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Arbeitswissenschaften/Ergonomie (Subject) / 2. Grundlagen der Arbeitsphysiologie (Lesson)

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• Wie ist die quergestreifte Muskulatur aufgebaut? (vom Groben ins Detail) Gesamtmuskel Faserstränge Faserbündel Muskelfaser Myofibrille Aktin-/Myosinfilament    
• Wie sind die Einsatzgebiete von quergestreifter und glatter Muskulatur? quergestreift Muskulatur des Bewegungsapparates vom Rückenmark aktiviert hohe Kontraktionsgeschwindigkeit   glatt Muskulatur der inneren Organe (außer Herz) relativ träge vegetativ gesteuert
• Was ist eine motorische Einheit? Ein Motoneuron innerviert mehrere Muskelfasern Obere Extremitäten weniger Muskelfasern als untere Extremitäten > feinmotoriger Beispiel: Augenmuskel: 10 Fasern pro Motoneuron M. quadrizepsfemoris: >1000 Fasern pro Motoneuron
• Wie funktioniert die Reizweiterleitung? an der motorischen Endplatte: Aktionspotential kommt an Transmitterfreisetzung (Acetylcholin) Transmitter diffundiert durch synaptischen Spalt Bindung des Transmitters an Rezeptor der postsynaptischen Membran Rezeptor ist Ionenkanal, der aktiviert wird Na+-Einstrom, K+-Ausstrom Lösung der Transmitter vom Rezeptor
• Was ist ein EMG? Messung der Muskelaktivität: Elektromyografie Bei der Durchführung eines EMGs wird die elektrische Aktivität im ruhenden Muskel (Spontan-Aktivität) und bei unterschiedlich stark willkürlich kontrahiertem Muskel (Muskel-Aktionspotentiale) gemessen. Überlagerungssignal der einzelnen Aktionspotentiale Höhe und Dichte des EMG-Signals werden durch Frequenzierung und Rekrutierung bestimmt erfasst die Summe der elektrischen Spannungsänderung der Muskulatur bei Kontraktion
• EMG bei unterschiedlichen Gewichten waagrechtes Halten eines Gewichtes > bei Ermüdung wird Amplitude höher und Frequenz höher   Halten verschiedener Gewichte > Je höher das Gewicht (Belastung), desto höher die Amplitude
• EMG bei Ermüdung/Erschöpfung Muskelzittern > Impulse alle gleichzeitig (alle Fasern des Muskels werden gleich beansprucht) Ziel: möglichst geringe Aktivität des Muskels! statische Arbeit ist ungünstig! hoher Blutbedarf, aber kaum Durchblutung Sauerstoffschuld! bei definierten, zyklischen Bewegungen wenig Muskelbelastung bei Ermüdung werden Bewegungen undefinierter
• Welche energetischen Arbeitsformen gibt es? statische Arbeit isometrisch > Muskellänge konstant Kraft konstant > statische Haltearbeit > statische Haltungsarbeit Kraft veränderlich > Kontraktionsarbeit   Dynamische Arbeit isotonisch > Kraft konstant, Muskellänge veränderlich auxotonisch > Kraft & Muskellänge veränderlich
• Wie unterscheidet sich statische von dynamischer Arbeit? statisch Muskellänge konstant Kraftentwicklung keine Arbeit im physikalischen Sinne Arbeit = Kraft * Dauer   dynamisch Muskellänge verkürzt sich Masse wird gehoben Arbeit = Kraft * Weg
• Welcher Zusammenhang besteht zwischen den Formen der Muskelarbeit und der Muskelermüdung? Blutversorgung und Blutbedarf Ruhe beides gleich (niedrig)   dynamische Arbeit beides gleich (hoch)   statische Arbeit Blutbedarf mittel, Durchblutung gering   > Ermüdung bei statischer Arbeit!
