“Diseño del Trabajo y del Descanso; bases fisiológicas”

Escrito por Fuente: Prevención Integral - España

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ABSTRACT

 

El trabajo físico se realiza por la activación del sistema musculo esquelético. Las contracciones musculares requieren del soporte de los sistemas respiratorio y circulatorio, cuyas respuestas correlacionan con la intensidad del trabajo.

Hay dos tipos de contracción muscular: dinámica y estática. Se estudian las respuestas fisiológicas a ambas contracciones y sus características. Se analizaran la resistencia y recuperación frente a ambas contracciones, cubriendo condiciones a temperatura normal y alta. Finalmente se estudia el efecto combinado trabajo estático – dinámico con atención a trabajos de elevación

 

 

INTRODUCCIÓN

 

El trabajo requiere una cierta actividad física que consiste en una activación del sistema musculo esquelético. Las contracciones musculares durante el trabajo precisan del soporte de los sistemas respiratorio y circulatorio para transportar el oxigeno y las sustancias metabolizados por los músculos. Es obvio que la respuesta de estos sistemas esta correlacionada con la intensidad del trabajo. En palabras técnicas, el trabajo puede ser considerado como la carga y las respuestas fisiológicas como el correspondiente esfuerzo.

También sabemos que nos podemos encontrar con dos tipos de contracción muscular según el I.N.S.H.T.[1]:

La respuesta fisiológica a cada tipo contracción muscular será diferente, y consecuentemente los criterios para el diseño del trabajo y del descanso también.

 

TRABAJO DINAMICO

 

El trabajo dinámico se manifiesta por la transformación de cierta energía química en los músculos, lo que requerirá de la oxidación de componentes alimenticios: carbohidratos y grasas. La combustión de estos elementos produce 5,68 vatios en base horaria.

Una vez que el trabajo dinámico se sustenta en la oxidación, depende de la capacidad de los sistemas de soporte: respiratorio y circulatorio. Ala actividad de los sistemas circulatorio y respiratorio aumenta en proporción a la intensidad del trabajo muscular. Los periodos de relajación entre contracciones permiten una adecuada perfusión del musculo con sangre de donde el O2 es extraído y se descarta el CO2 y los otros subproductos. El intercambio de gas entre los músculos y la sangre es una de los mayores pasadizos de realimentación al sistema nervioso central, el cual es el coordinador de todo el sistema y mantiene operativo el proceso de contracción muscular. La producción de CO2 es la realimentación básica para el control de la ventilación mientras que los requisitos de O2 son los máximos contribuidores de la respuesta cardiovascular. También hay una realimentación neuronal desde el cerebro que induce las respuestas circulatoria y respiratoria como respuestas inmediatas y transitorias a la acción muscular, mientras que la realimentación química debida al intercambio musculo sangre es mas lenta, pero sustentara la respuesta en estado estacionario.

 

Respuesta transitoria.

Durante el cambio de descanso a trabajo, o entre dos diferentes niveles de trabajo, la lenta realimentación química hace el ajuste de los sistemas soporte gradual como se muestra en la Figura 2. La entrada de O2 y la frecuencia de pulsaciones del corazón alcanzan un régimen estacionario 2 o 3 minutos después del arranque del trabajo o del nuevo nivel de trabajo. Durante el régimen estacionario, la demanda de O2 del musculo se satisface. El periodo transitorio muestra un déficit de oxigeno y la energía muscular los proporcionan los procesos químicos anaeróbicos que no precisan de un aporte de oxigeno inmediato. El déficit de oxigeno, o la deuda, se restituye durante el periodo de recuperación o descanso.

 

Respuesta en régimen estacionario

La necesidad de oxigeno en régimen estacionario es lineal respecto al trabajo externo desarrollado y su demanda disminuye con la adaptación y el entrenamiento como se ve en la Figura 3 del I.N.S.H.T [1].

La eficiencia del trabajo puede expresarse por:

 

Trabajo externo

Ef=    -----------------------------------

Gasto neto de energía

 

 

 

La energía neta es la diferencia entre la entrada de O2 por minuto en el trabajo y en el descanso (o a cero trabajo, lo que significa solo mantener la postura durante la actividad involucrada)

La eficacia del trabajo dinámico es aproximadamente 20%, a menos que haya un trabajo estático excesivo lo que reducirá los valores.

