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Prótesis Humanas Bioingeniería




Enviado por Patricio Parra



  1. Resumen

  • 2. Introducción

  • 3. Desarrollo

  • 4. Tipos
    de prótesis

  • 5. Diseño y
    simulación

  • 6. Conclusiones

  • 7. Referencias

  • Resumen

    El presente documento trata cerca del desarrollo de la
    tecnología aplicada a la parte física y funcional
    del cuerpo humano centrándose en las prótesis para
    personas con algún tipo de discapacidad o perdida de estas
    importantes partes. Tomando en cuenta las diferentes
    especificaciones, se desarrolla una prótesis que permite
    recuperar la movilidad, optimizar e incluso mejorar el
    desempeño físico, siendo esto de vital importancia
    para el desplazamiento de las personas.

    Palabras clave— Bioingeniería,
    prótesis, biomecánica.

    Introducción

    La bioingeniería es una ciencia que posee varias
    disciplinas

    una de ellas es la biomecánica, que utiliza los
    principios de la mecánica para a resolver problemas
    biológicos del ser humano, motivo por el cual en el
    siguiente documento se realiza un estudio del arte
    enfatizándose principalmente en el desarrollo y
    elaboración de prótesis. Notando claramente que el
    invento de este tipo de aparatos ha permitido al ser humano
    reincorporarse y recuperar su modo de vida normal.
    [1][2]

    Una prótesis es un mecanismo que puede reemplazar
    o mejorar alguna parte del cuerpo, que combina conocimientos
    tanto anatómicos, mecánicos y biológicos
    para obtener un resultado correctivo eficaz. Entonces al analizar
    la compleja estructura de cada parte del ser humano
    rápidamente se puede asumir que elaborar una
    prótesis será un proceso largo de análisis,
    pruebas y exámenes. [3][15]

    Desarrollo

    En el transcurso de este documento dentro del
    área de la biomecánica nos vamos a enfocar en el
    estudio de la parte motriz dirigida a la creación de una
    prótesis.

    Bioingeniería

    "La bioingeniería es una de las disciplinas
    más jóvenes de la ingeniería en la que los
    principios y herramientas de la ingeniería, ciencia y
    tecnología se aplican a los problemas presentados por la
    biología y la medicina
    ". [4]

    La bioingeniería es la interacción de la
    ingeniería con las demás ciencias biológicas
    es decir es aplicar los métodos y tecnología
    desarrollada por la ingeniería para vincularlas a las
    ciencias de la vida. [5][6]

    Biomecánica

    La biomecánica es la rama de al
    bioingeniería que estudia la relación que existe
    entre la mecánica y la biología. [7]

    Es aplicar los conocimientos de las diferentes
    disciplinas de la mecánica, apoyándose en las
    distintas ciencias médicas y biológicas, logrando
    como resultado una perfecta amalgama de ciencias para resolver
    problemas que se presentan diariamente en la vida de las personas
    [8]

    Que es una prótesis

    Es un aparato construido para sustituir una parte
    faltante del ser humano, esta debe estar construida en base a las
    especificaciones y necesidades del paciente de manera que mejore
    su calidad de vida. [3]

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    Fig. 1. Prótesis de brazo. [9]

    Evolución de las prótesis a
    lo largo de la historia

    El desarrollo de las prótesis ha ido
    evolucionando a medida del progreso tecnológico del ser
    humano, los egipcios fueron los pioneros en la elaboración
    de este tipo de aparatos, prueba de esto es un dedo artificial
    rústico encontrado en una momia egipcia

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    Fig. 2. Protesisrudimentarias de miembros
    inferiores [10]

    Luego alrededor del año 300 aC en Capúa se
    inventa la primera pierna artificial, tiempo después en
    1696 Pieter Verduyn  desarrolló la primera pierna con
    una rudimentaria articulación

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    Fig. 3. Protesis de pierna con sin
    bloqueo en la articulacion de la rodilla[10]

    En 1912, un aviador ingles llamado Marcel Desoutter,
    perdió una pierna y entonces de esta necesidad inventa
    primera prótesis de aluminio. [10]

    En la actualidad el gran avance
    tecnológico ha permitido desarrollar nuevas y mejoradas
    prótesis utilizando dispositivos como los
    microcontroladores además de materiales ligeros que se
    adaptan a la estructura del ser humano. [10]

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    Fig. 4. Prótesis: prótesis
    de piernas que se recargan para amputado Ejército de los
    EE.UU. [11]

