Ficha de Inscripción Texto Ponencia

Titulo de la Ponencia: Análisis ergonómico en un ambiente estudiantil usando un modelo lineal longitudinal

Mesa Temática: Salud

Institución: Universidad Pontificia Bolivariana

Grupo o semillero de Investigación:

Semillero de Investigación en Productividad y Competitividad, SIPROC

Autor (s) Marisol Valencia Cárdenas, Docente. Ms. en Estadística, Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín Jairo Estrada Muñoz, Docente. Esp en ergonomía, Ms en Gestión tecnológica, Universidad Pontificia Bolivariana Felipe Saker Otero, Andrés D. Martínez Gutiérrez, Juliana Sánchez Pérez, Sebastián Hincapié Montes, Estudiantes de Ingeniería Industrial de UPB, Medellín.

Documento de identidad del Autor (s)

Marisol Valencia Cárdenas CC 43616826 Jairo Estrada Muñoz CC 8306070 Estudiantes, Nombres completos ID HINCAPIE MONTES, SEBASTIAN 128765 MARTINEZ GUTIERREZ, ANDRES D. 125011 SAKER OTERO, FELIPE 123571 SANCHEZ PEREZ, JULIANA 124717

Correo electrónico del Autor (s)

Marisol Valencia Cárdenas, Docente. mvalencia@unal.edu.co,solmarival@hotmail.com Jairo Estrada Muñoz, Docente. jairo.estrada@upb.edu.co Felipe Saker Otero, felipe.saker@alfa.upb.edu.co Andrés D. Martínez Gutiérrez, andresdavid.martinezgu@alfa.upb.edu.co Juliana Sánchez Pérez, juliana.sanchezpe@alfa.upb.edu.co Sebastián Hincapié Montes, sebastian.hincapiemo@alfa.upb.edu.co

Nombre Completo del Ponente: Marisol Valencia Cárdenas Documento de identidad: 43616826 Nivel de formación (títulos): Magister, Phd (C) Correo electrónico: solmarival@hotmail.com Nota: El texto completo de la ponencia se debe enviar antes del 21 de Septiembre de 2012, bajo los parámetros de Artículo científico o articulo de Reflexión científica, según lo considere el ponente. El texto de la Ponencia

deberá estar entre 20 cuartillas (papel tamaño carta, doble espacio y fuente Arial 12 ppp y utilizar Normas APA para referencias bibliográficas

Análisis ergonómico en un ambiente estudiantil usando un

modelo lineal longitudinal

Ergonomic analysis in a student environment using a longitudinal

linear model.

Autores

Marisol Valencia Cárdenas, Ms. en Estadística, Phd(C) en ingeniería, Universidad

Nacional de Colombia, Sede Medellín.

Docente de la Universidad Pontificia Bolivariana, Medellín

mvalencia@unal.edu.co, marisol.valencia@upb.edu.co

Jairo Estrada Muñoz, Docente.

Esp. en ergonomía, Ms en Gestión tecnológica, Universidad Pontificia Bolivariana

Felipe Saker Otero, felipe.saker@alfa.upb.edu.cob

Andrés D. Martínez Gutiérrez, andresdavid.martinezgu@alfa.upb.edu.cob

Juliana Sánchez Pérez, juliana.sanchezpe@alfa.upb.edu.cob

Sebastián Hincapié Montes, sebastian.hincapiemo@alfa.upb.edu.cob

bEstudiantes de Ingeniería Industrial de la Universidad Pontifica Bolivariana,

Medellín.

