11.2.3 Disconfort postural relativo al tiempo en el análisis de una sola postura
Como se ha visto en el apartado 11.2.2 en Ergoniza Intelligent se considera disconfort absoluto al medido sobre una postura adoptada de manera estática durante un periodo de 60 segundos. El disconfort postural relativo al tiempo es el disconfort absoluto adaptado al tiempo en el que realmente se sostiene la postura analizada. Para calcular el disconfort relativo Ergoniza Intelligent emplea dos procedimientos diferentes en función de si se está analizando una única postura o una actividad compuesta por múltiples posturas representadas en una animación (véase la Sección 11.2.4).
Figura 53 53: Disconfort postural en el hombro a lo largo del tiempo.
Cuando se emplea Ergoniza Intelligent en el modo Una postura el análisis se centra en la única postura que adopta el modelo biomecánico. En este caso, el usuario debe establecer el tiempo de mantenimiento de la postura. Para ello, puede emplear el cuadro de la Figura 42 para establecer la duración y repetitividad de la postura. Para acceder a este cuadro puede emplearse el botón Tiempos del menú lateral izquierdo de la interfaz o el botón con un icono de reloj en la parte inferior del cuadro Riesgo Postural mostrado en la Figura 59. En los apartados siguientes se muestra cómo se calcula el disconfort relativo en función del tiempo y tipo de sostenimiento de la postura.
En el cuadro de Opciones en el cálculo del disconfort mostrado en la Figura 52 existe la opción de desactivar el cálculo del tiempo del sostenimiento de la postura en el disconfort postural. Si se desactiva la opción Relativo al tiempo, los resultados de disconfort mostrados por Ergoniza Intelligent corresponderán al Disconfort Absoluto, es decir, el calculado para posturas sostenidas durante 60 segundos.
11.2.3.1 Disconfort postural en una postura estática
Se consideran posturas estáticas o sostenidas aquellas en las que el cuerpo mantiene una misma postura durante períodos más o menos prolongados, con escasa o nula movilidad. A diferencia de las posturas dinámicas o repetitivas, en las que hay movimiento continuo o alternancia de segmentos corporales, las posturas estáticas implican una contracción muscular sostenida que puede generar fatiga localizada.
En Ergoniza Intelligent el usuario puede emplear el cuadro de la Figura 42 para establecer la duración de la adopción de la postura cuando selecciona la opción “No se repite, es esporádico, pero se sostiene cierto tiempo” del cuadro “Repetitividad”. Una vez conocido el disconfort absoluto, calculado como se ha explicado en 11.2.2, se considera su variación en función del tiempo de adopción de la postura cuando esta es estática para obtener el disconfort relativo al tiempo. Para ello, Ergoniza Intelligent emplea una adaptación de los modelos de Law y Avin47F1 (Ecuación 34) para predecir el tiempo de resistencia (o “endurance time”) en contracciones musculares estáticas en función de la intensidad relativa de esfuerzo (%MVC) para distintas articulaciones. Cada ecuación adopta una ley de potencias cuyos parámetros, obtenidos por regresión a partir de datos experimentales, caracterizan la rapidez con que disminuye la tolerancia al mantener una postura en cada miembro.
\[t = \ b_{0}\ {MVC}^{b1}\]
Ecuación 34 34
La constante de escala (b₀) establece el punto de referencia temporal, mientras que el exponente (b₁) define la curva de decaimiento: cuanto más negativo es b₁, más abrupta es la caída de resistencia al aumentar la carga relativa. Al disponer de valores específicos para tobillo, rodilla, codo, hombro, torso y un caso general, estos modelos permiten adaptar finamente la estimación de fatiga estática a la variabilidad anatómica y funcional de cada articulación, ofreciendo una herramienta robusta para evaluar riesgo y diseñar pautas de exposición, adecuada para el caso del mantenimiento de posturas pues reproduce la relación no lineal observada entre exposición sostenida y la tolerancia al esfuerzo.
