La biomecánica en las extremidades del cuerpo humano

Abstract

En la siguiente investigación se realizara sobre la biomedicina la cual es una materia moderna ya que su concepto está en la creación y diseño de tecnología sanitaria la cual se puede venir como Biomecánica en el cuerpo, además se va a venir los tipos de prótesis existentes para las personas discapacitadas y cuales prótesis pueden ser aplicadas en el buen vivir de la población con discapacidades, siendo la discapacidad más relevante en el mundo la discapacidad de las extremidades del cuerpo. Se deberá tener en claro que la biomecánica también es parte de la biomedicina.

Introducción

La biomedicina tiene diferentes ramas una de las cuales es la biomecánica del cuerpo humano, la Biomecánica es la aplicación de la ingeniería y mecánica en la medicina, para el cuerpo humano su propósito es la creación y diseño de nuevos equipos médicos, prótesis, programas de diagnóstico, etc. La biomecánica comenzó desde que la humanidad comenzó a necesitar de aparatos para la sobrevivencia, los cuales eran complicados de adaptar al cuerpo humano, así surge la idea de unir la ingeniería en la medicina. Como ejemplo se tiene los soldados en las guerras algunos de ellos venían con partes de sus cuerpos mutiladas, entonces se aplicó la Biomecánica ya que el cuerpo humano es como una maquina además se adaptaba a cualquier tipo de vida, así se decidió crear las diferentes prótesis y equipos los cuales pueda adaptarse al cuerpo humano para su sobrevivencia. [2]

Otro concepto seria que la biomecánica es una materia cienti?ca que tiene por objeto el estudio de las estructuras de carácter mecánico que existen en los seres vivos, fundamentalmente del cuerpo humano. Esta area de conocimiento se apoya en diversas ciencias biomédicas, utilizando los conocimientos de la mecánica, la ingeniería, la anatomía, la entre otras. [14]

Figure 1: Biomedicina [1]

Las prótesis son una extensión articula que reemplaza una parte del cuerpo que falta por distintos motivos. El principal objetivo de una prótesis es sustituir una parte del cuerpo que haya sido perdida por una amputación o que no exista por causa de algún suceso, cumpliendo las mismas funciones que la parte faltante. Además se suele utilizar con unes estéticos para suplir al cuerpo de funciones que carece naturalmente y mejorar el estilo de vida. [8]

Figure 2: Prótesis [9]

Sustento Teórico

2.1 Bioingeniería

Una de las denticiones más aceptadas de Bioingeniería es aquella propuesta en 1972 por el"Comités of te Engineer"s Joint Council" de los Estados Unidos:"La Bioingeniería es la aplicación de los conocimientos recabados de una fértil cruza entre la ciencia ingenieril y la médica, tal que a través de ambas pueden ser plenamente utilizados para el benecito del hombre". [13]

Otra de?nicion, realizada por Heinz Wol? en 1970, es la siguiente: "La Bioingeniería consiste en la aplicación de las técnicas y las ideas de la ingeniería a la biología, y concretamente a la biología humana. El gran sector de la Bioingeniería que se riere especialmente a la medicina, puede llamarse más adecuadamente Ingeniería Biomédica". [13]

2.1.1 Aplicaciones de la Bioingeniería

Biónica: Es la aplicación de los principios de los sistemas biológicos a modelos ingenieriles con el gen de crear dispositivos especi?cos. [13]

Figure 3: Biónica [13]

Biología Aplicada: Es la utilización de los procesos biológicos extendidos a escala industrial para dar lugar a la creación de nuevos productos. [13]

Figure 4: Biología [13]

Ingeniería Biomédica: Es la aplicación de la ingeniería sobre la medicina en estudios con base en el cuerpo humano y en la relación hombre-máquina, para proveer la restitución o sustitución de funciones y estructuras dañadas y para proyectar y luego construir instrumentos con unes terapéuticos y de diagnóstico. Esta es la rama de la Bioingeniería donde se vírica más directamente el impacto entre la medicina y la ingeniería. [13]

Figure 5: Ing. Biomédica [13]

Ingeniería Ambiental: Es el uso de la ingeniería para crear y controlar ambientes ´óptimos para la vida y el trabajo. [13]

Figure 6: Ing. Ambiental [13]