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• Welche Stoff- & Energiekreisläufe gibt es/sind beteiligt? Blutkreislauf Transport von Nährstoffen zu Verbrauchern Transport von Sauerstoff zu Verbrauchern Transport von Abfallstoffen zu Ausscheidungsorganen Wärmeregulation Luftkreislauf Gasaustausch Nahrungskreislauf
• Wie hängen Stoffwechsel und Energiegewinnung zusammen? Stoffwechsel = alle chemischen Vorgänge im Körper Nahrungsaufnahme (KH‘s, Fette, Eiweiß) Ab- und Umbau zu Zuckern, Aminosäuren, Fettsäuren im Magen-Darm-Trakt z.T. Umbau in der Leber (Glykogen, Lipoproteine, …) Verbrennen von Nährstoffen und Sauerstoff zu Energie und energiearmen Abfallstoffen
• Was ist zum Schema der Leistungsbereiche zu sagen? 0-10 %: automatisierte Leistung > Durchblutung, Körper im Ruhezustand   10-35 %: physiologische Einsatzbereitschaft > einfaches Heben, tragen   35-70 %: gewöhnliche Einsatzreserven > Sport   70-100 %: autonom geschützte Reserven > normalerweise nicht verfügbar, nur in Risikosituationen > Mobilisationsschwelle (kann durch Doping erhöht werden)
• Wie wird die Nahrungsenergie in inner & äußere Energie aufgeteilt? bei normaler Ernährung < 20.000 KJ / 24h + Aufnahme aus Energievorräten Verluste bei der Umwandlung Bedarf zur Erhaltung der Körperfunktionen (Grundumsatz 8.000 KJ) Aufbau von Energievorräten Bedarf für Freizeit, Ruhe; variabel je nach Aktivität > verbleibt bei täglicher Wiederholung < 10.000 KJ für berufliche Arbeit (Arbeitsenergieumsatz)
• Wie kann der Energieumsatz gemessen werden? indirekt durch Sauerstoff-Verbrauch Douglas-Sack-Methode & Respirationsgasuhr mobile Spirometrie (Atemluftmenge * 21 %) = verbrauchter Sauerstoff
• Wie wird der Respiratorische Quotient (RQ) berechnet? RQ = V (CO2) * t-1 / V (O2) * t-1 abhängig von verstoffwechselten Substraten RQ KH: 1 RQ Fette: 0,7 RQ Proteine: 0,81 Durchschitt in Mitteleuropa: 0,85 > zugehörige energetische Äquivalente (kJ / l O2)
• Wie ist Energieumsatz definiert? Energieumsatz (kJ) = O2-Aufnahme (l) * Energetisches Äquivalent (kJ / l O2)
• Was sind GU, RU, FU, AU? GU = Grundumsatz Der Grundumsatz ist der Teil des Energieverbrauchs, der bei körperlicher Ruhe und ohne Nahrungsumwandlung für die Aufrechterhaltung der Körperfunktionen benötigt wird. Ermittlung nach Harris-Benedict-Formel (kJ)   RU = Ruheumsatz Der Ruheumsatz ist der Energieumsatz, der bei völliger Körperruhe gemessen wird. Sein Wert liegt 10-15 % über den Grundumsatzwerten FU = Freizeitumsatz Der Freizeitumsatz ist der Teil des Energieumsatzes außerhalb der beruflichen Tätigkeit. Er wird betrachtet, wenn der Gesamtumsatz über 24 Stunden ermittelt werden soll.   AU = Arbeitsenergieumsatz Arbeitsenergieumsatz = Gesamtenergieumsatz-Ruheumsatz
• Was ist LPI und wie wird er ermittelt? LPI = Leistungs-Puls-Index Durchschnittliche Zunahme der Herzfrequenz bei kontinuierlicher Steigerung der Belastung um 9,81 Watt/min Regressionskoeffizient für den Zusammenhang zwischen der Pulsfrequenz und einer definierten schrittweisen Belastungszunahme > Maß für die individuelle Höhe der muskulären Dauerleistungsfähigkeit   ermittelt durch Testarbeit ohne Belastung durch Mitbewegung des Körpers optimale Durchblutungsbedingungen bei etwa 60 Muskelkontraktionen/min Vermeiden eines Wärmestaus Einbeziehen genügender Zahl großer Muskelgruppen, um die Leistungsfähigkeit des Herz-Kreislauf-Systemsauszuschöpfen Vermeiden individueller Wirkungsgradunterschiede bei der Testarbeit (z.B. falsche Sitzposition) > Fahrradergometer Im konkreten Fall des LPI wird ausgehend vom Ruhepuls die Belastung stufenweise erhöht und für eine Minute konstant gehalten.In der Regel endet der Versuch bei ca. 100 W.
