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FUNDAMENTOS BIOMECANICOS

Sugey Salas Barrera Fisioterapeuta Especialista en Gerencia en Salud Ocupacional Diplomado Guía de Atención Integral Basada en la Evidencia para DME Auditora Interna HSEQ

Unidad 1: Generalidades, Biomecánica/Ergonomía

UNIDAD 1 OBJETIVO DE LA UNIDAD • Conocer los conceptos generales de Biomecánica y su relación con el entorno. • Identificar y reconocer los planos y ejes del cuerpo humano. • Conocer y entender los principios Biomecánicos y de la Ergonomía.

BIOMECANICA La Biomecánica es la ciencia que estudia los principios, métodos y las aplicaciones de las leyes del movimiento mecánico en los sistemas vivos, especialmente en el aparato locomotor.

BIOMECANICA LABORAL-ERGONOMIA

Biomecánica Laboral: estudio de la interacción de los trabajadores con sus herramientas, máquinas y materiales en sus puestos de trabajo para mejorar el rendimiento del trabajador

OBJETIVO DE LA BIOMECANICA El objetivo principal es el estudio del cuerpo con el fin de obtener un rendimiento máximo, resolver algún tipo de discapacidad, o diseñar tareas y actividades con el fin de evitar lesiones.

Fuente: Arán Formación

BIOMECÁNICA ÓSEA

La biomecánica ósea es el estudio de los principios mecánicos que rigen el comportamiento de los huesos. Para ello, es necesario describir su composición, crecimiento y maduración. Composición • El hueso está compuesto en un 75% por una parte inorgánica de tipo mineral donde predomina el calcio en diferentes presentaciones, una de las cuales el la Hidroxiapatita (HA), responsable de la rigidez y resistencia a la compresión del hueso.

BIOMECÁNICA ÓSEA

• El otro 25% corresponde es una parte orgánica, principalmente colágeno, responsable de la elasticidad y la resistencia a la tracción del hueso. La presencia de agua por su parte, contribuye a la tenacidad y elasticidad del hueso, así como al transporte de nutrientes dentro del hueso y productos de desecho fuera del hueso.

BIOMECÁNICA ÓSEA

• Crecimiento y maduración • El crecimiento y maduración permiten pasar de un tejido blanco y flexible a uno más rígido y resistente. La mineralización se da en mayor parte durante el primer año de vida (mineralización primaria) y continúa más lentamente en la niñez (mineralización secundaria). El porcentaje de mineralización del hueso no solamente varía con la edad sino también en función del hueso.

BIOMECÁNICA ÓSEA

• A la escala macroscópica se puede observar dos tipos diferentes de hueso, compacto o cortical y esponjoso o trabecular. Estos dos tipos de huesos se continúan entre sí sin un límite bien definido. El hueso esponjoso está constituido por trabéculas que forman un espacio tridimensional que semeja a un laberinto. El hueso cortical está en la parte externa de todos los huesos y en la diáfisis de los huesos largos. El hueso trabecular se encuentra principalmente en las epífisis de los huesos largos, y al interior de los huesos cortos (figura 1.1.1).

BIOMECÁNICA ÓSEA

• La morfología del hueso se encuentra adaptada a la función del mismo y a las agresiones continuadas que sobre el mismo ejercen diferentes factores externos. Sin embargo, la morfología de los huesos también depende de los factores genéticos inherentes a cada individuo. Externamente los huesos se encuentran recubiertos por un tejido conjuntivo con capacidad osteogénica, el periostio, exceptuando los extremos de los huesos largos que están cubiertas por el cartílago articular, las zonas de inserción de ligamentos y tendones, la superficie de los huesos sesamoideos y las áreas subcapsulares del cuello del fémur y astrágalo. La cavidad medular y las trabéculas de hueso esponjoso están cubiertas por otra capa celular con capacidad

osteogénica, el endostio.

