Se podría decir que la biónica es aquella rama de la cibernética que trata de simular el comportamiento de los seres vivos haciéndolos en casi todas las ramas por medio de instrumentos mecánicos.
Las piernas prostéticas permiten que el paciente, después de un entrenamiento inicial, vuelva a caminar casi con normalidad.
Además, en el caso de los pacientes amputados por encima de la rodilla, pueden incorporarse mecanismos electrónicos inteligentes a la articulación mecánica de la rodilla para simular las funciones biológicas y garantizar un mejor control al estar parado y caminar.
Las prótesis compensan deficiencias luego de una amputación o carencias congénitas, haciendo que el paciente se vea lo más normal posible y, al mismo tiempo, devolviéndole la posibilidad de caminar, pararse y tomar objetos.
El objetivo es permitir que la persona pueda reanudar una vida normal e independiente. El nivel de amputación y las necesidades y capacidades del paciente son fundamentales a la hora de seleccionar una prótesis para cada individuo. Es de gran importancia también que un terapeuta especializado enseñe al paciente cómo cuidar y usar su prótesis.
Las rodillas con microprocesadores, o computerizadas, son relativamente novedosas en tecnología protésica. Un sensor integrado detecta el movimiento y el ritmo, y ajusta el cilindro de mando según el caso. La información en tiempo real recopilada por el microprocesador determina qué ajuste utilizar. La rodilla con control de microprocesador reduce el esfuerzo que los amputados han de realizar para controlar el ritmo, lo que da lugar a un modo de andar más natural.
La pierna computarizada (pierna-C o C-Leg) tiene una rodilla hidráulica cuya fase de oscilación y de apoyo está controlada por un microprocesador que realiza lecturas 50 veces por segundo. En el eje de la rodilla existe un acumulador de litio que permite una reserva de energía de hasta 24 horas, con lo cuál debe el paciente cargarla diariamente. Además, la C-Leg puede ser programada para dos modos de ajuste que se cambian fácilmente con sólo golpear un poco el dedo del pie. Un modo se ajusta para el uso diario; el segundo puede usarse como una rodilla con bloqueo en el caso de que el paciente necesite permanecer mucho tiempo de pie o como una rodilla de libre oscilación que no ofrece demasiada resistencia como para, por ejemplo, andar en bicicleta bicicleta. También existe una versión más corta para amputados con desarticulación de rodilla.
La prótesis adaptable es una generación de control con microprocesador. Esta rodilla de eje sencillo presenta un cilindro híbrido neumático e hidráulico controlado por microprocesadores con sensores de oscilación, fuerza y tiempo que detectan los cambios en la marcha 62.5 veces por segundo. Puede ser programada para la recuperación del tropezón, subir y bajar escaleras, rampas y varias velocidades de marcha. La prótesis adaptable no necesita un segundo modo para montar en bicicleta.
A diferencia de las prótesis accionadas por el cuerpo que requieren el movimiento general del cuerpo para operarla, una prótesis controlada en forma mioeléctrica sólo requiere que el suario flexione sus músculos. Esto elimina la necesidad de un arnés apretado de control, que a menudo es muy incómodo.
No requieren un cable o arnés de control, se puede aplicar piel cosmética en látex o
silicona, con lo cual se mejora en gran medida la restauración cosmética
El paciente también puede operar la prótesis sobre su cabeza, hacia sus pies y hacia los lados, todo lo cual resulta muy difícil de hacer con una prótesis accionada por el cuerpo
Desventajas...
Debido al peso del sistema de batería y de los motores eléctricos, la prótesis accionada por electricidad tiende a ser más pesada que otras opciones protésicas, aunque las técnicas avanzadas de suspensión pueden minimizar esta sensación.
La prótesis accionadas por electricidad usan un sistema de batería que requiere una cierta cantidad de mantenimiento para cargarla, descargarla, desecharla y reemplazarla eventualmente.
Cuando es necesario hacer reparaciones, éstas son con frecuencia más costosas que en otras opciones debido a su complejidad técnica. Una prótesis accionada por electricidad proporciona un mayor nivel de tecnología, pero a un mayor costo.
