Este documento trata sobre la biomecánica aplicada a la ergonomía. Explica que la biomecánica estudia el sistema musculoesquelético humano desde las leyes de la mecánica para mejorar el rendimiento y minimizar lesiones. También describe cómo la biomecánica se usa en ergonomía para evaluar cuantitativamente la carga física y factores de riesgo, y mejorar diseños de tareas, puestos de trabajo y equipos. Finalmente, resume los principales factores de riesgo biomecánicos considerados en er

1. Factor Humano
Ergonomía
Producción
Salud Biomecánica Aplicada
a la ERGONOMÍA
Eduardo Cerda
PhD © MÁSTER EN ERGONOMÍA
Ergónomo - Kinesiólogo
Laboratorio de Ergonomía
Facultad de Medicina - Universidad de Chile
encerda@med.uchile.cl

2. INTRODUCCIÓN
Biomecánica: se define como la ciencia que aplica las leyes del movimiento
mecánico en los sistemas vivos, especialmente en el aparato locomotor. En
nuestro caso, nos interesa el estudio de la biomecánica humana aplicada
principalmente en el ámbito laboral y de las actividades de la vida diaria.
Biomecánica Laboral: “ Es una ciencia que se define como el estudio de la
interacción de los trabajadores con sus herramientas, máquinas y materiales
en sus puestos de trabajo a fin de mejorar el rendimiento del trabajador
minimizando los riesgos de las lesiones musculoesquelética
musculoesquelética”
Chaffin, D.B., Andersson, Gunnar B., Martin, Bernard J., Occupational Biomechanics 3ª edición,
Biomechanics.
ed. I. John Wiley & Sons. 1999, New York.

3. INTRODUCCIÓN
AREA DE ESTUDIO CONCEPTO OBJETIVO
BIOMECANICA A partir de las leyes del Obtener el máximo rendimiento con el
movimiento mecánico, mínimo esfuerzo.
estudia el sistema
Diseñar tarea de forma que la gran
musculoesquelético
mayoría de las personas expuestas
humano como un sistema
puedan ejecutarlas sin sufrir daño.
mecánico clásico (mecánica
Newtoniana) Resuelve el diseño de lugar o de
equipos de trabajo normales o
especiales.

4. INTRODUCCIÓN
Antropometría
Métodos de Evaluación de
Modelos Biomecánicos Trabajo Físico
Métodos de
Kinesiología (Estudio del Bioinstrumentación
Movimiento)
Métodos de Análisis del
Movimiento
BIOMECÁNICA EN
ERGONOMÍA
Criterios de Entrenamiento y Límites de Manipulación
Selección de Personal Manual
Directrices de Diseño de Directrices de Diseño de
Herramientas Puestos de Trabajo y
Máquinas Directrices Diseño de
Mobiliario y Sillas

5. INTRODUCCIÓN eneralidades Ergonomía - Biomecánica
G
Generalidades
En el contexto de la Biomecánica y Ergonomía el interés fundamental radica
Ergonomía,
en lograr evaluaciones cuantitativas objetivas de la carga física que ocurre en
el sistema músculo-esquelético.

6. INTRODUCCIÓN eneralidades Ergonomía - Biomecánica
G
Generalidades
En el contexto de la Biomecánica y Ergonomía el interés fundamental radica
Ergonomía,
en lograr evaluaciones cuantitativas objetivas de la carga física que ocurre en
el sistema músculo-esquelético. También en el ámbito clínico.
esquelético.

7. INTRODUCCIÓN
Campos de aplicación diversos como Industria, Medicina
del Trabajo, Ortopedia y Rehabilitación, Ergonomía de
Productos, Deporte etc..

