Lumbosacrale belasting: hoe technologie de zwaarst belaste plek van de rug probeert te ontzien
Bukken, tillen, weer bukken. Wie een dag lang dozen in een magazijn stapelt of patiënten uit bed helpt, voelt na verloop van tijd een diepe vermoeidheid onderin de rug. Die plek heeft een naam: de lumbosacrale overgang, de plaats waar de onderste lendenwervel (L5) aansluit op het heiligbeen (het sacrum). Precies daar komt bij tillen en bukken de grootste mechanische druk te staan, en die druk noemen onderzoekers de lumbosacrale belasting.
Denk aan een kruiwagen die je met gestrekte armen ver van je lichaam optilt: het gewicht voelt zwaarder aan dan wanneer je dezelfde last dicht tegen je borst houdt. Iets vergelijkbaars gebeurt in je onderrug. Hoe verder een last van je wervelkolom af wordt gehouden en hoe meer je voorover buigt, hoe groter de hefboomwerking en dus de kracht die op die ene tussenwervelschijf in de onderrug wordt uitgeoefend. Technologiebedrijven, onderzoeksinstituten en arbodiensten proberen die belasting te meten, te voorspellen en te verlagen, onder meer met behulp van sensoren en zogeheten exoskeletten: draagbare hulpstukken die het lichaam mechanisch ondersteunen.
Wat is het precies?
De term lumbosacrale belasting verwijst naar de mechanische kracht die inwerkt op de tussenwervelschijf tussen de vijfde lendenwervel (L5) en het heiligbeen (sacrum), vaak afgekort als L5-S1. Deze schijf fungeert als een soort schokdemper tussen twee botstukken en moet bij bukken, tillen en draaien de grootste drukkrachten van het hele lichaam opvangen.
Om die belasting te bepalen, gebruiken bewegingswetenschappers en ergonomen (specialisten in het afstemmen van werk op het menselijk lichaam) biomechanische modellen. Zij meten met camera's, drukmatten en spiersensoren (elektromyografie, kortweg EMG, waarmee elektrische signalen van spieren worden geregistreerd) hoe iemand beweegt en welke spieren daarbij worden aangespannen. Op basis daarvan rekenen computermodellen terug welke kracht er in de rug ontstaat, uitgedrukt in newton, de natuurkundige eenheid voor kracht.
Een invloedrijk hulpmiddel hierbij is de rekenmethode van het Amerikaanse arbeidsinstituut NIOSH (National Institute for Occupational Safety and Health), voor het eerst gepubliceerd in 1981 en herzien in 1991. Deze zogeheten NIOSH-tilvergelijking berekent een aanbevolen maximumgewicht voor een tilklus, rekening houdend met factoren als de afstand tot het lichaam, de tilhoogte en de frequentie van tillen. Als vuistregel geldt in de ergonomie dat een compressiekracht van ongeveer 3400 newton op de L5-S1-schijf als grens wordt gezien waarboven het risico op rugklachten voor een deel van de bevolking merkbaar toeneemt. Belangrijk om te beseffen: dit is een statistische risicogrens, geen harde fysieke breukgrens, en de exacte waarde waarbij individuele mensen klachten krijgen verschilt sterk per persoon, leeftijd en conditie.
Moderne meetmethoden gaan verder dan het laboratorium. Draagbare sensoren, zogeheten inertiaalsensoren (kleine chips die versnelling en rotatie meten, vergelijkbaar met de sensoren in een smartphone), maken het mogelijk om de lumbosacrale belasting ook buiten een onderzoeksruimte te schatten, bijvoorbeeld gewoon op de werkvloer, terwijl iemand zijn normale werk doet.
Wat wil men ermee bereiken?
Het uiteindelijke doel is simpel te formuleren: minder rugklachten door werk. Lage rugpijn is wereldwijd een van de belangrijkste oorzaken van verzuim en arbeidsongeschiktheid, en zwaar of verkeerd uitgevoerd til- en buigwerk is daarbij een bekende risicofactor. Door de lumbosacrale belasting te meten, kunnen bedrijven risicovolle taken opsporen en werkplekken of werkmethoden aanpassen voordat er klachten ontstaan.
Een tweede doel is het objectief testen van hulpmiddelen. Als een bedrijf een nieuw type til-hulpmiddel of exoskelet wil invoeren, willen arbodeskundigen weten of dat werkelijk de rug ontlast, en niet alleen een prettig gevoel geeft. Metingen van lumbosacrale belasting, voor en na het gebruik van zo'n hulpmiddel, geven daar een cijfermatig antwoord op.
Ten derde spelen exoskeletten een rol in het langer en gezonder inzetbaar houden van werknemers in fysiek zwaar werk, zoals de bouw, logistiek, landbouw en zorg. De belofte is dat mensen met steun van zo'n hulpmiddel minder snel vermoeid raken en minder kans lopen op overbelasting, zodat zij hun werk langer kunnen volhouden. Fabrikanten zijn hier voorzichtig geworden in hun claims, omdat langetermijnbewijs voor minder rugklachten door exoskeletgebruik nog schaars is.
