Biomechanik & Ergonomie

Beschwerden am Stütz- und Bewegungssystem sind nach wie vor die Hauptursache für zeitweilige oder dauerhafte Arbeitsausfälle. Sie führen zu einer oftmals erheblich verschlechterten Lebensqualität der Betroffenen und haben beträchtliche wirtschaftliche Ausfälle in den Betrieben zur Folge. Schädigungsmechanismen, die im Arbeitsalltag eine Belastung des Stütz- und Bewegungssystems zu einer Fehlbelastung werden lassen, konnten noch nicht hinreichend geklärt werden. 

Deshalb werden im Arbeitsbereich „Biomechanik & Ergonomie“ Untersuchungen zum Verhältnis zwischen Belastungen und Beanspruchungen speziell des Stütz- und Bewegungssystems durchgeführt. Daraus werden Erkenntnisse zur Prävention von Fehlbelastungen und von Verletzungsrisiken gewonnen.

Bereits seit Ende der 90er Jahre wird im Arbeitsbereich „Biomechanik & Ergonomie“ in verschiedenen Projekten das Verhalten der Rumpfmuskulatur bei Arbeitshandlungen, bei Trainingsbelastungen und bei Ausdauerbeanspruchungen der Muskeln untersucht. Dabei reicht die Spanne der Themen von der eher wissenschaftlich orientierten Frage nach der Funktion einzelner Muskeln bei der Stabilisierung des Rumpfes über anwendungsbezogene Forschungen bis hin zu ganz konkret praktisch orientierten Projekten, wie beispielsweise der Untersuchung von Wirkungen ergonomischer Verbesserungen in Mitgliedsbetrieben der Berufsgenossenschaft Nahrungsmittel und Gastgewerbe (BGN).

Ein weiteres, vergleichsweise junges Forschungsfeld sind Unfallmechanismen und passive Eigenschaften des Muskel-Sehnen-Komplexes. Beide Themen sind mit experimentellen Ansätzen schwer zu erfassen. Durch Nutzung der biomechanischen Modellbildung und anschließender Computersimulation sind Variationen von Parametern möglich, die im Experiment so nicht umsetzbar wären. Um die Basis nicht-invasiv messbarer Eingangsdaten für biomechanische Modellrechnungen zu erweitern, wird zurzeit ein Untersuchungsaufbau zur Erfassung von passiv-mechanischen Eigenschaften der Wirbelsäule und der sie umgebenden Strukturen aufgebaut.

Simulation, Messung und Analyse definierter Handlungen bzw. Tätigkeiten

  • Simulation, Messung und Analyse definierter Handlungen bzw. Tätigkeiten
    Zu untersuchende Tätigkeiten werden mit ihren wesentlichen Eigenschaften unter Laborbedingungen nachgebildet. Belastung und Beanspruchung während typischer Abläufe werden mittels physikalischer und physiologischer Messtechnik erfasst; ergänzend erfolgt der Einsatz geeigneter Befragungsinstrumente. Die Auswertung der Daten liefert prinzipielle Aussagen zu den bei der untersuchten Tätigkeit auftretenden Belastungen und zu den dadurch im Muskel-Skelett-System typischerweise hervorgerufenen Beanspruchungen. Entsprechend sind Aussagen zur Optimierung der Belastungs-Beanspruchungs-Relation ableitbar.

    Wird das Verfahren auf typische Arbeitshandlungen angewandt, so kann auf ergonomische Verbesserungen an den entsprechenden Arbeitsplätzen geschlossen werden. Durch die Nachbildung der Tätigkeiten im Labor können viele Störeinflüsse, die im Feldversuch unvermeidbar sind, ausgeschlossen werden.
     