Ergoniza Intelligent adapta los modelos al disconfort postural a lo largo del tiempo de la siguiente manera. En primer lugar, despeja el valor de MVC, dando lugar a la Ecuación 35.
\[D\left( t,{b_{0},b}_{1} \right) = MVC(t,{b_{0},b}_{1}) = \ \left( \frac{t}{b_{0}} \right)^{\frac{1}{b1}}\]
Ecuación 35 35
Esta curva se ancla al valor de disconfort medido a 60 segundos de mantenimiento (disconfort absoluto), obteniendo la Ecuación 36.
\[D_{est}\left( t,b_{1} \right) = \ D_{absoluto}\left( \frac{t}{60} \right)^{\frac{1}{b1}}\]
Ecuación 36 36
Al anclar la curva en el valor medido a 60 segundos, se garantiza que el modelo refleje el nivel de incomodidad comprobado experimentalmente (disconfort absoluto), y a la vez capture la modificación de la fatiga a medida que varía el tiempo de mantenimiento de la postura. De nuevo, el valor obtenido se expresa en porcentaje, correspondiendo un disconfort del 100% a aquel a partir del cual la postura puede considerarse no confortable.
La Figura 53 muestra un ejemplo del tipo de gráfica potencial obtenida con este enfoque. La curva ha sido calculada para la articulación del hombro cuando el disconfort absoluto en la postura adoptada es del 88%. El exponente de la potencia, ajustado a partir de datos de resistencia muscular específica para cada articulación, permite que el incremento de disconfort aumente rápido en los primeros segundos y más lento conforme se prolonga la postura. Este comportamiento concuerda con los estudios de endurance time48F2 y con las curvas de percepción subjetiva en posturas estáticas, donde tras un rápido “salto” inicial de fatiga la sensación crece de modo más lento.
11.2.3.2 Disconfort postural en una postura repetitiva
Para considerar el tiempo de adopción de las posturas en el disconfort en tareas repetitivas o intermitentes (aquellas en las que la postura estática se mantiene solo durante parte de un ciclo de trabajo, alternando con pausas) cuando se está en el modo de análisis de una sola postura, se emplea el método basado en los valores límite umbral (TLV, Threshold Limit Values) de carga muscular de la ACGIH49F3 (American Conference of Governmental Industrial Hygienists).
Cuando el usuario de Ergoniza Intelligent selecciona la opción Se repite porque forma parte de un ciclo de movimientos del cuadro Repetitividad de la Figura 42, debe introducir la duración del ciclo de trabajo, la duración de un esfuerzo y el número de esfuerzos realizados por cada ciclo de trabajo. Con estos datos Ergoniza Intelligent calcula el tiempo de mantenimiento efectivo de la postura dentro del ciclo (t), es decir, cuántos segundos por minuto (u otras unidades de tiempo) se mantiene la postura (o posturas similares a la analizada). Por ejemplo, si en una tarea cíclica una persona sostiene una cierta postura por 10 segundos cada 60 segundos de ciclo, el duty cycle (DC) es del 16,7%.
Mediante el procedimiento expuesto en la Sección 11.2.3.1 se calcula el disconfort asociado al tiempo efectivo de mantenimiento de la postura. A continuación, se corrige ese valor de disconfort mediante el factor TLV correspondiente al duty cycle observado, tal como se muestra en la Ecuación 37. En esta ecuación, j representa la articulación analizada, t es el tiempo efectivo de mantenimiento de la postura y DC es el porcentaje de tiempo efectivo de mantenimiento de la postura respecto al tiempo total de ciclo.
El parámetro αj es el exponente temporal asociado a la articulación j. Su función es modular la influencia del tiempo de mantenimiento de la postura sobre el disconfort estimado. Este parámetro se obtiene a partir del exponente b1,j de los modelos de tiempo máximo de resistencia de Frey-Law y Avin, expresados en la Ecuación 34 como t = b0,j · MVC^b1,j. En estos modelos, b1,j es negativo y específico para la articulación j. Al despejar la intensidad relativa y normalizar el resultado respecto al tiempo de referencia de 60 segundos empleado por Ergoniza Intelligent para el cálculo del disconfort absoluto, se obtiene el exponente positivo αj = -1 / b1,j. Este exponente permite reescalar el disconfort absoluto, medido para 60 segundos de mantenimiento postural, al tiempo real de exposición t.
\[D_{rep,j}\left( t,DC,\alpha_{j} \right) = \ \frac{D_{absoluto,j}\left( \frac{t}{60} \right)^{\alpha_{j}}}{\left\lbrack - 0.143\ \bullet ln\left( \frac{DC}{100} \right) + 0.066 \right\rbrack}\]
Ecuación 37 37
De nuevo, el valor obtenido se expresa en porcentaje, correspondiendo un disconfort del 100% a aquel a partir del cual la postura puede considerarse no confortable.
