REPUBLICA BOIVARIANA DE VENEZUELA

LA UNIVERSIDAD DEL ZULIA

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE ELECTRICA

CATEDRA: INSTRUMENTACION ELECTRONICA

PROFESORA: MIRIAM BORJAS

BIOINGENIERIA

ELABORADO POR:

Marcano Juan C.I.: V-22.177.825

Muñoz Carlos C.I.: V-19.988.237

Maracaibo, Febrero de 2012

TABLA DE CONTENIDO

- INTRODUCCION

- MARCO TEORICO

- MARCO METODOLOGICO

1.- BIOINGENIERIA

1.1.- Antecedentes y surgimiento

1.2.- Bioingeniería en el siglo XXI

1.3.- Aspectos de la Bioingeniería

2.- CAMPOS O AREAS DE TRABAJO DE LA BIOINGENIERIA

2.1- Biónica

2.2- Biología Aplicada

2.3.- Ingeniería Ambiental

3.- INGENIERIA BIOMEDICA

3.1.- Campos específicos de trabajo

3.1.1.- Área de Traumatología

3.1.2.- Área de Cardiología

3.1.3.- Área de Neurología

3.2.- Instrumentación Biomédica (Bioinstrumentación)

3.2.1.- Sensores biomédicos

3.2.1.1.- Sensores físicos.

3.2.1.2.- Electrodos de biopotenciales.

3.2.1.3.- Sensores electroquímicos

3.2.1.4.- Sensores ópticos

3.2.1.5.- Sensores bioanalíticos.

4.- BIOINGENIERIA EN VENEZUELA

- CONCLUSIONES

- BIBLIOGRAFIA

INTRODUCCION

En todos los casos, cuando hacemos referencia a la ingeniería como carrera, en

cualquier rama de la misma, por lo general pensamos en el área en que dicha

ingeniería se especializa, es decir, si hacemos referencia a la ingeniería civil, pensamos

en edificios u obras civiles, y asimismo cuando hablamos de otra ingeniería ocurre el

mismo caso. Notemos que en cada, una los sistemas creados, asi como los elementos

utilizados en esos procesos, sin duda contribuyen a maximizar la calidad de vida de la

humanidad y su entorno. Pero olvidamos que hay otras áreas que hacen uso de las

herramientas de la ingeniería y que hacen una labor sinfín para la vida de las personas,

dichas áreas hacen énfasis en la aplicación directa en el análisis de los fenómenos que

puedan ocurrir en el cuerpo humano y, en general, en todos los sistemas biológicos.

Estas áreas en conjunto conforman lo que hoy se conoce como Bioingeniería.

Estas herramientas son utilizadas también para la creación de dispositivos que

sean capaces de controlar esos fenómenos y que a consecuencia de ellos logren

solventar el problema que generan.

Cabe destacar que al hacer referencia a la Bioingeniería, hablamos de un

término cuya aplicación es excesivamente extenso, ya que de él se desprenden

muchas áreas de desempeño, bien sea en referencia al área mecánica, civil, medica,

etc. En este apartado haremos énfasis en algunas de las áreas de la Bioingeniería, y en

los procesos que se realizan en estas así como también sus inicios y los dispositivos

que se elaboran en dichas áreas.

- MARCO TEORICO:

¿Qué es la Bioingeniería?

“La bioingeniería o ingeniería biomédica es una rama interdisciplinaria de la

ingeniería que va desde temas teóricos y no experimentales hasta aplicaciones muy

actuales. Esta puede abarcar investigación, desarrollo, implementación y operación. En

consecuencia, tal y como ocurre en la práctica médica, no es posible que una sola

persona pueda adquirir una especialización que abarque todo el campo.” Cabe destacar

que esta no es la única definición que existe para bioingeniería debido a que existen

otras definiciones que corresponden a otras áreas de la bioingeniería como por ejemplo

la referente a la plantación vegetal y al análisis de terrenos para dicho fin.