 

Trabajo negativo

La pendiente de la entrada de oxigeno para el trabajo negativo (descender escaleras o una pendiente) es aproximadamente cuatro veces menor que por trabajo positivo equivalente (ascender), lo que incrementa la eficacia del trabajo positivo de nuevo cuatro veces, alcanzando valores de 80% a casi 100%. Mientras que descendiendo involucra resistencia a la gravedad, ascendiendo es trabajar en contra de la gravedad. Mientras que durante el descenso los músculos se extienden durante la contracción (contracción excéntrica), cuando terminan se acortan (contracción concéntrica). El trabajo negativo es mucho mas eficiente que el positivo.

 

Diferentes tareas.

Algunas tareas tienen una mezcla de contracciones excéntricas y concéntricas.

Su eficiencia será mayor que en aquellas de trabajo positivo. Caminando y corriendo implican la mezcla y contracciones excéntricas en cada paso; la eficiencia llega hasta el 30%. También la eficiencia disminuirá como consecuencia de excesivas contracciones musculares estáticas y excesivos movimientos del tronco.

 

Coste energético del trabajo dinámico.

El coste metabólico de una tarea puede medirse directamente usando el método de recoger el aire expirado durante el trabajo y derivando la entrada de oxigeno del volumen de la mezcla y la diferencia entre la concentración de oxigeno de la mezcla y el 20,9% del aire ambiente inspirado. El coste metabólico puede, también, estimarse usando modelos matemáticos o midiendo el trabajo externo y estimando la eficiencia esperada en el trabajo. Algunos valores se muestran en la tabla 1 obtenida del I,N.S.H.T. [1].

 

Una vez que el gasto de energía depende de la capacidad de los sistemas de soporte para cubrir la demanda de oxigeno, las medidas de la ventilación pulmonar y de la frecuencia cardiaca pueden usarse como predicción para la entrada de oxigeno, pero, y lo que es mas importante, también pueden servir como criterio de esfuerzo.

 

Ventilación

Se ha encontrado una buena correlación entre el volumen de aire expirado y la entrada de oxigeno. De acuerdo con T. Bernard, K. Kamon y B.A. Franklin [2], la regresión es curvilínea, pero puede aplicarse la linealidad en el rango de valores bajos.

 

Circulación.

La capacidad funcional limitada del corazón limita la entrega de oxigeno. Los factores que influyen en la capacidad de bombeo del corazón son el volumen por pulsación (Sv) y la frecuencia cardiaca (Br). Entonces la producción cardiaca (Co) será:

Co = Sv x Br

El cambio en cada factor depende del nivel de trabajo. De acuerdo con K. Rodahl y P.O. Astrand [3], a intensidades de trabajo con entradas de oxigeno de hasta 1 litro por minuto, Co se cambia inicialmente por incrementos de Sv. Por encima de 1 litro por minuto, Sv alcanza sus máximos niveles y Co pasa a depender de Br.

 

Limites del trabajo dinámico.

El aumento de la entrada de oxigeno esta limitado a un máximo nivel detrás del cual un incremento de trabajo no conduce a ningún incremento en la producción de oxigeno. La máxima entrada de oxigeno (máxima capacidad aeróbica) se mide durante el ultimo minuto de la máxima carga de trabajo que puede mantenerse durante 2 o 3 minutos.

 

Máxima frecuencia cardiaca.

La frecuencia cardiaca también esta limitada. La máxima frecuencia cardiaca depende de la edad. Valores medios pueden predecirse por la siguiente formula:

Hr max = 220 - age

La máxima frecuencia cardiaca suele acompañar a la máxima entrada de oxigeno, lo que significa que los limites de trabajo representan la capacidad funcional del corazón. Habrá diferencias individuales en la máxima entrada de oxigeno en función de la edad, el sexo y el nivel de entrenamiento. Obviamente, la edad y el sexo jugaran un papel muy importante en el diseño de trabajo para una potencial población de trabajadores. Ver en la tabla 2 valores de la máxima capacidad aeróbica durante trabajo mixto brazo pierna para hombres (70 Kg) y mujeres (58 Kg) según describe F.J. Nagle [4]

 

 

RESISTENCIA Y RECUPERACION

 

Resistencia

La resistencia esta inversamente relacionada con la intensidad del trabajo. A la máxima intensidad, la resistencia se limita a unos tres minutos para personas promedio entrenadas. A intensidades suboptimas la resistencia se extiende hasta 30 minutos al 80% de la máxima capacidad, hasta las dos horas a un 50% de la máxima capacidad y hasta 8 horas a un 33% de la máxima capacidad. El entrenamiento y el estar en forma pueden mejorar la resistencia hasta 2 horas y 8 horas a un 80% y a un 50% de la máxima capacidad respectivamente.

