Resumen
El siguiente documento trata acerca de la
Bioingeniería centrada en el tema del Corazón
Artificial, este tipo de tecnología artificial está
orientada a mejorar la calidad de vida de las personas mediante
un trasplante de un corazón biológico o real que se
encuentre en condiciones no saludables por un dispositivo
artificial el cual podrá cumplir las funciones necesarias
que efectúa un corazón biológico para que el
usuario o receptor tenga una nueva oportunidad de vivir una vida
normal por un cierto periodo de tiempo, el dispositivo artificial
puede ser reemplazado total o parcialmente en la persona debido a
cual sea su situación, si es el caso de que el paciente
haya salido de una cirugía de corazón, un
corazón artificial parcial lo ayudará a recuperarse
de una manera más rápida y eficiente, y si es la
situación de que el corazón real está
definitivamente dañado se procederá al trasplante
total del dispositivo artificial.
Abstract— The following document is about the
Bioengineering centered on the theme of the artificial heart,
artificial such technology is aimed at improving the quality of
life of people through a heart transplant or actual biological
that is in unhealthy conditions for an artificial device which
may perform the necessary functions that performs a biological
heart for the user or recipient has a new chance to live a normal
life for a certain period of time, the artificial device can be
replaced wholly or partly in the person because to what your
situation, if it is the case that the patient has left-heart
surgery, a partial artificial heart will help you recover more
quickly and efficiently, and if the situation is that the real is
definitely brushed damaged will proceed to total transplant
artificial device.
Introducción
La Bioingeniería está orientada a la
aplicación de un conjunto de conocimientos y
técnicas científicas de la ingeniería hacia
los problemas que se presentan en el campo de la medicina y la
biología, esta ciencia se encuentra muy ligada a la
biónica la cual se refiere al estudio de sistemas
biológicos con los cuales se pretende obtener sistemas de
avanzada tecnología los cuales logren simular el
funcionamiento o comportamiento de organismos vivos, tales
organismos pueden ser órganos artificiales como un
corazón artificial, o prótesis de brazos, piernas,
o algún otro órgano faltante o dañado el
cual limite el rendimiento máximo de la persona.
[1][2][3]
DESARROLLO
Órganos
Artificiales
Un órgano artificial es un dispositivo artificial
el cual se integra al ser humano, este dispositivo pretende tomar
la función de un órgano real (ver Figura 1), con el
objetivo de que la persona puede vivir normalmente mediante la
utilización de este dispositivo. [4][5]
Figura 1. Esquema de algunos
órganos que pueden ser implantados total o parcialmente
por dispositivos artificiales en el ser humano [5]
Los órganos artificiales no pueden ser
construidos por cualquier tipo de material, su material de
construcción debe cumplir ciertas características
de compatibilidad, duración y fiabilidad para poder
adaptarse y funcionar correctamente en el ser humano existiendo
una buena relación entre el tejido vital y el biomaterial,
por tales razones las prótesis óseas se fabrican
con aleaciones para que soporten fatiga y no se produzcan
propagación de mico fisuras ante repeticiones de carga;
existen diferentes tipos de órganos artificiales (ver
Figura 2). [6][7][5]
Figura 2. Órgano
Artificial-Corazón Artificial [5]
Corazón
Artificial
Un corazón artificial es un órgano
artificial, el cual tiene la finalidad de poder reemplazar un
corazón real en mal funcionamiento, este dispositivo
artificial podrá cumplir todas sus funciones necesarias de
un corazón biológico en buen funcionamiento para
que el usuario pueda vivir una vida normal con el trasplante del
mencionado órgano artificial.[5]
Un problema que se presenta hoy en día es
encontrar los materiales adecuados para su construcción ya
que este al ser un dispositivo no biológico se presentan
algunos problemas registrados tales como la trombosis la cual es
un coagulo en el interior de un vaso sanguíneo o problemas
como la hemolisis, es decir la descomposición de los
glóbulos rojos, la cual se presenta cuando la sangre
circula por un prolongado tiempo en superficies no
biológicas. [8] [9][5]
Existen dos tipos de corazones artificiales, el
corazón artificial parcial y el corazón artificial
permanente, el parcial tiene la finalidad de ayudar al
corazón a funcionar de una correcta manera o mientras este
se recupera, en cambio el permanente reemplaza al corazón
en su totalidad. [8][5]
II-B1. Corazón Artificial
Parcial:
Un corazón artificial parcial cumple una
determinada función, la cual es ayudar a mejorar el
funcionamiento del corazón si este no se encuentra en
óptimas condiciones o si es el caso el cual el paciente
salió de una operación o tratamiento y su
corazón se vio afectado por un infarto o por una
insuficiencia ventricular izquierda y tiene que recuperarse, este
dispositivo se conecta conjunto al corazón para ayudar a
que desarrolle sus funciones de manera normal.[9][8]
Este dispositivo llegaría a ser como una bomba
unidireccional la cual está constituida por
válvulas en sus extremos inferior y superior, y
también cuenta con un espacio que tiene la facilidad de
expandirse bajo la presión de un fluido comprimido de una
manera rítmica por el efecto de una bomba exterior.[9][8]
[5]
Existen tres métodos los cuales se pueden
utilizar para aplicar para la utilización de este tipo de
corazón artificial en los cuales cada método se
regulariza el funcionamiento del corazón artificial con el
biológico por medio del electrocardiograma con la ayuda de
una onda especial para manejar la bomba de presión externa
que se utilizará en cada método. [9][8]
El primer método consta de conectar el
corazón artificial al corazón real en serie, este
método se basa en ayudar al ventrículo izquierdo
aplicándolo en una conexión seguida o en serie con
el fin de derivar sangre desde la aurícula izquierda y
llevarla a la aorta descendente.
