Questo articolo è tratto dalla terza edizione dell'Encyclopaedia of Occupational Health and Safety.
L'antropometria è una branca fondamentale dell'antropologia fisica. Rappresenta l'aspetto quantitativo. Un ampio sistema di teorie e pratiche è dedicato alla definizione di metodi e variabili per mettere in relazione gli obiettivi nei diversi campi di applicazione. Nei campi della salute, della sicurezza e dell'ergonomia sul lavoro i sistemi antropometrici si occupano principalmente della corporatura, della composizione e della costituzione e delle dimensioni dell'interrelazione del corpo umano con le dimensioni del posto di lavoro, le macchine, l'ambiente industriale e l'abbigliamento.
Variabili antropometriche
Una variabile antropometrica è una caratteristica misurabile del corpo che può essere definita, standardizzata e riferita ad un'unità di misura. Le variabili lineari sono generalmente definite da punti di riferimento che possono essere ricondotti con precisione al corpo. I punti di riferimento sono generalmente di due tipi: scheletrici-anatomici, che possono essere trovati e tracciati tastando le protuberanze ossee attraverso la pelle, e punti di riferimento virtuali che si trovano semplicemente come distanze massime o minime usando i rami di un calibro.
Le variabili antropometriche hanno componenti sia genetiche che ambientali e possono essere utilizzate per definire la variabilità individuale e di popolazione. La scelta delle variabili deve essere correlata allo scopo specifico della ricerca e standardizzata con altre ricerche nello stesso campo, in quanto il numero di variabili descritte in letteratura è estremamente elevato, essendo state descritte fino a 2,200 per il corpo umano.
Le variabili antropometriche sono principalmente lineare misure, come altezze, distanze da punti di riferimento con soggetto in piedi o seduto in una postura standardizzata; diametri, come le distanze tra punti di riferimento bilaterali; Lunghezze, come le distanze tra due diversi punti di riferimento; misure curve, vale a dire archi, come le distanze sulla superficie corporea tra due punti di riferimento; e sottopancia, come misure a tutto tondo chiuse su superfici corporee, generalmente posizionate ad almeno un punto di riferimento o ad un'altezza definita.
Altre variabili possono richiedere metodi e strumenti speciali. Ad esempio lo spessore della plica viene misurato mediante speciali calibri a pressione costante. I volumi sono misurati mediante calcolo o mediante immersione in acqua. Per ottenere informazioni complete sulle caratteristiche della superficie corporea, è possibile tracciare una matrice computerizzata dei punti della superficie utilizzando tecniche biostereometriche.
Strumenti
Sebbene sofisticati strumenti antropometrici siano stati descritti e utilizzati in vista della raccolta automatizzata dei dati, gli strumenti antropometrici di base sono abbastanza semplici e facili da usare. Occorre prestare molta attenzione per evitare errori comuni derivanti da un'errata interpretazione dei punti di riferimento e da posture errate dei soggetti.
Lo strumento antropometrico standard è l'antropometro, un'asta rigida lunga 2 metri, con due scale di controlettura, con la quale si possono rilevare le dimensioni corporee verticali, come le altezze dei punti di riferimento dal pavimento o dal sedile, e trasversali, come i diametri.
Comunemente la canna può essere divisa in 3 o 4 sezioni che si incastrano l'una nell'altra. Un ramo scorrevole con unghia dritta o curva permette di misurare le distanze dal pavimento per le altezze, o da un ramo fisso per i diametri. Gli antropometri più elaborati hanno un'unica scala per altezze e diametri per evitare errori di scala, oppure sono dotati di dispositivi digitali di lettura meccanici o elettronici (figura 1).
Uno stadiometro è un antropometro fisso, generalmente utilizzato solo per la statura e spesso associato a una bilancia a fascio di peso.
Per i diametri trasversali possono essere utilizzati una serie di calibri: il pelvimetro per misure fino a 600 mm e il cefalometro fino a 300 mm. Quest'ultimo è particolarmente indicato per la misurazione della testa se utilizzato insieme ad un compasso scorrevole (figura 2).