BIOMECÁNICA ÓSEA

Figura I.1.1 Esquema de la estructura general de un hueso largo. (“Principios de Anatomía y Fisiología”, Tortora)

BIOMECÁNICA ÓSEA Clasificación de los huesos Los huesos se clasifican en largos, cortos, planos, irregulares y sesamoideos (figura 1.1.2). Largos: Constan de una zona cilíndrica (la diáfisis) y dos extremos, llamados cada uno epífisis. Ejemplos de huesos largos son el humero, radio, tibia y peroné. Huesos largos en el cuerpo humano: huesos de las extremidades superiores e inferiores (excepto la rótula), huesos de la muñeca y tobillo.

Figura 1.1.2. Huesos largos y cortos. Tipos de huesos

BIOMECÁNICA ÓSEA Cortos: - Tienen casi una forma cúbica y están formados principalmente por hueso esponjoso. - Huesos cortos en el cuerpo humano: ubicados en manos y pies. La rótula es considerada como un hueso corto. Planos: - Se encuentran donde se requiere protección de las partes blandas del cuerpo. - Compuestos de tejido esponjoso encerrado por dos láminas planas de tejido compacto. - Ejemplos: cráneo, costillas. Irregulares: - Tienen una forma característica y particular, que no permite clasificarlos en otra categoría. - Compuestos por tejido esponjoso cubierto por tejido compacto. - Ejemplos: vertebras y los huesillos del oído. Sesamoideos: - Son huesos pequeños y redondeados. - Normalmente se localizan junto a articulaciones y su función es incrementar la función de palanca de los músculos. - Un ejemplo de un hueso sesamoideo es la rótula (patela).

BIOMECANICA MUSCULAR

Hay tres tipos de músculos en el cuerpo, según el tipo de fibras: • Músculo cardíaco (propio del corazón) • Músculo liso (órganos) • Músculo estriado o esquelético. Los músculos cardíaco y liso son de tipo involuntario y el músculo esquelético es controlado voluntariamente desde el sistema nervioso central. El músculo estriado o esquelético es el único que participa de manera voluntaria en los movimientos articulares del cuerpo.

BIOMECANICA MUSCULAR

Musculo estriado: Propiedades mecánicas Los indicadores biomecánicos fundamentales que caracterizan la actividad del músculo son: la fuerza que se registra en su extremo (esta fuerza se denomina tensión o fuerza de tracción muscular), y la velocidad de variación de la longitud. Cuando el músculo se excita, varía su estado mecánico; estas variaciones son denominadas contracción muscular. La contracción se manifiesta en la variación de la tensión o de la longitud del músculo (o de ambas), así como de otras de sus propiedades mecánicas (elasticidad, rigidez, etc.).

Tipos de contracción muscular • El término contracción significa desarrollo de tensión dentro del músculo y no necesariamente un acortamiento visible del propio músculo. La tensión que genera el músculo puede generar una contracción estática o dinámica, sin movimiento o con movimiento articular respectivamente.

BIOMECANICA MUSCULAR BIOMECANICA MUSCULAR Isométrica: •En la contracción isométrica o estática no hay cambio de longitud del músculo ya que la resistencia iguala la capacidad de contracción. •Al no haber desplazamiento, teóricamente y en términos de física, no se produce trabajo mecánico y toda la energía consumida se transforma en calor. •Sin embargo, fisiológicamente, hay un trabajo expresado por la fuerza o tensión isométrica desarrollada durante un tiempo determinado, con costo energético, liberación de calor y fatiga. 1.2.1 Tipos de Contracción muscular (OpenStax 2016)

BIOMECANICA MUSCULAR BIOMECANICA MUSCULAR

Isotónica: •En la contracción isotónica o dinámica, el músculo cambia de longitud y se produce un trabajo externo medible a partir de la fuerza y la distancia recorrida. •Según la dirección del cambio de longitud muscular, la contracción isotónica puede ser: - Concéntrica (acortamiento), con trabajo positivo cuando la potencia muscular es mayor al generado por la resistencia. - Excéntrica (alargamiento), con trabajo negativo, cuando la potencia muscular es menor a la resistencia

Tipos de Contracción muscular (OpenStax 2016)

