Resumen
Cada día los adelantos científicos superan la imaginación humana, los inventos tecnológicos han impresionado al mundo entero y las aplicaciones han sido para diferentes áreas de estudio; pero existen muchos grupos de investigación dedicado a la biomédica y es por eso que hemos optado por realizar un estudio del arte respecto a este tema y los avances que esto le ha traído a la medicina; como las nuevas alternativas que tenemos para el diagnóstico de las enfermedades, prótesis robóticas para personas con discapacidad, creación de nuevas medicinas capaces de atacar alguna enfermedad de forma específica y eficaz.
Introducción
El avance tecnológico con la biomédica es asombroso, de tal manera que el diseño de prótesis está directamente ligado con las necesidades de un ser humano, como el entendimiento entre lo tecnológico y la biomecánica de un cuerpo. [1]
Cuando hablamos de prótesis e implantes, nos referimos a una extensa variedad de opciones, ya que podemos tener una prótesis de rodilla, cadera, órganos internos, es decir, existen prótesis que suplanta una parte o un miembro completo del cuerpo humano como dedos, mano, pierna, brazo, pie, etc. obteniendo también prótesis oculares o implantes de tejidos de piel. [2]
Estos suplementos médicos son desarrollados para ayudar el funcionamiento de una parte del cuerpo humano, por lo cual cada prótesis se diseña según la necesidad del paciente
Biomédica
Podemos decir que la ingeniería biomédica es la aplicación de los conocimientos en ingeniería eléctrica y electrónica al campo de la medicina [3]; esta rama de investigación principalmente se dedica a la invención de nuevos equipos de diagnóstico capaces de detectar enfermedades de una manera más veloz y eficiente; también están involucrados en la construcción de dispositivos médicos encargados de realizar la imagenología medica para estudiar la anatomía y funciones del cuerpo humano; además se encarga del diseño de nuevas prótesis sofisticadas para personas con discapacidades, etc. [4]
Prótesis robóticas
Una prótesis básicamente es un elemento artificial adherido al cuerpo humano que se encarga de reemplazar un órgano o una extremidad faltante por algún motivo; su finalidad es cumplir de una manera muy similar la función que desarrollaba el miembro ausente. [5]
En sus inicios, las prótesis se limitaban a la elaboración de piernas de madera o de hierro y solo la gente de recursos podía mandar a hacer a sus herreros ganchos que reemplacen las manos amputas; poco a poco, con la ayuda de la tecnología estas prótesis fueron evolucionando, haciendo de materiales ligeros que permitan una adición suave con el cuerpo humano, con la intervención de la ingeniería mecánica, se pudo realizar prótesis articuladas que permitían al usuario una mejor movilidad, pero al momento que se pudo fusionar las ingenierías electrónica y eléctrica con la mecánica, se obtuvieron prótesis no solo con articulaciones, sino robóticas capaces de simular el movimiento de los dedos de una mano, de un brazo o de un pie; además, con la ayuda de la medicina, se pudo obtener prótesis no solo para partes externas del cuerpo, sino para órganos internos como la cardia y píloro del estómago, o en el sistema respiratorio como las prótesis traqueobronquiales etc. [6][7]
Prótesis de dedos artificiales.
A medida que ha transcurrido el tiempo, la tecnológica ha tenido un avance considerable, es decir que de tal manera se ha podido construir las prótesis para personas que tiene amputado sus dedos. Didrick Medical Inc es una de las primeras empresas en fabricar dedos artificiales funcionales, los mismo que han sido fabricados de acero inoxidable el cual le hace más duraderos, los primeros en usar estos dispositivos son los soldados estadounidense y británicos que están siendo usados a medida de rehabilitación de los pacientes. [8][9]
Fig. 1: Prótesis de dedos Artificiales. [8]
Prótesis para Brazos
Debido a que todo ser humano esta propenso a tener enfermedades o sufrir accidentes, que de tal manera se pierde alguna parte de las extremidades o la extremidad completa, los visionarios han desarrollado una tecnología para poder realizar dispositivos electrónicos que ayuden a superar los malestares de las personas. Los avances que se han desarrollado son las relaciones entre la tecnología y la salud dando esto una nueva era como las prótesis robóticas.