2.2 Biomecánica.

La biomecánica tiene por objeto el estudio de las partes que existen en el cuerpo humano. Esta ´área de conocimiento se apoya en diversas ciencias biomédicas, utilizando los conocimientos de mecánica, ingeniería y otras disciplinas, para el estudio de cómo se comporta el cuerpo humano. Está ligada a la biónica y usa algunos de sus principios ha tenido un gran desarrollo en relación con las aplicaciones de la ingeniería a la medicina, la bioquímica y el medio ambiente, tanto a través de modelos matemáticos para el conocimiento de los sistemas biológicos como en lo que respecta a la realización de partes u ´órganos del cuerpo humano y también en la utilización de nuevos métodos diagnósticos.[6] Tiene un sin número de aplicaciones en la práctica médica; desde la clásica pata de palo, a las bosticadas ortopedias con mando mioelectrico y de las valvulas cardiacas a los modernos marcapasos en la implantación de prótesis. "Hoy en día es posible aplicar con ´éxito, en los procesos que intervienen en la regulación de los sistemas modelos matemáticos que permiten simular fenómenos muy complejos en potentes ordenadores, con el control de un gran número de parámetros o con la repetición de su comportamiento. Las investigaciones en biomecánica ayudan a predecir el comportamiento del cuerpo humano, así como a reforzarlo y optimizarlo arti?cialmente; permiten sustituir partes del cuerpo y propician el desarrollo de equipamiento clínico o quirúrgico. La biomecánica medica estudia el movimiento humano, a través de múltiples análisis (musculo esqueléticos, de tejidos y biomateriales, cardiacos, vasculares y respiratorios) y gracias a ello es posible proponer el diseño de calzado especializado para niños, pacientes diabéticos, deportistas y personas con capacidades diferentes, entre muchos otros."[11]

Figure 7: Biomecánica aplicada al cuerpo humano[7]

Los avances de la biomecánica no se centran en una sola ´área de estudio sino que existen diversas líneas de investigación y a diversas partes del cuerpo, todas ellas con un gran universo de estudio. [15]

De igual forma, existen tres ´ámbitos generales para el estudio de la biomecánica, los cuales son:

• Biomecánica medica. Para evaluar las patologías que aquejan al cuerpo humano y generar soluciones

capaces de evaluarlas, repararlas o mitigarlas.

• Biomecánica deportiva. Para el análisis de la práctica deportiva en busca de mejorar su rendimiento,

desarrollar técnicas de entrenamiento y diseñar complementos, materiales y equipamiento de altas prestaciones.

• Biomecánica ocupacional. Para analizar particularmente la interacción del cuerpo humano con los elementos con que se relaciona en diversos

Ámbitos y adaptarlos a sus necesidades y capacidades. [15]

Sistemas y Servicios de la Biomecánica

3.1 Valoración de Raquis.

"Se realizan diferentes pruebas para objetivar la repercusión funcional de las protrusiones o hernias discales, espondilólisis, espondilolistesis, y demás afecciones del sistema musculoesqueletico a nivel de columna."[25]

Valoración de latigazo cervical, lumbalgias, dorsalgias, cervicalitas.

1 -Columna cervical: Se realizan, según protocolo, electromiografía dinámica de extremidades superiores, test de relajación cervical, test de fatiga muscular, análisis del movimiento de columna cervical en 3D y sistema de dinamometría y punzonería computarizada. [25]

2 -Columna dorsal Se realiza, según protocolo, test de relajación dorsal y análisis de movimiento en 3D de la columna dorsal. [25]

3 -Columna lumbar Se realizan, según protocolo, análisis de la marcha con plantillas instrumentadas o plataforma dinamométrica, electromiografía dinámica de extremidades inferiores, test de relajación lumbar y test de fatiga muscular y análisis del movimiento de columna lumbar en 3D. [25]

PRUEBAS ESPECIFICAS

1 -Valoración del equilibrio Exploración complementaria en la cual podemos objetivar la capacidad del mantenimiento del equilibrio mediante plataforma estabilometrica realizando un protocolo de exploraciones preestablecidas. [25]

2 -Fibromialgia Exploración complementaria en la cual podemos objetivar análisis de la marcha mediante plataforma dinamométrica para valorar todas las fuerzas que actúan durante las distintas fases de la marcha, dinamometría punzonería computarizadas para valorar la fuerza en extremidad superior y electromiografía dinámica de super?cie para evaluar la presencia de contractura muscular paravertebral lumbar y la presencia de fatiga muscular paravertebral cervical, dorsal y lumbar. [25]

3.2 Valoración de Extremidad Superior.

"Se realizan diferentes pruebas para valorar la repercusión funcional de diferentes patologías musculoesqueleticas, como síndrome su acromial, tendinitis en hombro, codo, muñeca y mano, síndrome de túnel carpiano, entre otras muchas."[15]