BIOMECANICA DE TENDONES Y LIGAMENTOS Tanto los tendones como los ligamentos están constituidos por fibras de colágeno, orientadas principalmente a lo largo del eje longitudinal. Las fibras del tendón se encuentran altamente alineadas y orientadas en una sola dirección, mientras que en los ligamentos, las fibras tienen una organización un poco menos ordenada. Esto es debido a que los ligamentos están sometidos a fuerzas en varias direcciones mientras que los tendones transmiten la fuerza en una sola dirección (línea de acción del músculo) (figura 1.3.1). Figura 1.3.1: Los tendones unen músculo al hueso, mientras que los ligamentos unen dos huesos. IMAGEN

BIOMECANICA DE TENDONES Y LIGAMENTOS

Composición y estructura - El tendón viene definido como tejido conjuntivo denso modelado, caracterizado por tener células y fibras conjuntivas ordenadas en haces paralelos y muy juntas al objeto de proveer la máxima resistencia. - Los ligamentos se evidencian como bandas densas de tejido conectivo, paquetes de fibras de colágeno orientados de forma paralela, que conectan hueso con hueso.

BIOMECANICA DE TENDONES Y LIGAMENTOS Efecto de la carga en la reparación del ligamento La ruptura parcial o total de los ligamentos se conoce como esguince. Según el grado de la lesión se clasifican en grado I, II o III (figura 1.3.2). Esta lesión ocasiona cambios en la estructura y fisiología del ligamento, altera la unión entre los tejidos adyacentes y el movimiento articular y causa un déficit funcional.

Figura 1.3.2 Tipos de esguince shutterstock.com

BIOMECANICA DE TENDONES Y LIGAMENTOS

La reparación del ligamento al sufrir un esguince, se da en un proceso biológico muy similar al observado en la mayoría de los tejidos conectivos del cuerpo: inflamación, proliferación y remodelación. En promedio, se requiere alrededor de un año para que el ligamento tenga propiedades similares a las de un ligamento no lesionado. Tiempo que depende de varios factores, como: el medio celular, el género, la edad, el tamaño y contenido de la cicatriz, la carga aplicada, las señales hormonales y el grado de la lesión. Sin embargo, los factores mecánicos pueden favorecer la calidad y el tiempo de reparación del ligamento. Los tres tipos básicos de carga mecánica son: tensión, compresión y esfuerzo cortante.

BIOMECANICA ARTICULAR • La biomecánica articular estudia los movimientos realizados por las articulaciones y las cargas que soportan. Las articulaciones se clasifican de acuerdo al grado de movimiento en fijas o fibrosas, semimóviles o cartilaginosas y móviles o diartrosis. • Haremos una revisión únicamente las móviles, ya que son las implicadas directamente en el movimiento del cuerpo formando las palancas óseas. Todas las articulaciones móviles o diartrosis se caracterizan por estar lubricadas por un fluido sinovial.

BIOMECANICA ARTICULAR Todas las diartrosis, poseen unos elementos comunes en su constitución (figura 2.1.1): Cavidad articular: situada entre los segmentos que forman la articulación y que se encuentra recubierta de tejido fibroso, la cápsula articular, que mantiene unidos los segmentos articulares entre sí. Cartílago hialino: que recubre y protege las superficies óseas articulares. Membrana sinovial: encargada de producir el líquido sinovial que actúa como lubricante articular.

Figura 2.2.1 Articulación Móvil. Autor Madhero88

BIOMECANICA ARTICULAR La función mecánica de las articulaciones, es facilitar movimientos al esqueleto, es la de transformar las fuerzas de cizallamiento, fuerzas en dirección transversal dañinas para el aparato locomotor, en fuerzas de tracción, que son soportadas por los tejidos blandos periarticulares (cápsula, ligamentos y tendones) y en fuerzas de compresión que son absorbidas por el tejido óseo y el cartílago hialino articular.

