Equipos de Laboratorio Clínico

Abstracto

En el siguiente artículo se desarrolla una breve
introducción sobre la bioingeniería, especialmente
en lo que se refiere la instrumentación de laboratorio
clínico, que se pretende implementar en dispositivos
médicos para realizar diagnósticos partiendo de los
fluidos o tejidos del cuerpo humano.

Los diagnósticos de laboratorio clínico
requieren: exactitud, precisión, sensibilidad y
especificidad, por lo existen varios equipos específicos
para la medición de cada parámetro, estos
varían desde una prueba simple de sangre hasta la
más compleja, las cuales se las puede realizar
automáticamente con solo ingresar al equipo y definir
diferentes parámetros requeridos (Contadores
Hematológicos), también existen dispositivos
electrónicos portátiles con los cuales el paciente
puede llevar un control desde su propia casa y llevar un
historial diario de su salud (Glucómetro
portátil).

Introducción

EN ingeniería existen muchas
aplicaciones una de ellas es la bioingeniería que se
refiere a la aplicación de la ingeniería en fines
médicos. En la medicina existen muchos tópicos con
los cuales se puede abarcar en la ingeniería tal como la
implementación de quipos médicos para distintos
fines en este caso nos centraremos en la instrumentación
de laboratorio. Los análisis que se realizan en el
laboratorio clínico se basan en los fluidos y tejidos
corporales del organismo humano, por lo que para poder realizar
mediciones se necesitan varios procesos químicos antes de
que el equipo obtenga la medición y la presente como un
resultado de diagnóstico, para ello existen varios
métodos de separación para desechar fluidos
obsoletos y solo manipular los fluidos de donde se pueda obtener
una información eficaz.

Equipos de
Laboratorio Clínico

Definición de bioingeniería: "La IEEE
define ala bioingeniería como: la ciencia que estudia y
busca la aplicación de principios y métodos de la
ciencias exactas, en general, y de la ingeniería en
particular, a la solución de problemas de las ciencias
biológicas y medicas"[1].

El objetivo de un laboratorio clínico es realizar
el análisis de fluidos y tejidos corporales del cuerpo
humano (organismo), y reportar resultados para su
diagnóstico y tratamiento en el caso de ser necesario. Los
términos utilizados para poder describir las pruebas
realizadas en el laboratorio son: exactitud, precisión,
sensibilidad y especificidad [3] [4].

"Una prueba exacta brinda valores verdaderos
[3]".

"La precisión es la capacidad de una prueba
para brindar resultados similares en ensayos repetidos
[3]".

"La sensibilidad es una medida de cuan
pequeñas cantidades de la sustancia pueden ser medidas
[3]".

"La especificidad es el grado en el que una prueba
mide la sustancia de interés sin ser afectada por otras
sustancias que puedan estar presentes en grandes cantidades
[3]".

El procedimiento para realizar las pruebas de
laboratorio es separar el material o sustancias de interés
de otras que no sustancias. Esto se lo realiza mediante
extracción, filtrado y centrifugación. Otro paso es
cuando la sustancia es alterada químicamente mediante
reactivos para convertirla en unas sustancias fáciles de
medir [4].

• 1. Métodos de separación y
  espectrales

Dependiendo del origen de donde se obtiene la de
señal se pueden clasificar de la siguiente
manera:

• Separación por centrifugado.

• Cromatografía gaseosa y liquida.

• Fundamentos de los métodos
  espectrales.

• Separación por centrifugado.

Las centrifugas se usan para separar materiales
según su densidad relativa [3], la centrifugación
se refiere cuando la solución contiene partículas
de distinto tamaño en medio acuoso [5].

Para realizar el proceso antes descrito es necesario una
centrifuga que "es una máquina que pone en
rotación una muestra para separar por fuerza
centrífuga sus componentes o fases las que son
generalmente una sólida y una liquida, en función
de su densidad [5]."

Principio de funcionamiento.