• Gibt es einen Unterschied beim LPI für Sportler & Nichtsportler? Der individuelle LPI bleibt ohne spezielles Herztraining in engen Grenzen konstant und ist deshalb auch unabhängig vom Trainings- oder Übungszustand der Versuchsperson. Vereinfachend kann man davon ausgehen,dass durch Training das Ruhepulsniveau abgesenkt wird und der Trainierte auf Belastungssteigerung mit einer ähnlichen Pulsfrequenzsteigerung reagiert wie der Untrainierte. Ein Untrainierter erreicht aber absolut eine höhere Pulsfrequenz und damit eher die Leistungsgrenze auf einem eventuell gesundheitlich bedenklichen Niveau. Grundsätzlich ist ein Mensch mit niedrigem LPI belastbarer als jemand mit hohem LPI und umgekehrt.
• Wie sind die Einflussfaktoren auf den Zusammenhang von Herzfrequenz und Energieumsatz? Lineare Beziehung zwischen Herzfrequenz und O2-Aufnahme O2-Aufnahme Alter Geschlecht Form der muskulären Arbeit (dynamisch, statisch) Arbeitsgeschwindigkeit eingesetzte Muskelmasse Einflüsse der Arbeitsumgebung (Hitze, Lärm, Vibration) Trainingszustand Gesundheitszustand psychische Belastungen
• Was ist PAL? PAL = physical activity level durchschnittlicher täglicher Energiebedarf für körperliche Aktivität als Vielfaches des Grundumsatzes 1,2 - 2,4 Für sportliche Betätigungen etc bei 4 - 5 mal pro Woche: + 0,3 PAL
• Wie funktioniert die Bestimmung des Energieumsatzes durch Partial- & Integralmethode? leichte & mittelschwere Arbeit Es stellt sich nach einer etwa drei - fünfminütigen Anfangsphase ein Gleichgewicht zwischen Sauerstoffbedarf und Sauerstoffaufnahme ein. > steady state Die Messungen erfolgen in diesem Bereich. In der Zeitspanne zwischen Arbeitsende und Erreichen des Ruheniveaus wird jene O2-Menge aufgenommen, die in der Anfangsphase als Defizit angesammelt wurde. Energieumsatz während Arbeit = Energieumsatz im steady state * Arbeitsdauer   schwere & schwerste Arbeit Ein steady state kann nicht erreicht werden, da der O2-Bedarf über dem maximalen O2-Aufnahmevermögen liegt. Unter diesen Bedingungen kann die Arbeit nicht sehr lange aufrecht erhalten werden (30-60s), die Pulsfrequenz steigt permanent an, es besteht die Gefahr der Erschöpfung. Beginn der Messungen = Arbeitsbeginn Ender der Messungen bei Erreichen des Ruheumsatzes Die während der gesamten Messzeit ermittelte O2-Aufnahme ist auf die Arbeitszeit zu beziehen
• Was ist der steady state? steady-state bedeutet Gleichgewicht der Stoffwechselvorgänge (O2-Aufnahme = O2-Bedarf)   Beim Einsatz großer Muskelgruppen stellt sich nach einer Anfangsphase eine konstante Pulsrate bzw Sauerstoffverbrauch ein. Erhöht man den Energieumsatz stufenweise, so gibt es eine Grenze, nach deren Überschreiten kein steady-state-Zustand mehr erreicht werden kann.