Fuente: Apuntes de Bioingeniería-Universidad de las palmas de Gran Canaria –

Sonnia M. Lopez Silva y Jose Ramon Sendra Sendra

Campos de trabajo de la Bioingeniería:

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

Biónica: Es la aplicación de los principios de los sistemas biológicos a modelos

ingenieriles con el fin de crear dispositivos específicos.

Biología Aplicada: Es la utilización de los procesos biológicos extendidos a escala

industrial para dar lugar a la creación de nuevos productos.

Ingeniería 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.

Ingeniería Ambiental: Es el uso de la ingeniería para crear y controlar ambientes

óptimos para la vida y el trabajo.”

Fuente: Diego L. Manchini P, Trabajo de investigación Bioingeniería UCA-CYT

T.A.I.2 2005

- MARCO METODOLÓGICO

Tipo de investigación:

El tema a desarrollar se encuentra ubicado dentro de la metodología de

investigación documental. La información extraída de las distintas fuentes se analizo

posteriormente para su inclusión en el trabajo.

Técnicas e instrumentos de recolección de datos:

Para el desarrollo del tema se utilizaron diversas fuentes tanto bibliográficas

(Libros, trabajos de investigación y tesis de grado realizadas) como electrónicas (sitios

web, documentos pdf) cuya ubicación se encuentra respaldada en la bibliografía del

trabajo.

Validez y Confiabilidad de la información:

La información obtenida de las fuentes mencionadas anteriormente son consideradas

confiables y validas puesto que cuentan con el soporte de editoriales, información de

autores (libros), respaldo universitario (en su mayoría trabajos de investigación y tesis

de grado).

1.- BIOINGENIERIA

La Bioingeniería queda definida por la IEEE como la ciencia que estudia y busca

la aplicación de principios y métodos de las ciencias exactas, en general, y de la

ingeniería particularmente a la solución de problemas referentes a las ciencias

biológicas y medicas.

Se puede decir entonces que la bioingeniería estudia como se comportan

normalmente los distintos tipos de sistemas que constituyen el cuerpo humano, esto es

mostrado por el estudio de las propiedades mecánicas de elementos óseos realizado

por los ingenieros civiles, el efecto de las distintas enfermedades en estos sistemas,

como por ejemplo la enfermedad auditiva que padecen las personas cuando llegan a

cierta edad, desarrollado por un grupo de ingenieros electrónicos y eléctricos.

Lo anterior conforma la base para la evolución de ciertas soluciones a los

diversos problemas que se plantean, siendo el caso de la construcción de una silla de

ruedas auxiliar para la sala sanitaria, diseñada y elaborada por un grupo de ingenieros

industriales y electrónicos

1.1.- Antecedentes y surgimiento

El origen de la Bioingeniería se remota a la Edad Media, tiempo en que las

técnicas de construcción eran de clase empírica, y se basaba en la experiencia y en la

visualización de los resultados así como también donde los principales y únicos

elementos constructivos que existían, como bien lo sabemos, eran la piedra y la

madera.

Ya a finales del siglo XIII se tiene una mejor visualización de las primeras obras

publicadas, las cuales hacían referencia a la bioingeniería como una disciplina. Eso

permitió establecer un origen para dichas técnicas en la Europa Alpina, específicamente

en Austria y en Suiza. En el año 1886 se publica una obra compilatoria que se tituló

“Estabilización de las Riberas de nuestros Ríos y Desprendimientos de Tierras” cuyo

autor fue Robert Lauterburg.

Durante el siglo XIX y principios del siglo XX dichas técnicas fueron aplicadas

principalmente en obras para restaurar el aspecto hidrológico-forestal. Con la aparición

de nuevas técnicas y materiales, principalmente el hormigón, hizo posible que las

técnicas de bioingeniería quedaran referenciadas al ámbito rural y forestal en la zona

centroeuropea y perdieran importancia a favor de estas últimas.

En la década de los 30, en el siglo XX, tuvo lugar una de las crisis económicas

más graves de Europa Occidental, esto dio lugar a que muchas de las técnicas de la

bioingeniería se retomaran debido a su bajo costo.

