Modulo~1 ERGONOMIA 3

65Diplomado en Ergonomía de Diseño MODULO II

FACTORES ANTROPOMÉTRICOS ENEL DISEÑO.

Consideraciones Generales

La estructura y función del cuerpo humano ocupa un lugar vital en el diseño desistemas Hombre – Objeto - Entorno, aunque este aspecto se ha visto fre-cuentemente relegado por diseñadores e ingenieros.

Las fallas en el desempeño de un sistema provocadas por no haber proporcio-nado unos cuantos centímetros de espacio; que pueden ser críticos para eloperador, pueden arriesgar no sólo la eficiencia, sino también la seguridad tantodel operador como del equipo manejado. Con prevención, esos centímetroscríticos pueden ser proporcionados sin comprometer el diseño.

Los datos antropométricos confiables y los procedimientos técnicos de laergonomía se convierten en poderosas herramientas disponibles hoy en díapara la adecuación dimensional óptima de los productos de diseño al hombre.

Metas en la consideración de los Factoresantropométricos:

1. Todos los operadores o usuarios deben poder operar las máquinas,herramientas y productos de diseño. Esto implica la existencia de una metaideal que no puede ir más allá del 90 ó 95% de los usuarios debido a los casosextremos que siempre existen en toda población. La operabilidad universal, ovirtualmente universal, es deseable por:

a) Los productos de consumo deben poder ser utilizados por grupospoblacionales o sectores de mercado generalmente numerosos y por tantocon una alta variabilidad dimensional.

b) Las condiciones de operación de los sistemas industriales frecuentementerequieren de intercambiabilidad de los operarios.

66 Diplomado en Ergonomía de Diseño MODULO II

c) Existen sistemas bastante complejos que requieren operarios altamente ca-lificados, cuya selección resulta aún más limitada por las restriccionesdimensionales de los equipos.

La operabilidad virtualmente universal de los productos de diseño es general-mente factible por:

. Pocas limitaciones en las dimensiones humanas son impuestas por las dimen-siones más generales de los productos. (Las fallas o defectos dimensionalesgeneralmente dependen de los detalles del diseño).

. El rango de las variaciones humanas es pequeño con relación a las dimensio-nes de los productos.

. El rango de las dimensiones humanas, o al menos hasta el 90o 95 percentil, esen general fácilmente acomodado por medio de artificios ajustables.

2. No limitar el desempeño de las máquinas y productos de diseño por lasfallas humanas. Cualquier equipo, no obstante que haya sido hábilmente dise-ñado para cumplir con su función, puede ser maltratado o destruido por unoperador incómodo o ineficiente. Si esto es resultado de alguna equivocaciónanatómica o biomecánica por parte del diseñador, la falla puede ser clasificadacomo “error de diseño” y no como “error del operador”.

Los errores de diseño son de hecho los responsables de una parte sustancialde los accidentes aéreos y automovilísticos hasta ahora atribuidos a las fallashumanas.

PRINCIPIOS ANTROPOMÉTRICOS GENERALES EN ELDISEÑO

1. Considere la variabilidad antropométrica del usuario desde el principiodel proceso de diseño. Las consideraciones antropométricas en la etapa demodelos o prototipos pueden ser demasiado tardías.

2. La variabilidad antropométrica significa que los usuarios varían en susdimensiones corporales, su edad, su sexo, sus capacidades físicas y estas varia-ciones pueden ser bastante amplias.

3. La variabilidad se presenta tanto hacia el interior de un grupo de usuarioscomo hacia el exterior, entre grupos de usuarios.


4. Las dimensiones del grupo de usuarios para quien se diseña un productopueden ser considerablemente diferentes de las medidas que se tienen dis-ponibles en la literatura o los estudios de campo.

5. Si no se tienen dimensiones de los usuarios reales para quien se diseña,o una base de datos generalizable, es mejor tomar una muestra pequeña deusuarios reales y medirlos (1OO sujetos representativos); que usar datos in-adecuados.

6. Tenga en cuenta que el usuario - operador es un ser humano funcionaly dinámico. No es un maniquí o robot estático como aparece en la literaturao en los planos. El usuario casi siempre está vestido, puede usar ropas gruesas,moverse y adoptar posiciones inusuales. Requiere un adecuado campo visualy motor, y debe estar cómodo, seguro y ser eficiente.

7. Al realizar las adecuaciones antropométricas, permita suficiente margende seguridad tanto para el operario como para el equipo. Ambos pueden sersujetos de demandas inusuales. Por consiguiente, permita excederse en losespacios mínimos y holguras mecánicas, más que acercarse a lo mínimo indis-pensable.

8. Evalúe la acomodación de las dimensiones humanas en los equipos yproductos completos y funcionales, o cuando menos en modelos, maquetas ysimuladores lo más cercanos a la realidad. Utilice usuarios reales y evalúe aque-llos situados en los extremos del rango de variabilidad.

LA VARIABILIDAD HUMANA

A diferencia de los entes inanimados en donde se puede encontrar cierta uni-formidad en sus contenidos y comportamientos, el ser humano se distinguesobre todo por su VARIABILIDAD.

Un compuesto químico tiene un punto de disolución y un coeficiente deconductividad. Los metales, plásticos, y textiles pueden igualmente ser descri-tos en términos de propiedades relativamente fijas, con un comportamientoprecisamente especificado bajo condiciones externas dadas tales como calor,presión, vibración, estrés mecánico y semejantes.

El hombre, por el contrario, es totalmente variado. Si tomamos por ejemplo,una muestra de individuos del igual sexo, edad, raza y condición


socioeconómica, y observamos sus características físicas, nos encontraremoscon una variedad de formas, tamaños, proporciones, colores de piel, tipos depelo, etc., tan amplia como amplia puede ser la misma muestra.Estas variaciones son producto de la evolución biológica y sociocultural delhombre, y tienen funciones muy particulares en esos mismos niveles de orga-nización, que garantizan la continuidad de nuestra especie.