RESUMEN

En la actualidad el mejoramiento continuo en busca del bienestar de los seres

humanos se ha vuelto una prioridad no sólo en el ambiente empresarial, sino

también en el medio educativo. La ergonomía busca optimizar la relación del ser

humano con los medios físicos, maximizando el bienestar de la persona pero

también el rendimiento. En el campo educativo la importancia de la ergonomía se

centra en el rendimiento académico de los estudiantes, aprendizaje que puede ser

influenciado por los espacios ergonómicos que utiliza cotidianamente. Objetivo:

evaluar la incidencia de factores como: género, tiempo de permanencia, silla de

estudio, en estudiantes de una universidad sobre la variable respuesta de molestia

o dolor corporal. Metodología: Aplicación de un test ergonómico sobre dolor

corporal, a un grupo de estudiantes con condiciones físicas muy similares y

realizando la misma actividad: estudiando para examen final, medidos durante tres

puntos en el tiempo de forma consecutiva y posteriormente, la estimación del

modelo lineal longitudinal, o modelo de medidas repetidas, técnica estadística que

contempla los datos correlacionados. Impactos: Al realizar la estimación y

validación del modelo lineal longitudinal, se encontró que las inferencias sobre el

dolor corporal son adecuadas para señalar que se produce alto dolor corporal en

la estructura de silla metálica sin espaldar y el tiempo prolongado. La metodología

muestra una forma de medir problemas ergonómicos en el tiempo, de estructuras

que afectan condiciones físicas, lo cual conduce a la búsqueda de estrategias de

mejoramiento ergonómico.

Palabras Claves: Ergonomía, Planificación en Salud y Bienestar, modelos

lineales longitudinales.

ABSTRACT

Continuous improvement of human welfare, but optimizing performance, has

become a priority in organizational, but also in educational environment.

Ergonomics looks for the optimization between human being with physical

environment, maximizing welfare, but also, performance. In educative field,

ergonomics importance is centered in student performance, learning that could be

influenced by the educative environment used daily. Objective: The objective of

this work consists in evaluate the incidence of factors, such us: gender,

permanence time, and chair for studying; over the response: corporal pain.

Métodos: It was applied an ergonomic test over a group of students, with very

similar physical conditions, in three points of the time and consecutively, and after

it was estimated a longitudinal model, statistical technique that considers

correlated data. Impacts: When the estimations and validation of such model was

done, significant effects were found, indicating an increase of corporal pain in the

metallic chair without back, and with the increase of permanence time in chairs. It

is possible to implement a quantitative ergonomic evaluation and to detect

important effects over de corporal pain with the longitudinal model, and finding also

impacts caused by the time.

Key Words: Ergonomics, health and well-being planning, longitudinal linear

models.

1. Introducción

Se ha mostrado que al garantizar adecuadas estructuras ergonómicas para un

trabajador, se puede disminuir la probabilidad de la ocurrencia de enfermedades

ocupacionales (Solomon, 2001), así como desórdenes de traumas acumulativos,

proporcionando bienestar al trabajador. Sin embargo en ambientes educativos, la

permanencia del estudiante en ciertos espacios puede ser determinante para su

bienestar físico y rendimiento académico.

En el trabajo de Smith (2007) afirman que existe una asociación de las estructuras

ergonómicas que usa el estudiante, con el aprendizaje, mencionando que el logro

de este depende de diversos factores, tales como: el Programa Académico,

Recursos de aprendizaje (libros, material audiovisual, multimedia), Tecnología de

la clase, Salón de clase y estructura ergonómica, Diseño de la clase,

Macroergonomía del sistema educativo, Factores de enseñanza, Factores

personales, Comunidad y factores familiares. Se resalta que la estructura y

ambiente ergonómicos son influyentes sobre el aprendizaje.

Por otro lado, Ardón (2008) presenta un estudio sobre el estrés académico y sus

efectos sobre el rendimiento. En este definen el estrés como: “toda demanda física

o psicológica fuera de lo habitual y bajo presión que se le haga al organismo,

provocándole un estado ansioso”. Pero además, indican que el estrés estudiantil

está asociado a las demandas de exámenes, trabajos y asistencia a clases, las

condiciones de estudio, espacios y ambientes. El estudio prueba que el estrés

académico, producido por diversos factores, entre estos, las condiciones

ergonómicas, disminuye el rendimiento académico. De esta manera, los

problemas corporales, cansancio, fatiga, ocasionados en ciertas estructuras de

actividad en un ambiente universitario, así como el tiempo prolongado de

permanencia en estos pueden disminuir dicho rendimiento, de ahí la importancia

de determinar los mejores espacios de estudio.

