Schmerzschwellenkataster des Menschen zur Festlegung von Grenzwerten im Maschinenschutz

Status:

abgeschlossen 07/2011

Zielsetzung:

Zur Beurteilung von Beanspruchungsniveaus bei mechanischer Belastung des Menschen in der Mensch-Maschine-Schnittstelle soll ein Schmerzschwellenkataster des Menschen erstellt werden. Das Schmerzschwellenkataster stellt ein wichtiges Instrument dar, um die Kraft-Druck-Grenzwerte der BG/BGIA-Empfehlungen "Gestaltung von Arbeitsplätzen mit kollaborierenden Robotern" ggfs. anzupassen und zu validieren. Dies ist im Rahmen der zukünftigen Normungsarbeit für Industrieroboter erforderlich. Das Projekt wurde aufgrund der notwendigen arbeitsmedizinischen Arbeitsanteile in Zusammenarbeit mit der Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU Mainz) durchgeführt. Die Schmerzschwelle ist als der Übergang von Druckempfindung in Schmerzgefühl definiert und variiert bezogen auf spezifische mechanische Belastungsarten. Schmerzschwellen liegen in der Regel nahe am Bereich beginnender Verletzung und sind daher ein wichtiger Indikator zur Bewertung von geringen Verletzungsschweren. In diesem Projekt wurden Voruntersuchungen, z. B. mittels Literaturstudien, durchgeführt und die Untersuchungsgrundlagen für das zukünftige DGUV-Forschungsvorhaben zur Erstellung des Schmerzschwellenkatasters erarbeitet.

Aktivitäten/Methoden:

Als erste Schritte wurden Literaturrecherchen zu Untersuchungen über Schmerzschwellen, kritische anatomische Strukturen und spezielle anatomische Besonderheiten, der Einfluss von Krankheiten des Bewegungsapparates und der inneren Organe sowie von Medikamentenwirkstoffen auf die Beanspruchbarkeit des Körpers bei Kollisionen in der Mensch-Maschine-Schnittstelle untersucht. In einem Entwicklungsprojekt IFA 5113 "Entwicklung einer Versuchseinrichtung Druckalgometer für Forschungsvorhaben im Bereich der Mensch-Maschine-Schnittstelle" wurde ein vollautomatisches Druckalgometer zur Messung von Schmerzschwellen entwickelt und gefertigt. Es wurde ein biomechanisches Beanspruchungsmodell definiert, Messgrößen und Messparameter festgelegt sowie das vollständige Untersuchungsdesign für die Laboruntersuchung entwickelt. In den Untersuchungen wird ein Probandenkollektiv von etwa 100 Personen berücksichtigt. Die Versuchseinrichtung wurde so entwickelt, dass eine flexible und äußerst variable Positionierung des Probanden mit vollständiger Ruhigstellung einzelner zu belastender Körperpunkte erreicht werden kann. Die mechanische Exposition wird mit dem Druckalgometer auf den jeweils zu untersuchenden Körperpunkt aufgebracht. Ein umfangreiches Untersuchungsdesign für den Versuchsablauf, die Erfassung der messtechnischen Größen sowie für alle erforderlichen Untersuchungen und Aufklärungen mit den Probanden wurde entwickelt. Hierbei wurde die nötige Vorsorge für eine akzeptable Belastung und Erholung des Probanden ausreichend berücksichtigt. Das Untersuchungsdesign wurde der Ethikkommission der Universität Mainz vorgelegt.

Ergebnisse:

Innerhalb eines Rahmenvertrages mit zehn einzelnen Projektaufgaben wurden von der JGU Mainz umfangreiche Literaturrecherchen zur mechanischen Beanspruchbarkeit des Menschen im Hinblick auf niedrige Belastungen, wie sie bei Kollisionen mit kollaborierenden Robotern u. U. vorkommen dürfen, durchgeführt. Die Ergebnisse wurden von der JGU Mainz in sieben Berichten zusammengefasst und durch das Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA) und die Berufsgenossenschaft Holz und Metall (BGHM) weiter ausgewertet. Sie umfassen strukturierte Sammlungen bekannter Schmerzschwellenmessungen, Recherchen zu mechanisch kritischen Strukturen an Kopf, Hals, Rumpf und den Extremitäten, eine Sammlung von beeinflussenden Krankheitsbildern und kritischen Medikamenten sowie eine Einschätzung zum systematischen Zusammenhang zwischen Schmerzschwellen und beginnenden Gewebeschädigungen unter Berücksichtigung vorhandener Literatur. Diese Ergebnisse wurden in das nationale Normungsgremium und die weitere internationale Normungsarbeit zu kollaborierenden Robotern eingebracht. Im IFA wurde ausgehend von der im Projekt 5113 entwickelten Versuchseinrichtung zur Messung von Schmerzschwellen ein reproduzierbarer, durch Software gesteuerter Versuchsablauf für die Anwendung des Druckalgometers, bei Schmerzschwellenmessungen entwickelt. Dies beinhaltete auch eine an die Einrichtung angepasste gerätetechnische Grundausstattung an Lagerungen einschließlich Vakuummatratzen, mit denen die Körpermesspunkte bei Messungen ruhig gestellt und fixiert werden können. Das Druckalgometer wurde in einem Labor der JGU Mainz aufgebaut und wird dort zur Ermittlung eines Schmerzschwellenkatasters auf der Basis eines Probandenkollektivs von ca. 100 Personen eingesetzt. Das gesamte Versuchsdesign deckt damit alle mechanischen, sicherheitstechnischen, steuerungstechnischen, messtechnischen und Software-Komponenten ab, die für die systematische Ermittlung von Schmerzschwellen eines Probandenkollektivs erforderlich sind. Durch die entwickelte Steuersoftware und ein an das Untersucherteam der JGU Mainz individuell angepasstes Versuchsleitprogramm können die Messungen mit allen Randdaten einfach und zuverlässig durchgeführt, gespeichert und archiviert werden. Alle relevanten Daten einer Schmerzschwellenmessung werden in leicht weiter zu verarbeitenden Textdateien abgespeichert. Das gesamte Versuchsdesign wurde von der Ethikkommission der JGU Mainz zur Erstellung des Schmerzschwellenkatasters genehmigt.

Stand: