Ergonomie 2.0 - Der funktionelle Blick in den Körper

Traditionelle Verfahren wie RULA (Rapid Upper Limb Assess­ment), REBA (Rapid Entire Body Assessment), NIOSH (National Institute for Occupational Safety and Health) oder die Leitmerkmalmethoden (LMM) haben sich in der betrieblichen Praxis bewährt und liefern wertvolle Hinweise auf ergonomische Risiken. Ihre Bewertungen beruhen jedoch überwiegend auf Haltungsbeobachtungen, verein­fach­ten Modellen und statischen Annahmen. Aussagen über Muskelkräfte oder Gelenkbelastungen lassen sich daraus nicht ableiten.

Für die Entstehung von Muskel-Skelett-Erkrankungen sind jedoch nicht allein Beobachtungsparameter entscheidend, sondern vor allem das Verhältnis zwischen der tatsächlich auftretenden körperlichen Belastung und der individuellen Belastbarkeit eines Menschen. Genau an dieser Stelle setzen moderne biomechanische Verfahren an.

ComputerMyoGraphie (CMG): Ein funktioneller Blick in den Körper
Die ComputerMyoGraphie (CMG) erweitert die klassische Ergonomie um eine biomechanische Dimension. Grundlage bildet die dreidimensionale Erfassung menschlicher Bewegungen mittels inertialer Motion-Capture-Systeme (IMU) oder kamerabasierter, markerloser Verfahren. Diese Systeme ermöglichen die objektive Aufzeichnung natürlicher Arbeitsbewegungen über mehrere Stunden hinweg, ohne die Beschäftigten in ihrer Tätigkeit wesentlich einzuschränken.

Die aufgezeichneten Bewegungsdaten werden anschließend mithilfe biomechanischer Modelle analysiert. Über Verfahren der inversen Dynamik berechnet die CMG jene Muskelkräfte, Gelenkmomente und Gelenkbelastungen, die notwendig waren, um die beobachteten Bewegungen auszuführen. Grundlage hierfür ist ein muskuloskelettales Computermodell mit mehreren Hundert simulierten Muskelzügen sowie den wesentlichen Gelenken des menschlichen Bewegungsapparates.

Damit wird erstmals sichtbar, welche Belastungen tatsächlich innerhalb des Körpers wirken – also genau dort, wo Muskel-Skelett-Erkrankungen entstehen.

Warum innere Belastungen entscheidend sind
Von außen betrachtet können zwei Beschäftigte dieselbe Tätigkeit scheinbar identisch ausführen. Die tatsächlichen Belastungen des Bewegungsapparates unterscheiden sich jedoch häufig erheblich. Unterschiede in Bewegungsstrategie, Körperhaltung, Geschwindigkeit oder individuellen Voraussetzungen führen dazu, dass Wirbelsäule, Gelenke und Muskulatur unterschiedlich stark beansprucht werden.

Die CMG macht diese Unterschiede objektiv messbar. Statt ausschließlich zu beobachten, wie sich ein Mensch bewegt, wird nachvollziehbar, welche Kräfte auf einzelne Gelenke oder Muskelgruppen wirken und wie sich diese Belastungen während eines gesamten Arbeitsprozesses verändern.

Dadurch wird Ergonomie von einer überwiegend beschreibenden Disziplin zu einer objektiv messbaren Analyse.

Der IST-Zustand als Grundlage jeder ergonomischen Optimierung
Eine erfolgreiche ergonomische Gestaltung beginnt mit einer möglichst präzisen Analyse des bestehenden Arbeitsplatzes. Messungen sollten grundsätzlich vor der Umsetzung ergonomischer Maßnahmen erfolgen, um den tatsächlichen Ausgangszustand objektiv zu dokumentieren.

Dabei werden neben den Bewegungen einzelner Beschäftigter auch Arbeitsabläufe, Wiederholhäufigkeiten, Laufwege, Positionen im Raum und zeitliche Belastungsverläufe erfasst. Da moderne Motion-Capture-Systeme kontinuierlich über längere Zeiträume messen können, entsteht eine realitätsnahe Abbildung des Arbeitsalltags.

