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Detección y prevención de riesgos laborales en

empleado de correspondencia de la Universidad de Antioquia a partir de análisis antropométrico y

biomecánico.

Christian García

Yina Collazos

Mateo Sepúlveda

Juan Pavón

Grupo de Biomateriales Avanzados y Medicina Regenerativa, BAMR, Programa de

Bioingeniería, Universidad de Antioquia

Teléfono 300 847 46 86

[email protected] [email protected]

Miguel Montoya

Ricardo Gutiérrez

Departamento de Salud Ocupacional, Universidad de Antioquia

Fanny Valencia

José Daniel Lema

IPS y LAM, Fundación Universitaria María Cano, Medellín, Colombia.

Abstract

Existen labores que requieren fuerzas y gasto energético superiores a

los que puede brindar un operario. En algunos casos requieren posturas

estáticas por largos periodos, o dinámicas y repetitivas en ciclos cortos,

causando fatiga muscular y ósea. Estos fenómenos causan diferentes

tipos de problemas físicos en los trabajadores, siendo dependientes de

varios factores; por tanto, para el estudio de estas actividades se

requiere la aplicación de conceptos de la biomecánica ocupacional. Este

campo de la bioingeniería, utiliza conocimientos de la física aplicados al

cuerpo humano, para determinar factores de riesgo a través del análisis

y estudios biomecánicos que mejoran las condiciones para el desempeño

del operario. Este trabajo se ha enfocado en el análisis de las dolencias

lumbares de un trabajador de la Universidad de Antioquia, a través del

análisis biomecánico que permita correlacionar las fuerzas en condición

estática con la estructura de los tejidos comprometidos. La rutina del

trabajador consiste en transportar documentación al interior de la

universidad apoyado por un vehículo de tracción humana. Para

determinar el riesgo de dicha actividad se realizaron pruebas in situ, con

ayuda del software libre Kinovea, al igual que análisis antropométricos y

mailto:[email protected]

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21ª SEMANA DE LA SALUD OCUPACIONAL – Medellín, Colombia – Noviembre de 2015 http://www.saludocupacional.com.co/

análisis biomecánicos estáticos. Luego se consideraron los efectos de las

repeticiones, desde el punto de aplicación de la fuerza externa, hasta la

zona lumbar. Estos resultados se compararon con la simulación del

puesto de trabajo en el Laboratorio de Análisis de Movimiento (LAM) de

la Fundación Universitaria María Cano (FUMC). Mediante estas

aproximaciones, se calcularon las fuerzas de reacción articular en los

discos intervertebrales en L5 debido a las cargas realizadas en una

posición corporal inadecuada. Finalmente, los resultados muestran la

estrecha relación existente entre el diseño del vehículo y los esfuerzos

críticos del sujeto, realizando así la primera propuesta de modificación

de dicho diseño.

Palabras Clave: Antropometría, análisis biomecánico, estática,

mecánica de tejidos, ergonomía, diseño, puestos de trabajo.

Introducción

La biomecánica es la disciplina dedicada al estudio de los cuerpos vivos

como una estructura que funciona, tanto bajo las leyes de la mecánica

newtoniana como bajo las leyes biológicas [Tichauer]. Este campo de la

bioingeniería permite entender el funcionamiento del cuerpo humano y

principalmente de su sistema músculo-esquelético, partiendo del análisis

matemático, en base al cual se elaboran modelos mecánicos para

evaluar las condiciones de trabajo [Catalán].

En Colombia, el sistema general de riesgos profesionales vigente

reglamenta la prevención y control de riesgos laborales, generando una

creciente necesidad de inversión en estudios que mejoren la calidad en

las condiciones de los operarios y del personal en general en los

diferentes ambientes de trabajo.

A nivel mundial se encuentran distintos estudios que buscan establecer

relaciones entre el entorno mecánico y físico del puesto de trabajo y

enfermedades de tipo musculo-esquelético. Entre estos estudios se

destaca la revisión del estado del arte que realiza Thomar R. Waters

para Estados Unidos en el año 2004, titulada “National efforts to identify

research issues related to prevention of work related musculoskeletal

disorders”. En dicho trabajo, se presenta la alta incidencia de dolencias

a nivel bajo de la espalda y en las extremidades superiores, como casos

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típicos en las naciones industrializadas. Como principal aporte, este

trabajo concluye haciendo énfasis en la necesidad de realizar más

investigaciones acerca del riesgo al que están expuestos los

trabajadores, en una gran gama de ambientes laborales [Oborne,

1982].