El cuerpo humano siempre ha sido atractivo del punto de vista de la ingeniería y la robótica como inspiración al diseño de las maquinas.
Toda prótesis artificial activa necesita una fuente de energía de donde tomar su fuerza; un sistema de transmisión de esta fuerza; un sistema de mando o acción y un dispositivo prensor. En la elección de las prótesis a utilizar desempeña un papel trascendental el nivel de amputación o el tipo de displasia de que se trate.
El avance en el diseño las de prótesis ha estado ligado directamente con el avance en el manejo de los materiales empleados por el hombre, así como el desarrollo tecnológico y el entendimiento de la biomecánica del cuerpo humano. Entre los países con mayor avance tecnológico e investigación sobre prótesis, se encuentran Alemania, Estados Unidos, Francia, Inglaterra y Japón.
Existen en el mercado las prótesis de miembro superior y las prótesis de miembro inferior, aunque no son muy comunes la prótesis mioeléctricas de miembro inferior, debido a el peso que deben soportar. Por eso nos centraremos con ejemplos especialmente de las prótesis de miembro superior.
Comparada con un brazo, la pierna tiene relativamente menos articulaciones que permiten la movilidad. Los amputados de extremidad inferior, ahora, cuentan con prótesis equipadas con microprocesadores que permiten que los usuarios adapten su marcha de acuerdo con las distintas superficies de suelo. Por el contrario, el brazo realiza una infinidad de movimientos. En el antebrazo solamente, 18 músculos controlan la mano y la muñeca. Incluso las mejores prótesis de extremidad superior ofrecen una rotación de hombro, y una flexión y extensión de muñeca limitadas, para no mencionar la articulación de los dedos. Los músculos del hombro y el pecho se utilizan para impulsar una mano protésica mioeléctrica estándar.
Actualmente las prótesis de miembros superiores pueden ser clasificadas básicamente como funcionales o activaso como cosméticas o pasivas. El inconveniente de las prótesis pasivas es la incapacidad que poseen de realizar agarres, sin embargo reproducen con mucha exactitud la apariencia de una mano humana, con muy bajo peso y poco mantenimiento.
En cuanto a las prótesis funcionales, éstas se pueden clasificar en mecánicas o mioeléctricas, siendo estas últimas las que ofrecen una mejor solución en cuanto al número y fuerza de los agarres, aunque tienen un mayor peso y precio.
Las prótesis con mando mioeléctrico comienzan a surgir en el año de 1960 en Rusia. Esta opción protésica funciona con pequeños potenciales extraídos durante la contracción de las masas musculares del muñón, siendo estos conducidos y amplificados para obtener el movimiento de la misma. En sus inicios, este tipo de prótesis solo era colocada para amputados de antebrazo, logrando una fuerza prensora de dos kilos.
Esta categoría de prótesis usa pequeños motores eléctricos para proporcionar funcionalidad.
Estos motores pueden hallarse en el dispositivo terminal, la muñeca o el codo. Una prótesis
accionada por electricidad utiliza un sistema de batería recargable para alimentar los motores. Debido a que los motores eléctricos se usan para operar el funcionamiento de la mano, la fuerza de agarre de la mano aumenta considerablemente, con frecuencia a más de 20-30 lbs.
Las prótesis mioeléctricas son prótesis eléctricas controladas por medio de un poder externo, mioeléctrico. Estas prótesis son hoy en día el tipo de miembro artificial con más alto grado de rehabilitación. Sintetizan el mejor aspecto estético, tienen gran fuerza y velocidad de prensión, así como muchas posibilidades de combinación y ampliación. La configuración básica se muestra en la siguiente imagen:
Las prótesis mioeléctricas están controladas por señales eléctricas transmitidas desde los músculos subyacentes hasta la epidermis; donde el nivel de esfuerzo está determinado por el número de fibras musculares. Estas señales se amplifican y se envían a microprocesadores que operan los motores situados en las coyunturas y las manos.
