Biomateriales aplicados en la medicina. Silicona (página 2)

Sintéticos: Los biomateriales sintéticos pueden ser metales, cerámicas o polímeros y comúnmente se denominan materiales biomédicos, para diferenciarlos de los biomateriales de origen natural.

En el caso particular de los biomateriales poliméricos, se puede hacer una clasificación según el tiempo que deben mantener su funcionalidad cuando se aplican como  implantes quirúrgicos.

En el primer grupo se incluyen todos aquellos implantes que deben tener un carácter permanente, como son los sistemas o dispositivos utilizados para sustituir parcial o totalmente a tejidos u órganos destruidos como consecuencia de una enfermedad o trauma.

En el segundo grupo, se incluyen los biomateriales degradables de aplicación temporal, es decir, aquellos que deben mantener una funcionalidad adecuada durante un periodo de tiempo limitado, ya que el organismo humano puede desarrollar mecanismos de curación y regeneración tisular para reparar la zona o el tejido afectado. 

1.1.1 Antecedentes de los biomateriales aplicados en la medicina.

La primera aplicación de biomateriales en medicina no se produce hasta 1860 con la introducción de las técnicas quirúrgicas asépticas. A principios de 1900 se aplican las primeras placas óseas hechas de metal con la finalidad de separar roturas o fracturas. Durante los siguientes años las aleaciones metálicas constituyen la única forma de biomateriales en uso. Sus aplicaciones se extienden desde reparaciones óseas hasta  sistemas de liberación de medicamentos. No es hasta la Segunda Guerra Mundial que se produce un rápido avance en la ciencia de los polímeros, principalmente enfocado a las aplicaciones médicas. El poli (metilmetacrilato) (PMMA) fue uno de los primeros polímeros utilizados como material biomédico, aplicándose como material par reparar la córnea humana [Robinson et al., 2001].

Figura No.1 Secuencia histórica de los principales polímeros empleados en medicina

Los polímeros no únicamente reemplazaron a otros materiales en aplicaciones médicas, como la sustitución de los catéteres metálicos por polietileno, sino que abrieron el  campo a otras nuevas aplicaciones antes difícilmente asequibles. Así, en 1950 se fabrica el primer corazón artificial, llevado a la práctica a finales de 1960. En la actualidad los polímeros continúan en amplio crecimiento y sus aplicaciones son cada vez mayores dentro del campo de la medicina, mejorando las propiedades de los materiales ya existentes y desarrollando nuevos polímeros par aplicaciones específicas. En la figura 1 se muestra una secuencia histórica de los polímeros de mayor relevancia en el campo de la medicina desde su aparición.

1.1.2 Requerimientos para polímeros biomédicos.

Al trabajar con biomateriales es necesario conocer dos aspectos fundamentales:

El efecto del implante en el organismo

El efecto del organismo sobre el implante.

Esto puede resumirse en los siguientes puntos:

• El material no debe incluir componentes solubles en el sistema vivo excepto si es de forma intencionada para conseguir un fin específico (por ejemplo en sistemas de liberación de medicamentos).

• El sistema vivo no debe degradar del implante excepto si la degradación es intencionada y diseñada junto con el implante (por ejemplo en suturas adsorbibles).

• El material debe ser biocompatible, siendo este concepto extensible al potencial cancerígeno que pueda poseer y a la interacción con el sistema inmunológico del que va a formar parte.

• El implante debe ser esterilizable y libre de bacterias y endotoxinas adheridas a las paredes de las células de las bacterias.

• En general la mayor parte de los polímeros no satisfacen todas estas condiciones, de manera que los materiales polímeros utilizados en medicina deben de ser diseñados específicamente para cumplir unas determinas funciones. Así se puede afirmar que es una labor que hay que realizar entre el médico, científico y el ingeniero. 

1.1.3 Aplicaciones biomédicas.

1) Equipos e instrumentos quirúrgicos

Esta área está cubierta por los termoplásticos y termoestables convencionales que se pueden encontrar en diversas aplicaciones de la vida diaria. Se refiere a los materiales con los que se elaboran inyectadoras, bolsas para suero o sangre, mangueras o tubos flexibles, adhesivos, pinzas, cintas elásticas, hilos de sutura, vendas, etc. Los materiales más usados son aquellos de origen sintético y que no son biodegradables, como polietileno, polipropileno, policloruro de vinilo, polimetilmetacrilato, policarbonato.

2) Aplicaciones permanentes dentro del organismo

Los materiales utilizados en estas aplicaciones deben ser materiales diseñados para mantener sus propiedades en largos períodos de tiempo, por lo que se necesita que sean inertes, y debido a que su aplicación es dentro del organismo, deben ser biocompatibles, atóxicos para disminuir el posible rechazo.

Las aplicaciones más importantes son las prótesis o implantes ortopédicos, elementos de fijación como cementos óseos, membranas y componentes de órganos artificiales, entre otros. Entre los materiales más utilizados se encuentran: polímeros fluorados como el teflón, poliamidas, elastómeros, siliconas, poliésteres, policarbonatos, etc.

