Lavoro muscolare nelle attività professionali

Nei paesi industrializzati circa il 20% dei lavoratori è ancora impiegato in lavori che richiedono uno sforzo muscolare (Rutenfranz et al. 1990). Il numero di lavori fisici pesanti convenzionali è diminuito, ma, d'altra parte, molti lavori sono diventati più statici, asimmetrici e stazionari. Nei paesi in via di sviluppo, il lavoro muscolare di tutte le forme è ancora molto comune.

Il lavoro muscolare nelle attività lavorative può essere suddiviso approssimativamente in quattro gruppi: lavoro muscolare dinamico pesante, movimentazione manuale dei materiali, lavoro statico e lavoro ripetitivo. Compiti di lavoro pesanti e dinamici si trovano ad esempio nella silvicoltura, nell'agricoltura e nell'edilizia. La movimentazione dei materiali è comune, ad esempio, nell'assistenza infermieristica, nei trasporti e nei magazzini, mentre i carichi statici esistono nel lavoro d'ufficio, nell'industria elettronica e nelle attività di riparazione e manutenzione. Compiti di lavoro ripetitivi si possono trovare, ad esempio, nell'industria alimentare e della lavorazione del legno.

È importante notare che la movimentazione manuale dei materiali e il lavoro ripetitivo sono fondamentalmente un lavoro muscolare dinamico o statico o una combinazione di questi due.

Fisiologia del lavoro muscolare

Lavoro muscolare dinamico

Nel lavoro dinamico, i muscoli scheletrici attivi si contraggono e si rilassano ritmicamente. Il flusso sanguigno ai muscoli aumenta per soddisfare le esigenze metaboliche. L'aumento del flusso sanguigno si ottiene attraverso un aumento del pompaggio del cuore (gittata cardiaca), una diminuzione del flusso sanguigno verso aree inattive, come reni e fegato, e un aumento del numero di vasi sanguigni aperti nella muscolatura in attività. La frequenza cardiaca, la pressione sanguigna e l'estrazione di ossigeno nei muscoli aumentano linearmente in relazione all'intensità di lavoro. Inoltre, la ventilazione polmonare è intensificata a causa della respirazione più profonda e dell'aumento della frequenza respiratoria. Lo scopo dell'attivazione dell'intero sistema cardio-respiratorio è quello di migliorare l'apporto di ossigeno ai muscoli attivi. Il livello di consumo di ossigeno misurato durante il lavoro muscolare dinamico pesante indica l'intensità del lavoro. Il massimo consumo di ossigeno (VO_2max) indica la capacità massima della persona per il lavoro aerobico. I valori del consumo di ossigeno possono essere tradotti in dispendio energetico (1 litro di consumo di ossigeno al minuto corrisponde a circa 5 kcal/min o 21 kJ/min).

Nel caso del lavoro dinamico, quando la massa muscolare attiva è più piccola (come nelle braccia), la massima capacità di lavoro e il picco di consumo di ossigeno sono inferiori rispetto al lavoro dinamico con muscoli grandi. A parità di output di lavoro esterno, il lavoro dinamico con muscoli piccoli suscita risposte cardiorespiratorie più elevate (ad es. frequenza cardiaca, pressione sanguigna) rispetto al lavoro con muscoli grandi (figura 1).

Figura 1. Lavoro statico e lavoro dinamico    

Lavoro muscolare statico

Nel lavoro statico, la contrazione muscolare non produce movimento visibile, come, ad esempio, in un arto. Il lavoro statico aumenta la pressione all'interno del muscolo, che insieme alla compressione meccanica occlude parzialmente o totalmente la circolazione sanguigna. La consegna di nutrienti e ossigeno al muscolo e la rimozione dei prodotti metabolici finali dal muscolo sono ostacolate. Così, nel lavoro statico, i muscoli si affaticano più facilmente che nel lavoro dinamico.

La caratteristica circolatoria più importante del lavoro statico è un aumento della pressione sanguigna. La frequenza cardiaca e la gittata cardiaca non cambiano molto. Al di sopra di una certa intensità di sforzo, la pressione sanguigna aumenta in diretta relazione con l'intensità e la durata dello sforzo. Inoltre, alla stessa intensità relativa dello sforzo, il lavoro statico con grandi gruppi muscolari produce una maggiore risposta della pressione sanguigna rispetto al lavoro con muscoli più piccoli. (Vedi figura 2)

Figura 2. Il modello espanso sforzo-deformazione modificato da Rohmert (1984)

In linea di principio, la regolazione della ventilazione e della circolazione nel lavoro statico è simile a quella del lavoro dinamico, ma i segnali metabolici provenienti dai muscoli sono più forti e inducono un modello di risposta diverso.

