Abstract
This paper addresses the bioengineering is a science
that studies the solution of problems concerning the health of
human beings, through biomedical. Biomechanics helps to build
artificial organs for the best development in human
health.
Index Terms—Bioingeniería,
biomédica, biomecánica, órganos
artificiales.
Introducción
ESTE documento está dirigido a resaltar la
importancia que la bioingeniería ha logrado en estos
últimos tiempos, como una ciencia capaz de ayudar a
resolver los grandes problemas que el hombre hasta antes de su
aparición no había logrado solucionar, referentes a
la salud del ser humano, cuando órganos claves para su
funcionamiento, no podían ser reemplazados ni sustituidos,
e irremediablemente estaba condenado a vivir una vida llena de
dolor y sufrimiento hasta cuando le llegaba la muerte.
Proporcionar a la humanidad de varias alternativas para
resolver grandes problemas de la salud, es cuanto busca este
amplio campo de la ciencias denominada como bioingeniería
y que actúa a través de las ramas de la
ingeniería biológica, la ingeniería
biomédica y de la ingeniería clínica, las
mismas que actualmente se desenvuelven en forma independiente en
cada uno de los campos en los cuales han profundizado su
investigación y aplicación para servir a la
humanidad.
Este trabajo busca enfocar cada una de estas ramas en su
campo de acción y cuales los beneficios que actualmente
prestan a la humanidad, especialmente en el campo de la
salud.
Conceptos
A. Ingeniería Biomédica
La ingeniería biomédica es una disciplina
que une a la ingeniería y la medicina; aplica los
principios, métodos, tecnología de la
ingeniería para así poder comprender y resolver
problemas de biología y medicina [3].
La ingeniería biomédica tiene un amplio
campo de acción, por lo que se conoce como una ciencia
multidisciplinar. Existen diversos desgloses de disciplinas para
esta ingeniería, como son [4]:
Biomagnetismo y técnicas
cerebrales.Biomateriales.
Biomecánica y biotransporte.
Instrumentación médica.
Ingeniería molecular y celular.
Biología de sistemas.
Edgar Chuva Gomez: Estudiante de Ingeniería
Electronica, Universidad Politécnica Salesiana Sede
Cuenca, e-mail: echuva@est.ups.edu.ec.
B. Bioingeniería
Según la IEEE (Institute of Electrical and
Electronics Engineers) define la bioingeniería como: "La
ciencia que estudia y busca la aplicación de principios y
métodos de las ciencias exactas, en general, y de la
ingeniería, en particular, a la solución de
problemas de las ciencias biológicas y médicas"
[1], [2]; también se manifiesta que el IEEE dividió
a la bioingeniería en tres grandes
áreas:
1. Ingeniería clínica.
Está contenida en la ingeniería
biomédica, se dirige tratar los problemas
asistenciales de salud en hospitales y trabaja junto a la
medicina con su misma jerarquía e integrada a
ella.2. Bioingeniería o ingeniería
biológica. Esta rama trata sobre el
descubrimiento de nuevos fenómenos e intenta dar una
mejor visión de fenómenos ya conocidos. Se
considera como la más general y
básica.3. Ingeniería biomédica.
Está contenida en la bioingeniería, se orienta
hacia el ser humano, con la finalidad de manejar las
enfermedades, se investigan los problemas básicos y
aplicados.
Aplicaciones
A. Biomecánica
La biomecánica estudia la actividad del cuerpo
humano. El objetivo de este estudio es de las estructuras
carácter mecánico del cuerpo humano; para lograr
esto se apoya en diversas ciencias biomédicas, en las que
se aplican los conocimientos de la mecánica,
ingeniería, anatomía, y la fisiología. La
finalidad es estudiar el comportamiento para poder resolver los
problemas que se pueden presentar por distintas condiciones que
pueden ser sometidos como enfermedades que pueden afectar al ser
humano [5], [6].
Algunas de las investigaciones son en:
Sensores
Estimuladores
Órganos artificiales
Prótesis
La biomecánica ha alcanzado un gran desarrollo en
la realización de partes u órganos del cuerpo
humano.
1) Órganos artificiales: Se entiende
como órganos artificiales a dispositivos
electrónicos que son implantados en el cuerpo humano para
sustituir un órgano con el objetivo de que este puede
cumplir la misma función. Con lo que el dispositivo no
puede contener cables, ni baterías que necesiten estar
conectadas a una batería de forma continua [7],
[8].
Existen algunos tipos de órganos artificiales
como son:
Cerebro
Corazón
Cuerpos cavernosos
Hígado
Extremidades
Oído
Ojo
Ovarios
Pulmones
Páncreas
Tráquea
Válvulas estomacales: Cardias y
Píloro.Vejiga
B. Corazones Artificiales
Es una prótesis o un dispositivo que se implanta
en el cuerpo humano para reemplazar al corazón
biológico que va a cumplir con las mismas funciones que el
reemplazado [9].
Existen dos tipos de corazones artificiales:
TAH (Corazón Artificial Total): es un
dispositivo que requiere de la misma intervención como la
que se realiza en un trasplante de corazón, es decir que
se realiza un reemplazo del corazón biológico por
el de la prótesis [10], [11].
El VAD (Dispositivo de asistencia
cardíaca): es un dispositivo que no se requiere de
extraer el corazón biológico durante la
implantación del dispositivo; este se coloca junto al
corazón del paciente para brindar un soporte y asistencia
al órgano mientras se recupera; estos se dividen en LVAD
(asistencia ventricular izquierda) y RVAD (asistencia ventricular
derecha) [10], [12].