Existen dos tipos de variabilidad humana:

a) La variabilidad interna: Representada por las variaciones que se dan alinterior mismo de un grupo poblacional, como en el ejemplo anterior.

b) La variabilidad externa: Representada por las variaciones entre diversosgrupos poblacionales. La variabilidad antropométrica de una población está determinada principalmente por cuatro tipos de factores:

. La herencia genética: Los diferentes grupos de la especie humana que se desa-rrollaron y evolucionaron en diferentes zonas geográficas del planeta, durantesu proceso de adaptación a las cambiantes condiciones ambientales,desarrollaron también diferentes características físicas que les permitían en-frentar las condiciones adversas de su medio ambiente. Así por ejemplo, losNilotas, habitantes de los márgenes del río Nilo, desarrollaron una gran estatu-ra, escasa adiposidad, Pigmento oscuro en la piel y gran capacidad sudoratoria;como elementos que les permitieron soportar las intensas radiaciones solaresde esas latitudes.

Al extenderse las poblaciones de diversas partes del planeta y mezclarse entresí, las características desarrolladas son transmitidas genéticamente aunque yano sean funcionales a los nuevos ambientes.

. El sexo: En todo grupo poblacional humano, la estructura y composición es-quelético y muscular del sexo masculino es diferente a la del sexo femenino,debido a los diferentes roles que juegan en la reproducción biológica. Comorasgo característico, las estaturas en general de los hombres son mayores quelas de las mujeres, en cambio las anchuras de caderas y la flexibilidad articulatoriaes mayor en las mujeres.

. La edad: Las dimensiones del cuerpo humano no son estáticas, durante la vidadel individuo se van presentando modificaciones que van desde el incesanteincremento de estatura y longitud de los miembros del cuerpo durante el de-sarrollo (O a 24 años) hasta el incremento de las anchuras pasando los 24 añosy el pequeño descenso de la estatura pasando los 50 años.


. Las condiciones socioeconómicas: Debido al importante papel que juega la ali-mentación, las actividades físicas, el cuidado de las enfermedades y los hábitoshigiénicos; todos ellos fuertemente determinados por factores económicos yeducativos, se han encontrado diferencias significativas entre grupospoblacionales de diferentes niveles económicos y educativos.

Otros factores determinantes menos directos pero que en algunas ocasionespudieran ser críticos son:

. La ocupación: Los puestos de trabajo mantenidos por períodos más o menoslargos pueden afectar algunas dimensiones humanas, por ejemplo, los chofe-res de autobús tienden a engordar, mientras que los investigadores científicostienden a adelgazar.

. Las generaciones: Las estaturas de los datos provenientes de investigacionesde más de 25 años atrás tienden a ser más bajas que los datos sobre poblacio-nes similares hechas en la actualidad; esto se debe al incremento de lasposibilidades de mejor alimentación, educación, asistencia médica y hábitosfísicos en comparación con épocas pasadas.

Los estudios y bases de datos antropométricos deben considerar estos facto-res determinantes de la variabilidad para presentar y poder usar apropiada-mente sus datos.

LA VARIABILIDAD ANTROPOMÉTRICA

Debido a lo antes explicado, un grupo de usuarios, un segmento del mercado,va a presentar una variabilidad antropométrica que es preciso conocer conprecisión para poder realizar las adecuaciones dimensionales del producto a lamayor parte posible de ellos.

Esta variabilidad está representada por la curva estadística de distribución nor-mal, que nos indica cuales son los datos mayores, menores y en promedio deun grupo de mediciones y el porcentaje de personas ubicadas en cada segmen-to de la curva (percentiles).

Una adecuación antropométrica debe considerar que las dimensiones críticasdel producto se adapten al 90 % de la población de usuarios, esto es, el pro-ducto debe poder ser usado, manipulado, operado, por personas altas y bajas,gruesas y delgadas, livianas y pesadas, de acuerdo a los datos de su propiacurva de variabilidad.


La variabilidad antropométrica de un grupo poblacional generalmente se re-presenta por medio de curvas estadísticas o tabulaciones de los datos obteni-dos de éstas. En éstas tablas encontraremos los valores de las personas demenores dimensiones (percentil 5) y de las personas de mayores dimensiones(percentil 95), extremos entre los que se encuentra el 90% de la población.

TIPOS DE DIMENSIONES EN ANTROPOMETRÍA

Las dimensiones del cuerpo humano que influyen en el diseño de productosson de dos tipos esenciales:

a) Dimensiones Estructurales: Son las dimensiones de las distintas partes oelementos estructurales del cuerpo, por ejemplo: estatura, longitud del brazo,longitud de la mano, perímetro de la cabeza, altura de la rodilla.

b) Dimensiones Funcionales: Son dimensiones que incluyen el movimientoy la acción de segmentos corporales en el espacio de trabajo, por ejemplo:Zona de alcance funcional máximo de la mano, Zona de alcance de comodidad,Zona de alcance mínimo.

Generalmente por su facilidad de medición, las dimensiones estructurales sonlas que aparecen con más frecuencia en las bases de datos disponibles.


APLICACIÓN DE LOS DATOS ANTROPOMÉTRICOS

LA FALACIA DEL HOMBRE MEDIO

Con frecuencia se escucha que los objetos y productos de diseño deben adap-tarse al «promedio» de los usuarios. Esto está basado en una concepciónerrónea de los estadígrafos de la distribución normal.

En primer lugar, desde el punto de vista técnico, el promedio es un dato teóri-co obtenido de la división de la sumatoria de todos los datos de una muestra,entre el total de datos, es decir, no es un dato real, y los datos reales que porcasualidad resultan iguales son excesivamente pocos.

