Resumen
Se presentan las diferentes disciplinas de la Bio- ingeniería, o Ingeniería Biomédica, en las que la Ingeniería de Sistemas y Automática realiza importantes aportaciones. Se detallan ejemplos concretos de aplicaciones en cada una de las disciplinas.
La Ingeniería Biológica comprende una serie de técnicas que utilizan material vegetal vivo como elemento de construcción, solo o combinado con materiales inertes, dentro del campo de la restauración ambiental. La ingeniería biológica o bioingeniería se utiliza en todos los ámbitos de obra civil, especialmente en el ámbito de consolidación de taludes, riberas y para el control de la erosión.
Index Terms—TECNOLOGIA, MEDICINA, DISCIPLINA, TECNICAS.
I. INTRODUCCIÓN
Una enumeración de los bloques conceptuales vinculados al área de Ingeniería de Sistemas y Automática, que no ha pretendido ser ni exhaustiva ni ordenada por importancia, se presentó en las Jornadas de Automática de 1988 y es la siguiente:
Sistemas y señales (Análisis de sistemas, tratamiento de señales, . . . )
Modelado y simulación de sistemas dinámicos
Teoría y técnicas de control
Inteligencia artificial en control
Tecnología de la automatización (Instrumentación, siste- mas de medida, . . . )
Control de procesos discretos Sistemas informáticos en tiempo real Ingeniería de sistemas complejos Robótica
Producción asistida por computador
Sistemas de percepción (Sistemas de visión, reconoci- miento de patrones, . . . )
Electrónica de control
Métodos informáticos.
La Bioingeniería, o Ingeniería Biomédica, es la disciplina que aplica los principios eléctricos, electrónicos, mecánicos, químicos, o cualquier otro principio de la ingeniería, para comprender, modificar o controlar los sistemas biológicos, así como para diseñar y fabricar productos capaces de monitorizar funciones fisiológicas y de asistir en el diagnóstico y el tratamiento de pacientes.[11]
II. MARCO TEÓRICO
II-A. Bioingenieria
"La Bioingeniería o Ingeniería Biomédica es la disciplina científica y tecnológica que aplica los principios y los métodos de la ingeniería, ciencia y tecnología para la comprensión, definición y resolución de problemas biológicos y médicos". [14]
Orígenes de estas técnicas El origen de las técnicas de Ingeniería biológica se sitúa entorno a la edad media, época en la que las técnicas constructivas eran de tipo empírico, basado en la experiencia y en la observación de los resultados y en donde los únicos elementos constructivos que existían eran las piedras y la madera. La sujeción de deslizamientos, Proyectos de Bioingeniería 7 caminos y terrenos erosionados por arroyos, aludes y cárcavas se efectuaba con estos materiales y su combinación con plantas vivas. [10], [11]
A finales del siglo XVIII se tiene constancia de las primeras obras publicadas que hacen referencia a la Ingeniería biológica como disciplina .Esto permite establecer el origen de estas técnicas en la Europa Alpina, particularmente en Austria y Suiza. En el año 1.886 se publicó una obra recopilatoria titulada "Estabilización de las Riberas de nuestros Ríos y Desprendimientos de Tierras" (Robert Lauterburg,) Durante el siglo XIX e inicios del XX estas técnicas se aplicaron principalmente en obras de restauración hidrológico-forestal. La aparición de nuevas técnicas y materiales, sobre todo el hor- migón, hizo que las técnicas de Ingeniería Biológica quedaran relegadas al ámbito rural y forestal de la zona centroeuropea y perdieran relevancia a favor de estas últimas. En la década de los 30, en el siglo XX, se sufrió una de las crisis económicas más graves de Europa Occidental. Esto permitió que muchas de las técnicas de bioingeniería se rescataran debido a su bajo coste. En la Alemania de anterior a la segunda guerra mundial se integraron en la ingeniería de ríos y autopistas y en 1.936 se creó un centro oficial para investigación en Ingeniería
Biológica. [10][11]
En una época de fuerte recesión, los deslizamientos, la erosión de los torrentes, las avalanchas y los aludes necesi- taban técnicas artesanales baratas, con materiales disponibles in situ, de manera inmediata y a un coste mínimo. Fueron los operadores forestales pertenecientes a la Administración Pública los que empezaron a experimentar , valorar , codificar y consolidar algunas tipologías y criterios de intervención basados en la utilización de material vivo ( plantas ) y /o natural ( madera, piedras ) Más recientemente la divulga- ción n de estos temas ha recibido un notable impulso con algunas publicaciones específicas como "Ingenierubiologie" ( KREUDER 1951 ) ," Sicherungsarbeiten im landshaftsbau "(SCHIECHTLN1973) o más actuales como "Die Weiden in der Praxis "(SCHIECHTLN 1992) . [10][11]
