Physikalische und physiologische Aspekte
Dieser Artikel ist eine Adaption der 3. Auflage der Encyclopaedia of Occupational Health and Safety.
Anthropometrie ist ein grundlegender Zweig der physikalischen Anthropologie. Es repräsentiert den quantitativen Aspekt. Ein breites Theorie- und Praxissystem widmet sich der Definition von Methoden und Variablen, um die Ziele in den verschiedenen Anwendungsbereichen in Beziehung zu setzen. In den Bereichen Arbeitsschutz, Arbeitssicherheit und Ergonomie befassen sich anthropometrische Systeme hauptsächlich mit Körperbau, -zusammensetzung und -konstitution sowie mit den Dimensionen der Wechselbeziehungen des menschlichen Körpers zu Arbeitsplatzdimensionen, Maschinen, dem industriellen Umfeld und der Kleidung.
Anthropometrische Variablen
Eine anthropometrische Größe ist ein messbares Merkmal des Körpers, das definiert, standardisiert und auf eine Maßeinheit bezogen werden kann. Lineare Variablen werden im Allgemeinen durch Landmarken definiert, die sich genau auf den Körper zurückführen lassen. Es gibt im Allgemeinen zwei Arten von Orientierungspunkten: skelettanatomische, die durch Abtasten von Knochenvorsprüngen durch die Haut gefunden und verfolgt werden können, und virtuelle Orientierungspunkte, die einfach als maximale oder minimale Entfernungen unter Verwendung der Zweige eines Messschiebers gefunden werden.
Anthropometrische Variablen haben sowohl genetische als auch Umweltkomponenten und können verwendet werden, um individuelle und Populationsvariabilität zu definieren. Die Auswahl der Variablen muss sich auf den spezifischen Forschungszweck beziehen und mit anderen Forschungen auf demselben Gebiet standardisiert werden, da die Anzahl der in der Literatur beschriebenen Variablen sehr groß ist und bis zu 2,200 für den menschlichen Körper beschrieben wurden.
Anthropometrische Variablen sind hauptsächlich linear Maße wie Höhen, Entfernungen von Orientierungspunkten bei stehender oder sitzender Versuchsperson in standardisierter Körperhaltung; Durchmesser, wie z. B. Entfernungen zwischen bilateralen Orientierungspunkten; Längen, wie z. B. Entfernungen zwischen zwei verschiedenen Orientierungspunkten; gebogene Maßnahmen, nämlich Bögen, wie Abstände auf der Körperoberfläche zwischen zwei Landmarken; und GurteB. geschlossene Rundummaßnahmen an Körperoberflächen, in der Regel an mindestens einer Landmarke oder in definierter Höhe positioniert.
Andere Variablen können spezielle Methoden und Instrumente erfordern. Beispielsweise wird die Hautfaltendicke mit speziellen Konstantdruck-Messschiebern gemessen. Volumen werden durch Berechnung oder durch Eintauchen in Wasser gemessen. Um vollständige Informationen über die Eigenschaften der Körperoberfläche zu erhalten, kann eine Computermatrix von Oberflächenpunkten unter Verwendung biostereometrischer Techniken gezeichnet werden.
Instrumente
Obwohl hochentwickelte anthropometrische Instrumente im Hinblick auf eine automatisierte Datensammlung beschrieben und verwendet wurden, sind grundlegende anthropometrische Instrumente ziemlich einfach und leicht zu verwenden. Es muss viel Sorgfalt darauf verwendet werden, häufige Fehler zu vermeiden, die aus einer Fehlinterpretation von Orientierungspunkten und falschen Körperhaltungen von Subjekten resultieren.
Das übliche anthropometrische Instrument ist das Anthropometer – ein 2 Meter langer, starrer Stab mit zwei Zählerablesungsskalen, mit dem vertikale Körpermaße, wie Höhen von Orientierungspunkten vom Boden oder Sitz, und Quermaße, wie Durchmesser, abgenommen werden können.
Üblicherweise kann die Rute in 3 oder 4 Teile geteilt werden, die ineinander passen. Ein verschiebbarer Ast mit gerader oder gebogener Klaue ermöglicht das Messen von Abständen vom Boden für Höhen oder von einem festen Ast für Durchmesser. Ausgefeiltere Anthropometer haben eine einzige Skala für Höhen und Durchmesser, um Skalenfehler zu vermeiden, oder sind mit digitalen mechanischen oder elektronischen Lesegeräten ausgestattet (Abbildung 1).
Abbildung 1. Ein Anthropometer
Ein Stadiometer ist ein festes Anthropometer, das im Allgemeinen nur für die Statur verwendet wird und häufig mit einer Gewichtsbalkenwaage verbunden ist.
Für Querdurchmesser kann eine Reihe von Messschiebern verwendet werden: das Pelvimeter für Messungen bis 600 mm und das Cephalometer bis 300 mm. Letzteres eignet sich besonders für Kopfmessungen in Verbindung mit einem Gleitkompass (Bild 2).
Abbildung 2. Ein Cephalometer zusammen mit einem verschiebbaren Kompass
Das Fußbrett dient zur Vermessung der Füße und das Kopfbrett liefert kartesische Koordinaten des Kopfes bei Orientierung in der „Frankfurter Ebene“ (einer horizontal verlaufenden Ebene). Portion und orbital Orientierungspunkte des Kopfes).
Die Hautfaltendicke wird mit einem Hautfaltenzirkel mit konstantem Druck im Allgemeinen mit einem Druck von 9.81 x 10 gemessen4 Pa (der Druck, der durch ein Gewicht von 10 g auf eine Fläche von 1 mm ausgeübt wird2).
Für Bögen und Gurte wird ein schmales, flexibles Stahlband mit flachem Querschnitt verwendet. Selbstrichtende Stahlbänder sind zu vermeiden.
Systeme von Variablen
Ein System anthropometrischer Variablen ist ein kohärenter Satz von Körpermaßen zur Lösung bestimmter Probleme.
Im Bereich Ergonomie und Sicherheit besteht das Hauptproblem darin, Geräte und Arbeitsplatz an den Menschen anzupassen und Kleidung auf die richtige Größe zuzuschneiden.
Ausrüstung und Arbeitsbereich erfordern hauptsächlich lineare Maße von Gliedmaßen und Körpersegmenten, die leicht aus Höhen und Durchmessern von Orientierungspunkten berechnet werden können, während Schneidergrößen hauptsächlich auf Bögen, Umfang und flexiblen Bandlängen basieren. Beide Systeme können je nach Bedarf kombiniert werden.
In jedem Fall ist es zwingend erforderlich, für jede Messung einen genauen Raumbezug zu haben. Die Orientierungspunkte müssen daher durch Höhen und Durchmesser verbunden sein und jeder Bogen oder Umfang muss eine definierte Orientierungspunktreferenz haben. Höhen und Neigungen müssen angegeben werden.
Bei einer bestimmten Erhebung muss die Anzahl der Variablen auf ein Minimum beschränkt werden, um eine übermäßige Belastung der Versuchsperson und des Bedieners zu vermeiden.
Ein grundlegender Satz von Variablen für den Arbeitsbereich wurde auf 33 gemessene Variablen (Abbildung 3) plus 20 durch eine einfache Berechnung abgeleitete Variablen reduziert. Für eine militärische Allzweckumfrage verwenden Hertzberg und Mitarbeiter 146 Variablen. Für Kleidung und allgemeine biologische Zwecke hat das Italian Fashion Board (Geben Sie Italiano della Moda ein) verwendet einen Satz von 32 allgemeinen und 28 technischen Variablen. Die deutsche Norm (DIN 61 516) der Kontrollkörpermaße für Kleidung umfasst 12 Variablen. Die Empfehlung der Internationalen Organisation für Normung (ISO) für Anthropometrie enthält eine Kernliste von 36 Variablen (siehe Tabelle 1). Die von der ILO veröffentlichten International Data on Anthropometry-Tabellen listen 19 Körpermaße für die Bevölkerung von 20 verschiedenen Regionen der Welt auf (Jürgens, Aune und Pieper 1990).
Abbildung 3. Grundlegender Satz anthropometrischer Variablen
Tabelle 1. Grundlegende anthropometrische Kernliste
1.1 Vorwärtsreichweite (zum Handgriff, während der Proband aufrecht an einer Wand steht)
1.2 Statur (vertikaler Abstand vom Boden zum Scheitel des Kopfes)
1.3 Augenhöhe (vom Boden bis zum inneren Augenwinkel)
1.4 Schulterhöhe (vom Boden bis zum Schulterdach)
1.5 Ellenbogenhöhe (vom Boden bis zur radialen Vertiefung des Ellenbogens)
1.6 Schritthöhe (vom Boden bis zum Schambein)
1.7 Fingerspitzenhöhe (vom Boden bis zur Griffachse der Faust)
1.8 Schulterbreite (Biakromialdurchmesser)
1.9 Hüftbreite, stehend (der maximale Abstand über den Hüften)
2.1 Sitzhöhe (von Sitzfläche bis Kopfscheitel)
2.2 Augenhöhe sitzend (vom Sitz bis zum inneren Augenwinkel)
2.3 Schulterhöhe sitzend (vom Sitz bis zum Schulterdach)
2.4 Ellbogenhöhe sitzend (vom Sitz bis zum tiefsten Punkt des gebeugten Ellbogens)
2.5 Kniehöhe (von der Fußstütze bis zur Oberschenkeloberseite)
2.6 Unterschenkellänge (Höhe der Sitzfläche)
2.7 Unterarm-Hand-Länge (von der Rückseite des gebeugten Ellbogens bis zur Griffachse)
2.8 Körpertiefe sitzend (Sitztiefe)
2.9 Gesäß-Knie-Länge (von der Kniescheibe bis zum hintersten Punkt des Gesäßes)
2.10 Ellbogen zu Ellbogenbreite (Abstand zwischen den Seitenflächen der Ellbogen)
2.11 Hüftbreite sitzend (Sitzbreite)
3.1 Zeigefingerbreite, proximal (am Gelenk zwischen Mittel- und Grundphalangen)
3.2 Zeigefingerbreite, distal (am Gelenk zwischen End- und Mittelglied)
3.3 Zeigefingerlänge
3.4 Handlänge (von der Spitze des Mittelfingers bis zum Griffel)
3.5 Handbreite (an Mittelhand)
3.6 Umfang des Handgelenks
4.1 Fußbreite
4.2 Fußlänge
5.1 Wärmeumfang (bei Glabella)
5.2 Sagittalbogen (von Glabella bis Inion)
5.3 Kopflänge (von Glabella bis Opisthocranion)
5.4 Kopfbreite (maximal über dem Ohr)
5.5 Bitragionsbogen (über dem Kopf zwischen den Ohren)
6.1 Taillenumfang (am Nabel)
6.2 Tibiahöhe (vom Boden bis zum höchsten Punkt am anteromedialen Rand des Glenoids der Tibia)
6.3 Halswirbelsäule sitzend (bis zur Spitze des Dornfortsatzes des 7. Halswirbels).
Quelle: Adaptiert von ISO/DP 7250 1980).
Präzision und Fehler
Die Präzision lebender Körpermaße muss stochastisch betrachtet werden, da der menschliche Körper sowohl als statische als auch als dynamische Struktur höchst unberechenbar ist.
Ein einzelnes Individuum kann in seiner Muskulatur und Fettleibigkeit wachsen oder sich verändern; aufgrund von Alter, Krankheit oder Unfällen Skelettveränderungen erleiden; oder Verhalten oder Körperhaltung ändern. Verschiedene Fächer unterscheiden sich durch Proportionen, nicht nur durch allgemeine Abmessungen. Hochgewachsene Personen sind nicht bloße Vergrößerungen von Kleinwüchsigen; Konstitutionstypen und Somatotypen variieren wahrscheinlich mehr als allgemeine Dimensionen.
