Estructura del cuerpo: Tamaño y movimiento

Introducción:

La ergonomía es la adaptación de la estación de trabajo al operario, para poder adaptar la estación de trabajo necesitamos conocer las medidas de las personas y cuales son sus alcances en cuanto a rango de movimientos se refiere. Por ello, la Antropometría y la Biomecánica se han encargado de obtener datos de los seres humanos en cuanto a medidas del cuerpo, como altura total, largo de las piernas, largo de los brazos y manos, ancho de hombros, largo del suelo a la cintura, etc. además de las medidas del cuerpo en movimiento, por ejemplo: largo de los brazos extendidos para determinar alcances, ángulo de movimiento de los hombros, codos, muñecas y dedos para saber hasta donde se puede mover y así diseñar una estación de trabajo en lo que todo su espacio esté dentro de su alcance y colocar ahí sus herramientas y materiales.

ESTRUCTURA DEL CUERPO: TAMAÑO Y MOVIMIENTO.

Para efectuar un trabajo de la manera más eficiente, el hombre y la maquina deben establecer una relación entre ambos, de tal manera que la maquina le proporcionara al hombre información por medio de sus tableros, el hombre la recibe por medio de un sistema perceptual (Por ejemplo: Los ojos o los oídos) y con esta información el hombre responde accionando los controles de la máquina por medio de sus extremidades, de esta forma, la información pasa de la maquina al hombre y del hombre a la maquina, en un circuito cerrado de la información-control.

Una limitación posible para que este circuito funcione de manera efectiva reside en la habilidad del operador para utilizar sus huesos, articulaciones y músculos con el fin de mover el cuerpo de forma deseada. La restricción de movimiento más obvia es el tamaño físico del operario. El estudio de las dimensiones del cuerpo, llamado antropometría, representa un aspecto esencial de cualquier investigación ergonómica. La acción de los huesos y las articulaciones se analiza e interpreta en términos de un sistema de palancas complejo, aspecto que se conoce como biomecánica. El propósito es examinar como el hombre lleva acabo y controla su conducta motora y los factores que limitan su desempeño.

MOVIMIENTOS DEL CUERPO: HUESOS, ARTICULACIONES Y MÚSCULOS.

Los 206 huesos que forman el esqueleto humano llevan acaba una de dos funciones o ambas; unos cuantos protegen órganos vitales del cuerpo de daños mecánicos (Ejemplo el esternón); pero la mayoría dan rigidez al cuerpo y le permiten efectuar tareas. Para el ergónomo, los huesos relacionados con el trabajo son los largos de brazos y las piernas y los largos de los dedos de las manos y pies.

Los huesos se conectan con las articulaciones y permanecen juntos por medio de los ligamentos y los músculos. La dirección y el grado de movimiento dependen de forma de las superficies de la articulación; por ejemplo * Articulaciones con función de bisagra simple con movimiento en un solo plano (dedos, codo, rodillas); * Articulaciones que permiten efectuar movimientos en dos planos (muñeca o tobillo); * Articulaciones tipo esfera y cuenca, que permiten un gran rango de movimientos (cadera y hombro).

Existen tres tipos de músculos: Músculos estriados, que permiten controlar la acción de los principales huesos de trabajo, constituidos por fibras cilíndricas y funcionan bajo el control del individuo, por ello son los que más interesan al ergónomo. El segundo tipo son de acción no voluntaria, con apariencia lista y mantiene el funcionamiento de las funciones de los órganos vitales del cuerpo humano, como él estomago y los intestinos. Por último, el corazón esta hecho de un tipo de músculo singular y único, el músculo cardiaco, similar a la mezcla de los músculos tanto estriados como lisos.

Fuerza, tolerancia y fatiga muscular.

El trabajo del operario debe estar dentro de las capacidades físicas y cognoscitivas del mismo. Por ello hay que analizar las áreas de antropometría y biomecánica.