• Was ist die DLG? DLG = Dauerleistungsgrenze DLG ist definiert als die höchstmögliche Arbeitsintensität, bei der sich die Körpersysteme gerade noch im Gleichgewichtszustand (steady state) zwischen Belastung und Erholung befinden. DLG dient zur Abgrenzung von nicht ermüdender zu ermüdender Tätigkeit < DLG: leichte / mittelschwere Arbeit ≥ DLG: schwere / schwerste Arbeit   Trainierte erreichen ihre DLG erst bei deutlich höheren Belastungen als Untrainierte! Das Überschreiten der DLG führt zu Muskelermüdung, die ohne gesundheitliche Konsequenzen reversibel ist. Bedeutsam sind jedoch Schwer- & Schwerstarbeit aus motorisch-biochemischer Sicht: Sie können beim Menschen am Muskel-Skelett-System zu gesundheitlich relevanten Schäden führen.
• Wie ist der Einfluss des Biorhythmus? Leistungsbereitschaft ist in der Nacht am geringsten! beste Leistungsbereitschaft vormittags Mittagstief (lässt sich durch kleinere Mahlzeiten positiv beeinflussen)  
• Was sind die häufigsten Ursachen für Arbeitsunfähigkeitstage? Muskel-Skelett-System (23,2%) Psychische Erkrankungen (14,5%) Atmungssystem (14,5%) Verletzungen (12,5%) arbeitsbezogene Muskel-Skelett-Erkrankungen (MSE) häufigste Ursache für Fernbleiben der Arbeit > MSE-Prävention!
• Welche MSE-Berufskrankheiten gibt es? obere Extremitäten Erkrankung der Sehnenscheiden Erkrankung durch Erschütterung Karpaltunnel-Syndrom   Wirbelsäule Bandscheibenbedingte Erkrankung der Hals- & Lendenwirbelsäule   untere Extremitäten Meniskusschäden Gonarthrose
• Wie ist die Wirbelsäule aufgebaut? 7 Halswirbel (C1-C7) 12 Brustwirbel (Th1-Th12) 5 Lendenwirbel (L1-L5) Kreuzbein (S1-S5) Steißbein   Aufbau der Bandscheibe 90% des Gallertkerns bestehen aus Wasser bei Belastung: Flüssigkeitsverlust bei Entlastung: Flüssigkeitsaufnahme > Schwammsystem >> Stoßdämpfer!!
• Was ist eine Protrusion, was ein Prolaps? Protrusion: Bandscheibenvorwölbung degenerative Veränderung der Bandscheiben Faserring der Bandscheibe wird nach außen vorgewölbt (durch Gallertring)   Prolaps: Bandscheibenvorfall Teile der Bandscheibe treten in den Wirbelkanal vor Faserring ganz oder teilweise durchgerissen
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• Welche Auswirkungen haben verschiedene Körperhaltungen auf die Belastung der Wirbelsäule? Stehen                      1000 N Vorbeugen                1500 N Vorbeugen mit Last   2250 N   > ausgestreckter Arm deutlich mehr Belastung für WS! > 60° Neigung nach vorne hat höchste Belastungswerte!