El segundo método o modelo consiste en conectar
el corazón artificial al real en paralelo al
ventrículo izquierdo, de esta manera derivando la sangre
desde la aorta ascendente para poder llevarla a la aorta
descendente.
El tercer procedimiento es un modelo de una bomba la
cual vendría a ser una esfera la cual está dividida
por una membrana elástica en dos partes o secciones, esta
esfera al ser presionada por un fluido externo determina el
movimiento de serie de pulsaciones de la sangre.
[10][9][5]
II-B2. Corazón Artificial
Permanente:
El modelo de un corazón artificial permanente
cumple la función de trabajar como un corazón real,
este reemplaza en su totalidad el corazón biológico
o real por el nuevo dispositivo artificial. [11][12]
Según antecedentes el primer corazón
artificial permanente fue implantado en una persona en el
año de 1982 por el Dr. DeVries, el receptor del
corazón era un hombre de una edad de 61 años el
cual padecía de miocardiopatía dilatativa y una
neumopatía obstructiva, la miocardiopatía
dilatativa ocurre debido a que el corazón disminuye su
capacidad de bombear sangre de manera eficaz, mientras la
neumopatía obstructiva es un estado patológico el
cual se caracteriza por una limitación al flujo de aire y
que si reversibilidad no es completa. El corazón
artificial implantado aumento el volumen cardíaco del
paciente hasta 12 litros por minuto lo cual fue una gran mejora
debido a que antes de la intervención su volumen
cardíaco era de 5 a 6 litros por minuto; Es así que
con la implantación de un corazón artificial a esta
persona si calidad de vida pudo mejorar considerablemente por un
periodo de 1557 días aproximadamente 4.32
años.[12][13][12]
II-B3. Clasificación del tipo de
configuración:
Figura 3. Clasificación de la
Configuración de corazones artificiales.
TAH, Total artificial heart
(Corazón Artificial Total);
VAS, ventricular assist system (Sistema
de Asistencia Ventricular);
BVAS, biventricular assist system
(Sistema de Asistencia Biventricular) [15]
AbioCor
AbioCor es un corazón artificial permanente, el
cual está fabricado de titanio y plástico, este
dispositivo artificial puede sustituir al corazón
biológico por un tiempo aproximado de 18 meses, este tipo
de corazón es autónomo el cual funciona sin
necesidad de una fuente de alimentación externa.
[15][16]
II-C1. Características:
El corazón artificial AbioCor (ver Figura 4)
tiene un tamaño cercano al de una toronja con un peso
aproximado de un kilogramo, a diferencia de los corazones
artificiales antiguos que funcionaban con una fuente de
energía externa al cuerpo, los actuales corazones como el
AbioCor son capaces de funcionar de una manera autónoma
mediante la utilización de una batería que puede
ser adherida a la piel del ser humano.[16] [13][17]
Figura 4. Corazón Artificial:
AbioCor [17]
II-C2. Funcionamiento General:
El funcionamiento de un corazón artificial se
basa en el de un corazón real, en el cual un
corazón real o biológico tiene el comportamiento
parecido a una bomba la cual cumple una determinada
función, la de bombear o impulsar sangre en una
establecida dirección con la ayuda de un conjunto de
válvulas. [16][17]
Este dispositivo está diseñado de modo que
el paciente puede movilizarse y mantener un estilo de vida
productivo, está provisto por un motor interno el cual le
da la capacidad de poder movilizar la sangre a través de
los pulmones y el resto del cuerpo.[16][17]
El Corazón Artificial AbioCor está
constituido por una unidad torácica interna, una
batería interna recargable, una batería externa y
un circuito electrónico miniaturizado. [12][16]
II-C3. Funcionamiento
Específico:
El Sistema AbioCor consta de un par de componentes
principales las cuales son los dispositivos implantables: Una
unidad torácica (Thoracic Unit), el TET, un controlador y
la batería, y los dispositivos externos: Una consola, el
(PCE) Patient-Carried Electronics que traducido al español
significa Dispositivos Electrónico que lleva el Paciente,
tales como una bolsa, una batería externa, el
módulo de control y un TET externo. Estos dispositivos se
detallaran a continuación (ver Figura 5) :
[12][18]
Figura 5. Sistema TAH (Total Artificial
Heart), Sistema de Corazón Artificial Total
[18]
Esta unidad torácica posee dos ventrículas
artificiales con sus válvulas correspondientes, el cual es
accionado por un motor de sistema de bombeo hidráulico.
