Seguridad y Medio Ambiente FUNDACIÓN MAPFRE

Año 31 Nº 124 4º trimestre 2011

Influencia del estado muscular en la capacidad de reacciónERGONOMÍA

La presente investigación pretende comprobar la influencia del estado muscular en la respuesta motora rápida a una solicitación externa. Se sabe que la velocidad de ejecución de un movimiento balístico que incluye desplazamiento articular varía de acuerdo con el estado basal muscular. En este estudio razonamos que los tiempos motor y premotor pueden estar influenciados por el hecho de que el músculo haya estado antes en posición de reposo o manteniendo una contracción que origine fatiga.

Por J.M. CASTELLOTE.
Doctor en Medicina y Cirugía. Investigador titular, Instituto de Salud Carlos III, Madrid.
MEL VAN DEN BERG.
Ph.D. en Medicina. Investigadora contratada, Instituto de Salud Carlos III, Madrid.
J. VALLS-SOLE.
Doctor en Medicina y Cirugía. Consultor senior del Hospital Clínic, Barcelona.

En ciertas ocupaciones, tales como trabajar en cintas transportadoras, cadenas de montaje o empaquetado, la exactitud en el gesto es un componente básico de la tarea. Son trabajos que requieren la ejecución de actividades físicas de baja intensidad pero repetidas en el tiempo. Está constatado por diferentes investigaciones que estos trabajos, si se realizan en condiciones de fatiga, pueden provocar dolor, sobrecarga o daño muscular. [1-4]

Los requerimientos de una tarea se comprenden mejor si se tiene una mayor comprensión de cómo la ejecutamos y de cómo nuestro sistema perceptivo colabora en el reconocimiento de cambios en las condiciones de ejecución –fatiga, atención, discriminación– para así adaptar el patrón automatizado a las nuevas condiciones. La fatiga o las alteraciones atencionales pueden por tanto conllevar fallos en la tarea y accidentes laborales. En el caso de la fatiga física, la prevención de dichos estados de fatiga es primordial, a los efectos de regular la cantidad de actividad a realizar en un trabajo, así como la adecuación de pausas de reposo oportunas. [5-7] La fatiga, al igual que otros factores, interfiere la ejecución de la actividad.

Con dichas premisas, consideramos de interés el comprobar tres fenómenos:

  • En situaciones críticas, cuando se necesita una reacción rápida, saber si hay diferencias en la respuesta motora entre músculos descansados y aquellos sometidos a una contracción mantenida previa.
  • Saber si es relevante el nivel de fatiga previa.
  • Saber si la historia de contracción muscular influye en la ejecución de un programa motor.

Para responder a estas preguntas hemos examinado si los cambios en el patrón motor inducidos por fatiga previa tienen algún efecto en los componentes neurales o musculares en el patrón de respuesta balística en una condición de tiempo de reacción.

MÉTODOS

Sujetos y ámbito de estudio

Dieciséis sujetos (9 mujeres y 7 hombres, de edades entre 27 y 52 años) tomaron parte en el estudio. Todos eran diestros, con visión normal o corregida.

Dispositivo

Los sujetos se encontraban de pie delante de una pantalla de ordenador con los brazos colgando cerca del cuerpo. Se registraron señales electromiográficas (EMG) en el brazo derecho mediante electrodos de superficie colocados sobre deltoides anterior (DA) y sobre tríceps braquial (TB). Se colocó un acelerómetro en el epicóndilo humeral para registrar movimientos del brazo y calcular variables cinemáticas.

Procedimiento

Cada sujeto se estudió en una sesión. Se hicieron dos bloques de cada sujeto, de acuerdo con el tipo de contracción que hubiera que realizar tras ensayos control (EC), bien de larga duración (LD) o de corta duración (CD). El orden de pruebas fue aleatorio entre sujetos. El tiempo entre pruebas fue superior a 30 minutos. El experimento comenzó instruyendo a los sujetos sobre las condiciones de los ensayos. En los EC, los sujetos fueron instados a realizar un movimiento de abducción hasta la horizontal, como respuesta rápida tras la presentación de una señal imperativa (SI) en la pantalla del ordenador. Los ensayos fueron hechos siguiendo paradigmas de tiempos de reacción (TR) sencillos. [8-9] La señal imperativa se generó por el experimentador mediante una señal en el teclado, sin aviso previo.