La practica profunda de tecnología ocupacional y de prevención de riesgos buscara condiciones de trabajo seguras y aceptables. Trabajar hasta la fatiga no proporciona nada. No es deseable asignar periodos de trabajo que impliquen que el operario continuara hasta quedar exhausto. Ha habido muchos intentos para encontrar un programa de trabajo intermitente óptimo para prevenir la fatiga física.

Experimentalmente se ha encontrado que, para cargas de trabajo de alta intensidad reduciendo el periodo de trabajo a menos de la mitad, el operario quedara exhausto según K. Rodahl and P.O. Astrand [3]. La próxima fase consiste en determinar el necesario descanso en base a la recuperación fisiológica esperada.

 

Recuperación

La recuperación es proporcional de la intensidad y la duración del trabajo dinámico. Generalmente es reconocido entre especialistas que esfuerzos en la respuesta de oxígeno máxima durante entre 3 a 5 minutos, sólo puede ser realizado una vez o como máximo dos veces al día. Esto quiere decir que la recuperación al grado de que el esfuerzo máximo pueda ser repetido requiere 4 o 8 horas de recuperación. En la carga de trabajo sub máxima del 40 % de respuesta de oxígeno máxima, no requieren ningunos períodos de descanso especiales, si el almuerzo y los descansos para tomar café están disponibles. Operadores en forma y entrenados soportaran un 50% de la respuesta de oxígeno máxima sin un descanso especial. Según G. Lehman y Spitzer, el período de descanso como una función del metabolismo se muestra en I.N.S.H.T. [1], y es:

 

(M – 1) x 100

R=        ---

 4

- 1) donde la R es el concedido de descanso como porcentaje del tiempo de trabajo, M es el coste metabólico del trabajo en Kilocalorías/minuto y la constante 4 representa el coste básico del trabajo que no requiere la concesión de descanso (Este valor aproximadamente representa una carga de trabajo respecto a la respuesta de oxígeno máxima del 30 %).

Ya que la demanda de energía de la mayor parte de empleos depende de la naturaleza del trabajo físico, pueden esperarse diferencias de rendimiento entre operarios diferentes. Lo que un instrumento de prevención debe predecir es el rendimiento al menos sobre la base de la forma física, la educación y el entrenamiento esperados de la población.

Las opciones de los técnicos de prevención son reducir la carga de trabajo para emparejarla al operador potencial o seleccionar el porcentaje apropiado para la carga de trabajo, pero ajustando (adaptando) el camino de acuerdo al concedido de descanso requerido.

 

CONDICIONES DE TRABAJO DE ALTA TEMPERATURA

 

El stress térmico es resultado de una temperatura del aire excesiva, la humedad y en muchas ubicaciones industriales, de la temperatura radiante de una fuente. La humedad juega un papel importante en la refrigeración por la evaporación de sudor. Si el aire y la temperatura radiante media están por debajo de la temperatura de la piel del cuerpo humano, el calor puede ser disipado al ambiente; en otro caso, el calor externo se añade al cuerpo.

 

Esfuerzo fisiológico

El esfuerzo fisiológico debido al stress térmico de las altas temperaturas de trabajo se muestra por los incrementos evidentes de la frecuencia cardiaca y por la subida de la temperatura de cuerpo. Las respuestas iniciales a condiciones incómodas ambientales son cardiovasculares, porque el mayor flujo de sangre en la piel facilita la disipación de calor. Para una eficacia de trabajo del 20 % o menos, la carga de calor fundamental durante el ejercicio muscular es metabólica (M).

Dependiendo de la temperatura ambiente, la radiación (R) y la convección (C), el calor podrá ser añadido o un poco del calor metabólico puede ser perdido por estas vías. La suma M ± (R + C) es la carga de calor neta que es transportada a la piel para disipación y esto se refleja por un aumento de la frecuencia cardiaca. Si (R + C) es inadecuado o es una fuente de carga de calor, se precisara de enfriamiento por evaporación del sudor.

Cuando las vías de intercambio de calor y las respuestas cardiovasculares son adecuadas, la temperatura de cuerpo puede mantenerse en el nivel específico de trabajo. La temperatura de cuerpo de 37 º, descansando, se elevará a un nuevo nivel de equilibrio en proporción a la intensidad del trabajo. La frecuencia cardiaca también, alcanzará un nuevo equilibrio como se muestra en la Tabla 3 obtenida de E. Kamon [5].

