Preparatoria Federal por Cooperación

: .Alumno Víctor Alfonso Sánchez Ruiz

: Tema Ingeniería Biomédica

: - /634Grupo Químico Biológico

, . 30 2009Morelia Mich de abril de

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Introducción

La presente investigación se refiere al tema de la bioingeniería que es una ciencia

relativamente nueva que surge de la fusión entre la Biología y la Ingeniería, constituyéndose

en el principal soporte tecnológico de las Ciencias de la Salud y en un aliado inseparable de

la práctica clínica.

La característica principal de esta disciplina es la aplicación de los conocimientos recabados

de una fértil cruza entre la ciencia ingenieril y la médica, tal que a través de ambas pueden

ser plenamente utilizados para el beneficio del hombre.

Para analizar esta rama del saber de una manera concisa es necesario conocer la razón de

ser de esta ciencia, y es que, el aumento creciente de padecimientos que aquejan a la

población actual esta causando un severo problema en las instituciones de salud, que no

encuentran ningún tratamiento paliativo para este tipo de enfermedades, esto sumado a

discapacidades de nacimiento o causadas, han hecho de la ingeniería biomédica, una

disciplina que actualmente esta teniendo un tremendo auge en los sistemas de salud, ya que

esta ciencia supone una solución para cientos o miles de personas que sufren algunos de

los males antes mencionados, debido a su extenso campo de aplicaciones tales como los

biomateriales y a su amplia relación con otras subdisciplinas como la biomecánica o el

biomagnetismo, que cumplen un papel esencial para el desarrollo de esta ciencia.

Desgraciadamente, el publico en general, no conoce o sabe muy poco de las diversas

aplicaciones de la biomedicina en la salud, de modo que esta investigación se enfocara en

este problema y tratara de darle solución a través de una explicación detallada de cada uno

de las aplicaciones antes mencionadas y su influencia en el ejercicio de esta disciplina para

proveer de un panorama amplio al lector para que forme una mentalidad abierta y critica y

sepa elegir la opción que mas le convenga.

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PROBLEMATIZACION

Caracterización del Problema

Cuando escuchamos que alguien se ha sometido ha un proceso de rehabilitación, esta tratando una enfermedad crónica o usa una prótesis, simplemente lo vemos y lo juzgamos y no nos ponemos a pensar en todo lo que implican estas acciones, tal vez es por el atraso en el que estamos sumidos o porque simplemente no queremos saberlo. Sin embargo es muy importante que como ciudadanos estemos concientes de la ingeniería biomédica, que disciplina encargada de muchas de los tratamientos y sistemas de detección de enfermedades que existen en la actualidad.

Es por eso que en este trabajo de investigación intentare puntualizar los aspectos más importantes de la ingeniería biomédica y de esta forma contribuir al progreso de la atención hospitalaria en el país.

Planteamiento del Problema

¿Cuáles son las aplicaciones prácticas de la ingeniería biomédica?

Variables

Biomagnetismo Biomateriales Biomecánica

Hipótesis

Como influye el biomagnetismo, la biomecánica, y los biomateriales en la aplicación practica de la bioingeniería.

Capítulo 1

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La ingeniería biomédica es la rama de la ingeniería que implementa los principios de las tecnologías al campo de la medicina. Se dedica fundamentalmente al diseño y construcción de equipos médicos, prótesis, dispositivos médicos, dispositivos de diagnóstico (imagenología médica) y de terapia. También interviene en la gestión o administración de los recursos técnicos ligados a un sistema de hospitales. Combina la experiencia de la ingeniería con necesidades médicas para obtener beneficios en el cuidado de la salud. Puede ser definida como "la aplicación de técnicas y principios de ingeniería al campo médico". El cultivo de tejidos suele ser considerada parte de la bioingeniería y en ocasiones la producción de determinados fármacos.

La ingeniería biomédica existe desde que se aplicaron remedios a problemas particulares del individuo como una prótesis del dedo gordo del pie que fue descubierta en una tumba egipcia con una antigüedad de más de 3000 años. Otros autores mencionan a los dibujos anatómicos de Leonardo Da Vinci y sus aproximaciones a brazos de palanca o los trabajos de Luigi Galvani y de Lord Kelvin sobre la conducción eléctrica en los seres vivos. No obstante, el desarrollo de la instrumentación eléctrica y electrónica produjo una explosión de resultados y se puede considerar como uno de los orígenes más cercanos de la ingeniería biomédica. Esto se da principalmente entre los años de 1890 y 1930. Ejemplos de esto son los diseños para el registro de señales electrofisiológicas, comenzando por los registros de A.D. Waller en corazones de humanos (1887), el refinamiento de la técnica por parte de W. Einthoven al desarrollar un galvanómetro de cuerda (1901) y la aplicación de este al registro de señales electroencefalográficas en humanos por Berger (1924). La instrumentación electrónica a partir de tubos de vacío se empleó por E. Lovett Garceau para amplificar estas señales eléctricas y el primer sistema de electroencefalógrafo comercial de tres canales fue construido por Alfred Grass en 1935. Otro ejemplo es el desarrollo de la instrumentación en imagenología. Desde el descubrimiento de los rayos-X por Roentgen en 1895 hasta su primera aplicación en biomedicina pasó una semana. Desde 1896, Siemens y General Electric ya vendían estos sistemas. En la actualidad, los nuevos desarrollos en imagenología han tomado mucho más tiempo en lograr su aplicación clínica. El principio de resonancia magnética se descubrió en 1946, pero no fue sino hasta 30 años después, que se pudo desarrollar un sistema para uso en humanos.La ingeniería biomédica es ampliamente reconocida como un campo multidisciplinar, resultado de un largo espectro de disciplinas que la influencian desde diversos campos y fuentes de información. Debido a su extrema diversidad, no es extraño que la bioingeniería se centre en un aspecto en particular. Existen muy diversos desgloses de disciplinas para esta ingeniería, a menudo se desgrana en:

Biomagnetismo.- Es el fenómeno biológico consistente en la producción de campos electromagnéticos (se manifiesten como eléctricos o magnéticos) producidos por la materia viva ( células, tejidos u organismos). Los ejemplos de este fenómeno incluyen el potencial eléctrico de las membranas celulares y las corrientes eléctricas que fluyen en nervios y

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músculos como consecuencia de su potencial de acción. No debe confundirse con la bioelectromagnética, que se ocupa de los efectos de una fuente externa de electromagnetismo sobre los organismos vivos. Las células biológicas usan gradientes electrostáticos para almacenar energía metabólica, para realizar trabajo o desencadenar cambios internos, e intercambiarse señales. El bioelectromagnetismo es la corriente eléctrica producida por potenciales de acción junto con los campos magnéticos que generan a través del fenómeno del electromagnetismo. El bioelectromagnetismo se estudia principalmente a través de las técnicas de electrofisiología. A fines del siglo XVIII, el médico y físico italiano Luigi Galvani registró por primera vez el fenómeno de la contracción de un músculo de cadáver mientras disecaba una rana en una mesa donde había realizado experimentos con electricidad. Galvani acuñó el término electricidad animal para denominarlo, mientras que actualmente se denomina galvanismo. Galvani y sus contemporáneos consideraron que la activación muscular era resultado de un fluido eléctrico o sustancia presente en el nervio.

El bioelectromagnetismo es un aspecto de todos los seres vivos, incluidas todas las plantas y los animales. La Bioenergética o Termodinámica Biológica es el estudio de las relaciones de energía entre organismos vivos. La Biodinámica se refiere a la utilización de la energía y las actividades de los organismos. Algunos animales poseen agudos sensores bioeléctricos, y otros, como las aves migratorias, se cree que navegan en parte por la orientación con respecto al campo magnético terrestre. Otros, como los tiburones son extraordinariamente más sensibles a la interacción local de los campos electromagnéticos que los humanos. Varios peces eléctricos, como la anguila eléctrica, son capaces de generar grandes campos eléctricos alrededor de sus cuerpos. En las ciencias de la vida, la ingeniería biomédica utiliza conjuntamente los conceptos de teoría de circuitos, biología molecular, la farmacología, y la bioelectricidad. El bioelectromagnetismo se asocia con los biorritmos y la cronobiología. La biorretroalimentación se utiliza en fisiología y psicología para controlar los ciclos rítmicos de características físicas, mentales y emocionales; y como técnica para la enseñanza del control de las funciones bioeléctricas. El bioelectromagnetismo implica la interacción de iones. Es a veces difícil de entender debido a los diferentes tipos de bioelectricidad, como las ondas cerebrales, bioelectricidad (por ejemplo, los fenómenos eléctricos de los músculos cardiacos), y otros relacionados con las subdivisiones de los fenómenos bioelectromagnéticos. Uno de estos es la electroencefalografía, el estudio neurofisiológico de las fluctuaciones del voltaje bioelectromagnético entre las partes de la corteza cerebral, detectables con el electroencefalograma.

Biomateriales.- Se pueden definir como materiales biológicos comunes tales como piel, madera, o cualquier elemento que reemplace la función de los tejidos o de los órganos vivos. En otros términos, un biomaterial es una sustancia farmacológicamente inerte diseñada para ser implantada o incorporada dentro del sistema vivo.

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Los biomateriales se implantan con el objeto de remplazar y/o restaurar tejidos vivientes y sus funciones, lo que implica que están expuestos de modo temporal o permanente a fluidos del cuerpo, aunque en realidad pueden estar localizados fuera del propio cuerpo, incluyéndose en esta categoría a la mayor parte de los materiales dentales que tradicionalmente han sido tratados por separado.

Debido a que los biomateriales restauran funciones de tejidos vivos y órganos en el cuerpo, es esencial entender las relaciones existentes entre las propiedades, funciones y estructuras de los materiales biológicos, por lo que son estudiados bajo tres aspectos fundamentales: materiales biológicos, materiales de implante y la interacción existente entre ellos dentro del cuerpo. Dispositivos como miembros artificiales, amplificadores de sonido para el oído y prótesis faciales externas, no son considerados como implantes.

Actualmente es posible crear de materiales a partir de diversas moléculas con la particularidad de que el material creado es capaz de presentar una forma física a una determinada temperatura y otra forma totalmente diferente a otra temperatura. Por otra parte, el desarrollo de la cirugía mínimamente invasora hace posible realizar cada vez más número de intervenciones laparoscópicas. Combinando ambos hechos aparece la posibilidad de sustituir importantes intervenciones quirúrgicas acompañadas de la implantación de dispositivos más o menos voluminosos por otras actuaciones menores realizadas laparoscópicamente en las que el implante a la temperatura de conservación tenga una forma, por ejemplo, alargada de poco diámetro, sin problemas de introducción, pero que una vez colocado en su lugar, al cambiar la temperatura adquiera la forma adecuada permanente definitiva.

Con esta idea en mente se están sintetizando nuevos polímeros a partir de monómeros como epsilon-caprolactona y para-dioxanona. Generalmente, estos materiales tienen, al menos, dos fases separadas, cada una de ellas con una temperatura de fusión o transición característica. La fase con la temperatura de fusión o transición más alta es la responsable de la forma definitiva mientras que la segunda fase funciona como un interruptor molecular y facilita la expresión de una forma temporal. Por ello, regulando la temperatura por encima o por debajo de esa segunda temperatura de transición se puede pasar de una forma del material a la otra forma.

Actualmente se están investigando diversas aplicaciones con variaciones de esa idea, incluyendo stents y otros pequeños dispositivos. Otra variante es la de los materiales que son líquidos usualmente pero se endurecen con un cambio de temperatura o con un estímulo como la luz. Ello permitirá inyectar en un lugar determinado, con una aguja, la sustancia que posteriormente se solidificará facilitando el implante. Asimismo se están desarrollando geles que responden a diversos estímulos como temperatura, pH o moléculas como glucosa. En el caso de la diabetes de tipo I se persigue que un gel de este tipo

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contenga suficiente insulina que solo será liberada cuando la concentración plasmática de glucosa rebase un valor límite.