Conseguenze del sovraccarico muscolare nelle attività lavorative

Il grado di sforzo fisico che un lavoratore sperimenta nel lavoro muscolare dipende dalle dimensioni della massa muscolare che lavora, dal tipo di contrazioni muscolari (statiche, dinamiche), dall'intensità delle contrazioni e dalle caratteristiche individuali.

Quando il carico di lavoro muscolare non supera le capacità fisiche del lavoratore, il corpo si adatta al carico e il recupero è rapido quando il lavoro viene interrotto. Se il carico muscolare è troppo elevato, ne conseguirà l'affaticamento, la capacità lavorativa si ridurrà e il recupero rallenterà. I picchi di carico o il sovraccarico prolungato possono causare danni agli organi (sotto forma di malattie professionali o correlate al lavoro). D'altra parte anche lavori muscolari di una certa intensità, frequenza e durata possono determinare effetti di allenamento, come d'altra parte richieste muscolari eccessivamente basse possono causare effetti detraining. Queste relazioni sono rappresentate dal cosiddetto concetto esteso di sforzi-deformazioni sviluppato da Rohmert (1984) (figura 3).

Figura 3. Analisi dei carichi di lavoro accettabili

In generale, ci sono poche prove epidemiologiche che il sovraccarico muscolare sia un fattore di rischio per le malattie. Tuttavia, le cattive condizioni di salute, la disabilità e il sovraccarico soggettivo sul lavoro convergono in lavori fisicamente impegnativi, soprattutto con i lavoratori più anziani. Inoltre, molti fattori di rischio per le malattie muscoloscheletriche correlate al lavoro sono collegati a diversi aspetti del carico di lavoro muscolare, come lo sforzo di forza, posture di lavoro scorrette, sollevamento e picchi di carico improvvisi.

Uno degli obiettivi dell'ergonomia è stato quello di determinare limiti accettabili per i carichi di lavoro muscolare che potrebbero essere applicati per la prevenzione della fatica e dei disturbi. Mentre la prevenzione degli effetti cronici è al centro dell'epidemiologia, la fisiologia del lavoro si occupa principalmente degli effetti a breve termine, vale a dire l'affaticamento nelle mansioni lavorative o durante una giornata lavorativa.

Carico di lavoro accettabile nel lavoro muscolare dinamico pesante

La valutazione del carico di lavoro accettabile nelle attività di lavoro dinamico è stata tradizionalmente basata su misurazioni del consumo di ossigeno (o, corrispondentemente, del dispendio energetico). Il consumo di ossigeno può essere misurato con relativa facilità sul campo con dispositivi portatili (ad es. borsa Douglas, respirometro Max Planck, Oxylog, Cosmed), oppure può essere stimato dalle registrazioni della frequenza cardiaca, che possono essere effettuate in modo affidabile sul posto di lavoro, ad esempio , con il dispositivo SportTester. L'uso della frequenza cardiaca nella stima del consumo di ossigeno richiede che sia calibrato individualmente rispetto al consumo di ossigeno misurato in una modalità di lavoro standard in laboratorio, cioè, il ricercatore deve conoscere il consumo di ossigeno del singolo soggetto a una data frequenza cardiaca. Le registrazioni della frequenza cardiaca devono essere trattate con cautela poiché sono influenzate anche da fattori quali forma fisica, temperatura ambientale, fattori psicologici e dimensioni della massa muscolare attiva. Pertanto, le misurazioni della frequenza cardiaca possono portare a sovrastime del consumo di ossigeno nello stesso modo in cui i valori del consumo di ossigeno possono dar luogo a sottostime dello sforzo fisiologico globale riflettendo solo il fabbisogno energetico.

Sforzo aerobico relativo (RAS) è definita come la frazione (espressa in percentuale) del consumo di ossigeno di un lavoratore misurato sul posto di lavoro rispetto al suo VO_2max misurato in laboratorio. Se sono disponibili solo le misurazioni della frequenza cardiaca, è possibile effettuare un'approssimazione della RAS calcolando un valore per l'intervallo percentuale della frequenza cardiaca (% dell'intervallo FC) con la cosiddetta formula di Karvonen come in figura 3.

VO_2max viene solitamente misurata su un cicloergometro o tapis roulant, per i quali l'efficienza meccanica è elevata (20-25%). Quando la massa muscolare attiva è minore o la componente statica è maggiore, VO_2max e l'efficienza meccanica sarà inferiore rispetto al caso di esercizio con grandi gruppi muscolari. Ad esempio, è stato riscontrato che nello smistamento dei pacchi postali il VO_2max dei lavoratori era solo il 65% del massimo misurato su un cicloergometro e l'efficienza meccanica del compito era inferiore all'1%. Quando le linee guida sono basate sul consumo di ossigeno, la modalità di test nel test massimale dovrebbe essere il più vicino possibile al compito reale. Questo obiettivo, tuttavia, è difficile da raggiungere.