En cada bloque y tras los EC, los sujetos se colocaron de pie junto a una pared para realizar una contracción máxima contra ella con la muñeca derecha mediante un movimiento de abducción con el brazo, bien durante 30 segundos (LD) como fatiga prolongada o durante 10 segundos (CD) como contracción breve, mientras se mantenían en la misma posición. Fueron instruidos para realizar una contracción máxima. Al terminar la contracción, los sujetos debieron colocarse frente a la pantalla para realizar los ensayos de TR. Estos se realizaron a intervalos de tiempo específicos tras la contracción de 30 segundos hasta un intervalo de cinco minutos.

Antes del comienzo del estudio, los sujetos practicaron un número suficiente de intentos, sin fatiga previa, con retroalimentación de los registros de EMG. Para la situación experimental, los sujetos practicaron el gesto de apoyarse contra la pared, sin empujarla para evitar fatiga innecesaria. El registro de datos comenzó cuando los sujetos se sintieron cómodos con el procedimiento en cada condición. Se registraron 8-10 EC antes de comenzar los ensayos experimentales. Veinte minutos tras finalizar cada bloque de ensayos LD o CD se registraron 8-10 ensayos finales (EF) idénticos al control.

El estudio evalúa si los cambios en el patrón motor inducidos por fatiga previa afectan a los componentes neurales o musculares en el patrón de respuesta balística en una condición de tiempo de reacción

Registro y análisis de datos

Para cada ensayo registramos las señales generadas por la SI, la actividad EMG y el movimiento. Los datos se recogieron en un ordenador personal a una frecuencia de 2.000 Hz para posterior análisis con software específico. Para registrar la actividad de fondo de EMG, se midió la amplitud promedio de la señal rectificada de EMG, tanto de DA como de TB, y se midieron durante los 200 ms. que precedían a la presentación de la SI.

Para todas las condiciones en las señales registradas tras las SI, medimos las siguientes variables:

  • Comienzo de DA, como latencia de la actividad EMG en DA. En aquellos ensayos en que los músculos podían estar activos durante la SI, se consideró como el momento en que la actividad EMG rectificada cambiaba más de 10μV/ms en un lapso de 500 ms tras la SI.
  • Comienzo de TB, como la latencia de la actividad EMG en el TB. Los criterios de medición fueron como para el DA ya descrito.
  • Comienzo de movimiento (CM). Se mide desde la SI como el momento en que hay un cambio en la señal acelerométrica.
  • Retraso electromecánico (REM). Como la diferencia entre DA y CM.

Aspectos éticos

El estudio ha seguido los requisitos éticos de la Declaración de Helsinki. Los sujetos fueron informados del estudio y dieron su consentimiento para participar en el mismo.

Análisis estadístico

Se utilizaron procedimientos paramétricos. La comparación entre tareas y series se realizó mediante análisis de varianza de medidas repetidas, realizando análisis post-hoc cuando se hallaron diferencias. Las correlaciones entre tareas se calcularon mediante correlación de Pearson. La significancia estadística se estableció para p<0.05.

RESULTADOS

Todos los sujetos realizaron las pruebas adecuadamente. Hay que mencionar que la duración de cada estudio ha sido prolongada al requerir, además de la instrumentación del sujeto, enseñarle a ejecutar todas las partes de la tarea y valorar la recuperación tras el esfuerzo. Pese a ello el estudio ha permitido evaluar la respuesta por contracción mantenida breve y por contracción mantenida prolongada (fatiga).