El diseño taburetes Cigala bioingeniería basada en músculos y nervios del cuerpo humano el diseño Cigala esta basado en la posición del cuerpo, y en los nervios y músculos que intervienen en una compresión. La liberación y descompresión de músculos y nervios, evita la sensación de calambres o adormecimientos en el cuerpo, mejorando considerablemente el bienestar del operador, aspecto de vital importancia para su salud.[12]
II-B. Sistema Nervioso
Antiguamente se creía que el sistema nervioso era un caso aparte que no seguía la teoría celular, es decir, se creía que no existían las células nerviosas. Esta idea cambió gracias a las aportaciones del doctor Santiago Ramón y Cajal, que determi- nó que el sistema nervioso, como el resto de tejidos de nuestro organismo, estaba formado por células: las neuronas. Además de las neuronas, en el sistema nervioso encontramos otros tipos de células: las células de glía, que tienen diferentes funciones como dar apoyo a la red neuronal o aportar nutrientes y recoger los productos residuales de las neuronas.[13]
Figura 1. Prótesis Biónicas[21]
II-C. Injertos
A lo largo de los últimos 20 años, los conceptos y las técnicas de la reparación nerviosa han cambiado dramática- mente. La reconstrucción a través de los injertos nerviosos, más que «pasar de moda» sigue siendo el estándar de oro en muchos de los casos, e incluso, en condiciones ideales con resultados muy similares a aquellos obtenidos con la reparación primaria. Los resultados iniciales con los injertos nerviosos no fueron alentadores pero hoy pueden ser incluso considerados como el estándar de oro con el cual se comparan las técnicas de reconstrucción nerviosa más novedosas. El cirujano debe tomar en cuenta diversos parámetros que afectan a la recuperación de la reparación nerviosa, con el fin de lograr una reparación nerviosa libre de tensión, oportunamente y con la aplicación de los principios básicos y avanzados que puedan tener un efecto positivo sobre el resultado final.[6]
Figura 2. Prótesis[10]
II-D. Prótesis: marcapasos, desfibriladores, riñones artifi- ciales y prótesis cardíacas, de articulaciones (brazos y pier- nas).
II-E. Lo biomateriales
Constituye uno de los avances más importantes en la medi- cina actual. Puede ser un metal o una cerámica ya que la única condición que debe cumplir es que debe ser compatible esto quiere decir que no produzca rechace por la parte inmunitario del ser humano. Por otra es importante que sus propiedades mecánicas sean compatibles con el órgano que se implante y a todo esto se suma que debe tener facilidad para colocar, esterilizar y manipular. [19]
Solo que sean materiales de metal, cerámicos polímeros y aleaciones pueden garantizar un contacto directo con el sistema biológico del cuerpo humano sin tener problemas. [19] Cuestión Semántica: BIOINGENIERÍA: La definición más amplia abarca todas las posibles interacciones entre las Ciencias Naturales y la Ingeniería.[11]
[11]
II-F. INGENIERIA BIOMÉDICA
Centrada en el ser humano y en el cuidado de su salud. [11]
II-G. INGENIERIA CLÍNICA
Centrada en el paciente (excluye el desarrollo de tecnolo- gías). [11]
II-H. INGENIERIA HOSPITALARIA
Centrada en la infraestructura soporte. [11]
II-I. ELECTROMEDICINA
Exclusivamente equipamiento electrónico de uso en Medi- cina. [11]
II-J. BIOTECNOLOGÍA
Generalmente asociada a la Genética y relacionada con aplicaciones agropecuarias y en medicamentos. [11]
II-K. AREAS DE INCISION
Área empresaria: Asesoramiento, capacitación, diseño de producto, generación, gestión de calidad, instalación de equi- pamiento, planeamiento, servicio técnico.[17]
Área hospitalaria: Aparatología, desarrollos técnicos, dirección, gestión de compra, mantenimiento, planeamiento, seguridad hospitalaria. [17]
Centros de investigación: Investigación básica y aplicada. Organismos públicos: Control, reglamentaciones, normativa, pliegos de adquisición de tecnología médica. [9] Universidades e instituciones de educación: docencia, investigación y exten- sión. [17]
II-L. SISTEMAS ROBOTIZADOS DE AYUDA A LA CIRU- GÍA