En segundo lugar, este dato «promedio» sólo indica que alrededor de él seagrupan todos los demás, y nunca que la mayor parte de los datos son igualesa él.

En tercer lugar, una adecuación a los datos promedios, deja en graves proble-mas al 45% de la población que generalmente son mayores o menores que elpromedio. Piénsese en la adecuación de la altura de una puerta al promediode estatura de una población.

ADECUACIÓN ANTROPOMÉTRICA

El proceso de optimización ergonómica descansa fundamentalmente sobre elconcepto de adecuación o adaptación de los aspectos dimensionales y funcio-nales de los productos a las características biosico-sociales del 90% de losusuarios.

De los resultados de la técnica del análisis de tareas y exigencias humanas sepasa al proceso de optimización de cada índice ergonómico en particular, asípor ejemplo, para el diseño del asa de un producto se exige que ésta pueda sermanipulada, «agarrada», por todos los usuarios (Cuando se habla de todos losusuarios debe entenderse el 90%, a menos que se indique expresamente otracosa), esto significa que las dimensiones deberán permitir el agarre por manosgrandes pertenecientes al percentil 95 y al mismo tiempo por manos peque-ñas, percentil 5.

El proceso de adecuación consiste en analizar los efectos que para las manosdel percentil 5, tendría una asa diseñada para las dimensiones del percentil 95 yviceversa.


Si la exigencia ergonómica encontrada en el análisis de tareas, determina quese necesita una asa donde quepan los 4 dedos y exista apoyo para el pulgar, eslógico que la holgura del asa deberá de diseñarse con base a las dimensiones delas manos más grandes, pues de otra forma, si se diseñase para las manos máspequeñas, las grandes no cabrían. Al mismo tiempo los efectos de coger unaasa de mayor tamaño con las manos pequeñas, no afectaría en forma notableel desempeño y la comodidad.

Para el caso de asientos, un criterio ergonómico indica que la altura del mismodebe ser menor o igual a la altura poplítea y dado que en la curva de variabili-dad de esta dimensión, el percentil 95 acusa valor de 54 cm. y el del 5 percentilun valor de 38 cm., lo más adecuado será dejar la altura al valor más cercanodel percentil 5 más la altura de zapatos, lo cual daría aproximadamente 40 cm.,con lo que los usuarios del percentil 95 quedarían con las rodillas un pocolevantadas, situación menos incómoda que quedar con las piernas colgando.

En cambio la anchura del asiento debe adecuarse al percentil 95 más unapequeña holgura por la ropa y no afectará notablemente a los usuarios delpercentil 5 en esta dimensión; pues es mejor que sobre superficie del asiento aque falte en la zona de los glúteos.

En algunos casos, será necesario realizar ajustes posteriores con ayuda de lasimulación o la experimentación; en que las dimensiones del producto seadecuen mejor a las dimensiones y funcionalidad de los usuarios.


BIOMECÁNICA

La Biomecánica es el estudio de los movimientos del cuerpo como un sistemadinámico de palancas y esfuerzos vectoriales.

Incluye el análisis del rango de movimiento de las articulaciones de los diversossegmentos corporales (Kinesiología), el estudio del metabolismo muscular (Fi-siología muscular), la fuerza y velocidad de los movimientos humanos,(Dinamometría y Cinética), la composición y descomposición de las fuerzasejercidas por el sistema músculo-esquelético y las respuestas del cuerpo afuerzas tales como la aceleración y la vibración.

La comprensión del funcionamiento motor del cuerpo humano, sus capacida-des y limitaciones, es de fundamental importancia para el diseño ergonómicode máquinas, herramientas, puestos de trabajo, equipos y productos en gene-ral.

En términos de aplicaciones al diseño de productos, los datos biomecánicosmás importantes están relacionados con el conocimiento del trabajo muscular,el rango de movimiento de las articulaciones, las capacidades y limitaciones deesfuerzo en diferentes posturas corporales.

II. FISIOLOGÍA MUSCULAR

El análisis ergonómico de un objeto/artefacto implica la consideración de lascaracterísticas humanas de los usuarios relacionadas con su uso, a fin de poderadaptar el objeto a éstas y lograr así la comodidad, eficiencia y seguridad en lainterfase hombre-objeto. Dentro de éstos factores humanos a tomar encuenta, se encuentran los aspectos relacionados con el trabajo muscular, basede las actividades humanas.

Dentro del proceso de optimización ergonómica de un objeto/artefacto, laconsideración de los factores anatómicos y antropométricos no es más que labase inicial que permitirá el logro de objetivos más elevados relacionados di-rectamente con la actividad misma del usuario durante su interacción con elobjeto.


La actividad general del ser humano no puede ser vista más que como un todointegrado en donde los componentes físicos, mentales y psicomotrices se en-cuentran en interacción constante y el resultado final puede ser clasificado segúnel nivel de intensidad en que cada componente haya participado en una acciónen particular. Así, se define como actividad física a la secuencia de acciones delaparato locomotriz caracterizadas por un intenso despliegue de trabajomuscular, observable a través de amplios movimientos de las partes del cuerpoo de todo éste, con aplicación de fuerzas biomecánicas y el consiguienteincremento en las variables de los signos vitales (tasa cardíaca, presión sanguínea,tasa respiratoria, temperatura corporal, etc.).

Es claro que durante el despliegue de una actividad física también se encuentrapresente, en menor grado de intensidad, la actividad mental, pues es posibleestar pensando, recordando, imaginando, durante el ejercicio físico, indepen-dientemente de éste, así como también es claro que la coordinación de movi-mientos es producto de la actividad psicomotriz, aunque esto suceda de ma-nera automatizada o inconsciente.