Erst diese objektive Datengrundlage ermöglicht es, Verbesserungsmaßnahmen gezielt auszuwählen und deren Wirksamkeit später nachvollziehbar zu überprüfen.

Prozessanalyse und Wertschöpfung
Die kontinuierliche Bewegungserfassung liefert nicht nur ergonomische Informationen. Gleichzeitig entstehen umfangreiche Daten über Arbeitsprozesse.

Laufwege, Aufenthaltsorte, Bewegungsintensitäten oder nicht wertschöpfende Tätigkeiten lassen sich mithilfe von Heatmaps (oder Wärmekarten: grafische Darstellungen, bei denen Werte durch Farben visualisiert werden; In der Ergonomie werden sie genutzt, um Belastungen am Körper sichtbar zu machen) und Prozessanalysen abbilden. Dadurch können ineffiziente Abläufe identifiziert und Arbeitsprozesse optimiert werden.

Ergonomie und Prozessoptimierung verfolgen damit ein gemeinsames Ziel: körperliche Belastungen reduzieren und gleichzeitig Produktivität sowie Wertschöpfung verbessern.

Traditionelle Verfahren und moderne Biomechanik sinnvoll kombinieren
Die Einführung moderner biomechanischer Verfahren bedeutet nicht, dass etablierte ergonomische Bewertungsmethoden ersetzt werden müssen. Leitmerkmalmethoden und andere Checklisten sind weiterhin als Grobscreening-Verfahren probate Mittel zur Gefährdungsbeurteilung physischer Belastungen, jedoch sollten die Grenzen jeder Präventivfachkraft bewusst sein.

Während klassische Verfahren standardisierte Bewertungen anhand von Haltungen und Arbeitsabläufen ermöglichen, liefert die CMG objektive Informationen über die tatsächlich auftretenden inneren Belastungen.

Durch eine Kombination beider Ansätze entsteht ein wesentlich vollständigeres Bild der ergonomischen Situation. Gleichzeitig werden Bewertungen besser reproduzierbar und weniger abhängig von subjektiven Beobachtungen.

Bewertung technischer Hilfsmittel
Ein weiterer Anwendungsbereich besteht in der objektiven Bewertung ergonomischer Hilfsmittel. Vor der Anschaffung neuer Arbeitsmittel – beispielsweise Exoskelette, Hebehilfen oder Kommissionierwagen – kann anhand von Forward-dynamic-Berechnungen untersucht werden, welche Auswirkungen diese tatsächlich auf Muskel- und Gelenkbelastungen haben werden. Die Histerese von Exoskeletten wird in die biomechanische Simulation integriert, um die Auswirkung der Kräfte zu berechnen.

Anstelle subjektiver Eindrücke oder Hersteller:innenangaben werden belastbare biomechanische Daten zur Entscheidungsgrundlage. Unternehmen erhalten dadurch eine objektive Basis für Investitionsentscheidungen.

Digitale Zwillinge schaffen Verständnis
Die Vielzahl biomechanischer Daten muss verständlich aufbereitet werden, damit unterschiedliche Zielgruppen davon profitieren können. Hierzu dienen digitale Avatare beziehungsweise digitale Zwillinge des menschlichen Körpers. Sie visualisieren Bewegungen, Muskelaktivitäten und Gelenkbelastungen dreidimensional und ermöglichen den anschaulichen „Blick in den Körper“.

Neben numerischen Auswertungen kommen Zeitreihen, Diagramme oder farbcodierte Belastungsdarstellungen zum Einsatz. So können sowohl Ergonomieexperten:-expertinnen als auch Führungskräfte und Beschäftigte nachvollziehen, welche Bewegungen hohe Belastungen verursachen und wie diese reduziert werden können. Die verständliche Darstellung erhöht gleichzeitig die Akzeptanz ergonomischer Maßnahmen und unterstützt deren nachhaltige Umsetzung.

Praxisbeispiel: Hebebewegungen
Ein häufig diskutiertes Beispiel ist die Frage nach der „richtigen“ Hebetechnik. Biomechanische Analysen zeigen, dass die Gesamtbelastung der Lendenwirbelsäule bei unterschiedlichen Hebetechniken nicht zwangsläufig stark variiert. Entscheidend ist vielmehr die Verteilung der Belastung.

