Meranie fyzickej záťaže ako súčasť prevencie pri práci so strojovými zariadeniami

Poškodenia podporno-pohybovej sústavy predstavujú jedno z najčastejších ochorení súvisiacich s prácou. V celej Európskej únii sú muskuloskeletálne poruchy (MSD) najčastejšou príčinou absencie zamestnancov v práci, pričom predstavujú 40 % nákladov na kompenzáciu pracovníkov a zníženie hrubého domáceho produktu približne o 1,6 % [1]. V USA podobné štatistiky ukazujú, že MSD predstavujú 33 % všetkých nákladov na kompenzáciu zamestnancov [2]. Počet prípadov MSD sa zvýšil z 293 prípadov v roku 2019 na 328 prípadov v roku 2020. Najväčším prispievateľom je odvetvie ubytovacích a stravovacích služieb, ktoré predstavovalo 16 % (54 prípadov) zo všetkých hodnotených prípadov MSD, ďalej odvetvie výroby a zdravotníckych služieb so 49 (15 %) a 45 (14 %) prípadmi MSD [3].

Riešenie prevencie poškodenia podporno-pohybovej sústavy pomáha zlepšiť život pracujúcich, ale má aj nemalý vplyv na produktivitu najmä vo výrobných procesoch. Poškodenia podporno-pohybovej sústavy súvisiace s prácou postihujú chrbát, krk, plecia a horné aj dolné končatiny. Zahŕňajú akékoľvek poškodenie alebo poruchu kĺbov, príp. iných tkanív. Rozsah zdravotných problémov sa začína od pobolievania a drobných bolestí po závažnejšie zdravotné problémy, ktoré vyžadujú neprítomnosť v práci a liečbu. V chronických prípadoch môžu mať dokonca za následok zdravotné postihnutie a odchod zo zamestnania [4].

Vzhľadom na rozšírenosť výskytu poškodení podporno-pohybovej sústavy súvisiacich s prácou je jasné, že treba urobiť viac pre zvýšenie informovanosti o prevencii. Špecifickým dôsledkom a ukazovateľom negatívneho vplyvu faktorov pracovného prostredia a spôsobu práce na zdravie zamestnancov sú choroby z povolania. Podobne ako v minulých rokoch sa na celkovom počte chorôb z povolania v SR najväčšou mierou podieľali profesionálne ochorenia postihujúce podporno-pohybový systém, cievny a nervový systém zamestnancov vystavených pri práci dlhodobému nadmernému a jednostrannému zaťaženiu horných končatín (52,8 % zo všetkých hlásených chorôb z povolania) [4]. Tieto profesionálne ochorenia patria dlhodobo medzi najčastejšie hlásené choroby z povolania v SR spolu s profesionálnym ochorením kostí, kĺbov, svalov, ciev a nervov horných končatín spôsobeným prácou s vibrujúcimi nástrojmi (9,5 % zo všetkých hlásených chorôb z povolania v SR). V roku 2020 tvorili tieto profesionálne ochorenia spolu 62,3 % z celkového počtu chorôb z povolania v SR [4].

Kampaň EÚ OSHA v rokoch 2020 – 2021 Zdravé pracoviská znižujú záťaž [4] sa komplexne zaoberala príčinami tohto pretrvávajúceho problému. Jej cieľom bolo šírenie kvalitných informácií o tejto téme, podporovanie integrovaného prístupu k riadeniu tohto problému a poskytovanie praktických nástrojov a riešení, ktoré môžu pomôcť na pracovisku.

