Abstract
Bioengineering can be considered a branch of engineering that targets or target areas such as the study of medicine, it is essential to apply it to improve the quality of medical resources such as improvements in prosthetics and all that relates to the human body.
Introducción
La bioingeniería es la aplicación de principios de ingeniería y de procedimientos de diseño para resolver problemas médicos. Dentro de sus especialidades se incluye la biomecánica, la ingeniería bioquímica y la bioelectricidad. [1]
Es necesario el conocimiento de las ciencias básicas, que junto con el conocimiento de la necesidad que se da en las comunidades genera la justificación de la investigación y aplicación de ingeniería a elementos médicos . La investigación orientada al desarrollo tecnológico tiene como objetivo la producción de un prototipo. [1]
Es necesario el conocimiento de distintas ramas que derivan de la bioingeniería tales como: [2]
BIOELECTRICIDAD.- Los fenómenos bioeléctricos básicos son los potenciales de acción de los tejidos excitables y sus respectivos potenciales de reposo. [2]
BIOHIDRAULICA.- Los fenómenos biohidraulicos básicos son la presión y el flujo sanguíneo. [2]
BIOMECANICA.- es una parte de la bioingeniería que estudia el efecto de fuerzas internas y externas en el ser humano y en el animal, ya sea en estado de reposo o en movimiento. [2]
Durante muchos siglos, la exploración física ha sido prácticamente la única herramienta para realizar un diagnostico. Para ello, se empleaban uno o varios de los sentidos, por lo que, exceptuando la infrecuente utilización del olfato y el gusto, el diagnostico físico se agrupaba en 4 componentes: inspección, palpación, percusión y auscultacion. [3]
Registros mecanicos, sonoros, eléctricos, etc, permiten evaluar distintos parámetros fisiológicos y con la aplicación de Bioingeniería se puede dar avances grandes en la medicina.[3]
DESARROLLO
Equipos para cirugía, terapia y prótesis
En Bioingeniería los equipos electrónicos están presentes no solo en la instrumentación biomédica para diagnostico, sino también en terapia, electrocirugía y en sistemas de ayuda funcional (ortosis) o sustitución de funciones orgánicas (prótesis). [1]
Solo a medida de ejemplo de los instrumentos logrados gracias a la bioingeniería para el uso médico tenemos el desfibrilador.
El desfibrilador consta de la desfibrilación cardiaca la cual se realiza aplicando una descarga eléctrica entre dos electrodos situados directamente sobre el corazón, o a través del tórax. El objetivo directo es lograr la contracción simultánea del máximo número de células del miocardio (las que no estén en el periodo refractario absoluto), esperando que luego entren todas a la vez en su periodo refractario y el nodo sinusal vuelva a recuperar el control. [1]
La eficacia de la desfibrilación depende de varios parámetros. En primer lugar, de la amplitud de la descarga; si es demasiado pequeña es inefectiva porque solo afecta a un número pequeño de células; si por el contrario es demasiado grande es inefectiva porque se producen daños en algunas células del miocardio. En segundo lugar, de la duración de la descarga esta debe ser suficientemente larga para que haya un numero grande de células que no estén en los periodos refractarios absoluto o relativo, pero no tanto que pueda resultar en daños físicos por la excesiva disipación de energía.[1]
Está demás decir que con respecto a la ingeniería aplicada a equipos médicos ya existe una gran cantidad de artefactos que han logrado hacer una revolución en el tratamiento médico para la mayoría de enfermedades presentes en nuestro entorno. Pero de igual manera se ha avanzado bastante en el ámbito de "sustitución de funciones orgánicas", estando quizás entre los mayores avances del ser humano.
Figura 1. Posición anterior-anterior de los electrodos para desfibrilación externa. [1]
Figura 2. Fundamento de los desfibriladores de continua. [1]
En los últimos años se ha centrado la ingeniería para el estudio detallado sobre las prótesis, buscando cada vez optimizar el uso para personas que lo necesiten.
Existe una gran variedad de prótesis para diversas partes del cuerpo humano y nos centraremos en un análisis detallado acerca de las prótesis de rodilla las cuales resultan beneficiosas para las personas que hayan sufrido de lesiones graves en las mismas.
Prótesis de Rodilla
Las prótesis de rodillas han llegado a ser consideradas como una de las más utilizadas en nuestro entorno debido a múltiples complicaciones que se presenta con esta parte del cuerpo.
