¿Qué es la Bioingeniería?

Albert EinsteinLo más bello que podemos experimentar es el lado misterioso de la vida. Es el sentimiento profundo que se encuentra en la cuna del arte y de la ciencia verdadera. – Albert Einstein (1879-1955); físico y matemático estadounidense, de origen alemán.

Una de las definiciones más aceptadas de Bioingeniería es aquella propuesta en 1972 por el “Committes of the Engineer’s Joint Council” de los Estados Unidos:

La Bioingeniería 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.

Esta definición implica una colaboración que normalmente no puede obtenerse dentro de la estructura de cada disciplina por separado.

Otra definición, realizada por Heinz Wolff en 1970, es la siguiente:

La Bioingeniería consiste en la aplicación de las técnicas y las ideas de la ingeniería a la biología, y concretamente a la biología humana. El gran sector de la Bioingeniería que se refiere especialmente a la medicina, puede llamarse más adecuadamente Ingeniería Biomédica.

Cuando los Ingenieros Biomédicos trabajan dentro de un hospital o clínica, son llamados usualmente Ingenieros Clínicos. Un Ingeniero Clínico es una persona graduada de un programa académico ingenieril que lo acredita o quien es Ingeniero de otra área y está comprometido en la aplicación del conocimiento científico y tecnológico, desarrollado a través de la educación ingenieril y la experiencia profesional subsecuente, dentro del ambiente del cuidado de la salud, en apoyo de actividades clínicas.

Diálisis

La libertad y la salud se asemejan: su verdadero valor se conoce cuando nos faltan. – Henri Becque (1837-1899); dramaturgo francés.

Piense en los desechos que sus actividades normales generan cada día: Las envolturas, las latas vacías y los restos de comida, sólo por nombrar algunos. Si usted no pudiera sacar la basura, amontonaría más y más. En el futuro, su casa sería inhabitable.

Dentro de su cuerpo, sus órganos y células también crean desechos durante los procesos normales del organismo. Afortunadamente, el cuerpo tiene sus propios sistemas internos para removerlos, entre otros los riñones. Cada día, los riñones limpian los fluidos de su organismo y regulan el equilibrio químico del mismo.

Su vida depende de ellos, ya que impiden que los desechos crezcan hasta niveles tóxicos.

Cada año, un número creciente de personas pueden vivir, trabajar y disfrutar su vida a pesar de tener riñones que no funcionan apropiadamente. ¿La razón? La diálisis. La diálisis es una manera artificial de sacar “la basura” del cuerpo, quitando los desechos y los líquidos en exceso. No es un reemplazo perfecto ni una cura para los riñones pero, para millones de personas en el mundo, esta es una chance para seguir viviendo y una razón para ser optimistas sobre su futuro.

Fallo renal

Muchas enfermedades o eventos pueden dañar los riñones y hacerlos fallar. Puede ocurrir de repente o puede tener lugar gradualmente durante meses o años. Las condiciones comunes incluyen la diabetes, la presión sanguínea alta, y una inflamación de los riñones llamada “glomerulonefritis”.

Cuando los riñones no pueden funcionar a más del 10 por ciento de la capacidad normal, la persona necesita diálisis renal o un trasplante de riñón para sobrevivir.

Historia de la diálisis

El primer riñón artificial de aplicación práctica fue hecho por un hombre llamado Kolff, quien estaba trabajando en la parte ocupada de Holanda, durante la Segunda Guerra Mundial. Al verse enfrentado con un caso de fallo renal, hizo un drenaje en una arteria obligando a pasar la sangre del paciente a través de un largo tubo de celofán, en el cual se la sometió a un proceso de filtrado similar al que proporciona el riñón sano. Luego se la hacía volver a una vena.

El tubo de celofán a través del cual se hacía circular la sangre se enrollaba en torno a un cilindro sumergido en un baño que contenía principalmente agua, pero también una serie de electrolitos en la misma concentración que se encuentran normalmente en la sangre. El celofán era permeable a las sustancias de bajo peso molecular, tales como la urea, pero no a aquellas otras de peso molecular elevado, como las proteínas. Por ello, al pasar la sangre a lo largo del tubo, la urea y otras sustancias no deseables eran capaces de pasar a través de la pared de celofán hasta llegar a la solución acuosa.

Manipulando las concentraciones de los electrolitos presentes en el líquido de diálisis, resulta también posible retirar agua de la sangre del paciente. Esto es muy importante, en vista de que su función de mantener en el cuerpo el agua necesaria se ve alterada por la incapacidad de pasarla a la orina.