8. Generalidades Ergonomía - Biomecánica
INTRODUCCIÓN
Bajo la necesidad imperiosa de preservar la
salud y seguridad durante la realización del
trabajo, tomamos métodos conjuntos de la
Ergonomía (Multidisciplinar) buscando
analizar íntegramente las secuencias de
eventos que llevan al deterioro de las
condiciones de trabajo.
Pasa a ser una necesidad la necesidad de
objetivar los resultados.
Necesidad de adaptar los métodos de trabajo,
equipos y las condiciones de trabajo a la
anatomía, antropometría, fisiología y psicología “Un diseño excelente
de la persona. debe considerar las
necesidades y
limitaciones de los
usuarios potenciales”

9. TEORÍA Y EVIDENCIA CIENTÍFICA TME
Naturaleza de la lesión
Por definición lesión significa alteración mecánica de tejidos. Es un
evento traumático del tejido en cuestión.
En el caso de las lesiones musculoesqueléticas laborales los órganos o
tejidos son invariablemente expuestos a factores que exponen a estrés
mecánico a estos tejidos.
Frecuentemente tal exposición es repetitiva y prolongada y por lo tanto
es considerada un riesgo o factor de riesgo.

10. TEORÍA Y EVIDENCIA CIENTÍFICA TME
Ocurrencia de lesión en relación con carga
carga-tiempo
Kumar 1990
Lesión dada por la reducción progresiva en la capacidad de tolerancia al
estrés debido al constante incremento del daño residual.
El umbral varía en personas con dolor y lesión.

11. Teoría
de la
ocurrencia
de lesión
Kumar 1991

12. Teoría de progresión de
Trastornos musculoesqueléticos.

13. TEORÍA Y EVIDENCIA CIENTÍFICA TME
Teoría del sobreesfuerzo
Esfuerzo es una actividad en la cual se realiza un trabajo físico. Por lo
tanto, un sobreesfuerzo será una actividad física, en el cual el nivel de
esfuerzo podría exceder la tolerancia normal fisiológica y física, superando
límites.
Es complejo definir cual sería el estándar normal físico y fisiológico.
OE = ∫ (Fx, Dy, Mz)
Donde:
OE: Sobreesfuerzo (overexertion)
Fx: Magnitud de fuerza
Dy: Exposición efectiva
Mz: Movimiento para el trabajo

14. TEORÍA Y EVIDENCIA CIENTÍFICA TME
Componentes de la teoría del sobreesfuerzo
1- Relación entre esfuerzo y riesgo de lesión
CWL= Nivel de trabajo
constante
PWL= Nivel preferido
de trabajo

15. TEORÍA Y EVIDENCIA CIENTÍFICA TME
Componentes de la teoría del sobreesfuerzo
2- Duración del esfuerzo (Tipo, Magnitud, Recuperación y
Repetición)
Relación entre duración de exposición y el Relación entre frecuencia de y el riesgo
riesgo interpuesto interpuesto

16. TEORÍA Y EVIDENCIA CIENTÍFICA TME
Componentes de la teoría del sobreesfuerzo
3- Duración período de descanso
Relación entre descanso entre ciclos y riesgo
interpuesto

17. TEORÍA Y EVIDENCIA CIENTÍFICA TME
Componentes de la teoría del sobreesfuerzo
4- Rango de movimiento
Relación entre rango de movimiento
solicitado y riesgo interpuesto

18. TEORÍA Y EVIDENCIA CIENTÍFICA TME
Trastornos musculoesqueléticos relacionados al trabajo:
Evidencia Epidemiológica

19. TEORÍA Y EVIDENCIA CIENTÍFICA TME
Factores atribuibles para factores de riesgos físicos del trabajo y la
ocurrencia de trastornos de espalda.

20. TEORÍA Y EVIDENCIA CIENTÍFICA TME
Factores atribuibles para factores de riesgos físicos del trabajo y la
ocurrencia de trastornos de extremidad superior

21. BIOMECÁNICA EN ERGONOMÍA
En ergonomía se requiere estudiar los efectos a nivel músculo
esquelético que el trabajo conlleva, así como también para
estudiar cuáles son los factores de riesgo biomecánico que
interactúan con el complejo sistema de palancas con que cuenta
nuestro organismo, y que a corto, medio y largo plazo podrían
generar trastornos o lesiones.