Durante la centrifugación, las partes solidas son
separadas de los líquidos por sedimentación,
mediante el uso de la fuerza centrífuga, en estas
sedimentaciones se van depositando las partículas
sólidas que están en suspensión con el
líquido. El cabezal produce esta fuerza centrífuga
durante su rotación y provoca la separación de los
elementos que permanecen en rotación en el líquido
según su diferente peso específico [6].

Fig. 1 Efecto de sedimentacion en cabezal
angular [7].

Para lograr la separación de encimas mediante
centrifugado se necesita una fuerza centrífuga relativa de
la velocidad de rotación y las distancia de la muestra
desde el centro de rotación, las centrifugas operan a
velocidades del orden de 100000 rpm con fuerzas de hasta 600000g
estas máquinas necesitan bombas de vacío para
extraer el aire que de lo contrario podría retardar la
rotación y calentar el rotor.

Fig. 2 Esquema tecnico de los diferentes
componetes que conforman una centrifuga [7].

• Cromatografía gaseosa y liquida.

La separación cromatografía depende de las
velocidades a las que diferentes sustancias que se mueven en una
corriente (fase móvil) son retardadas por un material
estacionario (fase estacionaria). La fase móvil puede ser
una muestra volatilizada transportada por un gas inerte (helio).
La fase estacionaria son diversas, la mayoría se mantiene
dentro de un tubo largo y delgado llamado columna. Cuando una
muestra es introducida en la columna cromatografía y es
llevada a través por medio de la fase móvil. A
medida que pasan a través de la columna. Las sustancias
que tiene mayor afinidad por la fase estacionaria quedan
detrás que aquellas con menor afinidad. Las sustancias
separadas pueden ser detectadas como picos individuales por un
detector apropiado colocado al final de la columna [3]
[4].

Descripción Del Cromatógrafo De
Gases

Un cromatógrafo de gases consiste en varios
módulos básicos ensamblados para:

• 1. Proporcionar un gasto o flujo constante
  del gas transportador (fase móvil)
  [8].

• 2. Permitir la introducción de
  vapores de la muestra en la corriente de gas que fluye
  [8].

• 3. Contener la longitud apropiada de fase
  estacionaria [8].

• 4. Mantener la columna a la temperatura
  apropiada (o la secuencia del programa de temperatura)
  [8].

• 5. Detectar los componentes de la muestra
  conforme eluyen de la columna [8].

• 6. Proveer una señal legible
  proporcional en magnitud a la cantidad de cada componente
  [8].

Fig. 3 Esquema de un cromatografo de
gases [9].

Detectores

Detectores según su Grado de
Selectividad:

• Universales. Responde a la mayoría de los
  solutos que pasan por él [10].

• Específicos o Selectivos. Exhibe una gran
  respuesta a un grupo particular de substancias con
  un mínimo de respuesta a otras [10].

Fig. 4 Esquema de un cromatografo de
gases [11].

Detectores según el proceso de
detección: Ionización,
Óptico-espectroscópico, Electroquímico.Tipos
de Detectores (según el proceso de
detección)

• Conductividad Térmica (TCD)

• Ionización de Llama (FID)

• Captura Electrónica (ECD)

• Ionización de Llama Alcalina (NPD)

• Fotométrico de Llama (FPD)

• Emisión Atómica (AED)

• Espectrómetro de Masas

• Termoiónico (TID)

• Detector de Fotoionización

• Quimioluminiscencia de Azufre (SCD)

• Espectroscopia infrarroja de transformada de
  Fourier

• Conductividad Electrolítica
  (DELCD)

• Combustión Catalítica (CCD)

• Ionización del Helio (HID)

Fig. 5 Cromatografo de gases Thermo
scientific [11].

• Fundamentos de los métodos
  espectrales.

Los métodos espectrales se basan en la
absorción o emisión de la radiación
electromagnética, la radiación
electromagnética es descrita generalmente en
términos de frecuencia o longitud de onda la
relación entre la frecuencia ( y la longitud de onda ( es:

*Donde c es la velocidad de la luz en el
vacío.

