Resumen
El siguiente documento trata acerca de la Bioingeniería centrada en el tema del Corazón Artificial, este tipo de tecnología artificial está orientada a mejorar la calidad de vida de las personas mediante un trasplante de un corazón biológico o real que se encuentre en condiciones no saludables por un dispositivo artificial el cual podrá cumplir las funciones necesarias que efectúa un corazón biológico para que el usuario o receptor tenga una nueva oportunidad de vivir una vida normal por un cierto periodo de tiempo, el dispositivo artificial puede ser reemplazado total o parcialmente en la persona debido a cual sea su situación, si es el caso de que el paciente haya salido de una cirugía de corazón, un corazón artificial parcial lo ayudará a recuperarse de una manera más rápida y eficiente, y si es la situación de que el corazón real está definitivamente dañado se procederá al trasplante total del dispositivo artificial.
Abstract— The following document is about the Bioengineering centered on the theme of the artificial heart, artificial such technology is aimed at improving the quality of life of people through a heart transplant or actual biological that is in unhealthy conditions for an artificial device which may perform the necessary functions that performs a biological heart for the user or recipient has a new chance to live a normal life for a certain period of time, the artificial device can be replaced wholly or partly in the person because to what your situation, if it is the case that the patient has left-heart surgery, a partial artificial heart will help you recover more quickly and efficiently, and if the situation is that the real is definitely brushed damaged will proceed to total transplant artificial device.
Introducción
La Bioingeniería está orientada a la aplicación de un conjunto de conocimientos y técnicas científicas de la ingeniería hacia los problemas que se presentan en el campo de la medicina y la biología, esta ciencia se encuentra muy ligada a la biónica la cual se refiere al estudio de sistemas biológicos con los cuales se pretende obtener sistemas de avanzada tecnología los cuales logren simular el funcionamiento o comportamiento de organismos vivos, tales organismos pueden ser órganos artificiales como un corazón artificial, o prótesis de brazos, piernas, o algún otro órgano faltante o dañado el cual limite el rendimiento máximo de la persona. [1][2][3]
DESARROLLO
Órganos Artificiales
Un órgano artificial es un dispositivo artificial el cual se integra al ser humano, este dispositivo pretende tomar la función de un órgano real (ver Figura 1), con el objetivo de que la persona puede vivir normalmente mediante la utilización de este dispositivo. [4][5]
Figura 1. Esquema de algunos órganos que pueden ser implantados total o parcialmente por dispositivos artificiales en el ser humano [5]
Los órganos artificiales no pueden ser construidos por cualquier tipo de material, su material de construcción debe cumplir ciertas características de compatibilidad, duración y fiabilidad para poder adaptarse y funcionar correctamente en el ser humano existiendo una buena relación entre el tejido vital y el biomaterial, por tales razones las prótesis óseas se fabrican con aleaciones para que soporten fatiga y no se produzcan propagación de mico fisuras ante repeticiones de carga; existen diferentes tipos de órganos artificiales (ver Figura 2). [6][7][5]
Figura 2. Órgano Artificial-Corazón Artificial [5]
Corazón Artificial
Un corazón artificial es un órgano artificial, el cual tiene la finalidad de poder reemplazar un corazón real en mal funcionamiento, este dispositivo artificial podrá cumplir todas sus funciones necesarias de un corazón biológico en buen funcionamiento para que el usuario pueda vivir una vida normal con el trasplante del mencionado órgano artificial.[5]
Un problema que se presenta hoy en día es encontrar los materiales adecuados para su construcción ya que este al ser un dispositivo no biológico se presentan algunos problemas registrados tales como la trombosis la cual es un coagulo en el interior de un vaso sanguíneo o problemas como la hemolisis, es decir la descomposición de los glóbulos rojos, la cual se presenta cuando la sangre circula por un prolongado tiempo en superficies no biológicas. [8] [9][5]
Existen dos tipos de corazones artificiales, el corazón artificial parcial y el corazón artificial permanente, el parcial tiene la finalidad de ayudar al corazón a funcionar de una correcta manera o mientras este se recupera, en cambio el permanente reemplaza al corazón en su totalidad. [8][5]
II-B1. Corazón Artificial Parcial:
Un corazón artificial parcial cumple una determinada función, la cual es ayudar a mejorar el funcionamiento del corazón si este no se encuentra en óptimas condiciones o si es el caso el cual el paciente salió de una operación o tratamiento y su corazón se vio afectado por un infarto o por una insuficiencia ventricular izquierda y tiene que recuperarse, este dispositivo se conecta conjunto al corazón para ayudar a que desarrolle sus funciones de manera normal.[9][8]
Este dispositivo llegaría a ser como una bomba unidireccional la cual está constituida por válvulas en sus extremos inferior y superior, y también cuenta con un espacio que tiene la facilidad de expandirse bajo la presión de un fluido comprimido de una manera rítmica por el efecto de una bomba exterior.[9][8] [5]
Existen tres métodos los cuales se pueden utilizar para aplicar para la utilización de este tipo de corazón artificial en los cuales cada método se regulariza el funcionamiento del corazón artificial con el biológico por medio del electrocardiograma con la ayuda de una onda especial para manejar la bomba de presión externa que se utilizará en cada método. [9][8]
El primer método consta de conectar el corazón artificial al corazón real en serie, este método se basa en ayudar al ventrículo izquierdo aplicándolo en una conexión seguida o en serie con el fin de derivar sangre desde la aurícula izquierda y llevarla a la aorta descendente.