Los registros de investigaciones científicas de los últimos 40 años, el anexo de

nuevos materiales industriales, la mejora de los criterios y capacidades técnicas para

ese entonces, han llevado a la consolidación científica de esta disciplina que con

respecto a nuevas exigencias tanto sociales como culturales, y a una variación en la

escala de valores, principalmente con la creciente conciencia ambiental, se ha vuelto en

un instrumento operativo, no solamente en cuestiones del control de erosión, sino

también en la protección del medio ambiente.

1.2.- Bioingeniería en el siglo XXI

Según el gerontólogo británico Audrey de Grey

es posible que, por medio de técnicas de regeneración

celular y molecular, podamos evitar el envejecimiento y

llegar a tener una larga vida.

Aproximadamente en 30 años podríamos

conseguir evitar la muerte por causas que tengan

relación con el envejecimiento asi como también se

sabe que la mayor parte de las terapias de

regeneración medica que son necesarias para la reparación del cuerpo humano ya

existen y muchos otros proyectos están a punto de ser una realidad. Sin embargo, uno

de los principales limitantes es que cada uno de estos va por su lado y lo que

necesitamos es que todo ese conocimiento se integre, y para esto, el financiamiento es

una gran limitación.

Hay estudios que se centran en la lucha contra la degeneración y el daño de

tejidos. Una estrategia para conseguir una larga juventud está dirigida a combatir

efectos no deseados de diferentes procesos orgánicos como las mutaciones nucleares

que causan el cáncer, mutaciones mitocondriales, acumulación de desechos infra y

extracelulares, la pérdida celular irreversible, envejecimiento celular y proliferación de

interconexiones entre células de distintos tejidos.

La mayor parte de los esfuerzos de estas investigaciones, y la medicina en los

últimos años, se ha centrado en el intento de curar el cáncer, una enfermedad que

comúnmente se asocia al envejecimiento. Científicos creen que el secreto para curar

esta patología está relacionado con los genes. Específicamente, la hipótesis base de

estos científicos, está centrada en la eliminación completa de todo el potencial genético

para la elongación de los telómeros en el cuerpo humano. Esto representa problemas

en la regeneración de otros tejidos, lo que provoca que esta técnica se tenga que

realizar conjuntamente con terapias que se basan en la administración de células

madre cada cierto tiempo para mantener en acción la proliferación de los diferentes

tejidos del cuerpo.

1.3.- Aspectos de la Bioingeniería

Entre los principales aspectos de la bioingeniería encontramos lo que son los

aspectos positivos, negativos y los aspectos interesantes de la misma.

A continuación se ilustra en la tabla 1 un resumen detallado de cada uno de los

aspectos mencionados en anteriormente que nos permiten entender mejor

entendimiento de los puntos que se desarrollaran a lo largo de la investigación

realizada.

TABLA #1

2.- CAMPOS O AREAS DE TRABAJO DE LA BIOINGENIERIA

La Bioingeniería es una ciencia que para su desempeño en las distintas áreas

requiere de la participación de diversas disciplinas, tanto de las diferentes ingenierías

como en las aéreas de la medicina, para la ejecución de proyectos

2.1- Biónica

La Ingeniería Biónica, básicamente, es la rama de la ingeniería encargada del

estudio y desarrollo de aplicaciones tecnológicas cuya finalidad sea simular el

comportamiento, la forma o el funcionamiento de ciertos organismos vivos, con el objeto

de crear un sistema útil a la sociedad, bien sea para uso industrial, en el sector medico,

con fines militares entre otros. Asimismo intenta hacer trabajar los sistemas biológicos y

electrónicos conjuntamente, como por ejemplo para la construcción de articulaciones

robóticas que simulen algunas ramificaciones del cuerpo humano (manos, pies, etc.)

2.2- Biología Aplicada

La biología aplicada usa los métodos que han sido aprobados en la

investigación científica en general, su labor fundamental consiste en el descubrimiento

de nuevos caminos y medios para obtener un rendimiento alto y estable, como por

ejemplo el caso del cultivo de plantas o de una producción elevada de animales

domésticos.