Cuando la articulación evaluada pertenece al tronco o a las extremidades inferiores, Ergoniza Intelligent aplica los mismos coeficientes internos de adaptación descritos para el cálculo del %MVC recomendado en tareas repetitivas (véase la Tabla 3 en la Sección 10.2.3). Estos coeficientes no constituyen valores TLV específicos para dichas regiones, sino una aproximación conservadora basada en diferencias relativas de resistencia a la fatiga descritas en la literatura.
11.2.3.3 Disconfort postural en una postura puntual o no sostenida
Los procedimientos descritos en los apartados anteriores permiten valorar el disconfort postural cuando una postura se mantiene durante cierto tiempo o cuando forma parte de una tarea repetitiva. En esos casos, el tiempo de exposición es una variable fundamental, ya que el mantenimiento de una postura alejada de la neutralidad puede generar fatiga, reducir la tolerancia al esfuerzo y aumentar progresivamente la percepción de incomodidad.
Sin embargo, no todas las posturas tienen una duración suficiente como para ser interpretadas como posturas mantenidas. En algunas tareas, la postura analizada puede corresponder a una posición adoptada de forma puntual, transitoria o prácticamente instantánea. Este es el caso que Ergoniza Intelligent considera cuando el usuario selecciona que la postura No se repite, es esporádica y se sostiene solo un momento en el cuadro de la Figura 42.
En estas situaciones no resulta adecuado aplicar directamente un modelo temporal de fatiga. Una postura adoptada durante un instante no consume tiempo de resistencia de forma comparable a una postura mantenida durante varios segundos o minutos. No obstante, ello no significa que cualquier postura puntual deba considerarse aceptable. Una articulación situada cerca de los límites de su rango de movimiento puede generar incomodidad, tensión de tejidos, reducción de margen funcional o exposición a una configuración postural poco recomendable, aunque dicha posición no se mantenga durante mucho tiempo.
Por este motivo, Ergoniza Intelligent emplea un procedimiento específico para las posturas puntuales o no sostenidas. En lugar de estimar el aumento de disconfort por tiempo de mantenimiento, valora la proximidad instantánea de cada articulación al extremo de su rango de movimiento. El objetivo es identificar posturas que, aun siendo breves, se sitúan en zonas articulares alejadas de la región funcional confortable.
La formulación matemática completa del procedimiento, así como la justificación de los parámetros empleados, se recoge en el Anexo 15.2.
11.2.3.3.1 Fundamento biomecánico y psicofísico
El procedimiento parte de que el rango de movimiento articular no constituye una zona homogénea de confort. Una articulación puede encontrarse dentro de su rango anatómico y, sin embargo, adoptar una posición poco confortable o próxima a un límite funcional. Por ello, la literatura distingue entre el rango anatómico total, las zonas de movimiento confortable y las posiciones de reposo o máxima comodidad.
Los estudios de Kee y Karwowski50F4 sobre ángulos de isoconfort muestran que la relación entre el ángulo articular y el confort percibido depende de la articulación, el movimiento y la dirección evaluados. La disminución del confort no se produce de igual manera en todas las regiones corporales: algunas presentan una pérdida apreciable con desviaciones relativamente moderadas, mientras que otras toleran recorridos más amplios. En consecuencia, no resulta adecuado aplicar un único umbral angular a todas las articulaciones.
Esta diferenciación también se refleja en los conceptos de Comfort Range of Motion (CROM) y Range of Rest Posture (RRP). El CROM representa la parte del rango de movimiento asociada a condiciones de confort, mientras que el RRP identifica una zona más restringida vinculada a posturas de reposo o máxima comodidad. Apostolico et al. 51F5 sitúan el RRP dentro del CROM para el cuello, el hombro, el codo, la muñeca y el tobillo, y destacan su utilidad para caracterizar las configuraciones articulares más favorables.
Otros estudios52F6 han utilizado la configuración angular del cuerpo para clasificar el disconfort postural o para desarrollar modelos de predicción mediante regresión y aprendizaje automático53F7. Estos resultados respaldan que la posición de las articulaciones contiene información relevante para estimar el disconfort asociado a una postura concreta, aunque no eliminan la variabilidad individual ni convierten esa estimación en una medida fisiológica directa.
Por último, debe diferenciarse el disconfort derivado de la configuración angular del asociado a la demanda mecánica. Los estudios sobre disconfort y momento articular muestran relaciones no lineales y dependientes de la articulación54F8. Ergoniza Intelligent aborda esa segunda dimensión mediante el análisis de los esfuerzos descrito en la Sección 10. El procedimiento puntual desarrollado aquí se limita, por tanto, a la configuración angular instantánea y no estima la demanda muscular producida por los momentos articulares o por las cargas externas.