El trabajo de los músculos esta restringido por los limites de su fuerza y la habilidad para mantener la misma. Hay que diferenciar entre el trabajo dinámico y estático. Se dice que es estático si no ocurre ningún movimiento, ejemplo: cuando se sostiene un peso en la palma de la mano con el brazo extendido pero sin moverse; pero si el brazo se mueve hacia arriba o hacia abajo, se dice que el antebrazo se mueve y el hombro desarrolla un trabajo dinámico.

FUERZA:

"Potencia máxima que puede ejercer los músculos de la manera isométrica en un esfuerzo único y voluntario".

Los ergónomos necesitan información acerca de la fuerza muscular para poder sugerir controles y sistemas de movimiento apropiados, para determinar las resistencias de control máximas y optimas; para definir las fuerzas requeridas en diversas tareas manuales y para asegurar las disposiciones adecuadas en el levantamiento o el desplazamiento seguro y eficaz. Los niveles de fuerza humanos también son apropiados para el diseño de equipo que se usa en condiciones anormales o especiales, como el viaje en el espacio, debido a las restricciones de área y espacio, las acciones musculares que interesan al ergónomo suelen requerir el ejercicio integrado de muchos grupos músculos; por ejemplo: empujar un pedal requiere girar el tobillo, extender la rodilla y la cadera y estabilizar sobre el asiento tanto la pelvis como el tronco.

Los factores que se relacionan con la fuerza muscular y que influyen en ella son la edad, y el sexo, otros factores adicionales pueden ser el peso y la altura, la posición del cuerpo, la fatiga, el ejercicio, la salud, la dieta, las drogas, las variaciones diurnas, los factores ambientales, la motivación y la ocupación.

TOLERANCIA O RESISTENCIA MUSCULAR:

Se refiere a la habilidad del hombre para continuar trabajando o, en caso estático, para continuar ejerciendo su fuerza. El periodo durante el cual puede ejercerse y mantenerse una fuerza depende de la proporción de la fuerza disponible que se ejerza. Cuanto más pequeña sea la fuerza requerida, mas tiempo se podrá ejercer.

Fatiga muscular:

Puede causar displacer dependiendo del grado de fatiga experimentado, o distracción, o un decremento en la satisfacción y la ejecución. En muchos casos, estos factores conducen rápidamente accidentes, por lo que es recomendable evitarla.

La importancia de entender los mecanismos que causan la fatiga radica en el hecho de que él oxigeno que aporta la sangre, y la sangre misma, son los únicos agentes para reducir el nivel de fatiga o para incrementar el periodo antes de que se instaure ka fatiga, por lo que se necesita diseñar las condiciones en las que el flujo sanguíneo a los músculos sea máximo. Toda actividad muscular debe ser intermitente tanto como sea posible, de manera que permita que la sangre fluya a través del músculo, para reducir la posibilidad de que falte oxigeno o para facilitar su flujo.

TAMAÑO DEL CUERPO: ANTROPOMETRÍA

El termino antropometría se deriva de 2 palabras griegas: Antropo(s) ~ humano ~ y métricos ~ perteneciente a la medida. Trata lo concerniente a la "aplicación de los métodos físico científicos al ser humano para el desarrollo de estándares de diseño de ingeniería, modelos a escala y productos manufacturados, con el fin de asegurar la adecuación de estos productos a la población de usuarios pretendida"

El ergónomo debe usar los datos antropométricos para asegurar que la maquina le quede bien al hombre. Cada operario humano tiene que interactuar con su ambiente, es importante contar con los detalles de las dimensiones de la parte apropiaa del cuerpo. Así, la estatura total es importante para diseñar el tamaño de la habitación, la altura de las puertas o las dimensiones de los aparadores; la dimensión de la pelvis y los glúteos limitan el tamaño de los asientos o de las aberturas; el tamaño de la mano determina las dimensiones de los controles y de los soportes de descanso; y se necesita tener detalle del alcance de los brazos para determinar la posición de los controles en las consolas y tableros.

