajuste vertical, debería regularse entre 35,5 y 48,8 cm que es el rango de altura poplítea de varones chilenos (ver tabla 2). A esta dimensión es necesario agregar algunos centímetros que permitan corregir la altura del calzado. Como se puede deducir, para efectuar un análisis de sobrecarga postural y proponer soluciones, es indispensable disponer de referencias antropométricas de los usuarios Métodos que relacionan posturas y tiempo de actividad: método MAPFRE Otro tipo de procedimiento para efectuar diagnósticos de sobrecarga postural, es el uso de listas de verificación que ilustran posturas de trabajo y asocian el nivel de sobrecarga en función del tiempo de trabajo. En este sentido, una metodología que reúne tales consideraciones es aquella propuesta por la fundación MAPFRE (Farrer et al., 1995). Para ello, se requiere establecer las posturas de trabajo y el tiempo de duración a través de la jornada. Para identificar las posturas se adjunta un conjunto de ilustraciones que facilitan el procedimiento. Entre las posiciones de trabajo destacan permanecer en posición sentado, de pie, arrodillado, acostado y en cuclillas. Para cada posición se considera factores que incrementan la sobrecarga. Entre ellas, se identifican el grado de inclinación del tronco y la elevación de brazos sobre la altura de hombros. Un resumen de estas posturas de trabajo se observa en la figura 12. Como se puede ver, frente a cada postura existe una escala de tiempo. De este modo, es posible calificar el nivel de riesgo del aparato músculo-esquelético, al relacionar el tiempo y el tipo de postura empleado durante el trabajo. Es así como, se considera que existe sobrecarga postural que requiere cambio en el diseño de puestos o métodos de trabajo, cuando la ponderación en la escala es igual al índice 4. En el caso que exista más de una postura de trabajo, se considera que el riesgo es acumulativo, debiéndose sumar los índices parciales. Por ejemplo, si una persona durante la jornada, como promedio por hora de trabajo, permanece 30 minutos de pie sin inclinación de tronco y 30 minutos sentado con inclinación de tronco, el índice de sobrecarga postural total será igual a 2. Esto indica que la actividad laboral no genera sobrecarga postural. En cambio, si la persona permanece 10 minutos de pie con el tronco ligeramente inclinado, 15 minutos arrodillado con inclinación de tronco y 35 minutos de pie sin inclinación de tronco, el resultado de la evaluación será la 19

20 20 sumatoria de los índices parciales 1, 3 y 1. De este modo, el índice total será de 5, concluyéndose que existe sobrecarga postural. Figura 12. Método de la MAPFRE para la evaluación de sobrecarga postural Valoración : 4 Postura Tiempo por hora de trabajo (minutos) De pie 34 De pie brazos extendidos 15 De pie brazos sobre altura de hombros 11 20

21 Electromiografía de superficie La electromiografía es el estudio de la actividad eléctrica de la musculatura. Dentro de esta técnica existen dos grandes vertientes; la electromiografía invasiva y la electromiografía no invasiva o de superficie (EMGs). A través de la electromiografía de superficie se construye el electromiograma que se define como: la integración espacial y temporal de los potenciales de acción que se generan durante la contracción muscular (De Luca, 1997). En el ámbito de la ergonomía la EMG se emplea para verificar la participación de la musculatura en determino trabajo o movimiento, el nivel de esfuerzo al que es sometida y como indicador de fatiga muscular. Actividad mioeléctrica La unidad motora consiste en la motoneurona y las fibras musculares a las cuales inerva. La unión entre la neurona y la fibra muscular recibe el nombre de placa motora. Cuando un impulso nervioso llega a la placa terminal motora se libera acetilcolina (neurotransmisor), si el estímulo es adecuado para alcanzar el umbral, la membrana de las fibras musculares se depolariza. Esto evoca un potencial de acción que se propaga a lo largo de la fibra muscular. En este sentido, la señal mioeléctrica es la integración temporal y espacial de todos los potenciales de acción detectados utilizando electrodos ubicados en la piel, inmediatamente sobre músculo en estudio. La señal mioeléctrica cuando se amplifica y registra, se denomina electromiograma, y la obtención, procesamiento y análisis de señales, se denomina electromiografía. En la figura 13 se ilustra la ubicación de electrodos en la superficie de la piel, inmediatamente sobre el bíceps braquial y musculatura de antebrazo. La señal obtenida es procesada mediante software y presentada en una gama de alternativa. La forma más básica de presentación es la señal pura, que indicaría si la musculatura está activada o no, en una determinada postura o trabajo, a través del tiempo. En la figura 14 se ilustra la señal pura registrada en el tiempo. Una de las formas ampliamente empleadas para representar la intensidad (voltaje) de la señal pura, corresponde a la expresión de la Raíz Cuadrada Media. Esta expresión representa un nivel medio de la potencia que emite un amplificador y, diferentes autores, describen a esta expresión matemática, como una medida válida, precisa y que aporta información más relevante que otras alternativas de procesamiento de la señal de EMG. 21

22 22 Figura 13. Electrodos de superficie ubicados en bíceps y musculatura flexora de dedos Figura 14: Señal pura y RMS de EMG Registro de señal pura y expresión RMS para erectores espinales al realizar manejo de carga de 12 kg, entre el piso y la altura de codos, a una frecuencia de 8 veces /minuto erectores Volts deltoides Volts EMG RMS RMS promedio de manejo de carga = 0,081 volts Volts EMG RMS seconds Volts