El caso de prótesis vasculares, al ser un implante expuesto al contacto con la sangre, la propiedad fundamental requerida es que el material no provoque coagulación. Considerando este requisito, se aplican fibras de PET, espumas de poli (tetrafluoroetileno) expandido, poliuretanos segmentados y silicona porosa.

Otro de los campos donde los polímeros empiezan a tener una presencia significativa son los dispositivos de fijación ósea. Una de las opciones en este campo la constituyen los cementos óseos, que son mezclas de materiales cerámicos con polímeros sintéticos rígidos como el polimetilmetacrilato.

También se han desarrollado numerosos estudios e investigaciones en el campo de implantes biodegradables que permitan solucionar las dificultades anteriores. Los polímeros o copolímeros de PLGA son los más empleados para esta aplicación, gracias principalmente a su biocompatibilidad. 

3) Aplicaciones temporales dentro del organismo

Actualmente, las suturas representan el campo de mayor éxito dentro de los materiales quirúrgicos implantables. El principal motivo es que consisten en materiales biodegradables o bioabsorbibles (principalmente polímeros biodegradables) de manera que la aplicación dentro del organismo pasa de ser permanente a ser temporal. 

Entre las aplicaciones temporales dentro del organismo hay que destacar también los sistemas de liberación de fármacos. Los polímeros son esenciales para todos los nuevos sistemas de liberación desarrollados.

Los polímeros, particularmente los biodegradables, se emplean en el campo de la ingeniería de tejidos como andamiajes temporales en los que las células pueden crecer y formar tejidos. (Infante, Rebeca., 2000)

Tabla No. 1.Campos de la medicina-aplicaciones de biomateriales.

Tabla No. 2 Biopolímeros-Aplicación

2. Definición de silicona.

La silicona, un polímero sintético, está compuesta por una combinación química de silicio-oxígeno.

La misma es un derivado de la roca, cuarzo o arena. Gracias a su rígida estructura química se logran resultado técnico y estéticos especiales imposibles de obtener con los productos tradicionales.

Puede ser esterilizada por óxido de tileno, radiación y repetidos procesos de autoclave.

2.1 Las principales características de la silicona son:

Resistente a temperaturas extremas (-60° a 250°C)

Resistente a la intemperie, ozono, radiación y humedad

Excelentes propiedades eléctricas como aislador

Larga vida útil

Gran resistencia a la deformación por compresión

Apto para uso alimenticio y sanitario

2.2 Propiedades particulares de las siliconas.

Dada su composición química de Silicio-Oxigeno, la silicona es flexible y suave al tacto, no mancha ni se desgasta, no envejece, no exuda nunca, evitando su deterioro, ensuciamiento y/o corrosión sobre los materiales que estén en contacto con la misma, tiene gran resistencia a todo tipo de uso, no es contaminante y se pueden elegir diferentes y novedosos colores.

2.2.1 Propiedades mecánicas.

La silicona posee una resistencia a la tracción de 70 Kg/cm2 con una elongación promedio de 400%. A diferencia de otros materiales, la silicona mantiene estos valores aun después de largas exposiciones a temperaturas extremas.

2.2.2 Propiedades Eléctricas.

La silicona posee flexibilidad, elasticidad y es aislante, manteniendo sus propiedades dieléctricas aun ante la exposición a temperaturas extremas donde otros materiales no soportarían.

2.2.3 Biocompatibilidad.

La biocompatibilidad de la silicona está formulada por completo con la FDA Biocompatiblity Guidelines para productos medicinales. Ésta es inolora, insípida y no funciona de soporte para el desarrollo de bacterias, no es corrosivo con otros materiales.

La silicona curada con platino consistente únicamente en un copolímero de dimetil y metilvinil siloxano reforzado con silicio térmicamente curado por platino, translúcido y altamente flexible bajo cualquier condición, lo que hace que califique dentro de la USP Clase VI referida a una batería de tesis biológicos definidos en USP XXIV-sección 88, usado por la FDA para aprobar artículos médicos.

Gracias a su composición química, la silicona curada con Platino tienen la mayor transparencia y no son contaminantes.

2.2.4 Resistencia química.

La silicona resiste algunos químicos, incluyendo algunos ácidos, oxidantes químicos, amoniaco y alcohol izo propílico. La silicona se hincha cuando se expone a solventes no polares como el benceno y el tolueno, retornando a su forma original cuando el solvente se evapora. Ácidos concentrados, alcalinos y otros solventes no deben ser usados con silicona.

Análisis comparativo

Materiales Comportamiento de cada material frente a la Silicona Temperatura servicio, °C.2

Tabla No.3 Propiedades

2.Raholin, Carlos. Propiedades de la Silicona. Recuperado el 21 de Noviembre 2010 en http://www.raholin.com/pdf/silicona.pdf

3. Tipos de siliconas utilizadas en la medicina.

Materiales poliméricos

Las posibilidades que ofrecen los polímeros para ser implantados en el cuerpo humano son muy grandes debido al hecho que pueden fabricarse fácilmente en formas muy distintas tales como fibras, tejidos, películas y bloques de diferentes tamaños y formas. Cabe destacar que en realidad los constituyentes de los tejidos naturales no son más que estructuras poliméricas, y por consiguiente los polímeros sintéticos poseen un buen número de similitudes con aquellas. Sus usos van desde cementos óseos acrílicos, sustitutos de venas o arterias, fibras de sujeción de órganos, hilos de suturas, etc.