Estos instrumentos son unos elementos dotados de una autonomía, capaces de realizar funciones de una parte del cuerpo faltante. Al desarrollar un brazo robótico que tiene que responder al órdenes del usuario se han tomado medidas para poder trabajar son sensores en base a electrodos que ayudaran a detectar los movimientos que desea realizar el usuario. [10]
La Universidad Johns Hopkins, está desarrollando un brazo robótico, pero lo más interesante de este proyecto, es que para realizar los movimientos solo basta con pensarlos, debido a que está conectado a los nervios del cuerpo, que de tal manera simula ser un brazo real. Este proyecto está siendo usado por Les Baugh, que en un accidente perdió sus extremidades superiores, es increíble ver el esfuerzo que realizar para poder convivir con este nuevo instrumento es su cuerpo. El relata que fue difícil convivir sin sus extremidades, ahora es difícil acostumbrarse a la prótesis, en este momento él se encuentra aprendiendo a controlar las emociones de su mente. Mike McLoughlin el jefe del proyecto comenta que ah futuro el usuario de la prótesis podrá sentir las temperaturas y texturas de los objetos que tome con las prótesis. [11]
Fig. 2: Prótesis de un brazo robótico [10] [11]
Prótesis para extremidades inferiores
Todo individuo es propenso a perder alguna extremidad del cuerpo, ya sea superior o inferior debido a algún accidente, enfermedad o infección grave; pero con la ayuda de la biomédica podemos encontrar prótesis especializadas para estas extremidades.
Fig. 3: Prótesis de un pie articulado de la empresa Össur [12]
Con sensores internos para controlar el movimiento.
La compañía islandesa Össur reveló que han desarrollado una tecnología capaz de controlar prótesis con la mente; dos pacientes (Gudmundur Olafsson y David Ingvarsson) son los primeros en probar estas prótesis; para el funcionamiento del pie que no pesa más de 3,14lbs, se debe implantar quirúrgicamente un sensor de 5mm de largo y 3mm de ancho en el musculo residual, el cual queda cerca de la prótesis; cuando el cerebro emita un estímulo para mover el miembro faltante, el sensor recibirá esta señal y la transmitirá inalámbricamente a la prótesis, la misma que se moverá a gusto del usuario. [13][14]
Otra parte esencial de esta tecnología, es que los sensores no necesitan baterías para funcionar, es decir, no necesitan de una fuente externa, más bien obtienen su energía gracias a unas bobinas magnéticas internas.
El énfasis que tiene la empresa para crear prótesis cada vez más sofisticadas es notorio, debido a que sus productos son contiene un software actualizable y además consta con botones capaces de encender o apagar todo el sistema con el fin de mantener al pie rígido o ser movido con la mente. "Nuestro objetivo final es reemplazar la función del miembro perdido, y lo hemos estado haciendo paso a paso y haciendo muy bien", dijo el director de la investigación y el desarrollo, Thorvaldur Ingvarsson de Össur. [13] [14] [15]
Prótesis para órganos internos
Sabemos que ya existen prótesis para sistemas respiratorios [16] o digestivos, pero existen grupos de investigación como la Universidad de Connecticut quienes han logrado la creación de dos prototipos de riñones artificiales capaces de fungir como un riñón natural, pero aún siguen en fase de pruebas [17]; mientras que los investigadores de Glasgow, Edimburgo y Stirling en Escocia desarrollaron una técnica que permite hacer crecer células sobre la superficie de unos micro-chips, dando un gran avance para la auto regeneración del órganos dañados del cuerpo humano [18]; pero ya existe en el mundo dos implantes que ayudan a personan que perdieron dos sentidos básico del ser humano, el oído y la vista, la tecnológica del Ojo Biónico fue desarrollado por la compañía Second Sight [19] y consiste en unas gafas que incluyen una mini cámara y un transmisor que convierten las imágenes en pulsos eléctricos y son enviados a una red de electrodos colocados en la retina, y enviarla al cerebro para decodificarlas en patrones de luz y puedan ser interpretados por el usuario; en cambio, los oídos biónicos los crearon el grupo de investigación de la Universidad de Princeton [20] los cuales pueden recibir las ondas sonoras del exterior y transmitirlos al cerebro.