El segundo método o modelo consiste en conectar el corazón artificial al real en paralelo al ventrículo izquierdo, de esta manera derivando la sangre desde la aorta ascendente para poder llevarla a la aorta descendente.
El tercer procedimiento es un modelo de una bomba la cual vendría a ser una esfera la cual está dividida por una membrana elástica en dos partes o secciones, esta esfera al ser presionada por un fluido externo determina el movimiento de serie de pulsaciones de la sangre. [10][9][5]
II-B2. Corazón Artificial Permanente:
El modelo de un corazón artificial permanente cumple la función de trabajar como un corazón real, este reemplaza en su totalidad el corazón biológico o real por el nuevo dispositivo artificial. [11][12]
Según antecedentes el primer corazón artificial permanente fue implantado en una persona en el año de 1982 por el Dr. DeVries, el receptor del corazón era un hombre de una edad de 61 años el cual padecía de miocardiopatía dilatativa y una neumopatía obstructiva, la miocardiopatía dilatativa ocurre debido a que el corazón disminuye su capacidad de bombear sangre de manera eficaz, mientras la neumopatía obstructiva es un estado patológico el cual se caracteriza por una limitación al flujo de aire y que si reversibilidad no es completa. El corazón artificial implantado aumento el volumen cardíaco del paciente hasta 12 litros por minuto lo cual fue una gran mejora debido a que antes de la intervención su volumen cardíaco era de 5 a 6 litros por minuto; Es así que con la implantación de un corazón artificial a esta persona si calidad de vida pudo mejorar considerablemente por un periodo de 1557 días aproximadamente 4.32 años.[12][13][12]
II-B3. Clasificación del tipo de configuración:
Figura 3. Clasificación de la Configuración de corazones artificiales.
TAH, Total artificial heart (Corazón Artificial Total);
VAS, ventricular assist system (Sistema de Asistencia Ventricular);
BVAS, biventricular assist system (Sistema de Asistencia Biventricular) [15]
AbioCor
AbioCor es un corazón artificial permanente, el cual está fabricado de titanio y plástico, este dispositivo artificial puede sustituir al corazón biológico por un tiempo aproximado de 18 meses, este tipo de corazón es autónomo el cual funciona sin necesidad de una fuente de alimentación externa. [15][16]
II-C1. Características:
El corazón artificial AbioCor (ver Figura 4) tiene un tamaño cercano al de una toronja con un peso aproximado de un kilogramo, a diferencia de los corazones artificiales antiguos que funcionaban con una fuente de energía externa al cuerpo, los actuales corazones como el AbioCor son capaces de funcionar de una manera autónoma mediante la utilización de una batería que puede ser adherida a la piel del ser humano.[16] [13][17]
Figura 4. Corazón Artificial: AbioCor [17]
II-C2. Funcionamiento General:
El funcionamiento de un corazón artificial se basa en el de un corazón real, en el cual un corazón real o biológico tiene el comportamiento parecido a una bomba la cual cumple una determinada función, la de bombear o impulsar sangre en una establecida dirección con la ayuda de un conjunto de válvulas. [16][17]
Este dispositivo está diseñado de modo que el paciente puede movilizarse y mantener un estilo de vida productivo, está provisto por un motor interno el cual le da la capacidad de poder movilizar la sangre a través de los pulmones y el resto del cuerpo.[16][17]
El Corazón Artificial AbioCor está constituido por una unidad torácica interna, una batería interna recargable, una batería externa y un circuito electrónico miniaturizado. [12][16]
II-C3. Funcionamiento Específico:
El Sistema AbioCor consta de un par de componentes principales las cuales son los dispositivos implantables: Una unidad torácica (Thoracic Unit), el TET, un controlador y la batería, y los dispositivos externos: Una consola, el (PCE) Patient-Carried Electronics que traducido al español significa Dispositivos Electrónico que lleva el Paciente, tales como una bolsa, una batería externa, el módulo de control y un TET externo. Estos dispositivos se detallaran a continuación (ver Figura 5) : [12][18]
Figura 5. Sistema TAH (Total Artificial Heart), Sistema de Corazón Artificial Total [18]
