Development of an assessment method for work-related musculoskeletal loads in the elbow region based on a systematic literature review and measurement-based occupational-scientific analyses

Abstract

Titel: Entwicklung eines Bewertungsverfahrens für arbeitsbedingte muskuloskelettale Belastungen in der Region des Ellenbogens auf Basis einer systematischen Literaturrecherche und messtechnischer arbeitswissenschaftlicher Analysen Arbeitsbedingte Muskel-Skelett-Erkrankungen und Beschwerden am Ellenbogen treten jährlich und vergleichsweise häufig bei Arbeitnehmenden auf. In der Folge kann es bei Beschäftigten z. B. zu Arbeitsausfällen und bei Firmen zu Bruttowertschöpfungsverlusten oder anderen hohen Kosten kommen. Um Arbeitnehmende vor Überlastungen zu schützen, sind evidenzbasierte, transparente und objektive Gefährdungsbeurteilungen von physischen Belastungen z. B. im Ellenbogenbereich sehr wichtig. Ziel dieser Arbeit war daher die Entwicklung eines objektiven, evidenz- und messdatenbasierten Bewertungsverfahrens für den Ellenbogenbereich, basierend auf den Erkenntnissen einer systematischen Literaturrecherche und arbeitswissenschaftlichen Untersuchungen im Feld. Darüber hinaus wird dieses neue Verfahren exemplarisch in Ergänzung zu anderen Methoden der betrieblichen Praxis vorgestellt. Um in Zukunft objektive Beurteilungen zu etablieren, war es notwendig, drei Forschungsthemen zu untersuchen. Erstens, wurde zuerst eine systematische Übersicht über quantitative Informationen benötigt, da bisherige systematische Übersichtsarbeiten meist qualitative oder semiquantitative Risikofaktoren im Ellenbogen beschrieben haben. In Anlehnung an die PRISMA-Richtlinie wurden die Datenbanken MEDLINE, EMBASE und Cochrane Work von 2007 bis 2017 durchsucht. Von insgesamt 524 Artikeln wurden 10 relevante Artikel identifiziert. Diese wurden hinsichtlich der methodischen Qualität und der Art der Erfassung von Expositionen und Outcomes bewertet. Die Untersuchung der Studien identifizierte 5 Hauptexpositionskategorien (Kraft, Repetition, Haltung/Bewegung, Vibration, kombinierte Expositionen) und 16 Unterkategorien. Die Evidenz der Unterkategorien wurde mit Hilfe der GRADE-Methode geschätzt und reichte von sehr niedrig bis hoch. Insgesamt wurden 133 quantitative Risikofaktorspezifikationen identifiziert, die mit lateraler/medialer Epikondylitis, ulnarer Neuropathie, Radial Tunnel Syndrom oder Pronator teres Syndrom assoziiert wurden. Zweitens wurde in weiteren Untersuchungen die Kombination aus Kraft und Repetition als wichtigste Unterkategorie für Expositionen identifiziert. Außerdem wurden Handgelenksflexion/-extension und Unterarm Supination/Pronation als die wichtigsten Freiheitsgrade ermittelt. Weiterhin wurden drei kinematische Parameter (Mittenfrequenz, Winkelgeschwindigkeit, kinematische Mikropausen) und ein kinetischer Parameter (Elektromyographie) als wichtige Grundlage für die Entwicklung eines Bewertungsverfahrens herausgearbeitet. Diese kinematischen Parameter wurden unter Berücksichtigung der verbal verankerten Latko-Skala in einem Repetitionsscore verrechnet und mit normalisierten Kraftspitzen zusammengeführt. Dabei wurde das mTLV for HAL-Verfahren entwickelt. Dieses kann die kombinierten Belastungen aus Kraft und Repetition im Bereich des Handgelenks und Ellenbogens abschätzen. In einer Pilotstudie konnte gezeigt werden, dass der Repetitionsscore nicht von der konventionellen HAL-Bewertung zu unterscheiden ist. Darüber hinaus ergaben Zusammenhangsanalysen auf Basis von GEE-Modellen, dass der mTLV for HAL mit Karpaltunnelsyndrom, Arthrose der distalen Gelenke, lateraler Epikondylitis und Beschwerden in den Hand- und Ellenbogengelenken/ -regionen teilweise signifikant assoziiert werden kann. Die Validierung und Analyse von 500 Datensätzen zu einzelnen Probanden zeigte, dass der mTLV for HAL sehr gut in der Praxis eingesetzt werden kann. Darüber hinaus ist diese Methode eine sehr gute Arbeitszyklus-unabhängige Ergänzung zu bisherigen beobachtungs- und videobasierten TLV for HAL-Bewertungsansätzen. Drittens ist es für Fachkräfte für Arbeitssicherheit oder Arbeitsschutzbeauftrage manchmal schwierig, die geeignete Sensorik in Verbindung mit der geeigneten Beurteilungsmethode für die jeweilige Gefährdungsbeurteilungssituation auszuwählen. Daher wurde insbesondere eine Kategorisierung von messdatenbasierten Bewertungsmethoden für den Bereich der oberen Extremitäten benötigt. Zu diesem Zweck wurde eine international anerkannte 3-stufige Kategorisierung auf diesen Bereich übertragen. Damit konnten sowohl Sensortechnologien als auch messdatenbasierte Methoden den Fachkräften für Arbeitssicherheit oder Arbeitsschutzbeauftragen vorgestellt werden. Der mTLV for HAL-Bewertungsansatz wurde ebenfalls klassifiziert und anderen ausgewählten Methoden dabei gegenübergestellt. Die vorliegende Arbeit soll Fachleute aus der Wissenschaft, Medizin und des Arbeitsschutzes dazu anregen, evidenzbasierte quantitative Informationen zu verarbeiten und Expositionen zu messen. Auch die Anwendung von messtechnischen Beurteilungsmethoden wird empfohlen, insbesondere für den Bereich des Ellenbogens. Damit bietet diese Arbeit eine gute Grundlage für Maßnahmen der Primär-, Sekundär- und Tertiärprävention.

