Διερεύνηση της συσσώρευσης της μυϊκής κόπωσης στη περιοχή της μέσης και των άνω άκρων κατά την εκτέλεση επαναληπτικού έργου

Abstract

The Eurostat studies conducted from 1995, with the aim to record the occurrence of occupational diseases in EU workplaces, have shown that the musculoskeletal disorders (MSDs) are referred to the three most common workplace diseases, showing a continuous increase and affecting about 50 million workers per year. The financial cost of the MSDs is approximately 2% of the total EU GDP. The main cause of workplace MSDs is the execution of repetitive tasks (62%) which leads to the muscle fatigue accumulation. The main ergonomic factors that affect the muscle fatigue accumulation during the execution of load lifting tasks are the non-ergonomic working postures, the execution of repetitive tasks, the weight of the lifting load and the inadequate time of rest for the muscle recovery. Musculoskeletal disorders of the low back are the most frequent when performing repetitive load lifting and almost always cause pain in the lumbar region.The aim of this work was to investigate the phenomenon of muscle fatigue accumulation in the upper limbs and in the low back regions during the execution of repetitive load lifting, to detect the crucial muscle fatigue accumulation and to define muscle fatigue indicators-parameters. These fatigue indicators determine when the accumulation of muscle fatigue reaches a high level and specify when the workers should temporarily stop their work (rest-break), in order to reduce the risk of causing musculoskeletal injuries. In addition, the fatigue indicators could be a useful tool for organizing the work-rest ratio.Three different experimental methods were performed to investigate muscle fatigue accumulation during repetitive load lifting tasks. The first one was a kinesiological method which aimed to detect muscle fatigue accumulation and to define fatigue indicators of the upper limbs during the repetitive load lifting from the ground to supermarket shelves, by performing two different lifting techniques (using the upper limbs above the shoulder level and below the shoulder level). For this purpose, the electromyography methodology, the video recording of the movement of certain upper limb joints methodology and the perceptible fatigue methodology were applied. By using the electromyography methodology, the electrical activity of the deltoid muscle was recorded and analyzed. The video recording methodology was used in order the kinematic parameters (velocity, acceleration, torque) of specific upper limbs joints to be analyzed, and the perceptible fatigue methodology was used in order the subjective assessment of the volunteers’ fatigue level to be recorded. The second experimental method was an electromyography method where the dorsal muscle electrical activity was recorded, analyzed and compared to the results of the volunteers’ perceptible fatigue values. The purpose of the second experimental method was the Time to Substantial Fatigue Onset (TSFO) index in the low back region to be defined and the effect of rest-breaks on muscular recovery to be studied, during the repetitive load lifting from the ground to a workbench. The electromyogram of the dorsal muscle was recorded, analyzed and compared to the results of the volunteers’ perceptible fatigue values. The third experiment method aimed to investigate the possible correlation between the low back musculoskeletal system variability and the muscle fatigue accumulation. For this purpose, the convergence/divergence of the low back trajectories was examined and compared with the corresponding ones in different stages of muscle fatigue, as well as with the results of the volunteers’ perceptible fatigue values of these fatigue stages, in order the TSFO index to be defined, during the repetitive load lifting from the ground to a workbench.The analysis of the experimental data led to the following conclusions:1)One of the main conclusions is that the volunteers do not perceive the crucial muscle fatigue accumulation early at the appropriate time and continue to do their work resulting in pain or intense discomfort, even possible muscle damage. This conclusion enhances the view taken in the thesis that the fatigue indicators are necessary to be defined when an ergonomic organization of the work-rest ratio is designed.2)The results from the investigation of the effect of rest-breaks to the muscle recovery, showed that during the execution of repetitive load lifting tasks, the duration of the rest-breaks should increase progressively with the work task duration, in order the optimal muscle recovery to be achieved.3)The results derived from the Lyapunov analysis showed that the variability of the low back musculoskeletal system kinematic trajectories corresponded to different stages of neuromuscular control, influenced directly by the muscle fatigue accumulation.

