Claus Jordan

Evaluation and assessment of lumbar load during total shifts for occupational manual materials handling jobs within the Dortmund Lumbar Load Study – DOLLY

Abstract The load on the lumbar spine during occupational manual materials handling was previously investigated with respect to short activity sections or to specified load-handling types such as lifting or carrying. Within the so-called Dortmund Lumbar Load Study , analysis of the occupationally induced load on the lumbar spine during total working shifts in the field of surface construction, drop forge, industrial meat processing, and refuse collection was performed on the shop-floor. The body postures adopted, the action forces applied at the hands, and the resultant lumbar load for all load-handling tasks were analysed for 2 shifts in each field on the basis of video evaluations. Via a newly developed detailed classification procedure, the spatial position of the body segments as well as amplitude and direction of the action forces were described in a detailed manner. Consecutive biomechanical model calculations lead, for total shifts, to time courses of various measures for the load on the lumbar spine, such as flexion or torsional moments of force as well as compression and shear forces at the lumbosacral disc. In relation to recommended limits for the maximal disc compression provided in the literature, lumbar load is exceeded in numerous situations during a shift, in particular, with regard to persons of higher age. In a “dose model” applied in this study, the cumulative effect of single-task exposures was considered by superproportional weighting of the compressive force with respect to the corresponding duration of a working task. Relevance to industry A comprehensive evaluation of lumbar load for complete shifts is presented considering the real shop-floor conditions. Analyses for dustbin removal, surface construction and industrial meat processing have discovered numerous exceedings of lumbar-load limits. Such tasks should not be performed by older persons from the preventive point of view.

Analyse der Lumbalbelastung beim manuellen Bewegen von Patienten zur Prävention biomechanischer Überlastungen von Beschäftigten im Gesundheitswesen

ZusammenfassungManuelles Bewegen von Patienten führt bei Beschäftigten im Gesundheitswesen im Allgemeinen zu einer hohen mechanischen Belastung im unteren Rückenbereich. Ein langfristiges Forschungsvorhaben, die Dritte Dortmunder Lumbalbelastungsstudie (The Dortmund Lumbar Load Study 3, DOLLY 3), wurde durchgeführt, um die Lendenwirbelsäulenbelastung von Pflegepersonen während des manuellen Bewegens von Patienten im Pflegebereich für Tätigkeiten zu untersuchen, die als sicher gefährdend im Zusammenhang von Berufskrankheiten-Feststellungsverfahren gelten. Neun verschiedene Tätigkeiten mit Patiententransfer im oder am Bett oder Stuhl wurden analysiert. Die Messung von Aktionskräften mit eigens entwickelten Systemen und die Erfassung der jeweils eingenommenen Körperhaltungen mit optoelektronischen und Videokameras, auf deren Basis mehrere Kenngrößen der Lumbalbelastung quantifiziert wurden, sind in einer früheren Publikation beschrieben. Im vorliegenden Artikel werden die Ergebnisse der Laboruntersuchungen und der anschließenden biomechanischen Modellrechnungen vorgestellt, die auf die Belastung der Lendenwirbelsäule und auf Möglichkeiten zur Belastungsverringerung durch biomechanisch optimierte Transfermodi statt konventioneller Arbeitsweise sowie durch die zusätzliche Verwendung Kleiner Hilfsmittel wie Gleitmatte und Rutschbrett fokussieren. Die Druckkraft auf die lumbosakrale Bandscheibe kann je nach durchgeführter Tätigkeit, Transfermodus und individueller Ausführung erheblich variieren. Die höchsten Werte wurden bei konventioneller Ausführung der Tätigkeiten erhoben, niedrigere Werte ergaben sich durch eine verbesserte Arbeitsweise. Die niedrigsten Druckkraftwerte wurden bei der Verwendung von Kleinen Hilfsmitteln erreicht. Eine statistische Signifikanz wurde für 13 von 17 derartigen Vergleichen nachgewiesen. Die Analyse der Kenngrößen für asymmetrische Belastungsanteile zeigte, dass Seitbeuge- und Torsionsmomente an der lumbosakralen Bandscheibe hohe Werte erreichen können, die jedoch durch die Nutzung verbesserter Transfermodi wesentlich reduziert werden können. Die Bewertung der biomechanischen Belastungen mithilfe von alters- und geschlechtsspezifischen Richtwerten zur Arbeitsgestaltung ergab für keine der analysierten Tätigkeiten – ungeachtet der Art der Durchführung – Belastungen in akzeptablem Bereich. Demzufolge wird die Anwendung einer biomechanisch angemessenen Arbeitsweise unter Zuhilfenahme Kleiner Hilfsmittel, um beispielsweise die Reibung zwischen Patient und Bettoberfläche zu verringern, dringend empfohlen. Diese Maßnahmen gelten insbesondere zur Prävention von Überlastungen für ältere Beschäftigte im Pflegebereich.AbstractManual patient handling commonly induces high mechanical load on the lower back of healthcare workers. A long-term research project, the Third Dortmund Lumbar Load Study (DOLLY 3), was conducted to investigate the lumbar load of caregivers during handling activities that are considered definitely endangering in the context of worker’s compensation procedures. Nine types of handling activities in or at a bed or chair were analyzed. Measurement of action forces via specifically developed devices and posture recording by means of optoelectronic marker capturing and video recordings in order to quantify several lumbar-load indicators was previously described in detail. This paper provides the results of laboratory examinations and subsequent biomechanical model calculations focused on lumbar load and the potentials of load reduction by applying biomechanically optimized transfer modes instead of a conventional technique and, for a subgroup of tasks, the supplementary usage of small aids such as a sliding mat or a glide board. Lumbosacral-disc compressive force may vary considerably with respect to the performed task, the mode of execution, and individual performance. For any activity type, highest values were found for conventional performance, lower ones for the improved transfer mode, and the lowest compressive-force values were gathered when small aids were applied. Statistical significance was verified for 13 of these 17 comparisons. Analyzing indicators for asymmetric loading shows that lateral-bending and torsional moments of force at the lumbosacral disc may reach high values, which can be reduced considerably by implementing an improved handling mode. When evaluating biomechanical loads with respect to age- and gender-specific work-design limits, none of the analyzed tasks, despite execution mode, resulted in an acceptable load range. Therefore, applying a biomechanically adequate handling mode combined with small aids to lower the friction between patient and surfaces is highly recommended, especially to prevent overload in older caregivers.