Fig. 4: Ojo Biónico o implante de retina, tecnológica inventada por la compañía Second Sight
Prótesis sensibles al tacto
En la actualidad, muchas personas en el mundo utilizan prótesis debido a alguna amputación de una extremidad pero gracias al avance científico que realizan diversos grupos de investigación, como Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) [21], la Universidad de Chicago, o la Universidad de Monash de Australia es posible encontrar prótesis de manos capaces de no solo recibir la señal del cerebro para moverse, sino también pueden enviar al cerebro las señales sensoriales que este recibe al tacto. [22][23]
Estos grupos de investigación se centran en la invención de un sistema sensible al tacto, como por ejemplo DARPA logró desarrollar un sensor plástico hecho de circuitos orgánicos flexibles capaz de implantarse sobre la piel; y mientras tanto, los investigadores de Monash un material elastómero de grafeno llamado G-elastomer, el cual está diseñado para detectar vibraciones o presiones en un ancho de banda bien amplio. [24][25]
Elastómero celular o G-elastómero creada por el centro de investigación Monash
Análisis
Al utilizar prótesis mas sofisticas, que proveen un movimiento más natural, se favorece al fortalecimiento de los músculos, previniendo la atrofia muscular en personas que hayan tenido alguna amputación.
La prótesis tiene un desarrollo muy avanzado ya que si nos remontamos en años pasados nos daremos cuenta que el avance que ha tenido a sido maravilloso debido a que antes las prótesis era difíciles de usarlas y de adquirirlas, mientras que en la actualidad son mucho más manejables y la adquisición mucho más barata, la misión tanto de los ingenieros como de los medicos es dar una mejor calidad de vida a las personas que tuvieron algún suceso con la perdida de sus extremidades.
Conclusiones
Creemos que mientras el sistema de una prótesis externa no demande complejos procedimientos quirúrgicos pero que funcionen armoniosamente con todo el cuerpo, es la meta primordial para los ingenieros biomédicos enfocados en esa rama de investigación.
Debido a que los sensores utilizados por la compañía Össur obtienen su energía gracias a bobinas magnéticas, se podría decir que la duración de estos implantes seria de por vida.
Al finalizar el estudio acerca de las biomédica y su desarrollo con la tecnología podemos notar que el avance tecnológico ha sido de mucha ayuda para las personas que en algún momento perdieron una parte de su cuerpo, y gracias a la creación de estas prótesis, han podido tener una esperanza de poder volver a reintegrarse consigo mismos.
Las prótesis desarrolladas fueron avanzando de una manera estupenda debido que ahora las prótesis son mucho más similares a las partes de nuestro cuerpo, la misión es suplantar las partes del cuerpo faltante, las cuales son desarrolladas a la necesidad del paciente.
Referencias
[1] Alfonso Cebrián Hernández (implantes y prótesis, oftalmología y principal.) Disponible en: http://www.eis.uva.es/~macromol/curso05-06/medicina/implantes_y_protesis.htm
[2] Alvares Sánchez Henry (2003). Tesis de maestría en ingeniería mecánica, Pontificia Universidad Católica del Perú, Lima. Disponible en: http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/bitstream/handle/123456789/85/ALVAREZ_HELARD_MODELADO_PLACA_COLUMNA.pdf?sequence=1
[3] G. Webster." Encyclopedia of Medical Devices and Instrumentation" (2006 edición). Wiley-Interscience.
[4] Prótesis (2014), Enycplopedia Británica Online [en línea].Disponible en: http://www.britannica.com/EBchecked/topic/479532/prosthesis
[5] Definición de prótesis, [En línea], definición. De. (Consulta: 23 de diciembre de 2015). Disponible en: http://definicion.de/protesis/
[6] J. Leehan, O. Gonzales "Ingeniería Biomédica: Enciclopedia de las ciencias y la ingeniería. Tomo 1: Ingeniería". Universidad Autónoma Metropolitana. pp. 51–71
[7] F. Jurado, M. Palacios, R. López. "Reporte anual, Biomédica", Revista del instituto Nacional de Salud, vol. 35, Núm., 4 (2015), pp. 54-61
[8] Didrick Medical Inc. 999 Vanderbilt Beach Road, Suite 200, Naples, Florida 34108 USA. Disponible en: http://www.x-finger.com/
[9] Prótesis (2014), Enycplopedia Británica Online [en línea].Disponible en: http://www.britannica.com/EBchecked/topic/479532/prosthesis
[10] Repo men. Jude Law y Forest Whitaker (2013). Disponible en: http://www.xataka.com/robotica-e-ia/los-brazos-y-piernas-roboticas-con-sensores-y-controlados-por-la-mente-son-una-realidad
[11] El Seminario (Políticos, Ideólogos, Científicos, Desarrollo humano) Disponible en: http://elsemanario.com/55641/protesis-roboticas-nueva-cura-para-el-ser-humano/
[12] Empresa islandesa de ingeniería biomédica, dedicada a la fabricación, distribución y venta de prótesis, ortesis y terapia de compresión. Está especializada en el desarrollo de dispositivos ortopédicos de alta tecnología.
