Zasady oceny, sposoby kontrolowania i redukcji obciążenia mięśniowo-szkieletowego

 

ZASADY OCENY, SPOSOBY KONTROLOWANIA I REDUKCJI OBCIĄŻENIA MIĘŚNIOWO-SZKIELETOWEGO

 

OCENA OBCIĄŻENIA I RYZYKA ROZWOJU DOLEGLIWOŚCI MIĘŚNIOWO-SZKIELETOWYCH JAKO PODSTAWA DZIAŁAŃ PROFILAKTYCZNYCH

 

Istotnym krokiem na drodze określenia optymalnego (tj. powodującego najmniejsze negatywne skutki dla zdrowia pracowników) obciążenia układu mięśniowo-szkieletowego podczas pracy jest wyrażenie w sposób ilościowy zmiennych powiązanych z wykonywanymi czynnościami pracy i determinujących obciążenie mięśniowo-szkieletowe.

 

Ze względu na to, że czynniki biomechaniczne mają decydująca rolę w rozwoju MSDs zmniejszenie obciążenia układu mięśniowo-szkieletowego i poprzez to zmniejszenie ryzyka możliwe jest poprzez właściwy dobór wartości parametrów wpływających na obciążenie, czyli parametrów opisujących czynniki biomechaniczne wykonywanych czynności pracy. Rozpatrując obciążenie mięśniowo-szkieletowe pracownika pod wpływem wykonywanych czynności pracy, można mówić o obciążeniu zewnętrznym i obciążeniu wewnętrznym. Obciążenie zewnętrzne jest możliwe do oceny na podstawie parametrów opisujących wykonywaną pracę i charakteryzuje stanowisko i proces pracy. Obciążenie wewnętrzne jest reakcją organizmu na obciążenie zewnętrzne, wyrażaną zmianami w parametrach fizjologicznych i jest zależne również od czynników indywidualnych opisujących pracownika.

 

Istnieje wiele metod oceny obciążenia układu mięśniowo-szkieletowego wynikającego z wykonywania czynności pracy. Stosowane metody różnią się między sobą przede wszystkim sposobem postępowania podczas identyfikacji występujących zagrożeń oraz oceny obciążenia i w pewnych przypadkach wyznaczania wielkości związanego z nimi ryzyka. Do oceny ryzyka mogą służyć tylko te metody, które zawierają w sobie kryteria klasyfikacji ryzyka. Metody oceny obciążenia układu mięśniowo-szkieletowego umożliwiają nie tylko prowadzenie oceny ryzyka, ale także są narzędziem zapobiegania rozwojowi MSDs u pracowników. Metody te można kwalifikować w różny sposób i ze względu na różne kryteria.

 

METODY OCENY OBCIĄŻENIA WEWNĘTRZNEGO

 

Jako metody oceny obciążenia wewnętrznego stosowane są metody fizjologiczne bazujące na pomiarach takich parametrów jak częstość skurczów serca, ciśnienie krwi czy pomiar sygnału elektromiograficznego rejestrowanego z wybranych mięśni. Dotyczy to zarówno czynności wykonywanych przy różnych wartościach wywieranych sił jak i przy różnych pozycjach ciała podczas pracy.

 

Szczególnie przydatnym narzędziem oceny obciążenia i zmęczenia układu mięśniowo-szkieletowego jest elektromiografia powierzchniowa. Ocena w tej metodzie przeprowadzana na bazie analizy elektromiogramu (EMG), rejestrowanego z wybranych mięśni, zaangażowanych w wykonywanie czynności pracy. Metoda ta stosowana jest szczególnie w przypadku pomiarów sygnału z mięśni znajdujących się tuż pod skórą oraz mięśni stosunkowo dużych, umożliwiających łatwe umieszczenie elektrod badawczych (rys. 1). Przyjmuje się, że wysiłek mięśniowy jest proporcjonalny do napięcia mięśni, na co wskazuje zależność pomiędzy siłą mięśniową a wartością odpowiednio przetworzonej amplitudy sygnału EMG generowanego przez dany mięsień.

 

BEZPIECZNIEJ_NE_obciazenie_ms_elektrody_powierzchniowe_EMG_czworboczny.png
Rys. 1. Elektrody powierzchniowe rejestrujące sygnał EMG z mięśni: czworoboczny (1), naramienny (2), prostownik łokciowy nadgarstka (3).

 

Sygnał EMG ma charakter stochastyczny i zawarty jest w paśmie częstotliwości około 5¸1000 Hz. Przyjmuje się jednak, że górna wartość graniczna wynosi 450 Hz (powyżej 450 Hz składowe harmoniczne są zaniedbywane). Kolejnym, poza częstotliwością, parametrem charakteryzującym sygnał EMG jest jego amplituda, która zawiera się w granicach od kilku μV w stanie spoczynku do kilkudziesięciu mV podczas maksymalnego napięcia mięśniowego.