Secondo lo studio classico di Åstrand (1960), RAS non dovrebbe superare il 50% durante una giornata lavorativa di otto ore. Nei suoi esperimenti, con un carico di lavoro del 50%, il peso corporeo è diminuito, la frequenza cardiaca non ha raggiunto uno stato stazionario e il disagio soggettivo è aumentato durante il giorno. Ha raccomandato un limite RAS del 50% sia per gli uomini che per le donne. Successivamente ha scoperto che i lavoratori edili sceglievano spontaneamente un livello medio di RAS del 40% (range 25-55%) durante una giornata lavorativa. Diversi studi più recenti hanno indicato che il RAS accettabile è inferiore al 50%. La maggior parte degli autori consiglia il 30-35% come livello RAS accettabile per l'intera giornata lavorativa.

Originariamente, i livelli RAS accettabili sono stati sviluppati per il puro lavoro muscolare dinamico, che si verifica raramente nella vita lavorativa reale. Può accadere che i livelli RAS accettabili non vengano superati, ad esempio, in un'attività di sollevamento, ma il carico locale sulla schiena può superare notevolmente i livelli accettabili. Nonostante i suoi limiti, la determinazione RAS è stata ampiamente utilizzata nella valutazione dello sforzo fisico in diversi lavori.

Oltre alla misurazione o alla stima del consumo di ossigeno, sono disponibili anche altri utili metodi di campo fisiologico per la quantificazione dello stress fisico o della deformazione nel lavoro dinamico pesante. Le tecniche osservazionali possono essere utilizzate nella stima del dispendio energetico (ad es Scala di Edholm) (Edholm 1966). Valutazione dello sforzo percepito (RPE) indica l'accumulo soggettivo di affaticamento. Nuovi sistemi di monitoraggio ambulatoriale della pressione arteriosa consentono analisi più dettagliate delle risposte circolatorie.

Carico di lavoro accettabile nella movimentazione manuale dei materiali

La movimentazione manuale dei materiali include attività lavorative come il sollevamento, il trasporto, la spinta e la trazione di vari carichi esterni. La maggior parte della ricerca in questo settore si è concentrata sui problemi lombari nelle attività di sollevamento, soprattutto dal punto di vista biomeccanico.

Un livello RAS del 20-35% è stato raccomandato per le attività di sollevamento, quando l'attività viene confrontata con un consumo di ossigeno massimo individuale ottenuto da un test su ergometro su bicicletta.

Le raccomandazioni per una frequenza cardiaca massima consentita sono assolute o correlate alla frequenza cardiaca a riposo. I valori assoluti per uomini e donne sono 90-112 battiti al minuto nella movimentazione manuale continua dei materiali. Questi valori sono all'incirca uguali ai valori raccomandati per l'aumento della frequenza cardiaca al di sopra dei livelli di riposo, ovvero da 30 a 35 battiti al minuto. Queste raccomandazioni sono valide anche per il lavoro muscolare dinamico pesante per uomini e donne giovani e sani. Tuttavia, come accennato in precedenza, i dati sulla frequenza cardiaca devono essere trattati con cautela, perché sono influenzati anche da altri fattori oltre al lavoro muscolare.

Le linee guida per il carico di lavoro accettabile per la movimentazione manuale dei materiali basate su analisi biomeccaniche comprendono diversi fattori, come il peso del carico, la frequenza di movimentazione, l'altezza di sollevamento, la distanza del carico dal corpo e le caratteristiche fisiche della persona.

In uno studio sul campo su larga scala (Louhevaara, Hakola e Ollila 1990) è emerso che i lavoratori maschi sani potevano maneggiare pacchi postali del peso di 4-5 chilogrammi durante un turno senza alcun segno di stanchezza oggettiva o soggettiva. La maggior parte delle movimentazioni avveniva al di sotto del livello delle spalle, la frequenza media di movimentazione era inferiore a 8 pacchi al minuto e il numero totale di pacchi era inferiore a 1,500 per turno. La frequenza cardiaca media dei lavoratori era di 101 battiti al minuto e il loro consumo medio di ossigeno di 1.0 l/min, che corrispondeva al 31% RAS in relazione al massimo della bicicletta.

Anche le osservazioni delle posture di lavoro e dell'uso della forza effettuate secondo il metodo OWAS (Karhu, Kansi e Kuorinka 1977), le valutazioni dello sforzo percepito e le registrazioni ambulatoriali della pressione sanguigna sono metodi adatti per la valutazione dello stress e della deformazione nella movimentazione manuale dei materiali. L'elettromiografia può essere utilizzata per valutare le risposte allo sforzo locale, ad esempio nei muscoli delle braccia e della schiena.