El control mioeléctricoSe basa en el concepto de que siempre que un músculo en el cuerpo se contrae o se flexiona, se produce una pequeña señal eléctrica (EMG] que es creada por la interacción química en el cuerpo. Esta señal es muy pequeña (5 a 200 microvoltios). El uso de sensores llamados electrodos que entran en contacto con la superficie de la piel permite registrar la señal EMG. Una vez registrada, esta señal se amplifica y es procesada después por un controlador que conmuta los motores encendiéndolos y apagándolos en la mano, la muñeca o el codo para producir movimiento y funcionalidad.
Como dijimos antes, las prótesis mioelétricas son controladas por electrodos de contacto y señales mioléctricas procedentes de músculos agonistas y antagonistas localizados en el muñón o regiones cercanas. Esta técnica se conoce con el nombre de reinervación muscular dirigida.
La reinervación dirigida fue realizada por primera vez en un paciente con desarticulación de hombros bilateral, aumentando su independencia funcional al comparar con la prótesis convencional en un 250%.
Esta técnica fue desarrollada por Kuiken, quien hace más de 20 años trabaja en esta investigación. Consiste en transferir los nervios residuales del miembro amputado a un grupo muscular conservado que no tenga afectación de la función biomecánica debido a la amputación. Durante la transferencia de los nervios, los músculos seleccionados son denervados y de esta forma pueden ser reinervados de nuevo. Así los músculos reinervados sirven como amplificadores biológicos de los nervios amputados. En la piel correspondiente de estos músculos se retira el tejido celular subcutáneo para conseguir una mejor transmisión de la señal eléctrica. Por ejemplo, transfiriendo el nervio mediano al músculo pectoral proporciona una señal mioléctrica de cierre de la mano. El paciente piensa que quiere cerrar la mano y se contrae la zona muscular del pectoral reinervada por el nervio mediano.
La señal mioeléctrica es utilizada para poner en marcha el dispositivo motorizado que cierra la mano. Transfiriendo múltiples nervios las señales mioeléctricas permiten de forma intuitiva el control simultaneo de múltiples articulaciones en una prótesis.
Con las prótesis biónicas se pretende que la orden para el manejo de las prótesis parta del cerebro y esta orden sirva para ejecutar el movimiento deseado como ocurre con los miembros no amputados.
Esta técnica también proporciona el sentido del tacto perdido con el miembro amputado. Utilizando un segmento de piel cercano a la musculatura reinervada, esta piel se denerva primero y después se reinerva con nervios sensitivos del brazo amputado. Así, cuando la piel es estimulada el paciente amputado siente como si su mano fuera tocada proporcionando sensibilidad. Se colocan sensores en los dedos de la mano que cuantifican presión, temperatura o textura de los objetos y unos dispositivos colocados en el encaje, conectados con los sensores anteriores, proporcionan en la piel reinervada estímulos de presión, temperatura o tacto para sentir como si estuviera tocando con su mano.
Cuando sea necesario colocar una prótesis de este estilo, el primer paso que debemos realizar consiste en someterse al paciente una Prueba mioeléctrica. Esta prueba consiste en colocar electrodos en su extremidad residual o muñón. Un probador de electricidad muscular se conecta a los electrodos y registrará dos cosas importantes cuando se contraiga sus músculos:
La fuerza de la señal EMG (cuánta señal eléctrica puede registrarse) y si la persona sometida a prueba tiene capacidad para separar las contracciones. Separar las contracciones significa que cuando un músculo se contrae o se flexiona, otro músculo opuesto se mantiene relajado. Es importante esta habilidad porque, si ambos músculos se contraen simultáneamente, el controlador recibirá información para encender y apagar los motores de control al mismo tiempo.
Entonces , por ejemplo, La mano recibirá instrucciones de abrirse y cerrarse al mismo tiempo,
lo cual ocasionará la falta de funcionalidad.
Esto es escencial para saber el estado del paciente para la aplicación de la prótesis
La Cibernética es el estudio del control y comunicación en los sistemas complejos. Es decir, organismos vivos y máquinas. Comunmente se asocia a la cibernética con la robótica y con los robots debido al imaginario mundo que ha creado la ciencia ficción. Pero desde el punto de vista esctrictamente científico la cibernética trata acerca de sistemas de control basado en la retroalimentación.