En conclusión, una parte interesante del futuro de la Medicina descansa en el desarrollo de los nuevos biomateriales y en los avances de las nuevas técnicas de la Biología Molecular

Biomecánica.- Es una disciplina científica que tiene por objeto el estudio de las estructuras de carácter mecánico que existen en los seres vivos, fundamentalmente del cuerpo humano. Esta área de conocimiento se apoya en diversas ciencias biomédicas, utilizando los conocimientos de la mecánica, la ingeniería, la anatomía, la fisiología y otras disciplinas, para estudiar el comportamiento del cuerpo humano y resolver los problemas derivados de las diversas condiciones a las que puede verse sometido.

La biomecánica está íntimamente ligada a la biónica y usa algunos de sus principios ha tenido un gran desarrollo en relación con las aplicaciones de la ingeniería a la medicina, la bioquímica y el medio ambiente, tanto a través de modelos matemáticos para el conocimiento de los sistemas biológicos como en lo que respecta a la realización de partes u órganos del cuerpo humano y también en la utilización de nuevos métodos diagnósticos.

Una gran variedad de aplicaciones incorporadas a la práctica médica; desde la clásica pata de palo, a las sofisticadas ortopedias con mando mioeléctrico y de las válvulas cardiacas a los modernos marcapasos existe toda una tradición e implantación de prótesis.

Hoy en día es posible aplicar con éxito, en los procesos que intervienen en la regulación de los sistemas modelos matemáticos que permiten simular fenómenos muy complejos en potentes ordenadores, con el control de un gran número de parámetros o con la repetición de su comportamiento.

Uno de los avances más importantes en la ingeniería biomédica y en el área de medicina es el uso de partes humanas artificiales. Una de las operaciones de mayor éxito hoy es el reemplazo completo de la cadera. La gente que sufre de artritis, así como también de lesiones en el área pélvica y en los huesos de la cadera, se benefician de ésta cirugía debido a que este tipo de lesiones son dolorosas y previenen que la gente sea capaz de caminar confortablemente. Otro de los avances mayores en la ingeniería biomédica es el invento de la maquina cardio-pulmonar. Durante operaciones de corazón abierto donde el pecho y el corazón están siendo operados, la maquina cardio-pulmonar reemplaza el funcionamiento del corazón y los pulmones para que el cirujano puedan con seguridad detener el latido del corazón sin dañar el resto del cuerpo. Antes que las maquinas cardio-pulmonares fueran usadas en 1950, era imposible de lograr ninguna clase de operación del corazón con éxito. Hoy, las maquinas cardio-pulmonares tiene muchas mas funciones que la primera maquina diseñada por Gibbon y Watson. Las maquinas pueden cambiar la temperatura del cuerpo y administrar medicamentos y drogas, así como succionar y

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recuperar la sangre alrededor del corazón. Pero, ¿cómo funcionan estas maquinas? Primero, sangre azulada, ó sangre sin oxigeno, es retirada de tu corazón y pasa por a través de “un pulmón artificial”. Este pulmón provee oxigeno a tu sangre, haciéndola roja nuevamente, y la sangre es pasada a través de tu cuerpo; luego, el proceso comienza de nuevo. Con este método, los cirujanos son capaces de operar por largas horas en tu corazón sin que haya muchos problemas para tu cuerpo. Hay todavía algunos riesgos y obstáculos relacionados con el uso de la maquina- 8 - cardio-pulmonar, y los ingenieros trabajan constantemente para crear una maquina que en el futuro pueda ser ocupada sin ningún tipo de riesgo.

La tecnología biomecánica se refiere tanto a dispositivos artificiales fabricados a partir de los resultados encontrados a partir de la investigación biomecánica, como a los instrumentos y técnicas usados en la investigación y adquisición de nuevos conocimientos en el ámbito de la biomecánica.

Órganos artificiales: Son dispositivos y tejidos creados para sustituir partes dañadas del organismo. El análisis de un órgano artificial, debe considerarse en la construcción de estos aspectos tales como materiales que requieren unas particulares características para poder ser implantados e incorporados al organismo vivo. Además de las características físicas y químicas de resistencia mecánica, se necesita fiabilidad, duración y compatibilidad en un ambiente biológico que siempre tiene una elevada agresividad. “El mayor problema que se plantea la construcción de una prótesis se refiere a la relación entre el biomaterial y el tejido vital en el que se inserta ya que es muy importante el control de las reacciones químicas de superficie y microestructura, el tejido crece y tiende a incorporar incluso a nivel de los poros de la rugosidad superficial, el material implantado.

Prótesis: La sustitución de órganos por otros artificiales, constituye la frontera avanzada de la ingeniería biónica. Dejando aparte las prótesis ortopédicas cuyo empleo ha tenido un enorme desarrollo gracias a la aplicación de nuevos materiales y técnicas de cálculo, así como a los avances en las técnicas de implantación por lo que cada día es más amplia la gama de posibilidades de sustitución de órganos conocidos y menos conocido, lo cual resulta de gran ayuda para pacientes y médicos un ejemplo de esto es la fabricación de bombas de insulina para emplear en personas diabéticas.

Electromiografía: análisis de la actividad eléctrica de los músculos. Plantillas instrumentadas: registro de las presiones ejercidas por el pie durante la

marcha. Baropodometro electrónico: Pasillo instrumentado con sensores de presión que

registran las presiones plantares durante diferentes gestos de locomoción (marcha, trote, carrera, etc.).

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Plataformas de fuerza: plataformas dinamométricas diseñadas para registrar y analizar las fuerzas de acción-reacción y momentos realizados por una persona durante la realización de una actividad determinada.

Estudia las propiedades mecánicas, cinéticas y cinemáticas de los organismos, tomando en cuenta sus características morfo-funcionales.

Sensores: Para intervenir sobre cualquier órgano, se requiere el control y la medición continua de la intensidad del fenómeno. Los sensores que constituyen el primer elemento del sistema, son dispositivos que permiten detectar los fenómenos físicos y químicos, ofreciendo seriales de salida proporcionales a la intensidad de las entradas. Las señales de entrada de muy diversos tipos y convertidas en la mayoría de los casos en magnitudes eléctricas (variaciones de presión y variaciones de resistencia eléctrica) corresponden a variaciones de temperatura, de deformación muscular en los esfuerzos, de presión venosa o arterial, etc. Los sensores pueden ser electrodos directos capaces de captar las señales procedentes de actividades celulares, o pueden consistir en detectores de concentraciones de sustancias químicas.

