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Nombre del Alumno: Jonathan Oswaldo Lara Garcia Registro: 811151 Tema: Transformadas de la Place Nombre del maestro: Cesar Octavio Martínez Actividad: Comentarios Fecha: Bibliografía: http://servicios.laverdad.es/cienciaysalud/6_3_33.html http://es.wikipedia.org/wiki/Ingeniería_biomédica http://es.wikipedia.org/wiki/Biomecánica http://www.bioingenieria.edu.ar/extension/la_facultad/carreras/qesbioing.htm http://www.smbb.com.mx/downloads/09_ago_10_biotecnologia.pdf http://www.mti.gob.ni/docs/PAST%20DANIDA/Manual%20de%20Bioingenieria.pdf Titulo o Tema: La Bioingeniería Introducción: La bioingeniería puede definirse como: La inclusión de pastos, arbustos, árboles y otros tipos de vegetación en el diseño de ingeniería para mejorar y proteger laderas, terraplenes y estructuras de los problemas relacionados con la erosión y otros tipos de derrumbes superficiales en laderas. La bioingeniería proporciona soluciones eficaces en términos de costo a muchas de las preocupaciones medioambientales conexas al desarrollo de la infraestructura y a la creciente erosión del suelo. Debe pensarse como una habilidad que los ingenieros pueden emplear para aumentar la efectividad de su trabajo. La bioingeniería es una de las disciplinas más jóvenes de la ingeniería en la que los principios y herramientas de la ingeniería, ciencia y tecnología se aplican a los problemas presentados por la biología y la medicina. La formación del bioingeniero comprende una sólida base en ingeniería conjugada con los conocimientos fundamentales de medicina y biología, complementados con materias específicas de aplicación de tecnología: electrónica, informática, robótica, óptica, etc., para satisfacer las demandas de la medicina y la biología. Esta carrera fue creada con el objetivo de dar soluciones a la problemática del ámbito de la salud mediante la aplicación de modernos métodos tecnológicos. La bioingeniería hoy, en nuestro país, está creciendo y estableciéndose como uno de los polos de mayor desarrollo, tanto en el mercado médico-tecnológico como en el área de la investigación. La fabricación, la importación y la exportación de nueva y compleja tecnología médica, y la necesidad de normativas que rijan en todos los aspectos de la misma, hacen que la demanda de bioingenieros se haga cada vez más relevante y que diferentes ámbitos prestadores de salud requieran de sus servicios. Entre los más importantes campos que nuclea la Bioingeniería a nivel mundial se pueden mencionar: Biomateriales; Ingeniería Biomédica; Ingeniería Hospitalaria; Biomecánica; Bioóptica; Biosensores; Ingeniería Clínica y de Rehabilitación; Imágenes Médicas; Informatica Médica; Órganos Artificiales; Procesamiento de Señales Biológicas; Telemedicina; y todo lo que concierne a la Tecnología Médica. La biotecnología se perfila como una de las tecnologías dominantes para el siglo XXI y como una de las ramas del conocimiento con mayor crecimiento a nivel mundial. En México la biotecnología se ha identificado como un nicho de oportunidades, por la calidad de las investigaciones realizadas en diversas instituciones del país, y por los recursos humanos de alta calidad que se generan en este campo. ¿Que conocimientos posee ? La estructura y conformación del organismo humano, las relaciones anátomo - funcionales y los principios fisicoquímicos, cualitativos y cuantitativos que lo rigen. Los principios biológicos y fisiopatológicos de la enfermedad. Las bases para el diagnóstico y tratamiento. Los elementos para el diseño, análisis y construcción de equipamiento médico. Las propiedades físicas y fisicoquímicos de materiales tecnológicos de interés biomédico y biocompatibles. La estructura y funcionamiento de hospitales de diferente complejidad. Seguridad eléctrica y otros factores de riesgo en el hospital. El bioingeniero para todo esto debe además de su formación en el campo de la biología formarse fuertemente en matemáticas, electrónica e informática. ¿ Que labor realiza ? Aplica métodos tecnológicos e ingenieriles a los problemas presentados por la medicina y la biología. Tiene también en los hospitales un ámbito de trabajo muy amplio ya que debe asesorar y contribuir en la elección de los equipos necesarios para el cuidado de los pacientes, debe además garantizar su correcto funcionamiento. Idea y desarrolla equipos orientados al uso médico. Se desempeña con gran idoneidad cuando se trata del estudio y análisis de la estructura y el funcionamiento de los organismos vivos tanto a nivel molecular, celular y de aparatos y sistemas del cuerpo humano. Esto le permite el desarrollo de materiales aptos para reemplazos de órganos dañados o implantes. ¿ Cuales son las áreas de inserción ? Area empresaria: asesoramiento, capacitación, diseño de producto, generación, gestión de calidad, instalación de equipamiento, planeamiento, servicio técnico. Area hospitalaria: aparatología, desarrollos técnicos, dirección, gestión de compra, mantenimiento, planeamiento, seguridad hospitalaria. Centros de