En los últimos años se han diseñado nuevos sistemas roboti- zados de ayuda a las cirugías. Se ha comprobado que la incor- poración de la robótica mejora la precisión quirúrgica y reduce la duración de las operaciones. El aumento de la precisión tam- bién significa una menor lesión en los tejidos circundantes a la zona de intervención quirúrgica. La robótica también permite el control remoto de los instrumentos por expertos cirujanos mediante telecirugía. El objetivo de la robótica no es sustituir a los cirujanos, sino dotarlos de herramientas para alcanzar mayores niveles de precisión y control. Importantes avances se han logrado al combinar la superior precisión que permite esta tecnología, con la capacidad de localización exacta que permiten las imágenes médicas de tomografía computerizada y la resonancia magnética. Esta disciplina abre el futuro a nuevos procedimientos para intervenciones quirúrgicas en estructuras cerebrales profundas. [15]
La precisión milimétrica permitirá abordar objetivos actual-
mente no tratados quirúrgicamente por el elevado riesgo de lesionar estructuras vitales en zonas adyacentes. Los sistemas de telecirugía permiten al cirujano, situado en una posición remota, asistir al cirujano que se encuentra en el quirófano (figura 13). El sistema permite la anotación gráfica remota sobre la imagen endoscópica obtenida en el quirófano, con una doble comunicación audiovisual, así como monitorizar el estado de los diversos instrumentos médicos. Resulta de enorme interés en docencia de los futuros cirujanos y en el entrenamiento de nuevos procedimientos quirúrgicos.[16]
LA BIOINGENIERIA EN EL FUTURO A bioingenieria
puede incidir en el cuidado al madio ambiente como el calentamiento global. [19] La utilización de los avances tec- nológicos en el desarrollo de nuevos materiales sintéticos, la microelectrónica y la bioinformática que facilitaran la produc- ción de biochips (bionanotecnológia), de órganos artificiales y prótesis artificiales donde se combinen diseños de la avanzada ingeniería con recursos biológicos. [19]APLICACIÓN DE LA BIOINGENIERÍA O INGENIERÍA MÉDICA. La aplicación de la bioingeniería se da en tres áreas muy importantes como es la prevención, diagnóstico, tratamiento y rehabilitación [5]. La primer área consiste en adecuar y crear nuevas técnicas para evitar que se presente la enfermedad, la segunda es el diagnóstico, que tiene por misión el generar nuevas tecnologías para que el trabajo del médico se facilite y llegar a un diagnóstico preciso, todo esto a través de equipos que brinden datos e imágenes lo más reales posibles, la robótica también entra en todo ese universo ya que sirve para implementar nuevas tecnologías en las cirugías. [5] Entre mucho de los beneficios de la bioingeniería es la construcción de prótesis que reemplazan órganos vitales y que cada vez se dan de mejor manera en los seres humanos o también los conoci- dos tratamientos de cáncer mediante micro- robots que se introduce dentro del ser humano para combatir las células cancerígenas.[6] LOS CONOCIMIENTOS QUE POSEE LA BIOINGENIERIA La estructura y conformación del orga- nismo humano, las relaciones anátomo – funcionales y los principios fisicoquímicos, cualitativos y cuantitativos que lo rigen. [17]
Figura 3. Disciplinas de la Bioingeniería [19]
Los principios biológicos y fisiopatológicos de la enferme- dad. Las bases para el diagnóstico y tratamiento. Los elemen- tos para el diseño, análisis y construcción de equipamiento médico. [17]
Las propiedades físicas y fisicoquímicos de materiales tecnológicos de interés biomédico y biocompatibles. La estructura y funcionamiento de hospitales de diferente complejidad. Seguridad eléctrica y otros factores de riesgo en el hospital. [15]
III. CONCLUSIONES
La bioingeniería es una aplicación de la ingeniería y la medicina, donde la unión de las dos puede dar solucio- nes a problemas que se presentan en la vida del hombre. La bioingeniería comprende muchas disciplinas de las que se habló al comienzo de este documento. La bioingeniería combina los conocimientos técnicos y lo conocimientos de medicina para beneficio del hombre. Como bien sabemos la medicina a tenido un avance impresionante tanto en equipos de trabajo así como en prótesis que pueden remplazar varias partes del cuerpo del ser humano. La medicina en cierta época no experimentaba, mas bien se basaba solamente en la observación, lo cual con el transcurso del tiempo se veía necesario implementar la ingeniería para así la medicina sea mas desarrollada y de esta manera sea útil para el hombre.