Die Verwendung von Schaufensterpuppen, insbesondere von Schaufensterpuppen, die das 5., 50. und 95. Perzentil darstellen, für Anprobeversuche kann sehr irreführend sein, wenn Körpervariationen bei den Körperproportionen nicht berücksichtigt werden.
Fehler resultieren aus der Fehlinterpretation von Orientierungspunkten und der falschen Verwendung von Instrumenten (persönlicher Fehler), ungenauen oder ungenauen Instrumenten (instrumenteller Fehler) oder Änderungen in der Haltung des Subjekts (Subjektfehler – letzteres kann auf Kommunikationsschwierigkeiten zurückzuführen sein, wenn der kulturelle oder sprachliche Hintergrund von das Thema unterscheidet sich von dem des Betreibers).
Statistische Behandlung
Anthropometrische Daten müssen mit statistischen Verfahren behandelt werden, hauptsächlich im Bereich der Inferenzmethoden, die univariate (Mittelwert, Modus, Perzentile, Histogramme, Varianzanalyse usw.), bivariate (Korrelation, Regression) und multivariate (multiple Korrelation und Regression, Faktorenanalyse) anwenden , usw.) Methoden. Zur Klassifizierung von Menschentypen wurden verschiedene grafische Methoden entwickelt, die auf statistischen Anwendungen basieren (Anthropometrogramme, Morphosomatogramme).
Probenahme und Erhebung
Da anthropometrische Daten nicht für die gesamte Population erhoben werden können (außer im seltenen Fall einer besonders kleinen Population), ist in der Regel eine Stichprobenziehung erforderlich. Ausgangspunkt jeder anthropometrischen Erhebung sollte eine grundsätzlich stichprobenartige Stichprobe sein. Um die Zahl der gemessenen Probanden auf einem vertretbaren Niveau zu halten, muss in der Regel auf eine mehrstufig geschichtete Stichprobe zurückgegriffen werden. Dies ermöglicht eine möglichst homogene Unterteilung der Bevölkerung in mehrere Klassen oder Schichten.
Die Bevölkerung kann nach Geschlecht, Altersgruppe, geografischem Gebiet, sozialen Variablen, körperlicher Aktivität usw. unterteilt werden.
Erhebungsbögen müssen unter Berücksichtigung sowohl des Messverfahrens als auch der Datenverarbeitung gestaltet werden. Eine genaue ergonomische Untersuchung des Messverfahrens sollte durchgeführt werden, um die Ermüdung des Bedieners und mögliche Fehler zu reduzieren. Aus diesem Grund müssen Variablen nach dem verwendeten Instrument gruppiert und der Reihe nach geordnet werden, um die Anzahl der Körperbeugungen zu reduzieren, die der Bediener ausführen muss.
Um die Auswirkungen persönlicher Fehler zu verringern, sollte die Umfrage von einem Bediener durchgeführt werden. Wenn mehr als ein Bediener verwendet werden muss, ist eine Schulung erforderlich, um die Reproduzierbarkeit der Messungen sicherzustellen.
Bevölkerungsanthropometrie
Ungeachtet des stark kritisierten Begriffs „Rasse“ sind menschliche Populationen dennoch sehr unterschiedlich in der Größe der Individuen und in der Größenverteilung. Im Allgemeinen sind menschliche Populationen nicht streng mendelsch; sie sind üblicherweise das Ergebnis einer Beimischung. Manchmal leben zwei oder mehr Populationen mit unterschiedlicher Herkunft und Anpassung im selben Gebiet zusammen, ohne sich zu kreuzen. Dies erschwert die theoretische Verteilung von Merkmalen. Aus anthropometrischer Sicht sind Geschlechter unterschiedliche Populationen. Populationen von Arbeitnehmern entsprechen möglicherweise nicht genau der biologischen Population desselben Gebiets als Folge einer möglichen Eignungsauswahl oder automatischen Auswahl aufgrund der Berufswahl.
Populationen aus verschiedenen Gebieten können sich aufgrund unterschiedlicher Anpassungsbedingungen oder biologischer und genetischer Strukturen unterscheiden.
Wenn eine enge Anpassung wichtig ist, ist eine Erhebung an einer Stichprobe erforderlich.
Anpassungsversuche und Regulierung
Die Anpassung des Arbeitsplatzes oder der Ausrüstung an den Benutzer kann nicht nur von den Körpermaßen abhängen, sondern auch von solchen Variablen wie Unbequemlichkeit und Art der Tätigkeiten, Kleidung, Werkzeuge und Umgebungsbedingungen. Es kann eine Kombination aus einer Checkliste relevanter Faktoren, einem Simulator und einer Reihe von Anpassungsversuchen unter Verwendung einer Stichprobe von Probanden verwendet werden, die ausgewählt wurden, um den Bereich der Körpergrößen der erwarteten Benutzerpopulation darzustellen.
Ziel ist es, Toleranzbereiche für alle Probanden zu finden. Wenn sich die Bereiche überschneiden, ist es möglich, einen engeren Endbereich zu wählen, der nicht außerhalb der Toleranzgrenzen eines Subjekts liegt. Wenn es keine Überlappung gibt, ist es notwendig, die Struktur verstellbar zu machen oder sie in verschiedenen Größen bereitzustellen. Wenn mehr als zwei Dimensionen einstellbar sind, kann ein Proband möglicherweise nicht entscheiden, welche der möglichen Einstellungen am besten zu ihm passt.
Die Einstellbarkeit kann eine komplizierte Angelegenheit sein, insbesondere wenn unbequeme Körperhaltungen zu Ermüdung führen. Dem Benutzer, der häufig wenig oder gar nichts über seine eigenen anthropometrischen Eigenschaften weiß, müssen daher genaue Angaben gemacht werden. Im Allgemeinen sollte ein genaues Design den Anpassungsbedarf auf ein Minimum reduzieren. Auf jeden Fall sollte man sich immer vor Augen halten, dass es sich um Anthropometrie handelt, nicht nur um Technik.
Dynamische Anthropometrie
Statische Anthropometrie kann umfassende Informationen über Bewegungen liefern, wenn ein geeigneter Satz von Variablen ausgewählt wurde. Wenn Bewegungen jedoch kompliziert sind und eine enge Anpassung an das industrielle Umfeld erwünscht ist, wie bei den meisten Benutzer-Maschine- und Mensch-Fahrzeug-Schnittstellen, ist eine genaue Erfassung von Körperhaltungen und Bewegungen erforderlich. Dies kann mit geeigneten Attrappen, die das Nachzeichnen von Reichweiten ermöglichen, oder durch Fotografie erfolgen. In diesem Fall ermöglicht eine mit einem Teleobjektiv und einem anthropometrischen Stab ausgestattete Kamera, die in der Sagittalebene des Objekts platziert ist, standardisierte Aufnahmen mit geringer Bildverzerrung. Kleine Markierungen an den Artikulationen der Probanden ermöglichen die genaue Bewegungsverfolgung.
Eine andere Möglichkeit, Bewegungen zu studieren, besteht darin, Haltungsänderungen gemäß einer Reihe horizontaler und vertikaler Ebenen zu formalisieren, die durch die Artikulationen verlaufen. Auch hier ist die Verwendung computergestützter menschlicher Modelle mit CAD-Systemen (Computer Aided Design) ein praktikabler Weg, dynamische Anthropometrie in die ergonomische Arbeitsplatzgestaltung einzubeziehen.
Muskelarbeit in beruflichen Aktivitäten
In den Industrieländern sind noch etwa 20 % der Erwerbstätigen in Tätigkeiten beschäftigt, die Muskelkraft erfordern (Rutenfranz et al. 1990). Die Zahl der konventionellen schweren körperlichen Tätigkeiten hat abgenommen, andererseits sind viele Tätigkeiten statischer, asymmetrischer und stationärer geworden. In Entwicklungsländern ist Muskelarbeit in allen Formen immer noch weit verbreitet.
Muskelarbeit bei beruflichen Tätigkeiten kann grob in vier Gruppen eingeteilt werden: schwere dynamische Muskelarbeit, manuelle Materialhandhabung, statische Arbeit und repetitive Arbeit. Schwere dynamische Arbeitsaufgaben finden sich beispielsweise in der Forstwirtschaft, der Landwirtschaft und dem Baugewerbe. Die Materialhandhabung ist beispielsweise in der Pflege, im Transportwesen und in der Lagerhaltung üblich, während statische Belastungen in der Büroarbeit, der Elektronikindustrie und bei Reparatur- und Wartungsarbeiten auftreten. Repetitive Arbeitsaufgaben finden sich beispielsweise in der Lebensmittel- und Holz verarbeitenden Industrie.
Es ist wichtig zu beachten, dass manuelle Materialhandhabung und repetitive Arbeit grundsätzlich entweder dynamische oder statische Muskelarbeit oder eine Kombination aus diesen beiden sind.
Physiologie der Muskelarbeit
Dynamische Muskelarbeit
Bei dynamischer Arbeit kontrahieren und entspannen sich aktive Skelettmuskeln rhythmisch. Der Blutfluss zu den Muskeln wird erhöht, um den Stoffwechselanforderungen gerecht zu werden. Die erhöhte Durchblutung wird durch erhöhtes Pumpen des Herzens (Herzzeitvolumen), verringerte Durchblutung in inaktiver Bereiche wie Nieren und Leber und eine erhöhte Anzahl offener Blutgefäße in der arbeitenden Muskulatur erreicht. Herzfrequenz, Blutdruck und Sauerstoffentzug in der Muskulatur steigen linear zur Arbeitsintensität. Auch die Lungenventilation wird durch tieferes Atmen und erhöhte Atemfrequenz erhöht. Der Zweck der Aktivierung des gesamten Herz-Kreislauf-Systems besteht darin, die Sauerstoffzufuhr zu den aktiven Muskeln zu verbessern. Der bei schwerer dynamischer Muskelarbeit gemessene Sauerstoffverbrauch zeigt die Intensität der Arbeit an. Der maximale Sauerstoffverbrauch (VO2max) gibt die maximale Kapazität der Person für aerobes Training an. Sauerstoffverbrauchswerte können in Energieverbrauch umgerechnet werden (1 Liter Sauerstoffverbrauch pro Minute entspricht ca. 5 kcal/min oder 21 kJ/min).
Bei dynamischer Arbeit, wenn die aktive Muskelmasse kleiner ist (wie in den Armen), sind die maximale Arbeitsleistung und der maximale Sauerstoffverbrauch geringer als bei dynamischer Arbeit mit großen Muskeln. Bei gleicher externer Arbeitsleistung ruft dynamische Arbeit mit kleinen Muskeln höhere kardiorespiratorische Reaktionen hervor (z. B. Herzfrequenz, Blutdruck) als Arbeit mit großen Muskeln (Abbildung 1).
Abbildung 1. Statische versus dynamische Arbeit
Statische Muskelarbeit
Bei statischer Arbeit erzeugt die Muskelkontraktion keine sichtbare Bewegung, wie beispielsweise in einem Glied. Statische Arbeit erhöht den Druck innerhalb des Muskels, was zusammen mit der mechanischen Kompression die Blutzirkulation teilweise oder vollständig blockiert. Die Zufuhr von Nährstoffen und Sauerstoff zum Muskel und der Abtransport von Stoffwechselendprodukten aus dem Muskel werden behindert. So ermüden Muskeln bei statischer Arbeit leichter als bei dynamischer Arbeit.