investigación: investigación básica y aplicada Organismos públicos: control, reglamentaciones, normativa, pliegos de adquisición de tecnología médica. Universidades e instituciones de educación: docencia, investigación y extensión. Investigacion y Argumentos LOS BIOMATERIALES Los biomateriales son materiales farmacológicamente inertes, utilizados para ser incorporados o implantados dentro de un sistema vivo para reemplazar o restaurar alguna función permaneciendo en contacto permanente o intermitente con fluidos corporales. El uso odontológico de la madera, plata y el oro o el del vidrio para mejorar la visión se remonta en algunos casos a hace más de dos milenios. Sin embargo, la eclosión tuvo lugar cuando a finales del siglo XIX se descubrieron los polímeros sintéticos como el PMMA (polimetilmetacrilato) usado por los dentistas desde 1930, el acetato de celulosa utilizado en los tubos de diálisis desde 1940, el dacron para injertos vasculares o el polieteruretano empleado en los cinturones femeninos, útil como material cardiaco. Es inmediato que debido a la finalidad de su utilización los principales problemas de los biomateriales guardan relación con su biocompatibilidad, propiedades mecánicas y adaptabilidad. Los progresos actuales en la ciencia de los materiales están posibilitando la mejora de las utilizaciones clásicas de los biomateriales así como el diseño de nuevas y prometedoras aplicaciones. En general, se podrían señalar tres situaciones diferentes: el pasado, con el énfasis en la eliminación de tejidos; el presente, con el objetivo principal de la sustitución de tejidos; y el futuro, con el fascinante tema de la regeneración de tejidos. Como las posibilidades son demasiado variadas, vamos a comentar solo unos casos particulares, con mayores posibilidades futuras. Con el propósito de ser utilizados para reemplazamiento directos de tejidos o para ingeniería y modificación de tejidos se están desarrollando materiales compuestos de unidades o bloques de materiales derivados de sustancias biológicamente naturales, incluyendo a los componentes de matriz extracelular (CME) que sirven para modelar y facilitar el funcionamiento de los tejidos. Los CME constituyen una mezcla compleja de proteínas, glicoproteínas y proteoglicanos. La utilización de CME naturales presenta problemas como la falta de homogeneidad de una preparación respecto a otra, variación de propiedades y posibilidades de transmisión de enfermedades, sobre todo víricas. Actualmente, usando la tecnología del ADN recombinante, se pueden crear ya análogos artificiales de los CME. Otra posibilidad será la del diseño y expresión de genes artificiales queconduzcan a la producción de proteínas ECM artificiales con propiedades mecánicas a la carta y con funciones adecuadas a su utilización. Ya existen resultados prometedores en el caso de la obtención de unidades polipeptídicas repetidas, producidas en sistemas bacterianos, que posteriormente por medios químicos o de radiación se preparan para ser usados como elastinas. Otra aproximación diferente ha sido la del uso de hidrogeles especiales de polisacáridos conteniendo ciertas moléculas de adhesión que sirven de molde para encapsular células utilizadas con resultados prometedores para ser implantadas en tejido óseo y conseguir su crecimiento. Resulta muy atractivo también el uso de estos geles encapsuladores para suministrar células troncales o madre específicas en lugares donde sea precisa una regeneración tisular. 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 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. Ingeniería biomédica La ingeniería biomédica es la aplicación de los principios y técnicas de la ingeniería al campo de la medicina. Se dedica fundamentalmente al diseño y construcción de productos sanitarios y tecnologias sanitarias tales como 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. El cultivo de tejidos suele ser considerada parte de la bioingeniería y en ocasiones la producción de determinados fármacos. 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:1 � Biomagnetismo y técnicas cerebrales � Creación de imagénes y óptica biomédicas. � Biomateriales � Biomecánica y biotransporte � Instrumentación médica � Ingeniería molecular y célular � Biología de sistemas En otros casos, las disciplinas dentro de la biongeniería se dividen en la cercanía con otros campos de la ingeniería más arraigados, los cuales suelen incluir: � Ingeniería química - a menudo asociado con la ingeniería bioquímica, celular, molecular, nuevos materiales y tejidos, etc. � Ingeniería Clínica- a menudo asociado con la Ingeniería Médica ó la Ingeniería Hospitalaria , administración y mantenimiento de equipos médicos en una clínica u hospital. � Ingeniería electrónica - a menudo asociado con la bioelectricidad, bioinstrumentación, creación de imágenes, e instrumentación médica. � Ingeniería mecánica - a menudo asociado con biomecánica, biotransporte, y modelado de sistemás biológicos. � Óptica e ingeniería óptica - óptica médica, imagen e