06/07/2014

2014PRÓTESIS BIÓNICAS, EL FUTURO DE LOS DISCAPACITADOS.

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA

Facultad de Medicina

Licenciatura en Biomedicina

DHTIC

Alumno Martínez Juárez Diego.

Índice.

Resumen……………………………………………………………………….……..2

Introducción……………………………………………………………...……………3

1. Historia de las prótesis……………………………………………………………4

2. ¿Que es una prótesis biónica?......................................................................5

2.1 Beneficios de las prótesis biónicas……………………………………..5

3. Áreas de las cuales se apoya la investigación de las prótesis biónicas…….6

3.1 Subtema Ingeniería Biónica. ……………………………………………7

4. Tema Avances en la investigación de prótesis biónicas……………………...7

4.1 Subtema Retinas artificiales…...........................................................7

4.2 Subtema Prótesis de extremidades……………………………………8

4.3 Subtema Exoesqueletos…………………………………………………9

Conclusiones………………………………………………………………………..10

Bibliografía…………………………………………………………………………..11

Citas textuales………………………………………………………………………11

1

Resumen.

Desde tiempos ancestrales, nosotros los seres humanos hemos buscado la

forma de remplazar nuestros miembros o extremidades dañadas o perdidas por

otras fabricadas por nuestras propias manos, para tratar de adquirir un grado de la

funcionabilidad con la que antes contábamos.

La palabra prótesis proviene del griego “prothesis” formado de pro (antes) y

“thesis” de “tithemi” (yo pongo), en sentido de posición.

Actualmente la investigación en prótesis nos ofrece sistemas capaces de

formar una conexión mente-maquina, gracia a implantes de electrones en los

nervios que interpretan las señales y las traducen en movimientos mecánicos.

Aunque el estudio de la ingeniería biónica ha crecido bastante en los últimos

años, aún nos falta mucho por descubrir y por desarrollar para crear una prótesis

que se adapte al 100 % a las necesidades de las personas que lo requiran.

2

Introducción.

¿La tecnología es parte de nuestra vida, o es que acaso nosotros somos

parte de la tecnología? En los últimos años, los avances tecnológicos nos han

llenado de grandes satisfacciones, y como en todo gracias a estos avances

novedosos la vida día a día se nos va facilitando, no puedo imaginar que sería de

este escrito sin una máquina que me ayudara a imprimir mis ideas, cuanta tinta y

papel desperdiciara para darle un formato y sentido correcto a las oraciones aquí

plasmadas.

La tecnología avanza a pasos agigantados, antes no se podía tan siquiera

llegar a imaginar que en la palma de nuestras manos podríamos tener una cámara

de video o fotográfica, una agenda, un videojuego, un reloj, un diccionario, y

mejor aún toda la información del mundo, pero ahora esto y más es posible,

gracias a que la tecnología y la investigación en esta misma se desarrollan a un

ritmo muy acelerado, tanto así que en estos tiempos, la realidad supera a la

ficción.

Para muestra basta un boto, en los años 50´s las películas extranjeras

abordaban temas que giraban en torno a autómatas, personas o superhéroes con

esqueletos robóticos que podían ser controlados a favor, y mejor aún,

extremidades remplazadas por brazos o piernas robóticos, pero ¿Acaso esos

guionistas escritores de estas películas tenían una visión a futuro de lo que la

ciencia y la tecnología podrían llegar a crear?

3

1. Historia de las prótesis.

La palabra prótesis se refiere a:

“un dispositivo diseñado para reemplazar una parte faltante del cuerpo o

para hacer que una parte del cuerpo trabaje mejor. Los ojos, los brazos, las

manos, las piernas o las articulaciones faltantes o enfermas comúnmente son

reemplazados por dispositivos protésicos.” (Medline Plus, 2014).

En otras palabras, una prótesis puede ayudarle a realizar las actividades

diarias como caminar, comer o vestirse, tanto así que algunos miembros

artificiales le permite a la persona llevar una vida funcional como la de antes.

El uso de prótesis data de tiempos inmemorables. Existen ejemplos como la

mano de acero utilizada por Götz von Berlichingen aproximadamente en 1504 d.C.

lo cual le valió el apodo de Götz el de la mano de hierro por motivos obvios, cabe

mencionar que perdió su brazo en la batalla de Landshut.