Gomas

En la fabricación de implantes, se han utilizado tres tipos de gomas: silicona, goma natural y gomas sintéticas. En general se entiende que una goma tiene la propiedad de poder ser estirada repetidamente a temperatura ambiente hasta al menos el doble de su longitud original y ser capaz de recuperar con fuerza su longitud original al cesar la tensión aplicada. La capacidad de la goma para ser estirada se debe a la estructura cis ensortijada del poliisopreno. El que se pueda repetir el estiramiento se debe a los enlaces reticulares entre cadenas. La cantidad de enlaces reticulantes gobierna la flexibilidad de la goma.

Gomas de silicona.

La goma de silicona es uno de los pocos polímeros desarrollados para uso médico. Se obtiene con bajo peso molecular y baja viscosidad y se puede reticular para dar lugar a un material de características gomosas. Se pueden utilizar dos tipos distintos de vulcanización (reticulación): por calor o a temperatura ambiente. En cada caso se utilizan diferentes tipos de agentes reticulantes. Estas gomas pueden utilizar polvo de silica (SiO2) como carga para mejorar las propiedades mecánicas.

Termoplásticos de alta resistencia.

Estos polímeros poseen excelentes propiedades mecánicas, térmicas y químicas debido a que la columna vertebral de sus cadenas principales es más rígida. En este campo, pueden considerarse los poliacetales cuya utilización se ha evaluado para el acetábulo de una articulación de cadera, las polisulionas que se han ensayado como recubrimiento poroso en implantes ortopédicos y los policarbonatos que se han encontrado aplicaciones en embalaje de comida y en sistemas de asistencia cardiupulmonar.

Substitución de tejidos blandos

El éxito de la substitución de tejidos blandos se ha debido principalmente al desarrollo de los polímeros sintéticos. Esto se explica por la capacidad que tienen los polímeros para ser elaborados con propiedades físicas y químicas bastante similares a los tejidos blandos naturales, siendo posible fabricarlos en muy diferentes formas físicas: fibras, tejidos, películas, sólidos e incluso líquidos.

Suturas; cinta quirúrgica y adhesiva

Existen dos tipos de suturas de acuerdo con su integridad física in vivo: las absorbibles y las no absorbibles. Pueden distinguirse también en función de la materia prima de la cual proceden: suturas naturales (catgut, seda y algodón) y suturas sintéticas (nylon, polietileno, polipropileno, acero inxidable y tantalio). Pueden también clasificarse de acuerdo con su forma física: monofilamento y multifilamento.

La sutura absorbible catgut consiste en colágeno y se elabora a partir de la submucosa intestinal de la oveja, que convenientemente tratada puede alcanzar una vida de hasta 40 días. Debe mencionarse que los nudos que se hacen para fijar el punto de sutura, reducen su resistencia mecánica.

El catgut, así como otras suturas absorbibles (nylon, ácidos láctico y poliglicólico) producen reacciones tisulares, aunque su efecto disminuye al ser absorbidas.3

3. F.J. Gil, M.P. Ginebra, J.A. Planell. Biomateriales. Recuperado el 21 de Noviembre 2010 en: http://tdd.elisava.net/coleccion/20/gil_ginebra_planell-es

4. Aplicaciones de la silicona

4.1 Implantes percutáneos y de piel

La necesidad de implantes percutáneos se ha acelerado con la aparición de riñones y corazones artificiales y por la inyección prolongada de medicamentos y nutrientes. Por su parte la piel artificial es imprescindible para poder mantener la temperatura del cuerpo en los grandes quemados.

En el caso de piel artificial los problemas son similares al caso anterior. Aquí lo que se necesita es un material que pueda adherirse a la gran superficie quemada y evitar así la pérdida de fluidos, electrolitos y otras biomoléculas hasta que cicatrice la herida. Aunque sería necesario encontrar un implante de piel permanente, hasta la fecha no ha sido posible obtenerlo y parece que todavía queda un camino bastante largo hasta que se pueda obtener definitivamente. En la actualidad se utilizan autoinjertos y homoinjertos con solución permanente.

4.2 Prótesis Faciales y de la oreja

Una prótesis facial es un dispositivo artificial que reemplaza una malformación del rostro o las orejas .  Una persona puede necesitar de una prótesis por haber perdido una parte de su cara debido al cáncer, el trauma, o como el resultado de una anomalía congénita.  Los tipos más comunes de prótesis facial incluyen: ojos,  oreja, nariz, órbita o sus combinaciones.

4.3 Implantes maxilofaciales y de aumento de otros tejidos blandos

Corresponde aquí hablar de implantes cosméticos y de reconstrucción.

Aunque los tejidos blandos pueden dividirse en:

 I) Los que llenan un espacio.

2) Los que constituyen un soporte mecánico.

3) Los que almacenan o transportan un líquido, la mayoría llevan a cabo más de una de estas funciones.

