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Evaluación del efecto de un exoesqueleto lumbar en tareas de manejo manual de cargas con elevada frecuencia de manipulación
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Evaluación del efecto de un exoesqueleto lumbar en tareas de manejo manual de cargas con elevada frecuencia de manipulación
Sofía Iranzo, Alicia Piedrabuena, Mercedes Sanchis, Juan-Manuel Belda-Lois, Carlos García
Instituto de Biomecánica de Valencia (IBV)
15/06/2021
Evaluación del efecto de un exoesqueleto lumbar en tareas de manejo manual de cargas con elevada frecuencia de manipulación

Los trastornos musculoesqueléticos en puestos de trabajo relacionados con tareas de almacenaje y transporte suponen el 76% de las lesiones con baja asociadas al sector logístico. El 25% de estas lesiones están relacionadas con sobreesfuerzos asociados a tareas de manipulación manual de cargas, fundamentalmente levantamientos1.

Para reducir esta elevada incidencia, cada vez más empresas están optando por la introducción de exoesqueletos para la realización de las tareas mencionadas. Sin embargo, actualmente el número de estudios sobre el efecto del uso de estos dispositivos en la mejora de las condiciones ergonómicas en puestos de trabajo con elevadas demandas de carga física no permite extraer conclusiones claras y extrapolables a diferentes exoesqueletos o puestos de trabajo.

Es importante conocer los efectos que los diferentes tipos de exoesqueletos tienen sobre los esfuerzos realizados por los trabajadores y las trabajadoras durante la realización de determinadas tareas. Por ello, en este proyecto se ha realizado un estudio completo de valoración del efecto del exoesqueleto lumbar Laevo2 en la realización de una tarea de despaletizado en condiciones controladas en laboratorio (Figura 1).

Evaluación del efecto de un exoesqueleto lumbar en tareas de manejo manual de cargas con elevada frecuencia de manipulación
Figura 1. Exoesqueleto Laevo V22 empleado en el estudio


Para ello, se parte de la hipótesis de que los exoesqueletos lumbares tienen un efecto medible sobre los factores de riesgo relacionados con el desarrollo de lesiones lumbares en puestos de trabajo que implican manipulación manual de cargas.

Con todo esto, el objetivo principal de este estudio es analizar, de manera sistemática, el efecto que los exoesqueletos lumbares tienen sobre los principales factores de riesgo de lesiones musculoesqueléticas en puestos de trabajo que requieren manipulación manual de cargas.

Para conseguir este objetivo principal, se proponen los siguientes objetivos secundarios:

  1. Cuantificar los cambios en los esfuerzos musculares realizados por los trabajadores y trabajadoras asociados a la introducción de un exoesqueleto lumbar.
  2. Estimar los esfuerzos articulares a nivel lumbar, en caderas y rodillas vinculados al esfuerzo realizado.
  3. Conocer los cambios posturales en tareas con manipulación manual de cargas debidos a la introducción de un exoesqueleto lumbar, que pueden implicar un riesgo adicional para el trabajador o la trabajadora.

Las personas que han participado en el estudio han sido 5 mujeres y 5 hombres en buena forma física, sin patologías musculoesqueléticas previas y con las siguientes características:

  • Edades comprendidas entre los 30 y los 43 años.
  • Altura entre 169 y 183 cm.
  • Peso entre 65 y 80 kg.

Se ha diseñado una tarea con riesgo moderado de lesión en la zona dorsolumbar, ya que permite caracterizar los principales factores asociados a pesos, dimensiones, duración o frecuencia de manipulación, y obtener un riesgo asociado. Para ello, se ha utilizado la aplicación Ergo/IBV3, la cual permite caracterizar una tarea y asignarle un índice de riesgo.

La tarea ha consistido en tres despaletizados de 16 cajas ubicadas sobre un palet a 4 alturas (4 cajas por altura) (Figura 2). En cada uno de los despaletizados se ha incrementado el peso de las cajas en un kg, de tal manera que se ha contado las siguientes tareas:

  • Despaletizado 1: 16 cajas de 7 kg
  • Despaletizado 2: 16 cajas de 8 kg
  • Despaletizado 3: 16 cajas de 9 kg

Esta serie de tres tareas de despaletizado se ha realizado primero sin exoesqueleto y, posteriormente, se ha repetido empleando el exoesqueleto.



Figura 2. Participantes realizando las series de despaletizado en la condición con exoesqueleto en el laboratorio. En la imagen de la izquierda aparece la configuración de las cajas previa al despaletizado. En cada tarea, los participantes van cogiendo cada una de las cajas siempre en el mismo orden y depositándola en la mesa que tienen en frente.