Otro ejemplo se describe en los escritos históricos de Herodoto, un evento

que sucedió en el 484 antes de Cristo, donde un soldado persa después de sufrir

la amputación de su pierna, la reemplazarlo con una prótesis de madera

escapando de la prisión griega. Entre las evidencias arqueológicas de este

período se puede mencionar a la Pierna Romana de Capua cuya fecha data de

alrededor de los 300 aC, durante la Guerra de Samnitas, hecha de cobre y de

madera. Por desgracia, la pierna de Capua fue quemada cuando el Museo del

Real Colegio de Cirujanos de Edimburgo fue bombardeado en la Segunda Guerra

Mundial.

Ahora bien, si hablamos de la prótesis más antigua del mundo, nos podemos

remontar a un dedo artificial que un equipo de científicos británicos descubrió en el

pie de una momia egipcia.

“La investigadora de la Universidad de Manchester, la Dra. Jacky Finch,

ha demostrado que tres partes de madera y cuero del artefacto alojado en el

Museo Egipcio de El Cairo, junto con una segunda pieza, el dedo del pie

4

artificial de Greville Chester, que se exhibe en el Museo Británico, no sólo

aparentaban la parte del cuerpo que faltaba, sino que también ayudaron a sus

dueños a caminar como egipcios.” (Caso de los Cobos, 2011)

Con el texto anterior, se nos plantea la idea de que los egipcios fueron los

primeros en utilizar prótesis, algunos pensaran que las prótesis de dedos, y mejor

aún de dedos pulgares del pie, no servirían de nada, peor esto es completamente

falso, ya que está demostrado que dichas prótesis de dedos pulgares de los pies

servían para mantener estabilizada la pisada, y la persona no perdiera equilibrio.

2. ¿Qué es una prótesis biónica?

El término biónica proviene de la raíz bio- “vida” y de la terminación de

electró-nica, y es definida por la Real Academia Española de la Lengua como la

aplicación del estudio de los fenómenos biológicos a la técnica de los sistemas

electrónicos. En otros términos, en el campo de la medicina biónica significa la

sustitución de órganos o miembros por versiones mecánicas.

Podemos definir a una prótesis biónica, como un elemento artificial dotado de

cierta autonomía e inteligencia capaz de realizar una función de una parte faltante

del cuerpo. Dicha autonomía e inteligencia se logra al integrar sensores,

procesadores, actuadores, y complejos algoritmos de control.

De acuerdo a esta definición, las prótesis de uso cosmético quedan

completamente excluidas, como por ejemplo los ojos de vidrios, las piernas de

madera, etc.

2.1 Beneficios de las prótesis biónicas.

Las prótesis biónicas tienen grandes ventajas si las comparamos con las

prótesis convencionales, ya que en su construcción uno de los primeros

parámetros que se toman para que esta sea funcional, es su peso ya que si una

prótesis pesa más de lo debido, esta no será nada cómoda para el usuario.

5

Además, últimamente se han estado desarrollando prótesis que gracias a los

impulsos nerviosos de nuestro cerebro, se pueden controlar a favor, estas son las

prótesis biónicas de última generación, cuyo principal objetivo es el de no limitar al

usuario de dicha prótesis en los movimientos que desee realizar, porque como

sabemos, existen prótesis robóticas que tienen programados algunos movimientos

que le otorgan cierto porcentaje de funcionabilidad o movilidad, pero que mejor

que volver a mover una extremidad a favor, aunque se trate de una extremidad

hecha de metal y cables.

3. Áreas de las cuales se apoya la investigación de las prótesis

biónicas.

Como en toda investigación, esta no solo se apoya de un área, sino más bien

de un conjunto de áreas, en las cuales pueden trabajar diversos especialistas de

dichas área por un fin en común, tal es el caso de la investigación de las prótesis

biónicas, cuyo sustento recae en áreas como las matemáticas, la física, la

informática, la electrónica, la mecatrónica, la biología, la anatomía, solo por

mencionar algunas.