Figura 2. Un cefalometro insieme a una bussola scorrevole
La pediera serve per misurare i piedi e la testiera fornisce le coordinate cartesiane della testa quando è orientata nel “piano di Francoforte” (un piano orizzontale passante per porzione ed orbitale punti di riferimento della testa). La mano può essere misurata con un calibro o con un dispositivo speciale composto da cinque righelli scorrevoli.
Lo spessore della plica cutanea viene misurato con un calibro per plica cutanea a pressione costante generalmente con una pressione di 9.81 x 104 Pa (la pressione esercitata da un peso di 10 g su un'area di 1 mm2).
Per archi e sottopancia viene utilizzato un nastro d'acciaio stretto e flessibile a sezione piatta. I nastri in acciaio autoraddrizzanti devono essere evitati.
Sistemi di variabili
Un sistema di variabili antropometriche è un insieme coerente di misurazioni corporee per risolvere alcuni problemi specifici.
Nel campo dell'ergonomia e della sicurezza, il problema principale è adattare le attrezzature e lo spazio di lavoro alle persone e confezionare gli abiti della taglia giusta.
L'attrezzatura e lo spazio di lavoro richiedono principalmente misure lineari di arti e segmenti corporei che possono essere facilmente calcolati da altezze e diametri dei punti di riferimento, mentre le dimensioni della sartoria si basano principalmente su archi, circonferenze e lunghezze di nastro flessibili. Entrambi i sistemi possono essere combinati a seconda delle necessità.
In ogni caso è assolutamente necessario avere un riferimento spaziale preciso per ogni misura. I punti di riferimento devono quindi essere collegati da altezze e diametri e ogni arco o circonferenza deve avere un punto di riferimento definito. Altezze e pendenze devono essere indicate.
In una particolare indagine, il numero di variabili deve essere limitato al minimo in modo da evitare indebite sollecitazioni al soggetto e all'operatore.
Un set base di variabili per lo spazio di lavoro è stato ridotto a 33 variabili misurate (figura 3) più 20 derivate da un semplice calcolo. Per un'indagine militare generica, Hertzberg e collaboratori utilizzano 146 variabili. Per l'abbigliamento e per scopi biologici generali l'Ente Italiano della Moda (Ente Italiano della Moda) utilizza un insieme di 32 variabili di uso generale e 28 variabili tecniche. La norma tedesca (DIN 61 516) di controllo delle dimensioni del corpo per i vestiti comprende 12 variabili. La raccomandazione dell'Organizzazione internazionale per la standardizzazione (ISO) per l'antropometria include un elenco di base di 36 variabili (vedi tabella 1). Le tabelle International Data on Anthropometry pubblicate dall'ILO elencano 19 dimensioni corporee per le popolazioni di 20 diverse regioni del mondo (Jürgens, Aune e Pieper 1990).
Figura 3. Insieme di base delle variabili antropometriche
Tabella 1. Elenco dei nuclei antropometrici di base
1.1 Portata in avanti (alla presa della mano con soggetto in piedi contro un muro)
1.2 Statura (distanza verticale dal pavimento al vertice della testa)
1.3 Altezza degli occhi (dal pavimento all'angolo interno dell'occhio)
1.4 Altezza spalle (dal pavimento all'acromion)
1.5 Altezza del gomito (dal pavimento alla depressione radiale del gomito)
1.6 Altezza del cavallo (dal pavimento all'osso pubico)
1.7 Altezza della punta delle dita (dal pavimento all'asse della presa del pugno)
1.8 Larghezza spalle (diametro biacromiale)
1.9 Larghezza dell'anca, in piedi (la distanza massima tra le anche)
2.1 Altezza seduta (dal sedile al vertice della testa)
2.2 Altezza degli occhi, seduto (dal sedile all'angolo interno dell'occhio)
2.3 Altezza spalle, seduto (dal sedile all'acromion)
2.4 Altezza del gomito, seduto (dal sedile al punto più basso del gomito piegato)
2.5 Altezza del ginocchio (dal poggiapiedi alla superficie superiore della coscia)