Bei stärker gekrümmter Wirbelsäule verschieben sich Druck- und Scherkräfte innerhalb der Bandscheiben, gleichzeitig steigen die Anforderungen an die muskuläre Stabilisation. Eine aufrechtere Hebetechnik entlastet häufig die Wirbelsäule, führt jedoch zu höheren Belastungen der Knie- und Hüftgelenke.

Es existiert daher keine universell „richtige“ Hebetechnik. Vielmehr geht es um eine Umverteilung der Belastungen innerhalb des gesamten muskuloskelettalen Systems. Welche Strategie sinnvoll ist, hängt von Lastgewicht, Wiederholungshäufigkeit, Arbeitsaufgabe sowie den individuellen Voraussetzungen der jeweiligen Person ab. Gerade diese komplexen Zusammenhänge lassen sich mit computermyographischen Verfahren objektiv analysieren.

Wissenschaftliche Validierung
Da Muskelkräfte oder Gelenkbelastungen im lebenden Menschen nur eingeschränkt direkt messbar sind, erfolgt die Validierung biomechanischer Modelle über mehrere etablierte Verfahren. Hierzu zählen Vergleiche mit Messdaten instrumentierter Endoprothesen, der Abgleich berechneter Muskelaktivitäten mit elektromyographischen Messungen (EMG) oder Vergleiche mit publizierten biomechanischen Referenzdaten sowie Konsistenzprüfungen anhand wachsender Bewegungsdatenbanken. Damit folgt die CMG denselben wissenschaftlichen Validierungsprinzipien, die heute für muskuloskelettale Simulationen international etabliert sind.

Wie entstehen die Ampelbewertungen?
Für eine einfache und übersichtliche Risikobewertung werden Körperregionen oder Gelenke in biomechanischen Auswertungen grün, gelb oder rot dargestellt. Für diese Darstellung existieren jedoch keine universellen Grenzwerte. Die Bewertung ergibt sich vielmehr aus einer Kombination mehrerer Faktoren: Höhe der Belastung, Dauer der Belastung, Wiederholungshäufigkeit sowie bekannte Referenzwerte aus biomechanischen Studien und Messungen.

Ampelfarben stellen deshalb keine absoluten medizinischen Werte dar, sondern dienen der verständlichen Einordnung des individuellen Überlastungsrisikos. Auch hier gilt: Moderne biomechanische Modelle ermöglichen eine deutlich differenziertere Bewertung als rein haltungsbasierte Verfahren.

Von der Analyse zur Intervention
Die praktische Umsetzung biomechanischer Analysen entwickelt sich derzeit von regelbasierten Bewertungen hin zu evidenzbasierten Handlungsempfehlungen. Während heute häufig Erfahrungswissen die Auswahl ergonomischer Maßnahmen bestimmt, ermöglichen objektive Belastungsdaten künftig individualisierte Empfehlungen. Dadurch können Arbeitsplatzgestaltung, Arbeitsorganisation, technische Hilfsmittel und Schulungsmaßnahmen gezielt auf die tatsächlichen Belastungen abgestimmt werden.

Ein praxisnahes Beispiel hierfür ist das Gesundheitstagsformat ­„HebeHero“. Beschäftigte absolvieren typische Hebe- und Trageaufgaben, die mittels Motion Capture und CMG analysiert werden. Bereits nach wenigen Minuten erhalten sie eine individuelle Rückmeldung über ihre persönlichen Belastungsmuster. Die unmittelbare Verknüpfung zwischen eigener Bewegung und biomechanischer Analyse führt häufig zu einem hohen Lerneffekt und unterstützt die nachhaltige Umsetzung ergonomischer Verhaltensweisen.

Zusammenfassung:
Während klassische ergonomische Verfahren äußere Körperhaltungen bewerten, macht ComputerMyoGraphie die tatsächliche Belastung von Muskeln und Gelenken sichtbar. Dies ermöglicht evidenzbasierte ergonomische Entscheidungen und eine bessere Prävention von Muskel-Skelett-Erkrankungen (MSE).