2.3.- Ingeniería Ambiental

La ingeniería ambiental se desprende de la rama de la ingeniería que se encarga

del estudio de problemas ambientales de manera integrada, tomando en cuenta las

dimensiones tecnológicas, ecológicas, económicas y sociales, cuyo principal objeto es

el de promover un desarrollo sostenible. Esta ingeniería busca garantizar, por medio de

la preservación y conservación de los recursos naturales, una mejor calidad de vida

para las generaciones actuales y futuras.

3.- INGENIERIA BIOMEDICA

La ingeniería Biomédica es la disciplina científica y tecnológica que se aplica a

los principios y métodos de la ingeniería, la ciencia y la tecnología para asi poder

comprender, definir y solucionar los problemas médicos y biológicos que se puedan

presentar.

El ingeniero Biomédico básicamente está capacitado para la aplicación de

conceptos referentes a ciencias biológicas y de ingeniería para solventar problemas del

área de salud. Además construye equipos y desarrolla procedimientos médicos

partiendo de tecnologías nuevas, que sean capaces de satisfacer las necesidades de

atención que los pacientes exijan. Estos ejecutan acciones que tienden a optimizar los

servicios de salud.

3.1.- Campos específicos de trabajo

La ingeniería Biomédica se especializa en muchos campos de trabajo, tanto a nivel

micro como macro, algunos de estos son los siguientes:

3.1.1.- Área de Traumatología:

En esta área la biomedicina facilita la sustitución de alguna extremidad del cuerpo

por prótesis biónicas bien sea con o sin control neural, esto es prótesis que permitan o

no la movilidad de la misma partiendo del uso de terminaciones nerviosas en el área

afectada.

3.1.2.- Área de Cardiología

En esta área la biomedicina se especializa en pacientes con dificultades

cardiacas, creando aparatos artificiales que cumplan con una función específica

necesaria para correcto funcionamiento del corazón, también existen dispositivos que

no necesariamente sustituyen el órgano o parte de él sino que mejoran el desempeño

del mismo como por ejemplo marcapasos.

3.1.3.- Área Neurológica

Esta área se especializa básicamente en el diagnostico, monitorización y

rehabilitación del daño cerebral en una persona así como el deterioro cognitivo, su área

de trabajo se remota a la rehabilitación cognitiva, rehabilitación funcional, generación de

conocimiento para rehabilitación basada en evidencia y la imagen medica para análisis

de alteraciones estructurales. Todos estos aspectos comprenden la base de la

ingeniería de neurorrehabilitación.

3.2.- Instrumentación Biomédica (Bioinstrumentación).

Los dispositivos biomédicos son empleados en los distintos niveles de

especialización de los sistemas de salud y debido a su gran importancia conforman el

pilar fundamental de los servicios médicos referentes a la prevención, tratamiento y

diagnostico de patologías.

Los principales dispositivos utilizados y fabricados la bioinstrumnentación son los

sensores biomédicos planteados a continuación:

3.2.1.- Sensores biomédicos

Los sensores son dispositivos que convierten las señales de cierto tipo, como por

ejemplo la presión hidrostática de un fluido , en una señal equivalente de otro tipo, por

ejemplo una señal eléctrica.

Los sensores biomédicos seleccionan señales que representan variables

biomédicas para posteriormente convertirlas en señales eléctricas, estos sirven como

una interfaz entre los sistemas electrónicos y biológicos y deben funcionar de forma tal

que no afecten negativamente a ningunos de dichos sistemas.

Existen distintos tipos de sensores biomédicos; la tabla 2 brinda una clasificación

general de estos sensores

TABLA #2

Como se observa es posible clasificar los sensores como físicos o químicos. En

los sensores físicos son medidas variables tales como la geométrica, térmica e

hidráulica, que en aplicaciones biomédicas estas pueden ser: el desplazamiento de un

musculo, presión sanguínea, temperatura corporal, flujo sanguíneo, etc.