Das auffälligste Kreislaufmerkmal statischer Arbeit ist ein Anstieg des Blutdrucks. Herzfrequenz und Herzzeitvolumen ändern sich nicht wesentlich. Ab einer bestimmten Belastungsintensität steigt der Blutdruck in direktem Zusammenhang mit der Intensität und Dauer der Belastung. Darüber hinaus erzeugt statisches Training mit großen Muskelgruppen bei gleicher relativer Anstrengungsintensität eine stärkere Blutdruckreaktion als Training mit kleineren Muskeln. (Siehe Abbildung 2)
Abbildung 2. Das erweiterte Spannungs-Dehnungs-Modell modifiziert nach Rohmert (1984)
Prinzipiell ist die Regulation von Belüftung und Kreislauf bei statischer Arbeit ähnlich wie bei dynamischer Arbeit, jedoch sind die Stoffwechselsignale der Muskulatur stärker und bewirken ein anderes Reaktionsmuster.
Folgen muskulärer Überlastung bei beruflichen Aktivitäten
Der Grad der körperlichen Belastung, die ein Arbeiter bei Muskelarbeit erfährt, hängt von der Größe der arbeitenden Muskelmasse, der Art der Muskelkontraktionen (statisch, dynamisch), der Intensität der Kontraktionen und individuellen Eigenschaften ab.
Wenn die Muskelbelastung die körperlichen Fähigkeiten des Arbeiters nicht übersteigt, passt sich der Körper an die Belastung an und die Erholung erfolgt schnell, wenn die Arbeit beendet wird. Ist die Muskelbelastung zu hoch, kommt es zu Ermüdung, verminderter Leistungsfähigkeit und verlangsamter Erholung. Spitzenbelastungen oder längere Überlastungen können zu Organschäden (in Form von Berufs- oder arbeitsbedingten Erkrankungen) führen. Andererseits kann Muskelarbeit bestimmter Intensität, Häufigkeit und Dauer auch zu Trainingseffekten führen, während andererseits eine zu geringe muskuläre Beanspruchung zu Detrainingseffekten führen kann. Diese Beziehungen werden durch die sog erweitertes Spannungs-Dehnungs-Konzept entwickelt von Rohmert (1984) (Abbildung 3).
Abbildung 3. Analyse akzeptabler Workloads
Im Allgemeinen gibt es wenig epidemiologische Beweise dafür, dass Muskelüberlastung ein Risikofaktor für Krankheiten ist. In körperlich anstrengenden Berufen, insbesondere bei älteren Arbeitnehmern, treffen jedoch ein schlechter Gesundheitszustand, eine Behinderung und eine subjektive Überlastung am Arbeitsplatz aufeinander. Darüber hinaus hängen viele Risikofaktoren für arbeitsbedingte Muskel-Skelett-Erkrankungen mit verschiedenen Aspekten der muskulären Arbeitsbelastung zusammen, wie z. B. Kraftaufwand, schlechte Arbeitshaltungen, Heben und plötzliche Spitzenbelastungen.
Eines der Ziele der Ergonomie war es, akzeptable Grenzen für Muskelarbeitsbelastungen zu bestimmen, die zur Vorbeugung von Ermüdung und Störungen angewendet werden könnten. Während die Prävention chronischer Wirkungen im Mittelpunkt der Epidemiologie steht, befasst sich die Arbeitsphysiologie meist mit kurzfristigen Wirkungen, also Ermüdung bei Arbeitsaufgaben oder während eines Arbeitstages.
Akzeptable Arbeitsbelastung bei schwerer dynamischer Muskelarbeit
Die Bewertung der akzeptablen Arbeitsbelastung bei dynamischen Arbeitsaufgaben basiert traditionell auf Messungen des Sauerstoffverbrauchs (oder entsprechend des Energieverbrauchs). Der Sauerstoffverbrauch lässt sich relativ einfach im Feld mit tragbaren Geräten (z. B. Douglas-Tasche, Max-Planck-Respirometer, Oxylog, Cosmed) messen oder aus Herzfrequenzmessungen abschätzen, die z. B. am Arbeitsplatz zuverlässig durchgeführt werden können , mit dem SportTester-Gerät. Die Verwendung der Herzfrequenz bei der Schätzung des Sauerstoffverbrauchs erfordert, dass sie individuell gegen den gemessenen Sauerstoffverbrauch in einem Standardarbeitsmodus im Labor kalibriert wird, dh der Untersucher muss den Sauerstoffverbrauch des einzelnen Subjekts bei einer gegebenen Herzfrequenz kennen. Herzfrequenzaufzeichnungen sollten mit Vorsicht behandelt werden, da sie auch von Faktoren wie körperlicher Fitness, Umgebungstemperatur, psychischen Faktoren und der Größe der aktiven Muskelmasse beeinflusst werden. Daher können Herzfrequenzmessungen zu Überschätzungen des Sauerstoffverbrauchs führen, ebenso wie Sauerstoffverbrauchswerte zu Unterschätzungen der globalen physiologischen Belastung führen können, indem sie nur den Energiebedarf widerspiegeln.
Relative aerobe Belastung (RAS) ist definiert als der Bruchteil (ausgedrückt in Prozent) des Sauerstoffverbrauchs eines Arbeiters, gemessen am Arbeitsplatz, relativ zu seiner VO2max im Labor gemessen. Wenn nur Herzfrequenzmessungen verfügbar sind, kann eine gute Annäherung an RAS erfolgen, indem ein Wert für den prozentualen Herzfrequenzbereich (% HF-Bereich) mit der sogenannten Karvonen-Formel wie in Abbildung 3 berechnet wird.
VO2max wird normalerweise auf einem Fahrradergometer oder Laufband gemessen, bei denen der mechanische Wirkungsgrad hoch ist (20-25%). Wenn die aktive Muskelmasse kleiner oder die statische Komponente höher ist, wird VO2max und die mechanische Effizienz wird geringer sein als im Fall von Übungen mit großen Muskelgruppen. Beispielsweise hat sich herausgestellt, dass bei der Sortierung von Postpaketen die VO2max der Arbeiter betrug nur 65 % des auf einem Fahrradergometer gemessenen Maximums, und die mechanische Effizienz der Aufgabe betrug weniger als 1 %. Wenn Richtlinien auf dem Sauerstoffverbrauch basieren, sollte der Testmodus im Maximaltest so nah wie möglich an der realen Aufgabe sein. Dieses Ziel ist jedoch schwer zu erreichen.
Gemäß der klassischen Studie von Åstrand (1960) sollte die RAS während eines achtstündigen Arbeitstages 50 % nicht überschreiten. In ihren Experimenten nahm bei einer Arbeitsbelastung von 50 % das Körpergewicht ab, die Herzfrequenz erreichte nicht den stabilen Zustand und das subjektive Unbehagen nahm im Laufe des Tages zu. Sie empfahl eine RAS-Grenze von 50 % für Männer und Frauen. Später fand sie heraus, dass Bauarbeiter während eines Arbeitstages spontan ein durchschnittliches RAS-Niveau von 40 % (Bereich 25-55 %) wählten. Mehrere neuere Studien haben gezeigt, dass die akzeptable RAS unter 50 % liegt. Die meisten Autoren empfehlen 30-35 % als akzeptables RAS-Niveau für den gesamten Arbeitstag.
Ursprünglich wurden die akzeptablen RAS-Werte für reine dynamische Muskelarbeit entwickelt, die im realen Arbeitsleben selten vorkommt. Es kann vorkommen, dass akzeptable RAS-Werte beispielsweise bei einer Hebeaufgabe nicht überschritten werden, aber die lokale Belastung des Rückens kann akzeptable Werte erheblich überschreiten. Trotz ihrer Einschränkungen wurde die RAS-Bestimmung in großem Umfang zur Bewertung der körperlichen Belastung in verschiedenen Berufen eingesetzt.
Neben der Messung oder Abschätzung des Sauerstoffverbrauchs stehen auch andere nützliche feldphysiologische Methoden zur Quantifizierung der körperlichen Belastung oder Beanspruchung bei schwerer dynamischer Arbeit zur Verfügung. Bei der Abschätzung des Energieverbrauchs können Beobachtungstechniken eingesetzt werden (z. B. mit Hilfe des Edholm-Skala) (Edholm 1966). Bewertung der empfundenen Anstrengung (RPE) gibt die subjektive Anhäufung von Müdigkeit an. Neue ambulante Blutdrucküberwachungssysteme ermöglichen detailliertere Analysen der Kreislaufreaktionen.
Akzeptable Arbeitsbelastung bei der manuellen Materialhandhabung
Die manuelle Materialhandhabung umfasst Arbeitsaufgaben wie das Heben, Tragen, Schieben und Ziehen verschiedener externer Lasten. Der größte Teil der Forschung in diesem Bereich konzentrierte sich auf Probleme im unteren Rücken bei Hebeaufgaben, insbesondere aus biomechanischer Sicht.
Für Hebeaufgaben wurde ein RAS-Wert von 20-35 % empfohlen, wenn die Aufgabe mit einem individuellen maximalen Sauerstoffverbrauch verglichen wird, der aus einem Fahrradergometertest ermittelt wurde.
Empfehlungen für eine maximal zulässige Herzfrequenz sind entweder absolut oder bezogen auf die Ruheherzfrequenz. Die absoluten Werte für Männer und Frauen liegen bei 90-112 Schlägen pro Minute bei kontinuierlicher manueller Materialhandhabung. Diese Werte entsprechen in etwa den empfohlenen Werten für die Steigerung der Herzfrequenz über Ruhewerte, also 30 bis 35 Schläge pro Minute. Diese Empfehlungen gelten auch für schwere dynamische Muskelarbeit für junge und gesunde Männer und Frauen. Wie bereits erwähnt, sollten Herzfrequenzdaten jedoch mit Vorsicht behandelt werden, da sie auch von anderen Faktoren als der Muskelarbeit beeinflusst werden.
Die auf biomechanischen Analysen basierenden Richtlinien für die akzeptable Arbeitsbelastung bei der manuellen Materialhandhabung umfassen mehrere Faktoren, wie z. B. Gewicht der Last, Handhabungshäufigkeit, Hubhöhe, Abstand der Last vom Körper und körperliche Eigenschaften der Person.
In einer großangelegten Feldstudie (Louhevaara, Hakola und Ollila 1990) wurde festgestellt, dass gesunde männliche Arbeiter während einer Schicht 4 bis 5 kg schwere Postpakete ohne Anzeichen objektiver oder subjektiver Ermüdung handhaben konnten. Der größte Teil des Umschlags fand unter Schulterhöhe statt, die durchschnittliche Umschlagshäufigkeit lag unter 8 Paketen pro Minute und die Gesamtzahl der Pakete lag unter 1,500 pro Schicht. Die mittlere Herzfrequenz der Arbeiter betrug 101 Schläge pro Minute und ihr mittlerer Sauerstoffverbrauch 1.0 l/min, was 31 % RAS bezogen auf das Fahrradmaximum entsprach.
Auch Beobachtungen von Arbeitshaltungen und Krafteinsatz, z. B. nach der OWAS-Methode (Karhu, Kansi und Kuorinka 1977), Ratings der empfundenen Anstrengung und ambulante Blutdruckmessungen sind geeignete Methoden zur Belastungsabschätzung im manuellen Materialhandling. Mittels Elektromyographie lassen sich lokale Belastungsreaktionen beispielsweise der Arm- und Rückenmuskulatur beurteilen.