Legislatívne požiadavky v oblasti ochrany pred fyzickou záťažou

V Európskych smerniciach, stratégiách EÚ v oblasti bezpečnosti a ochrany zdravia, predpisoch členských štátov a usmerneniach o osvedčených postupoch sa už uznáva význam prevencie poškodení podporno-pohybovej sústavy. Riziká poškodení podporno-pohybovej sústavy súvisiacich s prácou patria do rozsahu pôsobnosti rámcovej smernice o bezpečnosti a ochrane zdravia pri práci č. 89/391/EHS (zákon SR č. 124/2006 Z. z. o bezpečnosti a ochrane zdravia pri práci v platnom znení), ktorej cieľom je ochrana zamestnancov pred rizikami súvisiacimi s prácou vo všeobecnosti a ktorou sa stanovuje zodpovednosť zamestnávateľa za zaistenie bezpečnosti a ochrany zdravia na pracovisku.

Niektoré riziká súvisiace s poškodeniami podporno-pohybovej sústavy sú predmetom osobitných smerníc, najmä smernice o ručnej manipulácii 90/269/EHS (nariadenie vlády č. 281/2006 Z. z. – nariadenie vlády Slovenskej republiky o minimálnych bezpečnostných a zdravotných požiadavkách pri ručnej manipulácii s bremenami), smernice o zobrazovacích jednotkách č. 90/270/EHS (nariadenie vlády č. 276/2006 Z. z. – nariadenie vlády Slovenskej republiky o minimálnych bezpečnostných a zdravotných požiadavkách pri práci so zobrazovacími jednotkami). V smernici o používaní pracovných prostriedkov 2009/104/ES (nariadenie vlády SR č. 392/2006 Z. z. o minimálnych bezpečnostných a zdravotných požiadavkách pri používaní pracovných prostriedkov) sa hovorí, že zamestnávatelia musia takisto plne zohľadniť ergonomické zásady a aspekty ochrany zdravia pri práci s ohľadom na pracovníkov pri používaní pracovných prostriedkov. V SR je fyzická záťaž legislatívne zakomponovaná vo vyhláške č. 542/2007 Z. z. o podrobnostiach o ochrane zdravia pred fyzickou záťažou pri práci, psychickou pracovnou záťažou a senzorickou záťažou pri práci, kde sú definované limitné hodnoty jednotlivých častí tela pri rôznych činnostiach. Usmernenie k uplatňovaniu základných zdravotných a bezpečnostných požiadaviek na ergonómiu je stanovené aj v oddiele 1.1.6 prílohy I k smernici o strojových zariadeniach 2006/42/ES (tzv. smernica o strojoch).

Cieľ kvantitatívneho merania fyzickej záťaže

Cieľom ergonomickej analýzy je identifikovať rizikové faktory v pracovnom prostredí, ktoré majú potenciál spôsobovať poškodenie podporno-pohybového aparátu. Identifikácia rizikových faktorov má poukázať na niektoré problémy, ktorým zamestnanci čelia, a na dôležitosť porozumenia podnikovým postupom týkajúcim sa prevencie poškodenia podporno-pohybového systému vrátane toho, aká zodpovednosť prináleží zamestnávateľom a aká zamestnancom.

Väčšina poškodení podporno-pohybovej sústavy súvisiacich s prácou sa časom zhoršuje. Zvyčajne neexistuje len jedna príčina poškodení podporno-pohybovej sústavy. Často ide o kombináciu rôznych rizikových faktorov vrátane fyzických a biomechanických faktorov, organizačných, psychosociálnych a individuálnych faktorov. Pri ergonomickom hodnotení sa využívajú dva hlavné prístupy k zberu údajov pre ergonómiu [5], [8], a to kvantitatívny a kvalitatívny prístup. Kvantitatívny prístup sa zameriava na meranie a kvantifikáciu pôsobenia jednotlivých skúmaných faktorov. Kvalitatívny prístup sa snaží pochopiť procesy, dôvody a vzájomné závislosti medzi sledovanými faktormi. Oba tieto prístupy sú súčasťou komplexného procesu hodnotenia pracoviska z pohľadu ergonómie (obr. 1).