Carico di lavoro accettabile per il lavoro muscolare statico

Il lavoro muscolare statico è richiesto principalmente per mantenere le posture di lavoro. Il tempo di resistenza della contrazione statica dipende in modo esponenziale dalla forza relativa di contrazione. Ciò significa, ad esempio, che quando la contrazione statica richiede il 20% della forza massima, il tempo di resistenza è compreso tra 5 e 7 minuti e quando la forza relativa è del 50%, il tempo di resistenza è di circa 1 minuto.

Studi precedenti hanno indicato che non si svilupperà fatica quando la forza relativa è inferiore al 15% della forza massima. Tuttavia, studi più recenti hanno indicato che la forza relativa accettabile è specifica per il muscolo o il gruppo muscolare ed è compresa tra il 2 e il 5% della forza statica massima. Questi limiti di forza sono, tuttavia, difficili da usare in situazioni di lavoro pratiche perché richiedono registrazioni elettromiografiche.

Per il professionista, sono disponibili meno metodi sul campo per la quantificazione della deformazione nel lavoro statico. Esistono alcuni metodi di osservazione (ad esempio, il metodo OWAS) per analizzare la proporzione di posture di lavoro scorrette, cioè posture che deviano dalle normali posizioni centrali delle articolazioni principali. Le misurazioni della pressione sanguigna e le valutazioni dello sforzo percepito possono essere utili, mentre la frequenza cardiaca non è così applicabile.

Carico di lavoro accettabile nel lavoro ripetitivo

Il lavoro ripetitivo con piccoli gruppi muscolari assomiglia al lavoro muscolare statico dal punto di vista delle risposte circolatorie e metaboliche. Tipicamente, nel lavoro ripetitivo i muscoli si contraggono oltre 30 volte al minuto. Quando la forza relativa di contrazione supera il 10% della forza massima, il tempo di resistenza e la forza muscolare iniziano a diminuire. Tuttavia, vi è un'ampia variazione individuale nei tempi di resistenza. Ad esempio, il tempo di resistenza varia da due a cinquanta minuti quando il muscolo si contrae da 90 a 110 volte al minuto con un livello di forza relativo dal 10 al 20% (Laurig 1974).

È molto difficile stabilire criteri definitivi per il lavoro ripetitivo, perché anche livelli di lavoro molto leggeri (come con l'uso di un mouse per microcomputer) possono causare aumenti della pressione intramuscolare, che a volte possono portare a gonfiore delle fibre muscolari, dolore e riduzione nella forza muscolare.

Il lavoro muscolare ripetitivo e statico causerà affaticamento e ridotta capacità di lavoro a livelli di forza relativa molto bassi. Pertanto, gli interventi ergonomici dovrebbero mirare a ridurre al minimo il numero di movimenti ripetitivi e contrazioni statiche per quanto possibile. Sono disponibili pochissimi metodi sul campo per la valutazione della deformazione nel lavoro ripetitivo.

Prevenzione del sovraccarico muscolare

Esistono relativamente poche prove epidemiologiche per dimostrare che il carico muscolare è dannoso per la salute. Tuttavia, studi sulla fisiologia e sull'ergonomia del lavoro indicano che il sovraccarico muscolare si traduce in affaticamento (cioè, diminuzione della capacità lavorativa) e può ridurre la produttività e la qualità del lavoro.

La prevenzione del sovraccarico muscolare può essere rivolta al contenuto del lavoro, all'ambiente di lavoro e al lavoratore. Il carico può essere regolato con mezzi tecnici, che si concentrano sull'ambiente di lavoro, sugli strumenti e/o sui metodi di lavoro. Il modo più rapido per regolare il carico di lavoro muscolare è aumentare la flessibilità dell'orario di lavoro su base individuale. Ciò significa progettare regimi di lavoro-riposo che tengano conto del carico di lavoro e delle esigenze e capacità del singolo lavoratore.

Il lavoro muscolare statico e ripetitivo dovrebbe essere ridotto al minimo. Occasionali fasi di lavoro dinamico pesante possono essere utili per il mantenimento di una forma fisica di tipo endurance. Probabilmente, la forma più utile di attività fisica che può essere incorporata in una giornata lavorativa è la camminata veloce o il salire le scale.

La prevenzione del sovraccarico muscolare, tuttavia, è molto difficile se la forma fisica o le capacità lavorative del lavoratore sono scarse. Un allenamento adeguato migliorerà le capacità lavorative e potrebbe ridurre i carichi muscolari durante il lavoro. Inoltre, un regolare esercizio fisico durante il lavoro o il tempo libero aumenterà le capacità muscolari e cardio-respiratorie del lavoratore.

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