Para realizar un estudio antropométrico se necesita medir a grandes cantidades de sujetos para encontrar las dimensiones representativas de la población. La desventaja es que no se apliquen a la gente de otro país (esto representa un gran problema sí tenemos la meta de exportar los productos que elaboremos).

Los datos se pueden dividir en 2 categorías:

La antropometría estructural (o antropometría estática), que se refiere a dimensiones simples de un ser humano en reposo (ejemplo: peso, estatura, longitud, anchura, profundidades y circunferencia); y
La antropometría funcional (o antropometría dinámica), que estudia las medidas compuestas de un ser humano en movimiento (ejemplo: estirarse para alcanzar algo, rangos angulares de varias articulaciones, etc.)

Variabilidad de los datos antropométricos.

Existe un cierto grado de variabilidad para cualquier dimensión del cuerpo humano, tanto entre miembros de una población en particular como entre miembros de poblaciones diferentes

Por tanto, es practica común especificar los datos antropométricos en términos de números estadísticos denominados perceptibles, que indican la extensión de la variabilidad de las dimensiones, por ejemplo: si se considera el tamaño del diámetro de una escotilla, un ergónomo puede decidir que una dimensión interesante por estimar es el ancho de la cadera (mas no el grueso de la ropa apropiada). Si se fija en el diámetro de la escotilla al percentil quinquagésimo (50), solo el 50% de los usuarios potenciales que tienen promedio de 50 o menos podrán entrar o salir por la escotilla. En tales circunstancias, si la escotilla representa una salida de emergencia o un escape, seria mas sensato diseñar la escotilla al perceptil del 100% o aun mas grande, para que toda la población tuviera la oportunidad de pasar cómodamente a través de ella.

FUENTES DE VARIABILIDAD ANTROPOMÉTRICA:

Son fácilmente observables las variables que afectan las dimensiones del cuerpo humano y su variabilidad, e incluyen la edad, el sexo, la cultura, la ocupación y aun las tendencias históricas.

Edad:

Para la mayoría de las longitudes del cuerpo, se obtiene el creciente total par todos los propósitos prácticos, alrededor de los 20 años para el hombre y a los 17 para la mujer. Así mismo, se observa que los ancianos se ¨ encogen ¨, lo que puede deberse a una ligera degeneración de las articulaciones en la senectud.

Sexo:

En este aspecto, el hombre es mas grande que la mujer, para la mayoría de las dimensiones corporales, y la extensión de esta diferencia varia de una dimensión a otra. Por ejemplo, las dimensiones de la longitud, anchura y grosor de la mano; circunferencia de la mano, del puño y de la muñeca; longitud y grosor de los dedos; etc. Las dimensiones masculinas fueron 20% mas grande que las femeninas, en lo que respecta a la anchura, y 10% mas grandes en lo que respecta a las dimensiones de largo.

Pero la mujer es constantemente mas grande en lo que respecta a pecho, ancho de la cadera, circunferencia de la cadera y circunferencia de los muslos. Además en el embarazo afecta marcadamente ciertas dimensiones, las cuales llegan a tener significado antropométrico después del 4to. Mes de embarazo.

Cultura:

El diseño antropométrico inapropiado no solo conduce a una ejecución deficiente por parte del obrero, sino que también representa una perdida de mercado, en cuanto a ordenes y exportaciones se refiere, para los países extranjeros. Un ergónomo (Kennedy, 1975) relacionó las estaturas con el diseño de cabinas y señalo que en la fuerza aérea de E.U. es costumbre diseñar para el 90% de la población, y este rango solo se adecuaría al 80% de los franceses, 69% de los Italianos, 43% de los japoneses, 24% de los Tailandeses y el 14% de los Vietnamitas.