En Colombia, un estudio observacional realizado en trabajadores del

área administrativa de la Universidad del Cauca por estudiantes de

fisioterapia de la misma institución, encontraron algunos factores de

riesgo biomecánicos estandarizados y consecuentemente presencia de

lesiones musculo esqueléticas (LME) relacionadas con el trabajo,

indicando que posturas de trabajo forzadas significan mayor riesgo;

destacando la alta incidencia de dolores en la zona alta y baja de la

espalda. [Sierra, 2005]

En este trabajo, los análisis físicos, antropométricos y biomecánicos

implantados, se han enfocado en la zona lumbar del sujeto de estudio,

debido a la alta sensibilidad de esta zona con respecto a los riesgos

laborales y profesionales. Prueba de su importancia en Colombia, es su

inclusión en la tabla de enfermedades profesionales del decreto 2566 de

2009, en su artículo primero, numeral 37, como otras lesiones

osteomusculares y ligamentosas; es decir, trabajos que requieran sobre

esfuerzo físico, movimientos repetitivos y/o posiciones viciosas. En el

marco de la ambigüedad del numeral 37, se requieren exámenes

médicos, estudios biomecánicos y ergonómicos que determinen el factor

de riesgo laboral que representa el puesto de trabajo en cuestión. El

presente trabajo, busca proponer un protocolo para la detección y

prevención de lesiones laborales mediante la implementación de

exámenes físicos, análisis antropométricos y biomecánicos,

estableciendo las correlaciones entre estos resultados, con el ánimo de

encontrar combinaciones óptimas de parámetros.

Materiales y Métodos

Materiales: Los análisis de movimientos se realizaron in situ en el

puesto de trabajo, al igual que mediante simulación en el LAM-FUMC.

Dicho laboratorio está equipado con: Marcadores 3D de referencia

optoelectrónicos, 6 cámaras HD, software BTS y personal calificado para

su manejo. Para los análisis in situ fue utilizado el Software libre



Kinovea, así como: decámetros, cronometro y cámara. El sujeto de

análisis está vinculado laboralmente a la Universidad de Antioquía,

cumpliendo la función de transporte de mensajería.

Métodos: La primera etapa consistió en la firma del consentimiento

para el estudio por parte del sujeto. Luego se procedió a la respectiva

recolección de datos físicos y antropométricos, con colaboración de

personal calificado de la universidad (Tabla 1). Para el análisis in situ, el

trabajador del área de correos fue acompañado en su recorrido, evento

que sirvió para realizar el respectivo registro audiovisual. Tras el

recorrido se realizó la identificación de puntos críticos con ayuda de

instrumentos para caracterizar el terreno, en longitud e inclinación, a

partir de lo cual se determinaron los puntos más relevantes del análisis.

Posteriormente, con ayuda del software libre Kinovea, se obtuvieron los

ángulos necesarios para la realización del análisis biomecánico de

fuerzas sobre los segmentos de interés.

Las pruebas en laboratorio en el LAM-FUMC se realizaron posteriores a

las in situ; para ello, el carro (dispositivo) se transportó hasta el LAM y

se cargó un peso equivalente al real, para simular las condiciones

laborales. Finalmente se procedió a comparar los resultados de

laboratorio con los obtenidos in situ, para acotar el problema y su

análisis, y poder llegar a conclusiones y recomendaciones.

Peso 118.7 Kg

Altura 1,80 m

Sección corporal Derecho

(m)

Izquierdo

(m)

Longitud de brazo 0,38 0,37

Longitud antebrazo 0,31 0,31

Longitud del muslo 0,49 0,49

Longitud pierna 0,45 0,45

Extremidad superior 0,81 0,93

Extremidad inferior 0,80 0,93

Diámetro biacromial 0,48 cm

Diámetro dicrestal 0,42 cm

Tabla 1. Información antropométrica relevante obtenida para el sujeto.



Resultados y discusión

Antropometría

Con ayuda del personal de salud ocupacional de la universidad de

Antioquia y con previo consentimiento informado al sujeto se realizó la

toma de parámetros antropométricos del sujeto en estudio, datos

registrados en la Tabla 1, previamente mostrada.