El estudio para el mejoramiento de las prótesis es totalmente extenso ya que para esto implica además analizar con detalle la pate de los materiales de los cuales están hechas estas prótesis.
HISTORIA DE LA PRÓTESIS.
Cuando se inicio la aventura clínica de las prótesis de rodilla, en los años sesenta y setenta, muy pocos intentaron remendar la compleja anatomía y cinemática de la rodilla natural, lo cual conllevo estrepitosos fracasos. Efectivamente los diseñadores, fabricantes y cirujanos se decantaban por una de dos opciones totalmente extremas: la bisagra o el rodillo sobre plano. Algunos diseños eran simples bisagras de eje horizontal medio lateral. [4]
Figura 3. Prótesis en <<bisagra>>. [5]
Otros, como sir John Charnley, partían de la simple unión mecánica de dos prótesis unicondileas o implantaban un simple rodillo sobre un polietileno plano (Primeros diseños). [4]
Figura 4. Prótesis tipo rodillo. [5]
TIPOS DE PRÓTESIS DE RODILLA.
Las prótesis han ido mejorando a medida que pasa el tiempo gracias a la investigación constante de científicos y evaluaciones que realizan con estas.
Se han ido clasificando las variedades de prótesis, las cuales dependen de la gravedad de la complicación en la rodilla de la persona que requerirán cierta prótesis.
Entre los tipos de prótesis tenemos:
-En función de la cantidad de superficie articular eliminada: 1. Monocompartimental 2. Tricompartimental. [6]
-En función del LCP. [6]
-En función de la movilidad de la superficie articular de polietileno.[6]
-en función del tipo de unión:1. No cementada 2. Cementada. [6]
BIOMATERIALES PARA PRÓTESIS DE RODILLA.
El objetivo siempre ha sido lograr una construcción adecuada de prótesis con alta calidad para el confort del usuario, esto se ha dado mediante el mejoramiento de las propiedades de los materiales con los que esta hacha la prótesis como por ejemplo en desgaste y elasticidad.
La principal característica de los materiales actuales, es que tienen una tendencia al desgaste en mayor o menor proporción interviniendo directamente en el proceso de aflojamiento. [7]
Existen 3 efectos indeseables en las prótesis, que son consecuencia inherente de los materiales de fabricación, como el desgaste, la corrosión y la respuesta biológica. [7]
Figura 5. Tipos de desgaste implícitos en una prótesis de rodilla. [7]
APLICACIÓN DE PROTESIS DE RODILLA
A continuación se presentara mediante imágenes un breve proceso del porque el ser humano se veria obligado a usar una prótesis de rodilla.
Es necesario recordar que luego de una operación donde se haya aplicado la implementación de esta prótesis requiere al igual que cualquier otra operación de cuidados antes de volver a la rutina diaria.
Dependerá mucho de la calidad de reposo del paciente el resultado final de la implementación de la prótesis, caso contrario se dará la tercera desventaja común en este tipo de prótesis que es la no compatibilidad biológica.
En esta rodilla no se necesitará el uso de prótesis.
Figura 6. Rodilla Sana. [8]
Al contrario en que en la rodilla anterior es notable en ésta la urgencia de una prótesis debido al severo daño que existe en la misma.
Figura 7. Rodilla en mal estado. (Necesita uso de prótesis para evitar molestias). [8]
Por último quedará demostrada gráficamente la ventaja de la creación de este tipo de prótesis. En la Figura 8 se puede notar que al usar la prótesis la rodilla queda similar a una normal como la mostrada en la figura 6, siendo este uno de los objetivos de la bioingeniería es decir, buscar el mayor ajuste de otros elementos para el mejorar el confort en la persona que la use.
Figura 8. Rodilla con la Prótesis implementada. [8]
Conclusiones
-Sin duda alguna la medicina ha dado un giro total tanto en implementos de trabajo para diagnostico como en objetos artificiales para reemplazar partes del cuerpo humano.
-Es verdad que la medicina al principio quizás no dependía en un alto porcentaje de otras ramas de la ciencia, razones por las que sus métodos de aplicación medica eran demasiado trascendentales. Fue necesario para su gran avance complementarse con ramas técnicas tales como la ingeniería.
-Con el transcurso de los años se ha ido mejorando notablemente las aplicaciones medicas como lo son las prótesis, estas se han convertido en una parte fundamental del convivir en nuestro entorno.
-La bioingeniería es un complemento perfecto con la cual se ha logrado grandes contribuciones como lo son la Prótesis de rodilla.