Ocupación:

Muchas dimensiones corporales de un trabajador normal son, en promedio, mas grandes que un académico. Sin embargo las diferencias pueden estar relacionadas con la edad, la dieta, el ejercicio y otros factores, además de cierto grado de auto selección, por ejemplo: solo los hombres de estatura superior a 1.72 m. O las mujeres que rebasan el 1.62 son aceptadas en el reclutamiento de la fuerza policíaca de Gran Bretaña. Sin embargo la razón de establecer esta diferencia, la variabilidad antropométrica en cada ocupación se debe tener en cuenta:

Para diseñar ambientes para ocupaciones en particular, y
Antes de usar datos antropométricos obtenidos de los miembros de una ocupación para diseñar el ambiente de otra.

Tendencias Históricas:

Muchas personas han observado que el equipo utilizado en años anteriores serian pequeños para uso eficaz en la actualidad. Los trajes de armaduras, la altura de las puertas y la longitud de las tumbas indican que las estaturas de nuestros antepasados era menor que la existente hoy en día. Esto ha hecho sugerir que la estatura se incrementa con el tiempo, tal vez por una mejor dieta y condiciones de vida. Desafortunadamente, no se tiene evidencia detallada para apoyar esta posición, lo que muestra la necesidad de seguir obteniendo datos modernos en lo que respecta a la antropometría.

MOVIMIENTO DEL CUERPO: BIOMECÁNICA.

El cuerpo humano ha sido construido para moverse mediante la acción de sus huesos, articulaciones y músculos, y este movimiento puede tomar muy variadas y complicadas formas. Debido a esto se ha desarrollado una nueva disciplina, la biomecánica, que estudia la mecánica y los rangos del movimiento humano.

Las acciones que interesan son fundamentalmente las de caminar y levantar. Los rangos de movimiento de las articulaciones varían de persona a persona, debido a la diferencias antropométricas y al resultado de otros factores, como la edad, el sexo, la raza, la estructura del cuerpo, el ejercicio, la ocupación, la fatiga, la enfermedad, la posición del cuerpo y la presencia o ausencia de ropa.

MECANICA DE LA LOCOMOCIÓN:

Desde el punto de vista del ergónomo, la mecánica de la locomoción es importante por varias razones:

La locomoción puede causar fatiga;
Entender como se camina puede ayudar a diseñar calzado apropiado;
Ocurren muchos accidentes por resbalones, y
Comprender como funcionan las piernas normales pueden ayudar a diseñar aparatos protésicos adecuados para los lisiados.

Caminar puede parecer muy simple, pero en realidad es el producto de muchas interacciónes complejas entre las fuerzas generadas en el cuerpo y fuerzas externas que actúan sobre ellas coordinadas de manera que producen un patrón particular de movimiento, conocido como paso normal.

EL PASO:

Se divide el ciclo en dos fases: apoyo y balanceo. El apoyo comienza cuando el talón de una pierna golpea el piso y termina cuando esa misma pierna levanta el dedo gordo. Las fase de balanceo constituye el periodo entre el levantamiento del dedo gordo del pie y el contacto del talón de ese mismo pie. A medida que se alterna entre apoyo y balanceo sobre cada pierna, existe un periodo cuando ambos pies están en contacto con el piso al mismo tiempo. Este es el periodo denominado del doble apoyo, que ocurre entre el empuje y el levantamiento del dedo gordo de un pie y el golpe del talón y el movimiento del pie plano del otro (la ausencia de doble apoyo indica que la persona esta corriendo, en vez de caminar).

A velocidades ordinarias, una sola pierna esta en la fase de apoyo aproximadamente el 65% del ciclo, y en balanceo aproximadamente el 35%. El periodo del doble apoyo ocupa entre un 25 y el 30% del ciclo de tiempo de la marcha.

Movimiento y Fuerzas:

Las fuerzas que causan la locomoción resultan de aquellas que crean los músculos y las fuerzas externas, principalmente la influencia de la gravedad sobre el cuerpo.

Cuando se esta en una postura erecta, el centro de gravedad del cuerpo se halla en frente de la cadera, la rodilla y las articulaciones del tobillo. Esta fuerza tiende a doblar (flexionar) la cadera, a estirar (extender) la rodilla y a doblar (dorsi-flexionar) el tobillo.