La evaluación completa consiste en la medida de la actividad muscular, rangos de movimiento y momentos articulares de los participantes durante la realización de las dos series de tareas (con y sin exoesqueleto).

Para la valoración de la actividad muscular se han instrumentado los músculos: recto femoral, semitendinoso, erector espinal y glúteo medio. Esta actividad muscular se mide empleando los sensores inalámbricos de EMG Noraxon Ultium4 en los citados músculos de acuerdo con los criterios de SENIAM5. Para monitorizar los movimientos de los participantes, se han empleado los sensores inerciales de Xsens6, que consisten en 17 inerciales distribuidos por todo el cuerpo (Figura 3). Además, mediante las plantillas Loadsol7 se ha realizado el registro de fuerzas plantares en el eje vertical en continuo.
 

Figura 3. Monitor de registro controlado por el evaluador donde se observa el software de captura de movimiento6, a la izquierda, y el software de captura de EMG4 a la izquierda.


Para llevar a cabo el análisis de la actividad muscular, se han diferenciado 5 umbrales de actividad: actividad máxima, que se corresponde con los valores en los que la fuerza es superior al 95% de los valores; actividad alta, al 75%; actividad media, al 50%; actividad baja, al 25%; y actividad mínima, al 5%. Se realiza esta segmentación para analizar, no solo si existen diferencias entre las condiciones con y sin exoesqueleto, sino también para conocer en qué grado de activación muscular se producen las diferencias.

A partir de los datos antropométricos de las personas que participaron en el estudio, los valores de captura de movimiento y de fuerzas de las plantillas, se han alimentado modelos biomecánicos8 que han permitido obtener, por un lado, los ángulos de movimiento de las articulaciones, para evaluar los cambios posturales que se producen con y sin exoesqueleto; y, por otro lado, los momentos articulares para evaluar si se producen cambios en los esfuerzos en articulaciones relevantes como la cadera o la articulación lumbar.

Figura 4. Modelo biomecánico de miembro inferior empleado en el estudio7. Captura de varias posiciones de movimientos medidos en el laboratorio.


RESULTADOS OBTENIDOS

Los resultados obtenidos en cuanto a actividad muscular muestran una reducción en el nivel de actividad mínimo en el erector espinal del 5,6% y un aumento en el nivel de actividad medio en el recto femoral de un 2%. Con respecto al semitendinoso y el glúteo, no se encuentran diferencias significativas.

En cuanto al análisis postural, se encuentran reducciones en varios rangos articulares. En la articulación lumbar se observa una reducción tanto en flexo-extensión (3%) como en rotación (39%). En la cadera derecha se obtiene una reducción en rotación del 8%, y una reducción del 5% en flexo-extensión de la rodilla derecha. Por último, con respecto a los esfuerzos articulares, se observan reducciones en el momento en las caderas, en torno al 30%, y en la articulación lumbar del 4%.


CONCLUSIONES

Las principales conclusiones que se pueden extraer son:

  1. El uso del exoesqueleto ha resultado ser beneficioso, ya que reduce tanto la actividad muscular en el erector espinal como los momentos de fuerza en las articulaciones más implicadas en la tarea: cadera y lumbar.
  2. Existen algunos efectos negativos menores consecuencia del uso del exoesqueleto, como la ligera restricción en los movimientos y el ligero aumento en la actividad del músculo recto femoral.

Esto revela, que, ya que los exoesqueletos manifiestan ser una ayuda para el desarrollo de ciertas tareas, sería de gran interés realizar estudios longitudinales que permitan valorar las implicaciones que el uso de los mismos puede tener a largo plazo. Además, sería necesario seguir una línea de trabajo asociada al diseño de los mismos de tal manera que puedan minimizarse algunos efectos negativos como la reducción en la movilidad de los usuarios y las usuarias.

Para finalizar, conviene que las empresas tengan en cuenta que el uso de estos equipos puede suponer una posible vía de mejora en los casos en los que otras medidas técnicas u organizativas no son factibles o efectivas para la reducción de la carga física en el puesto de trabajo. La evaluación ergonómica y el rediseño del puesto de trabajo considerando los resultados de la misma, debe ser siempre la primera alternativa para la mejora de los puestos, planteándose otras medidas, como el uso de exoesqueletos, cuando esta opción ha sido agotada y no se ha conseguido la mejora necesaria.


Este proyecto, denominado Exofprevent, ha recibido financiación con carácter de beca por la Fundación Prevent (convocatoria 2019).

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