-La prótesis de rodilla a pesar de ser visto como un beneficio para el ser humano tiene sus desventajas, estas siempre se basaran en la calidad de material que se use para su fabricación y en el diseño que busca optimizar su aplicación.
Bibliografía
[1] Oswaldo Salaverry García, "Historia de la medicina peruana en el siglo XX", Universidad Nacional Mayor de San Marcos-Fondo editorial, Volumen II, La Bioingeniería, 2000.
[2] MARCOMBO S.A., "Introducción a la Bioingeniería", BOIXAREU Editores, Mundo Electrónico, 1988.
[3] Pedro A. Carrión Pérez, Juan Rodenas García, Cesar Sánchez Meléndez, "Aplicaciones de la ingeniería e informática en Medicina", Ediciones de la Universidad de Castilla-La Mancha, Colección CIENCIA Y TECNOLOGIA 54, 2007.
[4] E. C. Rodriguez-Merchan, "Prótesis de rodilla primaria",Panamericana, Estado Actual, 2008.
[5] Protesis de rodilla, http://www.protesisderodilla.org/.
[6] Ramón Zambudio Periago, "Prótesis, ortesis y ayudas técnicas", GEA Consultoría Editorial, Barcelona España, 2009
[7] Pedro A. Carrión Pérez, Juan Rodenas García, José Joaquín Rieta Ibáñez, "Ingeniería Biomédica. Imágenes Medicas", Ediciones de la Universidad de Castilla-La Mancha, Colección CIENCIA Y TECNOLOGIA 49, 2006.
[8] Dr. Manuel Villanueva Martinez, "Revision y Aplicación de protesis", Especialista en prótesis de cadera y rodilla, http://protesiscaderarodilla.com/index.htm.
[9] Carlos R. Villafane, CET, "Biomedica: Desde la perspectiva del estudiante", CBET, 2007.
[10] William D. Callister, Jr, "Introduccion a la Ciencia e Ingenieria de los materiales", Editorial REVERTÉ, Volumen II, 2007
[11] Alan B. Carr, Glen P. McGivney, David T. Brown, "Protesis parcial removible", ELSEVIER, edicion 11, 2006.
[12] Kalpakjian, Schmid, "Manufactura: Ingeniería y tecnología", Prentice-Hall, Cuarta Edición, 2002.
[13] José A. Hernández H., "Protesis total de rodilla",Estela Serrano,Edicion 1, Avances en cirugía de revisión, 2008.
[14] "Revista Mexicana de ortopedia y Traumatologìa", ISSN 0187-7593, Revision sobre rodilla, Volumen 10, Numero 3, 1996.
[15] Dr. Juan Ramón Valentin, 6 de Julio de 2011," Prótesis de rodilla", Clínica Universidad de Navarra, http://www.cun.es/area-salud/tratamientos/protesis-rodilla.
[16] Sociedad Española de Cirugia Ortopedica y Traumatologia,"Protesis Total de rodilla", 2011, http://geosalud.com/ortopedia/protesisrodilla.htm.
[17] A. Viladot Voegeli, "Lecciones básicas de biomecánica del aparato locomotor", Springer.
[18] Ordoñez, Munuera, "Artroplastía de rodilla", Panamericana, España, 1998.
[19] Ortega Andreu, Rodriguez Merchán, Alonso Carro, "Recambios protésicos de rodilla", Panamericana, Madrid 2001.
[20] Vicente Sanchis Alfonso, "Cirugía de la rodilla", Panamericana, Conceptos actuales y controversia, 1995.
[21] Keith L. Moore, Arthur F. Dalley, "Anatomía con orientación clínica", Panamericana, Quinta Edicion, 2007.
[22] Sociedad Española de cirugía ortopédica y traumatología, "Manual de cirugía ortopédica y traumatologica", Panamericana, 2da Edicion, Tomo II, 2009.
[23] "Medicina y Fisioterapia Avanzada en prótesis de rodilla", Informacion sobre prótesis de rodilla, http://www.protesisderodilla.net/.
Autor:
Luis Ángel Zhunio Collaguazo
(30 de junio de 1990 en Machala-El Oro).
Se graduó de Bachiller Técnico en Electricidad en el año 2007 del Instituto Tecnológico Superior El Oro, actualmente curso el 3er año de Ingeniería Eléctrica en la Universidad Politécnica Salesiana, ha realizado seminarios de AUTO CAD y MAT LAB. Sus areas de interés son Alta tensión y Sistemas eléctricos de potencia.
Universidad politécnica salesiana