De esta manera se resalta la importancia de generar buenos ambientes de

aprendizaje, para lo cual es necesario un estudio de mecanismos de evaluación

de las estructuras ergonómicas, como sistemas de observación cualitativa (Melo,

2009), o cuantitativos (Vergara M, Mondragón S., 2005-2006).

Las mediciones cuantitativas pueden partir de las medidas antropométricas

conocidas para el diseño de prototipo, o pruebas para medición de fatiga o

molestia corporal cuyo objetivo es hacer un análisis ergonómico de los espacios

que utiliza la persona para su trabajo o estudio (Vergara M, Mondragón S., 2005-

2006); es el caso del test de dolor corporal, que mide la intensidad del dolor luego

de un tiempo de permanencia en una estructura de trabajo o estudio.

Así que la pregunta aquí será: si se comparan diferentes puestos de estudio,

donde la persona permanece realizando la misma actividad en un ambiente

educativo, ¿qué factores producen mayor efecto sobre la molestia corporal,

cuando esta puede ser medida con un test de dolor para diferentes puntos del

cuerpo?

El test de dolor corporal (Vergara M, Mondragón S., 2005-2006) usado en este

trabajo busca que las personas con la complexión física delgada, pero no extrema,

señalaran las partes específicas del cuerpo donde había dolor en un momento en

el tiempo determinado, posteriormente se traducen estas indicaciones a la

medición de proporción de puntos con dolor para aplicar la técnica estadística:

modelo lineal longitudinal, que permite concluir con precisión frente a los impactos

ergonómicos de los espacios de estudio evaluados y el tiempo de permanencia en

estos.

2. Métodos

En esta sección se describen los conceptos y metodologías utilizadas para el

desarrollo de este trabajo, así como la población participante en los experimentos

y la definición del modelo longitudinal.

2.1. Planeación de la recolección de la información

La planeación parte del análisis de las condiciones del problema, identificando los

factores que puedan ser más influyentes para que puedan ser controlados de

forma que al fijar todos los posibles escenarios, se obtenga la información

completa para utilizar una técnica estadística cuyo objetivo es determinar aquellos

niveles en que los factores generen valores críticos para la variable respuesta de

interés (Coleman y Montgomery, 1993, Salazar JC., Baena A., 2009).

Esta planeación constituye el insumo principal del modelo longitudinal, que

además permite detectar los efectos causados por las variables cuantitativas y

cualitativas evaluadas para proceder a realizar las recomendaciones finales, en

este caso, del problema ergonómico a estudiar. Este modelo se explica a

continuación.

2.2. Modelo lineal longitudinal

Constituyen un tipo del modelo lineal mixto, técnica de modelación estadística

apropiada para determinar efectos sobre variables de respuesta cuando existen

estructuras de correlación entre individuos, ejemplo de ello, sujetos con medidas

repetidas en el tiempo. Por el contrario, estas estructuras no se pueden incorporar

de manera explícita en los modelos de regresión lineal clásicos, ocasionando así

una pérdida de información importante. Por ejemplo, el peso tomado como medida

repetida en diferentes tiempos a un mismo individuo, donde la correlación se da

entre medidas de un mismo sujeto o unidad experimental es una variable

respuesta para modelos longitudinales. Para estudiar más a fondo la forma de

este modelo se pueden consultar: Lange N, Ryan L (1989), McCulloch CE, Searle

SR. (2000), Banerjee M. y Frees E.( 2009).