Ahora bien, ¿Cómo se relacionan estas áreas para un bien común?... en este

caso, las matemáticas se utilizan para realizar ecuaciones y cálculos necesarios

para el funcionamiento de una extremidad biónica, la física nos sirve para

entender cómo actúan e interaccionan las fuerzas que actúan en la dinámica de

las prótesis, la informática sirve entre otras cosas para programar en un lenguaje

que pueda ser entendido por un computador los movimientos de dicha extremidad

biónica, la electrónica y la mecatrónica, sirven para construir todos los integrados

físicos que harán de la prótesis algo funcional, y con integrados se quiere dar a

entender capacitores, resistencias, motores, etc., la biología y la anatomía sirven

como marco de referencia, ya que la finalidad de dichas prótesis es actuar lo más

naturalmente posible a lo que es un miembro del cuerpo, y para que esto sea

posible, primero se debe de conocer el funcionamiento de este miembro, tema en

el cual nos ayuda la anatomía.

6

3.1 Ingeniería Biónica.

Según el plan de estudios del Instituto politécnico Nacional, la Ingeniería

Biónica, se encarga de:

“Formar ingenieros cuya misión es la de diseñar, desarrollar y producir

dispositivos artificiales que posean un comportamiento y desempeño

morfológico y/o funcional semejante al de órganos o sistemas biológicos. La

Ingeniería Biónica se concibe como el conjunto de conocimientos

interdisciplinarios entre la electrónica y la biología cuyo propósito es la

creación de sistemas artificiales para reproducir las características y la

estructura de organismos vivos.” (Instituto Politécnico Nacional, 2010)

La ingeniería biónica abarca varias disciplinas con el objetivo de hacer

trabajar juntos sistemas biológicos, con sistemas electrónicos, por ejemplo para

crear prótesis activadas por los nervios, robots controlados por una señal biológica

o también crear modelos artificiales de cosas que solo existen en la naturaleza,

por ejemplo la visión artificial.

4. Avances en la investigación de prótesis biónicas.

4.1 Retinas artificiales.

En el año del 2013 la Administración de Alimentos y Drogas (FDA) de

Estados Unidos aprobó el primer tratamiento para darle visión limitada a las

personas que son ciegas, involucrando una tecnología denominada "retina

artificial".

El aparato permite a las personas con cierto tipo de ceguera detectar

personas en autos, peatones que se les cruzan en la calle e incluso números y

letras. La aprobación del sistema es un hito en la investigación visual, un campo

en el que los científicos están dando zancadas con terapia genética, optogenética,

células madre y otras estrategias.

La retina artificial es una hoja de electrodos implantada en el ojo. Al

paciente se le dan lentes con cámaras incluidas y procesadores de videos

7

portables. El sistema, llamado Argus II, permite a las señales parciales

atravesar la porción de la retina dañada y ser transmitidas al cerebro.

La cámara en los lentes captura imágenes, que el procesador de video

traduce en patrones pixelados de luz y oscuridad y transmite a los electrodos,

que lo llevan al cerebro. (El País, 2013)

Con la retina artificial, o la prótesis de retina, una persona ciega no puede ver

en el sentido convencional, pero puede identificar el contorno y los límites de los

objetos, especialmente cuando hay contraste entre la luz y la oscuridad, por

ejemplo: fuegos artificiales en la noche, o una media oscura entre medias blancas.

4.2 Prótesis de extremidades.

El mecanismo es relativamente sencillo: los miembros artificiales se acoplan

al cuerpo mediante diferentes sistemas de sujeción y emplean los nervios que

quedan tras una amputación para comunicarse con el cerebro de forma que éste

puede controlarlos.

Los nervios, como parte del sistema nervioso periférico, conducen los

impulsos eléctricos que conforman los estímulos desde los diferentes órganos al

cerebro a través de la médula espinal. Cuando alguien sufre la amputación de

una pierna pero los nervios siguen intactos, es posible su reconexión mediante

una técnica denominada “reinervación muscular dirigida” (Ingenius, 2013) .

La técnica, desarrollada por el Dr. Todd Kuiken, director del centro de

medicina biónica del Instituto de Rehabilitación de Chicago, transfiere los nervios

de la pierna o el brazo a los músculos adyacentes. Cuando los nervios crecen en

el músculo, éstos “piensan” como los músculos del pie o de la mano. De esta

forma, cuando el usuario de una prótesis piensa en contraer la mano, las

contracciones del músculo son medidas por señales mioeléctricas que permiten

que la mano protésica responda.

Para todo lo dicho anteriormente se necesita un intenso entrenamiento físico

y mental para desarrollar todo el potencial, pero la mejora de estos sistemas con

8

relación a las prótesis anteriores es abismal, ya que estos sistemas representan

muchas ventajas sobre las anteriores prótesis de madera, que en un tiempo

pasaran a la historia.