[13] "Brain-controlled bionic legs are finally here" (Mayo 20, 2015) [En línea]. Disponible en: http://www.popsci.com/brain-controlled-bionic-legs-are-here-no-really
[14] "Amputees control bionic feet using their thoughts". Science & Tech. [En línea]. Disponible en: http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-3089567/Amputees-control-bionic-feet-using-thoughts-Sensors-inside-muscles-trick-brain-thinking-prosthetic-body.html
[15] "Össur Introduces First Mind-Controlled Bionic Prosthetic Lower Limbs for Amputees". Össur, life without limitations. [En línea]. Disponible en: http://www.ossur.co.za/Pages/15860?NewsID=4669
[16] A. Gómez-Caro, P. Ausín, FJ. Moradiellos. "Medical and Surgical Management of Noniatrogenic Traumatic Tracheobronchial Injuries". Arch Bronconeumol. Vol. 41 Núm.5. pp :249-54.
[17] Publicación "Students Design Artificial Kidney with 3-D Printing". UConn Today. University of Connecticut. (18 de mayo de 2015). [En línea]. Disponible en: http://today.uconn.edu/2014/05/students-design-artificial-kidney-with-3-d-printing/
[18] Publicación "Chips para reparar neuronas". BBC [en línea]. Disponible en: http://news.bbc.co.uk/hi/spanish/science/newsid_7875000/7875215.stm
[19] Compañía dedicada a la innovación, la misión de Second Sight es desarrollar, fabricar y comercializar prótesis visuales implantables para permitir a las personas ciegas alcanzar una mayor independencia. Página web: http://www.secondsight.com/
[20] grupo de investigación en la Universidad de Princeton. Directores: Gilchrist B. Berg. James A. Forese. Philip U. Hammarskjold. Pagina web: https://www.princeton.edu/pub/register/investmentco/
[21] Agencia de Defensa de Proyectos de Investigación. Función principal: realizar inversiones fundamentales en tecnologías de vanguardia para la seguridad nacional de EE.UU. página web: http://www.darpa.mil/
[22] Publicación"Diseñan piel sintética sensible al tacto para aplicar a prótesis". Grupo la Republica. Publicado (15 de octubre de 2015. Disponible en: http://larepublica.pe/tecnologia/710799-disenan-piel-sintetica-sensible-al-tacto-para-aplicar-protesis
[23] "Prótesis de mano sensible al tacto". Ciencias. Autores: D. Dávila, F. Pérez, R. Ángeles.
[24] Publicación "El nuevo y revolucionario elastómero grafeno supera la sensibilidad de la piel humana". Materiales avanzados. Fuente: Universidad de Monash. Publicado (14 de enero de 2016. Disponible en: http://phys.org/news/2016-01-revolutionary-graphene-elastomer-sensitivity-human.html
[25] Publicación "Piel de grafeno". Europa Press. Publicación (20 de enero de2016) Madrid. Disponible en: http://www.europapress.es/portaltic/sector/noticia-desarrollan-elastomero-grafeno-mas-sensible-piel-humana-20160120173607.html
Adaptado por:
Maritza E. Juma Ch. (A"1994, M"2, D"01) Nació en la ciudad de Cuenca en la provincia del Azuay en Ecuador, el 01 de Febrero de 1994.
Se graduó en el Colegio Corazón de María (Oblatas) en la especialidad de Físico Matemático.
Actualmente cursa sus estudios de Ingeniería Electrónica en la Universidad Politécnica Salesiana Sede Cuenca.
Carlos A. Chacón P. (A"1993, M"4, D"25) Nació en la ciudad de Cuenca en la provincia del Azuay en Ecuador, el 25 de Abril de 1993.
Se graduó en el Colegio Técnico Salesiano en la especialidad de Mecatrónica.
Actualmente cursa sus estudios de Ingeniería Electrónica en la Universidad Politécnica Salesiana Sede Cuenca.
Autor:
Maritza E. Juma Ch.
Carlos A. Chacón P