Work-related musculoskeletal disorders and elbow complaints occur annually and relatively frequently among employees. Consequently, employees may be absent from work and companies may suffer from loss of gross value added or have other high costs. To protect employees from overload, evidence-based, transparent, and objective risk assessments of physical workload, e.g., in the elbow region, are very important. The aim of this work was therefore to develop an objective, evidence- and measurement-based assessment approach for the elbow region, based on the findings of a systematic literature review and occupational scientific investigations in the field. Furthermore, this new approach is presented as an example in addition to other methods to usage in the working environment. To establish objective assessments in the future, it was necessary to investigate three research topics. First, a systematic review of quantitative information was required because previous systematic reviews have mostly described qualitative or semiquantitative risk factors in the elbow. Following the PRISMA guideline, the MEDLINE, EMBASE, and Cochrane Work databases were screened from 2007 to 2017. From a total of 524 articles, 10 relevant articles were identified. These were assessed for methodological quality and the way exposures and outcomes were recorded. The review of studies identified 5 main exposure categories (Force, Repetition, Posture/movement, Vibration, Combined exposures) and 16 subcategories. Evidence of subcategories were estimated using the GRADE method and ranged from very low to high. A total of 133 quantitative risk factor specifications were identified that were associated with lateral/medial epicondylitis, radial tunnel syndrome, pronator teres syndrome or ulnar neuropathy. Second, further research identified the combination of force and repetition as the most important subcategory related to elbow exposures. In addition, wrist flexion/extension and forearm supination/pronation were identified as the most important degrees of freedom. Furthermore, three kinematic parameters (mean power frequency, angular velocity, kinematic micro-pauses) and one kinetic parameter (electromyography) were extracted as an important basis for the development of an assessment approach. These kinematic parameters were computed into the repetition score, considering the verbally anchored Latko-scale, and were merged with normalized peak force. In this process, the mTLV for HAL method was developed. It can estimate combined loads (force and repetition) in the wrist and elbow region. A pilot study demonstrated that the repetition score was indistinguishable from conventional HAL assessment. In addition, association analyses based on GEE models revealed that the mTLV for HAL can partially be significantly associated with carpal tunnel syndrome, arthrosis of the distal joints, lateral epicondylitis, and complaints in the hand and elbow joints/regions. The validation and analysis of 500 data sets of individual subjects showed that the mTLV for HAL can be used very well in practice. Furthermore, this method is a very good duty cycle independent supplement to previous observational- and video-based TLV for HAL assessment approaches. Third, it is sometimes difficult for occupational safety specialists or occupational safety and health officers to select the appropriate sensor technology in combination with the appropriate assessment method for the respective risk assessment situation. Therefore, a categorization of measurement-based assessment methods for the upper extremity region was particularly required. For this purpose, an internationally accepted 3-level categorization was applied to this area. This allowed both – sensor technologies and measurement-based methods – to be presented to occupational safety specialists or occupational safety and health officers. The mTLV for HAL assessment approach was also classified and contrasted with other selected methods. This work is intended to encourage scientific, medical, and occupational safety and health professionals to process evidence-based quantitative information and measure exposures. The use of measurement-based assessment methods is also recommended, especially for the elbow region. Thus, this work provides a good basis for primary, secondary, and tertiary prevention measures.