De la misma manera, cuando se desarrolla una actividad mental como leer,escuchar o realizar cálculos matemáticos, la actividad física se encuentra pre-sente en un nivel mínimo, es la responsable de la conservación de la postura yde los movimientos necesarios para restablecer y conservar la circulación san-guínea en las partes del cuerpo oprimidas por los objetos con los que estamosen contacto; al mismo tiempo, los movimientos necesarios para manipular losobjetos auxiliares de la actividad mental (lápices, calculadoras, etc.) son pro-ducto de la actividad psicomotriz.

Así pues, resulta evidente la consideración de las actividades humanas comoun todo integral que sólo podemos separar con fines de análisis y explicacióndidáctica, a fin de comprender más a fondo sus particularidades y estar encondiciones de aplicar este conocimiento a situaciones prácticas en donde laseguridad y el bienestar humano sean los valores a conservar.

1. Estructura y función del músculo esqueléticoLos músculos del cuerpo son máquinas biológicas mediante las que se convier-te energía química en trabajo mecánico. Existen tres tipos de músculos en elcuerpo humano: el liso, el cardíaco y el estriado, a éste último se le da tambiénel nombre de músculo esquelético por su localización e inserción en los hue-sos con los que forma un sistema de palancas mediante el cual el cuerpo hu-mano se mueve y realiza sus actividades. Por su importancia como base de lasactividades humanas en general y por ser éstos músculos los que más resultan


afectados por la interacción con los objetos.Su estudio por los kinesiólogos e ingenieros biomecánicos resulta de especialtrascendencia, por lo que aquí, sólo nos vamos a referir a este tipo de músculo.

Un músculo está formado por paquetes de fibras celulares filiformes,multinucleares, alargadas. Cada fibra puede medir desde unos cuantos milíme-tros hasta más de 30 cm. de longitud y un diámetro entre 0.0 1 y 0. 1 mm.Unidades de 100 a 150 fibras o células musculares se unen entre sí para formarun asa llamada fascículo.Varios fascículos se unen a su vez formando una unidad mayor y éstas unidadesmayores, unidas, forman un músculo. (Fig. No. 9)

La parte central, blanda y carnosade un músculo, en la cual predo-minan las células contráctiles, sedenomina vientre muscular.Hacia las extremidades del mús-culo desaparecen las célulascontráctiles, pero persiste su re-vestimiento de tejido conjuntivo(perimisio y epimisio), con el fin deinsertar los músculos a los huesos.Estas prolongaciones se entre-mezclan para constituir un tendónen forma de cuerda o unaapeneurosis aplanada mediante lacual el músculo se sujeta al huesoy puede traccionarlo durante lacontracción.Cuando un músculo se contrae,tiende a mover los dos huesos enlos cuales se inserta, pero, parasimplificar el problema, se suele

suponer que el hueso que se mueve menos, permanece fijo. El punto donde elmúsculo se une con el hueso fijo se denomina origen, mientras que el puntodonde se une con el hueso móvil se denomina, inserción.

De acuerdo a esta definición, la inserción, es el lugar en donde se aplica lafuerza a la palanca móvil y la distancia desde la inserción hasta la articulaciónsirve de eje del movimiento, es el brazo de fuerza de la palanca.(Fig. No. 10).

Desde el punto de vista de la anatomía, se considera como

,

Fibracelular

Fascículo

Vientre muscular

Tendon

Fig. No. 9 Músculo esquelético en corte


origen el extremo más próxi-mo al centro del cuerpo; estoes útildebido a que muchas veces,el hueso que actúa de palan-ca en un movimiento, es fijoen otro , en ambos casos,participan los mismos múscu-los y es evidente que los orí-genes e inserciones están in-vertidos cuando se invierte elmovimiento, por lo cual ya noes tan claro cual es el verda-dero punto de inserción.

Según palabras de los propios fisiólogos y kinesiólogos, los conceptos formula-dos hasta el presente acerca de la contracción muscular y sus mecanismosadyacentes, en el mejor de los casos, deben ser considerados como una aproxi-mación, al mecanismo real ya que existen muchos aspectos no muy bien dilu-cidados y que se prestan a diferentes interpretaciones e hipótesis. Sin embar-go, para los propósitos de este trabajo, es necesario realizar una descripciónescueta y limitada de los mecanismos bioquímicos mas generales, que sirvanpara tener una idea global de los factores relacionados con el trabajo musculary la fatiga, punto crucial en los análisis ergonómicos.

2. El Metabolismo MuscularComo toda célula viva, las fibras musculares poseen una membrana, unprotoplasma y uno o varios núcleos, componentes mediante los cuales llevana cabo sus funciones metabólicas.

De la misma manera tienen una propiedad especial que consiste en la capaci-dad para generar una tensión interna que tiende a reducir su longitud y aumen-tar su volumen, esta capacidad es llamada contractilidad.

Cuando un músculo se contrae, requiere energía y ésta es proporcionada porla descomposición, dentro de las células musculares, de la glucosa, que se divideen moléculas más pequeñas y termina en ácido láctico. Es claro que ésta des-composición sucede por etapas, formándose muchos compuestos interme-dios y cada etapa es controlada por una enzima determinada. Esta primeraetapa del metabolismo muscular es conocida como fase anaeróbica ya que nointerviene el oxígeno de la sangre.

En cada etapa, se libera energía calorífica en forma controlada

Húmero

Bíceps

RadioInserción

Cúbito

Fig. No. 10 Inserción del Bíceps


y gradual y es esta energía la que produce o es responsable de lacontracción de las fibras musculares (Fig.No. 11).

La energía se almacena en los músculos en forma de glucógeno,al que podernos representar como una macromolécula formadapor un gran número de moléculas de glucosa unidas entre sí. Lacantidad de glucógeno y por lo tanto de glucosa en el músculo,es pequeña y tiene que ser reaprovisionada continuamentedurante cualquier trabajo muscular prolongado. Este reaprovisionamiento selleva a cabo mediante el flujo sanguíneo que lo distribuye a todo el organismo,proveniente de las funciones de nutrición y absorción. Una segunda funcióndel suministro de sangre a los músculos consiste en eliminar los productos dela reacción bioquímica, principalmente el ácido láctico, que al acumularsedentro del músculo dificulta su acción y puede llegar a detenerla.A la acumulación del ácido láctico en los músculos a un nivelque detiene su acción, se le conoce como fatiga. (Fig.No. 11).

Para eliminar el ácido láctico y permitir que el músculo siga trabajando, es ne-cesaria la presencia del oxígeno que la sangre recoge a su paso por los pulmo-nes, y que al entrar en contacto con el ácido láctico, lo transforma en anhídridocarbónico y agua, y así puede ser eliminado; a esta parte del metabolismomuscular se le denomina fase aeróbica y permite el trabajo continuo de losmúsculos dentro de ciertos límites.

La máquina humana, en forma de músculos, puede entrar en acción muy rápi-damente y en un grado máximo. En esta situación, el músculo utiliza sus reser-vas internas de glucógeno y trabaja en fase anaeróbica, pero no puede soste-nerse así por mucho tiempo, cuando más, algunos segundos, ya que la acumu-lación de ácido láctico y la ausencia de glucógeno dificultan o impiden la

+ =O2

H O2

C O2

(Oxígeno)

(Agua)

(Dióxido decarbono)

Fig. No. 11 Bioquímica simplificada del metabolismo muscular.


continuación de las contracciones. Para continuar trabajando, esnecesario que la sangre suministre la cantidad de glucógeno y deoxígeno en forma proporcional al trabajo muscular, aumentando su flujo y suconcentración de éstos al nivel de la demanda generada por la actividad mus-cular.De esta manera se establece un equilibrio entre los insumos ylos productos del metabolismo muscular que permite la accióncontinuada por bastante más tiempo que en la fase anaeróbicadel mismo.

3. Tipos de contracción muscularEn kinesiología, contracción muscular significa desarrollo detensión dentro del músculo y no necesariamente un acortamientovisible del propio músculo.

. CONTRACCIÓN ESTÁTICA O ISOMÉTRICA.Desarrollo de tensión dentro del músculo, pero su longitudpermanece invariable.

. CONTRACCIÓN CONCÉNTRICADesarrollo de una tensión suficiente para superar una resistencia, de maneraque el músculo realmente se acorta y mueve la articulación.

. CONTRACCIÓN EXCÉNTRICA,Cuando una resistencia determinada es mayor que la tensióngenerada por el músculo, de manera que éste, en realidad sealarga.

4. Costo fisiológico del trabajo muscularCualquiera de estos tipos de contracción muscular, como ya se dijo, es genera-da por el desprendimiento de energía calorífica del metabolismo. La cantidadde energía liberada es susceptible de ser medida a través de la cantidad deoxígeno consumida durante la actividad; dado que esta cantidad de oxígenoestá directamente relacionada con el CO, el ácido láctico, la glucosa y elglucógeno que intervinieron en la reacción bioquímica, es posible saber cuan-tas calorías se gastaron en un lapso determinado. Los estudios de medicióndel consumo de oxígeno permiten establecer que hay un gasto de 5 Kcal. porcada litro de oxígeno consumido.En estado de absoluto reposo el cuerpo humano gasta una cierta


cantidad de calorías que le son necesarias para llevar a cabo losprocesos metabólicos fundamentales, este gasto se conoce comometabolismo basal y varía de persona a persona dependiendo desu organismo, edad y sexo va desde 2.000 a 2.500 Kcal. por día.

El desempeño de una actividad cualquiera, incrementa el consumo de caloríasmas allá del metabolismo basal en cantidades que varían según el tipo y méto-do de realizarla, desde 2.5 Kcal. por minuto en trabajos muy ligeros, hasta másde 10 Kcal./min. en las actividades muy pesadas físicamente hablando.

Para una misma actividad, el gasto calórico puede variar enforma notable dependiendo del método y técnica utilizados pararealizarla, ya que de éstos depende la cantidad de grupos musculares que en-tren en operación y la efectividad de cada uno de ellos al momento de sucontracción, así como también de los tipos más frecuentes de contraccióndesplegados durante la actividad en cuestión.

Es este uno de los puntos en donde el ergónomo y/o el diseñadorindustrial pueden influir para modificar y mejorar, mediante unestudio detallado de las acciones a realizar, la mejor manera, entérminos del trabajo muscular, para desarrollar una actividad manteniendo elgasto calórico dentro de ciertos límites razonables recomendados por los in-vestigadores (4-5 Kcal./ min. máximo).

Para realizar este análisis es necesario el conocimiento de algunos principiosbásicos sobre el funcionamiento del cuerpo humano como un sistema de pa-lancas a fin de aprovechar al máximo las propiedades físicas del sistemamusculoesquelético lo que será objeto del siguiente apartado.

III. FUNCIONES DE LOS MÚSCULOS

A pesar de la sucinta descripción del metabolismo muscular que acabamos dehacer, es posible desprender algunos principios y elementos generales quepueden ser de utilidad para el análisis ergonómico en general y el de objetos enparticular.

En primer lugar es útil exponer algunos axiomas básicos:

1. Una fibra muscular puede realizar solamente una cosa: desarrollar tensiónen su interior.


2. Cuando una fibra muscular o la totalidad de un músculo se contrae, tiende aacortarse, es decir, genera una fuerza interna que tracciona sus dos extremoshacia el centro, reduciendo su longitud, pero aumentando su volumen en laparte media. El hecho de que su longitud realmente se reduzca o no, depen-derá de una serie de factores tales como: la cantidad de tensión desarrollada,la magnitud de la resistencia a vencer, la acción de la palanca biomecánica, suángulo de tracción y de otros factores.