Pracovná poloha, pohyby a záťaž vyvíjaná na pracovníka sú základnými informáciami pri identifikovaní rizikových faktorov spôsobujúcich ochorenia alebo zranenia podporno-pohybového systému človeka. Na túto identifikáciu sa v ergonómii využíva široké spektrum metód (napr. metóda RULA, REBA, NIOSH, OWAS, EAWS), ako aj softvérové aplikácie Tecnomatix Jack, TEA CAPTIV, CERAA a iné). Tieto metódy umožňujú študovať, analyzovať a hodnotiť človeka pri vykonávaní pracovnej činnosti. Kombinácia týchto metód so znalosťami o anatomickej štruktúre tela a o tom, ako reaguje na zaťaženie, umožňuje navrhovať efektívne a zdravé pracoviská.

Na analýzu a hodnotenie ergonomického systému slúži komplex kritérií, ktorým musia jednotlivé prvky systému vyhovovať s ohľadom na požiadavku prispôsobenia technických prvkov a pracovných podmienok výkonnostným schopnostiam podniku. Patria sem tieto kritériá [6], [7]:

• antropometrické: rozmerové a priestorové riešenie pracoviska,
• fyziologické: optimálne využitie fyzickej kapacity človeka,
• estetické: farebné riešenie pracoviska,
• hygienické a bezpečnostné: podmienky na bezpečnú prácu vylučujúce zdravotné poškodenie,
• psychofyziologické: optimálne využitie zmyslovej a neuropsychickej výkonnosti človeka,
• psychologické: optimálny postoj a zainteresovanosť pracovníka na výkone.

Samotné hodnotenie ergonomických rizík je možné s využitím softvéru CAPTIV TEA Ergo, ktorý umožňuje prispôsobiteľné a škálovateľné riešenie na skenovanie pracovníkov vo všetkých ich pracovných prostrediach vďaka multifunkčnej analýze (obr. 2), ktorá vyhodnocuje držanie tela, nosnosť, obmedzenia pohybového aparátu, opakujúce sa pohyby a vibrácie.

Cieľom merania so systémom CAPTIV je analyzovať fyzickú záťaž pracovníkov v rámci prevencie bezpečnosti a ochrany zdravia pri práci. Zameriava sa na hodnotenie zdravotného rizika na základe vyhodnotenia fyzickej záťaže v súlade s legislatívou a kategóriou prác pre faktor fyzická záťaž.

CAPTIV [9] predstavuje ergonomický nástroj, systém umožňujúci pohybovú analýzu človeka. Zahŕňa goniometer na meranie polohy/uhlov končatín, ktorý umožňuje meranie malých svalových skupín horných a dolných končatín EMG (elektromyografia), kde sa určuje percento vynakladanej svalovej sily z maximálnej sily danej svalovej skupiny (% Fmax) a počet pohybov za minútu a za pracovnú zmenu pomocou dvoch elektród. Elektromyografia je jedna z najpresnejších metód merania, pričom je založená na monitorovaní elektrofyziologických potenciálov zo zaťažovaných svalov počas pracovnej zmeny.

Meranie viacerých biologických signálov pomocou rôznych typov senzorov (obr. 3 a 4) môže výrazne zlepšiť presnosť odhadu parametrov fyzickej aktivity na rozdiel od merania len jedného signálu. Monitorovanie viacerých senzorov sa dá definovať ako metóda založená na troch alebo viacerých typoch senzorov, napr. teplota kože, okolitá teplota tela, tepelný tok, galvanická reakcia kože, akcelerometer, gyroskop, magnetometer, tlakový senzor, dýchanie atď. Medzi parametre činnosti, ktoré môže poskytnúť monitorovanie viacerých senzorov, patrí výdaj energie, intenzita, frekvencia, trvanie spánku, počet krokov, vzdialenosť, rýchlosť [9], [10].

Monitorovacie zariadenia s viacerými senzormi (obr. 4) sa môžu používať na rôzne účely, ale v závislosti od skutočnej konfigurácie senzora/systémového balíka, dostupnosti a prijatí používateľom sa podstatne líšia. Platforma súčasne môže byť použitá na analýzu pracoviska nielen v laboratóriu, ale aj v priemyselnom prostredí.

