insan hareketlerinin sınırları ve ergonomik açıdan incelenmesi

[ahmetsakir]

insan hareketlerinin sınırları ve ergonomik açıdan incelenmesi
--------------------------------------------------------------------------------

2.1. Baş hareketleri
Baş hareketlerinin açısal boyutları Şekil 2.1'de gösterilmiştir. Baş rotasyon hareketleri dikkate alındığı zaman, sağa ve sola dönüşlerin açısal ortalamasının 55° olduğu görülmektedir. Ergonomik yaklaşımlarda bu harekete, gözlerin yuvalarında dönme hareketleri de dikkate alınarak, daha geniş açılarda bir hareket boyutu varsayımı ile yaklaşılır. Başın sağa ve sola dönüşü şüphesiz, boyun omurlarının işlekliği ve boyundaki kas ve bağ dokularının esnekliğine bağlıdır. Göz hareketleri ise burada önemli bir kolaylık ve avantaj sağlayabilir. Bu arada, başın geriye bükülmesinin ortalama 50o gibi değerlere ulaşabilmesine rağmen, ergonomik açıdan başın, bu ölçülerde geriye bükülmüş duruşu herhangi bir yarar sağlamaz. Nitekim, zorlanarak geriye bükülen baş pozisyonunda yutkunma güçleşir ve başı uzun süre bu pozisyonda tutmak çok rahatsız edicidir. Başın öne bükülmesi daha rahat bir pozisyondur fakat, yine de gözle takip gerektiren göstergelerin, baş hareketlerini zorlamayacak bir şekilde göz bakış açılarına göre yerleştirilmesi prensip kabul edilir. Özellikle, uzun süreli izleme gerektiren göstergeler hiç bir zaman normal göz bakış açılarının dışına yerleştirilmemelidir.



2.2 Gövde ve Üst Etraf Hareketleri
Üst etraf hareketlerinin büyük bir bölümünde gövde hareket hudutlarının da kullanılarak çalışması söz konusudur. Gövdenin sağa ve sola dönüş hareketleri 40° civarındadır. Dik duran bir insanın, gövdesini bu açısal değerler içinde hareket ettirmesi ardından üst etraf hareketlerini gerçekleştirmesi mümkündür. Ancak, bu tür gövde döndürme hareketleri statik bir şekilde ve uzun süreli olmamalıdır. Gövdenin öne ve geriye bükülmesi konusunda da aynı sakınca geçerlidir. Özellikle, gövdenin öne bükülü duruşunda, sağa ve sola döndürme hareketleri ve kuvvet gerektiren kas zorlamaları yapmak sakıncalıdır. Bu tür zorlamalarda kalıcı sakatlıklara neden olan eklem zedelenmeleri görülebilir.
Omuz ekleminin yuvarlak eklem başı ve oldukça düz eklem yuvası, bu eklemin geniş açısal hareketini kolaylaştırır. Omuz eklemi hareketine dirsek ve el bileği hareketleri de katıldığı takdirde, gövde etrafında geniş bir erişme alanı oluşur. Ancak, el ve kol hareketleriyle ve duyarlı bir şekilde gerçekleştirilebilen hareketlerin uygulama alanı sınırlıdır. El ve kolların hareketi söz konusu olunca, hareket etkinlik alanı oldukça daralır. Normal olarak kolların duruşu, omuzdan sarkık ve avuç içi gövdeye dönük bir duruştur. Oturan bir insanın rahat çalışma pozisyonu ayrıca değerlendirilmelidir. Çünkü, bu duruş kolun dirsekten 90° bükülü, alttan desteklenmiş ve parmakların hafifçe bükülü ve avuç içlerinin de birbirine dönük olduğu bir duruştur.

