Resumen
La fatiga muscular es una de las principales causas que contribuyen enormemente a las lesiones entre los bomberos voluntarios en el lugar de trabajo. El propósito de este estudio fue investigar el impacto del aparato de respiración con presión positiva en la fatiga muscular en el hombro, la espalda y las piernas de los bomberos voluntarios. Se reclutó a un total de 60 bomberos voluntarios para realizar una tarea de carrera en una cinta de correr motorizada en un entorno de laboratorio controlado. Se recogieron electromiografías de superficie y puntuaciones de esfuerzo percibido de todos los participantes cada 60 segundos durante la tarea de carrera. Los resultados muestran que los valores de frecuencia media para todos los grupos musculares medidos fueron significativamente más bajos, y la puntuación de esfuerzo percibido fue significativamente más alta después de correr con el aparato de respiración con presión positiva. Mientras tanto, no hubo diferencias significativas en los valores de frecuencia media para el trapecio superior, el erector de la columna y el bíceps femoral entre los períodos inicial y final de la tarea de carrera sin carga. Sin embargo, los valores de frecuencia media con carga para el gastrocnemio, el recto femoral y el tibial anterior exhibieron una mayor tendencia a la baja en comparación con los que no tenían carga. Además, el uso de un aparato de respiración puede causar fatiga muscular asimétrica en los músculos trapecio superior, erector de la columna, gastrocnemio y tibial anterior de ambos lados. La disminución del rendimiento debido a la fatiga muscular aumenta el riesgo de accidentes, lo que supone una amenaza para la seguridad de los bomberos voluntarios. Este estudio ofrece información valiosa sobre los efectos del aparato de respiración con presión positiva en la fatiga muscular entre los bomberos voluntarios. Estos resultados pueden servir como referencia para desarrollar mejores estrategias de gestión de la fatiga y optimizar las características de diseño del aparato de respiración.
Introducción
El plan de trabajo nacional de protección contra incendios del “14º Plan Quinquenal” en China señala que la situación actual de seguridad contra incendios en China sigue siendo sombría y propone estándares más altos y requisitos más estrictos para varios tipos de bomberos.1). Los bomberos voluntarios, como parte importante del equipo de bomberos, generalmente son atendidos simultáneamente por personal del departamento de gestión de seguridad y trabajan para la estación de bomberos en miniatura en instituciones, empresas o municipios (2). Esto significa que los bomberos voluntarios no reciben tanto entrenamiento de fuerza y aptitud física como los bomberos profesionales. Según los requisitos de la norma local de Beijing «Código para la construcción de pequeñas estaciones de bomberos» (DB11/T 1483–2017), los bomberos voluntarios suelen llevar aparatos de respiración de presión positiva cuando luchan contra un incendio y usan otros 10 elementos de equipo de protección personal, como botas, chaquetas, guantes y cascos ignífugos (3). El peso adicional de estos equipos puede ser de hasta 35 libras. Las estaciones de bomberos en miniatura suelen estar equipadas con varios aparatos de respiración de presión positiva de 6,8 L, cada uno de los cuales pesa aproximadamente 22 libras. Si bien estos aparatos pueden servir para proteger el sistema respiratorio de los bomberos voluntarios de sustancias tóxicas y nocivas, también imponen una carga física significativa sobre sus hombros y espalda baja, lo que resulta en fatiga muscular.