La Biónica es una rama de la cibernética, que se encarga de estudiar los principios de la organización de los seres vivos para su aplicación a las necesidades técnicas.
Se podría decir, la biónica es aquella rama de la cibernética que trata de simular el comportamiento de los seres vivos haciéndolos mejores en casi todas las ramas por medio de instrumentos mecánicos.
La reconstrucción de órganos o extremidades humanas, así como también la de sentidos, son una de las tantas aplicaciones de la biónica. Dando la posibilidad a personas que nunca habían escuchado, que hoy lo pueden hacer mediante el implante de prótesis auditivas. La biónica trata el comprotamiento de los seres vivos y de los sistemas biológicos con el fin de obtener resultados beneficiosos por medio de la inclusión de instrumentos mecánicos. Esta ciencia estudia el diseño de aparatos o máquinas que funcionan de acuerdo a principios observados en los seres vivos.
Basándose en la idea de que los seres vivos son máquinas muy complejas, dotadas de una gran variedad de instrumentos de recepción de estímulos perceptivos y de medición, así como elevada capacidad de integración que permite desde formas simples de reacción a la elaboración de complejas secuencias de respuesta. Ha surgido, desde hace tiempo, la idea de crear máquinas que se comporten como cerebros humanos, capacitadas para observar un comportamiento inteligente y aprender de él. Todo lo cual, entra en los campos de investigación de la robótica y la inteligencia artificial (IA). La inteligencia artificial simula funciones y actividades cognitivas propias de la inteligencia humana por medio de la computadora.
Un agente dotado de inteligencia artificial es capaz de recibir un estímulo, procesar esta percepción y finalizar con la acción consecuente. Se puede decir que la inteligencia artificial dota de racionalidad, como una capacidad humana, permitiendo pensar, evaluar y actuar al dispositivo programado.
Hoy en día el implante biónico más conocido es elimplante coclear, conocido también como "oído biónico". Mientras que las prótesis biónicas de extremidades están cada vez más en desarrollo. En tercer lugar y de a poco se están viendo casos de implantes ocularesu ojo biónico.
Dejamos como conclusión que este campo, consta de la sustitución de órganos o miembros por versiones mecánicas. Los implantes biónicos se diferencian de las meras prótesis porque imitan la función original fielmente e incluso la superan.
Para comenzar a entender a que nos referimos con prótesis biónicas, tenemos que tener en claro el significado de prótesis. Se puede decir que la prótesis es un sustituto artificial de una parte de nuestro cuerpo, para recobrar o mejorar una función perdida.
Como dijimos, cuando una parte de nuestro cuerpo se deteriora, afectando su normal funcionamiento, puede requerir su sustitución por un componente artificial que imita la forma y función de esta parte deteriorada de nuestro organismo. A estos sustitutos llamamos prótesis.
No todas las partes de nuestro organismo pueden ser sustitídas por prótesis ya que aún no somos capaces de crear reemplazos de toda nuestra anatomía. Pero la tecnología va avanzando, en forma lenta, consiguiendo resultados satisfactorios.
En el lenguaje científico las prótesis también se denominada artroplastías ( "artro" - articulación / "plastía" - construcción). Por lo que se realiza primero una reconstrucción de una articulación, que en la mayoría de los casos, se realiza utilizando una prótesis. Ciertas articulaciones se pueden reconstruir usando partes de nuestro propio cuerpo, como es el caso de las articulaciones del 1º dedo de la mano, donde con un tendón sustituimos la superficie deteriorada de la articulación.
Clasificaremos las artroplastías para entender más de lo que hablamos:
Artroplastías totales: prótesis totales, se sustituye los dos componentes que forman la articulación.
Hemiartroplastía o artroplastía parciales: prótesis parciales, donde se sustituye sólo uno de los extremos de la articulación.
Artroplastía parcelares: prótesis parcelares donde sustituimos sólo una pequeña porción de la articulación, dejando íntegras las zonas no afectadas por el deterioro.
Con el tiempo las prótesis fueron evolucionando. La medicina recibió un gran aporte de la tecnología. Y ciencias como la biónica y la cibernética comienzan a dar su auge. Estas ciencias tendrán importancia en nuestras próximas entradas.