    Tipos de
    prótesis

    Prótesis
    cosméticas

    Son prótesis pasivas cuyo objetivo es brindar una
    apariencia estética agradable y confortable para el
    paciente, pero su funcionalidad no es muy relevante.
    [19]

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    Fig. 5. Prótesis cosmética
    de mano [21]

    Prótesis mecánicas o prótesis
    por cables

    En este tipo de prótesis es más importante
    la funcionalidad, para su funcionamiento utiliza un sistema de
    cables flexores y arneses acoplados al paciente que controlan los
    movimientos del cuerpo. [19][21]

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    Fig. 7. Prótesis mecánica
    de mano [21]

    Prótesis
    mioeléctricas:

    Este tipo de prótesis son la muestra del gran
    avance tecnológico actual, debido a que estas son
    controladas a través de impulsos musculares, utilizando la
    respectiva propiedad eléctrica de los músculos
    [19]

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    Fig. 6. Prótesis
    microeléctrica de mano [21]

    Materiales más utilizados

    • a) Titanium:

    El titanium es un material muy ligero, resistente al
    desgaste y corrosión, de gran dureza. Aplicando un
    procedimiento se obtiene una variación de 0.000001mm al
    comparar la deformación de este con el aluminio. Sin
    embargo, el titanium es un material muy costoso y poco accesible
    aunque el mejor para muchos de los casos por ser el que
    más fácilmente se puede adaptar a huesos por su
    propiedad bio-inerte. [12]

    La utilización del titanio se da ya que este al
    contacto con el oxígeno genera oxido de titanio que es un
    compuesto bio-inerte esto quiere decir que no presenta
    reacción de rechazo al contacto con el hueso o piel.
    [13]

    • b) Aluminio:

    Una de las presentaciones del aluminio idóneo
    para este tipo de aplicaciones es el aluminio laminado, "con
    una resistencia a la tensión, 115-154 (MPa) y un
    límite de elasticidad, 197.23 (MPa
    )". Sin embargo
    tiene una desventaja ya que este presenta muy baja resistencia a
    la corrosión es por esto que para zonas con mayor riesgo
    de corrosión es mejor utilizar acero.
    [12]

    • c) Polietileno:

    Este material presenta características como,
    resistencia al desgaste, estabilidad química,
    además de la biocompatibilidad, al utilizar este tipo de
    material se puede reducir el denominado efecto de
    osteólisis que se refiere al desgaste del hueso alrededor
    de una prótesis [14]

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    Fig. 8. protesis articulares de
    polietileno[14]

    Diseño y
    simulación

    La características principal para el
    diseño de una prótesis es su estructura
    anatómica es decir cuánto se asemeje a la parte
    original de las personas, motivo por el cual es muy importante
    conocer el funcionamiento mecánico de la prótesis ,
    para esto contamos con herramientas como los simuladores que
    permiten imitar la estructura , los movimientos, la
    dinámica y mecánica de dicho elemento, tanto el
    diseño y luego la simulación son procesos que
    permiten afianzar el éxito al momento de la
    elaboración de una prótesis.

    [15]

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    Fig. 9. Simulador para medida de desgarte
    de protesis articulares[15]

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    Fig. 10. Simulación por elementos
    finitos del codo[15]

    Obtención de Variables.

    Es necesario conocer en cada momento la posición
    de cada parte que conforma la prótesis dentro de su
    dinámica del movimiento que esta genere por lo cual es
    necesario utilizar algún tipo de sensor como pueden ser
    encoders entre otros estos pueden ser utilizados para medir los
    ángulos de rotación de las partes en el caso de
    saber la posición del tobillo por ejemplo.
    [16][17]

    Diseño mecánico de la
    prótesis

    "Para una persona amputada las actuales
    prótesis son un lastre que les impide andar con normalidad
    y les obliga a realizar más esfuerzo del estrictamente
    necesario. En la Universidad de Michigan, en Estados Unidos, han
    ideado un sistema que les permitiría aprovechar la
    energía generada en el movimiento normal del pie para
    moverse con más facilidad".
    [18]

    Naturalmente el movimiento del pie y de otras muchas
    partes del cuerpo son ineficientes y no aprovechan toda la
    energía.