El segundo grupo en la clasificación son los sensores químicos, que miden

cantidades químicas identificando, por ejemplo; la presencia de determinados

compuestos químicos detectando la concentración de varias especies químicas, y

monitorizando la actividad química en el cuerpo por motivo terapéutico o de diagnostico.

Seguidamente se definen algunos de estos tipos de sensores:

3.2.1.1.- Sensores físicos.

Son aquellos que miden las variables físicas asociadas a los sistemas biológicos.

Aunque son muchas las variables que pueden ser medidas en un sistema biomédico,

estas pueden ser clasificadas como se muestra en la tabla #3.

En esta tabla se especifica la magnitud física, el sensor asociado a esta cantidad

y la variable que el sensor va a medir.

TABLA #3

3.2.1.2.- Electrodos de biopotenciales.

Frecuentemente los sistemas biológicos tienen actividad eléctrica asociada a

ellos. Dicha actividad por lo general es un campo eléctrico constante, un flujo constante

de partículas de corriente o carga, o un campo eléctrico o una corriente variables en el

tiempo relacionados con ciertos fenómenos biológicos o bioquímicos dependientes del

tiempo. Los fenómenos bioelectricos están asociados a la distribución de iones o

moléculas que se encuentran en una estructura biológica y a las variaciones de la

distribución como resultado de ciertos procesos, dichos cambios se pueden dar a

cambio de una reacción bioquímica o pueden producirse a partir de fenómenos que

alteran la anatomía local. Existe todo una gama de señales que son importantes para la

comprensión y diagnostico de sistemas biológicos. Estas señales se encuentran junto a

sus abreviaturas y los sistemas que ellas caractericen aparecen en la tabla #4.

TABLA #4

3.2.1.3.- Sensores electroquímicos.

Los sensores electroquímicos básicamente son células electroquímicas que

emplean dos o tres electrodos. Las mediciones de este tipo de sensor se pueden

realizar tanto en condiciones estáticas como dinámicas.

Los sensores electroquímicos se utilizan ampliamente en muchas aplicaciones

biomédicas entre las que se encuentran los sensores de química clínica. Muchos

sensores enzimáticos, incluyendo sensores que se componen de glucosa y lactosa,

emplean sensores electroquímicos también.

Entre los distintos tipos de sensores electroquímicos se encuentran:

Sensor de Conductividad/Capacitancia

Sensor Potenciométrico.

Sensores Voltamperimétricos.

3.2.1.4.- Sensores ópticos

Se basan usualmente en fibra óptica o guías de ondas planas. Las guías de

ondas se basan en el principio de reflexión total interna. La luz incidente es transmitida

a través de la fibra si incide sobre la envoltura a un ángulo mayor al ángulo critico,

siendo totalmente reflejada en la interfaz núcleo/envoltura.

Una gran variedad de fibras ópticas de alta calidad está disponible para

aplicaciones en sensores biomédicos, dependiendo de la longitud de onda de análisis

deseada. Existen fibras de plástico, vidrio y cuarzo que cuben el espectro óptico desde

ultravioleta hasta el la región del infrarrojo cercano pasando por el visible.

Entre las ventajas de los sensores de fibra óptica se incluyen sus pequeñas

dimensiones y bajo coste. Debido a la naturaleza óptica de la señal el paciente no corre

riesgo eléctrico, y no existen interferencias directas de campos eléctricos o magnéticos.

3.2.1.5.- Sensores bioanalíticos.

Debido a que los sensores generan una propiedad conmensurable, ellos

pertenecen a un grupo de despóticos transductores. Los sensores biomédicos incluyen

un gran rango de dispositivos que pueden ser sensores químicos, físicos y determinado

tipo de sensor mixto.