Estimuladores: Los estimuladores artificiales son utilizados para activar ciertos órganos o funciones que, aun estando sanos no funcionan como es debido a causa de lesiones del sistema nervioso central; según Claude Ville: “Una función extremadamente delicada ,es la que se lleva a cabo para estimular el músculo cardiaco a través de un aparato marca pasos, que permite regular los latidos cardiacos al proporcionar desde el exterior impulsos de corriente y que resulta vital en algunos casos de arritmias cardiacas.” El marca pasos consta de una batería, un generador y un modulador de impulsos eléctricos y un electrodo que transmite los impulsos al tejido cardiaco. Existen muy diversos tipos de marca pasos (en la actualidad se cuenta con más de 200 tipos diferentes) Los impulsos eléctricos generados por el aparato pueden ser se frecuencia fija, es decir producidos a una frecuencia predeterminada, sin ninguna relación con la actividad del corazón, pero en la actualidad se emplean mas los marcapasos a demanda, o sea, mediante impulsos desencadenados cuando el propio aparato reconoce un fallo en el ritmo cardiaco normal.

Entre los ejemplos de investigaciones que un ingeniero biomédico podría realizar están:

Diseño y desarrollo de tejidos de reemplazo viables que sean biológicos y no sintéticos, así como materiales artificiales que sean implantables

Tecnologías automatizadas para realizar pruebas a pacientes y cuidarlos Sistemas de captación de imágenes médicas Sensores biológicos capaces de monitorizar la química de la sangre o analizar su

contenido de toxinas del medioambiente o substancias peligrosas Biomecánica de lesiones o del proceso de curación de heridas Desarrollo de prótesis

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Sistemas novedosos para pruebas y desarrollo de medicamentos

Existen novedosas aplicaciones de la ingeniería biomédica que podrían en un futuro cercano permitir un gran avance en la forma que la medicina es practicada hoy en día. Sin embargo, hemos seleccionado solo 10 de ellas por considerarlas de especial importancia para el desarrollo de esta investigación:

1. Útero Artificial

Los científicos ya están trabajando en úteros artificiales en los cuales los embriones pueden crecer fuera del útero materno. Incluso se han desarrollado prototipos fabricados a partier de células extraídas de mujeres. El Dr. Hung-Ching Liu, del Centro Universitario Cornell de Medicina Reproductiva e Infertilidad, espera que puedan ser capaces de desarrollar completamente úteros artificiales en un futuro cercano.

Los beneficios inminentes de esta tecnología ayudarán a las mujeres que hayan tenido muchos abortos debido a problemas en la implantación del embrión, a mujeres que se les haya realizado una histerectomía (extirpación del útero) debido a un cáncer uterino y a mujeres que no sean capaces de alojar a su propio bebé.

Por otro lado, algunas feministas dicen que los úteros artificiales podrían debilitar el vínculo madre-hijo. La posibilidad de tal tecnología también levantará polémicas con respecto a la clonación. Algunos expertos en ética mantienen que esta tecnología podría llevar a la prohibición del aborto, ya que el feto podría ser capaz de sobrevivir fuera del útero.

Aunque tendremos que esperar algunos años más para un útero artificial completamente desarrollado, será un gran paso adelante en el tratamiento de parejas sin niños.

2. Estómago Artificial

El año pasado, en el mes de Noviembre, científicos ingleses informaron sobre la creación de un estómago artificial capaz de simular la digestión humana. Este estómago artificial simula tanto las reacciones físicas como las químicas que tienen lugar durante la digestión.

El innovador mecanismo está construido por metales y plásticos sofisticados y tiene la capacidad de sobrevivir a los corrosivos ácidos gástricos y a las enzimas. Además, se le puede alimentar con comida real. Las investigaciones van encaminadas al desarrollo de nuevos nutrientes mediante el estudio de cómo éstos se descomponen en el estómago.

3. Corazón Artificial

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Los corazones artificiales se remontan a mediados de los sesenta, cuando el doctor Paul Winchell patentó por primera vez un corazón artificial. Muchas investigaciones se hicieron respecto a corazones artificiales después de eso. Sin embargo, 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).

El TAH-t es una versión moderna del Corazón Artificial Jarvik-7 que fue implantado en el paciente Barney Clark en 1982.

El TaH-t va dirigido a pacientes en el estadío final de un fallo biventricular para alargar la expectativa de vida mientras se busca un corazón para el transplante. Un ex-instructor de fitness de 46 años que padecía de un fallo cardiaco biventricular en su etapa final y que estaba en un shock cardiogénico irreversible, fue el primero en recibir el TAH-t a principios del 2007.

Sin embargo, el último corazón artificial totalmente implantable que ha recibido el visto bueno de la FDA es “AbioCor“. Desarrollado por Abiomed INc, el Abiocor, con alrededor de 1 kg. de peso, consta de una unidad torácica interna, una batería interna recargable, un dispositivo electrónico interno miniaturizado y una batería externa. Tiene la capacidad de mover la sangre desde los pulmones hasta el resto del cuerpo continuamente. Sin duda, aporta esperanza a aquellos pacientes que están al borde de la muerte por un fallo cardiaco pero los inconvenientes del AbioCor son un gran tamaño y su corto periodo de funcionamiento. Quizás, en un futuro, sea posible el desarrollo de un corazón artificial totalmente implantable y seguro.

4. Sangre Artificial

La expresión “sangre artificial” es un tanto confusa, ya que la sangre normal realiza muchas tareas además del transporte de oxígeno mientras que la sangre artificial sólo puede llevar a cabo algunas de estas tareas en el ser humano.

La creciente demanda de sangre a lo largo de todo el mundo es una de las razones que anima a un uso cada vez mayor de sustitutos sanguíneos. Si alguna vez se consigue desarrollar una sangre artificial muy similar o idéntica a la biológica, será uno de los logros más importantes de la ciencia médica.