Parámetros de análisis Durante la observación in situ del puesto de trabajo bajo estudio, se

analizaron los factores implicados en el mismo para identificar

parámetros relevantes. Estos se enlistan a continuación.

Carga: 19 kg.

Longitud del recorrido: 314 m.

Duración de un recorrido: 7 minutos.

Repeticiones diarias: 3 – 4

Inclinación (°)

Longitud (m)

Inclinación (°)

Longitud (m)

0 185 7 29.1

2 53.8 8 2.1

3 1.3 9 1.7

5 30.6 10 10.1 Tabla 2. Pendientes en el recorrido del sujeto y longitud de las mismas.

Figura 1: Diagrama de cuerpo libre para la carretilla con ángulo máximo (10º)



∑ 𝐹𝑦 = 0 ; (1)

∑ 𝐹𝑥 = 0 ; (2)

∑ 𝜏 = 0 ; (3)

A partir de los resultados y de la Figura 4 se hace un procedimiento

estático, partiendo de las ecuaciones de movimiento 1, 2 y 3, tales

como sumatoria de fuerzas en ambos ejes cartesianos y sumatoria de

torques; dando como resultado:

Fr = 184 N. Fuerza resultante sobre la mano.

A 80 ° del eje horizontal.

Con las fuerzas resultante, el torque y el ángulo ya calculados para la

carretilla se hace un segundo diagrama de cuerpo libre (Figura 2) para

determinar las fuerzas de reacción muscular sobre el codo y además

para determinar la fuerza muscular que debe generarse por el bíceps

braquial en este punto, las cuales tendrán repercusiones sobre la

articulación del hombro y posteriormente sobre la zona lumbar (zona

crítica y de interés final para la actividad laboral).

Figura 2: Diagrama de cuerpo libre para el miembro superior.

Habiendo calculado las fuerzas que se ejercen sobre el codo, se

pretende trasladar esas reacciones al hombro y finalmente a la zona

lumbar. Debido a la dificultad que presenta analizar toda la cantidad de



músculos en el hombro, se hace necesario tomar los datos arrojados por

el Laboratorio de Análisis de Movimiento para no incurrir en errores a la

hora de determinar las fuerzas sobre la espalda baja.

Por lo anterior se procede a calcular las fuerzas a nivel de la cadera,

obtenidas a partir del siguiente Diagrama de Cuerpo Libre (Figura 3).

A B

Figura 3: A) Diagrama de cuerpo libre para la columna vertebral. B) Ubicación

anatómica de los músculos extensores de la columna (músculos mayormente

implicados).

Análisis completo de los resultados entregados por el

laboratorio de análisis de marcha de la fundación Universitaria

María Cano para la primera fase

La contextura física del sujeto de prueba es gruesa, con un índice de

masa corporal de 35.32 dando como resultado una clasificación de obesidad tipo II que consiste en un exceso de grasa subcutánea en el

tronco y en el abdomen, dando como resultado un cambio en el centro de masa del paciente.

A partir de los parámetros temporales y comparándolos con la base de

datos suministrada por el laboratorio, es de observar que: El porcentaje temporal de las fases de apoyo y balanceo

concuerdan con las de la marcha de un sujeto normal. Mientras



que el porcentaje de la fase de doble apoyo presenta diferencias

del 5%; sin embargo esto no tiene repercusiones considerables en el problema de interés el cual se concentra en la zona lumbar.

La velocidad promedio del sujeto estuvo por debajo 0.6 m/s

respecto a la media, lo cual repercute en la cadencia de 10 pasos/minuto por debajo y en la reducción de la longitud de la

zancada 0.5 m. Lo anterior está ligado al hecho de que el sujeto transportaba una carga considerable y además de la obesidad del

mismo.

Análisis cinemático (movimiento) Las imágenes a continuación muestran que el sujeto tiene un

comportamiento cinemático acorde en cada uno de los segmentos corporales mostrados, sin embargo hay variaciones en aumento del

orden de 6 a 8 grados de rotación. La explicación de esto tiene su origen en el hecho de que el sujeto al transportar el vehículo, éste le genera

una resistencia en su movimiento que evidencia en la Figura 4. donde la pelvis tiene un inclinación anterior para facilitar la tarea de desplazar

dicha carga.