Las respuestas de deltoides anterior y de tríceps braquial como tiempos de reacción se observan en las figuras 1 y 2 respectivamente. En ellas se comprueba que existe una reducción de tiempos de reacción en ambos músculos para las dos intervenciones realizadas. Asimismo, se comprueba cómo se recuperan los tiempos de reacción y revierten a valores similares a los valores control sobre el minuto cinco. De la misma forma, se observa que hay mayor afectación cuando la contracción previa era prolongada. A efectos comparativos, de este análisis descriptivo de datos, así como de la subsiguiente inferencia estadística, se comprueba la mayor afectación de deltoides anterior respecto a tríceps, presentando menores tiempos de respuesta, siendo más evidente tras contracción mantenida (p<0.05). Los resultados también muestran la mayor prolongación en la duración de la afectación de deltoides anterior respecto a tríceps en ese menor tiempo de respuesta tras contracción mantenida (figuras 1 y 2), (p<0.05). Las curvas en las figuras 1 y 2 exponen una similitud en la respuesta entre las condiciones de postcontracción sencilla y de fatiga (figuras 1 y 2), (p>0.05).


Figura 1. Tiempo de reacción promedio de todos los sujetos para deltoides anterior (en ms) desde 30 segundos hasta 300 segundos tras la contracción. El tiempo de reacción está expresado normalizado tomando como 100% el promedio de valores control. Triángulos rojos: condición de fatiga; rectángulos azules: condición de post-contracción moderada.


Figura 2. Tiempo de reacción promedio de todos los sujetos para tríceps braquial (en ms) desde 30 segundos hasta 300 segundos tras la contracción. Normalización respecto a su control y leyenda similar a la figura 1.

El análisis de datos relativos a movimiento ha permitido comprobar que la situación muscular previa también ha afectado al mismo. En la figura 3 se observa la afectación del movimiento, que se ha comprobado es también significativa (p<0.05) en paralelo a la afectación de deltoides anterior.


Figura 3. Tiempo de movimiento promedio de todos los sujetos (en ms) desde 30 segundos hasta 300 segundos tras la contracción. Normalización respecto a su control y leyenda similar a la figura 1.

Dentro del movimiento, se ha comprobado el valor del retraso electromecánico, que ha resultado no modificarse por el estado muscular previo (figura 4), careciendo de significancia estadística (p>0.05).


Figura 4. Duración del retraso electromecánico promedio de todos los sujetos (en ms) desde 30 segundos hasta 300 segundos tras la contracción. Normalización respecto a su control y leyenda similar a la figura 1.

Al participar deltoides anterior y tríceps en una misma cadena de movimiento en la tarea mandada, se ha valorado la correlación de sus tiempos de respuesta. Si bien en la situación control la correlación es alta (R2= 0.8), tanto en los casos de fatiga como de breve post-contracción se ha visto una menor correlación (R2=0.4 y 0.5 respectivamente). La correlación entre deltoides y el subsiguiente movimiento ha sido alta en todas las condiciones (R2 entre 0.8-0.9).

DISCUSIÓN

El presente estudio ha permitido ver la transición de respuestas musculares en dos umbrales progresivos de actividad muscular previa. Durante el primer minuto no se han observado diferencias en tiempo premotor, tiempo motor o retraso electromecánico, pero ha habido un acortamiento evidente de tiempo premotor y tiempo motor sin cambios en el retraso electromecánico entre los 90 y 150 ms en los ensayos respecto a las pruebas control. Las diferencias dejaron de ser significativas a los 300 segundos.