23 23 EMG y actividad muscular Las variaciones de frecuencia y amplitud de la señal de EMG pueden ser empleadas para cuantificar el nivel de actividad eléctrica derivada de la contracción muscular. Los cambios en la señal se deben al reclutamiento y a la frecuencia de descarga de estímulos de las motoneuronas. En general, al requerirse mayor fuerza, un mayor número de motoneuronas son reclutadas, así como también, se incrementa la frecuencia de descarga de estímulos (potenciales de acción). La interpretación de los cambios en el reclutamiento y la frecuencia de descarga de las motoneuronas, pueden aportar información del nivel de contracción de la musculatura y del nivel de fatiga. EMG y nivel de fuerza de la contracción La amplitud de la actividad mioeléctrica, como indicador del nivel de reclutamiento de motoneuronas, es usada como una medida indirecta del nivel de fuerza de la contracción muscular. Debido a que no existe una relación única entre amplitud y fuerza, es necesario establecer un estándar de referencia para cualquier comparación entre personas, músculos o actividades. A este proceso se le denomina normalización. El método más común de normalización es efectuar una contracción de referencia, usualmente en una contracción voluntaria máxima (CVM). Los registros que se obtienen en la postura estudiada son expresados como porcentaje de la actividad eléctrica obtenida en una CVM del músculo de interés. En la figura 15 se representa la relación entre la actividad eléctrica y el nivel de fuerza del bíceps braquial (NIOSH, 1992). Respecto de la aplicación de estos métodos a la evaluación de la carga postural, a continuación se describe un ejemplo de análisis de posturas de trabajo al emplear teclados de computador. Al respecto, en la figura 16 se presenta un gráfico de barras que ilustra la actividad muscular del trapecio y deltoides derecho e izquierdo, expresada como porcentaje de una contracción voluntaria de referencia. En el estudio se compara la actividad muscular en tres posturas de trabajo en el teclado. La primera de ellas es con apoyo de antebrazos en la superficie de trabajo, el segundo es con apoyo de muñeca en un soporte y el tercero es sin apoyo. Como se puede apreciar en la gráfica, la condición que genera menor sobrecarga para la musculatura estudiada, corresponde al apoyo de muñeca. Del mismo modo, el trabajo sin apoyo de brazo o muñeca al operar el teclado genera la mayor sobrecarga postural. 23

24 24 Figura 15. Relación entre señal de EMG normalizada y expresada en porcentaje del músculo bíceps braquial, en función de una contracción voluntaria máxima (NIOSH, 1992). 100 EMG (%max) EMG y fatiga muscular FUERZA (%CVM) La fatiga muscular local, puede ser definida como la incapacidad del músculo para mantener un grado de tensión constante en el tiempo (Kranz, 1985). Las características musculares intrínsecas que le confieren mayor o menor resistencia a la fatiga son el tipo y tamaño de sus fibras, su densidad capilar, la actividad de sus enzimas y el metabolismo asociado. Los cambios fisiológicos y bioquímicos que ocurren en el músculo durante una contracción mantenida en el tiempo, conllevan a un cambio en el electromiograma. Entre estos destaca la disminución de la frecuencia de los potenciales de acción de las unidades motoras. Algunos de los posibles eventos que se producen en el músculo, durante una contracción mantenida y que se expresan en los cambios en el electromiograma serían los siguientes: (1) Disminución del riego sanguíneo por la compresión de los vasos intramusculares, producto de la contracción muscular mantenida, favorecería la generación de energía por vía anaeróbica (glicólisis anaeróbica). (2) La acumulación de H+ produciría una falla en el acoplamiento excitación - contracción, compitiendo estos protones con el Calcio liberado del retículo sarcoplasmático, por el sitio activo de la Troponina. 24

25 25 (3) La disminución del ph, provocaría un deterioro en los niveles de fosforilasas y fosfofructoquinasas, disminuyendo la producción glicolítica del ATP. (4) Se produciría una falla en la bomba sodio - potasio para mantener el equilibrio iónico. Figura 16. Valores promedio de actividad muscular (RMS) de un grupo de 15 personas, al adoptar posturas de trabajo en el teclado con apoyo de antebrazo, apoyo de muñeca y sin apoyo. La actividad muscular está expresada como porcentaje de una postura de referencia (estándar de normalización). Porcentaje de actividad eléctrica de referencia (%) Apoyo antebrazo Apoyo muñeca Sin apoyo Trap. D. Trap. I. Del. D. Del. I. Apoyo antebrazo Apoyo muñeca Sin apoyo 25