Los modelos con respuesta de tipo continua, como es el caso de este estudio, se

estiman bajo los supuestos de normalidad para el error y el efecto aleatorio del

modelo (Laird N.M., Ware J., 1982, Valencia M., & Salazar J.C., 2010).

2.3. Procedimiento

Se realizó un estudio ergonómico en una Universidad de la ciudad de Medellín,

para tres tipos de espacios de estudio, evaluando la proporción de dolor en

diferentes puntos del cuerpo para quienes se encontraban sentados allí,

considerando además el tiempo de permanencia en dichas sillas.

Factores y niveles:

Tipo de silla: silla del aula de clase con material plástico y con espaldar (a), mesa

unida a 4 sillas plásticas con espaldar (b), mesa unida a 4 sillas metálicas sin

espaldar (c).

Sexo: Masculino y Femenino

Minutos de permanecer sentados: 20, 40 y 80 minutos.

Variable respuesta:

En este trabajo se considerará la proporción de puntos corporales con dolor en los

tiempos, y espacios elegidos, como la variable respuesta indicada para la

estimación del modelo estadístico. Este dolor se mide en 3 momentos del tiempo

en que permanece sentado: 20, 40 y 80 minutos.

Protocolo para la evaluación:

1. Seleccionar los estudiantes en el espacio físico elegido, dispuestos a

participar voluntariamente para realizar el test (tomado en 3 tiempos).

2. Se pide señalar en las casillas las zonas del cuerpo en las que sienta

incomodidad, molestias o dolor, según la imagen del cuerpo que se muestra

en el formato (figura 1). Las casillas superiores indican dolor o molestias

fuertes. Las inferiores, incomodidad o molestias leves.

Fuente: (Adaptado de Vergara M, Mondragón S., 2005-2006)

Población:

Se eligieron 6 estudiantes: 2 mujeres y 4 hombres, que voluntariamente

participaron, con edades entre 18 y 22 años, todos entre 1.65 y 1.75 mts de altura

y peso entre 56 y 70 kilos, los cuales permanecieron en las sillas por todo el

tiempo evaluado, es decir, por 80 minutos; realizando la misma actividad: estudiar

para examen final. Todas las personas evaluadas llevaban 2 semanas sin realizar

actividad física intensa.

Acorde con la definición del tipo morfológico, los 6 sujetos de la prueba tienen alta

similaridad con el tipo delgado. Dado que se dejan fijos la complexión y el tipo de

actividad, el procedimiento busca encontrar diferencias en las medidas de dolor

variando únicamente los factores en los niveles mencionados previamente.

3. Resultados

En observaciones preliminares, se encontró que luego de un tiempo en que los

estudiantes iniciaron las pruebas en cada una de las sillas respectivas, mostraron

señales de movimiento por incomodidad a medida que el tiempo aumentaba,

aspecto que se consignó en sus respuestas de dolor corporal específico en el test

aplicado.

El nivel de molestia es una proporción de puntos corporales con dolor, de 14

puntos según el test. Las estadísticas muestrales por tipo de silla (tabla 1),

muestran que varían desde un 7% a un 71.4% aproximadamente, indicando,

según lo observado en la tabla 1, que la proporción de dolor corporal es de un

50% en promedio en las sillas estáticas sin espaldar y con menores índices la silla

del aula de clase y la silla con espaldar, estática, tipo 4 sillas más mesa.

Tabla 1. Estadística general

Tipo de silla Promedio Desvest Min Max

Silla con espaldar tipo aula de clase 0,36 0,20 0,14 0,71

Estáticas Con espaldar, tipo 4 sillas mas mesa 0,20 0,08 0,07 0,29

Estáticas Sin espaldar, tipo 4 sillas más mesa 0,50 0,13 0,36 0,71

General 0,35 0,19 0,07 0,71

Por medio de los modelos estimados, se verá entonces el análisis del efecto

estimado de los factores considerados, como se muestra a continuación.