1) Corazón Artificial Total (TAH): El
primer corazón artificial permanente fue implantado el 1
de diciembre de 1982. Fue Syncardia CardioWest quién
desarrolló el primer corazón artificial e
implantable que recibió el visto bueno de la FDA, el
provisional "Total Artificial Heart" o "TAH-t" (Corazón
Totalmente Artificial). Fig. 1. [13], [17], [18].
Figure 1. Corazón Artificial
[13]
Funcionamiento: el sistema del dispositivo se
basa en una combinación de tejidos animales y titanio.
"En los tejidos animales se realiza un tratamiento
químico que los vuelve inofensivos al cuerpo humano; y se
emplea una correcta distribución de los diferentes flujos
sanguíneos que se adaptan mejor al organismo y evitan la
formación de coágulos"
[14], [15].
Está formado por una bomba de flujo axial (4cm de
largo y un peso de 400 gramos), "se coloca dentro del
tórax, y va conectada con un cable que sube verticalmente
hacia la oreja izquierda, por donde sale para ser recargado con
corriente eléctrica, usando un sistema parecido al de una
batería de teléfono móvil" [19]. Esta
bomba está compuesta por un motor bomba por cánulas
de entrada y salida, y una unidad de control.
La misma que impulsa la sangre desde el ápex del
ventrículo izquierdo (la punta del corazón) hasta
la aorta. Es accionada de forma electromagnética La
turbina rota a una velocidad de entre 6.000 y 15.000 revoluciones
por minuto y proporciona de 8 a 10 litros de flujo continuo por
minuto, Fig. 2.
La prótesis se encuentra dentro del cuerpo del
paciente y un cable cruza la piel y se conecta con la unidad de
control, esta a su vez funciona con energía
eléctrica o con dos baterías que le da una
autonomía de unas 12 horas. Implantado en el cuerpo no
necesita calibraciones [16], [20].
Figure 2. Corazón artificial,
expuesto en el Museo de Ciencia de Londres
[15].
Este dispositivo está diseñado para
adecuarse a las necesidades de cada paciente, por los sensores
electrónicos que lo componen. Así se puede
controlar: el flujo sanguíneo, la frecuencia cardiaca y la
presión arterial [15].
2) Dispositivo de asistencia cardiaca (VAD): Es
un dispositivo como una bomba mecánica que ayuda a un
corazón enfermo a bombear sangre al cuerpo. Este
dispositivo no reemplaza al corazón dañado
[21].
EL dispositivo puede bombear sangre al ventrículo
izquierdo (LVAD), al ventrículo derecho (RVAD) o a ambos a
la vez (BiVAD) [12], [22].
Funcionamiento: ayuda al corazón del paciente a
bombear suficiente sangre a todo el cuerpo.
El VAD contiene una bomba, un sistema de control y un
suministro de energía. Pueden tener una batería o
pueden tener aire comprimido. Fig. 3. [22], [24].
Figure 3. Un dispositivo de asistencia
ventricular para el ventrículo izquierdo (LVAD) que
impulsa la sangre desde el ventrículo hacia la aorta,
conectado a una unidad de control externa y a las baterías
[22].
La energía y el sistema de control se encuentran
fuera del cuerpo, y la bomba puede colocarse dentro o fuera del
cuerpo. Fig. 4. [24].
Figure 4. Transferencia de energía
[24].
En el dispositivo, la sangre fluye desde los
ventrículos hacia el interior de una bomba. El dispositivo
de asistencia ventricular izquierda (LVAD) recibe sangre del
ventrículo izquierdo y la conduce hacia la aorta, la gran
arteria que transporta la sangre desde el corazón hacia el
resto del cuerpo. El dispositivo de asistencia ventricular
derecha (RVAD) recibe sangre del ventrículo derecho y la
conduce hacia la arteria pulmonar, la arteria que transporta la
sangre desde el corazón hacia los pulmones. Fig. 5. [23],
[25].
Figure 5. Funcionamiento de un
dispositivo de asistencia de ventrículo izquierdo (LVAD)
[25].
Un VAD alivia parcialmente los síntomas de
insuficiencia cardíaca severa, como la respiración
entrecortada y la fatiga.
Conclusiones
La humanidad hasta antes de la aparición y
desarrollo de esta ciencia, siempre consideró que cuando
alguno de los órganos del cuerpo humano sufría
algún deterioro ya como consecuencia de una enfermedad o
de un accidente, irremediablemente no le quedaba más que
esperar una larga enfermedad o una muerte, ambas llenas de
sufrimiento y dolor. En la actualidad lo que esta ciencia busca
es llegar a todos los estratos sociales para que se beneficien
con el producto de sus investigaciones, especialmente
disminuyendo el costo unitario de cada producto, para que sea
accesible a quienes urgentemente requieren de los mismos, para
aliviar sus dolencias.
A futuro, esta ciencia debe profundizar sus
investigaciones en otros campos de la salud del ser humano,
especialmente al relacionado con lesiones que producen
enfermedades que o destrucción o deterioro de partes
componentes del cerebro que producen graves enfermedades mentales
hasta hoy no resueltas ya que aún no existe
curación.
References
[1] Institute of Electrical and Electronics
Engineers (IEEE); Disponible en la página de Internet
URL: ieee.org.[2] Valentinuzzi, Máximo Eugenio.
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José. Introducción a la Bioingeniería.
España: Boixareu editores, 1998.[3] Joseph D. Bronzino. Biomedical Engineering
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0-8493-0461-X.[4] Introducción a la
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doi:10.1016/S0142-9612(02)00007-8.
Autor:
Edgar Rafael Chuva Gomez,
Universidad Politécnica
Salesiana
Electrónica Analogica
Sede Cuenca