26 26 El estudio del fenómeno de fatiga a través de la EMG, es utilizado para describir el comportamiento de la señal EMG en el tiempo, para así constatar los cambios electrofisiológicos que ocurren en el músculo durante una contracción mantenida. La valoración de parámetros tales como el cambio en la Frecuencia mediana de la señal de EMG, han sido ampliamente utilizados como índices de la fatiga muscular local (De Luca, 1997,1992; Umezu, 1998). Es así como, durante una contracción muscular mantenida fatigante, se observa una caída en la frecuencia mediana, en función del tiempo (De Luca, 1997; Umezu, 1998). El desplazamiento hacia las bajas frecuencias de la señal EMG estaría dado por mecanismos a nivel de la musculatura y del sistema nervioso central y periférico, que protegen a este tejido por sobrecargas y fatiga. Mediante el cálculo de la frecuencia mediana (MF), se puede determinar el grado de fatigabilidad muscular local en relación con el tiempo. Es importante destacar que la evaluación electromiográfica de la fatiga muscular local, permite minimizar la influencia de los componentes motivacionales y emocionales, involucrados en la ejecución de pruebas fatigantes. Esta afirmación se basa en el hecho que los cambios registrados en la señal EMG, sobretodo los referentes a su frecuencia, son productos de cambios bioquímicos y/o metabólicos acontecidos en el propio músculo, en los cuales los factores emocionales no tendrían influencia (De Luca, 1997). Respecto del procedimiento para establecer las variaciones en la frecuencia de la señal del EMG, en la figura 17 se resumen las etapas más importantes. En términos generales este consiste en muestrear la señal de EMG a través del tiempo que dure la evaluación. En períodos definidos, efectuar registros y procesar la información a través de un análisis de frecuencia. El análisis consiste en determinar para cada una de las ventanas muestreadas, la distribución de la frecuencia. Posteriormente, para cada ventana de muestreo se determina la Frecuencia Mediana (FM), que corresponde al punto (frecuencia, Hertz) en el eje X (abscisa) que divide al espectro en dos áreas iguales. Finalmente, la gráfica de la FM expresada como porcentaje de la frecuencia mediana al inicio de la prueba, permite calcular la pendiente de la relación entre porcentaje de la FM (%FM) y el tiempo. Siendo la pendiente de la relación, empleada como indicador de fatiga muscular. En la figura 18a se esquematiza la reducción del %FM del músculo bíceps, en una contracción al 10% de una CVM, sostenida en el tiempo. Por su parte en la figura 18.b, se ilustra la pendiente del % de la FM, del músculo deltoide, para una persona que efectúa cortes con una tijera hojalatera que pesa 0,4 kg. La postura del brazo es de 90º de flexión de hombro y el ritmo de corte es de 20 cortes por minuto. Como se aprecia, existe una pendiente negativa, ilustrando que la musculatura experimenta fatiga al realizar esta tarea. 26

27 27 Figura 17. Esquema de la forma de obtener la frecuencia media de la señal de EMG. Se ilustra la reducción de la frecuencia media a través del tiempo que dura la contracción mantenida y fatigante (extraído y adaptado de C. J. De Luca, 1997, The use of surface electromyography in biomechanics, Journal of Applied Biomechanics, 13 (2): ) 27

28 28 Figura 18a. Esquema que representa la caída de la frecuencia mediana normalizada (en función de la frecuencia mediana inicial) y la pendiente de la frecuencia mediana del bíceps braquial, al mantener la articulación de codo a 90º, en una contracción estática al 10 % de una CVM (Unidad de Ergonomía, Universidad de Concepción). 160 FMslope ± %FMi Segundos 28

29 29 Figura 18b. Gráfica que representa la caída de la frecuencia mediana normalizada (en función de la frecuencia mediana inicial) y la pendiente de la frecuencia mediana del músculo deltoides, al mantener la articulación del hombro a 90º de flexión, en una tarea de corte con tijera hojalatera, durante 85 segundos (Unidad de Ergonomía, Universidad de Concepción) %FMi Segundos APLICACIONES: ESTUDIO DE MOBILIARIO ESCOLAR APLICACIONES: MOBILIARIO ESCOLAR A continuación se resumen estudios efectuados en la Unidad de Ergonomía (Gutiérrez et al., 1992, 1995), que permitieron sustentar el desarrollo de la Guía de Recomendaciones para el Diseño de Mobiliario Escolar (Ministerio de Educación, 2001) y la elaborar la Norma Chilena NCh Mobiliario escolar Sillas y mesas escolares- Requisitos dimensionales Diseño de puestos de estudio: criterios ergonómicos No cabe duda que uno de los principales requerimientos del mobiliario es cumplir la función para la cual fue concebido, que es permitir la realización de las actividades pedagógicas en posturas cómodas, seguras y funcionales. Para ilustrar estos requerimientos, en la Figura 19 se presentan los aspectos que se debería analizar en el diseño de mobiliario escolar. Como se puede apreciar, el mobiliario debe favorecer la movilidad del estudiante, en el sentido de permitir un acceso y salida expedita y segura del puesto de estudio. También, debe permitir el cambio de postura a través de la jornada de clases. Respecto del peso, debe 29

30 30 ser el menor posible, para facilitar que los estudiantes de diferentes edades puedan trasladarlo y generar diversas agrupaciones del mobiliario en las aulas de calases. En cuanto a sus dimensiones, debe ser adecuado al tamaño corporal de la población usuaria. Por su parte, el material y la estructura con la cual tienen contacto los estudiantes, deben favorecer la disipación de presiones y evitar el deterioro del vestuario o la generación de lesiones por contacto con superficies cortantes, punzantes, rasgantes o que generen irritación de la piel. En este mismo sentido, los materiales que se empleen no deben ser tóxicos. Además el material y las pinturas deben ser opacos, de modo de evitar la reflexión de la luz natural o artificial en las superficies del mobiliario y con ello reducir el riesgo de deslumbramiento de alumnos y profesores. Figura 19. Aspectos ergonómicos en el diseño de mobiliario Cumplan la función para la cual fueron concebidos Cómodos y funcionales Superficies que favorezcan la disipación de presiones Favorezcan la movilidad en el acceso y salida del puesto de estudio Construidos de pinturas y materiales inocuos Favorezcan el cambio de postura Construidos de materiales y pinturas que eviten el deslumbramiento Tengan el menor peso posible De dimensiones adecuadas al tamaño corporal de los usuarios 30