3. Cuando un músculo se contrae tiende a realizar todas sus funciones posi-bles, es decir, tiende a producir movimiento en todas las articulaciones queatraviesa, o tiende a producir más de un movimiento en una articulación.

4. Lo que hace ó podría hacer un músculo no es indicación de lo que hará. Estodepende también de un sinnúmero de factores que pueden estar presentes enuna situación dada.

5. Función del motor primario y del motor accesorio.En un conjunto particular de circunstancias, se dice que los músculos másefectivos para realizar el movimiento articular observado son los motores pri-marios para dicho movimiento articular y que los músculos que ayudan peroque son menos efectivos se dicen que son motores accesorios.

6. Función de antagonista.El antagonista es un músculo que tiende a producir una acción articular exacta-mente opuesta a alguna acción determinada de otro músculo específico.

7. Función del fijador o estabilizador.Fijador o estabilizador es un músculo que fija, afirma ó sostiene un hueso ó unaparte del cuerpo, para que otro músculo activo tenga una base firme sobre laque pueda ejercer tracción.

8. Función del sinergista.Músculo que actúa con algún otro músculo o músculos como parte de unequipo.

9. Función del neutralizador.Es un músculo que se contrae para contrarrestar, descartar o neutralizar unaacción indeseable de otro músculo que se contrae.

10. Tono y relajación.El término relajación puede referirse al proceso de relajación (la fase durantela que disminuye la fuerza de la contracción) ó al estado de inactividad o ausen-


cia de toda contracción. Pero incluso un músculo relajado posee una pequeñaturgencia residual o sensación de firmeza. En sus niveles más ínfimos, esteestado se conoce como tono muscular.

1. La FatigaEl concepto de fatiga parece ser simple al principio y en el lenguaje cotidiano essinónimo de cansancio, pero observemos que todo el mundo acepta unadistinción entre fatiga muscular y fatiga mental. En realidad son tan distintas lasdos que resulta desafortunado haber empleado el mismo término para ambas.La situación es complicada, pues la fatiga mental y la muscular actúan conreciprocidad.La fatiga muscular se caracteriza por la molestia o incluso el dolor de los mús-culos correspondientes y por el aumento de la incapacidad y debilidad delmovimiento muscular. Aunque no se conocen todos los factores implicados, laacumulación de ácido láctico y la inflamación del músculo son sin lugar a dudasdos de ellos.

La fatiga muscular no sólo se debe a los efectos del metabolismo muscular,sino también está relacionada con factores del sistema nervioso y posiblemen-te con el nervio suministrador del propio músculo.

Durante la realización de una actividad específica, el trabajo muscular dependerádel método de realización de cada una de las tares implicadas en la actividad,conforme pasa el tiempo y se mantiene la actividad, la fatiga muscular se vaextendiendo y más grupos musculares se van involucrando en las acciones enun intento del organismo de ayudar a los músculos cansados. Esto se logra enun principio, pero conforme pasa más tiempo, intervienen músculos que notienen que ver con la realización de las acciones y que sólo contribuyen aincrementar aún más la fatiga.Apretar la mandíbula es un ejemplo de acción muscular que nada tiene que vercon la realización de una actividad como correr, escribir a máquina o manejaruna máquina industrial o una herramienta.

Por otra parte algunas condiciones adicionales tienden a incrementar la fatigamuscular, por ejemplo, el flujo sanguíneo puede ser dificultado por la opresiónque los objetos pueden hacer durante su manipulación sobre las venas, arte-rias y vasos sanguíneos encargados de suministrar la sangre a los músculosinvolucrados en las acciones. Así también la postura de los miembros superio-res más arriba del nivel de la cabeza produce que la fuerza de gravedad dificulteel ascenso de la sangre a los antebrazos y las manos, acelerando así el procesode fatiga.


En situaciones de relativo reposo o inactividad muscular, el metabolismo mus-cular normal puede ser alterado por estímulos ambientales (como el ruido, lailuminación pobre o excesiva, los contrastes de colores fuertes, el calor, lahumedad) que incrementan imperceptiblemente el tono muscular, dificultan-do la irrigación sanguínea y manteniendo a los músculos en un constante einnecesario trabajo de contracción isométrica que produce una fatiga muscu-lar experimentada como incomodidad o dolor muscular localizado en zonascomo los hombros, el cuello o los muslos.Cualquier cosa que interfiera o reduzca el suministro de oxígeno en un músculoaumenta su riesgo a la fatiga.

2. El trabajo muscularSe dijo que los músculos son máquinas biológicas que convierten la energíaquímica en energía mecánica, es decir, la energía calorífica que se desprendeen las reacciones bioquímicas del metabolismo muscular, hace que el músculogenere una tensión interna, esto es, una fuerza, que al actuar sobre los puntosde inserción en los huesos, (y dado que un músculo esquelético está siempreinsertado a dos huesos diferentes pero unidos por una articulación) produceun momento de acercamiento entre estos dos huesos, así tenemos fuerza ymovimiento, elementos básicos del trabajo que siguen las leyes convencionalesde la física clásica y cuyas particularidades aplicadas al trabajo muscular, sonestudiadas por la biomecánica.

Desde el punto de vista de la biomecánica, el cuerpo humano es un sistema depalancas al que es posible referirse como uniones y bisagras en lugar de huesosy articulaciones. Las uniones se definen como líneas rectas que se extienden alo largo de segmentos corporales entre puntos de bisagras adyacentes. Se tratamás bien de entidades funcionales que morfológicas y no pueden ser medidasadecuadamente desde los puntos de referencia superficiales.

Las articulaciones son las bisagras y la contracción de los músculos conduce almovimiento de las uniones alrededor de sus centros de rotación. El movi-miento puede tener lugar solamente en la dirección o direcciones y en la ex-tensión permitidas por la configuración de las articulaciones y sus cartílagos.Todos los movimientos articulares son de rotación y pueden ser medidos enradianes o grados. (Goniometría).

