INFLUENCIA DE LA ELECTRÓNICA EN LA INGENIERÍA BIOMÉDICA.

INFLUENCIA DE LA ELECTRÓNICA EN LA INGENIERÍA BIOMÉDICA Y SUS REPERCUSIONES EN LA EXPERIMENTACIÓN HUMANA[1]

Daniel Ceballos Cartagena[2]

El desarrollo del hombre depende fundamentalmente de la invención. Es el producto más importante de su cerebro creativo. Su objetivo final es el dominio completo de la mente sobre el mundo material y el aprovechamiento de las fuerzas de la naturaleza a favor de las necesidades humanas.

Nikola Tesla

Resumen: La electrónica es una rama de la física fundamental en la actualidad que ha permitido toda clase de avances tecnológicos en diversas áreas del saber, cómo es el caso de la ingeniería biomédica, dado que ha posibilitado el desarrollo de una amplia gama de instrumentos biomédicos que implementan tecnología electrónica, diseñados exclusivamente para interactuar con el cuerpo humano, tanto en un entorno médico como en un entorno científico y hasta social, esto ha llevado a que se experimente directamente con seres humanos, convirtiéndola en una práctica común que ha tenido que ser regulada por sus riesgos, pero al mismo tiempo brindando grandes beneficios para el desarrollo de nuevas tecnologías.

Palabras clave: Electrónica, biomaterial, ética, producto sanitario, ingeniería biomédica.

El presente artículo tiene como objetivo demostrar de qué manera ha contribuido como disciplina científica la electrónica a los diversos avances tecnológicos de la ingeniería biomédica, al mismo tiempo que el alcance y los efectos de estos en la experimentación humana. Para esto se da a conocer los progresos en la estructura del conocimiento de la ingeniería biomédica, la cual está conformada en su mayoría por ciencias básicas generales, como la biología, la química, las matemáticas y la electrónica, siendo esta última esencial en una gran cantidad de campos de aplicación, un ejemplo de esto son los diversos circuitos electrónicos que se encuentran en la instrumentación biomédica utilizada en procedimientos experimentales que se realizan en seres humanos con el fin de desarrollar nuevas tecnologías.

Estas tecnologías resultantes han revolucionado a la sociedad a pesar de los peligros que puede traer su utilización y aplicación, pero por otro lado nos han dado una nueva concepción de la vida y la ética, lo que ha sido de gran utilidad a la hora de resolver problemas médicos que afectan nuestro bienestar. Esto brinda un futuro prometedor para la investigación y el desarrollo, lo cual es una evidencia clara de esta influencia y sus repercusiones.

Primeras interacciones de la electrónica

En el mundo moderno siempre se habla sobre un conflicto entre el cuerpo humano y los dispositivos electrónicos, como si fueran cosas totalmente diferentes, elementos que no se pueden unir por ir en contra de las ciencias morfológicas, estas principalmente son la biología y la antropología y tienen como objetivo estudiar las diversas estructuras del hombre desde diferentes enfoques, lo que puede llegar a dar la idea de que modificarlas sería un peligro para la evolución de la especie y para la concepción de ser humano que se tiene en la actualidad, pero, al igual que cualquier artilugio electrónico, los seres vivos tienen interacciones físicas y químicas en sus cuerpos de las mismas formas que los componentes más complejos de una computadora, esto permite inferir que de forma natural “los fenómenos eléctricos se hallan en todos los organismos vivientes” (Walleczek et al., s.f, párr.1).

Estos fenómenos son producidos por el propio cuerpo e influyen en los tejidos gracias a sus propiedades de excitabilidad y conductibilidad, que consisten en la reacción a estímulos del medio y a la capacidad de transmitir corriente eléctrica respectivamente, de la misma forma que en componentes conductores y semiconductores presentes en todo dispositivo electrónico, aquellos fenómenos son estudiados por la electrofisiología, esta permite el desarrollo de diversos procesos como la electrocardiografía que se encarga de representar e interpretar la actividad eléctrica del corazón, o la electroencefalografía, que permite el registro de la actividad bioeléctrica cerebral. Desde este punto de vista, el ser humano se convierte en un “ser analógico” debido a que toda esta bioelectricidad en su cuerpo varía con el tiempo y estas variaciones pueden tomar cualquier valor, pero siempre siguiendo unos patrones normales; esto demuestra que los sistemas fisiológicos humanos tienen un flujo de energía que puede ser interpretada como información, lo que permite registrarla y medirla en un sistema digital, y aunque estos funcionen en base a estados discretos, donde los valores son fijos, siempre podrán trabajar en conjunto con los sistemas analógicos gracias a distintos tipos de transductores bioeléctricos, que se encargan de convertir señales producidas por seres vivos en señales eléctricas, lo cual tiene una gran importancia en instrumentos que permiten la realización de medidas en situaciones clínicas (Caminal Magrans et al., 1988, p.57). Esto permite que el ser humano con sus características naturales sea un componente más de un circuito como el de cualquier aparato electrónico.