31 Qué posturas son adecuadas al interactuar con el mobiliario escolar? Uno de los aspectos que mayor incidencia tiene en la comodidad y funcionalidad de los usuarios en los puestos de estudio o trabajo, es la postura que adoptan en el desempeño de sus labores. Los factores que condicionan la postura son la forma y el tamaño del mobiliario, los hábitos posturales y los requerimientos de las tareas. En cuanto a los efectos de la postura de trabajo, además de su relación con la comodidad y funcionalidad, es necesario destacar que, se ha podido establecer que existe una clara asociación entre síntomas y trastornos del aparato músculo-esquelético y muebles en cuyo diseño no se ha considerado el tamaño corporal de los usuarios (Anderson, 1992; Farrer et al., 1995; Milanese, 2004). En este sentido qué se considera una postura adecuada al interactuar con el mobiliario? Al respecto, es necesario destacar que no existe una postura única e ideal que permita eliminar el problema de comodidad y prevención de la fatiga local experimentada por la musculatura que sostiene al cuerpo al emplear el mobiliario. Lo que se acepta es que, existen posturas más favorables y que, el mobiliario escolar debe otorgar los apoyos necesarios para adoptarlas cuando el estudiante lo requiera. Existe consenso en que el mobiliario debe permitir condiciones semejantes a las ilustradas en la figura 20 y, al mismo tiempo, favorecer el cambio de postura de piernas, brazos y del tronco, a través de la jornada escolar. En respuesta a la interrogante antes planteada, a continuación se describen y ejemplifican posturas y diseños aceptables, así como también, aquellas que deberían evitarse. 1.1 Posturas de estudio: recomendaciones Las plantas de pies deben estar apoyadas en una superficie estable. En la figura 20 se ilustra esta condición, donde las plantas de pies están apoyadas en el piso, otorgando una adecuada base de sustentación a la alumna. Por el contrario, en la figura 21. se aprecia una postura muy inestable, que induce rápidamente fatiga muscular localizada e incomodidad. 31

32 32 Figura 20. Postura dentro de criterios aceptables, con pies apoyados en superficie estable Figura 21. Postura inestable y fatigante, debido a la falta de apoyo de pies en una superficie estable. La altura del asiento es determinante en la postura del alumno. Compresión de muslos Apoyo inestable 32

33 33 Entre piernas y muslos se debe describir un ángulo de 90º y debe existir espacio para favorecer el cambio de postura de las piernas a través de la jornada. La postura de las piernas está condicionada por la altura del asiento. Asientos bajos reducen el ángulo entre los muslos y el tronco y alteran la postura y estabilidad del tronco. Asientos altos obligan a los usuarios a desplazarse hacia la parte anterior del asiento, impidiendo el apoyo de la espalda en el respaldo. En cuanto a la libertad de movimiento de las piernas, en la figura 20 se aprecia que la alumna puede mantener una relación muslo pierna dentro de lo sugerido y desplazar las piernas en sentido anterior, posterior y lateral. En cambio el alumno de la figura 22, no puede mover las piernas bajo el asiento debido a la rejilla que se ha instalado para depositar cuadernos y textos. Figura 22. Obstáculos bajo el asiento que limitan la movilidad y el cambio de postura a través de la jornada escolar Rejilla que restringe el movimiento de piernas La región de glúteos y los muslos debe tener un apoyo que favorezca una postura estable y funcional del tronco. Para ello, el ancho del asiento debe dar apoyo a toda el área cubierta por la región de los glúteos. En cuanto a la profundidad del asiento, los muslos no deben ser sometidos a presión a nivel de la región poplítea (zona ubicada en la parte inferior y posterior del muslo). Ello debido a que esta acción mecánica, puede comprimir arterias y nervios que pasan por esta región de la pierna y generar molestias, adormecimiento u 33

34 34 hormigueo de la extremidad inferior. En la figura 23, se aprecia un asiento cuya profundidad no comprime la región poplítea y permite flectar y extender la pierna. Figura 23. Profundidad de asiento que no comprime la región poplítea y permite apoyar en su ancho adecuadamente a la región de glúteos y muslos Asiento que no comprime región poplítea La espalda debe disponer de apoyo a nivel de columna lumbar y la postura debe favorecer la percepción de información visual. Para efectuar las actividades escolares, el alumno requiere percibir información visual desde la superficie de la mesa, el pizarrón, el telón de proyecciones y el entorno de la sala de clases. Para ello, el tronco y la cabeza deben estar ubicados de modo tal que se faciliten estas actividades. Al respecto, se acepta que la relación entre el muslo y el tronco debe estar entre 95 a 100 grados. Esta postura es semejante a la que tiene la alumna de la figura 20. Como se puede deducir, la postura de la columna vertebral en posición sentado depende del ángulo que existe entre el asiento y el respaldo. Si el ángulo es mayor al recomendado, la posición de los alumnos es similar a la que se aprecia en la figura 24. Como se puede observar, existe un incremento de la curvatura posterior de la columna vertebral, ello con la finalidad de mantener la cabeza en una ubicación que permita la percepción de información visual. Por otra parte, si el ángulo es inferior a 95 grados, la espalda no descansa sobre el respaldo y se acelera la fatiga de la musculatura que soporta el peso del tronco. 34