La fatiga muscular a menudo se manifiesta como una disminución en la tasa de contracción muscular (4), una disminución en la fuerza de salida (5), y una percepción subjetiva de aumento de la dificultad para ejercer ciertas fuerzas o completar una acción específica (6). La degradación del rendimiento inducida por la fatiga aumenta el riesgo de accidentes, poniendo así en peligro la salud y la seguridad personales (7). La fatiga muscular puede provocar enfermedades profesionales (8) como los trastornos musculoesqueléticos (9), enfermedad cardiovascular (10) y trastornos de salud mental (11). Un estudio estadístico identificó la fatiga como un contribuyente significativo a las lesiones en el lugar de trabajo, y el sobreesfuerzo es responsable del 33 % de todas las lesiones de los bomberos (12). La incidencia de lesiones en la zona lumbar y en los hombros entre los bomberos también es notablemente mayor que entre la población general (13). La Asociación Nacional de Protección contra Incendios de EE. UU. (NFPA) realizó una investigación sobre las lesiones en el lugar del incendio que sufrieron los bomberos estadounidenses y descubrió que, entre 2017 y 2021, el esfuerzo excesivo o la tensión representaron el 21 % de las lesiones (14), mientras que en 2022, las distensiones, esguinces y dolores musculares representaron el 56% de todas las lesiones notificadas (15). Además, los bomberos voluntarios experimentaron sobreesfuerzo o distensión como el tipo de lesión más común, que comprende el 26% de todos los casos notificados (16). Ras et al. realizaron una revisión sistemática y un metanálisis para evaluar los efectos sobre el desempeño ocupacional entre los bomberos (17) y descubrieron un impacto significativo de la aptitud física en el desempeño ocupacional a través de la resistencia muscular (18) y la fuerza de la parte superior del cuerpo (19). Los informes estadísticos y los estudios existentes han demostrado de manera consistente que la fatiga juega un papel importante en las lesiones en el lugar del incendio. Además del entorno peligroso y complejo en el que trabajan, los bomberos voluntarios deben llevar un equipo de protección personal pesado, como un aparato de respiración con presión positiva, que contribuye significativamente a la fatiga muscular (20). Bakri et al. investigaron el impacto del peso del aparato respiratorio en las respuestas fisiológicas y las experiencias subjetivas, y concluyeron que el aumento de peso aumenta la fatiga muscular subjetiva y el malestar (21).
Investigaciones anteriores han establecido que la carga excesiva que recae sobre los bomberos puede provocar cargas fisiológicas (22–25). Además, se han realizado estudios para examinar el impacto de la ropa de protección personal y los aparatos respiratorios en varios indicadores fisiológicos (por ejemplo, consumo máximo de oxígeno, frecuencia cardíaca, concentración de lactato en sangre, ejercicio máximo) en bomberos (26–28). En comparación con los bomberos profesionales, los bomberos voluntarios en China no suelen someterse a un entrenamiento físico y de fuerza estandarizado. Sin embargo, se ha prestado poca atención a la fatiga muscular en los bomberos voluntarios causada por la carga de un aparato respiratorio.
En general, la electromiografía de superficie (sEMG) es una medida importante para evaluar la fatiga muscular (29). La frecuencia media (MF), derivada de la señal sEMG, es uno de los parámetros más utilizados (30). Investigaciones anteriores han sugerido que una disminución en los valores de MF indica la aparición de fatiga muscular (31). Cuando se produce fatiga muscular, a menudo se refleja tanto en la fatiga física como en la percepción subjetiva de la fatiga (32). Por lo tanto, es necesario examinar la percepción subjetiva de la fatiga entre los bomberos voluntarios cuando transportan cargas pesadas.
El objetivo de este estudio fue examinar la fatiga muscular en el hombro, la espalda y las piernas de los bomberos voluntarios mientras realizan tareas de carrera con un aparato de respiración con presión positiva. Este movimiento se emplea con frecuencia en su trabajo. Con base en revisiones de la literatura e investigaciones de campo, se seleccionaron para el análisis los principales grupos musculares, incluidos el trapecio superior, el erector de la columna, el bíceps femoral, el gastrocnemio, el recto femoral y el tibial anterior. Estos músculos están estrechamente asociados con lesiones por uso excesivo, distensiones y esguinces (14, 15).
Mediante mediciones de sEMG, se analizaron las diferencias en la fatiga entre las condiciones de carga (con el aparato de respiración) y las condiciones sin carga (sin el aparato de respiración) para estos grupos musculares seleccionados. Además, aquí se empleó la escala de calificación del esfuerzo percibido (RPE) para evaluar los sentimientos subjetivos de agotamiento entre los bomberos voluntarios. Los resultados experimentales sirven para determinar si las capacidades físicas de los bomberos voluntarios son suficientes y proporcionan puntos de referencia y sugerencias para planes de entrenamiento físico y de fuerza. También proporcionan una base para mejorar la fatiga y optimizar el diseño de los aparatos de respiración con aire.