Desarrollos en la ingeniería biomédica

A partir de todas estas primeras interacciones fue posible aplicar los conocimientos y técnicas de la electrónica en el campo de la medicina, dando lugar junto con otras áreas del conocimiento a la ingeniería biomédica, la cual tiene como uno de sus propósitos principales el desarrollo y diseño de dispositivos que puedan relacionarse con sistemas biológicos. “La instrumentación biomédica trata de los instrumentos empleados para obtener información o aplicar energía a los seres vivos, y también de los destinados a ofrecer una ayuda funcional o la sustitución de funciones orgánicas” (Caminal Magrans et al., 1988, p.57).

La Directiva 93/42/CEE del Consejo en el Diario Oficial de la Unión Europea define a este tipo instrumentación como “productos sanitarios” a causa de que son destinados por su fabricante a ser utilizados exclusivamente en seres humamos (Directiva 93/42/CEE, 1993). Esto se debe a que existe una gran cantidad de estos que pueden funcionar perfectamente en otros seres vivos gracias a similitudes en diversos sistemas fisiológicos.

Cabe destacar que todos estos productos sanitarios pueden tener una gran cantidad de funciones e interacciones en el cuerpo humano y para esto es necesario la aplicación de distintos componentes y técnicas de la electrónica para su funcionamiento, como por ejemplo los microcontroladores en una bomba automática de insulina, los diferentes sensores y biosensores diseñados para interactuar con el cuerpo y su ambiente, varios tipos de amplificadores operacionales para el tratamiento de señales nerviosas, sistemas robóticos mioeléctricos que sustituyen músculos, bobinas electromagnéticas para la obtención de imágenes, entre otros.

Generalmente, estos dispositivos son construidos con una gran variedad de biomateriales inertes que pueden ser polímeros como la silicona, metales como el titanio, cerámicos como el óxido de aluminio y compuestos como las cerámicas metal-carbono. Todos estos materiales son diseñados para que puedan interactuar y ser incorporados en sistemas vivos para un permanente contacto con este, teniendo un grado mínimo de rechazo al ser biológicamente aceptables y no tóxicos (Rodil, 2009, párr.8).

Sin embargo, en estos productos sanitarios, el ser humano es vital para su funcionamiento, y es de gran importancia reconocer los factores humanos para la fabricación de estos, debido a que ejercen su función en diversas partes del cuerpo a diferentes niveles, en la superficie o en el interior de este:

La comprensión de las capacidades y limitaciones físicas humanas es fundamental para el diseño de dispositivos médicos efectivos. Las herramientas médicas, los equipos y las estaciones de trabajo debidamente diseñados ayudarán a reducir los errores, disminuir el riesgo de lesiones, aumentar la productividad y mejorar la satisfacción del usuario (Weinger, Wiklund, & Gardner-Bonneau, 2011, p.98).[3]

Experimentación humana en la practica

Como consecuencia de lo anterior, así como es necesario conocer los factores humanos, también es necesario aplicarlos y probarlos para el desarrollo de nuevos productos sanitarios, lo que hace indispensable que se involucren a los propios seres humanos para experimentar en ellos con el fin de lograr esto. Un claro ejemplo es el marcapasos, que gracias a los aportes y experimentos del fisiólogo John Alexander MacWilliam, que fue un pionero en la electrofisiología cardiaca, el medico Mark Cowley Lidwill y el físico Edgar Harold Booth lograron desarrollar este dispositivo eléctrico que, en 1926, fue usado en un recién nacido para resucitarlo con éxito.

Este tipo de pruebas son conocidas como ensayos clínicos, los cuales son procedimientos donde se experimentan en humanos con productos sanitarios para comprobar su efectividad y su buen funcionamiento previamente antes de su distribución comercial, permitiendo así un mejor desarrollo y diseño de este, generalmente se realizan después de la aprobación de las autoridades de salud del país donde son realizadas y por medio de un comité de ética se examinan los riesgos y beneficios del ensayo ya que a lo largo de la historia ha sido muy común el abuso a los sujetos en este tipo de prácticas, además experimentar con productos sanitarios en algunos casos puede ser muy peligroso, ya que dependiendo de la complejidad del dispositivos, ubicación y función en el cuerpo que este tenga, puede traer muchas complicaciones para la salud y la integridad del sujeto a corto y largo plazo por las probabilidades de fracaso, lo que hace que esta práctica sea altamente regulada a nivel mundial sin olvidar los diversos dilemas éticos y morales que conlleva.