Μελέτες της Eurostat από το 1995, με στόχο την καταγραφή δεδομένων για τις επαγγελματικές παθήσεις των χώρων εργασίας στην Ε.Ε., έδειξαν ότι οι μυοσκελετικές παθήσεις (ΜΣΠ) αναφέρονται στις 3 περισσότερο συχνές παθήσεις, παρουσιάζοντας συνεχή αύξηση και προσβάλλοντας περίπου 50 εκατομμύρια εργαζόμενους ετησίως. Το οικονομικό κόστος των ΜΣΠ φθάνει, κατά προσέγγιση, στο 2% του συνολικού ΑΕΠ της Ε.Ε.. Η κυριότερη αιτία πρόκλησης ΜΣΠ στους χώρους εργασίας είναι η εκτέλεση επαναλαμβανόμενων εργασιών, σε ποσοστό 62%, που οδηγεί σε κρίσιμη συσσώρευση μυϊκής κόπωσης. Οι κυριότεροι εργονομικοί παράγοντες που επιδρούν στην συσσώρευση της μυϊκής κόπωσης κατά την ανύψωση φορτίων, είναι η μη-εργονομική στάση εργασίας, η εκτέλεση επαναλαμβανόμενων κινήσεων, το βάρος του ανυψώμενου φορτίου καθώς και ο ανεπαρκής χρόνος διαλείμματος για την μυϊκή αποκατάσταση. Σκοπός της διατριβής ήταν η διερεύνηση του φαινομένου της συσσώρευσης της μυϊκής κόπωσης στα άνω άκρα και στην περιοχή της μέσης κατά την επαναλαμβανόμενη ανύψωση ελαφριού φορτίου και ο προσδιορισμός δεικτών-παραμέτρων της συσσώρευσης κρίσιμης μυϊκής κόπωσης. Αυτοί οι δείκτες κόπωσης προσδιορίζουν τη χρονική περίοδο όπου γίνεται κρίσιμη η συσσώρευση της μυϊκής κόπωσης ώστε οι εργαζόμενοι να καθορίζουν την προσωρινή παύση της εργασίας τους (διάλειμμα) με στόχο την μείωση του κινδύνου πρόκλησης μυοσκελετικών βλαβών. Επιπροσθέτως, οι δείκτες αποτελούν ένα χρήσιμο εργαλείο οργάνωσης του ωραρίου εργασίας (εργασία – διάλειμμα).Στη διατριβή εφαρμόστηκαν τρείς πειραματικές μέθοδοι για την διερεύνηση της συσσώρευσης της μυϊκής κόπωσης κατά την εκτέλεση εργασιών επαναλαμβανόμενης ανύψωσης φορτίου. Η πρώτη μέθοδος είχε στόχο τον προσδιορισμό δεικτών συσσώρευσης της μυϊκής κόπωσης των άνω άκρων κατά την επαναλαμβανόμενη ανύψωση ελαφριού φορτίου σε ράφια σουπερμάρκετ, εκτελώντας δυο διαφορετικές τεχνικές ανύψωσης (χρησιμοποιώντας τα άνω άκρα πάνω από το επίπεδο των ώμων και κάτω από το επίπεδο των ώμων με συμμετοχή του κορμού). Σε αυτή τη πειραματική διαδικασία εφαρμόστηκαν οι μεθοδολογίες της ηλεκτρομυογραφίας, της βιντεοσκόπησης της κίνησης συγκεκριμένων αρθρώσεων των άνω άκρων καθώς και η μεθοδολογία της αισθητής κόπωσης του Borg. Με τη μεθοδολογία της ηλεκτρομυογραφίας καταγράφηκε και αναλύθηκε η ηλεκτρική δραστηριότητα του δελτοειδούς μυός. Με τη μεθοδολογία της βιντεοσκόπησης αναλύθηκαν οι κινηματικές παράμετροι (ταχύτητα, επιτάχυνση, ροπή) των εξεταζόμενων αρθρώσεων, ενώ με τη μεθοδολογία της αισθητής κόπωσης καταγράφηκε η υποκειμενική εκτίμηση των εθελοντών για το επίπεδο της κόπωσής τους. Στη δεύτερη πειραματική μέθοδο σκοπός ήταν ο προσδιορισμός του δείκτη του Χρόνου Έναρξης της συσσώρευσης Κρίσιμης Κόπωσης (ΧΕΚΚ) στη περιοχή της μέσης και η διερεύνηση της επίδρασης των διαλειμμάτων στην μυϊκή αποκατάσταση, κατά την επαναλαμβανόμενη ανύψωση ελαφριού φορτίου από το έδαφος σε πάγκο εργασίας, με καταγραφή ηλεκτρομυογραφήματος του ραχιαίου μυός και με καταγραφή του επιπέδου της αισθητής κόπωσης των εθελοντών. Η τρίτη πειραματική μέθοδος είχε στόχο να ερευνηθεί η πιθανή συσχέτιση μεταξύ της μεταβλητότητας του μυοσκελετικού συστήματος της περιοχής της μέσης και της συσσώρευσης της μυϊκής κόπωσης. Για αυτό το σκοπό εφαρμόστηκε η μεθοδολογία Lyapunov μέσω της οποίας μελετήθηκε η συσχέτιση μεταξύ της σύγκλισης / απόκλισης των κινηματικών παραμέτρων του μυοσκελετικού συστήματος της μέσης, όπως είναι οι σχηματιζόμενες από τους σπονδύλους τροχιές, και των διαφόρων σταδίων της μυϊκής κόπωσης. Τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με τις μετρήσεις της αισθητής κόπωσης των εθελοντών προκειμένου να προσδιοριστεί ο δείκτης ΧΕΚΚ κατά την επαναλαμβανόμενη ανύψωση ελαφριού φορτίου από το έδαφος σε πάγκο εργασίας.Η ανάλυση των πειραματικών δεδομένων οδήγησε στην εξαγωγή συμπερασμάτων:1)Ένα από τα κυριότερα συμπεράσματα της διατριβής είναι ότι οι εθελοντές δεν αντιλαμβάνονται έγκαιρα την συσσώρευση της μυϊκής κόπωσης, παρά μόνον όταν αυτή προκαλέσει πόνο, ή έντονη δυσφορία κατά την εργασία ή μυϊκή βλάβη. Το συμπέρασμα αυτό ενδυναμώνει την αρχική θέση της διατριβής που αφορά στην αναγκαιότητα προσδιορισμού δεικτών κόπωσης για την εργονομική οργάνωση του ωραρίου της εργασίας (εργασία/διάλειμμα).2)Από τη διερεύνηση της επίδρασης των διαλειμμάτων προέκυψε το συμπέρασμα ότι κατά τη διάρκεια εκτέλεσης επαναλαμβανόμενου έργου πρέπει να εφαρμόζονται προοδευτικά αυξανόμενης διάρκειας διαλείμματα, ώστε να επιτυγχάνεται η βέλτιστη μυϊκή αποκατάσταση.3)Τα αποτελέσματα από την εφαρμογή της ανάλυσης Lyapunov έδειξαν ότι η μεταβλητότητα των κινηματικών τροχιών του μυοσκελετικού συστήματος της μέσης εμφάνισε διαφορετικά στάδια νευρομυϊκού ελέγχου του συστήματος, σαφώς επηρεασμένα από την συσσώρευση μυϊκής κόπωσης.