Modelo longitudinal

En este modelo se consideraron aleatorios los efectos relativos al tiempo y a las

medidas repetidas por sujeto, y la silla, el efecto fijo. Fue utilizado la función lme4

del programa R.

La tabla de análisis de varianza de este modelo mostrada en la tabla 2, indica la

significancia del factor silla a un 5%, así como el tiempo de permanencia (vp=

0.0316, 0.0029).

Tabla 2. Análisis de Varianza para el Modelo Mixto.

Fuente DF DF F-value p-value

(Intercept) 1 10 144,64378 <,0001

Silla 2 3 13,49801 0,0316

Tiempo 2 10 11,12974 0,0029

Tabla 3. Estimación de efectos del Modelo Mixto.

Efecto Valuea Std,Error DF t-value

b p-value

c

(Intercept) 0,19639603 0,03793269 10 5,177488 0,0004

Silla con esp -0,08831669 0,05224327 3 -1,690489 0,1895

silla sin esp 0,1781286 0,05224327 3 3,409599 0,0422

tiempo-40 0,119 0,02740431 10 4,342382 0,0015

tiempo-80 0,26166667 0,05834726 10 4,484644 0,0012

a Parámetros i del modelo estimado

b Estadísticos de prueba para la significancia de los parámetros i, con la distribución t.

c Valor p para probar la hipótesis de que i=0 vs i es diferente de 0

Así mismo, puede verse que al estimar los efectos de este modelo (tabla 3),

aunque se conservan los signos con relación al modelo inicial, las magnitudes

cambian. Puede decirse que la mesa ligada a silla sin espaldar tiene un efecto alto

sobre el porcentaje de dolor corporal de forma significativa al 5% (0.178), en

comparación con la silla con espaldar (-0.088), y que el tiempo 80 minutos, tiene

también un efecto mucho mayor (0.262) que el observado en el tiempo 40 minutos

sobre la proporción de molestia (0.119).

Además, de la tabla 4 puede verse que la estructura de covarianza y la correlación

entre los efectos aleatorios (intercepto (sujeto) y tiempo) no es despreciable.

Tabla 4– Estructura de covarianza y correlación entre efectos aleatorios.

StdDev Corr

(Intercept) 0,06378638 (Intr)

Tiempo 0,0022305 -0,728

Residual 0,03546776

Todo lo anterior sugiere que esta es una estructura correcta a elegir para la

estimación de efectos de este conjunto de datos.

Efectos aleatorios

Es además interesante analizar lo que sucede para cada sujeto que participó en la

aplicación del test, observando el efecto individual.

Tabla 5– Estructura de covarianza y correlación entre efectos aleatorios.

Sujeto (Intercept) tiempo

1 -0,006 -0,001

2 -0,048 0,004

3 0,003 -0,001

4 0,050 -0,002

5 -0,060 0,001

6 0,062 -0,001

De la tabla 5 se aprecia que los efectos más fuertes se presentan en los sujetos 2

y 5 (efectos 0.004 y 0.001) y en especialmente el sujeto 2 (efecto 0.004), muestra

mayor impacto del tiempo sobre el dolor corporal.

Validación de normalidad

La prueba de normalidad de los residuales del modelo mixto por medio del test de

Jarque Bera contempla estructuras de correlación en los datos, y por ello, es

adecuada para concluir. Según el resultado, X-squared = 4.951, df = 2, p-value =

0.08412, con un valor p mayor de un nivel de 5%, indica la aceptación de la

hipótesis de normalidad en los residuales. Así que hay confiabilidad en los

resultados encontrados.