intrumentación. En sus inicios, esta disciplina estuvo ligada fundamentalmente a la aplicación de técnicas de ingenieríaeléctrica y electrónica para la construcción de equipos médicos (instrumentación médica), así como al diseño de prótesis y ortesis (biomecánica y rehabilitación). Posteriormente, una parte muy importante de las aplicaciones de la ingeniería a la medicina fue la instrumentación para la adquisición de imágenes del cuerpo humano (imagenología médica). A partir del desarrollo de los ordenadores, la importancia de la instrumentación fue disminuyendo, mientras que el procesamiento de las señales adquiridas cobró mayor ímpetu debido a que fue posible obtener información adicional a partir de las señales que la instrumentación proporcionaba, y que no era visible directamente a partir de los trazos puros (procesamiento de señales biomédicas). En la actualidad la disciplina está ligada también a otras como la genómica y proteómica (biología computacional). Hay autores que indican que existe la ingeniería biomédica 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 añosOtros 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[cita requerida]. 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 Röntgen en 1895 hasta su primera aplicación en biomedicina pasó una semana. Desde 1896, Siemens y General Electric ya vendían estos sistemas. En laactualidad, 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. Biomecánica La 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, laingeniería, 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 ortopédias 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. La biomecánica se estableció como disciplina reconocida y como área de investigación autónoma en la segunda mitad del siglo XX en gran parte gracias a los trabajos de Y. C. Fungcuyas investigaciones a lo largo de cuatro décadas marcaron en gran parte los temas de interés en cada momento de esta disciplina.1 Históricamente uno de los primeros problemas abordados por el enfoque biomecánico moderno, resultó de intento de aplicar las ecuaciones de Navier-Stokes a la comprensión del riego sanguíneo.2 Aunque usualmente se considera a la sangre como un fluido newtoniano incompresible, esta modelización falla cuando se considera el flujo sanguíneo en las arteriolas o capilares. A la escala de esas conducciones, los efectos del tamaño finito de las células sanguíneas o eritrocitos individuales son signitivativos, y la sangre no puede ser modelada como un medio continuo. Más concretamente, cuando el diámetro del vaso sanguíneo es ligeramente mayor que el diametro del erotrocito, entonces aparece el efecto Fahraeus–Lindquist y existe una disminución en la tensión tangente al vaso. Así a medida que el diámetro del vaso sanguíneo disminuye, los glóbulos rojos tienen que aplastarse a lo largo del vaso y frecuentemente sólo pueden pasar de uno en uno. En este caso, se da un efecto Fahraeus–Lindquist inverso y la tensión tangencial del vaso se incrementa. Otro desarrollo importante de la biomecánica fue la búsqueda de ecuaciones constitutivas que modelaran adecuadamente las propiedades mecánicas de los huesos. Mecánicamente los huesos son estructuras mecánicas anisotropas, más exactamente tienen propiedades diferentes en las direcciones longitudinales y transversales. Aunque sí son transversalmente isótropos, no son globalmente isótropos. Las relaciones de tensión-deformación en los huesos pueden ser modelados usando una generalización de la ley de Hooke, para materiales ortotrópicos: Donde , existiendo sólo cinco constantes independientes que son función de: , los módulos de Young en dirección longitudinal y transversal. , los dos coeficientes de Poisson. , el módulo de elasticidad transversal. Existen tres tipos de músculo: � Músculo liso (no estriado): El estómago, el sistema vascular, y la mayor parte del tracto digestivo están formados por músculo liso. Este tipo de músculo se mueve involuntariamente. � Músculo miocardíaco (estriado): Los cardiomiocitos son un tipo altamente especializado de célula. Estas células se contraen involuntariamente y están situadas en la pared del corazón, actúan conjuntamente para producir latido sincronizados. � Músculo esquelético (estriado): Es un músculo que desarrolla un esfuerzo sostenido y generalmente voluntario. Un modelo ampliamente usado para este tipo de músculo, es la ecuación de Hill que puede simular adecudamente el tétanos: Donde: , es la tensión o cargas del músculo. , la velocidad de contracción. , es la máxima carga o tensión que se puede producir en el músculo. , son dos constantes que caracterizan el músculo. Esta ecuación puede describirse en términos de la tensión y la velocidad de deformación como: Durante la década de 1970, varios investigadores que trabajaban en biomecánica iniciaron un programa de caracterización de las propiedades mecánicas de los tejidos blandos, buscandoecuaciones constitutivas fenomenológicas para su comportamiento mecánico. Los primeros trabajos se concentraron en tejidos blandos como los