2.3 Alt Etraf Hareketleri
Ayakta dururken dizlerin normal duruşu, vücut ağırlığını taşıyan kemiklerin düşey doğrultuda tutulabilmesi için tam gergin bir duruştur. Oysa,otururken ve sırtüstü yatarken dizlerin en rahat pozisyonu 70°-130° açılar içinde fleksiyon halindeki duruşudur. Kalça ekleminin eklem kapsülü derin olduğu için, omuz eklemi ile kıyaslandığında hareketlerinin önemli ölçülerde sınırlı olduğu görülür. Bacağın, kalça ekleminden fleksiyon hareketi 120° civarındadır. Ancak, çoğu insan bu hareketi diz bükülü iken gerçekleştirebilir. Kalçadan gerçekleştirilebilen hiperekstansiyon ise 45° civarındadır. Oturan bir makina operatörünün ayaklarda kuvvet uygulamaları, diz ve kalçadan fleksiyon hareketlerinin desteğinde, oldukça geniş bir tasarım alanı ve hacmi sağlar. Ayakta duran bir insanın bir kontrol pedalı üzerinde yaratabileceği kuvvet kişinin ağırlığı ile bağlantılı olduğu gibi, ayak pedallarının yerleştirme alanı da sınırlıdır. Oturan bir operatörün sırt bölgesine iyi bir destek sağlandığında, diz ve kalça açılarının farklı değerlerinde, oldukça önemli ölçülerde kuvvet uygulanabilir. Örneğin; otururken, dizin 165° 'lik bir açı içinde tutuluşunda, ayak pedalına 350 kilogram kadar kuvvet uygulanabilmektedir. Dizin açısı değiştikçe bu kuvvet azalır. Ergonomik açıdan önemli olan sadece kuvvet uygulaması değildir. Eklemlerin hareketliliğine göre, reaksiyon zamanı en kısa uygulama pozisyonu, en uzun süre uygulamalarla elverişli noktalar gibi gereksinimler de dikkate alındığından, el ve ayakların çeşitli eklem açıları içinde hareketleri bu yaklaşımlarla da incelenir. Bir bakıma FONKSİYONEL ANATOMİ olarak adlandırabileceğimiz bu yaklaşımlar, insan-makina ara kesitinde önemli araştırma alanlarıdır.

2.4. Maksimum Kavrama Noktaları
İnsanların üst etraf boyutları ve eklemlerinin işlekliği ile orantılı olan maksimum kavrama noktaları, ergonomik yaklaşıma bir örnek teşkil eder ve endüstriyel pratik açısından da önemli tasarım boyutlarını ortaya koyar. Bu konuda sistematik araştırmalar 1950'lerde tamamlanmıştır. Şekil 2.4 'te şematize edilen ölçme yaklaşımları ile ve sınırlı sayıda süje üzerinde yapılan çalışmalarını değerlendiren Hertzberg, elde edilen değerlerin istatistik dağılımını da yaparak, işyeri tasarımı açısından önemli verileri ortaya koymuştur. Hertzberg ve onu izleyen araştırmacıların en önemli katkısı şüphesiz, insan - makina ara kesitine fonksiyonel anatomi yaklaşımını getirmeleridir.
Fonksiyonel anatominin diğer bir yaklaşımı da biyomekanik diyebileceğimiz ve iş yapan insanın mekanik özelliklerini inceleyen bir yaklaşımdır. Fiziki bir iş yapan insanın anatomik yapı özelliklerine uygun hareketler yapması ve biyomekanik özelliklerinin gözetilmesi, çeşitli zorlanma ve sakatlanmaların önlenmesi açısından olduğu kadar, insan vücudundan optimal verim sağlamak açısından da önemlidir. Endüstride çok kullanılan yük taşıma şekilleri ve bunların doğru şekilleri anatomik temellere dayanır.