35 35 La región de glúteos debe acomodarse entre el respaldo y el asiento: Para apoyar adecuadamente la espalda y acomodar la curvatura de la región de glúteos, es necesario que exista un espacio entre el respaldo y el asiento. Figura 24. Alumno que mantiene una acentuada curvatura posterior de columna vertebral, al emplear silla que tiene un ángulo respaldo asiento de 105 º 105 La postura de los brazos debe ser tal que al utilizar la superficie de la mesa, el brazo esté junto al tronco y el codo se apoye en la mesa, sin que para ello se deba realizar una elevación de hombros. En general se acepta que la condición óptima es cuando la superficie de trabajo está ligeramente (1 a 2 cm) sobre la altura del codo, con el brazo junto al tronco. Condiciones aceptables son aquellas en que la separación del brazo respecto del tronco no supera los 30 a 40 grados. Una condición favorable de trabajo es la que se presenta en la figura 25. Por el contrario en la figura II.26., el ángulo entre el tronco y los brazos es superior a 60º. Esta postura presenta mayor riesgo fatiga localizada, debido a la sobrecarga de la musculatura que mantiene elevado los brazos y los hombros. 35

36 36 Figura 25. Postura de los brazos: condición favorable Figura 26. Postura de brazos: condición incomoda y fatigante, particularmente para la musculatura que mantiene elevados los brazos y hombros 65º 36

37 Estudios antropométricos y alternativas de diseño Una vez que se ha definido cuales son las posturas que se deben favorecen en el desarrollo de las actividades escolares, es necesario establecer que dimensiones antropométricas o tamaño corporal tiene la población usuaria, de modo que el diseño del mobiliario permita acomodar al mayor número de estudiantes. Al respecto en nuestro país se han efectuado estudios tendentes a establecer las características antropométricas de estudiantes de Enseñanza Básica y Media. Una de las primeras investigaciones corresponde a las efectuadas en el Laboratorio de Ergonomía de la Universidad de Concepción, en la cual se midió a estudiantes de establecimientos de la Comuna de Concepción. La información aportada por ese estudio permitió evaluar el mobiliario que se empleaba en los establecimientos educacionales, concluyéndose que era necesario modificar los criterios que normaban el diseño de sillas y mesas. Específicamente, se planteó que era necesario implementar 5 tamaños de sillas y mesas, para acomodar a niños y jóvenes de Primero Básico a Cuarto Medio (Gutiérrez y Apud, 1995). Posteriormente, considerando entre otros aspectos, los antecedentes descritos anteriormente, el Ministerio de Educación a través del Departamento de Inversiones y Presupuesto, se planteó como objetivo, dentro de un convenio UNESCO - MINEDUC, llevar a cabo un estudio orientado a definir las características antropométricas de estudiantes de diferentes regiones del país. El estudio de características antropométricas efectuado por el MINEDUC (1998), permitió evaluar una muestra de niños y jóvenes, de ambos sexos. Se comparó la información antropométrica obtenida por el MINEDUC con los estudios previos, efectuados en el Laboratorio de Ergonomía de la Universidad de Concepción (Gutiérrez y Apud, 1992). Para ello se consideró la estatura descalzó, debido a que es uno de los indicadores más importantes de tamaño corporal y a que generalmente se derivan de esta dimensión una serie de referencias, que permiten orientar el diseño de puestos de estudio. La estatura promedio para niños de menos de 11 años, presentó una diferencia no superior a 1,5 cm entre las dos bases de datos. En mayores de 11 años la diferencia no supero los 0,5 cm, determinándose que no existían diferencias estadísticamente significativas. Teniendo en consideración el hecho que la estatura descalzo no presentó diferencias estadísticamente significativas entre el estudio realizado en la Comuna de Concepción (1992) y el estudio efectuado por el MINEDUC (1998) en diferentes regiones del país, para definir las dimensiones del mobiliario escolar, se optó por emplear la base de datos obtenida en el Laboratorio de Ergonomía de la Universidad de Concepción. Ello debido a que esta base incorpora un conjunto más amplio de dimensiones antropométricas, que permite definir los diferentes aspectos del diseño del mobiliario. 37

38 Diseño de sillas y mesas: postura y tamaño corporal de los estudiantes Las sillas y las mesas tienen dimensiones que las caracterizan, siendo éstas determinantes para que los usuarios adopten posturas cómodas y funcionales. En este sentido, a continuación se describirá las dimensiones más importantes de sillas y mesas y las referencias antropométricas que orientan un diseño ergonómico. También se describen los criterios que se deberían emplear para que el mayor porcentaje de la población, normalmente el 95 por ciento de ella, tenga acceso al uso del mobiliario Dimensiones de la silla En la figura 27 se identifican las dimensiones de la silla. Altura del asiento (A): La dimensión es una vertical medida en la línea media del asiento, desde su borde anterior al piso. La referencia antropométrica que orienta el diseño de esta dimensión de la silla es la altura poplítea. Esta referencia permite asegurar que el usuario tenga un adecuado apoyo de pies en el piso. Desde el punto de vista de la postura, se acepta que un usurario se siente en una silla cuya altura corresponda con su altura poplítea o sea hasta 4 cm más baja que su altura poplítea. Ancho del asiento (B): La dimensión se toma entre los bordes laterales de la superficie empleada para sentarse. Para que todos las usuarios puedan acomodarse a esta superficie y exista una adecuada disipación de presiones a nivel de los glúteos, el ancho del asiento debe corresponder con el mayor ancho de caderas de los sujetos o el 95 percentil de la población. 38