Stratégia pohybovej analýzy v pracovnom prostredí umožňuje:

• vykonávať kontrolu pracoviska s určením rizikových pracovných činností menej rušivými metódami merania,
• odhaliť zdravotné problémy zamestnancov v oblasti pohybového aparátu identifikované prostredníctvom upraveného ergonomického severského dotazníka,
• vykonávať odborné posúdenie pracovných činností zameraných na rozbor a prevenciu chorôb z povolania (syndróm z nadmernej záťaže, syndróm karpálneho tunela, MSD, poúrazový stres a pod.) z dôvodu dlhodobého, nadmerného a jednostranného zaťaženia,
• aplikovať preventívne opatrenia pri projektovaní pracovísk, vykonávať zmeny na existujúcich pracoviskách, príp. využiť novo vyvíjajúce sa prostriedky, tzv. exoskelety [11] na zníženie nadmernej záťaže.

Kvantitatívne meranie fyzickej záťaže v praxi

Meranie ergonomickej záťaže možno aplikovať na akomkoľvek pracovnom mieste, pri rôznych pracovných činnostiach. Ako príklad uvádzame prípadovú štúdiu realizovanú pri montážnej činnosti v automobilovom podniku, kde zamestnanec montuje príslušné komponenty do prevodovky.

Priebežná vizualizácia výsledkov merania z jednotlivých senzorov v softvéri CAPTIV je na obr. 4. Výstupom merania je grafické znázornenie zaťaženia jednotlivých častí tela. Na obr. 5 je výsledok pre flexiu/extenziu krku, ktorá sa pri vykonávaní pracovnej činnosti ukázala ako problematická. Z kvantitatívneho merania pomocou systému CAPTIV vyplynulo, že zamestnanec 29,05 % času pracovnej činnosti vykonával v nevhodnej, čiže rizikovej pracovnej pozícii časti hlavy a krku, čo predstavuje červená oblasť. 51,25 % pracovného času zamestnanec zotrváva v nežiaducej polohe krku, čo predstavuje oranžová oblasť na obr. 5.

Legislatívne limity SR sú vo vyhláške č. 542/2007 Z. z. o podrobnostiach o ochrane zdravia pred fyzickou záťažou pri práci, psychickou pracovnou záťažou a senzorickou záťažou pri práci pre pozíciu hlavy a krku v statickej polohe definované v tab. 1. Z tabuľky vyplýva, že zamestnanec vykonáva pracovnú činnosť v neprijateľnej polohe, keďže predklon hlavy je >25°. Výhodou kvantitatívneho merania je aj zistenie, koľko percent pracovnej činnosti zamestnanec vykonáva reálne v neprijateľnej rizikovej polohe.

Tab. 1 Hodnotenie nameraných výsledkov – poloha hlavy a krku

Na zníženie záťaže podporno-pohybovej sústavy zamestnanca bolo navrhnuté možné opatrenie vo forme aplikácie pasívneho exoskeletu – kresla Chairless Chair 2.0. (obr. 6) na podporu dolných končatín. V dôsledku podpory dolných končatín dôjde aj k úprave pracovnej pozície krku a hlavy. Následným opätovným meraním systémom CAPTIV bolo zistené zníženie záťaže nežiaducej polohy krku v oranžovej zóne, čiže nežiaducej polohy na 26,7 % a v červenej rizikovej polohe na 18,4 %. Takýmto spôsobom možno vyhodnotiť aj ostatné časti tela.