  • Computer-Simulation von Unfallereignissen und deren Auswirkungen
    Mittels biomechanischer Modellierung werden zu untersuchende Körperregionen (beispielsweise das Schultergelenk) mit ihren wesentlichen Bestandteilen und deren Eigenschaften im Computer nachgebildet. Aus nicht-invasiv messbaren Eingangsparametern (z. B. über die Hand eingeleitete Kräfte) und bekannten Eigenschaften und Verhaltensweisen der inneren Strukturen können Kräfte, Drehmomente und das Bewegungsverhalten der einzelnen Bestandteile des Modells abgeschätzt werden. So sind Bereiche bestimmbar, in denen das Modell stabil bleibt, und können von solchen abgegrenzt werden, in denen bestimmte Teile über ihre Belastungsgrenzen hinausgeführt werden (z. B. Riss einer Sehne).  Eine Rückrechnung auf die zugehörigen äußeren Parameter erlaubt die Abschätzung von Grenzen zwischen tolerierbarer Belastung und Überbelastung.
     
  • Bewegungs- und Haltungsanalyse
    Die im Arbeitsbereich „Biomechanik & Ergonomie“ verfügbaren Verfahren zur Haltungs- und Bewegungsanalyse dienen einerseits der Messung und Bewertung von Rumpfhaltungen in allen drei Bewegungsebenen. Hierbei wird generell zwischen Brust- und Lendenwirbelsäule unterschieden; im Einzelfall kann auch die Halswirbelsäule separat betrachtet werden. Langzeitmessungen sind möglich.

    Darüber hinaus sind frei definierbare Markerkonfigurationen möglich, mit denen beispielsweise auch Bewegungsabläufe des Hand-Arm-Schulter-Komplexes erfasst und ausgewertet werden können.

Evaluation von Trainingseffekten in Prävention und Rehabilitation

  • Evaluation von Trainingseffekten in Prävention und Rehabilitation
    Trainingsmaßnahmen haben oft koordinative und konditionelle Verbesserungen im Muskel-Skelett-System zum Ziel. Im Vor-Nach-Vergleich können die Effekte dieser Maßnahmen mit einer Kombination mechanischer und physiologischer Messverfahren evaluiert werden. Dazu finden typischerweise Testsituationen Anwendung, die die Zielparameter des Trainings adäquat abbilden, sich jedoch von den im Training verwendeten Übungen unterscheiden.
  • Untersuchung peripherer Ermüdung definierter Muskeln/Muskelgruppen
    Die Untersuchung des Verhaltens verschiedener Muskeln bzw. Muskelgruppen vorzugsweise des menschlichen Rumpfes unter lang anhaltender Belastung erfolgt mittels Oberflächen-Elektromyografie und liefert eine Einschätzung der Ausdauerleistungsfähigkeit der untersuchten Muskeln bzw. Muskelgruppen. Damit können einerseits Aussagen zur Abgrenzung tolerierbarer Beanspruchungen von Überbeanspruchungen gewonnen und andererseits auch Trainingseffekte nachgewiesen werden.

 

Vorhandene Messtechnik

  • OEMG-Messsytem mit bis zu 48 Kanälen, analoge Mechanosensoren (Beschleunigung, Kraft) 
  • Mobiles 8-Kanal-OEMG-Messsystem mit simultaner Bewegungsanalyse der Wirbelsäule (8 Stützstellen) oder 3 frei positionierbaren 3D-Lagesensoren 
  • Ultraschall-gestütztes Bewegungs-Analysesystem mit 12 frei positionierbaren Markern 
  • Infrarot- Bewegungs-Analysesystem mit 20 frei positionierbaren Markern

Kooperation

Der Arbeitsbereich „Biomechanik & Ergonomie“ kooperiert intensiv mit dem Kompetenzzentrum für Interdisziplinäre Prävention der Friedrich-Schiller-Universität Jena und der BGN (KIP). Dadurch stehen kompetente wissenschaftliche Diskussionspartner vieler Fachrichtungen (Biomechanik, Physiologie und Pathophysiologie, Sportwissenschaft und Sportmedizin, Psychologie, Radiologie, Evolutionsbiologie und weitere) zur Verfügung.  Zusätzlich können für spezielle Fragestellungen qualifizierte Untersuchungsverfahren im Labor des KIP genutzt werden.

 

Ansprechpartner
Dr. rer. nat. Dipl. Phys. Ingo Bradl
Fon: 0361 4391-4984
ingo.bradl(ат)apz-erfurt.de