2.5 Yük Taşıma ve Duruş Şekli
Taşınan yüklerin insan vücudu üzerindeki etkisi, yük ağırlığı arttıkça gövdenin öne eğilmesi şeklinde ortaya çıkar. Ergonomik yaklaşımlarla, çeşitli yük kaldırma koşullarında, vücudun nasıl etkilendiği ve duruş değişiklikleri dikkatle incelenmiştir.
a. Yükün sırtta taşınması: Sırtta taşınan yüklerin ağırlığı arttıkça, öne eğilme ve dizlerde de giderek artan bir gerilme halinin oluştuğu bilinmektedir. Anatomik açıdan önemli değişiklikler ancak, rahatça kaldırılabilen belli bir ağırlığı aşmakla ortaya çıkmaktadır. Ayrıca, yük omuzdan bele doğru inmeye başladığında, gövdenin öne eğilmesi de artmaktadır. Gerçekte, yük karşısında değişen gövde eğimi, biyomekanik açıdan, ağırlık merkezinin yer ve konumunu korumaya yönelik bir uyumdur. Önemli olan, insan anatomik özelliklerine göre kas, bağ ve eklem dokularına zarar vermeyecek yük ağırlığını saptamaktır. Bu konuda Dünya Çalışma Teşkilatı'nın "Taşınabilir maksimum yük" kararları olduğu gibi, her ülkenin de kabul ettiği yük ağırlıkları vardır.
b. Bir yükü kaldırmak: Gövdenin pozisyonu ve çeşitli anatomik bölgelerin bu hareketlerden etkilenmesi, kaldırılan yükün ağırlığına, yükün kaldırıldığı yüksekliğe ve tutuş pozisyonlarına da bağlıdır. Yerde olan bir yükü kaldırmak için ilk yapılan hareketler, gövde gerici kaslarının tam olarak gevşetilmesi ve böylece gövdenin öne bükülmesi ile başlar. Yük kaldırılırken, omurgayı dikleştiren kaslar kuvvetle kasılarak, gövdenin tam dikleştiği noktaya kadar, giderek azalan kas eforu ile çalışırlar. Gövdenin hiç bir yük kaldırmasa da, öne eğilmesi ve doğrulması sırasında aynı kaslar çalışır. Aslında, gövdenin öne eğilme hareketlerini karın kasları başlatır. Ancak, oturan ya da ayakta duran bir insanın öne eğilmesi, hafif bir pozisyon değişikliği ile ve pek sınırlı ölçülerde kas çalışması sonrası başlar ve yerçekimi etkisi ile devam eder. Gövde denge durumundan öne eğilmeye geçer geçmez esas yük gövde gerisindeki kaslara biner. Belli ağırlıkları yüksek bir yerden alarak yere indirmek ya da yine önemsiz ölçülerdeki ağırlıkları yerden kaldırmak, sırt ve bel kasları ile omurgaya aşırı yük getirmemekle beraber, biyomekanik açıdan sakıncalıdır. Yükün artması ise bel ve kalça leğeni arasındaki eklemi ve bel omurları arasındaki fibroelastik kıkırdak dokularını zedeleyebilir. Ani ve şiddetli zorlamalarda bel omurları arasındaki kıkırdak disklerin kayabildiği, bazen bu kıkırdak doku içindeki destek sıvı keseciğinin (pulpa) dışarı fırlamaya zorlanabildiği bilinmektedir. Be1 omurlarının mekanik zorlanması, dizler gergin bir şekilde gövdeyi öne bükerek, yerden belli bir ağırlığı kaldıran insanların hareketlerinin biyomekanik değerlendirilmesi ile ortaya çıkarılmıştır. Şekil 14'de görüldüğü gibi, gövdesini öne bükerek 40 kilogram bir ağırlığı yerden kaldıran normal bir insanın, bel omurları arasındaki fibroelastik kıkırdak dokusu üzerine 450 kilogram yük binebilmektedir. Bu da uzun dönemde, disk kayması, disk fıtığı gibi sakıncalı sakatlıkların ortaya çıkmasına neden olabilir. Bu nedenle, ergonomik açıdan uygun kaldırma teknikleri üzerinde devamlı araştırmalar yapılmaktadır.
Günümüze kadar yapılan çalışmalar, yük kaldırmada, fonksiyonel anatomi açısından zayıf olan bel kasları yerine, daha kuvvetli ve biyomekanik bakımda da daha avantajlı olan bacak kaslannın kullanılması gerektiğini ortaya çıkarmıştır. Gövdenin olabildiği ölçülerde dik kalmasına olanak verecek bir şekilde, dizleri bükerek yüklere yaklaşmak ve bacakların gücü ile (çoğunda kolları dahi kullanmadan) yük kaldırmak, endüstrilerde ilk öğretilen biyomekanik prensiplerden biridir. Yük kaldırma teknikleri Şeki1 2.6'da gösterilmiştir.