Existen dos tipos de implantes maxilofaciales, extraorales y los intraorales. Para los primeros existe una gran variedad de materiales poliméricos disponibles. En general lo que se requiere es:

1) Que el color y la textura puedan hacerse concordantes con los del paciente.

2) que sea mecánicamente y químicamente estable.

3) que pueda fabricarse fácilmente.

Figura No. 2 Oreja artificial.

En general los materiales que se utilizan son copólimeros de poli-cloruro de vinilo y acetato, PMMA, silicona y gomas de poliuretano. Los requisitos de los implantes intraorals son los mismos que para otros implantes, puesto que en realidad van implantados. Para la corrección de defectos maxilares, mandibulares o de los huesos de la cara se utilizan materiales metálicos como tantalio o la aleación Co-Cf. Para el aumento de tejidos blandos como encía y mentón se utiliza goma de silicona PMMA.

Existen así mismo implantes para substituir total o parcialmente la cadena ósea del oído. Los materiales utilizados incluyen PMMA, PTFE, polietileno, goma de silicona, acero inoxidable y tantalio, aunque recientemente que el composite a base de PTFE y carbono, el polietileno poroso y el carbón pirolítico parecen ser los materiales más adecuados para implantes de otología.

Los implantes oculares se usan tanto para restaurar la funcionalidad de la córnea como de la pupila cuando éstas se encuentran dañadas o enfermas. En general dichos implantes son acríbeos transparentes, especialmente PMMA. Recientemente, las lentes intraoculares están experimentando un espectacular crecimiento.

Dentro de los implantes que deben llenar un espacio, quizás las prótesis de senos sean los más representativos. Al principio el aumento de tamaño de los senos se hacía con materiales tales como parafina, cera o fluidos de silicona por inyección directa o dentro de un globo de silicona. Problemas tales como inestabilidad progresiva y pérdida final de forma y textura así como infección y dolor, llevaron a finales de los anos 60 a prohibir en Estados Unidos el uso de implantes inyectables. Aunque el aumento o substitución de los senos por razones cosméticas no es recomendable, parece ser psicológicamente beneficioso el que paciente que han sufrido una radical mastectomía o bien que poseen deformaciones no simétricas, puedan disponer de prótesis de este tipo. En general se utiliza como prótesis una bolsa de goma de silicona llena con silicona gel y recubierta por una malla de poliéster para permitir el crecimiento de tejido vivo para su fijación. Las prótesis de vagina, de testículos y de pene artificiales caen también en esta misma categoría. (William F. Smith 2da. Edición)

5. Implantes de senos de silicona.

La sensibilidad hacia la Silicona y los implantes de siliconas puede ser un problema en algunas pacientes, así como se puede ser sensible al látex, al aceite de nuez o al eucalipto. Sin embargo, hay muchísimas mujeres felices con implantes de senos de silicona, sin ningún tipo de quejas por más de dos décadas.

Figura No. 4 Seno de silicona

Hay dos tipos de implantes de silicona:

1) Gel de silicona

2) Gel cohesivo

Los implantes de silicona son una cáscara de elastómero de silicona con relleno de gel de silicona. La consistencia de los implantes de senos de gel cohesivo es más espeso que el gel de silicona. Puesto que si cortara implantes de senos de gel de silicona normal, el gel de silicona se escaparía de la cáscara o cubierta de los implantes de senos. Si se corta implantes de senos de gel cohesivo de siliconas, el relleno de los implantes de senos mantienen su forma. La textura podría compararse a una gomita dulce (golosina para niños)

Los implantes de silicona son muy suaves y naturales de sentir, y tienen una forma natural que les resulta muy atractivos a las mujeres que buscan un aumento de senos. Con implantes de senos de gel cohesivo, la consistencia del relleno hace que los implantes mantengan sus formas, por consiguiente hay menos posibilidades de ondeado de los implantes de senos. Hay muchos tamaños, alturas y proyecciones disponibles en implantes de senos de gel cohesivo.

Una desventaja es que los implantes de silicona vienen pre-rellenos, por lo que usted necesita una incisión ligeramente más grande para insertarlos. Hay también más oportunidades de contracción capsular en pacientes con implantes de silicona comparado con las pacientes con implantes salinos.  

Hay ciertas restricciones acerca de qué tipo de pacientes pueden conseguir implantes de silicona. Los casos en los que podrían aplicarse serían: mujeres que buscan reconstrucción de senos o revisión de implantes de senos preexistentes, mujeres que se han operado de cáncer de senos, las que tienen una lesión severa en el seno, ó un defecto de nacimiento que afecta al seno, o mujeres que ya tenían implantes de silicona antes de que ellos hayan sido retirados del mercado. (BRESCIA, Frank y otros. 1977)

6. Implantes en contacto con la sangre.

Los implantes en contacto con la sangre pueden dividirse en dos grandes categorías: implantes extracorporal de uso a corto plazo, tales como membranas para órganos articiales (pulmón o riñón artificial), tubos y catéteres para el transporte de la sangre, e implantes para uso in situ a largo plazo, tales como implantes vasculares y órganos artificiales implantables. Aunque los marcapasos no están en contacto directo con la sangre, deben incluirse aquí al tratarse de sistemas que ayudan a circular la sangre a través del cuerpo.