REFERENCIAS
[1] Enrique J. Gómez Aguilera "Bioingeniería" http://www.educa2.madrid.org/web/educamadrid/principal/files/c7827e52-4001-4b73-99b7-3868374f71a7/Presentacion-BIO-GBT- alumnos.pdf
[2] http://www.forestales.net/archivos/jornadas/apuntes_resumen- bioingenieria.pdf
[3] http://www2.uah.es/dep_ecologia_pcastro/RED/Material %20teoria/Tema %20 [4] http://www.grupolecaros.com/tabureteciatico.pdf
[5] http://www.ub.edu/b_on/articulos-Cast/junio %202012/neuroregeneracion-junio2012-cast.pdf
[6] Julio C Lozano R http://www.medigraphic.com/pdfs/orthotips/ot-2012/ot121g.pdf
[7] ENRIQUE J. GÓMEZ AGUILERA "Ingeniería Biomédica" http://www.educa2.madrid.org/web/educamadrid/principal/files/c7827e52-4001-4b73-99b7-3868374f71a7/Presentacion-BIO-GBT- alumnos.pdf
[8] Armstrong H. (2003) "Advances in surgical robotics", Interna- tional Health Equipment, v. 6, n. 4.
[9] http://www.ceautomatica.uji.es/old/actividades/jornadas/XXIV/documentos/conferencia1.pdf
[10] Diego L. Manchini P. 2005. "Trabajo de Investigación Bioin- geniería" http://www.jeuazarru.com/docs/Bioingenieria.pdf
[11] Ing. Wilver Auccahuasi Aiquipa "In- geniería biomédica o bioingeniería" http://www.usmp.edu.pe/vision2011/exposiciones/14.bioingenieria.pdf
[12] Tryingennieering "Bioingenieria" http://www.tryengineering.org/lang/spanish/become.php?major=Bioingenier %C3 %ADa
[13] Sonnia M. López Silva, José Ramón Sen- dra Sendra "Apuntes de Bioingeniería" http://www.iuma.ulpgc.es/~jrsendra/Docencia/Bioingenieria/PDF/Apuntes/BioIng_ULPGC_2001.pdf
[14] Puntual "Bioingeniería Medica" http://www.diariopuntual.com.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=14204&catid=71&Itemid=73
Saber mas "Bioingeniería" http://www.sabermas.umich.mx/index.php/archivo/secciones- anteriores/la-ciencia-en-pocas-palabras/5-numero-1/16-bioingenieri
[15] Universidad San Pablo "Ingeniería Biomédica" http://www.eps.uspceu.es/recursos/QueEsLaIngenieriaBiomedica.pdf
[16] Portal "Bioingeniería" ingenie- ria.udea.edu.co/portal/ingeniemos/versionimpresa/200806/pag4.pdf
[17] FERNANDO SÁENZ RIDRUEJO "Bioingeniería" http://www.cuentayrazon.org/revista/pdf/113/Num113_025.pdf
[18] TRYINGINEERING "Bioingeniería" http://www.tryengineering.org/lang/spanish/become.php?major=Bioingenier %C3 %ADa
[19] ALFREDO LACASA AHIJADO "Biomecánica" http://iesdmjac.educa.aragon.es/webies/eedi/apuntes/Anatomia/Biomecanica.pdf
[20] M. EN C. MARÍA GUADALUPE ORDORICA MORALES "Introducción a la Bioingeniería"
[21] BERNARDO GONZALES "Bioingeniería" http://www.uai.cl/images/sitio/facultades_carreras/fac_ing_ciencias/master/mci/MCI_bioingenieria.pdf
Autor:
Juan Carlos Valdez Bermejo
Nació en la ciudad de Cañar el 27 de diciembre de 1988 sus padres son José Antonio Valdez Maldonado y Narcisa de Jesús Bermejo Fajardo. Su educación formal fue 7 años de asistencia en la primaria en la escuela Isidro Ayora.
6 años de asistencia en la secundaria en el colegio Técnico Honorato Vázquez para obtener el título de bachiller en Electricidad y ahora se encuentra cursando sus estudios en la Universidad Politécnica Salesiana sede Cuenca