Akzeptable Arbeitsbelastung für statische Muskelarbeit
Statische Muskelarbeit ist vor allem bei der Aufrechterhaltung der Arbeitshaltung erforderlich. Die Dauer der statischen Kontraktion hängt exponentiell von der relativen Kontraktionskraft ab. Das bedeutet beispielsweise, dass bei einer statischen Kontraktion von 20 % der Maximalkraft die Standzeit 5 bis 7 Minuten beträgt und bei einer Relativkraft von 50 % etwa 1 Minute.
Ältere Studien haben gezeigt, dass keine Ermüdung auftritt, wenn die relative Kraft unter 15 % der Maximalkraft liegt. Neuere Studien haben jedoch gezeigt, dass die akzeptable relative Kraft spezifisch für den Muskel oder die Muskelgruppe ist und 2 bis 5 % der maximalen statischen Kraft beträgt. Diese Kraftgrenzen sind jedoch in praktischen Arbeitssituationen schwierig anzuwenden, da sie elektromyographische Aufzeichnungen erfordern.
Für den Praktiker stehen weniger Feldmethoden zur Quantifizierung der Belastung bei statischen Arbeiten zur Verfügung. Es gibt einige Beobachtungsmethoden (z. B. die OWAS-Methode), um den Anteil schlechter Arbeitshaltungen zu analysieren, dh Haltungen, die von normalen Mittelstellungen der Hauptgelenke abweichen. Blutdruckmessungen und Bewertungen der wahrgenommenen Anstrengung können nützlich sein, während die Herzfrequenz nicht so anwendbar ist.
Akzeptable Arbeitsbelastung bei sich wiederholender Arbeit
Repetitive Arbeit mit kleinen Muskelgruppen ähnelt statischer Muskelarbeit im Hinblick auf Kreislauf- und Stoffwechselreaktionen. Typischerweise kontrahieren die Muskeln bei sich wiederholender Arbeit über 30 Mal pro Minute. Wenn die relative Kontraktionskraft 10 % der Maximalkraft übersteigt, beginnen Ausdauer und Muskelkraft abzunehmen. Es gibt jedoch große individuelle Unterschiede in den Ausdauerzeiten. Beispielsweise variiert die Ausdauerzeit zwischen zwei und fünfzig Minuten, wenn sich der Muskel 90 bis 110 Mal pro Minute bei einem relativen Kraftniveau von 10 bis 20 % zusammenzieht (Laurig 1974).
Es ist sehr schwierig, endgültige Kriterien für repetitive Arbeit festzulegen, da selbst sehr leichte Arbeiten (wie bei der Verwendung einer Mikrocomputermaus) zu einem Anstieg des intramuskulären Drucks führen können, der manchmal zu Muskelfaserschwellungen, Schmerzen und Verringerung führen kann an Muskelkraft.
Wiederholte und statische Muskelarbeit führt bei sehr niedrigen relativen Kraftniveaus zu Ermüdung und reduzierter Arbeitskapazität. Daher sollten ergonomische Eingriffe darauf abzielen, die Anzahl sich wiederholender Bewegungen und statischer Kontraktionen so weit wie möglich zu minimieren. Für die Belastungsbewertung bei repetitiven Arbeiten stehen nur sehr wenige Feldmethoden zur Verfügung.
Prävention von Muskelüberlastung
Es gibt relativ wenige epidemiologische Beweise dafür, dass Muskelbelastung gesundheitsschädlich ist. Arbeitsphysiologische und ergonomische Studien weisen jedoch darauf hin, dass Muskelüberlastung zu Ermüdung (dh Abnahme der Arbeitsfähigkeit) führt und die Produktivität und Arbeitsqualität verringern kann.
Die Prävention einer Muskelüberlastung kann sich auf den Arbeitsinhalt, das Arbeitsumfeld und den Arbeitnehmer beziehen. Die Belastung kann durch technische Mittel angepasst werden, die sich auf das Arbeitsumfeld, die Werkzeuge und/oder die Arbeitsweise konzentrieren. Der schnellste Weg, die muskuläre Belastung zu regulieren, ist die individuelle Flexibilisierung der Arbeitszeit. Das bedeutet, Arbeits- und Ruhezeiten zu entwerfen, die die Arbeitsbelastung sowie die Bedürfnisse und Fähigkeiten des einzelnen Arbeitnehmers berücksichtigen.
Statische und sich wiederholende Muskelarbeit sollte auf ein Minimum beschränkt werden. Gelegentliche schwere dynamische Arbeitsphasen können zur Aufrechterhaltung einer ausdauerähnlichen körperlichen Fitness sinnvoll sein. Die wahrscheinlich nützlichste Form der körperlichen Aktivität, die in einen Arbeitstag integriert werden kann, ist zügiges Gehen oder Treppensteigen.
Die Verhinderung einer Muskelüberlastung ist jedoch sehr schwierig, wenn die körperliche Fitness oder die Arbeitsfähigkeiten eines Arbeiters schlecht sind. Ein angemessenes Training verbessert die Arbeitsfertigkeiten und kann die Muskelbelastung bei der Arbeit reduzieren. Auch regelmäßige körperliche Betätigung während der Arbeit oder in der Freizeit erhöht die Muskel- und Herz-Kreislauf-Kapazitäten des Arbeitnehmers.
Die Haltung einer Person bei der Arbeit – die gemeinsame Organisation von Rumpf, Kopf und Extremitäten – kann aus mehreren Blickwinkeln analysiert und verstanden werden. Körperhaltungen zielen darauf ab, die Arbeit voranzubringen; daher haben sie eine Endgültigkeit, die ihre Natur, ihre zeitliche Beziehung und ihre (physiologischen oder sonstigen) Kosten für die betreffende Person beeinflusst. Es besteht eine enge Wechselwirkung zwischen den physiologischen Fähigkeiten und Eigenschaften des Körpers und den Anforderungen der Arbeit.
Muskel-Skelett-Belastung ist ein notwendiges Element der Körperfunktionen und unverzichtbar für das Wohlbefinden. Aus gestalterischer Sicht geht es darum, die optimale Balance zwischen Notwendigem und Überflüssigem zu finden.
Körperhaltungen interessieren Forscher und Praktiker zumindest aus den folgenden Gründen:
Abbildung 1. Zu hohe Handpositionen oder Vorwärtsbeugen gehören zu den häufigsten Arten, eine „statische“ Belastung zu erzeugen
Sicherheit, Gesundheit und Arbeitshaltung
Aus Sicht der Sicherheit und Gesundheit können alle oben beschriebenen Aspekte der Körperhaltung wichtig sein. Die größte Aufmerksamkeit haben jedoch Körperhaltungen als Ursache für Muskel-Skelett-Erkrankungen wie Erkrankungen des unteren Rückens auf sich gezogen. Muskel-Skelett-Probleme im Zusammenhang mit sich wiederholender Arbeit sind auch mit Körperhaltungen verbunden.
Schmerzen im unteren Rückenbereich (LBP) ist ein Oberbegriff für verschiedene Erkrankungen des unteren Rückens. Es hat viele Ursachen und die Körperhaltung ist ein mögliches ursächliches Element. Epidemiologische Studien haben gezeigt, dass körperlich schwere Arbeit Kreuzschmerzen begünstigt und dass Körperhaltungen ein Element in diesem Prozess sind. Es gibt mehrere mögliche Mechanismen, die erklären, warum bestimmte Körperhaltungen LBP verursachen können. Vorgebeugte Haltungen erhöhen die Belastung der Wirbelsäule und der Bänder, die besonders anfällig für Belastungen in einer verdrehten Haltung sind. Äußere Belastungen, insbesondere dynamische, wie z. B. durch Stöße und Rutschen, können die Belastungen des Rückens um ein Vielfaches erhöhen.
Aus Sicherheits- und Gesundheitsgründen ist es wichtig, Fehlhaltungen und andere Haltungselemente im Rahmen der Sicherheits- und Gesundheitsanalyse der Arbeit im Allgemeinen zu identifizieren.
Erfassung und Messung der Arbeitshaltung
Körperhaltungen können durch visuelle Beobachtung oder mehr oder weniger ausgefeilte Messtechniken erfasst und objektiv gemessen werden. Sie können auch mithilfe von Selbstbewertungsschemata erfasst werden. Die meisten Methoden betrachten die Körperhaltung als eines der Elemente in einem größeren Kontext, beispielsweise als Teil des Arbeitsinhalts – ebenso wie die von AET und Renault Les Profile des Posts (Landau und Rohmert 1981; RNUR 1976) – oder als Ausgangspunkt für biomechanische Berechnungen, die auch andere Komponenten berücksichtigen.
Trotz der Fortschritte in der Messtechnik bleibt die visuelle Beobachtung unter Feldbedingungen das einzig praktikable Mittel zur systematischen Erfassung von Körperhaltungen. Die Genauigkeit solcher Messungen bleibt jedoch gering. Trotzdem können Haltungsbeobachtungen eine reichhaltige Informationsquelle für die Arbeit im Allgemeinen sein.
Die folgende kurze Liste von Messmethoden und -techniken stellt ausgewählte Beispiele vor:
Video ist normalerweise ein integraler Bestandteil des Aufnahme- und Analyseprozesses. Das US National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) hat Richtlinien für den Einsatz von Videomethoden in der Gefahrenanalyse vorgelegt (NIOSH 1990).
Biomechanische und anthropometrische Computerprogramme bieten spezialisierte Werkzeuge zur Analyse einiger posturaler Elemente in der Arbeitstätigkeit und im Labor (z. B. Chaffin 1969).
Faktoren, die die Arbeitshaltung beeinflussen
Arbeitshaltungen dienen einem Ziel, einer Endgültigkeit außerhalb ihrer selbst. Deshalb beziehen sie sich auf äußere Arbeitsbedingungen. Haltungsanalysen, die das Arbeitsumfeld und die Aufgabe selbst nicht berücksichtigen, sind für Ergonomen nur von begrenztem Interesse.
Die dimensionalen Eigenschaften des Arbeitsplatzes bestimmen weitgehend die Haltungen (wie bei einer sitzenden Tätigkeit), auch bei dynamischen Tätigkeiten (z. B. Materialhandhabung auf engstem Raum). Die zu handhabenden Lasten zwingen den Körper ebenso wie das Gewicht und die Beschaffenheit des Arbeitsgerätes in eine bestimmte Körperhaltung. Einige Aufgaben erfordern, dass das Körpergewicht verwendet wird, um ein Werkzeug zu stützen oder Kraft auf das Arbeitsobjekt auszuüben, wie beispielsweise in Abbildung 2 gezeigt.
Abbildung 2. Ergonomische Aspekte des Stehens
Individuelle Unterschiede, Alter und Geschlecht beeinflussen die Körperhaltung. Tatsächlich hat sich herausgestellt, dass eine „typische“ oder „beste“ Körperhaltung, beispielsweise bei der manuellen Handhabung, weitgehend Fiktion ist. Für jede Person und jede Arbeitssituation gibt es eine Reihe alternativer „bester“ Körperhaltungen nach unterschiedlichen Kriterien.
Arbeitshilfen und Stützen für Arbeitshaltungen
Gurte, Lordosenstützen und Orthesen werden für Aufgaben empfohlen, bei denen das Risiko von Rückenschmerzen oder Verletzungen des Bewegungsapparates der oberen Extremitäten besteht. Es wurde angenommen, dass diese Geräte die Muskeln unterstützen, indem sie zum Beispiel den intraabdominalen Druck oder Handbewegungen kontrollieren. Es wird auch erwartet, dass sie den Bewegungsbereich des Ellbogens, des Handgelenks oder der Finger einschränken. Es gibt keine Hinweise darauf, dass die Veränderung von Haltungselementen mit diesen Geräten helfen würde, Muskel-Skelett-Probleme zu vermeiden.