Voorbeelden uit de praktijk
Een aantal concrete projecten laat zien hoe dit onderzoeksveld zich in de praktijk vertaalt.
Laevo, een Nederlands bedrijf ontstaan vanuit onderzoek aan de TU Delft, bracht rond 2015 een van de eerste passieve rug-exoskeletten op de markt: een frame dat via veren en scharnieren een deel van het buigmoment van de onderrug overneemt zodra iemand voorover buigt. Het hulpmiddel wordt onder meer getest en gebruikt in de automotive-industrie en de logistiek, waar veel gebukt en getild moet worden.
Ottobock, van oorsprong een Duitse fabrikant van protheses en orthopedische hulpmiddelen, brengt met de Paexo-lijn eveneens passieve exoskeletten voor rug en schouders op de markt, gericht op industrieel en logistiek werk.
German Bionic ontwikkelde met de Cray X een actief, elektrisch aangedreven exoskelet dat via motoren daadwerkelijk kracht bijlevert bij het tillen, in tegenstelling tot de puur mechanische, verenondersteunende systemen. Dit type exoskelet is onder meer beproefd in logistieke centra, waaronder pilots bij pakketvervoerders in Europa.
Aan de Zwitserse technische universiteit ETH Zürich ontstond de spin-off Auxivo, die met de LiftSuit een lichtgewicht, elastisch pak ontwikkelde in plaats van een stijf frame, met als doel dezelfde ondersteuning te bieden met minder hinder voor de bewegingsvrijheid.
Daarnaast investeren Nederlandse kennisinstellingen zoals TNO in praktijkstudies waarbij de daadwerkelijke lumbosacrale belasting van werknemers in bijvoorbeeld de bouw en zorg in kaart wordt gebracht, vaak in samenwerking met bedrijven die willen weten of investeren in ergonomische hulpmiddelen loont.
Hoe ver is de techniek?
De meettechniek zelf, het berekenen van lumbosacrale belasting met camera's, krachtplaten en spiersensoren, is wetenschappelijk goed onderbouwd en wordt al decennia toegepast in laboratoria. De grote ontwikkeling van de afgelopen tien jaar is dat dit soort metingen steeds vaker buiten het laboratorium mogelijk wordt, dankzij kleinere en goedkopere draagbare sensoren.
Exoskeletten zelf bevinden zich in een minder volwassen fase. Passieve modellen, zonder motor, zijn inmiddels commercieel verkrijgbaar en worden op beperkte schaal gebruikt in de industrie en logistiek. Actieve, aangedreven exoskeletten staan technisch verder in de kinderschoenen: ze zijn duurder, zwaarder door de accu's en motoren, en de aansturing moet nauwkeurig aansluiten op de bewegingen van de gebruiker om niet averechts te werken.
Een belangrijk obstakel is het gebrek aan grootschalig, langjarig onderzoek naar gezondheidseffecten. De meeste studies meten een verlaging van de spieractiviteit of de berekende rugbelasting tijdens kortdurende taken, maar of dat op de lange termijn ook daadwerkelijk tot minder rugklachten leidt, is nog onvoldoende aangetoond. Ook is er discussie over ongewenste bijeffecten, zoals extra belasting op andere gewrichten of een vals gevoel van veiligheid waardoor mensen juist zwaardere lasten gaan tillen. Acceptatie door werknemers, comfort bij langdurig dragen en de kosten van aanschaf en onderhoud blijven eveneens praktische drempels voor brede invoering.
Wie werken eraan?
Op het gebied van meetmethoden en arbeidsnormen is het Amerikaanse NIOSH een belangrijke, invloedrijke speler gebleven sinds de introductie van de tilvergelijking in de jaren tachtig. In Nederland doet TNO onderzoek naar fysieke werkbelasting en de effectiviteit van ergonomische hulpmiddelen, vaak in opdracht van of samen met de overheid en brancheorganisaties. Universiteiten zoals de TU Delft en de faculteit bewegingswetenschappen van de Vrije Universiteit Amsterdam leveren fundamenteel biomechanisch onderzoek en zijn nauw verbonden met Nederlandse exoskeletbedrijven die uit dat onderzoek zijn voortgekomen.
Op het gebied van exoskeletten zijn naast het Nederlandse Laevo ook Duitse bedrijven als Ottobock en German Bionic, en de Zwitserse spin-off Auxivo, actief. Internationaal wordt het vakgebied verder gedragen door beroepsverenigingen als de International Ergonomics Association, die wereldwijd onderzoekers en praktijkdeskundigen op het gebied van ergonomie verbindt, en door Europese arbeidsagentschappen die aanbevelingen doen over fysieke belasting op het werk.