4.- BIOINGENIERIA EN VENEZUELA

La bioingeniería en Venezuela se ha visto estancada por distintos motivos a lo

largo de los años, ya sean tecnológicos, culturales, socio-económicos etc. y a

continuación se expresan algunos de los principales inconvenientes que se

presentan en los servicios médicos del país:

Control de pacientes

Sistemas de información

Sistemas de Referencia y Contra referencia

Redes de Comunicación

Estas fallas se presentan en su mayoría en los servicios médicos de carácter público

debido a los siguientes aspectos puntuales:

100% Tecnología Importada

Gran cantidad de de equipos obsoletos

Alto costo de reposición

Falta de Personal Calificado

La bioingeniería en Venezuela busca contar con la especialización en las

siguientes áreas de trabajo:

1. Procesamiento de Señales Biomédicas.

2. Visualización y Procesamiento de Imágenes Médicas

3. Bioinstrumentación, Sensores, Micro, Nano Tecnología

4. Bioinformática y Biología Computacional

5 Biofísica y Física Médica

6 Ingeniería de Tejidos y a Biomateriales

7 Biomecánica, Biorobótica y Análisis de Movimiento

8 Ingeniería Clínica

9. Electromedicina

10. Sistemas de Información para la Salud y Telemedicina

11. Biotecnología, Genómica y Proteómica

12. Modelaje Fisiológico

13. Sistemas Neurales y Musculares e Ing. de Rehabilitación

14. Tecnologías Apropiadas, Educación e Innovación

CONCLUSION

La bioingeniería es una de las ciencias más recientes de la ingeniería en la que

los principios y herramientas de la ingeniería, ciencia y tecnología se orientan a

aplicarse en los problemas presentados por la biología y la medicina; en los hospitales

tiene 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.

La bioingeniería tiene un gran camino por avanzar y esto es gracias al aporte

matemático junto con el ingenio del ser humano, la bioingeniería puede decirse que se

encuentra en casi todas las áreas que se pueda imaginar, pero según las necesidades

del hombre la bioingeniería se ha ido desglosando y especificando en las áreas que son

prioritarias para el ser humano y la sociedad.

Finalmente podemos concluir en los siguientes aspectos puntuales acerca de la

bioingeniería:

Gracias a ella se estudia la estructura y la conformación del organismo

humano y gracias a ellos se ha podido hoy en dia tener tantos avances

en la medicina y de esta manera mejorar la calidad de vida de personas y

tratamiento para ciertas enfermedades y discapacidades de el ser

humano.

El bioingeniería, es una persona preparada con una base solida de

ingeniería ligada a los conocimientos de biología y medicina y con la

ayuda de la tecnología es una persona totalmente calificada para

investigar, crear, experimentar y profundizar en el organismo del ser

humano.

Una limitante para la bioingeniería es el uso de los materiales para ser

aplicados a la medicina ya que se deben estudiar sus componentes

físicas, fisicoquímicas para poder ser utilizadas, pero es simplemente un

muro que a lo largo de los años la bioingeniería ha ido dejando atrás y

aumentando el numero de materiales que se descubre que si puede ser

utilizado par estos procesos.

“La bioingeniería tiene un futuro que explotar en la humanidad y con certeza será

la solución a muchas problemáticas en distintas áreas, y en el área medica, su

eficiencia en unos años beneficiara al ser humano y nos brindara posiblemente

una larga y mejor vida “ --- Carlos Muñoz y Juan Marcano (13/02/2010

BIBLIOGRAFIA

Oliveros Pantoja Roque Hernández Donado - Bioingeniería Solución a problemas de las ciencias biológicas y médicas apoyados en la Ingeniería Ingrid

Sonnia M. Lopez Silva y Jose Ramon Sendra Sendra - Apuntes de Bioingeniería-Universidad de las palmas de Gran Canaria

Diego L. Manchini P. UCA-CYT T.A.I 2 Trabajo de Investigación Bioingeniería 2005

Archivo PDF. Enrique Gomez Aguilera, Bioingenieria (Ingeniería Biomedica), Grupo Bioingenieria y telemedicina – Universidad Politecnica de Madrid

Arquitectura del Paisaje Construccion y medio ambiente – Paola Sangalli

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