2.6 Kaslar

Vücudumuzun her tarafına yayılmış bulunan kaslar, hareket sistemimizin kuvvet kollarıdır. Bağlantı noktalarına kuvvet uygulayabilen ve tek yönde kasılabilen ya da gevşeyerek uzayabilen kaslar, vücut ağırlığının yaklaşık %45 'ini oluştururlar.
Her kas, boyları 0.5 ile 14 cm arasında değişen çok sayıda kas lifinden meydana gelir. Bir kasta ortalama çapları 0.1 mm olan bu liflerden 100 000-1000 000 arasında lif vardır.
Kaslar yapılarına ve çalışma şekillerine bağlı olarak üç grupta incelenebilir. Birinci grupta isteğe bağlı olarak çalışan çizgili kaslar yer almaktadır. İkinci grupta, otonom sinir sistemi altında çalışan düz kaslar vardır. Üçüncü grup ise, yapı olarak birinci gruba, çalışma şekli bakımından da ikinci gruba benzeyen kalbin çizgili kaslarından oluşur. Ergonomik açıdan, en önemli kas grubu isteğe bağlı olarak çalışan çizgili kaslardır. Kas dokusunun en önemli özelliği, kasılabilme yeteneğidir. Bir kas, normal boyunun yarısı kadar kasılabilir. Dolayısıyla,tam olarak kasılmış bir kasın iş yapabilme gücü kasın orijinal boyu ile orantılıdır. Bu nedenle, antremanlar ile kaslarını uzatmaya çalışırlar. Her kas lifi belirli bir kuvvet ile kasılır. Bir lif demetinde kasılan kasların kasılma kuvvetlerinin toplamı, kasın toplam kasılma kuvvetini verir. Bir insandaki maksimum kas kasılması, kasın her cm² için yaklaşık 40 N 'dur. Kasılmanın başlangıcında maksimum olan kas kuvveti, kasın boyu kısaldıkça azalmaktadır. Kasılma kuvveti, sadece liflerin uzunluğuna bağlı değildir. Aynı zamanda aktif olarak kasılan lif gruplarının sayısına da bağlıdır. Uzun süreli kasılmalarda, lif grupları nöbetleşe kasılarak, tüm kas sistemine ait kasılmanın sürekli olmasını sağlarlar. Bu şekilde, kasılma sırasında lif gruplarının bir düzen içinde birbirlerini dinlendirmeleri sağlanır.
Bir sinirsel uyarımın kas liflerine ulaşması, hücre içinde zincirleme ve karmaşık biyokimyasal olaylara başlamasına neden olarak, kas liflerinin kasılabilmesi için gerekli olan enerji ortaya çıkar. Öncelikle hücre içindeki adenozintirfosfat-ATP maddesi bir fosfor açığa çıkararak adenozindifosfat-ADP 'ye dönüşür ve önemli ölçüde enerji açığa çıkar. Ancak bu enerji kaynağı kısa sürede tükenmekte olduğundan, oluşan ADP 'nin hızla ATP 'ye çevrilmesi gereklidir. Eğer hücre içinde kreatinfosfat-CP varsa, bir kısım ADP ATP 'ye çevrilebilir. Ancak, ATP oluşumunun esas kaynağı, karbonhidrat ve yağların oksijen aracılığı ile parçalanarak enerji açığa çıkması ve oksidasyon sürecinde ADP 'nin ATP ye çevrilmesidir. Yeterli oksijen olmayan hallerde, hücre içinde kalıntı maddesi olan laktik asit oluşmaktadır. Biriken laktik asit ve ADP gibi oksijen yokluğunda enerji sağlayan metabolik maddeler luk maddeleri olarak kabuşl edilebilirler. ATP ve CP ve laktik asit yolu gibi kas enerjisi oluşumu olayları oksijensiz ortamda enerji kaynakları olduklarından bunlara anerobik enerji kaynakları denir. laktik asit birikimine gerek olmadan ve ATP depolarını da takviye ederek karbonhidratlar ya da yağların oksijen aracılığı ile parçalanması erobik yol olarak bilinir. Hızlı ve ağır işlerde çalışmak, büyük ölçüde anerobik enerji kaynaklarına dayandığı için, işin şiddetine göre kas dokusu içinde luk maddeleri birikimine neden olur.