11.2.3.3.2 Principio general del cálculo
Para las posturas puntuales o no sostenidas, Ergoniza Intelligent calcula un indicador de disconfort instantáneo basado en la posición relativa de cada articulación dentro de su rango de movimiento efectivo. Para cada articulación y grado de libertad se define una zona funcional central en la que el disconfort puntual es igual a 0. Una vez superado el límite de esa zona, el indicador aumenta de forma continua conforme la articulación se aproxima al extremo del rango de movimiento.
Este cálculo no estima la fatiga derivada del mantenimiento temporal. Su finalidad es detectar configuraciones articulares breves o transitorias que se encuentran próximas a los límites funcionales, aunque no se sostengan durante un tiempo prolongado.
Para cada articulación o región corporal j y para cada grado de libertad o movimiento d, se calcula primero la posición angular normalizada:
\[r_{j,d} = min\left( \frac{\left| {ang}_{j,d} \right|}{{ROMef}_{,j,d}},1 \right)\]
Ecuación 38 38
donde:
angj,d es el ángulo adoptado por la articulación o región j en el movimiento y la dirección d, medido respecto a la posición neutra o de referencia;
ROMefj,d es el rango de movimiento efectivo utilizado como referencia en esa dirección;
rj,d es la posición relativa dentro del rango efectivo: r=0 representa la postura neutra y r=1 representa el límite del ROM efectivo. Si el ángulo supera ese límite, el valor normalizado se mantiene en 1.
El ROM efectivo no modifica físicamente el movimiento permitido al modelo biomecánico. Se utiliza únicamente como referencia para medir la proximidad al límite articular y puede diferir del ROM base debido a los factores de ajuste relacionados con la edad. El procedimiento empleado para obtenerlo se detalla en el Anexo 15.2.
A continuación, se define un umbral r0j,d que representa el límite superior de la zona funcional central. Mientras la articulación se mantiene por debajo de ese valor, el disconfort puntual se considera nulo o despreciable. Cuando la articulación supera ese umbral, el disconfort aumenta de forma progresiva.
\[r_{j,d} \leq {r0}_{j,d\ } \rightarrow \ D_{puntual,j,d} = 0\]
\[r_{j,d} > {r0}_{j,d\ } \rightarrow \ D_{puntual,j,d} > 0\]
Ecuación 39 39
El valor r0j,d no es único para todas las articulaciones. Ergoniza Intelligent lo calcula de forma diferenciada a partir de la sensibilidad relativa asignada a cada articulación y grado de libertad. Para miembros superiores, cuello y tronco, esta sensibilidad se obtiene a partir de las puntuaciones máximas y de los intervalos angulares del método LUBA55F9. LUBA se basa en valoraciones de posturas estáticas y no debe interpretarse como un modelo específico para posturas instantáneas. Por ello, Ergoniza Intelligent no emplea LUBA para calcular directamente el disconfort puntual, sino únicamente como fuente de información relativa sobre la sensibilidad de cada articulación y grado de libertad. Para miembros inferiores, se emplea un procedimiento alternativo basado en las ecuaciones de isoconfort de Kee y Karwowski56F10. La forma en que se determina r0j,d, incluyendo el uso de LUBA para miembros superiores, cuello y tronco, y el procedimiento alternativo basado en ecuaciones de isoconfort para miembros inferiores, se desarrolla en el Anexo 15.2.
El valor r0j,d se determina de forma diferenciada para cada articulación, movimiento, dirección y condición postural. Para las extremidades superiores, el cuello y el tronco, Ergoniza Intelligent combina la puntuación máxima y el ángulo de entrada en el intervalo de mayor puntuación del método LUBA57F11. LUBA no se aplica como método de valoración de la postura puntual ni como modelo temporal; se utiliza únicamente para establecer diferencias relativas de sensibilidad entre articulaciones y grados de libertad. Para las extremidades inferiores se emplea un procedimiento alternativo basado en las ecuaciones de isoconfort de Kee y Karwowski. El cálculo detallado de \(r_{0,j,d}\) se recoge en el Anexo 15.2.
El valor 100% de disconfort puntual no se hace coincidir con el límite absoluto del ROM, sino con una zona próxima al límite. En la implementación actual, el 100% se alcanza cuando la articulación llega al 95% del ROM efectivo (r100=0,95).