1 -Hombro: Se realizan, según protocolo, electromiografía dinámica de super?cie de los músculos subsidiarios del hombro y análisis de movimiento en 3D de los movimientos de la articulación del hombro. [15]

2 -Codo Se realiza, según protocolo, electromiografía dinámica de super?cie de la musculatura del brazo y análisis de movimientos en 3D de la articulación humero-cubital y radio-cubital. [15]

3 -Muñeca Se realiza, según protocolo, electromiografía dinámica de super?cie de la musculatura del antebrazo, dinamometría y pinzometria computarizada y análisis de movimientos en 3D de la articulación radio-carpiana y radio-cubital. [15]

4 -Mano Se realiza, según protocolo, electromiografía dinámica de super?cie de mano y antebrazo, goniometria electronica y sistema de dinamometría y pinzometria computarizada. [15]

PRUEBAS ESPECIFICAS Epicondilitis Exploración conjunta de codo y muñeca, emisión de un solo informe integrando ambos segmentos articulares, cuando nos rieren en historia clínica que el paciente esta afecto de dicha enfermedad. [15]

3.3 Valoración de Extremidad Inferior.

"Se realizan diferentes pruebas para objetivar la repercusión funcional de diferentes patologías musculoesqueleticas, tanto a nivel articular como a nivel global afectando a la marcha. Ejemplos: fractura de calcáneos, meniscopatias, ligamentopatias, artrosis."[8]

1 -Cadera: Se realizan, según protocolo, análisis de la marcha con plantillas instrumentadas, electromiografía dinámica de super?cie de musculatura subsidiaria de la cadera y análisis de movimiento en 3D de dicha articulación. [8]

2 -Rodilla Se realiza, según protocolo, análisis de la marcha con plantillas instrumentadas, electromiografía dinámica de super?cie de extremidades inferiores y análisis de movimiento de la rodilla en 3D. [8]

3 -Tobillo Se realiza, según protocolo, análisis de la marcha con plantillas instrumentadas, electromiografía dinámica de super?cie de extremidades inferiores y análisis de movimiento en 3D de la articulación del tobillo. [8]

PRUEBAS ESPEC ´IFICAS Marcha Se realiza, según protocolo, análisis de la marcha mediante plataforma dinamométrica y plantillas instrumentadas y electromiografía dinámica de super?cie de extremidades inferiores estática y dinámica.[8]

Prótesis para las Extremidades

4.1 Prótesis de extremidades inferiores.

Una prótesis jamás podrá reemplazar al cien por cien las funciones de un miembro amputado, pero el objetivo anal del trabajo en equipo de los profesionales, es que un amputado vuelva a caminar y que su reinserción social y laboral sea posible. [26]

Figure 8: Prótesis de pie [26]

Prótesis de Pie

Las prótesis tienen por misión reequilibrar el pie y compensar de manera funcional el segmento amputado.

4.1.1 Amputación de Sume

Se trata de una prótesis lenitiva en obra de carbono. La alta resistencia de la obra de carbono permite abertura de ventanas en sentido anteroposterior para disminuir el peso y mejorar la ventilación. [26]

Prótesis tibial

La importancia de la conservación de la articulación de la rodilla es evidente en un amputado tras tibial para la recuperación de la marcha con su prótesis. El protesista realiza la prótesis según principios biomecanicos cienti?cos bien estudiados. [26]

Encaje HST. Es una variante del encaje TSB. La toma de molde se realiza mediante una cámara de presión de aire para repartir las fuerzas de presión de manera uniforme.

Figure 9: Toma de molde para la realización del encaje de una prótesis tibial [26]

Figure 10: Prueba y alineación protésica del encaje [26]

Figure 11: Prótesis tibial tipo KBM con pie graduable en equino para realizar actividades subacuáticas como el"sorqui" [26]

Prótesis femoral

Las prótesis de contacto total se pueden adaptar satisfactoriamente a un muñón de amputación a nivel del muslo obteniendo con ello la posibilidad de una buena marcha. ITO dispone actualmente de nuevos materiales y elementos de ´ultima generación que le permite construir prótesis con buena funcionalidad.

Figure 12: Prótesis femoral [26] Prótesis femoral cosmética de baño

Figure 13: Prótesis femoral exoesqueletica de baño con encaje rígido tipo CADCAM [22]

Figure 14: Adaptación individualizada para cualquier tipo de malformación congénita [22]

4.2 Prótesis para extremidades superiores

Existe un porcentaje elevado entre los amputados de miembro superior, especialmente cuando son unilaterales, que usan poco sus prótesis. Esto se debe a la perdida de información propioceptiva, a la disculpad de aprender su uso y a las incomodidades de la misma. [22]

Por esta razón es importante a aplicar una prótesis de extremidad superior seleccionar el sistema, la técnicas y los materiales que eviten al máximo las di?cultades asociadas al uso de la prótesis por el amputado.