22. BIOMECÁNICA EN ERGONOMÍA
ERGONOMÍA
Geométrica Ambiental Física Mental
Postural Iluminación Biomecánica Fatiga
Entornos Ruido Bioenergética Sueño
Movimientos Temperatura

23. BIOMECÁNICA EN ERGONOMÍA
La Biomecánica es usada como método comparativo en Ergonomía.
Los modelos biomecánicos en su mayoría se apoyan en simplificaciones y
aproximaciones, EXCEPTO EN INVESTIGACIONES EXPERIMENTALES.
Debido a lo anterior la biomecánica es muy útil para demostrar posibles
mejorías obtenidas del rediseño de una tarea o ayudar al ergónomo a escoger
entre alternativas de tareas, diseños de puestos de trabajo y elementos.
ANTES DESPUÉS

24. BIOMECÁNICA EN ERGONOMÍA
¿Qué factores de riesgo biomecánicos se consideran
principalmente en Ergonomía?
Posturas forzadas
Movimiento repetitivo
Manipulación manual de carga
Carga Bioenergética
La mayoría de los factores de riesgo afectan las propiedades
mecánicas de los tejidos determinando su vulnerabilidad.

25. BIOMECÁNICA EN ERGONOMÍA
Valoración de la Carga Física
¿CAUSAS?
Capacidad de Trabajo
Carga Física Exigencia Del
Físico
Entorno

26. BIOMECÁNICA EN ERGONOMÍA
Carga Física
Es común encontrarse con la siguiente pregunta afirmación.. “Las
personas se pueden adaptar” “Para que nos vamos a preocupar con todo
este problema de la Ergonomía, las personas se adaptan”
Comentario:
Aquí hay dos problemas.
El ser humano es muy adaptable. Situación que ha sido el peor
enemigo.
Cada factor de adaptabilidad puede traer costos para la salud,
satisfacción, capacidad y calidad de trabajo, eventos o emergencias

27. BIOMECÁNICA EN ERGONOMÍA
“Aproximarse y aplicar métodos”
-Cuantificar
Cuantificar-
Direccionar diagnósticos
Acercar racionalmente procesos y planes de mejoras

28. BIOMECÁNICA EN ERGONOMÍA
Los criterios para el análisis de las tareas obedecen a
tres criterios fundamentalmente
fundamentalmente:
Criterios Biomecánicos. Chaffin 1969
Psicofísicos. Snook e Irvine 1968
Fisiológicos. Jorgensen 1970 y Garg et al 1978.
De las actuales metodologías de evaluación de riesgo se
destaca:

29. BIOMECÁNICA EN ERGONOMÍA
Ecuación de NIOSH - Manipulación Manual de Cargas
Método OWAS – Posturas Forzadas
Método RULA – Postura y Movimiento Repetitivo
Otros (OCRA, Tablas Liberty Mutual, PATH, MAC, REBA)

30. TÉCNICAS DE ANÁLISIS BIOMECÁNICO
VALORACIÓN DE LA CARGA FÍSICA
MÉTODOS DE
ANÁLISIS ERGONÓMICO
TÉCNICAS DE
ANÁLISIS BIOMECÁNICO

31. TÉCNICAS DE ANÁLISIS BIOMECÁNICO
Técnicas de Análisis
Existen diferentes técnicas para adquirir datos objetivos en los
estudios biomecánicos.
Orientación de la intervención ergonómica.
Entre las distintas técnicas de análisis cinemático del movimiento
tenemos:
Técnicas de Estudio de la Cinemática Articular
(Electrogoniometría y Fotogrametría)
Técnicas de estudio de fuerzas externas y internas
(Dinamometría y Electromiografía)
Dinamometría

32. TÉCNICAS DE ANÁLISIS BIOMECÁNICO
El análisis biomecánico del
movimiento del cuerpo humano
junto con emplear el análisis de
movimiento de los segmentos
seleccionados involucrados en el
movimiento estudiado también
emplea otras técnicas de análisis,
que permiten conocer otros datos de
interés, como son las cargas
internas y externas ejercidas
durante la acción estudiada del
cuerpo en respuesta a los factores
externos y la relación de fuerzas de
acción y reacción entre la persona y
el entorno.

33. TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR
Se define como el estudio del
movimiento de los cuerpos, de
forma independiente de las fuerzas
y momentos que lo provocan. La
descripción del movimiento de los
cuerpos incluye la cuantificación de
posiciones, velocidades y
aceleraciones.
Por la complejidad de los
movimientos articulares, para su
estudio se suelen emplear modelos
más sencillos. Los modelos
empleados son principalmente el
modelo de bisagra, 2D y 3D. Cada
uno de ellos es más complejo que el
anterior y es la aplicación
biomecánica concreta que se
persigue en un estudio determinado
la que dicta la conveniencia de
emplear uno u otro modelo.

34. TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR
Técnicas
Fotografía seriada (Muybridge en
1887), consistía en fotografiar al
sujeto de experimentación durante su
actividad a una frecuencia de disparo
adecuada. La frecuencia de disparo
debe aumentarse cuando se
incrementa la velocidad de los
movimientos para que la posición del
sujeto no cambie mucho entre
imágenes consecutivas.
Los puntos de interés de las
fotografías se digitalizan, bien por
medición directa de sus coordenadas
(x,y), por superposición de una trama
cuadriculada o mediante
digitalización.

35. TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR
Cinematografía o filmación
Las técnicas citadas se basan en la
medida del movimiento a través de
la imagen (fotogrametría).
Estas técnicas pueden ser
utilizadas para el análisis de
movimientos planos o espaciales.

36. TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR
Modelos
Modelo de Bisagra elemento óseo gira respecto del otro en torno a un
eje, que siempre es el mismo a lo largo de todo el movimiento.

37. TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR
Modelo 2D esta técnica de análisis usa como datos la posición de
articulaciones obtenidos en un frame de la filmación tomada, foto o video.
Esto permitirá evaluar el riesgo de una tarea comparando los datos de
momentos y fuerzas obtenidas comparándolos con datos de fuerza obtenidos
en literatura.

38. TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR
Modelo 3D se basa en la siguiente propiedad de los movimientos
espaciales: en el movimiento espacial, el paso de un cuerpo de una posición
a otra se puede explicar mediante un giro del mismo alrededor de cierto eje
en el espacio más una traslación a lo largo del mismo eje.
Debido a la complejidad de algunas articulaciones debido a sus grados
de libertad de movimiento como son el hombro, la cadera y columna la
única forma de obtener datos fiables en el estudio de los movimientos
es mediante el análisis 3D.

39. TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR
Modelo 3D se utilizan marcadores reflectores, estos marcadores reflectores
son colocados directamente sobre los centros de articulaciones y en los puntos
distales de los segmentos estudiados de manera de definir segmentos, ejes de
rotación.

40. TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR
Modelo 3D parte del análisis de
imágenes, para realizar el estudio
biomecánico en 3D.
Se posicionan cámaras en ejes
perpendiculares, generalmente se utilizan
cuatro cámaras dispuestas en un área
cuadrada, dejando esta área captada por
las cámaras como área de análisis.
En esta área es donde se podrán
establecer las coordenadas en tres
dimensiones de un punto en el espacio, Z
puntos que son en definitiva los
marcadores previamente instalados en la
persona en los puntos de interés
(segmentos óseos, ejes de rotación) para
Y
un posterior análisis cinemático)
X

41. TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR
Modelo 3D Esta técnica tiene como
objetivo, localizar el movimiento del
segmento determinado y obtener las
características de este movimiento
tales como ángulos, velocidades
angulares y fluidez de movimiento.

42. TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR
Modelo 3D
Ventajas:
- Produce estimaciones de movimiento en una referencia universal (frame) y
entonces son usadas fácilmente en estudios biomecánicos.
- Centros de articulaciones pueden ser fácilmente localizados proyectando las
intersecciones de los ejes de los segmentos (tres o más) a través de los
marcadores puestos en cada segmento.
- Las referencias en los cuerpos son pequeñas y livianas, la interferencia con
el movimiento es mínima.
- A través de sistema de cámaras permite determinar el movimiento en tres
dimensiones y diversas actividades pueden ser estudiadas.
- El sistema provee un feedback gráfico en las posiciones espaciales de los
segmentos del cuerpo en el tiempo.

43. TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR
Modelo 3D
Desventajas:
- Tiempo a emplear por el investigador.
- Requiere calibración del sistema.
- El ocultamiento de marcadores nos puede llevar a una captura errónea.
- Cálculos adicionales requieren apoyo informático.

44. TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR
Goniometría
-Implica la utilización de un goniómetro
Implica
simple que requiere una correcta
ubicación, siguiendo los ejes óseos
implicados que son unidos por la
articulación a medir, respetando puntos
anatómicos. Este sistema tiene algunas
desventajas como sería su poca fiabilidad
en las mediciones.

45. TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO.
ARTICULAR
Electrogoniómetro
-Esta desventaja reflejada en la
poca fiabilidad de los goniómetros
tradicionales, en cierta medida, ha
sido mejorado con los sistemas de
electrogoniómetros que nos
aumenta la fiabilidad de estas
mediciones, que son básicamente
los desplazamiento angulares de los
segmentos estudiados.
-La señal eléctrica proporcionada
por estos transductores representa
la desviación angular del
transductor.

46. TÉCNICAS DE ANÁLISIS CINEMÁTICO. ARTICULAR
Electrogoniómetro
-Ventajas
-Instrumentos de fácil manejo y de bajo costo relativamente.
Instrumentos
-Provee medición directa de posición de segmentos corporales. De fácil
Provee
entendimiento.
-Provee un valor de fiabilidad razonable al medir articulaciones.
Provee
-Desventajas:
-El posicionamiento del equipo tiene que ser preciso en su alineamiento
El
según fulcro (eje de rotación) y ejes articulares.
-Errores de cruce de mediciones. Puede ser evitado con un buen
Errores
alineamiento del goniómetro.
-Movimiento de tejido blando puede influir en la medición e influir en
Movimiento
errores.
-La colocación del equipo en el cuerpo puede alterar el normal
La
movimiento del segmento.

47. TÉCNICAS DE ANÁLISIS. DINAMOMETRÍA
CARGAS EXTERNAS. FUERZAS
Dinamometría la dinamometría permite medir las fuerzas externas, es un
sistema computadorizado en el cual se grafican las fuerzas ejercidas sobre el
dinamómetro. El dinamómetro es el sistema de medición de las fuerzas
ejercidas, este posee sensores de presión que nos proporcionarán datos en
kilogramos que se reflejaran en la gráfica del computador, tratado en Newton
finalmente.
Las gráficas están dadas en fuerza v/s tiempo lo que nos permitirá hacer
análisis del comportamiento de la fuerza en el tiempo.

48. TÉCNICAS DE ANÁLISIS. DINAMOMETRÍA
CARGAS EXTERNAS. FUERZAS
- Existen distintos tipos de dinamómetros

49. PRINCIPIOS DE ANÁLISIS
Electromiografía aplicada a la Ergonomía
La técnica de electromiografía es de gran aplicabilidad en
ergonomía ya que nos permite objetivar las cargas internas
ejercidas por parte de los músculos en respuesta a cargas
externas que interactúan con la persona.

50. INTRODUCCIÓN
El objetivo de utilizar la técnica de análisis de electromiografía es estudiar
los procesos de excitación eléctrica en los músculos durante condiciones de
trabajo reales y en simulaciones.
La electromiografía ha sido muy aceptada en el ámbito de la ergonomía pues
es una técnica no invasiva, por cierto considerando la electromiografía de
superficie. Cuando esta técnica se usa se aplican los electrodos en la piel.
Esta técnica posee limitaciones, entre la más importante es citar que
la señal electromiográfica que captura es de la zona muscular donde
se encuentran los electrodos. Por lo tanto la señal electromiográfica
tendrán un solapamiento de señales de la musculatura más cercana
asó como también de planos más profundos..
Los métodos invasivos tales como los electrodos de aguja no son
apropiados para los estudios de campo en ergonomía.

51. PRINCIPIOS DE ANÁLISIS
Electromiografía aplicada a la Ergonomía
Provee en situaciones complejas de estudio y nos proporciona
respuestas cuantitativas. ¿Cuáles?
No provee por sí sola de respuestas cualitativas ya que estas
estarán dadas en base a los protocolos de estudio.
¿Qué es un protocolo de estudio?