Este criterio introduce un margen preventivo: alcanzar exactamente el final del rango de movimiento no se considera necesario para que una postura puntual sea clasificada como extrema. Si el movimiento continúa más allá de ese umbral y se aproxima todavía más al límite del ROM efectivo, el indicador puede superar el 100%, hasta un máximo acotado. En la implementación actual, el valor máximo considerado es 125%. La función de transición empleada para obtener este crecimiento progresivo del indicador se detalla en el Anexo 15.2.
11.2.3.3.3 Interpretación del resultado
El disconfort puntual calculado mediante este procedimiento se expresa en porcentaje. Un valor próximo a 0% indica que la articulación se encuentra dentro de una zona funcional central o suficientemente alejada del límite articular. Un valor próximo a 100% indica que la articulación se aproxima a una zona extrema del ROM efectivo. Valores superiores a 100% indican que se ha superado el umbral operativo de postura extrema y que la articulación se aproxima todavía más al límite del ROM efectivo.
El resultado debe interpretarse como un indicador de desviación postural instantánea, no como un indicador de fatiga acumulada. Por tanto, no sustituye al análisis temporal de posturas mantenidas ni al análisis de tareas repetitivas. Tampoco sustituye al análisis biomecánico de esfuerzos articulares, ya que una postura puede presentar bajo disconfort angular pero alta demanda muscular por carga externa, o a la inversa, presentar bajo momento articular, pero alta desviación postural.
La finalidad del procedimiento es proporcionar un indicador continuo que permita identificar y comparar posturas breves o transitorias próximas a los límites funcionales. Su interpretación debe combinarse con el análisis de los esfuerzos articulares, la observación de la tarea real y, cuando corresponda, la valoración temporal de las posturas sostenidas o repetitivas.
Law and Avin, “Endurance Time Is Joint-Specific: A Modelling and Meta-Analysis Investigation.”↩︎
Rohmert, “Ermittlung von Erholungspausen F¨ur Statische Arbeit Des Menschen”; C J De Luca, “Myoelectrical Manifestations of Localized Muscular Fatigue in Humans.,” Critical Reviews in Biomedical Engineering 11, no. 4 (1984): 251–79; Jack Ogutu and Woojin Park, “The Relationship between Perceived Discomfort of Static Posture Holding and Posture Holding Time,” Work 52, no. 1 (2015): 19–30, doi:10.3233/WOR-141946.↩︎
ACGIH, “Ergonomic Threshold Limit Value (TLV) for Hand Activity Level (HAL) and Muscle Fatigue.”↩︎
Kee and Karwowski, “Joint Angles of Isocomfort for Female Subjects Based on the Psychophysical Scaling of Static Standing Postures”; Kee and Karwowski, “The Boundaries for Joint Angles of Isocomfort for Sitting and Standing Males Based on Perceived Comfort of Static Joint Postures.”↩︎
Alessandro Apostolico et al., “Postural Comfort Evaluation: Experimental Identification of Range of Rest Posture for Human Articular Joints,” International Journal on Interactive Design and Manufacturing 8 (2014): 109–20, doi:10.1007/s12008-013-0186-z.↩︎
Jaejin Hwang and Kyung Sun Lee, “Classification of Whole-Body Postural Discomfort Using Cluster Analysis,” International Journal of Environmental Research and Public Health 17, no. 22 (2020): 8314, doi:10.3390/ijerph17228314.↩︎
Jinwon Lee, Jaejin Hwang, and Kyung Sun Lee, “Prediction and Comparison of Postural Discomfort Based on MLP and Quadratic Regression,” Journal of Occupational Health 63, no. 1 (2021): e12292, doi:10.1002/1348-9585.12292.↩︎
Takanori Chihara, Taiki Izumi, and Akihiko Seo, “Perceived Discomfort Functions Based on Joint Moment for Various Joint Motion Directions of the Upper Limb,” Applied Ergonomics, 2014, doi:10.1016/j.apergo.2013.04.016.↩︎
D Kee and W Karwowski, “LUBA: An Assessment Technique for Postural Loading on the Upper Body Based on Joint Motion Discomfort and Maximum Holding Time.,” Applied Ergonomics 32, no. 4 (August 2001): 357–66, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11461037.↩︎
Kee and Karwowski, “Joint Angles of Isocomfort for Female Subjects Based on the Psychophysical Scaling of Static Standing Postures”; Kee and Karwowski, “The Boundaries for Joint Angles of Isocomfort for Sitting and Standing Males Based on Perceived Comfort of Static Joint Postures.”↩︎
Kee and Karwowski, “LUBA: An Assessment Technique for Postural Loading on the Upper Body Based on Joint Motion Discomfort and Maximum Holding Time.”↩︎