tendores, los ligamentos y el cartílago son combinaciones de una matriz de proteinas y un fluido. En cada uno de estos tejidos el principal elemento portante es el colágeno, aunque la cantidad y la calidad del colágono varía de acuerdo con la función que cada tejido realiza: � La función de los tendones es conectar el músculo con el hueso y está sujeto a cargas de tracción. Los tendones deben ser fuertes para facilitar el movimiento del cuerpo, pero al mismo tiempo ser flexibles para prevener el daño a los tejidos musculares. � Los ligamentos conectan los hueos entre sí, y por tanto son más rígidos que los tendones. � El cartílago, por otro lado, está solicitado primariamente con compresión y actúa como almohadillado en las articulaciones para distribuir las cargas entre los huesos. La capacidad resistente del cartículo en compresión se deriva principalmente del colágeno, como en tendones y ligaments, aunque en este tegido el colágeno tiene una configuración anudada, soportada por uniones de cruce de gicosaminoglicanos que también permiten alojar agua para crear un tejido prácticamente incompresible capaz de soportar esfuerzos de compresión adecudadamente. Más recientemente, se han desarrollado modelos biomecánicos para otros tejidos blandos como la piel y los órganos internos. Este interés ha sido promovido por la necesidad de realismo en la simulaciones de interés médico. Emisión de Juicio La bioingeniería es la ciencia que se encarga de estudiar la combinación de la biologio, la medicina, la mecanica, la electrónica, la quimica, entre otras ciencias la cual nos ayuda a poder ayudar a los seres organicos con las dificultades geneticas, fisicas, etc, de lo cual estoy deacuerdo el que se desarrolle esta ciencia dado que siempre un organismo tendra dificultades o deficiencias en su disiño y con esta ciencia se puede arreglar todos aquellos males que aquejan. Una de las ciencias con las cuales estoy deacuerdo es con la de los biomateriales ya que se encarga básicamente de generar matereales capases de adaptarce e incorporarse al huesped biologico ya sea para ayudarlo a regenerarce que es lo ultimo que se a estado intentando hasta remplazar algun elemento del huesped con el material biologico lo cual es muy interesante desde el punto de vista cientifico, es interesante como toda esta tecnologia que básicamente es quimica se combine eficiente mente con los metodos matematicos y en particular las ecuaciones diferenciales dado que es muy complicado poder incorporar un material no bilogico como el plastico a un organismo biologico y esto es posible gracias a las ecuaciones diferenciales ya que con ellas se encuentrala relacion matematca para su incorporación. Otra de las ciencias que es muy adecuada para esto es la biomedica que se dedica básicamente a el desarrollo de equipo medico y aparatos que ayuden a los medicos con el diagnostico, monitoreo y escaneo de los biorganismos, y dado que estos mencionados biorganismos no son nada simples los aparatos diseñados tampoco deben de ser simples por ellos se requieren de grandes modelos matematicos para poder entender en primer lugar como es que funciona aquella parte del biorganismo que se quiere monitorear para con ellos porder basarce y crear el aparato para poder utilizarlo lo cual lleva a complejos modelos matematicos para su funcionamiento, estos deben de igual o hacercasce los mas posible al comportamiento de la parte del biorganismo a la que se quiere monitorear y dado el caso es por lo cual es importante las ecuaciones diferenciales en este campo. Por ultimo y no menos importante tenemos a la biomecanica la cual se encarga de estudiar los movimientos de los seres bilogicos digase huesos, musculos, organos, etc. Esta ciencia convina la robotica con la electronica y la informatica, las cuales combinadas crean o intentan imitar las movimientos de los seres biologicos, los cuales llevan una serie de calculos matematicos muy elevorados y complejos para poder hacer la fucion de las maquinas con los seres vivos, originalmente se creo para hacer prótesis pero en la actualidad a evolucionado para hasta poder remplazar un corazon, un igado y se meciona hasta una cerebro esto es realmente complicado porque los modelos matematicos que hay que aplicar son enormes y las ecuaciones diferenciales ayudan a facilitar el problema mas no lo resuelven por completo pero aun asi es aceptable su participación. Conclusiones En conclusión la bioingeniería tiene un gran futuro en la humanidad debido a que es la tecnologia del futuro y la que nos puede ayudar a mejorar nuestras debilidades fisicas para poder enforcarnos a mejorar otros aspectos de la vida diaria. Tambien se concluye que las ecuaciones diferenciales tienen un gran impacto en esta ciencia dado a que los complejos sistemas matematicos que explican o tratan de explicar el funcionamiento de los seres vivos son demaciado complejos y no se podrian resolver si no fuera por las ecuaciones diferenciales y todo lo que ello implica
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