Para controlar la velocidad de bombeo del corazón
según las especificaciones necesarias que requiera el
paciente son controlados por implantes de paquetes de monitores
electrónicos. [12][16]
Las baterías externas e internas que se usan en
el AbioCor son fabricadas de Litio, la batería interna
implantada se recarga de una manera continua desde una consola
externa o desde un paquete básico de baterías que
el paciente puede llevar consigo; La transferencia de
energía se lleva a cabo mediante un dispositivo denominado
con las siglas TET las cuales quieren decir
Transmisor de Energía Transcutánea (ver
Figura 6). [19]
Figura 6. Dispositivos implantados del
Sistema AbioCor[17]
El Dispositivo TET posee dos bobinas, una externa y una
interna (ver Figura 7), las cuales se encargan de llevar
energía través de la piel por lo cual existe una
menor probabilidad de que ocurran infecciones ya que este
dispositivo no perfora la piel. [19]
Este dispositivo funciona mediante la utilización
externa de corriente continua la cual es transformada en
corriente alterna de alta frecuencia para que pueda trabajar el
corazón artificial de una correcta manera, esta corriente
alterna es re-transformada en continua para así poder
manejar el actuador y poder cargar el paquete de baterías
recargables. [19][12]
Figura 7. Pareja de transformadores
transcutáneos (a) y la carcasa externo de la bobina (b)
[19]
II-C4. Condiciones de Uso:
AbioCor está especialmente diseñado para
personas las cuales se encuentran en un riesgo alto de muerte
debido a una insuficiencia cardíaca que en algunos casos
ya no posee tratamiento eficiente, o también para aquellas
personas que poseen daños irreversibles del corazón
[13][16]
Un paciente puede ser sometido al trasplante del AbioCor
si no es aspirante a un trasplante cardíaco
biológico, por lo cual tienden a cumplir las siguientes
características:
Pacientes de edad avanzada, aproximadamente menores a 75
años.
Solicitan apoyo inotrópico debido a que sus
cuerpos no pueden producir suficientes encimas necesarias para
que su musculo cardíaco funcione correctamente.
No pueden ser tratados con la asistencia de dispositivos
de ayuda ventricular izquierda (LVAD). [19] [9] [16]
Conclusiones
Finalizado el presente documento se pudo constatar que
la bioingeniería posee una gran variedad de ayudas
tecnológicas en el campo de la medicina y la
biología, esta ciencia se centra principalmente en ayudar
a las personas con problemas biológicos mediante la
aplicación conjunta de las ingenierías
electrónica, mecánica, sistemas, y otras ciencias,
el fin es se conseguir emular el comportamiento de organismos
vivos, tales como pulmones, riñones, corazones, etc; Estos
dispositivos llamados órganos artificiales tienen la
finalidad de ayudar o ser implantados en el ser humano
dependiendo de cuál sea su estado, si los órganos
biológicos están dañados o si necesita
recuperarse de una previa cirugía, por lo cual un
dispositivo muy destacable en el campo de la bioingeniería
es el corazón artificial, el cual es un dispositivo que
tiene el fin de ayudar a la persona otorgándole una
oportunidad de vivir un tiempo más como una persona
normal, este dispositivo contara con todas las
características de funcionamiento de un corazón
real; El AbioCor al ser un corazón artificial permanente
puede sustituir al corazón real por un periodo aproximado
de 18 meses en caso de que este falle o no pueda ser operado. En
el futuro se pretende mejorar el funcionamiento del AbioCor el
cual será un 30% más de pequeño y su vida de
funcionamiento se prolongara a 5 años, este dispositivo se
probará en personas en mediados del presente año,
lo ideal en este dispositivo artificial seria que su
tecnología de vida útil avance rápidamente y
aumente de gran manera para que el usuario pueda vivir muchos
años sin tener la preocupación presente de un
corazón artificial de vida limitada.
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Autor:
Xavier Mauricio Pesántez
Pesántez
Universidad Politécnica
Salesiana
Cuenca – Ecuador
Xavier Mauricio Pesantez Pesantez
actualmente cursando el tercer año de estudios en
Ingeniería Electrónica en la Universidad
Politécnica Salesiana de Cuenca, Ecuador
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