Materiales y métodos
Temas
Sesenta bomberos voluntarios sanos de sexo masculino participaron en el estudio en un ensayo sin carga y en otro ensayo con carga. Todos ellos pertenecían a la estación de bomberos en miniatura de la Base Experimental Changping del Instituto Nacional de Normalización de China y otras instituciones cercanas, y cumplían con los estándares de salud ocupacional para bomberos voluntarios (33). La edad media fue de 22,6 ± 1,82 años, la altura de 176,2 ± 7,22 cm y el peso corporal de 72,8 ± 10,27 kg (media ± DE). Ninguno de los sujetos había sufrido lesiones, padecimientos médicos graves ni se había sometido a cirugías en los seis meses anteriores. Tras comprender plenamente el objetivo del estudio y firmar el consentimiento informado, decidieron participar en el experimento. Todos los sujetos recibieron formación para familiarizarse con los procedimientos experimentales y fueron capaces de completar el experimento por sí solos. Solo se recogió información esencial y datos pertinentes al propósito del estudio y se almacenaron de forma anónima para salvaguardar la privacidad de los participantes. El protocolo experimental fue aprobado por la Junta de Revisión Institucional del Instituto Nacional de Normalización de China.
Protocolos y procedimientos experimentales
Todos los sujetos tuvieron que acudir dos veces al laboratorio para completar el experimento, que incluía condiciones de carga y sin carga. El intervalo entre dos pruebas fue de 48 horas. Antes de cada prueba, se recomendó a los sujetos que se abstuvieran de beber alcohol y de realizar actividad física intensa, así como de consumir alimentos, drogas y cafeína durante dos horas.
El experimento se llevó a cabo en una cinta de correr motorizada (h/p/cosmos mercury; Fiszman Medical Electronics GMBH; Alemania) en el laboratorio de ergonomía de la Base Experimental de Changping. Durante la prueba, la temperatura ambiente se mantuvo a 26 °C con ventilación natural. Para la prueba de condición de carga, se utilizó un respirador de aire de 6,8 L de uso común. Además, se instaló una cuerda de seguridad suspendida para garantizar la seguridad de los participantes durante la carrera a alta velocidad (Figura 1).
A: cinta de correr y cuerda de seguridad; B: prueba sin aparato respiratorio (sin carga); C: prueba con aparato respiratorio (carga).
Antes de la prueba era necesario descansar completamente y calentar lo suficiente. Cuando los sujetos acudieron al laboratorio, se les indicó que descansaran durante 15 minutos en una silla y que luego calentaran con una caminata de 5 minutos a una velocidad baja de 4 km/h (sin pendiente y sin carga).
Después del período de calentamiento, se pidió a los sujetos que calificaran su esfuerzo percibido utilizando la Escala RPE (Calificación del esfuerzo percibido) antes de comenzar la prueba. La Escala RPE es una escala que va desde 1, que indica poco o ningún esfuerzo, hasta 10, que indica el máximo esfuerzo (34). La prueba de carrera se inició sin inclinación. La velocidad de la cinta de correr se incrementó gradualmente:
(1) Durante la fase de velocidad inicial, la cinta se ajustó a una velocidad de 4 km/h y los sujetos debían caminar a esta velocidad durante 60 segundos.
(2) En la fase de aceleración, la velocidad se incrementó en 0,1 km/h cada dos segundos hasta alcanzar los 8 km/h. A continuación, se fueron incrementando 0,1 km/h cada segundo hasta alcanzar los 10 km/h. La fase duró un total de 100 segundos.
(3) Durante la fase de velocidad constante, se animó a los sujetos a mantener una velocidad de 10 km/h durante 15 minutos. Sin embargo, si los sujetos experimentaban una fatiga muscular intolerable y no podían continuar, la prueba se interrumpía prematuramente.
Después de la tarea de carrera, los sujetos continuaron caminando en la cinta a una velocidad cómoda hasta que decidieron parar para aliviar el malestar fisiológico asociado con una parada abrupta.
Para minimizar el efecto de arrastre entre las dos pruebas (sin carga y con carga), la secuencia de condiciones se equilibró entre los sujetos. Treinta bomberos voluntarios comenzaron realizando la tarea de correr sin el equipo de respiración de presión positiva, mientras que otros comenzaron con la prueba de carga, llevando el peso pesado…