Figura 4: Resultados más notorios de la cinemática media: derecha e

izq. IPS FUMC.

En la Figura 4 se ve que no hay extensión de la cadera antes de iniciar

la fase de balanceo, posiblemente debido a que el sujeto incline su cuerpo hacia el vehículo (hacia adelante) y la pierna (apoyada en ese

momento) se mantenga flexionada respecto al tronco. Además es claro que el peso y la carga transportada juega un factor importante pues

hace que los movimientos sean más exagerados y las extremidades más comprometidas son la rodilla y el tobillo a nivel de rotaciones.

Es importante aclarar que a pesar que el sujeto lleva una carga y que su

centro de masa está más anterior de lo normal (debido al sobrepeso),



los movimientos realizados durante la marcha están bien ejecutados

porque cumplen con la misma forma (amplitud) y desplazamiento (% del ciclo).

Análisis cinético (Fuerzas)

A continuación se presenta un análisis enfocado no en cómo se realizó el movimiento, sino que tanta fuerza, potencia y momento invirtió el

sujeto de prueba y la relación que éste tuvo en comparación con la media poblacional.

La Figura siguiente muestra, en orden descendente, que comportamiento tubo la cadera, rodilla y tobillo durante un instante del

movimiento; y luego se analiza cuantitativamente la cantidad de momento, potencia y fuerza que tuvieron esos segmentos corporales

durante el periodo de una marcha transportando el vehículo de carga.

Figura 5. Principales resultados de la cinética media: derecha e izq. IPS FUMC.

Haciendo un vistazo general de todas las gráficas con sus respectivas unidades, es claro que el sujeto de prueba conserva la armonía de los

movimientos, de las fuerzas que cada uno necesita y del tiempo que duran. Sin embargo los desplazamientos son más exagerados en

amplitud (grados, fuerza y potencia) debido a la carga que transporta

puesto que necesita modificar la distribución de masa (por consiguiente de fuerza) para hacer efectivo el movimiento con el objeto externo.



Figura 6. Resultados de fuerza de reacción del suelo, derecha e izq. IPS FUMC.

A partir de la Figura 6, se debe hacer énfasis también en que todo este análisis se realizó sobre un plano horizontal (inclinación de 0º) y los

análisis acá presentados son para una superficie lisa (baldosa en cerámica). Mientras que en la realidad, el sujeto se debe desplazar por

un plano de inclinación de pico máximo 10º y superficies que varían en rugosidad, pasando por cemento y asfalto en varias oportunidades. Todo

lo anterior genera un margen de error, el cual es difícil determinar puesto que en el laboratorio no es posible simular a la perfección el

medio de trabajo que tiene el sujeto dentro de la universidad.

A pesar de esto, todas las fuerzas corresponden con el promedio. Lo

anterior es un reflejo de que el sujeto hace correctamente el gesto de desplazamiento, ya que el esfuerzo que le hace al piso para poder

moverse junto con la carga, es pequeño en comparación al promedio.

Este trabajo estudia la fuerza producida entre las vértebras L5/S1, para un operario de transporte de carga liviana, así como el efecto de la

masa corporal del sujeto y el efecto de la densidad y consecuente peso de su vehículo de transporte. Se encontró que las fuerzas de compresión

y de cizalla en la zona lumbar son inferiores a las consideradas perjudiciales para una labor de carga; sabiendo que la fuerza máxima

de compresión en esta zona intervertebral se sitúa en los 3,4 KN [WATERS, 1993], reportado como el tope máximo permitido en

trabajadores sin riesgos de hernias o fracturas. Variados estudios reportan valores de compresión superiores a los 5 KN [VISSER, 2015]

en situaciones de carga superior a los 50 Kg, estos mismos reportes,

encuentran una correlación directa entre el peso y la fuerza de compresión en el disco como se determinó en este trabajo (Figura 7),

considerando además que el sobrepeso del sujeto le trae una carga extra sobre la espalda. Así es como el diseño ergonómico de un vehículo



de transporte debe incluir reparos sobre el material, sabiendo que la

reducción del peso del mismo por variaciones en densidad supone una reducción en las cargas lumbares del operario. Sin embargo la magnitud

de las fuerzas reportadas hace necesario considerar un análisis desde

otra perspectiva, para entender la diferencia en magnitud.