 

Sygnał EMG jest źródłem wielu informacji dotyczących procesów zachodzących w mięśniu, w tym obciążenia i zmęczenia mięśnia. Jednakże nieprzetworzony sygnał EMG niesie ze sobą tylko informację jakościową, za pomocą której można stwierdzić, czy mięsień jest aktywny i czy generuje siłę. Na rys. 2 przedstawiono przebieg nieprzetworzonego sygnału EMG zarejestrowanego w ciągu 1 minuty. Widoczny jest wyraźny wzrost amplitudy sygnału wynikający ze wzrostu siły mięśnia. Na podstawie zapisu nieprzetworzonego sygnału EMG, możliwa jest jedynie ocena jakościowa wskazująca, czy mięsień pracuje z większą czy mniejszą siłą. Aby uzyskać informację ilościową należy dokonać obróbki matematycznej sygnału. Na jej podstawie można wyodrębnić parametry charakteryzujące sygnał EMG, które wskazują na procesy zachodzące w mięśniu.

 

/CIOPPortalWAR/file/93763/2022010212152&BEZPIECZNIEJ_NE_obciazenie_ms_sygnal_EMG.png
Rys. 2. Przebieg nieprzetworzonego sygnału EMG.

 

Zmęczenie mięśniowe powstaje na skutek procesów zmieniających możliwości mięśnia do utrzymania określonego poziomu siły lub statycznej pozycji ciała i jest definiowane jako spadek możliwości generowania siły w wyniku wzrastającego odczuwania wysiłku. Zachodzące pod wpływem zmęczenia mięśnia zmiany widoczne są w zapisie elektromiogramu poprzez zmianę wartości parametrów sygnału EMG. Proces zmęczenia mięśni powoduje wzrost amplitudy sygnału EMG oraz przesunięcie widma mocy w kierunku niskich częstotliwości, co uwidacznia się w zmianie wartości parametrów sygnału EMG. Zmęczenie mięśniowe może być szacowane za pomocą następujących wybranych parametrów sygnału EMG:

  • Wartość średnia kwadratowa amplitudy (RMS ‑ root mean square)
    Sygnał EMG ma charakter stochastyczny o wartości średniej równej zeru. Z tego powodu za miarę amplitudy sygnału EMG przyjmuje się RMS. Wielu badaczy uzyskało zależności wskazujące na  związek pomiędzy wartością amplitudy sygnału EMG a napięciem mięśniowym bądź też ciśnieniem wewnątrzmięśniowym, zarówno w trakcie skurczów izometrycznych jak i skurczów dowolnych mięśni w czasie pracy. Zależność pomiędzy amplitudą sygnału EMG a siłą rozwijaną w czasie skurczu mięśni może być liniowa lub ekspotencjalna z większym wzrostem amplitudy sygnału EMG niż wartości siły. Wykazano także, że zmęczenie mięśniowe powoduje wzrost amplitudy sygnału EMG.
  • Częstotliwość medialna widma mocy (MPF ‑ median power frequency)
    Zmęczenie mięśniowe objawia się  przesunięciem widma mocy sygnału EMG w kierunku niskich częstotliwości. Przesunięcie to jest związane ze zmniejszeniem prędkości przewodzenia fali pobudzenia w mięśniach.
  • Częstość przejść przez linię zerową (ZC ‑ zero crossing)
    W ostatnich latach wykazano, że miarą zmęczenia mięśniowego może być także liczba przejść sygnału EMG przez poziom zerowy w jednostce czasu. Liczba ta maleje wraz z narastaniem zmęczenia w mięśniu.

 

Podsumowując, można stwierdzić, iż elektromiografia z wykorzystaniem elektrod powierzchniowych jest nieinwazyjną metodą, pozwalającą na oszacowanie siły mięśniowej, w niektórych wystarczająco dużych i ulokowanych bezpośrednio pod skórą mięśniach lub grupach mięśni. Popularność tej metody związana jest głównie z tym, iż nie ma innego nieinwazyjnego sposobu, który dawałaby więcej informacji o obciążeniu i zmęczeniu mięśniowym. Jednakże jest to metoda pośrednia, bardzo zależna od indywidualnych cech badanej osoby, charakteryzująca się dużą niedokładnością pomiaru. Rejestrowany sygnał pochodzi bowiem nie tylko z mięśnia nad którym elektroda jest naklejana na skórze ciała, ale również z mięśni będących w jego otoczeniu. Analiza zarejestrowanego sygnału EMG, nawet przy użyciu komputera, jest bardzo czasochłonna.

 

METODY OCENY OBCIĄŻENIA ZEWNĘTRZNEGO

 

Metody oceny obciążenia zewnętrznego różnią się między sobą sposobem postępowania podczas identyfikacji parametrów opisujących wykonywaną pracę, a także sposobem oceny obciążenia i w pewnych przypadkach wyznaczania wielkości ryzyka związanego z tym obciążeniem. Metody oceny obciążenia zewnętrznego można pogrupować ze względu na różne ich cechy charakterystyczne; metody różnią się ze względu na obszar ciała podlegający ocenie, rodzaj czynności pracy objętych metodą, dokładność danych wejściowych i procedurę oceny obciążenia (rys.3).