4. Conclusiones

La postura sentada de forma prolongada implica que los grupos musculares que

están soportando el peso de otras estructuras deben realizar esfuerzos estáticos,

con lo cual se limita la oxigenación de dichos grupos musculares y se genera

ácido láctico. Ambas situaciones llevan a generar un estado de fatiga física mayor

que cuando la postura general es dinámica. Por lo tanto, es más previsible que

una persona cualquiera, aunque no sea ectomórfica, puede presentar mayor nivel

de fatiga postural cuando su postura es sentado de forma prolongada. Lo

interesante es que por medio del modelo longitudinal, dicho impacto del tiempo

se logra detectar de forma significativa. Así como también detecta impactos

diferentes de las sillas, mostrando el dolor más alto que causa la silla metálica sin

espaldar.

Se logró probar estadísticamente, que los factores con mayor incidencia sobre el

porcentaje de dolor corporal son el tipo de silla y el tiempo de permanencia en esta

y no el género, indicando que este dolor es más agudo al sentarse en una

estructura estática de mesa ligada a 4 sillas sin espaldar, que si se sientan en una

con espaldar, sea de mesa con 4 sillas, o de aula de clase. Adicional a esto,

permanecer mucho tiempo sentados en este tipo de espacios produce más dolor

corporal.

El test cuantitativo propuesto facilita la utilización de una técnica de análisis

estadístico adecuado para determinar los efectos que causan algunas estructuras

ergonómicas sobre los individuos, promoviendo que se generen decisiones

objetivas acerca de modificaciones que se puedan realizar sobre las estructuras

ergonómicas. Esto, adicionado a la asociación con el aprendizaje muestra que es

evidente la necesidad de realizar mejoramientos de las estructuras de estudio del

ambiente estudiantil analizado.

5. Referencias

Ardón LR et al. (2008) Influencia del Estrés Académico en el Rendimiento de los

Estudiantes de II de Bachillerato del Instituto Salesiano San Miguel. Disponible en:

http://www.monografias.com/trabajos-pdf/estres-academico-rendimiento-

estudiante-bachillerato/estres-academico-rendimiento-estudiante-bachillerato.pdf

Banerjee M. y Frees E.( 2009). Diagnostics for Linear Longitudinal Models. Journal

of the American Statistical Association. Vol 92, No. 439. pp. 999-1005.

Coleman y Montgomery. (1993). A Systematic Approach to Planning for a

Designed Industrial Experiment. Technometrics, Feb. V. 35, No. 1.

Lange N, Ryan L (1989). Assessing normality in random effects models. Ann.

Statist. 17: 624-642.

Laird N.M., Ware J. (1982) Random effects models for longitudinal data.

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McCulloch CE, Searle SR. (2000). Generalized, Linear and Mixed Models. Wiley

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Melo, J.L. (2009) Ergonomía práctica. Guía para la evaluación ergonómica de un

puesto de trabajo. Disponible en:

http://www.fundacionmapfre.com.ar/libros/ergonomia_libro_digital.pdf.

Salazar JC., Baena A. (2009). Análisis y Diseño de Experimentos aplicados a

estudios de simulación. Dyna, Medellín, Septiembre. ISSN 0012-7353. Año 76,

Nro. 159, pp. 249-257.

Smith, TJ. (2007) The ergonomics of learning: educational design and learning

performance. Ergonomics. Vol. 50, No. 10, October, pp. 1530–1546.

Solomon JM. (2001). Fulfilling the Bargain: How the Science of Ergonomics Can

Inform the Laws of Workers' Compensation. Columbia Law Review. Vol. 101, No. 5

(Jun.), pp. 1140-1180.

Valencia M., & Salazar J.C. (2010) Evaluación del impacto de acciones de

bienestar sobre una comunidad en Colombia usando un modelo para datos

correlacionados. Colombia. Rev. Fac. Nac. Salud Pública; 28(1): 64-72.

Vergara M, Mondragón S. (2005-2006). Ergonomía, Programa teórico y Cuaderno

de Prácticas. [Acceso en Octubre de 2010. Disponible en:

http://www.emc.uji.es/asignatura/obtener.php?letra=5&codigo=13&fichero=112720

3149513.].