Métodos actuales de diálisis

Hay varias maneras de realizar la diálisis. Todas ellas entran en dos categorías principales:

1. Hemodiálisis

maquina-dialisisLa hemodiálisis quita los desechos y los fluidos filtrando la sangre a través de un riñón artificial, llamado “dializador”. Para que esto ocurra, la sangre tiene que dejar el cuerpo, viajar hasta el dializador y luego retornar. Pero el proceso no es para asustarse, ni tan doloroso como podría parecer.

Antes de que un paciente se someta a hemodiálisis, un cirujano debe crear un acceso en sus vasos sanguíneos para que la sangre pueda salir y re-entrar en su cuerpo durante la diálisis. Normalmente, el acceso está en el antebrazo.

El procedimiento se diseña para aumentar el flujo de sangre agrandando un vaso sanguíneo o creando un vaso artificial. Cuando empieza la hemodiálisis, se insertan dos agujas en el acceso. Un tubo delgado lleva sangre al dializador (unidad que contiene fibras huecas ligeramente más gruesas que uno de sus cabellos). Cuando la sangre fluye a través de estas fibras, los desechos pasan a través de las paredes de la fibra hacia una solución circundante, llamada “solución de diálisis” o “dializado”.

La máquina de diálisis, conectada al dializador, proporciona la solución que baña las fibras y quita los desechos. También regula las características de la solución de diálisis para quitar el exceso de fluidos de la sangre.

Después de pasar a través del dializador, la sangre retorna a través de otro tubo. Menos de una taza de sangre está fuera del organismo en cualquier instante.

Usualmente, se necesita la hemodialisis tres veces por semana. Las sesiones duran aproximadamente de tres a cuatro horas. Normalmente no se siente dolor ni incomodidad durante la sesión, pero el movimiento está limitado porque el paciente se conecta a la máquina. La mayoría de las personas leen, miran TV o duermen en un confortable sillón. La hemodiálisis puede realizarse en la casa, pero la mayoría de las personas va a un hospital o centro de diálisis.

2. Diálisis peritoneal

dialisis-peritonealEste tipo de diálisis normalmente se hace en el hogar, después de un período de entrenamiento. Usa el recubrimiento de la cavidad abdominal, llamado “membrana peritoneal”, para eliminar de la sangre los desechos y el fluido en exceso.

La membrana peritoneal contiene una inmensa red de vasos sanguíneos. Durante la diálisis peritoneal, ellos actúan como las fibras huecas de un riñón artificial. Pero para que esto ocurra, la cavidad abdominal debe llenarse primero con la solución de diálisis. El fluido hace que los desechos de la sangre atraviesen las paredes de los vasos sanguíneos de la membrana peritoneal y alcancen la solución de diálisis.

Para ingresar el fluido en el abdomen (y removerlo una vez que está lleno de desechos) se precisa tener un catéter quirúrgicamente implantado en el abdomen. El catéter se parece un tubo pequeño, la mayor parte del cual queda dentro de la persona.

Para empezar, se conecta una bolsa de solución de diálisis al catéter a través de tubos delgados similares a aquellos utilizados en hemodiálisis. Después que la solución de diálisis está dentro de la persona, se desconecta el tubo de la bolsa y se sella el catéter. La solución permanece dentro durante varias horas, luego se drena e inmediatamente se reemplaza.

El proceso de drenar y reemplazar el fluido es llamado “intercambio”. Se necesitan varios intercambios cada día. Los intercambios pueden hacerse mientras se realiza la rutina diaria, o por la noche si la persona tiene una máquina de diálisis peritoneal en su casa. La máquina llena y vacía fluido automáticamente cuando la persona duerme.

Como en la hemodiálisis, este tipo de diálisis no es doloroso, pero los pacientes pueden encontrar que le lleva tiempo acostumbrarse a tener fluido en su abdomen.

Escogiendo un método

Aproximadamente el 85 por ciento de las personas que necesitan diálisis utilizan la hemodiálisis, mientras que el resto utiliza la diálisis peritoneal.

El médico y su equipo son los más aptos para ayudar al paciente a decidir cual es la opción que mejor se adaptará a su persona.

Ultrasonidos

confucioCuatro cosas es necesario extinguir en su principio: las deudas, el fuego, los enemigos y la enfermedad. – Confucio (551-479 a. C.); filósofo chino.

Generalidades

En su afán de estudio, la medicina busca desde hace tiempo métodos diversos para poder representar en imágenes el interior del organismo. El avance más espectacular fue conseguido a finales del siglo XIX con el descubrimiento de los rayos X, ya que además de ser un buen método abriría paso a los demás sistemas de imágenes.

Intentando desarrollar otras técnicas se empezaron a utilizar los ultrasonidos con bases similares a las del radar y con equipos semejantes a los utilizados en la industria para detectar fallos en los materiales.