El requisito más importante de los implantes en contacto con la sangre es su compatibilidad con ella. Aunque la coagulación de la sangre es lo más importante para la compatibilidad en la sangre, los implantes no deben dañar proteínas, enzimas y elementos formados de la sangre (células rojas, células blancas y plaquetas). Los implantes se utilizan para sustituir o remendar grandes arterias o venas incluyendo el corazón y sus válvulas. La mayoría de materiales utilizados para estas aplicaciones son polímeros debido a su flexibilidad y fácil fabricación.

Los implantes de venas han encontrado algunas dificultades debido al colapso de las paredes de la vena adyacente o a La coagulación a causa de las bajas presiones y al flujo casi estático. Aun así, la substitución de venas no ha sido un problema mayor puesto que en la mayoría de los casos se pueden llevar a cabo autoinjertos. De todas formas se ha utilizado nylon, PTFE, y poliéster para estas aplicaciones.

Otra ventaja está en el anclaje que produce el crecimiento del nuevo tejido. La desventaja puede estar en las pérdidas iniciales a través de los poros, aunque ello se puede evitar precoagulando la superficie exterior del implante antes de colocarlo. Para fabricar este tipo de implantes se ha utilizado nylon, PTFE, poliéster, polipropileno y poliacrilonitrilo. Sin embargo los materiales más favorables parecen ser el PTEE, el poliéster y el polipropileno, debido al mínimo deterioro de sus propiedades físicas in vivo. De entre ellos es el poliéster (polietilenoteraftalato) es el más utilizado. Recientemente, se ha desarrollado un injerto arterial recubierto de carbono pirolítico que debido a sus propiedades no trombogénicas puede mejorar la no obstrucción del injerto y disminuir la necesidad de usar anticoagulantes después de la operación. En cuanto a la porosidad del tejido, en general se toma de tal manera que en un minuto pasen a través de un cm3 de tejido entre 5000 y 10000 ml de agua, a 120 mm Hg ( F.J. Gil, M.P. Ginebra,J.A. Planell. Biomateriales).

6.1 Válvula corazón.

Figura No.5 Válvula de corazón elaborada desilicona.

Existen cuatro válvulas en los ventrículos del corazón. Generalmente son las válvulas del ventrículo izquierdo (mitral y aórtica) las que se deterioran antes que las del ventrículo derecho, debido a la superior presión ventricular izquierda. La válvula aórtica acostumbra a ser la más importante y frecuentemente la más crítica, puesto que es la última puerta, a través de la cual debe pasar la sangre antes de pasar a circular por el cuerpo. Históricamente han existido muchos tipos diferentes de implantes de válvulas desde el principio de los años 60 en que se empezaron a utilizar. Al principio se pretendió imitar las válvulas naturales, utilizando hojuelas, pasándose posteriormente a diseños consistentes en una bola o un disco en el interior de una jaula. Los requisitos son los mismos que para los implantes vasculares, sólo que además deben mantener el flujo y la presión de la sangre con un ruido mínimo. Cabe señalar que también se han utilizado válvulas y colágeno procedentes de animales para implantes en humanos. En general todas las válvulas artificiales llevan un anillo de tejido de material polimérico que se puede coser al tejido vivo, lo que ayuda a la fijación inicial del implante hasta que se produce el verdadero crecimiento de tejido vivo como se ha explicado anteriormente.

Los sistemas de asistencia cardiaca pretenden sostener la circulación de la sangre cuando el corazón no puede funcionar normalmente, o durante cirugía cardiaca. Mientras la sangre es impulsada por una bomba, ésta puede ser oxigenada por el propio pulmón del paciente o por un oxigenador artificial. En todos los distintos tipos de oxigenadores (de membrana de burbuja y de película), el gas oxígeno entra en contacto con la sangre y simultáneamente se elimina el gas de desecho CO2. Las membranas que se utilizan acostumbran a ser de goma de silicona o de PTFE. En cuanto a la transferencia de O2 y de CO2, parece algo mejor la goma de silicona que el PTFE.

Aunque la mayoría de los implantes están diseñados para llevar cabo funciones mecánicas, de entre los que efectúan funciones eléctricas es quizás el marcapasos el implante por excelencia, mientras que en cuanto a funciones químicas se puede hablar de implantes tales como el riñón y el pulmón artificiales. Por su parte el corazón artificial o los sistemas de ayuda a la función cardíaca utilizan cámaras, válvulas y sistemas de bombeo de la sangre. La colocación de un corazón artificial autónomo es en la actualidad todavía imposible debido a la necesidad de alimentar con energía eléctrica dicho corazón. (Silva H, Bruno C, Albertal J.)