Zur Linderung von Haltungsbelastungen und Schmerzen können Haltungshilfen am Arbeitsplatz und an Maschinen wie Haltegriffe, Stützpolster zum Knien und Sitzhilfen hilfreich sein.
Sicherheits- und Gesundheitsvorschriften für Haltungselemente
Körperhaltungen oder Haltungselemente waren nicht Gegenstand regulatorischer Aktivitäten an sich. Einige Dokumente enthalten jedoch entweder haltungsrelevante Aussagen oder nehmen die Frage der Körperhaltung als integralen Bestandteil einer Verordnung auf. Ein vollständiges Bild des bestehenden Regulierungsmaterials ist nicht verfügbar. Die folgenden Referenzen werden als Beispiele präsentiert.
Ziele und Grundsätze
Die Biomechanik ist eine Disziplin, die sich dem Studium des Körpers so nähert, als wäre er ein rein mechanisches System: Alle Teile des Körpers werden mit mechanischen Strukturen verglichen und als solche untersucht. Folgende Analogien lassen sich beispielsweise ziehen:
Das Hauptziel der Biomechanik ist es, die Art und Weise zu untersuchen, wie der Körper Kraft erzeugt und Bewegung erzeugt. Die Disziplin stützt sich hauptsächlich auf Anatomie, Mathematik und Physik; verwandte Disziplinen sind Anthropometrie (Lehre der menschlichen Körpermaße), Arbeitsphysiologie und Kinesiologie (Lehre der Grundlagen der Mechanik und Anatomie in Bezug auf die menschliche Bewegung).
Bei der Berücksichtigung der Arbeitsgesundheit des Arbeitnehmers hilft die Biomechanik zu verstehen, warum einige Aufgaben zu Verletzungen und Erkrankungen führen. Einige relevante Arten von gesundheitsschädlichen Auswirkungen sind Muskelverspannungen, Gelenkprobleme, Rückenprobleme und Müdigkeit.
Rückenzerrungen und Verstauchungen sowie schwerwiegendere Bandscheibenprobleme sind häufige Beispiele für vermeidbare Arbeitsunfälle. Diese treten häufig aufgrund einer plötzlichen besonderen Überlastung auf, können aber auch die Ausübung übermäßiger Kräfte des Körpers über viele Jahre widerspiegeln: Probleme können plötzlich auftreten oder sich erst nach einiger Zeit entwickeln. Ein Beispiel für ein Problem, das sich im Laufe der Zeit entwickelt, ist der „Finger der Näherin“. Eine neuere Beschreibung beschreibt die Hände einer Frau, die nach 28 Jahren Arbeit in einer Bekleidungsfabrik sowie Nähen in ihrer Freizeit eine verhärtete, verdickte Haut und eine Unfähigkeit, ihre Finger zu beugen, entwickelte (Poole 1993). (Insbesondere litt sie an einer Flexionsdeformität des rechten Zeigefingers, hervorstehenden Heberden-Knoten an Zeigefinger und Daumen der rechten Hand und einer hervorstehenden Schwiele am rechten Mittelfinger aufgrund der ständigen Reibung durch die Schere.) Röntgenbild Filme ihrer Hände zeigten schwere degenerative Veränderungen in den äußersten Gelenken ihres rechten Zeige- und Mittelfingers mit Gelenkspaltverlust, Gelenksklerose (Gewebeverhärtung), Osteophyten (Knochenwucherungen am Gelenk) und Knochenzysten.
Die Kontrolle am Arbeitsplatz ergab, dass diese Probleme auf eine wiederholte Überstreckung (Aufwärtsbeugung) des äußersten Fingergelenks zurückzuführen waren. Mechanische Überlastung und Einschränkung des Blutflusses (sichtbar als Weißfärbung des Fingers) wären an diesen Gelenken maximal. Diese Probleme entwickelten sich als Reaktion auf wiederholte Muskelanstrengung an einer anderen Stelle als dem Muskel.
Die Biomechanik hilft, Wege zur Gestaltung von Aufgaben vorzuschlagen, um diese Art von Verletzungen zu vermeiden oder schlecht gestaltete Aufgaben zu verbessern. Abhilfen für diese speziellen Probleme bestehen darin, die Schere neu zu gestalten und die Nähaufgaben zu ändern, um die Notwendigkeit für die durchgeführten Aktionen zu beseitigen.
Zwei wichtige Prinzipien der Biomechanik sind:
Abbildung 1. Skelettmuskeln treten paarweise auf, um eine Bewegung einzuleiten oder umzukehren
Abbildung 2. Die Muskelspannung variiert mit der Muskellänge
Zweitens, wenn der Muskel versucht, sich in einem anderen als dem mittleren Bereich der Bewegung des Gelenks zusammenzuziehen, wird er mit einem mechanischen Nachteil arbeiten. Abbildung 3 veranschaulicht die Änderung des mechanischen Vorteils für den Ellbogen in drei verschiedenen Positionen.
Abbildung 3. Optimale Positionen für die Gelenkbewegung
Aus diesen Grundsätzen folgt ein wichtiges Kriterium für die Arbeitsgestaltung: Die Arbeit sollte so gestaltet werden, dass sie mit den gegenüberliegenden Muskeln jedes Gelenks in entspanntem Gleichgewicht erfolgt. Für die meisten Gelenke bedeutet dies, dass sich das Gelenk etwa im mittleren Bewegungsbereich befinden sollte.
Diese Regel bedeutet auch, dass die Muskelspannung während der Ausführung einer Aufgabe auf ein Minimum reduziert wird. Ein Beispiel für die Verletzung der Regel ist das Überbeanspruchungssyndrom (RSI, Repetitive Strain Injury), das die Muskeln des oberen Teils des Unterarms bei Tastaturbedienern betrifft, die gewöhnlich mit nach oben gebeugtem Handgelenk arbeiten. Oft wird diese Gewohnheit dem Bediener durch das Design der Tastatur und der Arbeitsstation aufgezwungen.
Anwendungen
Im Folgenden sind einige Beispiele aufgeführt, die die Anwendung der Biomechanik veranschaulichen.
Der optimale Durchmesser von Werkzeuggriffen
Der Durchmesser eines Griffs beeinflusst die Kraft, die die Handmuskeln auf ein Werkzeug ausüben können. Untersuchungen haben gezeigt, dass der optimale Griffdurchmesser von der Verwendung des Werkzeugs abhängt. Um einen Schub entlang der Grifflinie auszuüben, ist der beste Durchmesser einer, der es den Fingern und dem Daumen ermöglicht, einen leicht überlappenden Griff anzunehmen. Das sind etwa 40 mm. Um ein Drehmoment auszuüben, ist ein Durchmesser von etwa 50–65 mm optimal. (Leider sind die meisten Handles für beide Zwecke kleiner als diese Werte.)
Die Verwendung einer Zange
Als Spezialfall eines Griffs hängt die Kraftausübung mit einer Zange von der Grifftrennung ab, wie in Abbildung 4 dargestellt.
Abbildung 4. Von männlichen und weiblichen Benutzern ausgeübte Greifkraft der Zangenbacken als Funktion der Grifftrennung
Sitzhaltung
Die Elektromyographie ist eine Technik, mit der die Muskelspannung gemessen werden kann. In einer Studie über die Spannung in der Erektor Spinae Muskeln (des Rückens) von sitzenden Probanden wurde festgestellt, dass das Zurücklehnen (mit geneigter Rückenlehne) die Spannung in diesen Muskeln verringerte. Der Effekt lässt sich dadurch erklären, dass die Rückenlehne mehr Gewicht des Oberkörpers aufnimmt.
Röntgenuntersuchungen von Probanden in verschiedenen Haltungen zeigten, dass die Position des entspannten Gleichgewichts der Muskeln, die das Hüftgelenk öffnen und schließen, einem Hüftwinkel von etwa 135º entspricht. Dies kommt der Position (128º) nahe, die dieses Gelenk in der Schwerelosigkeit (im Weltraum) einnimmt. In der sitzenden Haltung, mit einem Winkel von 90º an der Hüfte, neigen die Kniesehnenmuskeln, die sowohl über das Knie- als auch über das Hüftgelenk verlaufen, dazu, das Kreuzbein (den Teil der Wirbelsäule, der mit dem Becken verbunden ist) in eine vertikale Position zu ziehen. Der Effekt besteht darin, die natürliche Lordose (Krümmung) der Lendenwirbelsäule zu beseitigen; Stühle sollten entsprechende Rückenlehnen haben, um diese Anstrengung auszugleichen.
Schrauben
Warum werden Schrauben im Uhrzeigersinn eingesetzt? Die Praxis entstand wahrscheinlich aus der unbewussten Erkenntnis, dass die Muskeln, die den rechten Arm im Uhrzeigersinn drehen (die meisten Menschen sind Rechtshänder), größer (und daher stärker) sind als die Muskeln, die ihn gegen den Uhrzeigersinn drehen.
Beachten Sie, dass Linkshänder beim Schrauben per Hand benachteiligt sind. Etwa 9 % der Bevölkerung sind Linkshänder und benötigen daher in manchen Situationen spezielle Werkzeuge: Scheren und Dosenöffner sind zwei solche Beispiele.
Eine Studie über Menschen, die Schraubendreher bei einer Montagearbeit verwendeten, zeigte eine subtilere Beziehung zwischen einer bestimmten Bewegung und einem bestimmten Gesundheitsproblem. Es wurde festgestellt, dass je größer der Ellbogenwinkel (je gerader der Arm) war, desto mehr Menschen hatten eine Entzündung am Ellbogen. Der Grund für diesen Effekt ist, dass der Muskel, der den Unterarm dreht (Bizeps), auch den Radiusköpfchen (Unterarmknochen) auf das Capitulum (runder Kopf) des Humerus (Oberarmknochen) zieht. Die erhöhte Kraft beim höheren Ellbogenwinkel verursachte eine größere Reibungskraft am Ellbogen mit einer daraus resultierenden Erwärmung des Gelenks, was zu der Entzündung führte. Bei dem höheren Winkel musste der Muskel auch mit größerer Kraft ziehen, um die Schraubbewegung zu bewirken, sodass eine größere Kraft aufgebracht wurde, als es bei einem Ellbogen bei etwa 90° erforderlich gewesen wäre. Die Lösung bestand darin, die Aufgabe näher an die Bediener zu verlagern, um den Ellbogenwinkel auf etwa 90º zu reduzieren.
Die oben genannten Fälle zeigen, dass für die Anwendung der Biomechanik am Arbeitsplatz ein angemessenes Verständnis der Anatomie erforderlich ist. Designer von Aufgaben müssen möglicherweise Experten für funktionelle Anatomie konsultieren, um die besprochenen Problemtypen zu antizipieren. (Der Pocket-Ergonom (Brown und Mitchell 1986), basierend auf elektromyografischer Forschung, schlägt viele Möglichkeiten vor, körperliche Beschwerden bei der Arbeit zu reduzieren.)
Manuelle Materialhandhabung
Die manuelle Handhabung umfasst das Heben, Senken, Schieben, Ziehen, Tragen, Bewegen, Halten und Fesseln und umfasst einen großen Teil der Tätigkeiten des Arbeitslebens.