La sangre artificial se divide en dos grupos, los expansores de volumen, que sólo incrementan el volumen sanguíneo, y los transportadores de oxígeno, que sustituyen la habilidad natural de la sangre para transportar oxígeno. Mientras que los expansores de volumen ya se usa en los hospitales, los transportadores de oxígeno aún están probándose en ensayos clínicos.

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Los actuales transportadores de oxígeno en desarrollo son Oygent compuesto por perfluorocarbonos, Hemopure, Oxyglobin, Hemolink, Plyheme, Hemospan y Dextran-Hemoglobin, compuestos por hemoglobina.

Recientemente, los investigadores están planteándose la posibilidad de usar células madre para producir una nueva fuente de sangre apta para la transfusión. Sin embargo, a pesar de crear glóbulos rojos normales, los costes asociados al proceso son enormes.

Otra reciente investigación relacionada con la tecnología de sustitutos de sangre se está llevando a cabo en Dendritech. Con una subvención de 750.000$ por parte de la Armada Estadounidense, los investigadores están planteándose el uso de dendrímeros como transportadores de oxígeno alternativos.

Oxycyte es otro compuesto sintético de color blanco que tiene la habilidad de transportar oxígeno con una eficacia 50 veces mayor que la sangre normal. Actualmente, se encuentra probándose en ensayos clínicos.

Hay numerosas controversias con respecto al uso de la sangre artificial, pero se espera que en los próximos años, la sangre artificial se use ampliamente.

5. Vasos Sanguíneos Artificiales

Se ha logrado desarrollar vasos sanguíneos artificiales empleando el colágeno procedente del salmón. Aunque ya se habían desarrollado tejidos artificiales gracias al colágeno de bovinos (en vacas) y porcinos (cerdos), existía el problema de la transmisión de enfermedades infecciosas como la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (mal de las vacas locas). Por suerte, el uso del colágeno del salmón se considera seguro gracias al hecho de que no se conocen virus hasta la fecha que se transmitan del salmón al ser humano. De momento, los investigadores utilizarán animales como los perros para los ensayos, pero esperan usar el mismo biomaterial para sustituir a los vasos sanguíneos dañados en seres humanos.

Hace poco, Chris Mason, un profesor e investigador médico de la Universidad de Londres fue premiado por idear una forma de crear vasos sanguíneos para la cirugía de bypass cardiaco.

6. Huesos Artificiales

Aunque la investigación para el desarrollo de huesos artificiales lleva ya años, recientemente se ha descubierto que el ácido cítrico junto al 1,8-octanediol (una sustancia química no tóxica) produce una masa blanda y amarillenta que puede ser moldeada en una amplia variedad de formas y puede ser usada para reemplazar a partes del cuerpo dañadas. El

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polímero, cuando se mezcla con polvo de hidroxiapatita da lugar a un material muy duro que puede usarse para reparar huesos dañados. La hidroxiapatita también se encuentra en el hueso normal, formando parte de su estructura, lo que hace plantearse el uso de este material sin efectos desfavorables.

Hace poco, se ha descubierto una nueva técnica para el crecimiento de huesos artificiales a través de un método similar a una impresora de tinta. Anteriormente, en el campo de la cirugía con injerto de hueso se utilizaba hueso procedente de otras partes del cuerpo y sustitutos cerámicos. Con el nuevo método se crean perfectas réplicas de hueso que pueden usarse para reparar aquellos que estén dañados. El profesor Jake Barralet de la Universidad McGill en Montreal, Canadá, lo explica:

El “papel” de nuestra impresora es una fina película de un polvo similar al cemento. La “impresora” rocía un ácido sobre el cemento que provoca una reacción y lo endurece. La impresora sólo necesita 10 minutos para crear una réplica osea típica. La réplica “impresa” actúa como un puente que permite al cuerpo reemplazar la zona dañada con nuevo hueso. Aunque los resultados son prometedores, aún se encuentra en experimentación y deberá pasar una serie de ensayos clínicos antes de que pueda comercializarse.

7. Piel Artificial

En 1996, la FDA dió su aprobación a una piel artificial desarrollada por el MIT para usarse en pacientes con graves quemaduras que habían perdido la dermis. Esta piel estaba compuesta de colágeno procedente de tendones de animales con moléculas de glicosaminoglicano (GAG) de cartílago animal, formando así una matriz extracelular que ofrece lo básico para una nueva dermis. En el 2001, una piel plástica autoreparadora fue desarrollada y probada por científicos estadounidenses. Muy similar a la piel normal, era capaz de sangrar y curarse a sí misma.

Otro logro importante en la piel artificial es la piel regeneradora. Científicos de la empresa biotecnológica Intercytex han descubierto una nueva técnica para luchar contra el envejecimiento. Han tenido éxito en encontrar una forma de hacer crecer fibroblastos en el laboratorio. Estos fibroblastos, que producen una proteína llamada colágeno, aporta firmeza y elasticidad a la piel pero, con la edad, la cantidad de estas células disminuye progresivamente. Por tanto, podría ser posible inyectar estas células en las arrugas y permitir la regeneración del colágeno, ayudando a la regeneración de la piel.

Hace poco, científicos de Cincinnati han desarrollado en el laboratorio células de la piel resistentes a las bacterias y están ahora probándola sobre animales. Tienen la intención de

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crear un tipo de piel artificial que pueda sudar, broncearse y luchar contra las infecciones. Sin duda, la piel artificial definitiva.

8. Retina Artificial

Investigadores de Estados Unidos han creado un ojo biónico que podría devolver la vista a ciegos. El nuevo dispositivo, de nombre Argus, ya ha recibido el visto bueno para que pueda probarse en 50-75 pacientes.