2.6 Lunghezza della parte inferiore della gamba (altezza della superficie di seduta)
2.7 Lunghezza avambraccio-mano (dalla parte posteriore del gomito piegato all'asse della presa)
2.8 Profondità del corpo, seduto (profondità del sedile)
2.9 Lunghezza gluteo-ginocchio (dalla rotula al punto più arretrato del gluteo)
2.10 Larghezza da gomito a gomito (distanza tra la superficie laterale dei gomiti)
2.11 Larghezza dell'anca, seduta (larghezza del sedile)
3.1 Ampiezza del dito indice, prossimale (all'articolazione tra falangi mediale e prossimale)
3.2 Ampiezza del dito indice, distale (all'articolazione tra le falangi distale e mediale)
3.3 Lunghezza del dito indice
3.4 Lunghezza della mano (dalla punta del dito medio alla stiloide)
3.5 Handbreadth (ai metacarpi)
3.6 Circonferenza del polso
4.1 Larghezza del piede
4.2 Lunghezza del piede
5.1 Circonferenza del calore (alla glabella)
5.2 Arco sagittale (dalla glabella all'inion)
5.3 Lunghezza della testa (dalla glabella all'opistocranione)
5.4 Larghezza della testa (massimo sopra l'orecchio)
5.5 Arco di bitragione (sopra la testa tra le orecchie)
6.1 Circonferenza della vita (all'ombelico)
6.2 Altezza tibiale (dal pavimento al punto più alto sul margine antero-mediale della glenoide della tibia)
6.3 Altezza cervicale seduta (fino alla punta del processo spinoso della 7a vertebra cervicale).
Fonte: adattato da ISO/DP 7250 1980).
Precisione ed errori
La precisione delle dimensioni del corpo vivente deve essere considerata in modo stocastico perché il corpo umano è altamente imprevedibile, sia come struttura statica che dinamica.
Un singolo individuo può crescere o cambiare in muscolosità e grasso; subire alterazioni scheletriche in conseguenza di invecchiamento, malattie o incidenti; o modificare il comportamento o la postura. Soggetti diversi differiscono per proporzioni, non solo per dimensioni generali. I soggetti di alta statura non sono semplici ingrandimenti di quelli bassi; tipi costituzionali e somatotipi probabilmente variano più delle dimensioni generali.
L'uso di manichini, in particolare quelli che rappresentano il 5°, 50° e 95° percentile standard per le prove di vestibilità, può essere altamente fuorviante, se non si prendono in considerazione le variazioni delle proporzioni corporee.
Gli errori derivano da un'errata interpretazione dei punti di riferimento e dall'uso scorretto degli strumenti (errore personale), strumenti imprecisi o inesatti (errore strumentale) o cambiamenti nella postura del soggetto (errore del soggetto, quest'ultimo può essere dovuto a difficoltà di comunicazione se il background culturale o linguistico di il soggetto è diverso da quello dell'operatore).
Trattamento statistico
I dati antropometrici devono essere trattati con procedure statistiche, principalmente nel campo dei metodi di inferenza che applicano metodi univariati (media, moda, percentili, istogrammi, analisi della varianza, ecc.), bivariati (correlazione, regressione) e multivariati (correlazione multipla e regressione, analisi fattoriale , ecc.) metodi. Vari metodi grafici basati su applicazioni statistiche sono stati ideati per classificare i tipi umani (antropometrogrammi, morfosomatogrammi).
Campionamento e rilievo
Poiché i dati antropometrici non possono essere raccolti per l'intera popolazione (tranne nel raro caso di una popolazione particolarmente piccola), il campionamento è generalmente necessario. Un campione sostanzialmente casuale dovrebbe essere il punto di partenza di qualsiasi indagine antropometrica. Per mantenere il numero di soggetti misurati a un livello ragionevole è generalmente necessario ricorrere al campionamento stratificato a più stadi. Ciò consente la suddivisione più omogenea della popolazione in più classi o strati.
La popolazione può essere suddivisa per sesso, fascia di età, area geografica, variabili sociali, attività fisica e così via.