Figura 2.2.1 Articulación Móvil. Autor Madhero88

PRINCIPIOS BIOMECANICOS Dentro de la biomecánica, encontramos los conceptos de cinética (estudio de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo) y cinemática (estudio de los movimientos del cuerpo). Cinco importantes componentes de la biomecánica son el movimiento, la fuerza, el momento, las palancas y el equilibrio:

PRINCIPIOS BIOMECANICOS • Movimiento hace referencia al desplazamiento del cuerpo o de un objeto a través del espacio. • Fuerza hace referencia al empuje o la tracción que provocan que una persona o un objeto aceleren, reduzcan la velocidad, se detengan o cambien de dirección. • Momento hace referencia al resultado de una masa y de su velocidad en su desplazamiento. • Palancas: formada por tres componentes: el brazo de resistencia, el punto de apoyo y el eje de rotación. • Equilibrio hace referencia a la estabilidad. Un principio importante del equilibrio es la alineación del centro de gravedad del cuerpo sobre la base de apoyo

BIOMECÁNICA OCUPACIONAL En la biomecánica ocupacional, así como en el concepto de “ergonomía”, cuando se diseña un puesto de trabajo, se diseña el Qué, Cómo, Con qué, Dónde, con qué medios, se va a realizar la tarea o actividad , evaluando la productividad, así mismo la prevención y análisis de las posibles molestias a desarrollar.

ESTRUCTURA DE LA BIOMECÁNICA OCUPACIONAL

Medicina del trabajo

Respuestas real del trabajador

Fisiología

Antropología

Respuestas en laboratorio de la persona

Datos antropométricos

Física Modelos Aparatos

BIOMECÁNICA OCUPACIONAL

Diseño de espacios y mobiliario

Diseño de tiempos y movimientos

Diseño trabajo/descanso

DTA´s Fuente: Chaffin y Anderson, Occupational Biomechanics

Elevación de cargas

Diseño herramientas

POSICION ANATÓMICA Una posición anatómica es aquella en la que una persona está situada de pie, con la vista hacia delante, los brazos a los laterales del cuerpo con las palmas hacia el frente, con los pies ligeramente separados en la zona de los talones y los dedos de los pies señalando hacia delante. Existen tres planos anatómicos o cardinales en la posición anatómica, según se describe a continuación.

PLANOS ANATOMICOS Para poder establecer los puntos de referencia que nos indiquen la postura de una persona con relación a los movimientos de su cuerpo, se hace necesario definir: • El plano sagital o mediano divide el cuerpo en dos lados (derecho e izquierdo). • Plano frontal o coronal, que distingue la parte delantera y la parte trasera del cuerpo. • Plano transversal u horizontal divide el cuerpo en una parte superior y una parte inferior. Los movimientos de rotación se producen en el plano transversal. Fuente: Arán: Formación

EJES ANATOMICOS Un eje es una línea recta alrededor de la cual rota un objeto. En el cuerpo humano las articulaciones son los ejes y los huesos son los objetos que rotan alrededor de ellas en un plano perpendicular al eje. Los tres ejes principales son los siguientes: • Eje frontal-horizontal o Transversal, que va de la izquierda a la derecha en la zona de la cintura. • Eje vertical-Longitudinal, que atraviesa directamente el centro del cuerpo desde la cabeza hasta los pies. • Eje sagital-horizontal, anteroposterior o Medial, que une diagonalmente las caderas y los hombros. Fuente: Arán: Formación

MOVIMIENTOS CORPORAL SEGÚN PLANOS Y EJES • • • • • • • • • • • • •

Dorsiflexión: Plantarflexión: Elevación: mover una parte del cuerpo en dirección ascendente (hacia la cabeza) Depresión: mover una parte del cuerpo en dirección descendente (alejándola de la cabeza) Eversión: girar el tobillo de forma que la planta del pie apunte al lado contrario de donde está ubicado el otro pie Inversión: girar el tobillo de forma que la planta del pie apunte hacia el otro pie Rotación lateral: girar una extremidad alejándola de la línea central/medial del cuerpo Rotación medial: girar una extremidad hacia la línea central/medial del cuerpo Pronación: girar el antebrazo de forma que la palma de la mano mire hacia abajo si el antebrazo está flexionado Supinación: girar el antebrazo de forma que la palma de la mano mire hacia arriba si el antebrazo está flexionado Retracción: movimiento posterior (hacia la parte trasera del cuerpo) del brazo a la altura del hombro Protracción: movimiento anterior (hacia la parte delantera del cuerpo) del brazo a la altura del hombro Flexión lateral: doblar la columna vertebral hacia un lateral, alejándola de la línea central/medial del cuerpo

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USO Y APLICACIÓN DE LA BIOMECANICA - En evaluación y rediseño de tareas y puestos de trabajo para personas que han sufrido lesiones o han presentado problemas por micro trauma repetitivo. - También es recomendable evaluar la tarea y el puesto donde se presentó la lesión.