Spinal-Load Analysis of Patient-Transfer Activities

Selected care-activities with patient transfers, which are classified as “definitely being endangering” with respect to the corresponding German occupational disease, were analyzed regarding the corresponding (bio-)mechanical load on the lumbar spine. In a laboratory study, the postural data of a health-care worker were recorded optoelectronically and via video documentation, the nurse’s action-forces were captured via force sensors at a specifically modified bed, chair, or floor. The analyses of about 100 transfers show that patient transfers result in intensive lumbar load, which may exceed lumbar-load limits recommended for work design. Application of optimized transfer techniques resulted in diminished biomechanical load for the low-back.

Veränderungen von Körperhaltung und kumulierter Wirbelsäulenbelastung als Indikatoren von Copingstrategien bei körperlicher Arbeit

ZusammenfassungAuf der Basis von Felderhebungen zur beruflichen Belastung der Wirbelsäule bei Lastenhandhabungen wurde untersucht, welche Strategien die arbeitenden Personen zur Bewältigung der beruflichen Beanspruchung einsetzen. Das Transaktionale Stressmodell von Lazarus & Launier (1981) lässt erwarten, dass Personen Strategien der Belastungsbewältigung (Coping) entwickeln, indem sie die Ausführung der Tätigkeit im Verlauf der Arbeitsschicht so verändern, dass daraus eine verringerte Beanspruchung resultiert.Im Rahmen der Untersuchung wurden die Körperhaltungen und Aktionskräfte der arbeitenden Personen während ganzer Ar-beitsschichten in verschiedenen Berufsfeldern erfasst und daraus die Belastung der untersten Bandscheibe der Lendenwirbelsäule (L5-S1) mit biomechanischen Simulationsrechnungen ermittelt. Bei der weiteren Auswertung wurden zwei Kriteriumsvariablen zugrundegelegt: die Rumpfneigung und die kumulierte Wirbelsäulenbelastung. Es wurde erwartet, dass beide Kriteriumsvariablen im Verlauf eines Arbeitstages beanspruchungsreduzierende Veränderungen im Bewältigungsverhalten indizieren.Regressionsanalysen zeigen, dass die Veränderung der Rumpfneigung während der Arbeitsschicht ein entsprechendes Bewältigungsverhalten nur eingeschränkt widerspiegelt. Die Belastung der Lendenwirbelsäule in Form einer kumulativen Dosis zeigt hingegen die erwarteten Veränderungen im Schichtverlauf. Weiterhin zeigte sich, dass bei Tätigkeiten mit hoher Repetitivität und geringen Freiheitsgraden der Tätigkeitsausführung der Einsatz der Bewältigungsstrategien geringer ausgeprägt war als bei Tätigkeiten, die große Spielräume bei der Ausführung zulassen.AbstractOn the basis of field studies concerning occupational spinal load during manual materials handling it was analyzed which strategies the working persons use for coping with occupational strain. Considering the Transactional Stress Model of Lazarus & Launier (1981) it has to be assumed that the persons develop coping strategies by changing the working technique in the course of the working shift with the objective of strain reduction.In the study, the postures and action forces of the working persons were recorded during total working shifts in various occupational fields and the data were used in biomechanical simulation calculations for the determination of the load on the lowest lumbar disc (L5-S1). Two criterion variables were assessed as a basis for the further evaluation: the trunk inclination and thecumulated spinal load. It was expected, that both criterion variables should indicate changes in the coping behaviour in the course of a working shift resulting in a reduction of strain.Regression analyses demonstrate that the changes in the trunk inclination during the working shift reflect the changing coping behaviour only to a restricted extent. For the load on the lumbar spine described in form of the cumulative dose, however, the expected change in the course of the shift was found. Furthermore, during activities with high repetitivity and low degrees of freedom in executing the work the coping strategies were practiced to a lesser extent than during activities with higher degrees of freedom.