• Welchen Einfluss hat die Bewegungsgeschwindigkeit auf die Belastung der Wirbelsäule? Belastung nimmt enorm zu, je schneller die Bewegung ausgeführt wird
• Was sind allgemeine tätigkeitsbedingte Belastungsfaktoren? Last zu schwer, zu groß unhandlich labiles Gleichgewicht   Dauer Kraftanstrengungen zu häufig, zu lange unzureichende Erholungszeiten fremdbestimmtes Arbeitstempo ruckartige, hastige Bewegungen   Bewegung Torsion des Rumpfes zu große Trageentfernungen   Haltung stark gebeugt weit vom Körper entfernte Last unsichere Körperhaltung   Umgebung ungünstige klimatische Bedinungen instabiler Boden oder Abstützpunkt Lastbewegung über verschiedene Höhenunterschiede unebener, rutschiger Boden räumliche Enge
• Wie laute die Formeln zur Berechnung der Wirbelsäulenbelastung? Last * Lastarm = Kraft * Kraftarm   FLast * lLast + FGewicht * lGewicht = FMuskel * lMuskel   wobei        FGewicht = 50 % * m * g   FBandscheibe = FLast + FGewicht + FMuskel
• Wie erfolgt die Bewertung nach der Leitmerkmalmethode? Bestimmung der Zeitwichtung Hebe- & Umsetzvorgänge (Anzahl am Arbeitstag) Halten (Gesamtdauer am Arbeitstag) Tragen (Gesamtweg am Arbeitstag)     2.  Bestimmung der Wichtung von Last (unterschiedliche Tabellen m/w) Haltung (ohne gelegentliche Extremwerte!) Ausführungsbedingungen     3.  Bewertung Lastwichtung + Haltungswichtung + Ausführungsbedingungswichtung Summe * Zeitwichtung = Punktwert (> Tabelle)
• Wie erfolgt die Bewertung nach Mainz-Dortmunder-Modell? zweistufig Vorprüfung mit Mindestkriterien Hauptprüfung Ermittlung & Beurteilung der Belastung in Berufskrankheitenfeststellungsverfahren • Retrospektive Belastungserfassung bei Verdacht auf Berufskrankheit• Verknüpfung von Expositionshöhe und Expositionszeit Hebe- und Tragetätigkeiten herausgefiltert, bei denen ein geschlechtsspezifischer Belastungsrichtwert erreicht bzw. überschritten wird. Ebenso werden die Tätigkeiten ermittelt, weiche die Kriterien einer extremen Rumpfbeugehaltung erfüllen. nach ihrer Häufigkeit pro Arbeitsschicht erfasst und bei der Zusammenrechnung der Druckkräfte berücksichtigt, wenn eine bestimmte Belastungsdosis pro Schicht erreicht oder überschritten wird. Die individuell errechnete Gesamtbelastungsdosis wird sodann mit einem geschlechtsspezifischen Beurteilungsrichtwert verglichen.
• Wie erfolgt die Bewertung nach dem NIOSH-Verfahren? Berechnung der Grenzlast nach einer bestimmten Formel (RWL) Nach Bestimmung des RWL kann "Lifting-Index" gebildet werden Ziel: Abschätzung der Gefährdung bei der Lastenhandhabung durch die Berechnung von zu hebenden Maximallasten (Recommended Weight Limit – RWL)
• Welche Ebenen der Verfahren zur Erfassung & Bewertung physischer Belastungen am Arbeitsplatz gibt es? Grob-Screening-Verfahren Spezielle Screening-Verfahren Experten-Screening-Verfahren Betriebliche Messungen Labormessungen/Forschungen
• Was ist ein Beispiel für ein Grob-Screening-Verfahren? Checkliste (auszuführen von betrieblichen Praktikern) Belastungsart erhöhte Belastung vorhanden? ja/nein tätigkeitsspezifische Beschwerden?