Los principios de la conservación de la energía requieren que la mayor partede la masa muscular esté concentrada más bien en la extremidad proximal dela palanca que en la extremidad distal. Por esta razón, los segmentos del cuer-po tienden a adoptar la forma de un cono truncado invertido. Los movimien-


tos simples de rotación de estos segmentos producen la flexión o extensión;una combinación de dos o más movimientos de rotación que actúan en lamisma dirección, en cuyo caso el total de todos los ángulos de rotación escero, conduce al progreso de traslación.

La función habitual de una palanca es lograr una ventaja mecánica al aplicar unafuerza pequeña sobre una gran distancia, la cual produce una fuerza mayorsobre una distancia menor en el otro extremo; o bien, aumentar apreciable-mente en un extremo la velocidad del movimiento aplicado en el otro.

En el cuerpo humano la acción de los músculos que se contraen es lo quenormalmente brinda la fuerza; la resistencia actúa, en el centro de gravedaddel segmento que se mueve, mas el peso adicional que pudiera hallarse encontacto con el mismo; el eje se encuentra en la articulación que permite elmovimiento. En la mayoría de los casos, el brazo de fuerza en el cuerpohumano, es más breve que el brazo de resistencia, lo que supone una desventajamecánica.

La ley de conservación de la energía implica que lo que se pierde en fuerza segana en distancia y viceversa. Cuando una palanca gira sobre su eje, todos lospuntos de la misma recorren una distancia (un arco de circunferencia) que esproporcional a su distancia al eje. Como todas estas distintas distancias sonrecorridas en un mismo tiempo, se deduce que los puntos más alejados del ejese mueven más rápidamente que los más cercanos. De tal forma, al aumentarla distancia se gana también en velocidad.

Los bates de béisbol, los palos de hockey, las raquetas de tenis y demás instru-mentos similares representan extensiones artificiales de los brazos de resis-tencia del cuerpo, que aumentan así su velocidad del punto impulsor al tiempoque requieren un incremento de la fuerza muscular. Por otra parte, instru-mentos tales como carretillas, tenazas y palancas de hierro tienen por fin dis-minuir los brazos de resistencia y aumentar los brazos de potencia, lograndouna ventaja mecánica al permitir un mayor rendimiento con una menor fuerzamuscular, si bien a costa de una pérdida de velocidad.

De acuerdo a la mecánica clásica, las palancas se clasifican en tres géneros,según la disposición relativa de la potencia, el punto de apoyo y la resistencia.

. Palancas de primer género: El punto de apoyo está situado entre lapotencia y la resistencia. En consecuencia, ambos brazos de la palanca semueven en direcciones opuestas, como en una palanca de hierro para moverpesos, los brazos de unas tijeras o un sube y baja. En estas palancas muchas


veces se sacrifica la fuerza en favor de la velocidad. En el cuerpo humano, elejemplo típico es el tríceps. (Fig. No. 12)

. Palancas de segundogénero: La resistencia seencuentra entre el punto deapoyo y la potencia. En estecaso se sacrifica velocidadpara ganar fuerza, como su-cede por ejemplo en lacarretilla o el rompenueces(Fig. No. 13). En el cuerpocasi no se encuentranpalancas de este género,aunque un ejemplo de ellases la apertura de la bocacontra una resistencia.. Palanca de tercergénero: La potencia se

Resistencia

Punto deApoyo

Potencia

Triceps100NHumero

Fig. No. 4 Palancamuscular de primergrado

Resistencia

Punto deApoyo

Potencia

Fig. No. 13 Palancade segundo género.


aplica entre el punto de apoyo y la resistencia. Un ejemplo común estárepresentado por el resorte que cierra una puerta de vaivén. Este género esuno de los más frecuentes en el cuerpo humano, ya que permite la inserciónde los músculos cerca de las articulaciones que producen así movimientosrápidos y amplios aunque con sacrificio de la fuerza. Un ejemplo típico es elbíceps cuando flexiona el antebrazo contra una resistencia. (Fig. No. 14)

Ahora bien, dado que generalmente son varios los músculos que actúan sobreuna articulación, el análisis de una situación particular de trabajo muscular,requeriría cálculos muy complicados y la ayuda de especialistas, se hace nece-sario extraer o deducir una serie de principios operacionales sobre el funcio-namiento muscular que sirvan como criterios generales para la determinaciónde las mejores opciones a aplicase durante el proceso de optimizaciónergonómica de un objeto.

Tales principios tendrán que considerar aspectos fisiológicos, kinesiológicos ybiomecánicos, ser de fácil comprensión y aplicación a situaciones concretas yno necesitar de instrumentos muy sofisticados para su implementación. En elsiguiente punto se tratará de desarrollar algunos de estos principios en el en-tendido que es un primer intento de generar material de rápida y fácil aplica-ción a situaciones concretas de ergonomía y de diseño industrial en particular.

12 Kg.

Resistencia

Punto deApoyo

Potencia Fig. No. 14 Palancade tercer género.


