Evaluation of the vibrations induced to the hand-arm system in sports practice

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra.Nem sempre é comum associar a prática de desporto à engenharia e tão pouco é viável comparar o corpo humano a qualquer engenho do tipo mecânico. No entanto, desporto e engenharia convergem num novo domínio de investigação - a engenharia no desporto. Estudos revelam a importância de trabalhar e exercitar o corpo humano com fins terapêuticos no que diz respeito à prevenção de lesões futuras, admitindo-se que o decréscimo da sedentariedade no quotidiano de um ser humano promove o aumento da esperança média de vida. Mas, será que os referidos ganhos são tão lineares quanto parecem? A verdade, nua e crua, reside no facto de toda e qualquer atividade, quando levada ao limite, ter os seus efeitos nefastos. Assim, associado à prática de qualquer desporto existe sempre um risco de ocorrência de lesões futuras, tipicamente relacionadas com as vibrações induzidas. Deste modo, eleva-se cada vez mais a necessidade de estabelecer uma norma internacional que sirva de padrão para o estudo do corpo humano como um todo, ao invés de o tratar como um produto de engenharia. Na presente dissertação é apresentada uma avaliação biomecânica que pretende desmistificar o efeito das vibrações, nos sistemas mão-braço e corpo inteiro, na prática de um desporto centenário como é o caso do ciclismo sendo que se estende a análise aos domínios do ciclismo de estrada (com segmentos de BTT), ciclismo de pista e ao treino de um atleta em rolos. O estudo compreende a utilização das normas internacionais ISO 5349 e ISO 2631, associadas ao estudo da vibração mão-braço (VMB) e da vibração corpo inteiro (VCI) respetivamente, sendo que os valores obtidos são comparados com dados de referência internacional, indicados pela diretiva nº2002/44/CE, atualmente em vigor no território nacional. O método experimental adotado consistiu na instrumentação da bicicleta, com a colocação de um acelerómetro no guiador para avaliação do sistema mão-braço e posteriormente no selim para aquisição de valores de aceleração de forma a avaliar o efeito das vibrações no corpo inteiro. Os principais resultados e conclusões deste trabalho indicam que, facilmente são ultrapassados os valores diários recomendados de exposição à vibração de tal modo que, a ocorrência de impactos e vibrações transientes conduz a uma elevada solicitação musculosquelética do praticante de ciclismo, nomeadamente ao nível de ombros, braços, punhos, joelhos, e coluna vertebral. Contudo, a exposição de um atleta, num dado desporto, a estas condições não é diária, devendo ser considerado um fator de recuperação, inerente ao período em que este não é exposto. No entanto a literatura científica não reúne dados suficientes para tratar essa ponderação de forma exímia pelo que não se considera esse parâmetro no presente estudo.It is not usually common to associate sports to engineering. In fact, it is not even feasible to compare the human body to any sort of mechanical device. However, sport and engineering have been converging in a brand new researching area – sports engineering. Studies report the importance of working and exercising the human body for therapeutic purposes, in order to prevent future injuries assuming that active people are estimated to have a greater life expectancy. But, are these sort of gains as linear as they seem to be? The truth, in an unvarnished way, is that any kind of activity, when pushed to the very limit, has their adverse effects. Thus, practicing a sport implies a sustained risk of developing injuries due to induced vibrations which increases the need to create an international regulation to serve as standard for the study of human body as a whole, rather than treating it as a product of engineering. This work presents a biomechanical assessment that aims at demystifying the effect of vibrations for both the arm-hand and whole body systems, considering the practice of a centenary sport such as cycling. The study comprehends an analysis on road cycling domains (with segments of mountain biking), track cycling and the exercise of an athlete in rollers, requiring the use of international regulamentation ISO 5349 and ISO 2631, related to the study of arm-hand vibration and whole body vibration respectively, and the values obtained are compared with referred data, indicated by the directive nº2002/44/CE, currently in force in the country. The adopted experimental method consists in instrumenting a bicycle with the allocation of tri-axial accelerometer on the handlebar to acquire data on the harm-and system and subsequently introduced in the seat post to quantify the effect of the induced vibrations imposed to the whole body system. The results indicate that the recommended daily dose of exposure to vibrations is highly exceeded, which means that impacts and transient vibrations lead to a higher musculoskeletal request particularly in what concerns shoulders , arms, wrists, knees and spine. However, it is common that a certain athlete in a given sport does not exercise in a daily basis meaning that it should be imposed a recovery factor relative to the period the athlete is not exposed. On the other hand, lectures do not gather enough data to address this weighting factor and the current study will do the same