La sección de andar que produce mayor inestabilidad ocurre en el momento de empujar una pierna; aquí se hace el mismo contacto con el piso, ya que se lleva a cabo solo con los dedos de un pie, y la pelvis se halla adelante del punto de contacto, reduciendo mas la estabilidad, debido a que la otra pierna es balanceada hacia delante. En este punto ocurre la mayoría de los resbalones.

Resbalarse es una de las causa mas comunes de accidentes en el trabajo, y depende sobre todo de la fricción estática que existe entre el pie y el piso anterior al resbalón.

Un estudio hecho por Kroemer en 1974 muestra que las losetas de hule, el concreto y la madera suave tienen las máximos coeficientes de fricción (Son mas resistentes a los resbalones) y no se veían afectados por la mugre. De los materiales de calzado, la suela de huele estándar usado por el ejercito y la fuerza aérea de E.U. probo ser superior a otros materiales. Carlsoo (1972) sugiere que no es solo una, sino dos las fases criticas de la marcha en las que es posible que ocurra el resbalón.

La primera ocurre cuando el talón golpea al principio de la fase de apoyo, pues el peso del cuerpo esta por detrás del punto de contacto del talón y el piso, mientras que el movimiento del centro de gravedad del cuerpo apenas ha empezado la fase de balanceo.

El segundo instante es el impulso real, cuando el centro de gravedad del cuerpo se encuentra enfrente del pie que impulsa. El primero de estos ejemplos presenta el peligro mayor, dado que si una persona resbala cuando su centro de gravedad esta por detrás de su pie, es probable que caiga hacia atrás, con poca oportunidad de usar las manos para detener el golpe. Si resbala en el segundo instante, el cuerpo esta inclinado hacia delante y es probable que caiga hacia delante y tenga oportunidad de meter las manos.

Para las combinaciones de superficie de piso y el calzado, el coeficiente de fricción se puede incrementar mediante el uso de los músculos del tobillo, de la pierna y de la cadera que alteran las fuerzas que actúan sobre el pie; no obstante, si se usan los músculos con mucha frecuencia para sobre ponerse a la tendencia a resbalar, pronto sentirán fatiga, por lo que nos que claro que el ambiente se debería adaptar para adecuarlo al operario pues, un diseño pobre, rápidamente es obvio.

MECANISMOS DEL LEVANTAMIENTO:

Levantar es una acción que frecuentemente se requiere en cualquier trabajo; sin embargo, si se lleva acabo de una manera incorrecta, puede dar como resultado por lo menos un dolor de espalda y una incomodidad o, a lo máximo, una incapacidad permanente como quedar lisiado. El área mas susceptible a lesiones es el área lumbar de la columna vertebral, aunque también influye la postura de sentado y de pie, además del levantamiento.

La biomecánica que implica el levantamiento depende primordialmente de la postura del cuerpo y de las técnicas que se empleen, de la cuales existen dos en esencia. La primera, comúnmente conocida como la acción derrick, deriva su nombre de la similitud general con la acción de la grúa derrick. En toda la operación de levantamiento, las rodillas se mantienen extendidas en su totalidad, mientras que la espalda y los brazos se mantienen flexionados hacia delante para aprehender el objeto. La acción de levantamiento se logra al extender (o al intentar extender) la región lumbar de la columna vertebral y las articulaciones de la cadera. Esta parece ser la técnica natural de levantar un peso.

En la segunda técnica conocida como método de la acción de las rodillas, se deben doblar las pierna (en cuclillas) para tomar el objeto. En esta técnica el tronco se mantiene erecto y la acción de levantamiento ocurre primordialmente como resultado de la extensión de la articulación de la rodilla, la cual, a su vez, extiende la articulación de la cadera.