IV. PRINCIPIOS BIOMECÁNICOS

1. Conservación de la Configuración esquelética óptima.En tanto que la estructura esquelética es el soporte natural de los esfuerzosejercidos por los músculos, en donde las articulaciones juegan un papel pri-mordial al permitir y dirigir las fuerzas vectoriales que se generan durante lacontracción, se recomienda que a fin de prevenir al mínimo la descomposiciónde estas fuerzas, se mantenga a las articulaciones que intervienen en la aplica-ción de una fuerza dada, en una misma dirección y se evite, dentro de lo posi-ble, los esfuerzos dirigidos a las mismas articulaciones o a otras aledañas, ejem-plo:

a) Los esfuerzos aplicados con las palmas y dedos de las manos deberán hacer-se sin que en la muñeca exista abducción, aducción, flexión o extensión per-manente durante el esfuerzo pues en cualquiera de estos casos, parte de lafuerza de la contracción es aplicada a la opresión de un hueso contra otro deesta articulación, reduciendo por una parte la fuerza en la mano y por otraocasionando fuerte fricción a esta articulación produciendo dolor y fatiga pre-matura.

b) Al levantar, empujar o halar objetos con manos y brazos, se procurará quelos brazos permanezcan paralelos con el objeto a fin de reducir ladescomposición de fuerzas vectoriales y evitar posibles daños a las articulacionesde muñeca, codo y hombros.

c) En los casos de puestos de trabajo en posición sedente, se procurar dotarde apoyos a las partes de la espalda que más tiendan a desvanecer las curvasnormales de la columna vertebral a fin de evitar sobrepresiones a los discosintervertebrales.

2. Ubicación de los esfuerzos musculares dentro de la zona de mayoreficiencia de la contracción.Durante el proceso de la contracción muscular, la primera etapa consiste en eldesarrollo de una tensión interna cuando el músculo está casi por completoextendido, en esta situación las fibras musculares conservan casi toda sucapacidad de generar tensión y de acortarse, por lo que es aquí donde puedenproducir un mayor trabajo (más fuerza, más movimiento) conforme vaavanzando la contracción, las fibras van agotando su capacidad y al mismotiempo se va reduciendo el espacio físico donde contraerse, por lo que sucapacidad de trabajo se ve drásticamente reducida, de aquí la necesidad de que


los esfuerzos demandados por la actividad se realicen dentro de esta zona demayor eficiencia muscular, que puede ser fácilmente localizada por medio de lamedición del rango de la articulación que entra en juego. Por ejemplo:

. Los esfuerzos para empujar o halar que se hagan con el movimiento de laarticulación del codo, deberán realizare entre los 120° y los 180° de la articula-ción del codo para que el bíceps y el tríceps trabajen dentro de su zona demayor extensión y contracción.

3. Prevención de la izquemia por compresión.En tanto que el flujo sanguíneo es el vehículo que hace llegar el oxígeno a losmúsculos, donde se produce el ácido láctico, causante principal de la fatiga, esimportante evitar toda obstrucción que se pueda sufrir en venas y arterias porla opresión de las partes del cuerpo con los objetos que se manipulan.

4. Prevención de la contracción isométrica.Durante el trabajo muscular, la contracción y la extensión de las fibras y fascí-culos musculares sirve como una especie de bomba secundaria que ayuda a lasangre a penetrar y salir del tejido.Cuando se trata de una contracción isométrica, donde no hay acortamiento yalargamiento de las fibras, la misma tensión interna del tejido, dificulta la irriga-ción, por lo que de ser posible se deben evitar este tipo de esfuerzos sostenidos.

5. Conservación del centro de gravedad del cuerpo dentro de los límitesfísicos del mismo.Cualquier tipo de actividad que obligue a la estructura anatómica a desplazar elcentro de gravedad del cuerpo fuera de sus límites físicos, tenderá a activarlos músculos antagónicos para ese movimiento, mismos que, de mantenersela postura o la actividad, trabajarán en contracción isométrica a fin de evitar eldesequilibrio y la consecuente caída del cuerpo, por lo que este tipo de activi-dades o posturas deberán evitarse en lo posible.

6. Levantamiento de cargas.Deber evitarse, en lo posible, la intervención de los músculos de la espaldacuando se levanten pesos desde el piso o desde alturas menores. Se buscaque los esfuerzos de levantamiento se realicen con los músculos más fuertesde las piernas y no con los de manos o espalda.


7. Movimiento de cargas.Siempre que sea posible, los objetos pesados deben ser empujados y notraccionados y deslizados en vez de cargados. Teóricamente, la fuerza necesa-ria para levantar una carga es aproximadamente 32 veces mayor que la nece-saria para deslizarla.Siempre que sea posible, la carga se divide en dos partes iguales y se lleva unaen cada mano o una al frente y otra en la espalda, para que la columna verte-bral se mantenga enderezada.

De cualquier manera, los objetos que se carguen deberán llevarse lo más cer-canos posibles al cuerpo para reducir al mínimo la acción de palanca que tiendea desplazar el centro de gravedad del cuerpo fuera de éste y hacer trabajar losmúsculos de la espalda.

8. Mangos, asas y agarraderas.El mango más eficaz es aquel que ejerce la presión menos concentrada sobrelas manos.Los mangos de herramientas deberán considerar apoyos adicionales para eldedo pulgar respetando la configuración esquelético óptima de la mano.

9. Espacios de trabajo.a) Los bancos y mesas de trabajo deben estar a la altura del codo del operadorya sea parado ó sentado.b) La altura de los asientos de trabajo deben ser ajustables. Los pies de losoperarios siempre deben descansar en el piso o en un apoyo.c) Las palancas a las cuales debe aplicar fuerza máxima deben estar a nivel delhombro.d) Los controles que se usan con frecuencia deben estar a una altura interme-dia entre el codo y el hombro.e) La distancia conveniente a que debe llevarse el brazo es de 70 cm; los con-troles distantes suelen obligar al operador a inclinar el cuerpo.f) Para los movimientos laterales, la fuerza de pulsión es mayor que la de trac-ción; en los movimientos anteroposteriores, la fuerza de tracción es mayorque la de pulsión.g) Los movimientos horizontales de la mano son más veloces que los vertica-les.h) Los movimientos de flexión del brazo son más rápidos que los de extensión.i) Debe evitarse trabajar a nivel más arriba de la cara, por debajo de la rodilla odentro de espacios inadecuados a la postura.

Modulo~1 ERGONOMIA 3

Documents

Transcript of Modulo~1 ERGONOMIA 3