El presente ensayo trata sobre la
bioingeniería que es una ciencia que estudia la
solución de los problemas con respecto a la salud de los
seres humanos, a través de la biomédica. Se ayuda
de la biomecánica para la construcción de
órganos artificiales para el mejor desarrollo en la salud
del ser humano.
Palabras Claves—.
Bioingeniería, biomédica, biomecánica,
órganos artificiales.
E
ste 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
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.
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
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.
A.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
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]
B.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]
Figura 1. Corazón
Artificial
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]
Figura. 2 Corazón artificial,
expuesto en el Museo de Ciencia de Londres.
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]
B.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]
Figura 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.
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]
Figura 4. Transferencia de
energía
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]
Figura 5. Funcionamiento de un dispositivo de asistencia
de ventrículo izquierdo (LVAD)
Un VAD alivia parcialmente los síntomas de
insuficiencia cardíaca severa, como la respiración
entrecortada y la fatiga.
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,
[1] Institute of Electrical and
Electronics Engineers (IEEE); Disponible en la
página de Internet URL: ieee.org[2] Valentinuzzi, Máximo Eugenio.
Objetivos de la bioingeniería. En: Mompin Poblet,
José. Introducción a la Bioingeniería.
España: Boixareu editores, 1998.[3] Joseph D. Bronzino. Biomedical
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Press. ISBN 0-8493-0461-X.[4] Introducción a la
bioingeniería (1988 edición).
Marcombo. ISBN 84-26706800.[5] Vera, 1994
[6] Villafañe, Carlos
(2008). Biomédica: Desde la Perspectiva del
Estudiante (1 edición).
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pp. 164. ISBN 978-0-615-24158-6.[7] American Society for Artificial Internal
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Autor:
Chuva Gomez Edgar Rafael
Miembro IEEE desde el año 2012, nacido en Machala
el 7 de marzo de 1991, curse mis estudios primarios en la Escuela
Superior Luis Cordero Crespo, Colegio Nacional Octavio Cordero
Palacios. Estudio Ingeniera Electrónica en la Universidad
Politécnica Salesiana.
Titulo obtenido como bachiller en Físico
Matemático. Seminarios realizados: Juntando Mentes
Brillantes Universidad Del Azuay.
Universidad Politécnica Salesiana,
Sede Cuenca
Electrónica Analógica