6.2 El marcapasos cardíaco

Se utiliza para regular el ritmo de contracción de los músculos del corazón. Básicamente un marcapasos debe suministrar una cantidad exacta de estímulo eléctrico al corazón, para las distintas velocidades de éste. En realidad el marcapasos consiste en unos electrodos conductores conectados a un estimulador. Los electrodos están bien aislados, generalmente con goma de silicona, excepto sus puntas que se suturan o fijan directamente a la red cardiaca. La punta acostumbra a ser de un metal noble de elevada resistencia a la corrosión y de razonable resistencia mecánica, como por ejemplo la aleación Pt – 10 % lr. Los problemas más significativos acostumbran a ser la rotura por fatiga de los electrodos y la formación de tejido de cicatrización colaginoso en la punta del electrodo que hace aumentar la resistencia eléctrica del contacto. La batería y los componentes electrónicos se aíslan al recubrirlos con una resina polimérica. Los marcapasos se acostumbran a substituir entre los 2 y los 5 años debido al agotamiento de la batería eléctrica. Baterías de mayor duración tampoco serían de mayor utilidad sino se resuelven los problemas de fatiga de los hilos y electrodos y de disminución de conductividad en los contactos. En este sentido se están desarrollando electrodos porosos que permitan el anclaje mediante el crecimiento de tejido muscular cardiaco, con lo cual se resolverían estos problemas.

Figura No.6 Marcapasos Victory SR

6.3 Riñón artificial.

La principal función de los riñones es la de eliminar los productos metabólicos de desecho. Los productos filtrados de desecho son principalmente: urea, sodio, cloruro, bicarbonato, potasio, glucosa, creatinina y ácido úrico. En el riñón artificial el componente clave será pues la membrana que pueda llevar a cabo este tipo de ultraje que se conoce como diálisis. Aparte de la membrana, el aparato de diálisis consiste también en un baño, una bomba que permite circular la sangre desde-la arteria hasta la vena, una vez limpia. El material utilizado en la mayoría de membranas es la celofana, que es un derivado de la celulosa. Idealmente, la membrana debería eliminar todos los desechos metabólicos como hace el riñón sano, debe ser compatible con la sangre y debe tener suficiente resistencia mecánica en estado húmedo para permitir el ultrafiltrado sin cambios dimensionales importantes.

Se han llevado a cabo intentos de mejorar las membranas de celofana mediante reticulaciones, copolimenzación y refuerzo mediante fibras de otros polímeros como el nylon. Asimismo, la superficie se ha recubierto de heparina para impedir la coagulación. Se han usado así mismo otros tipos de membranas tales como un polímero de polietilenoglicol y polierilenoteraftalato que puede filtrar selectivamente debido a los segmentos alternados hidrofílteos e hidrofóbicos (Bonow et al. Guidelines for the Management of Patients With Valvular Heart Disease.)

7. Sistema para la fijación interna de fracturas

En realidad los sistemas para la fijación de fracturas, fueron los primeros implantes que se desarrollaron. Los más simples y más versátiles son probablemente los distintos alambres metálicos (como las agujas de Kirschner) que se utilizan para mantener fijos diferentes fragmentos óseos.

Los problemas de corrosión y fatiga se agravan en los puntos de sujeción a causa de la concentración de tensiones que allí se produce. En general, las puntas de las agujas y de los clavos están cortadas de forma especial para que

Esto no significa que no se hayan fabricado placas de Co-Cr o clavos-placa de aleación de Ti, o bien que no se hayan ensayado placas de PMMA enfibrado con fibras de carbono o bien de un composite consistente en polietileno e hidroxiapatita (F.J. Gil, M.P. Ginebra,J.A. Planell. Biomateriales.)

7.1 Catéter

Un "punzocath" o catéter (del lat. catheter, y éste del gr. ?a?et??) es, en medicina, un dispositivo que puede ser introducido dentro de un tejido o vena. Los catéteres permiten la inyección de fármacos, el drenaje de líquidos o bien el acceso de otros instrumentos médicos.

Figura No 7 Catéteres de diferentes tamaños.

Por su versatilidad ha sido usado con éxito en múltiples productos de consumo diario. Tal es el caso de lacas para el cabello, labiales, protectores solares y cremas humectantes.

Dada su baja reactividad ha sido ampliamente usada en la industria farmacéutica en confección de cápsulas para facilitar la ingestión de algunos medicamentos, en antiácidos bajo la designación de meticona. Hay más de 1000 productos médicos en los cuales la silicona es un componente.

También es una sustancia comúnmente usada como lubricante en la superficie interna de las jeringas y botellas para la conservación de derivados de la sangre y medicamentos intravenosos. Los marcapasos, las válvulas cardíacas y el Norplant usan recubrimientos de silicona. Son también fabricados con silicona artefactos implantables como las articulaciones artificiales (rodillas, caderas), catéteres para quimioterapia o para la hidrocefalia, sistemas de drenaje, implantes.

Otra aplicación es la silicona para moldes como alternativa al látex en la fabricación de moldes por sus propiedades flexibles y antiadherentes. (Abdel-Halim, Rabie E. 1990).

RESULTADOS

Debido a las patentes y a la innumerable cantidad de productos elaborados con las siliconas, en la parte de: Aplicaciones particulares de la silicona solo se menciono su función dentro de la medicina puesto que las fuentes consultadas solo contenían esta información.