El estudio ha permitido evaluar la respuesta por contracción mantenida breve y por contracción mantenida prolongada (fatiga)

La influencia del estado muscular sobre los tiempos de reacción ya ha sido estudiada bajo diferentes modelos, con resultados variables. Algunos estudios se han centrado en el tiempo premotor [10- 12], otros han descrito la ausencia de cambios [13-15], mientras que un tercer grupo ha encontrado reducciones en dichos tiempos [16-20]. Las diferencias pueden haber sido debidas a los diferentes protocolos utilizados. Aquellos que han observado reducciones en los tiempos premotores también han observado respuestas diferentes en el retraso electromecánico. Yeung et al. [20] han mostrado un retraso del mismo y lo consideran una compensación para mantener el fin de la tarea. Li et al. [19] usaron imaginería mental para condicionar la respuesta. Castellote et al. [17] emplearon un modelo en el que el músculo se hallaba ya en actividad isométrica o en oscilaciones rápidas. Etnyre y Kinugasa [18] usaron también un modelo de contracción isométrica previa pero de muy breve duración. En todos estos estudios las respuestas han sido medidas justo tras el acondicionamiento, mientras que en nuestro estudio hemos ampliado los tiempos de medición hasta que han vuelto a situaciones basales a los cinco minutos. Este fenómeno, consecuencia de la actividad previa, no ha tenido una relación directa con el nivel de la misma, lo que hace pensar que no es tanto el estado basal de partida, sino más bien la condición y estado tonal muscular los que influyen en la respuesta. Efectos similares se han observado tras estímulos vibratorios, lo que permite considerar que sea un estado funcional aferente mediado por la médula espinal el que condicione la respuesta cortical, voluntaria, de acción motora. El fenómeno se ha observado tanto en musculatura proximal como medial de la extremidad, aunque los efectos son más evidentes en aquella postural (deltoides anterior). Los fenómenos encontrados en movimiento han ido en paralelo, haciendo pensar que son secundarios al efecto premotor, habida cuenta de que no ha habido cambios en el retraso electromecánico considerado en su conjunto.

Por todo ello, consideramos de interés aplicado el prestar atención a las actividades de las personas que realizan trabajos de esfuerzo extenuante, que adoptan posturas incómodas, o realizan movimientos de forma rápida usando los mismos músculos por periodos prolongados de tiempo, ya que una falta en la precisión posterior puede originar resultados fatales en la ocupación o puede ser causa de enfermedades ocupacionales. [21,22] Ciertas tareas en cintas transportadoras, tales como el portar productos de la cinta a cajas, limpieza de fruta, empaquetado o procesado de comida, no solo requieren movimientos precisos y rápidos, sino también una interiorización de la acción a ejecutar, ya que la misma ha de realizarse con precisión en las coordenadas espacio-tiempo, requiere capturar y soltar objetos delicados y en ocasiones además necesita una decisión mental sobre la tarea (como en el caso de seleccionar fruta). El hecho de que los gestos sean repetidos ya reduce el estado óptimo basal muscular ante un evento como una respuesta requerida rápida. Un gesto sigue a otro, y aunque el trabajo sea rutinario, existe poco tiempo para perder la atención, requiriendo cierta consciencia de la acción, consciencia que puede ser externamente modificada [23] por parte del sujeto; también se requiere una capacidad de reacción visual ante requerimientos externos [24], capacidad que puede estar limitada en condiciones de fatiga muscular. Ejemplos extremos se observan en la operación de máquinas y conducción de vehículos. [25]

Debe prestarse atención a las actividades de personas con trabajos extenuantes, ya que una falta en la precisión posterior puede originar resultados fatales en la ocupación o causar enfermedades ocupacionales

Por todo ello, estos resultados sugieren que el sistema motor del sujeto modula las respuestas rápidas ulteriores. El sujeto no debe alcanzar en su ocupación estados de fatiga elevados, ya que debe estar preparado para responder a cualquier alteración interna o externa, de tal forma que pueda estar atento y anticipar adecuadamente un cambio en las condiciones o en la respuesta [17], tanto en términos de precisión como de rapidez. En las situaciones de riesgo, una equivocación no solo puede originar un accidente, sino que puede tener consecuencias legales.


AGRADECIMIENTOS

Esta investigación ha sido financiada por FUNDACIÓN MAPFRE (Ayudas a la investigación 2010).


PARA SABER MÁS

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