<

 

/CIOPPortalWAR/file/93764/202201022132&BEZPIECZNIEJ_NE_obciazenie_ms_metody_oceny_obciazenia.png
Rys. 3. Zastosowanie różnych metod do oceny obciążenia określonych obszarów ciała (kończyny górne, górna część ciała całe ciało) oraz określonego charakteru pracy (ręczny transport ładunków, prace powtarzalne, prace o zróżnicowanym charakterze) (Roman-Liu, 2015).

 

Niektóre metody umożliwiają ocenę pleców, kończyn górnych i kończyn dolnych niezależnie, podczas gdy inne metody dostarczają całościowej oceny, a jeszcze inne tylko np. kończyn górnych lub górnej części ciała. Niektóre z metod dedykowane są do oceny obciążenia tylko dla jednego określanego rodzaju czynności jak np. ręczny transport ładunków, czy praca powtarzalna kończyn górnych.

 

Ocena obciążenia i ryzyka rozwoju dolegliwości mięśniowo-szkieletowych odbywa się w metodach oceny obciążenia zewnętrznego w tych samych etapach:

a) rejestracja np. z zastosowaniem nagrania video pracownika podczas kilku cykli pracy,

b) wybór pozycji do oceny,

c) opracowanie chronometrażu z przyporządkowaniem każdej czynności czasu jej trwania,

d) klasyfikacja położenia w stawach podczas wybranych pozycji ciała,

e) dla każdej z wyszczególnionych w chronometrażu czynności przyporządkowanie parametrom wejściowym definiującym położenia ciała oraz wywieraną siłę wartości, zakresów wartości lub miar jakościowych,

f) ocena obciążenia z zastosowaniem właściwej dla danej metody procedury oceny i jeżeli metoda także ocenia ryzyko odniesienie wartości wskaźnika obciążenia do kryteriów umożliwiających zakwalifikowanie ryzyka do jednej ze stref oceny.

 

O dokładności metody decydują wszystkie etapy, co oznacza, że dokładność przeprowadzonej oceny zależy zarówno od dokładności danych wejściowych, jak i obliczeń bądź szacowania obciążenia w przyjętym systemie oceny.

 

Dane wejściowe odnoszą się do pozycji ciała, wywieranej siły i sekwencji czasu poprzez wartości lub zakresy wartości mierzonych parametrów. Jednakże, w niektórych metodach ocena położenia jest jakościowa. Procedury oceny obciążenia oparte są na prostych tabelach szacowania obciążenia, prostych zależnościach matematycznych aż do skomplikowanych procedur obliczeniowych, w których obliczenia przeprowadzane są z zastosowaniem programów komputerowych.

 

Pozycje ciała do oceny należy wybrać w taki sposób, aby uwzględnić przede wszystkim czas utrzymania pozycji lub możliwe obciążenie pozycji ciała. Wybranymi pozycjami ciała do oceny, mogą być te, które występują przez większość czasu pracy lub te, które sam pracownik określa jako obciążające układ mięśniowo-szkieletowy.

 

Metody RULA i REBA

 

Metoda NOISH

 

Metoda OCRA

 

Metoda SHIFTRISK

 

Metoda OWAS

 

Metoda STRAIN INDEX (SI)

 

 

MODELE ZINTEGROWANE

 

Dopuszczalne wartości lub kryteria rozgraniczające strefy ryzyka rozwoju dolegliwości mięśniowo-szkieletowych mogą być określone z zastosowaniem metod psychofizycznych. Są to metody pomiaru możliwości fizycznych człowieka. Metody te opierają się na pomiarach możliwości maksymalnych osób badanych bądź na określeniu ile procent badanej populacji może bez uszczerbku dla zdrowia podlegać określonemu obciążeniu. Badania mogą dotyczyć maksymalnej siły wywieranej przez określone grupy mięśniowe, maksymalnej masy podnoszonych ładunków, bądź maksymalnego czasu utrzymywania określonego obciążenia.

 

Modele zintegrowane umożliwiają wyznaczenie wartości określonego parametru w funkcji innych parametrów na podstawie prostej zależności matematycznej. Przykładem modelu zintegrowanego może by równie matematyczne przedstawiające dopuszczalną liczbę powtórzeń czynności pracy jako funkcję siły zewnętrznej. Dane graniczne dla ryzyka małego, średniego i dużego związanego z wykonywaniem czynności powtarzalnych zaprezentowane zostały na rysunku 1. Zależności matematyczne pozwalają na wyznaczenie dopuszczalnej liczby cykli w ciągu dnia pracy (zmienna y) dla określonego obciążenia zewnętrznego (zmienna x).

 

BEZPIECZNIEJ_NE_obciazenie_ms_zaleznosc_liczba_cykli_sila_zewnetrzna.png
Rys. 1. Zależność między liczbą cykli w ciągu zmiany roboczej (oś Y) i siłą zewnętrzną.