Actualmente, el uso de ultrasonidos en la medicina ha encontrado un lugar sólido entre la variedad de métodos para obtener imágenes del cuerpo. Las razones para esta popularidad son muchas, pero quizás derivan de la simplicidad y la seguridad en su uso.

¿Qué son los ultrasonidos?

Los ultrasonidos se definen como ondas acústicas con frecuencias por encima de aquellas que pueden ser detectadas por el oído humano, desde aproximadamente 20 KHz hasta varios cientos de megahertz. En contraste con las ondas electromagnéticas, estas vibraciones necesitan de un medio físico para su propagación.

Los instrumentos médicos utilizan sólo una porción del espectro de ultrasonidos, entre 1 MHz y 10 MHz, debido a las necesidades combinadas de buena resolución (longitudes de onda pequeñas) y buena penetración en los tejidos (frecuencias no demasiado altas).

Instrumentos médicos basados en ultrasonidos

ultrasonidosEl campo de los ultrasonidos es muy amplio, habiendo varias técnicas. El campo más conocido hoy en día es el obstétrico, para el control del feto intraútero. Esto permite comprobar el estado fetal en cuanto a su crecimiento y a su morfología, permitiendo asimismo el estudio de los perímetros pélvicos para conocer la viabilidad del parto normal; un caso especial y muy comentado, pero de poca importancia clínica, es el diagnóstico del sexo del futuro recién nacido.

Además, los ultrasonidos son utilizados en las siguientes áreas:

  • Imágenes por efecto Doppler
  • Flujímetros Doppler
  • Tomografía computada por ultrasonidos
  • Cirugía (destrucción de estructuras por vibración)
  • Producción de calor
  • Microscopio ultrasónico
  • Fisioterapia

Presente y Futuro de la Bioingeniería

francis bacon baron de verulamEl que no aplique nuevos remedios debe esperar nuevos males, porque el tiempo es el máximo innovador. – Francis Bacon, Barón de Verulam (1561-1626); filósofo, político, abogado y escritor inglés.

La creciente complejidad de los instrumentos, de los métodos de medida e incluso de la interpretación de los datos obtenidos, hace que los hospitales necesiten de los bioingenieros, con frecuencia jugando papeles complementarios a los del médico en los equipos clínicos. Fuera de los hospitales encontrará la oportunidad de trabajar paralelamente al médico, al psicólogo, al trabajador social y a otras personas semejantes que comparten la responsabilidad del bienestar médico de la comunidad en su conjunto.

Futuro de la BioingenieríaEn las Universidades se le necesitará no sólo para la investigación biológica pura, sino también para que desarrolle nuevos métodos de medida, de diagnóstico y de análisis, y con toda seguridad irá encontrando cada vez más oportunidades de trabajo de asesoramiento y desarrollo en aquellas industrias que han de producir los instrumentos para la Bioingeniería del futuro.

Por tanto, si se trata de un hombre de carrera y nada más, no necesita preocuparse de sus perspectivas profesionales. Si además ocurre que es un altruista, encontrará una satisfacción aumentada. Verá que su trabajo consiste en canalizar la moderna tecnología, que con tanta frecuencia ha trabajado para la destrucción, hacia el beneficio de sus semejantes.

globo ocularLa Bioingeniería hoy está creciendo y estableciéndose como uno de los polos de mayor desarrollo, tanto en el mercado actual como en el área de la investigación. No obstante, aún son muchos los profesionales de la salud que desconocen qué es la Bioingeniería y cuáles son sus aplicaciones.

La apertura actual de las transacciones internacionales, tanto en la importación como en la exportación de nueva y compleja tecnología médica, como también la falta de normativa clara que rija en todos los aspectos de esta tecnología, hacen que la demanda de bioingenieros se haga cada vez más relevante en este mercado y que ámbitos prestadores de la salud requieran de sus servicios.

Áreas de la Bioingeniería

Pueden visualizarse cuatro ramas mayores en el campo de la Bioingeniería:

bionicaBiónica: Resumidamente, consisten En la aplicación de los principios de los sistemas biológicos a modelos ingenieriles con el fin de crear dispositivos específicos.

biologia aplicadaBiología Aplicada: Es la utilización de los procesos biológicos extendidos a escala industrial para dar lugar a la creación de nuevos productos.

equipo ecgIngeniería Biomédica: Es la aplicación de la ingeniería sobre la medicina en estudios con base en el cuerpo humano y en la relación hombre-máquina, para proveer la restitución o sustitución de funciones y estructuras dañadas y para proyectar y luego construir instrumentos con fines terapéuticos y de diagnóstico. Esta es la rama de la Bioingeniería donde se verifica más directamente el impacto entre la medicina y la ingeniería.

ingenieria ambientalIngeniería Ambiental: Es el uso de la ingeniería para crear y controlar ambientes óptimos para la vida y el trabajo.