Las longitudes de onda manejadas en un laboratorio
clínico se encuentran entre las zonas del ultravioleta
(180-390nm) y visible (390-780nm) del espectro óptico.
[3][15].

Para la espectrofotometría Se debe tomar en
cuanta unas principales leyes de la
absorción:

Se denomina absorción al proceso por el cual una
especie en un medio transparente, capta selectivamente ciertas
frecuencias de la radiación electromagnética
[16].

Ley de Lambert: cunado un haz atraviesa un medio
absorbente de concentración constante la cantidad de
energía luminosa absorbida por el medio varia en forma
directamente proporcional a la distancia recorrida
[16].

Ley de Beer: cuando un haz de luz atraviesa un
medio absorbente de espesor constante, la cantidad de
energía luminosa absorbida por el medio varía en
forma directamente proporcional a la concentración de
absorbente en el medio [16].

Trasmitancia y absorbancia: Cuando un rayo de luz
de una determinada longitud de onda de intensidad incide perpenticularmente
sobre una disolcucion de un compuesto química que absorbe
luz, el compuesto absorberá una parte de la
radiación incidente () y dejara pasar el resto () de forma que se cumpla:

Tipos de espectrofotometría:

• La espectrofotometría de absorción de
  infrarrojos.

• La espectrofotometría por resonancia
  magnética nuclear (RMN)

• La espectrofotometría de
  fluorescencia.

• La espectrofotometría de emisión
  atómica

• La espectrofotometría de absorción
  atómica

• La espectrofotometría de masas

• La espectrofotometría de fluorescencia de
  rayos X

Para la medición se utiliza un
espectrofotómetro que es un instrumento usado en la
física óptica que permite comparar la
radiación absorbida o transmitida por una solución
que contiene una cantidad desconocida de soluto, y una que
contiene una cantidad conocida de la misma sustancia en
función de la longitud de onda [16].

Fig. 6 Funcionamiento de una
espectrofotometro [15].

• Una fuente estable de energía
  radiante

• Un sistema de lentes, espejos y aberturas (Slits),
  que definan, colimen (hagan paralelo) y enfoquen el haz de
  radiación y un monocromador que separe la
  radiación de bandas estrechas de longitud de
  onda.

• Un componente transparente a la radiación que
  contenga la muestra

• Un detector de radiación o transductor que
  recibe la señal de radiación
  electromagnética y la convierte en una señal
  eléctrica de magnitud proporcional a la intensidad de
  la radiación recibida.

• Un sistema amplificador que produzca o genere una
  señal eléctrica mucho mayor a la señal
  recibida

• Un sistema de lectura tal como: Una escala de aguja,
  un registrador, un sistema de dígitos o una
  computadora, que transforme la señal eléctrica
  en una señal que el operador pueda
  interpretar.

• 

  Fig. 7 partes de los implemetos para
  realisar fotometria [16].

  

  Fig. 8 Espectro fotometro genesys 10
  Thermo scientific [11].

  Conclusiones

  Los equipos de laboratorio clínico son de
  suma importancia ya que mediante estos se puede realizar
  diagnósticos precisos y rápidos y manipular la
  información digitalmente.

  Gracias a el avance de la ingeniería
  electrónica en conjunto con otras ramas afines al
  mejoramiento de la calidad humana, existen equipos más
  sofisticados los cuales resuelven más
  parámetros (pruebas) y en un menor tiempo, con mejores
  interfaces con el usuario, nuevos dispositivos
  portátiles con un margen de error muy bajo, que
  facilitan al usuario el cual puede realizarse sus controles
  sin tener que acudir al hospital.

  Referencias.

  • [1] Ingrid Oliveveros Pantoja y Roque
    Hernandez Donaldo, "Bioingenieria, Solución a
    problemas de las ciencias biológicas y medicas
    apoyados en la Ingeniería," Ingeniería
    & Desarrollo. Universidad del Norte
    105-11,1999.

  • [2] Amon Cohen Ben-Gurion University. CRC
    Press LLC. 2000.