A través de esta investigación se encontró que los diferentes biomateriales ideales no existen puesto que hay materiales que se adaptan mejor al sistema inmunológico que otros. Pero estos materiales no pueden insertarse en el cuerpo de cualquier manera y no esperar rechazo por parte del sistema inmunológico. Además de la composición química y la estructura atómica del material, hay otros factores que deciden si una prótesis será aceptada por el sistema inmunológico. Entre ellos está la forma, el tamaño, la rugosidad superficial, la localización, la fijación de la prótesis y la función que desempeña.

La combinación de medicina e ingeniería es una relación difícilmente aceptable, puesto que la medicina al igual que la ingeniería, es una ciencia experimental. Pero hace clasificaciones cualitativas y en muy pocos casos cuantitativos. En la medicina casi nunca se mide nada. Esa ausencia de cuantificación en la medicina hace muy difícil el trabajo de los ingenieros a la hora de diseñar un nuevo biomaterial y comprobar resultados.

No obstante los nuevos estudios de elementos finitos están develando datos cuantitativos que suplen cada vez más esta deficiencia de la información.

Además se logró comprender las ventajas y desventajas de los biomateriales poliméricos, dentro de sus ventajas se encuentra:

• Fáciles de hacer.

• Propiedades factibles.

• Modificación superficial.

• Inmovilizar las células.

• Biodegradable

Dentro de sus desventajas están:

• Absorción de agua y proteínas.

• Contaminación de la superficie.

• Desgaste y ruptura.

• Biodegradación.

• Difícil para esterilizar.

Además se pudieron apreciar los criterios para la selección de materiales así como su deterioro.

Dentro de los criterios para la selección de materiales se encuentra, la mecánica y las propiedades químicas del biomaterial, la relación entre el costo y el beneficio, además que no tenga efectos biológicos indeseables como: cancerígenos, tóxicos, alérgicos o inmunológicos.

Los deterioros más comunes es por los anticorrosivos, la degradación, calcificación, la mecánica de carga entre otros.

CONCLUSIÓN

Con la elaboración de esta investigación nos hemos dado cuenta que sin duda alguna es impresionante la manera en la que han evolucionado los biomateriales y lo importante que es conocer sus propiedades tanto físicas como mecánicas ya que de esto depende en buena parte el comprender como habrá de comportarse.

Cabe mencionar que este tema se seleccionó con doble finalidad, la primera es reafirmar la carrera en la cual nos encontramos porque en realidad mi compañero y yo teníamos dos tipos de vista distintos, él se enfocaba mas en la rama de la medicina, mientras que por mi parte me enfocaba más a la estructura y la composición del material y el segundo objetivo era tener un amplio conocimiento de los beneficios de los biomateriales y sus diferentes aplicaciones.

Esta investigación también ha resultado satisfactorio ya que se aprendió como conocer a los biomateriales por sus propiedades así como por su tipo, sus estructuras externas e internas.

Es importante conocer el entorno en el que nos desarrollamos ya que de ello depende el aprovechamiento y las diferentes modificaciones y con ello nos dará mayor comodidad y un desarrollo económico en base al aprovechamiento.

Sin lugar a dudas se puede decir que los biomateriales forman una parte importante de la sociedad y de la medicina actual, los ingenieros lo han hecho con el único propósito de sacar mayor ventaja y poder adaptar su medio a las circunstancias requeridas en su momento, la sociedad cambia y con ella sus necesidades de toda índole, la industria evoluciona constantemente al igual que la ciencia, gracias a estos cambios podemos ir adelante y no ser victima de la estática, hay cambios y dinámica, pero esto exige cambios, tan necesarios y grandes como se deseen, quizás hasta se requiera de cambios sociales, cambios de actitud o quizás hasta cambios de estructuras económicas y gubernamentales.

El progreso nos arrastra y es mejor remar en el sentido que él se desarrolla para ser mejores, también no podemos estar esperando cazar tecnologías, tenemos la obligación de desarrollarlas y sacar adelante a nuestro país y su economía; no basta saber manejar la tecnología, sino ser padres de ella y poder sacarle el máximo de provecho, hoy es tiempo de contribuir y de mejorar, de lo contrario el rezago nos atrapará y pagaremos caro una mala actitud, que en mucho pudimos corregir y que no estuvimos dispuestos. Esperando que esta investigación contribuya a visualizar, que un buen salario es bueno, pero aportar a este país alguna idea, algún proyecto, algún invento; es todavía mucho mejor, el tiempo cambia, nosotros debemos hacerlo para bien de la comunidad y no tan solo para provecho personal, esperamos que podamos reconocer la falta de una buena actitud y ser protagonistas en la tecnología, ser maestros y no aprendices.

GLOSARIO

Cianoacrilato: Se utiliza para designar un conjunto de sustancias usadas como adhesivos de fraguado rápido, por lo que se las conoce también como supercementos.

Se emplean para reparaciones domésticas y en la industria. Los dos tipos de cianoacrilatos usados actualmente se distinguen por poseer un éster de metilo o de etilo en el monómero.

Colágeno: Es una molécula proteica que forma fibras, las fibras colágenas. Estas se encuentran en todos los animales pluricelulares. Son secretadas por las células del tejido conjuntivo como los fibroblastos, así como por otros tipos celulares. Es el componente más abundante de la piel y de los huesos, cubriendo un 25% de la masa total de proteínas en los mamíferos.