39 39 Figura 27. Esquema de silla y referencias de las dimensiones que la describen Ia Línea media 4 I GF E D E A C G Vista lateral Línea central B J H Línea media Planta Profundidad del asiento (C): Esta dimensión se mide en la línea media del asiento, desde su borde anterior al borde posterior. El principal problema asociado a esta dimensión se produce cuando la profundidad es mayor a la distancia glúteo-poplítea. Esto se debe a lo incómodo que resulta la presión del borde anterior del asiento en la parte posterior de la rodilla (región poplítea). Por ello, la profundidad máxima del asiento no debe ser mayor a la menor dimensión glúteo poplítea de los sujetos o el 5 percentil de la población. Pendiente del asiento (D): El ángulo se mide entre la horizontal y el borde lateral del asiento. Para actividades escolares, en las cuales los sujetos deben ingresar y salir fácilmente del puesto y al mismo tiempo evitar el deslizamiento de glúteos hacia la parte anterior de la silla, se recomienda que el asiento tenga una inclinación posterior o negativa de 5 grados. 39

40 40 Radio de curvatura del borde anterior del asiento (E): Esta curvatura tiene como finalidad evitar cantos agudos, que compriman la región poplítea. Se recomienda 4 cm. Borde superior del respaldo (F): La dimensión es una vertical medida en la línea media del asiento, desde la superficie del asiento al borde superior del respaldo. Se recomienda que en actividades en las cuales se requiere movilidad de hombros y brazos, como es el caso de las labores escolares, el respaldo no comprima las escápulas. Por lo tanto, el borde superior del respaldo, no debe ser mayor que el 5 percentil o la menor altura escápulaasiento de los usuarios Borde inferior del respaldo (G): La dimensión es una vertical medida en la línea media del asiento, desde la superficie del asiento al borde inferior del respaldo. Para que el respaldo lumbar de un apoyo efectivo, es necesario que entre el asiento y el respaldo quede un espacio para acomodar a la región de los glúteos. Es por ello que se recomienda que el borde inferior del respaldo corresponda con la articulación sacro-lumbar. De este modo, para que un mayor porcentaje de sujetos pueda acomodar la región de los glúteos entre el asiento y el borde inferior del respaldo, se debe emplear como referencia la mayor altura asiento articulación sacro-lumbar de los usuarios. Ancho del respaldo (H): La dimensión es una horizontal medida en la parte central del respaldo, entre sus costados. El respaldo debe distribuir presiones sobre la mayor área posible y no imprimir restricciones al desplazamiento de brazos. Por estas razones, se propone como referencia antropométrica el mayor ancho de caderas o el 95 percentil de la población usuaria. Angulo entre respaldo y asiento (I): El ángulo se mide entre la horizontal del asiento y el borde lateral del respaldo. Para tareas en las que se requiere estar alerta y percibir información desde la superficie de la mesa, el pizarrón y del entorno circundante, como es el caso de las actividades escolares, se sugiere un rango entre 95 y 100 grados. Radio de curvatura del respaldo (J): El radio es medido desde la línea media del asiento. Para acomodar la espalda de los usuarios, se recomienda que el respaldo tenga una curvatura de convexidad posterior de 40 cm. 40

41 Dimensiones de la mesa En la figura 28 se ilustran las dimensiones de la mesa. Figura 28. Esquema de mesa y referencias de las dimensiones que la describen M L K Np P O Vista lateral Vista frontal Altura de la mesa (K): Esta dimensión es una vertical medida en la línea media de la mesa, desde su cara superior al suelo. Al respecto, se recomienda que la altura de la mesa permita que los usuarios al estar sentados y apoyados en el respaldo, el brazo esté junto al tronco y el codo y los antebrazos se apoyen en la superficie de la mesa. La referencia antropométrica que orienta este aspecto de diseño es la altura codo-suelo en postura sentado. No obstante, la posición que brazos y codos adoptan con respecto a la superficie de trabajo, depende de la altura a la que está sentado el usuario. Por lo tanto, también es adecuado definir la altura de la mesa como la suma de altura de asiento más la altura asiento-mesa. En cuanto a la altura del asiento, los criterios que definen esta dimensión fueron descritos previamente. Con respecto a la altura asiento-mesa, ésta es determinada por la referencia antropométrica altura codo-asiento. En este caso, si la mesa está diseñada para un rango de usuarios, la elección del 5 ó 95 percentil de la altura codoasiento, genera posturas desfavorables para el otro extremo. El antecedente que se dispone, respecto de ángulos de comodidad, señala que el brazo en el plano sagital, no debe estar en una postura superior a 35º respecto de la vertical. De este modo, una alternativa es definir la altura de la mesa de modo de no generar una flexión de brazos mayor a 35º para el 5 percentil del rango de usuarios. 41