El Argus II es una retina artificial que se espera que cure a las personas que sufren de dos formas frecuentes de ceguera debidas a la degeneración macular y la retinitis pigmentaria. La degeneración macular es una condición en la que las células sensibles a la luz de la mácula funcionan mal y, con el tiempo, dejan de funcionar. La segunda condición, la retinitis pigmentaria, es una forma avanzada de ceguera nocturna o visión en túnel. Muchos de los pacientes que tiene esta enfermedad no se quedan completamente ciegos hasta llegar a los cuarenta o cincuenta. El objetivo final de los investigadores es hacer que puedan llegar a reconocer caras y también responder a luces de diferentes longitudes de onda permitiendo que los pacientes vean colores. Si todo va según lo planeado, el implante se comercializará en el 2009 a un precio de 15.000£

9. Extremidades Artificiales

Si las salamandras y los renacuajos pueden regenerar sus extremidades, ¿por qué no puede el ser humano regenerar sus extremidades perdidas también? Una nueva investigación ofrece un rayo de esperanza para los amputados ya que se trata de una nueva tecnología que podría ayudar al desarrollo de extremidades completas en un futuro aún no cercano. Han conseguido con éxito el crecimiento de brazos adicionales en salamandras con la ayuda de un fragmento de la vejiga de un cerdo. Aunque el objetivo que quieren alcanzar en humanos es más modesto, el crecimiento de un fragmento de un dedo.

10. Partes del cuerpo artificiales mediante células madre

Cuando un equipo de científicos ingleses hicieron crecer una válvula cardiaca a partir de las células madre del propio paciente, se abrió una nueva posibilidad para el desarrollo de un corazón completo a través de células madre en un periodo de diez años. Además, serían mucho mejores que los órganos artificiales ya que difícilmente provocarían rechazo. Aunque este camino llevaría implícito el continuo debate ético sobre las células madre.

El objetivo de la bioingeniería es promover los avances en la biomedicina para diagnosticar y tratar las enfermedades y prolongar una vida saludable y productiva.

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Capitulo 2

1. Nivel de investigación

Explicativo: Se escogió este nivel de investigación ya que se pretende exponer de manera detallada las áreas de conocimiento de la ingeniería biomédica y dar una explicación pormenorizada de las aplicaciones prácticas de la ingeniería biomédica. Y con esto lograr un entendimiento cabal y consistente de los diferentes usos en la vida diaria de la ingeniería biomédica.

2. Criterio CientíficoDeductivo: El criterio científico elegido fue este, debido a que se quiere obtener una conclusión específica para todas y cada una de las aplicaciones biomédicas a partir de los datos generales que son recabados por medio de la investigación, para de esta forma deducir una conclusión lógica y viable, para con esto conseguir una comprensión amplia y total del tema y reflejarlo de la misma forma a la población, que sería afectada positivamente.

3. Procedimiento Metodológico

Método Experimental: El procedimiento metodológico seleccionado es el antes mencionado debido a que se requieren reafirmar conocimientos preexistentes que serán recabados a través de mi investigación y darlos a conocer de manera que estos sean accesibles para el público en general de manera que se forme una noción compartida entre todos que se enriquezca progresivamente por medio de otros elementos de los cuales la población pueda tener acceso y así lograr una conciencia colectiva de conocimiento.

Sistematización de la información

Identificación de la muestraEl instrumento de diagnostico fue aplicado a personas 25 personas al azar para, de esta manera, conocer la opinión y el nivel de conocimiento de la población en general respecto a esta disciplina.

Universo de la investigaciónEl cuestionario fue aplicado en la colonia Santiaguito, en las inmediaciones de la calle Pico de Tancítaro.

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Instrumento de investigación

El instrumento de investigación utilizado, por considerarlo apropiado, fue un cuestionario que consta de 18 preguntas, 6 de cada una de las variables, con respuesta si/no. El cual fue creado de tal manera que resulte conciso y a la vez simple para que sea este sea más práctico y fácil de resolver por el encuestado sea cual fuere su nivel de estudios. En la página siguiente se muestra el cuestionario que fue aplicado.-

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Preparatoria Federal por Cooperación “Melchor Ocampo”

Por favor, contesta estas preguntas de manera honesta marcando si la respuesta es afirmativa o si la respuesta es negativa.

I. ¿Sabes que es el biomagnetismo?........................................................

II. ¿Has oído hablar de él?........................................................................

III. ¿Sabías que es usado en terapias de rehabilitación?..........................

IV. ¿Sabes que beneficios tiene su uso?....................................................

V. ¿Sabías que se puede usar junto con otras terapias?...........................

VI. ¿Sabes cuánto tiempo dura el tratamiento?.........................................

VII. ¿Has oído hablar de los biomateriales?...............................................

VIII. ¿Sabes cuál es su utilización?............................................................

IX. ¿Sabes cómo funcionan?....................................................................

X. ¿Sabías que pueden reemplazar tejidos y órganos?.........................

XI. ¿Sabías que estos se encuentran presentes en las prótesis?............

XII. ¿Sabes que es la biocompatibilidad?.................................................

XIII. ¿Sabes que es la biomecánica?..........................................................

XIV. ¿Sabes que usos tiene?......................................................................

XV. ¿Sabías que esta relaciona con la biónica?.........................................

XVI. ¿Sabías que estudia las estructuras mecánicas de los seres vivos?..

XVII. ¿Sabías que esta disciplina ayuda a la fabricación de prótesis?.........

XVIII. ¿Sabías que la bioingeniería se ayuda de estas tres

disciplinas?.........

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Análisis de la informaciónEn el presente análisis de la información se han recopilado las respuestas obtenidas y

se han cuantificado por pregunta de manera que se obtuvieron los resultado por

pregunta y el numero de personas que contestaron positivamente o negativamente.

XIX. ¿Sabes que es el biomagnetismo?......................................................

XX. ¿Has oído hablar de el?......................................................................

XXI. ¿Sabias que es usado en terapias de rehabilitación?..........................

XXII. ¿Sabes que beneficios tiene su uso?..................................................

XXIII. ¿Sabias que se puede usar junto con otras

terapias?.........................