Una clasificación más profunda y abarcativa de las especializaciones y áreas de trabajo de la Bioingeniería puede accederse desde el Directorio de Recursos.

¿Cómo surgió la Bioingeniería?

ambulancia antiguaAl fin y al cabo no existe la historia; no hay más que la descripción de la vida. – Ralph Waldo Emerson (1803-1882); poeta y ensayista estadounidense.

Antes de la segunda guerra mundial, el personal médico y los investigadores en el campo de la biología se valían de técnicas de ingeniería que fuesen relativamente sencillas y cayesen dentro de sus conocimientos. Por ejemplo, un fisiólogo investigador se hubiera sentido satisfecho si para llenar las necesidades de su laboratorio hubiese podido contar con un soplador de vidrio, un carpintero y un mecánico a su disposición. Como los fundamentos del diseño de los instrumentos que necesitaba encajaban bien dentro de sus conocimientos teóricos y prácticos, hubiera podido especificar con toda claridad lo que quería, y ese equipo de obreros especializados lo hubieran construido de acuerdo con su diseño.

Antigua Pantalla de Radar
Antigua Pantalla de Radar
Fue un accidente histórico lo que hizo que por vez primera en Gran Bretaña un gran número de biólogos adquiriesen sólidos fundamentos en el campo de la electrónica, abriendo de este modo rápidamente la posibilidad de aplicar técnicas más elaboradas en la resolución de los problemas biológicos y médicos. Al estallar la segunda guerra mundial, los químicos, físicos e ingenieros fueron rápidamente acaparados por aquellos que eran responsables de la fabricación de municiones, de aviones, etc. Para cuando se hizo evidente que en el campo del radar hacía falta trabajar mucho para lograr desarrollarlo, resultó que los biólogos eran casi los únicos científicos que quedaban disponibles para hacer este trabajo.

Antiguo Electrocardiógrafo
Antiguo Electrocardiógrafo
En los años inmediatos de la posguerra muchos biólogos estaban, por tanto, bien preparados en lo que constituían los últimos adelantos en el campo de la electrónica. Naturalmente, ellos los enfocaron hacia ciertos temas especializados. Pero la tecnología electrónica progresó muy rápidamente y los biólogos, que se habían familiarizado antaño con el manejo de válvulas y grandes componentes, pronto se vieron a la zaga en una nueva era de transistores y componentes en miniatura, y como los conocimientos de los antiguos investigadores quedaron anticuados, empezó a surgir una nueva generación de médicos y biólogos, sin ninguna práctica en el campo de la electrónica.

Los investigadores dentro del campo de la biología y de la medicina vieron claramente que ganarían una incalculable cantidad de tiempo no sólo si se familiarizaban con los adelantos técnicos existentes, sino también si iban dando paso a los nuevos que fuesen llegando. Entonces surgió la necesidad de un nuevo tipo de persona que hiciese de puente sobre el hueco que separaba a la elaborada tecnología de la ingeniería de las ciencias biológicas. En pocas palabras, surgió la necesidad de los bioingenieros.

Fueron distintas instituciones las que por diferentes caminos vieron patente esta necesidad. Algunas empezaron a reclutar técnicos, que habían de trabajar ciñéndose casi exclusivamente al desarrollo de los instrumentos y que, al menos en principio, no tenían la categoría de investigadores. Otras instituciones fueron más rápidas en darse cuenta de la importancia de este asunto y contrataron a personal graduado, equiparándole con sus compañeros médicos y biólogos.

En este estado de cosas no había sido reconocida todavía la carrera de Bioingeniería, e incluso no se había acuñado la palabra correspondiente. ¿Quiénes fueron, entonces, los primeros bioingenieros en una época en la que todavía no existía un método adecuado para la formación de estas personas?

La mayoría de ellos fueron científicos del campo de las ciencias biológicas, con frecuencia médicos, los cuales se dedicaban a la ingeniería como entretenimiento o tenían un especial talento para ello. Esto no es sorprendente si uno piensa que es casi una tradición el que los médicos y cirujanos sean ingenieros aficionados.

bioingenieria fututoEn realidad, lo que hoy llamamos Ingeniería Biomédica se llamó al principio Electrónica Médica, y la asociación internacional constituida por los que practicaban esta actividad se conoció como “International Federation of Medical Electronics” (Federación Internacional de Electrónica Médica). Hasta 1965 no fue adoptado el título actual, mucho más adecuado, de “The International Federation of Medical and Biological Engineering” (Federación Internacional de Ingeniería Médica y Biológica).