 

 

Zona operacional

Se espera un aumento de frecuencia cardiaca y del flujo de sangre de la piel cuando la temperatura del aire sobrepasa los 25 º C. Si la disipación de calor es la adecuada, la temperatura de cuerpo se mantiene en el nivel especifico de trabajo.

Operadores en buena forma física, bien entrenados y aclimatados al calor no revelan incrementos de frecuencia cardiaca tan grandes como los principiantes, debido a su mejor capacidad de redistribuir la sangre de los órganos internos a la piel. Sin embargo, en la evaluación del esfuerzo por calor, se asumen incrementos de frecuencia cardiaca en proporción al aumento de la temperatura de aire o de la humedad. Se espera mantener los incrementos en la frecuencia cardiaca por encima del nivel específico de trabajo para mantener la temperatura de cuerpo específica de ese trabajo.

 

Periodos de trabajo y descanso en condiciones de alta temperatura

El incremento de frecuencia cardiaca esperado debido al stress térmico causa una reducción de la reserva cardiovascular (la diferencia entre la frecuencia cardiaca máxima y la frecuencia cardiaca real). Por lo tanto, los incrementos debidos al calor fueron añadidos a la frecuencia cardiaca esperada debida al trabajo; la tasa de calor total que debe ser usada para determinar un esfuerzo equivalente, que será la base para diseñar los periodos de trabajo y de descanso.

Pruebas de este procedimiento en experimentos han probado su eficiencia en el mantenimiento de la temperatura corporal en los niveles esperados.

 

TRABAJO ESTATICO

 

Cuando los músculos se contraen sin cambios observables de la longitud y ningún trabajo externo se realiza, todavía se gasta energía mientras la contracción se mantiene. Se trata de una contracción isométrica a menudo presente en dos actividades laborales muy comunes:

1. Cuando las fuerzas son resistidas ya sea a mano o con el pie (un pedal)

2. Cuando una postura se mantiene con partes del cuerpo (miembros, tronco, etc.) sometidas a la gravedad.

Una situación de trabajo estático implica un sistema equilibrado de momentos torsores alrededor de una unión que sirve como punto de apoyo. En este caso, la tensión muscular involucrada puede expresarse en términos de la fuerza resistiva o el momento torsor.

 

Máxima contracción voluntaria

La ejecución de una fuerza muscular alrededor de una unión dada es limitada. La contracción máxima voluntaria es la tensión más alta que los músculos pueden desarrollar cuando se contraen, rápidamente, contra una resistencia y manteniendo la tensión durante al menos 3 segundos. Estas contracciones máximas voluntarias no son las mismas para las diferentes uniones y para cada unión en ángulos diferentes. De nuevo, la contracción máxima voluntaria decrece con la edad en aproximadamente el 1 % por año. Las respuestas fisiológicas a sub contracciones máximas isométricas dadas, varían extensamente debido a las grandes diferencias individuales en la contracción máxima voluntaria.

 

Respuestas fisiológicas

Contracciones isométricas del músculo, sostenidas, implican aumentos dramáticos de la tensión arterial y de la frecuencia cardiaca. Otros cambios aparentes son una producción de corriente eléctrica consistente y una producción sustancial de ácido láctico.

 

Respuestas circulatoria y respiratoria

Las contracciones isométricas producen una subida leve de la respuesta de oxígeno y un aumento no proporcional de la ventilación pulmonar.

También, durante una contracción isométrica sostenida, hay un aumento de la tensión arterial sistólica y diastolica y de la frecuencia cardiaca. La subida de la tensión arterial tiene implicaciones importantes para operarios con enfermedades del corazón o con alta tensión arterial en reposo. Estos operarios deberían evitar exposiciones prolongadas a trabajo estático y contracciones isométricas intensas.

 

Actividad eléctrica y producción de acido láctico

La contracción muscular viene acompañada por un cambio del potencial de la membrana muscular. Este cambio se extiende por todas las partes de los tejidos y, si se amplifica apropiadamente, puede ser sentido en la superficie de la piel. Hay un aumento de la frecuencia y la amplitud del electromiograma (EMG) que es proporcional a la intensidad y a la sostenibilidad de las contracciones. La naturaleza de las señales del EMG depende del estado de fatiga de músculo.