42 42 Largo de la mesa (L): La dimensión es una horizontal que se mide entre los costados de la mesa. Esta dimensión depende de factores funcionales. Respecto de los requerimientos mínimos de espacio para ubicar textos y cuadernos, se estimó en 60 cm para mesas unipersonales y de 120 cm para bipersonales. Al respecto, es importante destacar que se describen valores mínimos aceptables, por lo tanto, si el colegio desea incrementar esta dimensión para favorecer un mayor espacio de trabajo para los alumnos, el largo de las mesas unipersonales y bipersonales podrían aumentar en al menos 5 a 10 cm, respectivamente Profundidad de la mesa (M): Esta dimensión se mide en la línea media de la mesa, desde su borde anterior al posterior. La profundidad mínima de la mesa está determinada por requerimientos funcionales, los cuales son propios de las actividades escolares e implementos que se utilizan. Al respecto, si se considera las dimensiones de cuadernos y libros y, estos son empleados en tareas de transcripción de datos o textos, una de las configuraciones posible, que adoptan los escolares es la que se aprecia en la figura 29. No cabe duda que la profundidad de la mesa es insuficiente. Considerando aspectos de funcionalidad, como los descritos, se estimó que es aceptable una profundidad de 60 cm. Figura 29. Mesa con espacio anteroposterior insuficiente para realizar tares de transcripción de textos y datos. Altura del espacio bajo la mesa (N): Dimensión vertical medida desde el piso a la estructura bajo la mesa que está más próxima al piso. La referencia antropométrica que orienta el diseño es la altura muslo-suelo. Esta dimensión permite asegurar que el usuario, al estar sentado e ingresar bajo el espacio de 42

43 43 la mesa, sus muslos o rodillas no choquen con la estructura horizontal del mueble. Para que la mayoría de los usuarios puedan sentarse e ingresar con el asiento bajo la mesa, la altura del espacio inferior de la mesa debe ser superior a la mayor a la altura muslo suelo o al 95 percentil de esta dimensión. Largo del espacio bajo la mesa (O): Dimensión horizontal medida entre las caras interiores de los soportes verticales o patas de las mesas. El espacio debe permitir que la silla, considerando su ancho, ingrese bajo la mesa. También, el espacio debe permitir una ligera separación de piernas, para lo cual lo mínimo aceptable de espacio entre los soportes, debe corresponder al ancho de caderas más 6 a 8 cm a cada costado de esta dimensión antropométrica. Además, entre las patas o soportes ubicados en los laterales de la mesa, no deben haber estructuras que limiten el movimiento de las piernas. Profundidad del espacio bajo la mesa (P): Dimensión anteroposterior entre el borde anterior y el borde posterior de la estructura de la mesa. Con la finalidad que el alumno tenga completa libertad para mover piernas bajo la mesa, no debe haber obstáculos que impidan esta acción Recomendaciones ergonómicas de diseño de mobiliario: Diferentes tamaños de sillas y mesas Como se puede deducir, resolver el problema de acomodar a un estudiante en el mobiliario que le corresponde a su tamaño corporal, no es una tarea tan complicada. Las dificultades comienzan al momento de tratar de acomodar a una población usuaria constituida por niños, cuyo tamaño corporal al comienzo de la Enseñanza Básica es de 116 cm de estatura descalzo y al término de la Enseñanza Media, los hombres tienen una media de 171 cm y las mujeres de 158 cm de estatura descalzo. En este sentido, quizás una de las alternativas de soluciones más clásicas y recurridas para acomodar a niños y jóvenes en los muebles escolares, corresponde a definir un determinado número de tamaños de sillas y mesas, los cuales son asignados a los estudiantes según su tamaño corporal Número de tamaños de sillas y mesas requeridas para acomodar a los alumnos En cuanto a los procedimientos empleados para definir el número de tamaños de sillas y mesas que se requiere para acomodar a estudiantes de Enseñanza Básica y Media, se utilizó recomendaciones propuestas por Oxford (1979), la British Standard Institution (1990). Al respecto, se plantea que la altura del asiento debe 43

44 44 tener un incremento progresivo de 4 cm entre las alternativas de tamaños de muebles que se recomienden. En este sentido, la altura del asiento está definida por la dimensión antropométrica altura poplítea (Pheasant, 1996). Por lo tanto, el número de tamaños de muebles se estimó dividiendo por 4 cm el tramo comprendido entre el 5 y 95 percentil de la altura poplítea de la muestra. En cuanto a la definición del número de tamaños de mobiliario, se estimó que se requieren al menos 5 tamaños de sillas y mesas para acomodar a los estudiantes de 6 a 18 años de edad. Dado que se propone 5 tamaños de muebles, la información antropométrica de la muestra fue agrupada en 5 tramos. El resumen estadístico de las características antropométricas de los estudiantes que conforman cada tramo se resume en la tabla 4. Con esta información se procedió a definir las dimensiones que debería tener cada uno de los 5 conjuntos de sillas y mesas. Los resultados obtenidos de la aplicación de criterios ergonómicos permitieron formular un conjunto de recomendaciones para el diseño de sillas, mesas bipersonales y unipersonales, las cuales están descritas en la tabla 5. Tabla 4. Información antropométrica de los 5 tramos en los que fue dividida la muestra. Los valores están expresados en cm y corresponden al promedio y, entre paréntesis la desviación estándar. Dimensiones Tramo 1 Tramo 2 Trama 3 Tramo 4 Tramo 5 Antropométricas Estatura (3.05) (5.57) (7.03) (5.96) 169 (4.92) Estatura Sentado 64.8 (2.05) 67.8 (3.52) 75.4 (3.78) 82.1 (3.81) 86.8 (3.43) Altura Poplítea 27.8 (1.21) 30.9 (1.18) 35.1 (1.17) 38.9 (1.18) 42.4 (1.30) Altura escápula-asiento 28.8 (1.75) Altura codo-asiento 16.8 (2.21) Altura muslo-asiento 10.3 (1.46) Distancia glúteo-poplitea 31.1 (1.19) Distancia glúteo-rotular 38.2 (1.66) Ancho caderas 24.3 (1.46) Ancho entre codos 32.5 (2.11) Profundidad 18.7 tronco-abdominal (1.61) Largo del pie 18.1 (0.52) 31.9 (2.48) 17.5 (2.15) 10.9 (1.49) 34.0 (1.99) 42.1 (2.66) 26.1 (2.20) 34.2 (2.37) 19.4 (1.64) 19.5 (0.95) 36.1 (3.01) 19.8 (2.39) 12.3 (1.24) 39.4 (2.71) 48.8 (3.37) 30.1 (3.10) 37.7 (3.13) 20.9 (2.37) 21.8 (0.82) 40.1 (2.74) 21.8 (2.39) 13.1 (1.26) 44.1 (2.20) 54.4 (2.63) 33.5 (2.90) 41.9 (3.58) 21.7 (2.43) 23.8 (0.83) 42.3 (2.25) 22.0 (2.33) 13.5 (1.39) 47.0 (1.76) 57.8 (2.01) 34.3 (1.99) 44.5 (3.32) 21.8 (2.16) 25.8 (0.76) 44

