들기 작업 시 회복시간 결정을 위한 근피로도의 정량적 분석

Abstract

본 연구는 들기 작업을 할 때, 작업자의 자세(대칭, 비대칭), 최대근력의 비율(% MVC: Percent of Maximum Voluntary Contraction), 회복시간(1, 2, 3, 4, 5분)의 변화에 따라 몸통 근육의 피로회복 여부를 정량적으로 측정한다. 측정한 자료를 기초하여 근골격계 질환의 예방을 위한 적정 작업/회복시간의 추정식을 도출하는 데 목적이 있다. 실험 참가자 10명을 대상으로 근전도를 측정하여 근육 피로도를 정량적으로 분석한다. 실험 참가자는 대칭자세, 비대칭자세로 3분 동안 중량물을 분당 4회의 빈도로 3회 반복하여 들기 작업을 실시한다. 각 실험마다 1, 2, 3, 4, 5분의 회복시간이 교대로 주어진다. 중량물의 무게는 각 개인의 최대근력수축에서 25% MVC와 같은 수준으로 선정한다. 몸통 부위의 10개 근육(좌우 척추 기립근, 좌우 외복사근, 좌우 활배근, 좌우 복직근, 좌우 내복사근)에서 근전도 신호를 수집하여 들기 실험 전과 후의 근육 피로도를 정규 평균 주파수(N-MPF: Normalized Mean Power Frequency)값으로 비교하고, 각 요인별로 분산분석을 실시한다. 실험의 결과에 따르면 대칭자세와 비대칭자세에서 측정한 10개의 근육 중 일부 근육(2개 이상)의 회복이 관찰되었다. 대칭자세에서 일부 근육의 회복된 비율은 5분의 회복시간이 주어졌을 때 90%, 비대칭자세에서는 50%을 보였다. 본 연구에서는 또한, 현장 관리자들이 들기 작업 시 적정 작업/회복시간을 설계할 수 있도록 추정식을 제안하였다. 이 추정식은 실험 프로토콜이 같고 실험 변수가 다른 연구 결과를 종합하여 만들어졌고 다중 회귀식으로 표현되었다. 즉, 15% MVC의 대칭, 비대칭자세가 추가되어, 자세(대칭, 비대칭), % MVC(25%, 15%), 회복시간의 변화에 따른 근육의 피로회복 여부를 나타내는 식을 추출하였고, 이를 통해 적정 작업/회복시간을 추정할 수 있는 추정식을 제안하였다. 결론적으로 중량물 취급에 따른 몸통근육의 피로가 초기상태로 회복되기 위하여 필요한 적정 작업/회복시간을 추정할 수 있는 식을 만들었다. 이러한 적정 작업/회복시간의 추정식은 반복적인 인력운반 작업을 설계할 때 적절한 휴식 또는 여유시간을 결정하는 근거로 활용될 수 있다. 따라서 궁극적으로 본 연구의 결과와 추정식은 작업장에서 근로자의 근육 누적피로에 의한 요통 등 근골격계 질환을 예방하는데 기여할 것으로 기대한다.; The purpose of this study is to identify the relationship between the cumulative fatigue of trunk muscles and the recovery time during dynamic lifting in symmetric and asymmetric postures. Ten subjects participated in the experiment. Recovery times of one, two, three, four, and five minutes were applied respectively, during three-minute period of lifting and lowering. The lifting weight was set to be equal to 25% of individual’s maximum voluntary condition(MVC). A lifting frequency of four lifts/min was used. Ten trunk muscles that control flexion, extension, and twisting were selected. The right and left erector spinae muscles(RES and LES), the right and left latissimus dorsi muscles(RLD and LLD), and the right and left rectus abdominis muscles(RRA and LRA) were selected as major flexors and extensors. The right and left external oblique muscles(REO and LEO) and the right and left internal oblique muscles(RIO and LIO) were selected as twisting muscles. Electromyography(EMG) signals from ten trunk muscles were collected and analyzed in terms of Mean Power Frequency(MPF) before and after the lifting tasks. Fatigue level was analyzed with analysis of variance(ANOVA). The rest periods of three minutes or shorter resulted in the accumulation fatigue of some trunk muscles for all subjects. In five minutes 90% of the subjects showed recovery of partial muscles in symmetric lifting tasks but only 50% of the subjects showed partial recovery when the lifting was asymmetric. The result showed that not all subjects were recovered in five minutes for symmetric and asymmetric condition. In order to design a work/recovery cycle time to prevent cumulative fatigue of the trunk muscles during dynamic lifting, a regression analysis model was constructed with the data collected based on the independent variables such as posture(symmetric, asymmetric), % MVC(15% MVC, 25% MVC), and recovery times(1, 2, 3, 4, 5 minutes). In addition, a multiple regression equation was suggested for ergonomist to design a proper work/rest cycle in a workplace. The equation was constructed by using experimental data from various studies with the same protocol. That is, data from symmetric and asymmetric 15% MVC conditions were used to develop the regression equation. In conclusion, local muscle fatigue were quantified in order to properly design the work/rest ratio that could effectively control the accumulation of fatigue during repetitive and monotonous tasks. Therefore, the proper work/rest ratio that was calculated by the suggested equation could be used as an early intervention to prevent muscle fatigue in the workplace. The results from this study would help ergonomists design the length of recovery time during the work cycle to control the cumulative fatigue of trunk muscles with repetitive lifting and lowering tasks in industry.