También, el tejido muscular que se contrae desarrolla la presión interna hidrostática que comprime los vasos sanguíneos. El efecto de válvula de la contracción perjudica, o incluso ocluye, el flujo de sangre. Tal oclusión se desarrolla a porcentajes diferentes de la contracción máxima voluntaria para los diferentes músculos. El flujo restringido interfiere con los intercambios de gas y de subproductos entre el músculo y la sangre. Esto termina en la dependencia de los músculos de los recursos de energía anaeróbica, y por consiguiente, la cantidad del ácido láctico de músculo aumenta. La acidez introducida por el ácido láctico perjudica los procesos bioquímicos normales. Esto explica por qué aunque el trabajo estático es aguantado durante períodos muy cortos de tiempo, se requieren períodos de recuperación prolongados.

 

Resistencia y recuperación

Como con el trabajo dinámico, la resistencia puede ser normalizada como un porcentaje de la contracción máxima voluntaria. La resistencia representa unos límites de tolerancia que no son comunes en la vida industrial. Contracciones isométricas a un porcentaje dado de la contracción máxima voluntaria duran menos que el límite de resistencia.

La fatiga debido a la contracción isométrica por lo general es evidente en la inhabilidad de mantener el porcentaje de contracción máxima voluntaria en el nivel y la duración que existió antes de que la fatiga apareciera. Hay dos factores que definen la tasa de recuperación del trabajo estático:

1. La intensidad de la contracción (porcentaje de contracción máxima voluntaria)

2. La duración de contracción en relación con el máximo tiempo limite de tolerancia.

Lo más cerca que cada uno de ellos este de 1,implica que más largo será el período de recuperación requerido.

 

TRABAJO ESTATICO Y DINAMICO COMBINADO

 

Los empleos industriales a menudo implican una combinación de contracciones estáticas y dinámicas así como de contracciones semi-dinámicas.

Algunas tareas requieren contracciones lentas, rítmicas de pequeños grupos de músculos, como el antebrazo durante el embalaje y operaciones manuales de precisión. Las contracciones rítmicas no aumentan la respuesta de oxígeno considerablemente, pero la fatiga local se desarrolla rápidamente. Estas tareas también demandan contracciones estáticas de los músculos posturales. Por lo general, las respuestas fisiológicas (la tensión arterial, la frecuencia cardiaca, etc.) a los músculos contraídos isometricamente son sobrepuestas sobre las respuestas de los músculos que se contraen dinámicamente, y la fatiga se desarrolla en proporción a la intensidad de los componentes estáticos. Sin embargo, cuando los componentes estáticos y dinámicos, ambos, involucran a grandes grupos musculares, la medida en la que los componentes estáticos se imponen sobre los componentes dinámicos, depende de la naturaleza, así como la intensidad de las contracciones.

 

Levantamiento

Es el empleo industrial más común, que incluye combinaciones de contracciones musculares estáticas y dinámicas. El levantamiento es, también, el principal factor de lesiones músculo esqueléticas, en particular en la parte inferior de la espalda. El componente isométrico, principalmente en los extensores de la espalda, se considera el elemento crítico que justifica un tratamiento seudo estático de la postura asumida en el inicio del levantamiento. Tal tratamiento es cercano a la realidad en una sola carga (la máxima carga o próximo a ella). Levantamientos repetitivos a pesos sub-máximos pueden ser tratados como trabajo dinámico.

 

Levantamiento desde el suelo

La consideración estática del levantamiento desde el suelo hasta aproximadamente 1 metro se basa en la resistencia isométrica de los músculos y los pares de torsión, en su mayoría alrededor de la parte inferior de la espalda.

 

Levantamiento desde altura

No existen datos suficientes sobre la respuesta fisiológica a levantamientos repetitivos desde la altura de los nudillos. Si comparamos con el levantamiento desde el nivel del suelo, el estrés biomecánico y la eficacia metabólica mejoran a causa de la reducción del par motor en torno a la parte baja de la espalda y de la amplitud de movimientos del tronco. El stress biomecánico aumenta con levantamientos por encima de la altura del hombro. Hay un cambio en la demanda postural sobre la espalda, y los músculos más activos son los de los hombros y de los codos.

 

REFERENCIAS

 

1. I.N.S.H.T., Ergonomía, I.N.S.H.T., Madrid, 2003

2. Bernard T., Kamon K. y Franklin B.A. Estimation of oxygen consumption from pulmonary ventilation during exercise, in Human Factors. Vol. 21, 1979

3. Rodahl K. y Astrand P.O., Work Physiology, McGraw-Hill, New York, 1977

4. Nagle F.J., Physiological assessment of maximal performance, in J.H. Wilmore Ed. Exercise and sport sciences review, Academic Press, New York, 1977

5. Kamon E., Scheduling cycles of work for Hot Ambient Conditions, in Ergonomics,Vol.22, 1979