    Cuando una persona utiliza una prótesis para
    lograr el movimiento de esta generalmente emplea mucha más
    energía de lo que normalmente podría utilizar.
    Gracias a esta prótesis, la energía malgastada en
    el movimiento del tobillo se transforma en energía que
    ayuda al siguiente movimiento para la prótesis de pie.
    [18]

    "Según las mediciones llevadas a cabo por lo
    investigadores Art Kuo y Steve Collins, con la nueva
    prótesis se reducía el gasto energético
    añadido de un 23 por ciento a un 14 por ciento."

    [18]

    Muchas otras prótesis utilizan medios
    energéticos químicos como las baterías para
    generar una ayuda a la persona y así lograr facilitar el
    movimiento, pero, con este tipo de prótesis no es
    necesario ya que utilizan principios físicos como
    energía potencial para así aprovechar al
    máximo el movimiento sin requerir de una batería.
    [18]

    Esta forma de almacenar energía no solamente
    puede ser utilizada para crear prótesis de pie, esta se
    puede extender a cualquier tipo de prótesis para el ser
    humano en donde el movimiento este presente y sea necesario
    ahorrar energía, también es posible aplicar esta
    idea al campo de la robótica haciendo que las diferentes
    formas de movimiento en un mecanismo robótico gaste menos
    energía por lo cual las baterías sufrirían
    mayor desempeño para otras funciones.
    [18]

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    Fig. 11. Prótesis de pie
    [18]

    Conclusiones

    Luego de realizar la investigación se pudo
    observar que la ingeniería es una fusión de
    conocimientos de la rama de la ingeniera y la biología, de
    esta combinación nacen otras ciencias como la
    biomecánica encargada del estudio de la aplicación
    de la mecánica enfocada a la biología del cuerpo
    humano.

    Una de las aplicaciones de la biomecánica es la
    elaboración de prótesis, estos aparatos pueden
    reemplazar una parte de la persona, la construcción de las
    mismas se basaran en las necesidades de cada paciente, así
    por ejemplo tenemos prótesis cosméticas,
    mecánicas o mioelectrónicas. En este proceso
    colaboran médicos, científicos, ingenieros, para
    cumplir una sola meta, la reintegración de la persona a la
    sociedad.

    Además se vio que las prótesis se han ido
    desarrollando a lo largo del tiempo y que la actualidad existe un
    gran avance en este campo, puesto que se asemejan cada vez
    más a la parte original del cuerpo humano, tanto en su
    parte física como en su funcionalidad.

    Referencias

    Bibliografía:

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    Biomecánica (2005).

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    [4]Jonathan, Lara. "Bioingeniería". Disponible
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    de consulta: 16 de junio del 2013]. Disponible en:
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    [Consultado el: 12 enero, 2014]

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    [13] ieee spectrum inside technology,"Building a better
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    enero, 2014]

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    [18]Javier Flores disponible en:
    http://www.muyinteresante.es/innovacion/medicina/articulo/el-pie-ortopedico-que-aprovecha-la-energia-de-cada-paso
    [consultado el: 16 enero, 2014]

    [19] Sullcahuaman Jauregui, Boris.
    Diseño mecánico de un prototipo de prótesis
    mioeléctrica transradial .Tesis para optar el
    Título de Ingeniero Mecánico, Pontificia
    Universidad católica del Perú, Lima., Disponible en
    http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/bitstream/handle/123456789/4945/SULLCAHUAMAN_BORIS_DISE%C3%91O_MECANICO_PROTOTIPO%20PROTESIS_MIOELECTRICA_TRANSRADIAL.pdf?sequence=1
    . [ consultado el : 15 enero, 2014]

    [20] Trujillo, Jorge. Gonzales, Elisabeth, S. (2010).
    "Las prótesis mecánicas" [en línea],
    Universidad del valle de Mexico. Disponible en:
    http://www.tlalpan.uvmnet.edu/oiid/download/Protesis%20mecanicas_04_ING_IMI_PIT_E.pdf.
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    Superiores [en linea]. Lima (Enero 2005). Disponible en:
    http://www.arcesw.com/pms3.htm [consulta 15 enero.
    2014]

     

    Enviado por:

    Monografias.com

    Patricio Josue Parra Abad

    (A"1994, M"3, D"27) Nació en la ciudad de Cuenca
    en la provincia del Azuay en Ecuador, el 27 de Marzo de 1994.
    Estudia en la Universidad Politécnica Salesiana la carrera
    de Ingeniería Electrónica.

    Ingeniería Electrónica,
    Universidad Politécnica Salesiana

    Cuenca, Ecuador

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