• Was ist ein Beispiel für spezielle Screening-Verfahren? Leitmerkmalmethode Heben/Halten/Tragen Ziehen/Schieben manuelle Arbeitsprozesse Erfassung & Dokumentation der 4 Leitmerkmale Zeitdauer/Häufigkeit Lastgewicht Körperhaltung Ausführungsbedingungen Berechnung eines Risikowertes zur Einschätzung (Lastgewichtung + Haltungswichtung + Ausführungswichtung)*Zeitwichtung = Punktwert Vorteil: auch für Laien geeignet Nachteil: keine vielfältigen/komplexen Prozesse bewertbar
• Was ist ein Beispiel für Experten-Screening-Verfahren? NIOSH-Verfahren Ziel: Abschätzung der Gefährdung bei der Lastenhandhabung durch die Berechnung von zu hebenden Maximallasten (RWL) RWL: Gewicht einer Last, welche nahezu alle gesunden Arbeiter über eine bestimmte Zeit ohne erhöhte Gefahr von Rückenverletzungen bewältigen können Lifting Index: LI = L / RWL OWAS-Verfahren Maßnahmeklasse 1: Die Körperhaltung ist normal. Maßnahmen zur Arbeitsgestaltung sind nicht notwendig. Maßnahmeklasse 2: Die Körperhaltung ist belastend. Maßnahmen, die zu einer Verbesserung der Arbeitshaltung führen, sind in der nächsten Zeit durchzuführen. Maßnahmeklasse 3: Die Körperhaltung ist deutlich belastend. Maßnahmen, die zu einer besseren Arbeitshaltung führen, müssen so schnell wie möglich vorgenommen werden. Maßnahmeklasse 4: Die Körperhaltung ist deutlich schwer belastend. Maßnahmen, die zu einer besseren Arbeitshaltung führen, müssen unmittelbar getroffen werden. Mainz-Dortmunder-Modell retrospektive Belastungserfassung bei Verdacht auf Berufskrankheit Verknüpfung von Expositionshöhe & Expositionszeit Berechnung der Druckkraft auf L5/S1
• Was ist ein Beispiel für betriebliche Messungen? CUELA ermöglicht kontinuierliche Belastungsanalyse längerer Zeiträume auch bei komplexen Prozessen Sensoren + Videoaufnahme Kombinationsmöglichkeiten mit anderen Methoden (EKG, EMG, Kraftgriffe, Ganzkörper-Vibration) 3D-Computerfigur & synchronisiertes Video
• Wo sind Erkrankungen der oberen Extremitäten lokalisiert? Gelenke betreffende Beschwerden Muskuläre Beschwerden Sehnen und Sehnen-scheiden betreffende Beschwerden Gefäße betreffende Beschwerden Halswirbelsäulensyndrom Myalgien Karpaltunnelsyndrom Hand-Arm-Vibrations-Syndrom
• Bewertungsfaktoren zur Gefährdungsbeurteilung Einzelfaktoren Repetitive Tätigkeit nach Kilbom Statische Belastungen Ungünstige Haltungen und Bewegungen Kraft Skala nach Borg integrierte Bewertungsverfahren Rapid Upper Limb Assessment (RULA) Hand Activity Level Threshold Limit Values (HAL TLV‘s) Occupational Risk Assessment of Repetitive Movements and Exertions to the Upper Limb (OCRA-Index)
• Risikofaktor "Repetitive Tätigkeit" nach Kilbom Grenzwerte Schulter (> 2,5/min) Oberarm/Ellenbogen (> 10/min) Unterarm/Handgelenk (>10/min) Finger (> 200/min) Risikoerhöhung u.a. durch hohe Kraftauforderung hohe Geschwindigkeit hohe Belastung durch statische Haltungen Monotonie lange Dauer
• Risikofaktor "Statische Belastung" Die statische Körperhaltung wird definiert als eine Körperhaltung, die länger als 4 Sekunden eingehalten wird, wobei die Bewegung der angespannten Muskeln klein oder gleich null ist und kein Wechsel zwischen Anspannung und Entspannung stattfindet. Anwendung für Körperhaltungen außerhalb eines neutralen oder günstigen Bewegungsbereichs Einbeziehen von Dauer und Häufigkeit
• Risikofaktor "ungünstige Haltungen & Bewegungen" Winkelbereich neutral mittelgradig endgradig
• Risikofaktor "Kraft" nach Borg 0: gar kein Kraftaufwand 10: sehr, sehr großer Kraftaufwand > subjektive Einschätzungsmethode
• RULA Arbeitsbogen für linke & rechte Hand getrennt Haltungen Umwendungen Arbeitsbogen für Hals-, Oberkörper- & Beinhaltung
• HAL TLV'S Handaktivitätsgrad

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