2.7 Kasılma için Gerekli Enerjinin Temini ve Kasılma Süreci
Kas hareketi için gerekli enerji, aldığımız besinler sağlanır. Sindirim sisteminde işlenen karbonhidrat, yağ ve protein grubuna dahil besinler, karaciğer aracılığı ile, kaslara ulaşırlar. Proteinler, amino asit düzeyine indirgenerek, dokuların gelişme ve onarımında görev alırken, karbonhidratlar ve yağlar da biyokimyasal parçalanmalar sonucu gerekli enerjiyi sağlarlar. Hücre içi oksidasyon ile enerji açığa çıkması şeklinde gerçekleşen bu reaksiyon için gerekli oksijen, ilgili dokular aracılığı ile temiz kandan temin edilir.
Herhangi bir kasılma hareketinin başlayabilmesi için ilgili kas liflerinin uyarılması gerekir. Kas kasılması sonucu ortaya çıkan mekanik enerji, kasın kimyasal enerji rezervlerinden sağlanır. Dolayısıyla, kasın yapacağı iş kimyasal enerjinin mekanik enerjiye çevrilmesine bağlıdır.
Kas kasılması için gerekli olan glikoz ve oksijen miktarı başlangıçta sınırlı miktarda bulunur. Bu nedenle, her iki madde de kas sistemine kan aracılığı ile ulaştırılır. Bundan dolayı çalışan kasa ulaşan kan miktarı, kassal çalışmayı sınırlayabilir. Çalışma esnasında kasların gereksinimi olan kan miktarı 10-20 kat artabilir. Bu gereksinim, kalp atışlarını arttırır ve kaslara giden kan damarlarının genişlemesine neden olur. Aşırı yüklenmelerde kalbin zorlanmasının en önemli nedeni budur (Şekil 2.7). Ergonomik açıdan önemli olan, bu gibi durumlarda ya yüklemeyi azaltmak ya da dinlenme aralıklarının arttırılması gerekir. Yapılan iş için gerekli olan oksijen, işin yapılması sırasında tam olarak karşılanamıyorsa bu açık, anerobik enerji kaynaklarından karşılanır
Bu durum ergonomide "oksijen borcu" olarak ifade edilir Oksijen borcu, ilgili kas kitlesi dinlenmeye geçer geçmez ödenmeye başlanır. Bu nedenle zorlu bir kas çalışmasından sonra verilen dinlenmelerde, sık ve derin solunum ile yüksek nabız bir süre daha devam eder. Borç ödeme süresi olarak ifade edilen bu süre içinde kan aracılığı ile sağlanan bol oksijenle önce glikoz oksidasyonu, buna bağlı olarak da düşük enerji bileşiklerinin yüksek enerji bileşiklerine çevrilmesi sağlanır. Oksijen borcunun artması ve aşırı ölçüde laktik asit oluşumuna rağmen çalışmaya devam edilmesi halinde kaslarda ağrı oluşur. Örneğin, tavanda elektrik bağlantısı yapmak için kollarını yukarıda tutarak çalışan bir insanın kol kaslarına yeterli kan ve buna bağlı olarak yeterli oksijen sağlanamadığından, kollarında titreme ve ağrılar başlar. Aynı durum, kasların hiç gevşetilip dinlendirilmediği statik kas yüklemelerinde de görülür. Bu nedenle, ergonomik açıdan kolların yüksekte çalışması ve kasların statik olarak yüklenmesi zorunlu olmadıkça önerilmemektedir.

2.8 Dinamik ve Statik Kas Kasılması
İki tür kas kasılma faaliyeti vardır. Birincisi, dinamik ya da ritmik kas faaliyeti, ikincisi ise statik ya da postural kas faaliyetidir. Heri iki olay da aşağıda verilen şekilde özetlenmiştir. Örneklerden görüldüğü gibi, dinamik kas faaliyetlerinde kasılıp gevşemesi ritmik bir şekildedir. Statik durumda kas kasılması süreklilik gösterdiğinden kaslar kısa zamanda yorulurlar.