Esta unidad torácica posee dos ventrículas artificiales con sus válvulas correspondientes, el cual es accionado por un motor de sistema de bombeo hidráulico. Para controlar la velocidad de bombeo del corazón según las especificaciones necesarias que requiera el paciente son controlados por implantes de paquetes de monitores electrónicos. [12][16]
Las baterías externas e internas que se usan en el AbioCor son fabricadas de Litio, la batería interna implantada se recarga de una manera continua desde una consola externa o desde un paquete básico de baterías que el paciente puede llevar consigo; La transferencia de energía se lleva a cabo mediante un dispositivo denominado con las siglas TET las cuales quieren decir
Transmisor de Energía Transcutánea (ver Figura 6). [19]
Figura 6. Dispositivos implantados del Sistema AbioCor[17]
El Dispositivo TET posee dos bobinas, una externa y una interna (ver Figura 7), las cuales se encargan de llevar energía través de la piel por lo cual existe una menor probabilidad de que ocurran infecciones ya que este dispositivo no perfora la piel. [19]
Este dispositivo funciona mediante la utilización externa de corriente continua la cual es transformada en corriente alterna de alta frecuencia para que pueda trabajar el corazón artificial de una correcta manera, esta corriente alterna es re-transformada en continua para así poder manejar el actuador y poder cargar el paquete de baterías recargables. [19][12]
Figura 7. Pareja de transformadores transcutáneos (a) y la carcasa externo de la bobina (b) [19]
II-C4. Condiciones de Uso:
AbioCor está especialmente diseñado para personas las cuales se encuentran en un riesgo alto de muerte debido a una insuficiencia cardíaca que en algunos casos ya no posee tratamiento eficiente, o también para aquellas personas que poseen daños irreversibles del corazón [13][16]
Un paciente puede ser sometido al trasplante del AbioCor si no es aspirante a un trasplante cardíaco biológico, por lo cual tienden a cumplir las siguientes características:
Pacientes de edad avanzada, aproximadamente menores a 75 años.
Solicitan apoyo inotrópico debido a que sus cuerpos no pueden producir suficientes encimas necesarias para que su musculo cardíaco funcione correctamente.
No pueden ser tratados con la asistencia de dispositivos de ayuda ventricular izquierda (LVAD). [19] [9] [16]
Conclusiones
Finalizado el presente documento se pudo constatar que la bioingeniería posee una gran variedad de ayudas tecnológicas en el campo de la medicina y la biología, esta ciencia se centra principalmente en ayudar a las personas con problemas biológicos mediante la aplicación conjunta de las ingenierías electrónica, mecánica, sistemas, y otras ciencias, el fin es se conseguir emular el comportamiento de organismos vivos, tales como pulmones, riñones, corazones, etc; Estos dispositivos llamados órganos artificiales tienen la finalidad de ayudar o ser implantados en el ser humano dependiendo de cuál sea su estado, si los órganos biológicos están dañados o si necesita recuperarse de una previa cirugía, por lo cual un dispositivo muy destacable en el campo de la bioingeniería es el corazón artificial, el cual es un dispositivo que tiene el fin de ayudar a la persona otorgándole una oportunidad de vivir un tiempo más como una persona normal, este dispositivo contara con todas las características de funcionamiento de un corazón real; El AbioCor al ser un corazón artificial permanente puede sustituir al corazón real por un periodo aproximado de 18 meses en caso de que este falle o no pueda ser operado. En el futuro se pretende mejorar el funcionamiento del AbioCor el cual será un 30% más de pequeño y su vida de funcionamiento se prolongara a 5 años, este dispositivo se probará en personas en mediados del presente año, lo ideal en este dispositivo artificial seria que su tecnología de vida útil avance rápidamente y aumente de gran manera para que el usuario pueda vivir muchos años sin tener la preocupación presente de un corazón artificial de vida limitada.
Referencias
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Autor:
Xavier Mauricio Pesántez Pesántez
Universidad Politécnica Salesiana
Cuenca – Ecuador
Xavier Mauricio Pesantez Pesantez actualmente cursando el tercer año de estudios en Ingeniería Electrónica en la Universidad Politécnica Salesiana de Cuenca, Ecuador
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