BENEFICIOS DE LA ERGONOMIA Para el trabajador: condiciones laborales más sanas y seguras. Para el empleador: El beneficio más patente es el aumento de la productividad.

PRINCIPIOS ERGONOMIA 1. Sus características son fisiológicas, físicas, psicológicas y socioculturales. 2. Sus factores más conocidos son el hombre, las máquinas y el ambiente. 3. Su dominio, se divide en cognitiva, física y la organizacional. 4. La ergonomía cognitiva, estudia los procesos mentales. 5. La ergonomía física, estudia la adaptabilidad física. 6. La ergonomía organizacional, estudia la optimización de sistemas psicotécnicos.

APLICACIÓN DE LA ERGONOMIA Los principios de la Ergonomía se basan en factores anatómicos, biomecánicos y fisiológicos del cuerpo humano, se les conoce como principios y guía para el diseño del trabajo que son: • • • • •

Diseño del trabajo manual Diseño de estaciones de trabajo, herramientas y equipo Diseño del ambiente de trabajo Diseño del trabajo cognitivo Diseño ergonómico de los muebles.

APLICACIÓN DE LA ERGONOMIA Diseño Ergonómico de puestos de trabajo: Basados en estudio de movimientos y los principios de economía de los movimientos. Los principios de la economía del movimiento se clasifican: • Uso del cuerpo humano • Arreglo y condiciones del lugar de trabajo • Diseño de herramientas y equipo

FACTORES DE RIESGO ERGONOMICO Factores Psicosociales Factores Ambientales Factores Biomecánicos Factores Productivos Fatiga Ausentismo

FACTORES DE RIESGO ERGONOMICO

FACTORES DE RIESGO Se pueden producir lesiones a causa de: • El uso repetido a lo largo del tiempo de herramientas y equipo vibratorios. • Herramientas y tareas que exigen girar la mano con movimientos de las articulaciones. • La aplicación de fuerza en una postura forzada. • La aplicación de presión excesiva en partes de la mano, la espalda, las muñecas o las articulaciones. • Trabajar con los brazos extendidos o por encima de la cabeza. • Trabajar en flexión de columna. • Levantar o empujar cargas pesadas.

ENFERMEDADES LABORALES ASOCIADAS Bursitis Tendinitis Celulitis Cervicalgia Dorsalgia Lumbalgia Epicondilitis Síndrome del túnel del carpo Tenosinovitis

TEMAS RELACIONADOS • MANEJO DE CARGAS • HIGIENE POSTURAL • PAUSAS ACTIVAS • ANTROPOMETRIA • ANALISIS DE PUESTO DE TRABAJO • REHABILITACION Y REINCORPORACION LABORAL

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE LECCIÓN DE LA UNIDAD 1

BIBLIOGRAFIA • Ergonomía y productividad – Cesar Ramirez Cavasa -. Editorial Noriega LIMUSA (Biblioteca especializada de la Facultad de Ingenieria Industrial - UNP) • Organización Internacional del Trabajo - La Salud y la Seguridad en el Trabajo: ERGONOMÍA. (Principios basicos según la OIT, documento de Internet). • Sitios Web de referencia: • www.audita.com.ar/ergo/ergonomia.html • www.monografías.com • www.emagister.com • http://www.monografias.com/trabajos73/ergonomia-aplicacionessistema-hombre-maquina/ergonomia-aplicaciones-sistema-hombremaquina2.shtml#ixzz4Dy06Hmq3 • http://es.slideshare.net/OverallhealthEnSalud/1-ergonomia-yfisiologia-del-trabajo-1