Figure 15: Prótesis de Brazo [22]

Para inmovilizar extremidad superior en casos de fracturas Oseas "y/o esguinces de codo. Mucho más cómodo que un yeso puesto que pesa menos y además se puede retirar para realizar la higiene personal. [26]

Figure 16: Bruce articulado [26]

Conclusiones

En la actualidad, existen distintas ramas de la biomecánica en desarrollo una de las más importantes son las prótesis de cualquier tipo porque ayuda a mejorar el estilo de vida de personas que por algún motivo no tienen sus extremidades del cuerpo, sin embargo existen algunas que tienen un desarrollo pobre, con la implementación de estas técnicas en la medicina, se podrían resolver muchos casos de decencias musculares y óseas, reparar malformaciones y devolver la movilidad y estabilidad de una persona que haya sufrido un accidente.

Además que la biomecánica no solo se enfoca en el tema de prótesis, también hay un gran interés en equipos de diagnostico y reconstrucción de las partes del cuerpo. Para las prótesis se debe tener en cuenta que su obtención es demasiado costosa ya que solo la gente pudiente puede obtenerlas.

En el caso de biomecánica ósea, es una rama de la biomecánica que más aplicaciones tiene, ya que cuenta con diferentes pruebas de materiales hacia el cuerpo humano se debería profundizar más en el tema ya que se podrían reparar malformaciones del cuerpo, deformaciones de los huesos reemplazando la zona afectada por diversas aleaciones de metal u otro material, haciendo que la persona afectada recupere su movilidad o su estabilidad ósea, además de cambiar totalmente su estilo de vida.

Referencias

[1] http://blog.uniararas.br/biomedicina/?attachment id=785

[2] http://revistasocialesyjuridicas..wordpress.com/2010/09/02-tm-08.pdf

[3] http://www.csic.es/web/guest/biologia-y-biomedicina

[4] http://www.technologyreview.es/read article.aspx?id=36646

[5] http://www.slideshare.net/zulith93/biomedica-3115735

[6] http://www.aragoninvestiga.org/la-investigacion-biomedica-avanza-enmodelos-de-protesis-e-implantes/

[7] http://www.castillo-olivaresjl.com/biomedicina.htm

[8] http://www.baasys.es/valoracion-extremidad-inferior.html

[9] http://www.revistau.com/el-arte-de-las-protesis-1855.htm

[10] http://www.centrodevaloracion.com/web/Art%EDculos%20Biomec%E1nica/BIOMEC%C1NICA001.pdf

[11] http://www.ecured.cu/index.php/Biomec%C3%A1nica

[12] Libro "Biomecánica". Policl´inico Docente "Bartolom´e Mas´o M´arquez"

[13] http://www.bioingenieros.com/areas.asp

[14] pdf. Biomecánica del pie por Fernando Chico Ruiz

[15] http://www.baasys.es/valoracion-extremidad-superior.html

[16] pdf biomecánica del tejido oseo, por Klgo. Lic. MS. Francisco Guede R. Klgo. Lic. MS. © Juan Caama˜no C.

[17] Yong-Hing K y Kirkaldy-Willis W. The pathophysiology of degenerative disease of the lumbar spine. Orthop Clin North Am 1983; 14:491-504.

[18] pdf esquerraquis lumbar Enzo Mantelli L.

[19] http://www.conganat.org/iicongreso/conf/018/dinamica.htm

[20] Kostuik JP. Controversies in cauda equina syndrome and lumbar disc her-niation. In Wiesel SW, Weinstein JN, Herkowitz H, et al (Eds.): The Lumbar Spine, ed 2. Philadelphia: WB Saunders, 1996, Vol 1, pp 582-587.

[21] Hench, L. L. y Polar, J. M. (2002). Third generation Biomedical Materials. Science, 295: 1014 -1017.

[22] http://tecnalia.es/down/Salud Tecnalia.pdf.

[23] pdf introduction a la biomecánica

[24] http://www.cic-ctic.unam.mx/download/elfaro/elfaro88 89.pdf

[25] http://www.baasys.es/pruebas-de-biomecanica.html

[26] http://www.ortopedia-online.com/ortopedia-a-medida.asp?id=18

Autor:

David Andrés Zamora Becerra

Universidad Politécnica Salesiana -Sede Cuenca