XXIV. ¿Sabes cuanto tiempo dura el tratamiento?.....................................

XXV. ¿Has oído hablar de los biomateriales?...........................................

XXVI. ¿Sabes cual es su utilización?.........................................................

XXVII. ¿Sabes como funcionan?................................................................

XXVIII. ¿Sabias que pueden reemplazar tejidos y órganos?......................

XXIX. ¿Sabias que estos se encuentran presentes en las prótesis?...........

XXX. ¿Sabes que es la biocompatibilidad?..............................................

XXXI. ¿Sabes que es la biomecánica?......................................................

XXXII. ¿Sabes que usos tiene?...................................................................

XXXIII. ¿Sabias que esta relaciona con la

biónica?......................................

XXXIV. ¿Sabias que estudia las estructuras mecánicas de los seres

vivos?...

XXXV. ¿Sabias que esta disciplina ayuda a la fabricación de prótesis?.......

XXXVI. ¿Sabias que la biomedicina se ayuda de estas tres disciplinas?.......

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Tratamiento estadístico

Analizada la información recabada con anterioridad se procedió a la creación de tablas, las cuales se formularon según los datos obtenidos de cada una de las variables que se analizaron, y además se incluyo una tabla extra que representa la totalidad de respuestas conseguidas, por así considerarlo esto último de gran utilidad para conocer el nivel de conocimiento general que tenía el sector de la población encuestado en estas

subdisciplinas.

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Análisis Total

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Como es posible apreciar en todas y cada una de las tablas, se hace evidente que las respuestas negativas abarcan la mayor parte de cada una de las tablas, esto es más apreciable en la grafica en la cual se hizo un análisis total de los resultados obtenidos. Este análisis estadístico nos deja claro una sola premisa: Ignorancia. Esto será reflejado posteriormente en cada una de las conclusiones que se harán por variable y subsiguientemente en las conclusiones generales.

Conclusiones

Conclusiones por variables

Bioelectromagnetismo.- La mayor parte de la muestra carecía de conocimientos básicos sobre esta disciplina esto demuestra una gran ignorancia por parte de la población, en cuanto a las nuevas ciencias y su desarrollo. El biomagmetismo forma parte esencial de la bioingeniería ya que ha permitido la creación y/o el perfeccionamiento de nuevas maquinas como los equipos de resonancia magnética o de electroencefalografía. Los cuales son fundamentales para el correcto diagnostico de enfermedades o traumatismos, los cuales pueden desencadenar graves padecimientos a corto o largo plazo. Pero la desinformación lo cual fue lo reflejado en los datos es un punto en contra, al momento padecer una enfermedad y ulteriormente su ser sometido a un tratamiento.

Biomecánica.- La mayoría de las personas encuestadas no respondieron positivamente a las cuestiones planteadas, lo cual manifiesta nulidad en entendimiento de este concepto. Esto es debido a la inexperiencia de los sistemas de salud en cuanto a nuevas técnicas se refiere. Mas la población debería de exigir ser informada de este tipo de nuevas técnicas tales como las prótesis, que serian inexistentes sin esta disciplina

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científica. Es por esto y mucho más, que nuestros sistemas de salud se deberían actualizar con las nuevas tecnologías de punta para ofrecer a todos los derechohabientes lo más nuevo en aparatos de rehabilitación. Lamentablemente, esto está lejos de ser una realidad debido a que se necesitarían cambiar esquemas obsoletos que se han venido arrastrando desde hace décadas, y replantearlos de una manera que sería muy brusca para la mayoría de las personas. Mientras esta situación siga así, todos los esfuerzos serán en vano.

Biomateriales.- Un gran número de individuos desconocieron este tipo de materiales, esto manifiesta un atraso en materia de nuevas tecnologías. No obstante, los biomateriales son importantísimos para la fabricación de órganos artificiales ya que sin estos lo órganos artificiales serian incompatibles y el cuerpo no los podría aceptar. Los órganos artificiales son una excelente esperanza de vida para aquellos pacientes que esperan por algún órgano pero no lo pueden obtener. Los biomateriales son cada vez mas novedosos y en algunas ocasiones tienen las mismas propiedades que el tejido natural, con el avance de la ciencia los materiales biocompatibles podrían ser irreconocibles a los naturales presentando ventajas superiores a estos últimos. Los biomateriales son un elemento significativo para el avance de la ingeniería biomédica y también representan un adelanto en el mejoramiento de la calidad de vida ya que los biomateriales son utilizados en un muy amplio tipo de aplicaciones.

Conclusiones Generales

Los resultados arrojados en la encuesta muestran un tremendo rezago hacia temas nuevos o poco conocidos, esto debido, tal vez, a la falta de educación o al desinterés por este tipo de tópicos, todo esto conlleva a un insipiente comprensión de los sistemas de salud actuales, o en dado caso, a una rehabilitación o tratamiento insuficiente e ineficaz. Sin embargo, la bioingeniería es una herramienta esencial para la medicina, ya que ayuda al diagnóstico o a la terapia de enfermedades a través de prótesis, sensores, órganos artificiales, etc. y que en conjunto con la medicina alópata son de gran ayuda para la cura de enfermedades. Esto solo demuestra que mi hipótesis planteada al principio es verdadera ya que las aplicaciones prácticas de la bioingeniería son muchas y muy variadas y teniendo conocimiento de cada una de ellas se podría, eventualmente, tener una mejoría en nuestra calidad de vida. La ingeniería biomédica nos presente un extenso campo de aplicaciones en diferentes maquinas e instrumentos que hacen posible el correcto diagnostico de enfermedades. Si bien, muchos de las etnologías que se presentaron en este trabajo de investigación están todavía en fase de prueba, en algunos años podríamos ver como están tecnologías serian una realidad y de esta forma contribuir al progreso de la ciencia, la tecnología y la salud. No obstante, existen algunos limitantes que la bioingeniería tiene, tal es el caso de la creación de un cerebro humano,

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que es el órgano mas complejo de nuestro cuerpo, del cual aun no se entendido su funcionamiento en su totalidad, y representa una gran incógnita para la ciencia de nuestro tiempo. Dejando de lado lo anterior, esta ciencia ha sido, es y seguirá siendo una proveedora de diversa instrumentación y aparatos fundamentales, para que nuestras vidas sean largas y saludables, que aunque en muchas ocasiones sea completamente desconocida es muy fructífera en cuanto a su quehacer tecnológico.