  • [3] Sonnia M. López
    Silva, José Ramón Sendra Sendra, "Apuntes
    de Bioingeniería," Departamento de
    Ingeniería Electrónica y Automática.
    Universidad de las Palmas de Gran Canaria
    ,2001.ISBN: 84-699-5185-8

  • [4] José Mompín
    Poblet. "Introducción a la Bioingeniería".
    Barcelona, España.:Marcombo,1988. [Online].
    Disponible:
    http://books.google.com.ec/books?id=aqcaSGADoo4C&pg=PT325&lpg=PT325&dq=instrumentaci%C3%B3n+medica+de+laboratorio&source=bl&ots=nbfzhinNVK&sig=r4w8G0E2jdFCcZhp_4AfZBL0Cf0&hl=es&sa=X&ei=B8QAUa3hMZKm8gTq_IHABw&ved=0CG4Q6AEwCQ

  • [5] "Centrifugas". Universidad
    Arturo Michelena. [Online]. Disponible en :
    http://www.slideshare.net/scss/centrifuga

  • [6]  Centrifugación y
    centrifugadores. [Online]. Disponible en
    http://www.lenntech.es/centrifugacion.htm#ixzz2IsGAiBwy.

  • [7] Manual de centrifugas
    selecta. [Online]. Disponible en:
    http://www.grupo-electa.com/pdfs/es/cats/CENTR%C3%8DFUGAS.pdf

  • [8] Cromatografía de
    gases. [Online]. Disponible en:
    http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/8247/4/T3gascromat.pdf

  • [9] Cromatografía de
    gases. [Online]. Disponible en:
    http://www.mncn.csic.es/docs/repositorio//es_ES//investigacion/cromatografia/cromatografia_de_gases.pdf

  • [10] Cromatografía
    liquida y gaseosa . [Online]. Disponible en:
    http://www.slideshare.net/lokitobkn/cromatografia-9735728

  • [11] Catalogo digital thermo
    Scientific. [Online]. Disponible en
    http://www.thermoscientific.com/ecomm/servlet/productsdetail_11152_L10649_80571_11961875_-1

  • [12] Enderle J., Blanchard S.,
    Bronzino J. Introduction to
    Biomedical Engineering. 2 edición. ElsevierAcademic Press. 2005.
    [Online]. Disponible:
    http://books.google.com.ec/books?id=OQTOJLgs5KsC&printsec=frontcover&hl=es#v=onepage&q&f=false

  • [13] http://www.ate.uniovi.es/8695/documentos/clases%20pdf/instrumentacion%20alumn.pdf

  • [14] Juan F. Guerreo Martinez,
    "Sistemas de instrumentación Medica". Departamento
    de ingeniería Electrónica. Escuela superior
    de ingeniería. [Online]. Disponible en:
    http://ocw.uv.es/ingenieria-y-arquitectura/1-5/ib_material/IB_T9_OCW.pdf

  • [15] Nieves Abril Díaz,
    "Espectrofotometría: Espectros de absorción
    y cuantificación colorimétrica de
    biomolecular". Departamento de Bioquímica y
    Biología [Online]. Disponible en:
    http://www.slideshare.net/asaor/espectrofotometria-presentation

  • [16] Daniel Olave.
    "Espectrofotometría". [Online]. Disponible en:
    http://www.metrologiaindust.com.ar/Servicios/Capacitacion/Curso2/Material/Diapositivas/5-Espectrofotometria.pdf

  • Biografía.

  

  Juan Diego Cabrera, nació en Cuenca el
  1 de septiembre de 1989. Estudiante de la Universidad
  Politécnica Salesiana en la especialidad de
  Ingeniería Electrónica, miembro IEEE desde el
  2012. Estudios realizados en el colegio Técnico
  Salesiano obteniendo el título de bachiller
  técnico en "Contabilidad Especialidad
  Informática".

   

   

  Autor:

  Juan Diego Cabrera Zeas

  UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA

  CARRERA: INGENIERIA ELECTRONICA

  ELECTRONICA DIGITAL