Figura 7: Variación de la fuerza de compresión sobre el disco entre L5/S1 respecto a la

variación de la densidad del vehículo.

Es común en la literatura en especial en cursos de biomecánica,

considerar en los cálculos únicamente la fuerza de un músculo, siendo este generalmente el agonista; esta clase de cálculos desprecian el

importante papel que ejercen los músculos antagonistas en ciertos movimientos. Este es el caso del levantamiento o carga de un objeto en

brazos, ejercicios que requieren además de los músculos de la espalda el papel de los músculos abdominales [LOPEZ, 2007] y cuyos efectos

pocas veces son tenidos en cuenta y generan un efecto significativo sobre la fuerza de compresión en la zona lumbar. El efecto de tener dos

músculos en lugar de uno genera una considerable reducción de la fuerza de compresión en el disco; los reportes que emplean modelos de

coactividad abdominal y extensoras reportan valores de compresión mucho más bajos (de 1813 N a 0° hasta 2073 a 90°) [OUAAID, 2014].

El efecto de la coatividad muscular en la zona lumbar del sujeto, causa

que ambos grupos musculares trabajen en conjunto para el levantamiento menos traumático de una carga determinada. Lo anterior

implica que un aumento del esfuerzo en un músculo incrementará también el trabajo de otros grupos musculares.

1549

1557

1563

1573,36

1535

1540

1545

1550

1555

1560

1565

1570

1575

1580

40 2700 4540 7850

Fue

rza

( N

ew

ton

s)

Densidad del material

Fuerza compresión



4. Conclusiones Partiendo del hecho de que el sujeto que actualmente se encuentra en el

puesto de trabajo de interés está físicamente calificado para la labor y

los cálculos obtenidos arrojan valores no perjudiciales para la carga que realiza, se debe tener muy en cuenta la coactividad muscular; la cual

involucra una cantidad considerable de músculos de la zona abdominal que no fueron incluidos en los cálculos, y consecuentemente esto

repercute en los resultados deseados. Por lo anterior se hace necesario tener en cuenta todos los músculos de interés, aún con esto se

obtengan ecuaciones más complejas y se haga necesario la ayuda de un software especializado para lograr encontrar soluciones precisas y

cercanas a la realidad; con lo que se podrá dar un veredicto más acertado del caso particular que se esté trabajando y un rediseño acorde

a las necesidades manifestadas.

5. Agradecimientos

Agradecemos al señor Frey Giraldo, empleado de correspondencia de la

Universidad de Antioquia quien sirvió como sujeto de prueba, a José Lema Calidonio y Fanny Valencia por su colaboración en las locaciones

de la IPS y LAM Fundación Universitaria María Cano, a los señores Miguel Montoya y Ricardo Gutiérrez quienes hacen parte del

Departamento de Salud Ocupacional de la Universidad de Antioquia, al doctor Juan José Pavón, docente de Bioingeniería, asesor principal en el

proyecto y de manera general a las demás personas que tuvieron participación activa desde su compromiso y dedicación en la elaboración

de este proyecto.

Referencias Bibliográficas

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(2) PARREÑO CATALÁN, José Luís. Clinical Biomechanics. “Innovem

human motion”. ”. [En línea]. [Citado el 9 de septiembre, 2015]. Disponible en internet

http://www.biomecanicaclinica.com/ (3) OBORNE, D.J. (1982). “Ergonomics at Work”. John Wiley &

Sons Ltd., Chichester. (4) SIERRA. C. y BERNAZA P. “Dolor musculo esquelético y su

asociación a factores de riesgo ergonómicos, en trabajadores administrativos”. Universidad del Cauca. Popayán, 2005.


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(5) WATERS T., Putz-Anderso, V., Grag A., Fine L.J. Revised NIOSH

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(6) VISSER S., FABER G., HOOZEMANS ;., MOLEN H., KUIJER P.,

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ergonomics. 2015. (7) LÓPEZ H., SANZ J., ALVAREZ F. Análisis biomecánico de

espalda y brazos para el desarrollo de herramientas portátiles. Revista de la Facultad Nacional agraria. 2007.

(8) OUAAID Z., SHIRAZI-ADL A., PLAMONDON A., ARJMAND N.Elevation and orientation of external loads influence trunk

neuromuscular response and spinal forces despite identical moments at the L5–S1 level. Journal of biomechanics. 2014.


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