Consideraciones finales

BIBLIOGRAFIA

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http://www.monografias.com/trabajos17/organos-artificiales/organos-artificiales.shtml

Propuesta

La ingeniería biomédica es un excelente instrumento para conocer y tratar de una forma integral los padecimientos, es por eso que a través este trabajo de investigación pretendí informar a el lector de los usos prácticos de la bioingeniería en la salud publica ya que la rehabilitación de las personas en las instituciones publicas así como el tratamiento de enfermedades concomitantes que la población sufre son verdaderos problemas para las instituciones hospitalarias y obviamente para la salud publica, esto sin dejar de lado la tremenda ignorancia, que he demostrado, existe por parte de gran parte de la población mexicana en cuanto a las nuevas ciencias y tecnologías, además de la reticencia del gobierno y la misma población a tratar con nuevas técnicas viejos malestares.

Todo lo anteriormente descrito hace una enorme mella e el desarrollo de las actividades biotecnológicas en especias de la ingeniería biomédica que a pasos pequeños pero seguros esta logrando hacer terreno en el campo medico del México actual, sin embargo nos falta mucho camino en cuanto a materia de nuevas ciencias aplicadas se refiere, basta echar un vistazo a países un poco mas desarrollados que el nuestro y ver como sus sistemas de salud son sustancialmente diferentes al nuestro, desde el aspecto que lo veamos, solo con mencionar los avanzados sistemas de detección y técnicas de tratamiento de enfermedadesen los países de la unión europea, para darnos cuenta que tan atrasados estamos.

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Es por ello que mi propuesta plantea, esencialmente, cambiar la forma en la que la que la mayoría de las personas piensan al verse sometidos a nuestro tedioso y muchas veces ineludible sistema de salud, y es que en los mexicanos nos enfrentamos a unas carentes instituciones de salud publica con una tecnología limitada y un numero cada vez mayor de derechohabientes, estos dos factores hacen que sea necesario una reformulación en la forma en que operan estos, por eso he decidido que mi propuesta parta de ese punto para así dar a conocer todo el amplio abanico de posibilidades que tiene la ingeniería biomédica.

Empezare mencionando posibles soluciones que podrían ponerse en practica para este problema, sin embargo se que esto propone un reestructuramiento político, económico y social en nuestro y que no será tarea fácil debido a que la misma gente no quiere progresar. La mentalidad mexicana, como sabemos, es muy nihilista en su forma de ser, y la verdad es que así nos han forjado, pero se que si se parte desde un enfoque humanizado, este problema se vera minimizado, aunque para lograr esto se tiene que ser persuasivo y constante de otra forma el objetivo se vería perdida.

Mi solución a corto plazo es abatir la ignorancia en cuanto a este tema por medio de una conferencia en la cual se de a conocer todos los avances de la ingeniería biomédica así como concientizar al publico de todas la posibilidades y ventajas que presenta para alguien la utilización de alguna de las diversas aplicaciones que tiene la bioingeniería, ejemplo de estas últimas son los reemplazos de un órgano natural total o parcialmente por uno artificial o alguna otra porción de nuestro cuerpo como las arterias o inclusive hasta la sangre. Todo este conjunto de técnicas juega un papel muy importante en la conservación de la salud así como en el mejoramiento de la calidad de vida de los pacientes que sufren alguna enfermedad terminal.

Si el uso de algunas de las aplicaciones anteriormente escritas, como el uso de órganos artificiales, (que actualmente se perfeccionan a un grado cada vez mayor) se generalizara, la demanda se órganos naturales se reduciría considerablemente a nivel global, personas que actualmente se encuentran en larguísimas listas de espera podrían recibir el órgano que necesitan y restablecer su vida sin ningún problema. En esto días, es posible crear casi todos los órganos de nuestro cuerpo de manera similar a como los hace la madre naturaleza.

Lamentablemente, los proyectos de creación de órganos artificiales son extremadamente costosos y solo son posibles en laboratorios especializados de países desarrollados, y por consecuencia el costo de un órgano artificial como el corazón puede rondar hasta en los $195, 000.USD, lo cual es un precio exorbitado para el nivel per cápita mundial, precio que según sus promotores es razonable si se considera el dinero que se gasta en cuidar a un enfermo que sufre una afección del corazón. No obstante, el factor costo es un obstáculo difícil de franquear en las tecnologías de punta y este caso la mayoría de los pacientes

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carecen de los medios necesarios para costearse un aparato tan caro, y aunque en la mayoría de las ocasiones son una prioridad para salvar la vida de los enfermos, son inalcanzables ya sea por su precio o porque ni siquiera saben que existen tal cosa, y esta ultima razón es precisamente una de tantas razones en las cuales en basado esta propuesta que como ya he dicho con anterioridad, pretende quitar la venda de los ojos a la población y sacar a la luz todo el amplio abanico de posibilidades que presenta el uso de la ingeniería biomédica, que puede ser muy significativa para salvar la vida de un paciente que sufre una enfermedad que atañe su salud y/o lo imposibilita hacer sus actividades rutinarias.

Para combatir el rezago, que presenta un sector muy amplio de la población en cuanto a esta rama de la ingeniería, he decidido como propuesta de solución realizar un ciclo de conferencia, que mencione con anterioridad que serán basadas en este trabajo de investigación y en investigaciones posteriores que serán realizadas a partir de las ya preexistentes las cuales serán pensadas para que todo publico, incluidos profesionales de la salud y pacientes en tratamiento o rehabilitación, puedan asistir. La conferencia será de libre admisión para que de esta forma puedan concurrir la mayor cantidad de asistentes. Se planea hacer en un lugar de acceso público para evitar aglomeraciones y que tengan un fácil acceso los asistentes.

En las conferencias se hará la más atenta invitación a todos aquellos fabricantes de instrumentos y compañías especializadas en ingeniería biomédica para que puedan promocionar sus productos y de esta manera contribuir al desarrollo y enriquecimiento de la exposición. De esta forma pretendo ampliar el conocimiento de la población a través de estas actividades que a continuación enumerare:

Cronograma de Actividades

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