Para esto, se ha elaborado a lo largo de la historia una serie de principios que rigen y orientan a la experimentación con seres humanos y que brindan ciertos derechos a los sujetos con los que se experimenta, como el Código de Núrember, resultado de los juicios de Núrember en los que se dieron sanciones por crímenes y abusos contra la humanidad en la Segunda Guerra Mundial, la Declaración de Helsinki pronunciada por la Asociación Médica Mundial como una guía importante para la comunidad médica, el Convenio sobre Derechos Humanos y Biomedicina impulsado por el consejo de Europa para impedir los constantes abusos de la tecnología biomédica a la dignidad humana o el modelo bioeticista:

Los orígenes de la bioética se relacionan directamente con los progresos científicos y tecnológicos de la segunda mitad del siglo XX. En la década de los 60 y de los 70 se producen una serie de progresos que tienen connotaciones de carácter ético, social, jurídico y religioso (García Gómez-Heras et al., 2002, p.42-43).

Sin embargo, gracias a estas regulaciones y a ciertos productos sanitarios creados mediante los desarrollos en ingeniería biomédica, como pueden ser instrumentación de diagnóstico médico esenciales en un quirófano o instrumentación para un laboratorio clínico a fin de analizar muestras, la experimentación en humanos se ha vuelto una práctica que ha traído grandes avances tecnológicos a la humanidad, al permitir mejores y más eficientes tratamientos médicos e instrumentación para tratar enfermedades o discapacidades. Como resultado, son pocas las dudas de la necesidad de ejercer la experimentación humana mientras se vaya con prudencia para asegurar sus beneficios y reducir sus perjuicios (García Gómez-Heras et al., 2002, p.80).

Para finalizar, se debe resaltar que la aplicación de la electrónica en nuestra sociedad moderna ha permitido su progreso y evolución de forma permanente y constante, posibilitando conocer y mejorar cada vez más al hombre por medio de las herramientas que se inventan día a día, lo que en muchos casos hace que se tengan opiniones y puntos de vista en contra de este desarrollo tecnológico por los notorios problemas que ha traído el mal uso de este en la sociedad, sin embargo, gracias al desarrollo de la electrónica en la biomédica y los avances en la ética respecto a la experimentación humana se ha logrado un auge tecnológico que redefine al propio ser humano, permitiendo a estas disciplinas evolucionar y que de esta forma puedan aprovecharse al máximo en beneficio de la vida humana.

Referencias bibliográficas

Caminal Magrans, P., Canals Riera, J., Cancillo Fernández, F., Creus Solé, A., Crexells, C., Farré Ventura, R., . . . Eugenio Valentinuzzi, M. (1988). Introducción a la bioingeniería. Barcelona: Marcombo.

Directiva 93/42/CEE del Consejo. Relativa a los productos sanitarios. 14 de junio de 1993. D.O. L 169 de 12.7.1993, p. 1

García Gómez-Heras, J. M., Torralba Roselló, F., Del Cañizo Fernández-Roldán, A., Feito Grande, L., Lopéz de la Vieja De la Torre, M. T., & Abel i Fabre, F. (2002). Dignidad de la vida y manipulación genética: bioética, ingeniería genética, ética feminista, deontología médica. Madrid: Biblioteca Nueva.

Rodil, S. E. (2009). Modificación superficial de biomateriales metálicos. Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales, 29(2), 67-83. Obtenido de http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0255-69522009000200002&lng=es&tlng=es

Walleczek, J., Rubik, B., Becker, R., Flower, R., Hazlewood, C., & Liboff, A. (s.f.). Aplicaciones del bioelectromagnetismo en medicina. Obtenido de Infomed: http://www.sld.cu/galerias/pdf/sitios/rehabilitacion-fis/biomagnetismo.pdf

Weinger, M. B., Wiklund, M. E., & Gardner-Bonneau, D. J. (Edits.). (2011). Handbook of Human Factors in Medical Device Design. United States of America: CRC Press.

[1] Trabajo realizado para la asignatura de Lengua Materna bajo la orientación del docente Julio César Mora Suárez. [2] Estudiante de Ingeniería Biomédica del Instituto Tecnológico Metropolitano. Correo electrónico: danielceballos281823@correo.itm.edu.co [3] Esta cita fue tomada del libro Handbook of Human Factors in Medical Device Design y traducida por Daniel Ceballos Cartagena.