An integrated approach to whole-body vibration

The objective of this thesis is to determine and quantify the effects of whole-body vibration to the human body in terms of energy expenditure, by means of a global and integrated approach. This objective is attained by considering the human body as a complex organic structure. In order to understand how it responds to vertical vibrations, the energy expenditure of the human body was measured by means of the variation in superficial temperature with the aid of infrared thermography, the displacement of the muscles with the aid of the Vicon MX motion analysis system and the oxygen uptake with the aid of the Cosmed K4 telemetric system. The establishment of an appropriate protocol which satisfies the aim of this study was the first goal. The lack of consistency in whole-body vibration protocols in the current published studies makes the establishment of an appropriate protocol essential, and in this sense, an experiment setup was implemented. Therefore, a series of experiments was conducted to examine the response of the human body to vertical vibrations, changing the duration and the frequency of vertical vibration, and the duration of rest period. A number of four persons were subjected to vertical vibrations on a vibrating table in a standing position at a frequency ranging from 20 to 50 Hz. After the establishment of the final protocol, a series of laboratory experiments took place. Three different vibration frequencies were chosen: 20, 30 and 45 Hz corresponding to three different tests. The most interesting findings regard the oxygen consumption, the superficial temperature evolution, and the transmissibility coefficients for the acceleration.

Obiettivo di questa tesi è la determinazione e quantificazione degli effetti della whole-body vibration al corpo umano, in termini di consumo energetico, tramite un approccio globale e integrato. L’obiettivo è ottenuto considerando il corpo umano come una struttura organica complessa. Allo scopo di comprendere come questo risponda alle vibrazioni verticali, il consumo energetico del corpo umano è stato misurato per mezzo della variazione della temperatura superficiale con tecniche di misurazione a termografia infrarossa. Lo spostamento dei muscoli invece con il sistema di analisi di movimento Vicon MX. Infine, per quanto riguarda il consumo di ossigeno con il sistema telemetrico Cosmed K4. Il primo passo è stato l’istituzione di un protocollo appropriato che soddisfi l’obiettivo di questo studio. Infatti, la mancanza di coerenza nei protocollo di whole-body vibration che si trovano allo stato dell’arte, ha reso essenziale l’istituzione di un apposito protocollo, ed a questo scopo è stata definita la struttura dell’esperimento. Di conseguenza, è stata avviata una serie di prove per esaminare la risposta del corpo umano alle vibrazioni verticali, cambiando la durata e la frequenza della vibrazione, nonché la durata del periodo di riposo. In totale, quattro persone in piedi sono state sottoposte a vibrazioni verticali, in una pedana vibrante, a frequenze da 20 a 50 Hz. Dopo l’instaurazione del protocollo finale, sono stati avviate una serie di prove di laboratorio. In particolare, sono state scelte tre frequenze per le vibrazioni: 20, 30 e 45 Hz. I risultati ottenuti più interessanti di questo studio, riguardano il consumo di ossigeno, la temperatura superficiale e i coefficienti di trasmissibilità dell’accelerazione.