Como la acción de la rodilla probablemente requiere mayor energía inicia para consumirse en el establecimiento de la postura en primer lugar, las personas observan que la acción derrick es mas natural, pero no toman en cuenta los problemas relacionados a esta acción. El doblarse o torcerse durante el levantamiento de un objeto pesado causa lesión vertebral, lo cual ocurre con mas probabilidad durante un levantamiento del tipo derrick. Mas aun, además del daño potencial que puede producirse en la columna, la presión aumentada de la región truncal predispone al operario a una hernia. Por esto, la acción de las rodillas es la acción del levantamiento que requiere mas apoyo. En esta acción existen cuatro uniones en la cadena de levantamiento (en oposición a las tres de la acción derrick): la parte baja de las piernas, la parte alta de las piernas, la espalda y los brazos. Cuando la espalda se mantiene en su posición curvada natural, las fuerzas de las superficies invertebrales y los discos pueden llegar a distribuirse de manera pareja, de tal forma que los músculos, más que los ligamentos y las estructuras óseas, se contraponen a la acción de la gravedad.

Un panfleto denominado Lifting in industry (levantamiento en la industria) muestra la técnica correcta de levantamiento: a) los pies deben estar lo suficientemente lejos uno del otro para que exista una distribución equilibrada del peso; b) las rodillas y las caderas deben estar dobladas y la espalda debe mantenerse tan recta como sea posible, con la barbilla metida; c) los brazos deben mantenerse tan cerca del cuerpo como sea posible; d) cuando sea factible, se debe usar toda la mano para el agarre, y el levantamiento debe llevarse a cabo de manera suave, sin jalones ni sacudidas.

La habilidad para levantar objetos es menor cuando se repite o cuando es necesario hacer varios levantamientos. Los estudios hechos al respecto sugieren que solo pueden tener lugar 2 o 3 levantamientos por minuto, si la carga que debe levantarse representa el 75% de la carga máxima posible. Para una carga de 10% como máximo se pueden tolerar de 6 a 9 levantamientos por minuto. Sin embargo, se ha demostrado que si tales levantamientos se pueden espaciar rítmicamente con pequeños períodos de descanso, será factible aumentar la eficiencia y los resultados, y el trabajo de carga podrá reducirse; sin embargo, el sexo, la edad, la altura y el peso corporal del levantador pueden alterar esos datos.

Sin embargo, cabe preguntar si al instruir al hombre industrial para que ejecute mejor la acción de doblar las rodillas en el levantamiento de objetos pesados, se intenta otra vez ajustar al hombre a su ambiente, en vez de adecuar el ambiente al hombre. Si la acción derrick es la postura natural para el levantamiento, entonces el simple hecho de que podrían levantarse cargas más pesadas de manera más segura por otra acción debería implicar que sería preferible reducir los máximos de carga necesarios para que esta sea levantada, en vez de entrenar al hombre para que adopte una postura antinatural, ya que el entrenamiento puede volverse ineficaz en condiciones de estrés.

La acción derrick permite mas libertad al operario; por ejemplo la ropa ajustada como las faldas, o los pantalones entallados y los mandiles protectores, comparados con el grado en que las rodillas obstruyen el espacio de carga, son los factores susceptibles de reducir la posibilidad del operario de adoptar la posición en cuclillas.

No importa que tan eficiente se haya diseñado un sistema mecánico, o que tan rápido funcione o que tan confiable o agradable y estético parezca, si el operario no es capaz de adecuarlo a él o a su alrededor, si no puede accionar las palancas o presionar los botones con la suficiente fuerza por el tiempo requerido, o si no puede alcanzar los controles en primer lugar, el sistema mecánico no tendrá, por lo menos, ninguna utilidad y, en el peor de los casos, podrá ser peligroso.

BIBLIOGRAFÍA:

David J. Oborne, "Ergonomía en Acción: La adaptación del medio de trabajo al hombre", Primera impresión, Editorial: Trillas, México, D.F., 1992

Mondelo Pedro, Gregori Enrique, Blasco Joan, & Barrau Pedro "Diseño de puestos de trabajo" 2ª. Edición, Editorial: Alfaomega, Mexico, D.F., 2001

Autor:

Edgar Filiano Satamaría