Creatinina: Es un compuesto orgánico generado a partir de la degradación de la creatina (que es un nutriente útil para los músculos). Es un producto de desecho del metabolismo normal de los músculos que usualmente es producida por el cuerpo en una tasa muy constante (dependiendo de la masa de los músculos), y normalmente filtrada por los riñones y excretada en la orina. La medición de la creatinina es la manera más simple de monitorizar la correcta función de los riñones.

Dimetil: Es un líquido orgánico sin color que contiene sulfuro, usado como disolvente orgánico industrial a partir de 1940, como criopreservante a partir de 1961 y como un medicamento (reduce el dolor y la inflamación). Por su propiedad de atraversar rápidamente la epidermis y las membranas celulares el DMSO sirve también como acarreador de drogas o venenos.

EPDM: (Etileno Propileno Dieno Monómero (clase M) de caucho):

Es un tipo de caucho sintético, Es una elastómero que se caracteriza por la amplia gama de E applications.The consulta Etileno, P Propileno, D dieno y M se refiere a su clasificación en ASTM estándar D-1418. La "M" clase incluye gomas que tiene una cadena saturada del tipo polymethylene. El dieno (s) actualmente utilizados en la fabricación de caucho EPDM se DCPD (diciclopentadieno), BNT (norbornene etilideno) y VNB (norbornene de vinilo).

Epoxis: Un polímero termoestable que se endurece cuando se mezcla con un agente catalizador o "endurecedor". Las resinas epoxi más frecuentes son producto de una reacción entre epiclorohidrina y bisfenol-A.

Osteoclasto: Es una célula multinucleada que degrada y reabsorbe hueso. Al igual que el osteoblasto, está implicado en la remodelación de hueso natural. Deriva de células hematológicas.

Fénol: Es un sólido cristalino de color blanco-incoloro a temperatura ambiente. Su fórmula química es C6H5OH, y tiene un punto de fusión de 43 ºC y un punto de ebullición de 182 ºC.

Imidas: Es un grupo funcional que consiste en dos grupos carbonilo enlazados a un átomo de nitrógeno. Las imidas generalmente son preparadas directamente partiendo desde el amoníaco o desde una amina primaria y algún ácido carboxílico o anhídrido acético. La estructura general de una imida es como la que se muestra a la izquierda.

Metilvinil: Es un compuesto orgánico, concretamente una enona. Es un líquido altamente tóxico, inflamable e incoloro con un olor acre. Es fácilmente soluble en agua, metanol, etanol, acetona, y ácido acético.

Olefnas: Es una olefina es un compuesto que presenta al menos un doble enlace Carbono-Carbono. Es un término anticuado que está cayendo en desuso. La IUPAC ha internacionalizado el término alqueno.

Ortoesteres: Es un grupo funcional que contiene tres grupos alcoxi unidos a un solo átomo de carbono. El nombre también puede hacer referencia a cualquier compuesto orgánico que contenga este grupo funcional.

Poliacetal: El Poliacetal, también llamado Polioximetileno (POM), Acetal o Poliformaldehído es un termoplástico de ingeniería, usado en partes de precisión que requieren alta rigidéz, baja fricción y una excelente estabilidad dimensional. Fue creado por DuPont entre 1952 y 1956,1 siendo más conocido por su marca comercial: delrin.

Reticulación: es una reacción química presente en la química de los polímeros.

De igual manera que la vulcanización o el curado, implica la formación de una red tridimensional formada por la unión de las diferentes cadenas poliméricas.

Existen diferentes tipos de reticulación, que se pueden lograr con un solo polímero o dos o más polímeros que reaccionan para formar una unidad.

Silicio: Es un elemento químico metaloide, número atómico 14 y situado en el grupo 4 de la tabla periódica de los elementos formando parte de la familia de los carbonoideos de símbolo Si. Es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre (27,7% en peso) después del oxígeno. Se presenta en forma amorfa y cristalizada; el primero es un polvo parduzco, más activo que la variante cristalina, que se presenta en octaedros de color azul grisáceo y brillo metálico.

Siloxano: Silicona más común.

Termoplásticos: es un plástico que, a temperatura ambiente, es plástico o deformable, se derrite cuando se calienta y se endurece en un estado vítreo cuando se enfría lo suficiente. La mayor parte de los termoplásticos son polímeros de alto peso molecular, los cuales poseen cadenas asociadas por medio de débiles fuerzas Van der Waals (polietileno); fuertes interacciones dipolo-dipolo y enlace de hidrógeno, o incluso anillos aromáticos apilados (poliestireno). Los polímeros termoplásticos difieren de los polímeros termoestables en que después de calentarse y moldearse pueden recalentarse y formar otros objetos, mientras que en el caso de los termoestables o termoduros, después de enfriarse la forma no cambia y arden.

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Autor:

José Iván Estrada Quintana

Gabriela Polo Aguilar

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CHIHUAHUA

Ingeniería en Materiales

Responsable: M.C. Elvia D. Lozano Rodríguez

Chihuahua, Chihuahua. Diciembre del 2010.