45 45 Tabla 5. Dimensiones propuestas para los cinco tamaños de mobiliario, de acuerdo a los cambios generados de la evaluación de prototipos. Se incluyen dimensiones de sillas, mesas unipersonales y bipersonales. Las dimensiones lineales están expresadas en cm y los ángulos en grados. Dimensiones del puesto de estudio Tamaños de mobiliario I II III IV V Silla Asiento A Altura B Ancho C Profundidad D Angulo asiento horizontal E Radio borde anterior del asiento Respaldo F Borde inferior G Borde superior H Ancho I Angulo asiento respaldo J Radio del respaldo Mesa unipersonal K Altura de la mesa L Largo de la mesa M Profundidad de la mesa N Altura mínima del espacio bajo la mesa O Largo mínimo del espacio bajo la mesa P Profundidad mínima espacio bajo la mesa Mesa bipersonal K Altura de la mesa L Largo de la mesa M Profundidad de la mesa N Altura mínima del espacio bajo la mesa O Largo mínimo del espacio bajo la mesa P Profundidad mínima espacio bajo la mesa

46 46 REFERENCIAS Apud, E. y Gutiérrez, M. Diseño ergonómico y características antropométricas de mujeres y hombres adultos chilenos. Resumen de Trabajo presentado en Primeras Jornadas Iberoamericanas en Prevención de Riesgos Ocupacionales. Junio, Borg, G Borg s perceived exertion and pain scale. Leeds: Humna Kinetics. Corlett J., Bischop, R. 1976, A Technique for assessing postural discomfort. Ergonomics, 19, 2: De Luca, J. 1997, The use of surface electromyography in biomechanics, Journal of Applied Biomechanics, 13 (2): ) Farrer, F. Minaya, G., Niño, J. y Ruiz, M. Manual de Ergonomía Edit. Fundación MAPFRE, Madrid, Grandjean, E. 1982, Fitting the task to the man : An ergonomics approach. Taylor & Francis, London Gutiérrez, M. y Apud, E. Estudio de la figura humana: Un método para la evaluación antropométrica y postural de puestos de trabajo. Prevención de Riesgos, N 36, 21-26, Kranz, H., Cassell, J. And Inbar, G Relation beteween electromyogram and force in fatigue. J. Appl. Physiol. 59(3): Moritani, T., Masuo, M. And Akira, N., 1986, Instrumental and surface electromyogram changes during muscle fatigue. J. Appl. Physiol. 60(4): NIOSH, 1992, Selected Topics in surface electromyography for use in the occupational setting: expert perspectives. Pheasant, S. Body Space: Anthropometry, ergonomics and design. Taylor & Francis, London Umezu, Y., Kawazu, T., Tajima, F and Ogata, H. 1998, Spectral electromyohraphic fatigue analysis of back muscle in healthy adult women compared with men. Arch Phys med Rehabil. 79:

47 47 5. Resumen del Texto: 1. La sobrecarga postural es un factor de riesgo de trastorno músculoesqueléticos, cuyo efecto va desde la generación de fatiga e incomodidad, hasta procesos degenerativos. 2. Los métodos que se emplean para evaluar sobrecarga postural corresponden a listas de verificación, encuesta de percepción de molestias, goniometría - ángulos de comodidad, antropometría, técnica de maniquís, electromiografía, entre otras. Preguntas y/o ejercicios La labor que se ilustra corresponde a selección de manzanas en un Packing de frutas. Una breve caracterización de la labor, señala que debe tomar manzanas desde la correa transportadora y, según criterios de calidad (para mercado nacional o exportación), depositarlas en los rieles. En particular la imagen ilustra el momento que deposita una manzana en el riel más alto. Al respecto señale: a.- Estructure una metodología que le permita evaluar sobrecarga postural. b.- De existir deficiencias, que medidas se pueden implementar. 47