Methods for measuring physical workload with relevance for musculoskeletal disorders of neck and upper limb

Abstract

Work-related musculoskeletal disorders of the neck and upper limb are a major problem. Women in repetitive manual work is one large affected group. Preventive actions are hampered by the lack of knowledge regarding quantitative exposure-response relations for physical workload.



The present work shows, that available electrogoniometers are, with a sampling frequency of 20 Hz, feasible for measuring wrist positions and calculation of movements. The main error, caused by crosstalk, does not invalidate the results. Mean power frequency is a suitable generalized measure of repetitiveness.



Inclinometers, based on 3 one-axial accelerometers, were developed. These provide, in combination with comprehensive data processing, measures of the forces that act on the body. During ordinary occupational work, data can be interpreted as inclination, e.g., of the head, upper back and arms.



A questionnaire, regarding physical workload, was validated. It had a low agreement with direct measurements and showed differential misclassification due to musculoskeletal complaints and gender. Hence, direct measurements are preferable in epidemiological studies.



We found a quantitative exposure-response relation between repetitive wrist movements and wrist/hand disorders among women in repetitive manual work. No relation between muscular load, using task-related electromyography (EMG) measures of "static" load, and neck/shoulder disorders were observed.



To characterize low muscular load in the trapezius muscle, muscular rest in EMG is suitable for describing work tasks, while gap frequency rather reflects individual properties. Normalization to a submaximal reference contraction, rather than a maximal one, is preferable for characterization of muscular load in different work tasks.



The developed methods can, combined with high-capacity data loggers, give whole-day ambulatory recordings of physical workload, and have a potential in evidence-based risk assessment and prevention.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Att mäta kroppsställningar och rörelser under arbete



Belastningsskador är vanliga och medför höga kostnader, både för de drabbade och för samhället. Kvinnor som arbetar med repetitivt arbete, t.ex. monteringsarbete och livsmedelshantering (fiskberedning och kycklingslakt), drabbas ofta, särskilt i nacke, axlar, armar och händer. De åtgärder som genomförts på arbetsplatserna har sällan hjälpt, och det finns inga tecken på att problemet minskar.



Obekväma arbetsställningar, statisk belastning och hög repetitivitet i arbetet är faktorer som bidrar till belastningsskadorna. Det är därför viktigt att veta bl.a. hur mycket man böjer huvudet och bröstryggen, samt hur man håller och rör armarna och händerna. För att beskriva exponeringen för dessa faktorer har man, i brist på andra praktiskt användbara metoder, ofta använt olika frågeformulär och observationsmetoder. Dessa har dock inte räckt för att ta fram den kunskap som behövs för att, på ett effektivt sätt, minska belastningsskadorna.



Mitt arbete har haft som mål att utveckla och tillämpa tekniska mät- och analysmetoder för fysisk belastning som är lämpliga att använda ute på arbetsplatserna.



Det datorprogram som vi har utvecklat är, tillsammans med de vinkelmätare (elektrogoniometrar) som finns, lämpligt för att mäta handledsvinklarna i två dimensioner (både framåt/bakåt och i sidled) och beräkna rörelserna. Tyngdpunkten i frekvensspektrat ger ett generellt och entydigt mått på repetitiviteten i arbetet, vilket är svårt att få på något annat sätt. Det räcker att mäta vinklarna 20 gånger i sekunden.



Vi har konstruerat inklinometrar (elektroniska vattenpass) för att mäta huvudet och armarnas lutning i förhållande till lodlinjen. Dessa skiljer sig från traditionella inklinometrar genom att de primärt mäter accelerationen, dvs. jordens gravitation och accelerationer pga. rörelseförändringar. Tillsammans med vårt datorprogram är metoden enkel att använda och har en tillräckligt god mätnoggrannhet för våra tillämpningar. Metoden begränsas av mätprincipen, t.ex. kan vi ännu inte mäta huvudets rotation.



Vi har även mätt muskelbelastningen genom att registrera musklernas elektriska signaler (elektromyografi; EMG) med elektroder placerade på axlarna och skuldrorna.



Metoderna medför inga praktiska begränsningarna i arbetet och, i kombination med bärbara dataloggrar, kan personerna som vi mäter på röra sig fritt. Vi har använt metoderna i flera yrken, tex. fiskberedning, tandvård och laminattillverkning. I kontorsarbete och städning utsträckte vi mätningarna till att omfatta hela arbetsdagen.



När vi utvärderade ett frågeformulär om fysisk belastning, visade det sig att svaren hade en låg överensstämmelse med de direkta mätningarna, och dessutom, på ett systematiskt sätt, påverkades av både besvär och kön. Vi anser därför, att man, även i stora epidemiologiska studier, bör basera exponeringsdata på direkta mätningar.



Som väntat fann vi ett samband mellan uppmätt repetitivitet i handledsrörelserna och besvär i händerna och handlederna, när vi använde de metoder som vi utvecklat, för att studera kvinnor med repetitivt arbete. Fördelen är att vi kunnat beskriva exponeringen i detta samband med kvantitativa mått, som varken är subjektiva eller knutna till en viss metod.



Till vår förvåning såg vi däremot inget samband mellan muskelaktivitet - uppmätt under kort tid och analyserad med traditionella metoder - och besvär i nacke och axlar. Eftersom kvinnornas besvär i hög grad var lokaliserade till musklerna har vi svårt att tro att det inte finns ett samband; tvärtom, vi sporrades till att utsträcka våra mätningar till att omfatta hela arbetsdagar, och att undersöka nya EMG-mått som speglar "askungehypotesen", dvs., den förmodan att en vissa bestämda muskelfiber "Askungen" alltid arbetar, så fort som muskeln inte är i fullständig vila.



Vår slutsats är att de utvecklade metoderna är lämpliga att använda ute på arbetsplatserna, och att de ger den objektiva och kvantitativa information, som vi tror är nödvändig för att kartlägga orsakerna till belastningsskadorna, och därigenom på sikt kunna åtgärda dem.

• author: Hansson, Gert-Åke
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Professor Kadefors, Roland, ALI West, Gothenburg, Sweden
• organization: Division of Occupational and Environmental Medicine, Lund University
• publishing date: 2000
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Environmental Health and Occupational Health
• keywords: shoulder, exposure-response relation, exposure, repetitiveness, movements, postures, questionnaire, EMG, electromyography, accelerometer, Goniometer, inclinometer, arm, wrist, hand., Occupational health, industrial medicine, Yrkesmedicin, arbetsmiljömedicin
• pages: 52 pages
• defense location: Föreläsningssal F1, University Hospital, Lund, Sweden
• defense date: 2000-05-10 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN: LUMEDW/MEOC--1022--SE
• ISBN: 91-628-4142-4
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 7e6485b1-f79c-4cd1-b4da-319c40824888 (old id 40433)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:11:48
• date last changed: 2018-11-21 20:57:21