Selbststeuerung beruflicher Aktivität — eine Möglichkeit biomechanischer Prävention?

ZusammenfassungAnhand von Feldstudien bei beruflichen Tätigkeiten wird geprüft, ob eine Selbststeuerung der Belastung des Muskel- und Skelettsystems existiert, die ein während der Arbeit auftretendes Absinken der Leistungsfähigkeit berücksichtigt. Es wird gezeigt, dass bei Bürotätigkeiten die Aktivität der Schultermuskulatur und bei Tätigkeiten mit Lastenhandhabungen die kumulative Belastung der Lendenwirbelsäule im Verlauf einer Arbeitsschicht abnimmt. Das Beispiel der Bürotätigkeit zeigt weiterhin, dass Personen, bei denen die Aktivität der Schultermuskeln absinkt, weniger Schulterbeschwerden angeben als Personen mit einer konstanten oder zunehmenden Muskelaktivität. Es wird geschlossen, dass eine Selbststeuerung der Belastung existiert, die eine effektive Strategie zur Vermeidung von Beschwerden darstellt.SummaryField studies regarding occupational load were used to examine whether self-adjustment of the musculoskeletal load exists which considers the reduction of the performance capacity occurring in the course of the work. It is shown that during office work the activity of shoulder muscles and during manual materials handling the cumulative load on the lumbar spine decrease in the course of a working day. The example regarding office work reveals, furthermore, that persons with a decrease in the activity of the shoulder muscles report less frequently shoulder complaints than persons with constant or increasing muscular activity. It is concluded that self-adjustment of the load exists representing an effective strategy for the prevention of complaints.

Biomechanical Analysis of Low - Back Load during Materials Handling and its Whole - Shift Monitoring within the Dortmund Lumbar Load Study - Dolly

In the so-called Dortmund Lumbar Load Study (DOLLY), the load on the lumbar spine was quantitatively monitored for complete shifts in diverse fields, i.e. for the materials handling tasks in construction and metal-processing industries as well as in a meat-processing factory and for dustbin removal. Video recording of 8 shifts was performed, actual posture was described and the action forces applied at the hands were determined for each work situation. Based on the respective data for posture and handforces, lumbar load was calculated applying the 3D biomechanical model The Dortmunder for each working situation, in total between approx. 4 and 22 thousands per shift. Shift-monitored temporal profiles for several load indicators - trunk flexion and torsional moments, compression and shear forces with respect to the lumbosacral joint - describe the load on the lumbar spine. Comprehensive results with regard to posture, handforces and lumbar load are available. Several load indices regarding load level, duration and the cumulative effects were defined and applied for assessing the analysed jobs. In relation to recommended limits for the maximal disc compression, lumbar load is exceeded in numerous situations during a shift, in particular, with regard to persons of higher age. In a “dose model” developed in this study, the cumulative effect of single-task exposures was considered by superproportional weighting of the compressive force with respect to the corresponding duration of a working task, based on the higher injury potential of high loads compared to - although longer effective - low loads.

Dependence between performance, strain and strategies for an activity involving informational load

In the present experiment information was to be obtained about the dependencies existing between the individual work strategies, strain, and performance for an activity mainly involving informational load. To date, processing strategies have mainly been determined indirectly via an evaluation of work protocols. Indications of differences in approach during the performance of a task can be derived from the particular work-sequence protocols in the case of activities with an emphasis on the physical performance of a task However, such an approach docs not appear to be sensible for activities that primarily involve informational loads since the processing of the information is not necessarily associated with the observable form of behaviour. Nevertheless, in order to obtain information about the employment of strategies, a questionnaire was constructed that was to enable the recording of the subjective perceptions during the application of the strategies. The level of strain occurring during the processing o...