Die Biomechanik hat offensichtlich eine direkte Relevanz für manuelle Handhabungsarbeiten, da sich Muskeln bewegen müssen, um Aufgaben auszuführen. Die Frage ist: Wie viel körperliche Arbeit ist den Menschen zumutbar? Die Antwort hängt von den Umständen ab; Es gibt wirklich drei Fragen, die gestellt werden müssen. Jeder hat eine Antwort, die auf wissenschaftlich recherchierten Kriterien basiert:
Diese drei unterschiedlichen Kriterien sind notwendig, weil es drei sehr unterschiedliche Reaktionen gibt, die auf Hebeaufgaben auftreten können: Wenn die Arbeit den ganzen Tag dauert, geht es darum, wie die Person arbeitet fühlt sich über die Aufgabe – das psychophysische Kriterium; wenn die aufzuwendende Kraft groß ist, wäre die Sorge, dass Muskeln und Gelenke sind nicht überladen bis zur Schädigung – das biomechanische Kriterium; und wenn die Arbeitsgeschwindigkeit zu groß ist, dann kann es durchaus das physiologische Kriterium oder die aerobe Kapazität der Person überschreiten.
Viele Faktoren bestimmen das Ausmaß der Belastung des Körpers durch eine manuelle Handhabungsaufgabe. Alle schlagen Möglichkeiten der Kontrolle vor.
Haltung und Bewegungen
Wenn die Aufgabe erfordert, dass sich eine Person mit einer Last dreht oder nach vorne greift, ist das Verletzungsrisiko größer. Die Arbeitsstation kann oft umgestaltet werden, um diese Aktionen zu verhindern. Wenn das Heben auf Bodenhöhe beginnt, treten mehr Rückenverletzungen auf als auf der Mitte des Oberschenkels, und dies legt einfache Kontrollmaßnahmen nahe. (Dies gilt auch für das Hochheben.)
Die Ladung.
Die Ladung selbst kann durch ihr Gewicht und ihren Standort das Fahrverhalten beeinflussen. Andere Faktoren wie seine Form, seine Stabilität, seine Größe und seine Gleitfähigkeit können alle die Leichtigkeit einer Handhabungsaufgabe beeinflussen.
Organisation und Umfeld.
Auch die Arbeitsorganisation, sowohl räumlich als auch zeitlich (zeitlich), beeinflusst die Handhabung. Es ist besser, die Last des Entladens eines Lastwagens in einer Lieferbucht für eine Stunde auf mehrere Personen zu verteilen, als einen Arbeiter zu bitten, den ganzen Tag mit dieser Aufgabe zu verbringen. Die Umgebung beeinflusst die Handhabung – schlechtes Licht, unordentliche oder unebene Böden und schlechte Haushaltsführung können alle dazu führen, dass eine Person stolpert.
Persönliche Faktoren.
Persönliche Handhabungsfähigkeiten, das Alter der Person und die getragene Kleidung können ebenfalls die Handhabungsanforderungen beeinflussen. Eine Schulung für Training und Heben ist erforderlich, um sowohl die notwendigen Informationen bereitzustellen als auch Zeit für die Entwicklung der körperlichen Fähigkeiten zur Handhabung zu geben. Jüngere Menschen sind stärker gefährdet; Andererseits haben ältere Menschen weniger Kraft und weniger physiologische Kapazität. Enge Kleidung kann die für eine Aufgabe erforderliche Muskelkraft erhöhen, da sich Menschen gegen das enge Tuch anstrengen. Klassische Beispiele sind die Kitteluniform der Krankenschwester und enge Overalls, wenn Menschen über ihren Köpfen arbeiten.
Empfohlene Gewichtsgrenzen
Die oben genannten Punkte zeigen, dass es unmöglich ist, ein Gewicht anzugeben, das unter allen Umständen „sicher“ ist. (Gewichtsgrenzen sind von Land zu Land tendenziell willkürlich unterschiedlich. So durften indische Hafenarbeiter einst 110 kg heben, während ihre Kollegen in der ehemaligen Volksrepublik Deutschland auf 32 kg “beschränkt” waren .) Gewichtsgrenzen sind auch tendenziell zu hoch. Die in vielen Ländern vorgeschlagenen 55 kg werden aufgrund neuerer wissenschaftlicher Erkenntnisse heute als viel zu hoch angesehen. Das National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) in den Vereinigten Staaten hat 23 1991 kg als Belastungsgrenze festgelegt (Waters et al. 1993).
Jede Hebeaufgabe muss für sich betrachtet werden. Ein nützlicher Ansatz zur Bestimmung einer Gewichtsgrenze für eine Hebeaufgabe ist die von NIOSH entwickelte Gleichung:
RWL = LC x HM x VM x DM x AM x CM x FM
Wo
RWL = empfohlene Gewichtsgrenze für die betreffende Aufgabe
HM = der horizontale Abstand vom Schwerpunkt der Last zum Mittelpunkt zwischen den Knöcheln (mindestens 15 cm, höchstens 80 cm)
VM = der vertikale Abstand zwischen dem Schwerpunkt der Last und dem Boden am Beginn des Hebevorgangs (maximal 175 cm)
DM = der vertikale Weg des Lifts (mindestens 25 cm, maximal 200 cm)
AM = Asymmetriefaktor – der Winkel, von dem die Aufgabe direkt vor dem Körper abweicht
CM = Kopplungsmultiplikator – die Fähigkeit, das zu hebende Objekt gut zu greifen, was in einer Referenztabelle zu finden ist
FM = Frequenzmultiplikatoren – die Frequenz des Hebens.
Alle Längenvariablen in der Gleichung werden in Zentimetern ausgedrückt. Es sollte beachtet werden, dass 23 kg das maximale Gewicht ist, das NIOSH zum Heben empfiehlt. Dies wurde von 40 kg reduziert, nachdem die Beobachtung vieler Menschen, die viele Hebeaufgaben verrichteten, gezeigt hatte, dass der durchschnittliche Abstand vom Körper zu Beginn des Hebens 25 cm beträgt, nicht die 15 cm, die in einer früheren Version der Gleichung angenommen wurden (NIOSH 1981 ).
Lifting-Index.
Durch den Vergleich des zu hebenden Gewichts in der Aufgabe und der RWL wird ein Hebeindex (LI) kann gemäß der Beziehung erhalten werden:
LI=(zu handhabendes Gewicht)/RWL.
Daher ist eine besonders wertvolle Verwendung der NIOSH-Gleichung die Anordnung von Hebeaufgaben nach Schweregrad, wobei der Hebeindex verwendet wird, um Prioritäten für Maßnahmen festzulegen. (Die Gleichung weist jedoch eine Reihe von Einschränkungen auf, die für eine möglichst effektive Anwendung verstanden werden müssen. Siehe Waters et al. 1993).
Schätzen der durch die Aufgabe auferlegten Kompression der Wirbelsäule
Es ist Computersoftware verfügbar, um die Wirbelsäulenkompression abzuschätzen, die durch eine manuelle Handhabungsaufgabe erzeugt wird. Die statischen 2D- und 3D-Festigkeitsvorhersageprogramme der University of Michigan („Backsoft“) schätzen die Wirbelsäulenkompression. Die für das Programm erforderlichen Eingaben sind:
Die 2D- und 3D-Programme unterscheiden sich darin, dass die 3D-Software Berechnungen ermöglicht, die sich auf Körperhaltungen in drei Dimensionen beziehen. Die Programmausgabe gibt Wirbelsäulenkompressionsdaten und listet den Prozentsatz der ausgewählten Population auf, der in der Lage wäre, die bestimmte Aufgabe auszuführen, ohne die empfohlenen Grenzen für sechs Gelenke zu überschreiten: Knöchel, Knie, Hüfte, erste Lendenwirbelsäule, Schulter und Ellbogen. Diese Methode hat auch eine Reihe von Einschränkungen, die vollständig verstanden werden müssen, um den maximalen Nutzen aus dem Programm zu ziehen.
Dieser Artikel ist eine Adaption der 3. Auflage der Encyclopaedia of Occupational Health and Safety.
Die beiden Begriffe Ermüdung und Ruhe sind allen aus eigener Erfahrung bekannt. Mit dem Wort „Müdigkeit“ werden ganz unterschiedliche Zustände bezeichnet, die alle eine Verringerung der Leistungsfähigkeit und Widerstandskraft bewirken. Die sehr unterschiedliche Verwendung des Begriffs Ermüdung hat zu einer fast chaotischen Verwirrung geführt, und es bedarf einiger Klärung der gängigen Vorstellungen. Die Physiologie hat lange Zeit zwischen Muskelermüdung und allgemeiner Ermüdung unterschieden. Ersteres ist ein akutes Schmerzphänomen, das in der Muskulatur lokalisiert ist: Die allgemeine Erschöpfung ist durch ein Gefühl nachlassender Arbeitsbereitschaft gekennzeichnet. Dieser Artikel befasst sich nur mit der allgemeinen Ermüdung, die auch „psychische Ermüdung“ oder „nervöse Ermüdung“ genannt werden kann, und der Ruhe, die sie erfordert.
Allgemeine Müdigkeit kann ganz unterschiedliche Ursachen haben, von denen die wichtigsten in Abbildung 1 dargestellt sind. Die Wirkung ist so, als ob sich im Laufe des Tages alle unterschiedlichen erlebten Belastungen im Organismus ansammeln und nach und nach ein Gefühl der Steigerung erzeugen Ermüdung. Dieses Gefühl veranlasst die Entscheidung, die Arbeit einzustellen; seine Wirkung ist die eines physiologischen Vorspiels zum Schlafen.
Abbildung 1. Schematische Darstellung der kumulativen Wirkung der alltäglichen Ursachen von Müdigkeit
Müdigkeit ist eine heilsame Empfindung, wenn man sich hinlegen und ausruhen kann. Missachtet man dieses Gefühl jedoch und zwingt sich weiter zu arbeiten, verstärkt sich das Ermüdungsgefühl, bis es belastend und schließlich überwältigend wird. Diese tägliche Erfahrung zeigt deutlich die biologische Bedeutung der Ermüdung, die zur Erhaltung des Lebens eine Rolle spielt, ähnlich wie andere Empfindungen wie zum Beispiel Durst, Hunger, Angst usw.
Ruhe wird in Abbildung 1 als Entleerung eines Fasses dargestellt. Das Ruhephänomen kann normal stattfinden, wenn der Organismus ungestört bleibt oder zumindest ein wesentlicher Körperteil keiner Belastung ausgesetzt ist. Das erklärt die entscheidende Rolle, die an Werktagen alle Arbeitspausen spielen, von der kurzen Pause während der Arbeit bis zum nächtlichen Schlaf. Das Gleichnis vom Fass verdeutlicht, wie notwendig es für das normale Leben ist, ein gewisses Gleichgewicht zwischen der Gesamtbelastung des Organismus und der Summe der Ruhemöglichkeiten zu erreichen.
Neurophysiologische Interpretation von Müdigkeit
Die Fortschritte der Neurophysiologie in den letzten Jahrzehnten haben wesentlich zu einem besseren Verständnis der Phänomene beigetragen, die durch Ermüdung im zentralen Nervensystem ausgelöst werden.
Der Physiologe Hess hat als erster beobachtet, dass die elektrische Reizung gewisser dienzephaler Strukturen, insbesondere gewisser Strukturen des medialen Kerns des Thalamus, allmählich eine hemmende Wirkung hervorrief, die sich in einer Verschlechterung der Reaktionsfähigkeit äußerte und zum Einschlafen neigen. Wenn die Stimulation eine gewisse Zeit fortgesetzt wurde, folgte der allgemeinen Entspannung Schläfrigkeit und schließlich Schlaf. Später wurde bewiesen, dass sich ausgehend von diesen Strukturen eine aktive Hemmung bis zur Großhirnrinde erstrecken kann, wo alle bewussten Phänomene zentriert sind. Dies spiegelt sich nicht nur im Verhalten wider, sondern auch in der elektrischen Aktivität der Großhirnrinde. Anderen Experimenten gelang es auch, Hemmungen von anderen subkortikalen Regionen auszulösen.