52. PRINCIPIOS DE ANÁLISIS
Electromiografía aplicada a la Ergonomía
En términos conceptuales la electromiografía está basada en
capturar señalas electromiográficas, en base a la captura de
señales eléctricas emitidas en el músculo debido al
fenómenos de acoplamiento en la contracción muscular.

53. PRINCIPIOS DE ANÁLISIS
Registro de señales electromiográficas

54. PRINCIPIOS DE ANÁLISIS
En la EMG real existe un solapamiento del potencial de
acción de muchas fibras musculares.

55. PRINCIPIOS DE ANÁLISIS
Graduación de la fuerza
La fuerza de contracción
variará en relación a los
requerimientos.
Esta adaptación es controlada
por dos mecanismos:
Sumatoria (Firing rate)
Reclutamiento
En ambos casos un gran número
de potenciales de acción son
producidos en el músculo por
unidad de tiempo.
La amplitud de EMG por lo tanto
incrementa cuando incrementa la
fuerza.

56. PRINCIPIOS DE ANÁLISIS
Estudio de la Actividad Muscular y Ergonomía

57. PRINCIPIOS DE ANÁLISIS
Relación entre amplitud de EMG y Fuerza

58. PRINCIPIOS DE ANÁLISIS
Cuantificación de la actividad muscular
muscular.
¿Cómo se cuantifica?

59. PRINCIPIOS DE ANÁLISIS
Cuantificación de la actividad muscular
muscular.
Cuando se requiere un análisis cuantitativo de las señales
electromiográficas de un músculo se debe conocer los
fundamentos básicos, en relación a los procesamientos de
señales y también en relación a las distintas clasificaciones de
las señales de EMG.
El conocimiento de las señales electromiográficas debe estar
de acuerdo a cómo éstas fueron generadas.
Conocer tipo de contracción.

60. PRINCIPIOS DE ANÁLISIS
Ejemplo: Reposo / MCV / Actividad

61. PRINCIPIOS DE ANÁLISIS
Análisis de amplitud y frecuencia
La unidad de magnitud absoluta de las señales electromiográficas
pueden estar dadas en microvolts o milivolts esto debe permitir
determinar la fuerza de contracción y permitir comparar entre
diferentes tareas y posturas.

62. ¿Qué es la Normalización de la señal?

63. PRINCIPIOS DE ANÁLISIS
Qué preguntas se responderán
¿En que magnitud el músculo está activo o inactivo en una
tarea?
¿Cuándo el músculo está activo o inactivo?
¿El patrón de actividad muscular es eficiente para indicar
adquisición de habilidades?
¿La magnitud de la Actividad Eléctrica Muscular es
adecuada?
¿Él músculo está fatigado?

64. Agonista, Antagonista y Sinergias

66. PRINCIPIOS DE ANÁLISIS

67. PRINCIPIOS DE ANÁLISIS

68. PRINCIPIOS DE ANÁLISIS
Cambios más relevantes en la Fatiga Muscular
Los cambios que más se han descrito son de amplitud y
frecuencia de la señal electromiográfica en función
del tiempo. Estos cambios son:
Disminución de la frecuencia (Potenciales de Acción de Unidades
Motoras).
Aumento de la amplitud de la señal EMG, durante una contracción
sobre el 30% de la contracción voluntaria máxima y bajo el 80% de la
misma.

69. PRINCIPIOS DE ANÁLISIS
Requisitos en los protocolos de estudio
estudio:
Saber precisamente interrogante a ser respondida
Escoger la técnica adecuada para evaluar.
Seleccionar músculos correspondientes a evaluar.
Ubicar electrodos apropiadamente
apropiadamente.
Analizar e interpretar los datos correctamente
Todo ello para obtener respuestas válidas
válidas.

70. PRINCIPIOS DE ANÁLISIS
Protocolo de estudio

71. EMG EN ESTUDIOS DE CAMPO

72. ¿Preguntas?
Eduardo Cerda
encerda@med.uchile.cl