I moduli di indagine devono essere progettati tenendo conto sia della procedura di misurazione che del trattamento dei dati. Occorre effettuare un accurato studio ergonomico della procedura di misura per ridurre l'affaticamento dell'operatore ed i possibili errori. Per questo motivo le variabili devono essere raggruppate in base allo strumento utilizzato e ordinate in sequenza in modo da ridurre il numero di flessioni del corpo che l'operatore deve compiere.
Per ridurre l'effetto dell'errore personale, l'indagine dovrebbe essere effettuata da un solo operatore. Se deve essere utilizzato più di un operatore, è necessaria una formazione per garantire la replicabilità delle misurazioni.
Antropometria della popolazione
Ignorando il concetto altamente criticato di "razza", le popolazioni umane sono tuttavia molto variabili nella dimensione degli individui e nella distribuzione delle dimensioni. Generalmente le popolazioni umane non sono strettamente mendeliane; sono comunemente il risultato di una mescolanza. A volte due o più popolazioni, con origini e adattamenti diversi, convivono nella stessa area senza incroci. Ciò complica la distribuzione teorica dei tratti. Dal punto di vista antropometrico, i sessi sono popolazioni diverse. Popolazioni di dipendenti potrebbero non corrispondere esattamente alla popolazione biologica della stessa area in conseguenza di possibili selezioni attitudinali o autoselezione per scelta lavorativa.
Popolazioni di aree diverse possono differire in conseguenza di diverse condizioni di adattamento o strutture biologiche e genetiche.
Quando l'aderenza è importante è necessaria un'indagine su un campione casuale.
Prove di montaggio e regolazione
L'adattamento dello spazio di lavoro o delle attrezzature all'utente può dipendere non solo dalle dimensioni corporee, ma anche da variabili quali la tolleranza del disagio e la natura delle attività, l'abbigliamento, gli strumenti e le condizioni ambientali. È possibile utilizzare una combinazione di una lista di controllo dei fattori rilevanti, un simulatore e una serie di prove di adattamento utilizzando un campione di soggetti scelti per rappresentare la gamma di dimensioni corporee della popolazione di utenti prevista.
L'obiettivo è quello di trovare intervalli di tolleranza per tutti i soggetti. In caso di sovrapposizione degli intervalli è possibile selezionare un intervallo finale più ristretto che non sia al di fuori dei limiti di tolleranza di alcun soggetto. Se non ci sono sovrapposizioni sarà necessario rendere la struttura regolabile o fornirla in misure diverse. Se più di due dimensioni sono regolabili, un soggetto potrebbe non essere in grado di decidere quale delle possibili regolazioni gli si adatta meglio.
L'adattabilità può essere una questione complicata, soprattutto quando le posture scomode provocano affaticamento. Devono quindi essere date indicazioni precise all'utente che spesso conosce poco o nulla delle proprie caratteristiche antropometriche. In generale, una progettazione accurata dovrebbe ridurre al minimo le necessità di adeguamento. In ogni caso, va sempre tenuto presente che si tratta di antropometria, non di semplice ingegneria.
Antropometrie dinamiche
L'antropometria statica può fornire ampie informazioni sul movimento se è stato scelto un insieme adeguato di variabili. Tuttavia, quando i movimenti sono complicati ed è desiderabile uno stretto adattamento con l'ambiente industriale, come nella maggior parte delle interfacce utente-macchina e uomo-veicolo, è necessaria un'indagine esatta delle posture e dei movimenti. Questo può essere fatto con opportuni mock-up che consentono di tracciare le linee di portata o mediante fotografia. In questo caso, una macchina fotografica dotata di teleobiettivo e asta antropometrica, posta nel piano sagittale del soggetto, consente fotografie standardizzate con poca distorsione dell'immagine. Piccole etichette sulle articolazioni dei soggetti consentono l'esatto tracciamento dei movimenti.
Un altro modo di studiare i movimenti è quello di formalizzare i cambiamenti posturali secondo una serie di piani orizzontali e verticali passanti per le articolazioni. Ancora una volta, l'utilizzo di modelli umani computerizzati con sistemi di progettazione assistita da computer (CAD) è un modo fattibile per includere l'antropometria dinamica nella progettazione ergonomica del posto di lavoro.