Aus all diesen Studien lässt sich der Schluss ziehen, dass es im Zwischen- und Mittelhirn Strukturen gibt, die ein wirksames Hemmsystem darstellen und Ermüdung mit all ihren Begleiterscheinungen auslösen.
Hemmung und Aktivierung
Zahlreiche Versuche an Tieren und Menschen haben gezeigt, dass die allgemeine Reaktionsbereitschaft beider nicht nur von diesem Hemmungssystem abhängt, sondern wesentlich auch von einem antagonistisch funktionierenden System, dem sogenannten retikulären aufsteigenden Aktivierungssystem. Aus Experimenten wissen wir, dass die Formatio reticularis Strukturen enthält, die den Wachheitsgrad und damit die allgemeine Reaktionsbereitschaft steuern. Nervenverbindungen bestehen zwischen diesen Strukturen und der Großhirnrinde, wo die aktivierenden Einflüsse auf das Bewusstsein ausgeübt werden. Darüber hinaus erhält das aktivierende System Reize von den Sinnesorganen. Andere Nervenverbindungen leiten Impulse aus der Großhirnrinde – dem Bereich des Wahrnehmens und Denkens – an das Aktivierungssystem weiter. Auf der Grundlage dieser neurophysiologischen Konzepte lässt sich feststellen, dass sowohl äußere Reize als auch Einflüsse aus den Bewusstseinsbereichen beim Passieren des aktivierenden Systems eine Reaktionsbereitschaft stimulieren können.
Darüber hinaus lassen viele andere Untersuchungen den Schluss zu, dass sich Reizungen des aktivierenden Systems häufig auch von den vegetativen Zentren aus ausbreiten und den Organismus veranlassen, sich auf den Energieaufwand, auf Arbeit, Kampf, Flucht usw. zu orientieren (ergotrope Umwandlung von die inneren Organe). Umgekehrt scheint es, dass die Stimulation des Hemmsystems im Bereich des vegetativen Nervensystems den Organismus zu Ruhestrebungen, Wiederherstellung der Energiereserven, Assimilationsphänomenen (trophotrope Umwandlung) veranlasst.
Durch die Synthese all dieser neurophysiologischen Befunde lässt sich folgende Vorstellung von Erschöpfung aufstellen: Ermüdungszustand und -gefühl sind bedingt durch die funktionelle Reaktion des Bewusstseins in der Großhirnrinde, die ihrerseits von zwei sich gegensätzlichen Systemen gesteuert wird – das hemmende System und das aktivierende System. Die Arbeitsbereitschaft des Menschen hängt also in jedem Moment vom Grad der Aktivierung der beiden Systeme ab: Überwiegt das hemmende System, befindet sich der Organismus in einem Ermüdungszustand; Wenn das aktivierende System dominant ist, zeigt es eine erhöhte Arbeitsbereitschaft.
Diese psychophysiologische Konzeption der Erschöpfung ermöglicht es, einige ihrer manchmal schwer zu erklärenden Symptome zu verstehen. So kann zum Beispiel ein Gefühl der Müdigkeit plötzlich verschwinden, wenn ein unerwartetes äußeres Ereignis eintritt oder wenn sich emotionale Anspannung entwickelt. In beiden Fällen ist klar, dass das aktivierende System stimuliert wurde. Umgekehrt, wenn die Umgebung eintönig ist oder die Arbeit langweilig erscheint, wird die Funktion des aktivierenden Systems herabgesetzt und das hemmende System wird dominant. Dies erklärt, warum Müdigkeit in einer monotonen Situation auftritt, ohne dass der Organismus belastet wird.
Abbildung 2 zeigt schematisch die Vorstellung der wechselseitig antagonistischen Hemmungs- und Aktivierungssysteme.
Abbildung 2. Schematische Darstellung der Steuerung der Arbeitsbereitschaft durch hemmende und aktivierende Systeme
Klinische Müdigkeit
Es ist eine allgemeine Erfahrung, dass eine starke Ermüdung, die Tag für Tag auftritt, allmählich zu einem Zustand chronischer Erschöpfung führt. Das Ermüdungsgefühl verstärkt sich dann und tritt nicht nur abends nach der Arbeit auf, sondern schon tagsüber, manchmal sogar vor Arbeitsbeginn. Ein Gefühl von Unwohlsein, häufig emotionaler Natur, begleitet diesen Zustand. Bei Fatigue-Patienten werden häufig folgende Symptome beobachtet: erhöhte psychische Emotionalität (asoziales Verhalten, Inkompatibilität), Depressionsneigung (unmotivierte Angst) und Antriebslosigkeit mit Antriebslosigkeit. Diese psychischen Wirkungen gehen oft mit einem unspezifischen Unwohlsein einher und äußern sich durch psychosomatische Symptome: Kopfschmerzen, Schwindel, Herz- und Atemfunktionsstörungen, Appetitlosigkeit, Verdauungsstörungen, Schlaflosigkeit etc.
In Anbetracht der Tendenz zu krankhaften Symptomen, die mit chronischer Erschöpfung einhergehen, kann sie mit Recht als klinische Ermüdung bezeichnet werden. Es besteht eine Tendenz zu vermehrten Fehlzeiten, insbesondere zu mehr Kurzzeitabsenzen. Dies scheint sowohl durch das Ruhebedürfnis als auch durch eine erhöhte Morbidität verursacht zu sein. Der Zustand chronischer Erschöpfung tritt besonders bei Personen auf, die psychischen Konflikten oder Schwierigkeiten ausgesetzt sind. Es ist manchmal sehr schwierig, die äußeren und inneren Ursachen zu unterscheiden. Tatsächlich ist es fast unmöglich, Ursache und Wirkung bei klinischer Müdigkeit zu unterscheiden: Eine negative Einstellung zur Arbeit, zu Vorgesetzten oder zum Arbeitsplatz kann genauso gut Ursache für klinische Müdigkeit sein wie die Folge.
Untersuchungen haben gezeigt, dass die in Telekommunikationsdiensten beschäftigten Telefonisten und Aufsichtspersonen eine signifikante Zunahme der physiologischen Ermüdungserscheinungen nach ihrer Arbeit aufwiesen (visuelle Reaktionszeit, Flickerfusionsfrequenz, Geschicklichkeitstests). Ärztliche Untersuchungen ergaben bei diesen beiden Arbeitergruppen eine deutliche Zunahme von neurotischen Zuständen, Reizbarkeit, Schlafstörungen und chronischem Mattigkeitsgefühl im Vergleich zu einer ähnlichen Gruppe von Frauen, die in den technischen Zweigen der Post, des Telefons beschäftigt waren und Telegrafiedienste. Die Häufung der Symptome war nicht immer auf eine negative Einstellung der betroffenen Frauen zu ihrem Arbeitsplatz oder ihren Arbeitsbedingungen zurückzuführen.
Vorsichtsmaßnahmen
Es gibt kein Allheilmittel gegen Müdigkeit, aber es kann viel getan werden, um das Problem zu lindern, indem man auf die allgemeinen Arbeitsbedingungen und die physische Umgebung am Arbeitsplatz achtet. Viel kann beispielsweise durch die richtige Einteilung der Arbeitszeiten, die Bereitstellung angemessener Ruhezeiten und geeigneter Kantinen und Toiletten erreicht werden; Arbeitnehmern sollte auch angemessener bezahlter Urlaub gewährt werden. Auch die ergonomische Untersuchung des Arbeitsplatzes kann zur Reduzierung von Ermüdungserscheinungen beitragen, indem sichergestellt wird, dass Sitze, Tische und Werkbänke angemessen dimensioniert sind und der Arbeitsablauf richtig organisiert ist. Darüber hinaus können sich Lärmschutz, Klimaanlage, Heizung, Belüftung und Beleuchtung positiv auf die Verzögerung des Auftretens von Ermüdung bei Arbeitnehmern auswirken.
Monotonie und Anspannung können auch durch kontrollierte Verwendung von Farbe und Dekoration in der Umgebung, Musikintervalle und manchmal Pausen für körperliche Übungen für sitzende Arbeiter gemildert werden. Auch die Ausbildung der Arbeiter und insbesondere des Aufsichts- und Managementpersonals spielt eine wichtige Rolle.
Ermüdung und Erholung sind periodische Prozesse in jedem lebenden Organismus. Fatigue kann als ein Zustand beschrieben werden, der durch ein Ermüdungsgefühl verbunden mit einer Verringerung oder ungewollten Schwankung der Leistungsfähigkeit gekennzeichnet ist (Rohmert 1973).
Nicht alle Funktionen des menschlichen Organismus ermüden durch den Gebrauch. Auch im Schlaf atmen wir zum Beispiel und unser Herz pumpt ohne Pause. Offensichtlich sind die Grundfunktionen Atmung und Herztätigkeit lebenslang ohne Ermüdung und ohne Erholungspausen möglich.
Andererseits stellen wir nach längerer schwerer Arbeit fest, dass die Kapazität nachlässt – was wir nennen Müdigkeit. Dies gilt nicht nur für die Muskelaktivität. Auch die Sinnesorgane oder die Nervenzentren ermüden. Es ist jedoch das Ziel jeder Zelle, die durch ihre Aktivität verlorene Kapazität auszugleichen, ein Prozess, den wir nennen Erholung.
Stress, Belastung, Ermüdung und Erholung
Die Begriffe Ermüdung und Erholung bei der menschlichen Arbeit sind eng verwandt mit den ergonomischen Begriffen Belastung und Belastung (Rohmert 1984) (Abbildung 1).
Abbildung 1. Stress, Belastung und Ermüdung
Stress bedeutet die Summe aller Arbeitsparameter im Arbeitssystem, die den Menschen bei der Arbeit beeinflussen, die hauptsächlich über das Rezeptorsystem wahrgenommen oder empfunden werden oder die das Effektorsystem beanspruchen. Die Belastungsparameter ergeben sich aus der Arbeitsaufgabe (muskuläre Arbeit, nichtmuskuläre Arbeit – aufgabenorientierte Dimensionen und Faktoren) und aus den physikalischen, chemischen und sozialen Bedingungen, unter denen die Arbeit zu verrichten ist (Lärm, Klima, Beleuchtung, Vibration). , Schichtarbeit etc. – situationsbezogene Dimensionen und Faktoren).
Die Intensität/Schwierigkeit, die Dauer und die Zusammensetzung (dh die gleichzeitige und sukzessive Verteilung dieser spezifischen Anforderungen) der Belastungsfaktoren ergibt eine kombinierte Belastung, die alle exogenen Wirkungen eines Arbeitssystems auf den arbeitenden Menschen ausüben. Diese kombinierte Belastung kann je nach Verhalten der arbeitenden Person aktiv bewältigt oder passiv hingenommen werden. Der aktive Fall beinhaltet Aktivitäten, die auf die Effizienz des Arbeitssystems gerichtet sind, während der passive Fall Reaktionen hervorruft (freiwillig oder unfreiwillig), die hauptsächlich mit der Minimierung von Stress verbunden sind. Das Verhältnis von Belastung und Aktivität wird entscheidend von den individuellen Eigenschaften und Bedürfnissen der arbeitenden Person beeinflusst. Haupteinflussfaktoren sind die leistungsbestimmenden Faktoren der Motivation und Konzentration sowie die der Disposition, die als Fähigkeiten und Fertigkeiten bezeichnet werden können.