Dinamik ve statik kas kasılmaları arasında önemli farklılıklar vardır. Bunların en önemlilerinden biri, kaslara kan temini ile ilgilidir (Şekil 2.11). Statik kas kasılmalarında, kan damarları kaslardaki sürekli kasılma etkisi ile büyük bir basınç altında çalışırlar. Bu durum, kaslara giderek daha az kan gönderilmesine neden olur. Dinamik kasılmada ise, kas hareketleri ritmik bir şekilde kasılıp gevşediğinden kan dolaşımı üzerinde pozitif bir etki söz konusudur. Kasılma sırasında kan, kas liflerini besleyen kılcal damarların uçlarına kadar ulaşarak, buralara 10-20 kat daha fazla kan ulaşmasını sağlar. Dolayısıyla dinamik kas kasılması sırasında, kas bol miktarda glikoz ve oksijen alır ve atıklar da hemen atılabilir. Kuvvetli bir statik kas kasılması sırasında, kasa ne glikoz ne de oksijen ulaşır. Buna ilave olarak, atıklar kastan atılmayarak birikmektedir. Bu nedenler, uzun süreli statik kas kasılmasına dayanabilmek oldukça güçtür. Çünkü, ağrı hissi bu atıklar nedeniyle oluşmaktadır. Dinamik kas kasılması için uygun bir ritim sağlanmışsa, herhangi bir yıpranma olmaksızın uzun süre devam ettirilebilir (Örneğin, kalp kasları). Statik kas kasılması sırasında, kan ulaşımı kasılmayla ters orantılı olarak azalır. Uygulanan kas kuvveti, maksimum kas kuvvetinin %60 'ına ulaşınca kan akışı tamamen kesilir. Daha düşük kas kuvveti uygulamalarında, kan damarları üzerinde daha az basınç söz konusu olduğundan, bir miktar kan ulaşımı sağlanabilmektedir. maksimum yüklemeye kıyasla, %15-%20 arasında bir kas kasılması sırasında, kasa doğru kan akışı normaldir. %20 oranında bir kas kasılması uzun süre devam ettirilebildiği halde, %50 ve daha fazla oranda bir kas kasılması en çok 1 dakika sürdürülebilmektedir. Bu olay, Şekil 2.12‘de verilen grafikte görülmektedir. Sonuç olarak sürekli statik kas kasılması doğuran faaliyetler arzu edilen bir olay değildir. Statik (durağan) kassal çalışma yorucudur. Bu yüzden de, bu çalışma şeklini daha ayrıntılı bir incelemek doğru olur. Statik iş, önce tutma işi ve durma işi olarak ikiye ayrılır. Gerçekte durma işi, tutma işinin özel bir biçimidir. Dışa doğru kuvvet uygulamasının olmadığı durma işinde zorlanma, vücudun belirli bir pozisyonda tutulmasından doğar. (Örneğin arkalığı olmayan bir sandalyede oturmak gibi.)
İnsanın çalışması sırasında vücut duruşunun uygun olmaması, orta veya uzun vadede bir dizi sonuçlar doğurabilir. Bunlar arasında iş gücünden belli bir süre yararlanılmaması veya çalışanın sakat kalarak iş gücünü tamamen yitirmesi sayılabilir.
İnsanın zorlanmasına neden olan vücut duruşlarına yalnız iş düzenlemesine gereken önemin verilmediği durumlarda rastlanmaz (Şekil 2.13). Örneğin aşağıdaki durumlar da aynı sonucu doğurabilir:
• • • İş parçasının, boyutları ve ağırlığı nedeniyle çalışmanın her anında uygun konuma getirilememesi
• • • Konumsal çevre ya da iş görülen yerin, insanın zorunlu olarak belirli bir şekilde durmasını gerektirmesi (Örnek : Madencilikte, galeri içi yüksekliği)

İnsanın çalışması sırasında vücut duruşunun uygun olmaması halinde iş gücünden belli bir süre yararlanılmaması veya çalışanın sakat kalarak iş gücünü tamamen yitirebileceğine değinilmişti. Ancak, bazı çalışma ortamlarında kaçınılmayan elverişsiz vücut durumunun olabileceği ortamlar da vardır Bu tür çalışma ortamlarında çalışan iş görenler için dinlenme aralıklarının hesaplanan dinlenme sürelerinden daha fazla ve daha sık verilmesi gerekir.
ALINTI:::::::::::::::::