4.3 Exoesqueletos.

“Exo” es una palabra griega que significa fuera. De manera opuesta al

esqueleto humano normal, el cual sostiene el cuerpo desde adentro, un

exoesqueleto sostiene al cuerpo desde afuera. Los exoesqueletos usualmente son

diseñados para permitir caminar o aumentar la fuerza y resistencia a las personas

con desordenes de movilidad.

Para hablar de esto, nos podemos retomar la información del exoesqueleto

utilizado en la inauguración del mundial de Brasil 2014, donde el brasileño Miguel

Angelo Laporta Nicolelis comenta que…

“Las señales motoras generadas por su cerebro serán enviadas a una

mochila donde habrá un ordenador. Este será el encargado de “traducir” las

señales eléctricas cerebrales en órdenes concretas para los motores del

exoesqueleto, a fin de que este, ante todo, estabilice el peso del paciente y,

después, coordine sus movimientos en el campo hasta llegar y golpear el

balón.” (Afan por saber, 2014).

Un prototipo de este exoesqueleto se está construyendo ya en el laboratorio

de Gordon Cheng de la Universidad Técnica de Múnich y fundador de Walk Again,

un proyecto internacional sin ánimo de lucro cuyo principal objetivo es desarrollar y

poner en práctica el primer interfaz cerebro-máquina (brain-machine interface)

capaz de restablecer la plena movilidad de los pacientes afectados de un grado

severo de parálisis.

9

Conclusión.

Las prótesis biónicas son el futuro no solo de las personas discapacitadas,

sino también de muchas personas que no necesariamente sean inválidos, como

por ejemplo los deportistas, ya que pueden ayudar a aumentar el rendimiento

físico de las personas, también pueden emplearse para ejecutar tareas que para

una persona común y corriente le serían imposibles, como por ejemplo levantar

objetos muy pesados.

Ya existen en el mercado algunas variedades de prótesis biónicas, pero aún

no están al alcance de todos, ya que son sistemas innovadores que llegan a

costar mucho dinero, a lo mejor y en un futuro esta tecnología se desarrollara más

y mejor por nuevas empresas, provocando en primer lugar que personas

amputadas, discapacitadas, u otras que requieran de este servicio, logren adquirir

con estas prótesis biónicas un grado de funcionabilidad mayor al que se está

acostumbrado con las prótesis convencionales; y en segundo lugar que la

competencia por la demanda de estas mismas florezca ocasionando que nuevos

empresario inviertan en la investigación y producción de mejores diseños, que se

piensa que se abarataran por la competencia de estas mismas empresas.

10

Bibliografía.

Loaiza Brito, J. (2006).Diseño de un sistema foveal basado en fotoreceptores

rectangulares para retina artificial. (Tesis de maestría). Instituto politécnico

Nacional, D.F., México.

Martínez, A., Romero, S., Ros, E., Prieto, A. y Pelayo, F. (2002). Implementación

en hardware reconfigurable de un modelo de retina. Cortivis, España.

Puglisi, L., Moreno, H. (2009). Prótesis Robóticas. Universidad Politécnica de

Madrid, Madrid, España.

Referencias.

Afan por saber. (18 de Febrero de 2014). Obtenido de Afan por saber:

http://www.afanporsaber.es/2013/03/andar-con-la-mente/#.U7jmN5R5N1Y

Caso de los Cobos, G. (15 de Febrero de 2011). Terrae Antiqvae. Obtenido de

Terrae Antiqvae: http://terraeantiqvae.com/profiles/blogs/las-primeras-

protesis#.U7i74pR5N1Y

El País. (16 de Febrero de 2013). Obtenido de El País:

http://historico.elpais.com.uy/130216/pciuda-696131/ciudades/retina-

artificial-ofrece-vision-parcial-para-ciegos/

Ingenius. (2013). Obtenido de Ingenius:

http://ingenius.ups.edu.ec/documents/2497096/4150529/resenaBibliografica

_BritoQuindeCuscoCalle_08.pdf

Instituto Politécnico Nacional. (2010). Obtenido de Instituto Politécnico Nacional:

http://www.ipn.mx/educacionsuperior/Paginas/Ing-Bionica.aspx

Medline Plus. (16 de Mayo de 2014). Obtenido de Medline Plus:

http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/ency/article/002286.htm

11