Die verhaltensrelevanten Belastungen, die sich bei bestimmten Tätigkeiten manifestieren, verursachen individuell unterschiedliche Belastungen. Die Belastungen können durch die Reaktion physiologischer oder biochemischer Indikatoren (z. B. Erhöhung der Herzfrequenz) angezeigt oder wahrgenommen werden. Damit sind die Belastungen anfällig für eine „psycho-physische Skalierung“, die das Belastungserleben der arbeitenden Person abschätzt. In einem verhaltensorientierten Ansatz kann das Vorliegen einer Belastung auch aus einer Aktivitätsanalyse abgeleitet werden. Die Intensität, mit der Belastungsindikatoren (physiologisch-biochemische, behavioristische oder psychophysische) reagieren, hängt von der Intensität, Dauer und Kombination von Belastungsfaktoren sowie von den individuellen Eigenschaften, Fähigkeiten, Fertigkeiten und Bedürfnissen der arbeitenden Person ab.
Trotz ständiger Belastungen können sich die aus den Tätigkeitsfeldern, Leistungen und Belastungen abgeleiteten Kennzahlen im Laufe der Zeit verändern (zeitlicher Effekt). Solche zeitlichen Schwankungen sind als Anpassungsprozesse der organischen Systeme zu interpretieren. Die positiven Wirkungen bewirken eine Verringerung der Belastung/Verbesserung der Aktivität oder Leistungsfähigkeit (z. B. durch Training). Im negativen Fall führen sie jedoch zu einer erhöhten Belastung/reduzierten Aktivität oder Leistungsfähigkeit (z. B. Müdigkeit, Monotonie).
Die positiven Effekte können zum Tragen kommen, wenn die vorhandenen Fähigkeiten und Fertigkeiten im Arbeitsprozess selbst verbessert werden, z. B. beim leichten Überschreiten der Trainingsreizschwelle. Die negativen Auswirkungen treten wahrscheinlich auf, wenn im Laufe des Arbeitsprozesses sogenannte Belastungsgrenzen (Rohmert 1984) überschritten werden. Diese Ermüdung führt zu einer Verringerung der physiologischen und psychischen Funktionen, die durch Erholung kompensiert werden können.
Zur Wiederherstellung der ursprünglichen Leistungsfähigkeit sind Ruhepausen oder zumindest Zeiten geringerer Belastung notwendig (Luczak 1993).
Wenn der Anpassungsprozess über definierte Schwellen hinausgeführt wird, kann das eingesetzte organische System geschädigt werden, so dass es zu einem teilweisen oder vollständigen Ausfall seiner Funktionen kommt. Eine irreversible Funktionseinschränkung kann auftreten, wenn die Belastung viel zu hoch ist (Akutschaden) oder wenn die Erholung längere Zeit nicht möglich ist (chronischer Schaden). Ein typisches Beispiel für einen solchen Schaden ist der lärmbedingte Hörverlust.
Modelle der Ermüdung
Ermüdung kann je nach Belastungsform und Belastungskombination vielfältig sein und lässt sich noch nicht allgemein definieren. Die biologischen Ermüdungsvorgänge sind im Allgemeinen nicht direkt messbar, so dass sich die Definitionen hauptsächlich an den Ermüdungssymptomen orientieren. Diese Ermüdungserscheinungen lassen sich beispielsweise in die folgenden drei Kategorien einteilen.
Im Prozess der Erschöpfung können alle drei Symptome eine Rolle spielen, sie können jedoch zu unterschiedlichen Zeitpunkten auftreten.
Physiologische Reaktionen in organischen Systemen, insbesondere denen, die an der Arbeit beteiligt sind, können zuerst auftreten. Später kann das Anstrengungsgefühl beeinträchtigt werden. Leistungsveränderungen äußern sich im Allgemeinen in einer abnehmenden Regelmäßigkeit der Arbeit oder in einer zunehmenden Fehlermenge, wobei der Mittelwert der Leistung noch nicht betroffen sein darf. Im Gegenteil, der Berufstätige kann bei entsprechender Motivation sogar versuchen, die Leistungsfähigkeit willentlich aufrechtzuerhalten. Der nächste Schritt kann eine deutliche Leistungsminderung bis hin zum Leistungseinbruch sein. Die physiologischen Symptome können zu einem Zusammenbruch des Organismus einschließlich Veränderungen der Persönlichkeitsstruktur und zu Erschöpfung führen. Der Prozess der Ermüdung wird in der Theorie der sukzessiven Destabilisierung erklärt (Luczak 1983).
Der Haupttrend von Ermüdung und Erholung ist in Abbildung 2 dargestellt.
Abbildung 2. Haupttrend von Ermüdung und Erholung
Prognose von Ermüdung und Erholung
Auf dem Gebiet der Ergonomie besteht ein besonderes Interesse daran, die Ermüdung in Abhängigkeit von Intensität, Dauer und Zusammensetzung von Belastungsfaktoren vorherzusagen und die notwendige Erholungszeit zu bestimmen. Tabelle 1 zeigt diese unterschiedlichen Aktivitätsniveaus und Betrachtungszeiten sowie mögliche Gründe für Ermüdung und unterschiedliche Erholungsmöglichkeiten.
Tabelle 1. Ermüdung und Erholung in Abhängigkeit vom Aktivitätsniveau
Aktivitätsgrad |
Zeitraum |
Müdigkeit ab |
Erholung durch |
Arbeitsleben |
Jahrzehntelange |
Überanstrengung für |
Ruhestand |
Phasen des Berufslebens |
Jahre |
Überanstrengung für |
Feiertage |
Folgen von |
Monate/Wochen |
Ungünstige Verschiebung |
Wochenende, frei |
Eine Arbeitsschicht |
Eines Tages |
Stress oben |
Freizeit, Ruhe |
Aufgaben |
Stunden |
Stress oben |
Ruhezeit |
Teil einer Aufgabe |
Minuten |
Stress oben |
Stresswechsel |
Bei der ergonomischen Analyse von Belastung und Ermüdung zur Bestimmung der notwendigen Erholungszeit ist die Betrachtung der Dauer eines Arbeitstages am wichtigsten. Die Methoden solcher Analysen beginnen mit der Bestimmung der verschiedenen Belastungsfaktoren als Funktion der Zeit (Laurig 1992) (Abbildung 3).
Abbildung 3. Stress als Funktion der Zeit
Die Belastungsfaktoren werden aus den konkreten Arbeitsinhalten und den Arbeitsbedingungen bestimmt. Arbeitsinhalte können die Krafterzeugung (z. B. beim Handhaben von Lasten), die Koordination motorischer und sensorischer Funktionen (z. B. beim Montieren oder Kranfahren), das Umsetzen von Informationen in Reaktion (z. B. beim Steuern), die Transformationen von Eingaben sein zur Ausgabe von Informationen (z. B. beim Programmieren, Übersetzen) und zum Produzieren von Informationen (z. B. beim Entwerfen, Problemlösen). Die Arbeitsbedingungen beinhalten physikalische (z. B. Lärm, Vibration, Hitze), chemische (chemische Arbeitsstoffe) und soziale (z. B. Kollegen, Schichtarbeit) Aspekte.
Im einfachsten Fall gibt es einen einzigen wichtigen Stressfaktor, während die anderen vernachlässigt werden können. In diesen Fällen, insbesondere wenn die Belastungsfaktoren aus muskulärer Arbeit resultieren, ist es oft möglich, die notwendigen Ruhezeiten zu berechnen, da die Grundbegriffe bekannt sind.
Beispielsweise hängt die ausreichende Ruhezugabe bei statischer Muskelarbeit von der Kraft und Dauer der Muskelkontraktion ab wie in einer durch Multiplikation verknüpften Exponentialfunktion nach der Formel:
mit
RA = Ruhegeld in Prozent von t
t = Kontraktionsdauer (Einwirkzeit) in Minuten
T = maximal mögliche Kontraktionsdauer in Minuten
f = die für die statische Kraft benötigte Kraft und
F = maximale Kraft.
Der Zusammenhang zwischen Kraft, Haltezeit und Ruhezuschlägen ist in Bild 4 dargestellt.
Abbildung 4. Prozentuale Restzugaben für verschiedene Kombinationen von Haltekräften und Zeit
Ähnliche Gesetze existieren für schwere dynamische Muskelarbeit (Rohmert 1962), aktive leichte Muskelarbeit (Laurig 1974) oder andere industrielle Muskelarbeit (Schmidtke 1971). Seltener findet man vergleichbare Gesetze für nichtkörperliche Arbeit, zB für das Rechnen (Schmidtke 1965). Einen Überblick über bestehende Methoden zur Bestimmung der Ruhezulagen für überwiegend isolierte Muskel- und Nicht-Muskelarbeit geben Laurig (1981) und Luczak (1982).
Schwieriger ist die Situation, wenn eine Kombination verschiedener Belastungsfaktoren vorliegt, wie in Abbildung 5 dargestellt, die gleichzeitig auf den arbeitenden Menschen einwirken (Laurig 1992).
Abbildung 5. Die Kombination zweier Stressfaktoren
So kann beispielsweise die Kombination zweier Belastungsfaktoren je nach Kombinationsgesetz zu unterschiedlichen Dehnungsreaktionen führen. Die kombinierte Wirkung verschiedener Stressfaktoren kann indifferent, kompensatorisch oder kumulativ sein.
Bei indifferenten Kombinationsgesetzen wirken die unterschiedlichen Stressfaktoren auf unterschiedliche Teilsysteme des Organismus. Jedes dieser Subsysteme kann die Dehnung kompensieren, ohne dass die Dehnung in ein gemeinsames Subsystem eingespeist wird. Die Gesamtdehnung hängt vom höchsten Stressfaktor ab, und somit werden keine Superpositionsgesetze benötigt.
Eine kompensatorische Wirkung liegt vor, wenn die Kombination verschiedener Belastungsfaktoren zu einer geringeren Belastung führt als jeder Belastungsfaktor allein. Durch die Kombination von Muskelarbeit und niedrigen Temperaturen kann die Gesamtbelastung reduziert werden, da bei niedrigen Temperaturen die durch die Muskelarbeit entstehende Wärme aus dem Körper abgeführt werden kann.
Ein kumulativer Effekt entsteht, wenn sich mehrere Stressfaktoren überlagern, also einen physiologischen „Flaschenhals“ passieren müssen. Ein Beispiel ist die Kombination von Muskelarbeit und Hitzebelastung. Beide Stressfaktoren wirken als gemeinsamer Flaschenhals auf das Kreislaufsystem mit resultierender kumulativer Belastung.
Mögliche Kombinationseffekte zwischen Muskelarbeit und körperlichen Bedingungen sind bei Bruder (1993) beschrieben (siehe Tabelle 2).
Tabelle 2. Regeln der Kombinationswirkung zweier Stressfaktoren auf die Dehnung
Kälte |
Vibration |
Beleuchtung |
Lärm |
|
Schwere dynamische Arbeit |
- |
+ |
0 |
0 |
Aktive leichte Muskelarbeit |
+ |
+ |
0 |
0 |
Statische Muskelarbeit |
+ |
+ |
0 |
0 |
0 gleichgültiger Effekt; + kumulativer Effekt; – Ausgleichswirkung.
Quelle: Adaptiert von Bruder 1993.
Für den in der Praxis üblichen Fall der Kombination von mehr als zwei Belastungsfaktoren liegen nur begrenzte wissenschaftliche Erkenntnisse vor. Gleiches gilt für die sukzessive Kombination von Belastungsfaktoren (dh die Belastungswirkung verschiedener Belastungsfaktoren, die nacheinander auf den Arbeitnehmer einwirken). Für solche Fälle wird in der Praxis die notwendige Erholungszeit bestimmt, indem physiologische oder psychologische Parameter gemessen und als integrierende Werte verwendet werden.
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