Záver

Zber údajov pomocou multisenzorického systému týkajúceho sa merania viacerých biologických signálov pomocou rôznych typov senzorov môže výrazne zlepšiť presnosť odhadu parametrov fyzickej aktivity na rozdiel od merania iba jedného signálu. Cieľom výskumu na pracovisku je kvantitatívne meranie záťaže podporno-pohybovej sústavy za účelom hodnotenia ergonomických rizík. Kvantitatívne meranie bolo vykonané multisenzorovým systémom CAPTIV a Actigraph na vybranom pracovisku. Na základe vyhodnotenia rizík a zistenia neprijateľnej fyzickej záťaže v oblastiach tela krk, bedrá a rameno sa aplikovalo ergonomické opatrenie – exoskelet, kreslo Chairless Chair 2.0. Následne bolo vykonané opätovné kvantitatívne posúdenie rizík s použitím exoskeletu ako jedného z možných ergonomických opatrení. Ergonomické riešenie je úspešné len v tom prípade, ak sa dosiahne pozitívny vplyv v oblasti BOZP, teda pozitívny vplyv na zdravotný stav pracovníkov a zároveň ekonomický prínos. Pri realizácii efektívneho ergonomického riešenia, napr. zmenou pracovnej polohy, v podniku je nevyhnutné zaviesť taký systém, ktorý by zodpovedal jednotlivým zaradeniam pracovníkov a zároveň chránil ich zdravie.

S použitím uvedenej meracej metodológie možno poskytnúť výrobným, ale aj iným prevádzkam komplexnejšiu analýzu priaznivých, prípadne nepriaznivých pracovných polôh, presnejšie vyhodnotiť ergonomické riziká a navrhnúť adekvátne opatrenia v rámci prevencie a ochrany zdravia pri práci. Výhodou multisenzorového systému je zber komplexných dát súčasne, čo zjednodušuje vyhodnocovanie a efektivitu meraní.

Príspevok bol vypracovaný v rámci riešenia grantového projektu Ministerstva školstva, vedy, výskumu a športu Slovenskej republiky APVV-19-0367 Rámec integrovaného prístupu riadenia procesnej bezpečnosti pre inteligentný podnik a grantového projektu KEGA 013TUKE-4/2020 Transfer poznatkov z výskumu prostriedkov využívajúcich rozšírenú realitu do edukačného procesu v oblasti bezpečnosti technických systémov.

Literatúra

[1] New European Initiative Highlights Work-related Musculoskeletal Disorders. [online]. Publikované 5. 9. 2021. 

[2] The Cost of Musculoskeletal Disorders (MSDs). [online]. Publikované 5. 9. 2021. 

[3] National statistics, Ministry of Manpower, Workplace Safety and Health Report 2020. [online]. 

[4] Informačná kampaň EÚ OSHA na roky 2020 – 2022 Zdravé pracoviská znižujú záťaž. [online]. 

[5] Tureková, I. – Bagalová T.: Posúdenie fyzickej záťaže zamestnancov pri opravách a čistení kovových súčiastok. In: Spektrum, 2014, roč. 14, č. 1.

[6] OSHA, Poškodenie podporno-pohybovej sústavy. [online]. Citované 7. 9. 2021.

[7] Balážiková, M. – Tomašková, M. – Dulebová, M.: Assessment of ergonomic risk for firefighters. In: Production Management and Engineering Sciences, 2016, s. 3 – 6. ISBN 9780429225888. DOI 10.1201/B19259-3.

[8] Horváthová, B. – Bigošová, E. – Čechová, I. – Dulina, Ľ.: Ergonomické hodnotenie – metódy a technológie. In: Trendy a inovatívne prístupy v podnikových procesoch, 2018, roč. 21.

[9] Captiv software user manual, 2021. [online]. 

[10] ActiGraph, LLC. How „Future-Proof“ is Your Digital Biomarker Data? Considerations for maximizing the long-term value of wearable sensor data. 2021. [online]. 

[11] Exoskeleton – Ergonomics at work. [online]. 

[12] Chairless Chair 2.0

doc. Ing. Michalea Balážiková, PhD.
Ing. Daniela Onofrejová, PhD.
doc. Ing. Marianna Tomašková, PhD.
Ing. Katarína Vaškovičová
Katedra bezpečnosti a kvality produkcie
Ústav špeciálnych inžinierskych procesológií
Strojnícka fakulta
Technická univerzita Košice
michaela.balazikova@tuke.sk