Artículos sobre ciencia y tecnología de Mauricio-José Schwarz publicados originalmente en El Correo y otros diarios del Grupo Vocento

junio 05, 2010

Recambios mecánicos para el ser humano

Prótesis de cadera común
(D.P. vía Wikimedia Commons)
En los últimos años, los avances del mundo de las prótesis están abriendo nuevos horizontes para la resistencia y duración del frágil cuerpo humano.

En la década de 1970 se popularizó una serie de televisión donde un astronauta sufría un terrible accidente y su ojo derecho, su brazo derecho y ambas piernas eran sustituidos por prótesis de tecnología desarrolladísima. La serie llevaba por nombre “El hombre de los sies millones de dólares”, el coste de las reparaciones a las que era sometido el protagonista.

En aquella época, el surtido de piezas de recambio para los miembros humanos ya era variado y empezaba a dejar atrás una tecnología primitiva. Ante la promesa de los ordenadores que apenas iban a salir de empresas y universidades para llegar a los hogares, el asombro de la carrera espacial y los nuevos materiales, la promesa de esta serie era asombrosa: miembros que realmente sirvieran.

Las piernas “biónicas” le permitían al personaje correr a gran velocidad. El ojo le daba visión telescópica e infrarroja y el brazo le permitía levantar pesos tremendos (una hazaña si consideramos que el brazo estaba articulado con una clavícula, sostenida por una columna vertebral apoyada en una pelvis... tres elementos formados de humilde hueso que nunca habrían podido sostener los pesos que levantaba el brazo. Pero vale... es una fantasía.

La historia de las prótesis, que reemplazan artificialmente una parte del cuerpo faltante, se remonta a más de 2000 años. La más antigua evidencia arqueológica de la que disponemos es una pierna artificial hecha con placas de metal martilladas sobre un núcleo de madera que se ataban con cintas al muñón de la pierna faltante.

La ciencia y técnica de las prótesis para amputaciones se vio impulsada, desafortunadamente, por las consecuencias de diversas guerras, y para la época en la que “El hombre de los seis millones de dólares” ocupaba las pantallas caseras, la guerra de Vietnam impulsaba el desarrollo de esta especialidad en los Estados Unidos. Fue por entonces, por ejemplo, que se diseñó la copa moldeada en plásticos de nueva generación que dio a los amputados de piernas una comodidad nunca antes ofrecida. El diseño se ajusta al muñón como un guante, y distribuye correctamente el peso en toda la parte restante, hueso y músculos.

Este principio usado hasta hoy, fija la pierna artificial al muñón y permite hazañas como correr en competiciones oficiales. La fijación suele estar acompañada del llamado “pie de Seattle” o "pie prostético almacenador de energía", que cuenta con un sistema para absorber la energía que recibe al darse un paso para impulsar el siguiente paso. Esto es posible únicamente gracias a nuevos materiales como la fibra de carbono (la misma que se usa en raquetas de tenis o en las carrocerías de los autos de Fórmula Uno) y modernos polímeros, todo ello acompañado de ciencias de reciente nacimiento como la biomecánica y la bioingeniería, que estudian cómo nos movemos y cómo reproducir esos movimientos.

Las manos artificiales, sin embargo, no pueden funcionar de modo únicamente mecánico. En 1964, en la Unión Soviética, comenzó el desarrollo de manos artificiales movidas por pequeños servomotores. Las contracciones de los músculos del muñón del miembro realizadas voluntariamente por el paciente son percibidas e interpretadas por circuitos eléctricos del miembro artificial para abrir y cerrar la mano.

Apenas en 2009 aparecieron los primeros estudios de una mano artificial capaz de sustituir la sensación del tacto. La mano artificial cuenta con sensores táctiles que envían a su vez información para activar pequeños actuadores que tocan el muñón y dan información al poseedor de la prótesis.

Las amputaciones presentan el problema de reproducir el movimiento de las partes perdidas, especialmente cuando ocurren por encima de la rodilla (en las piernas) y por encima del codo (en los brazos). En esos casos, ha sido mucho más difícil desarrollar rodillas y codos artificiales que reproduzcan de modo adecuado los movimientos que ofrecen estas articulaciones.

En estos casos, la opción tecnológica son las rodillas y codos controlados por microprocesadores, que analizan la información sobre la posición y el tipo de movimiento que está realizando el paciente, y procede a enviar señales para que un cilindro hidráulico flexione o extienda la rodilla artificial.

Resulta mucho más sencillo sustituir articulaciones que se hayan desgastado, pero que estén en miembros que cuentan con todos sus músculos, nervios y arterias. Una de las articulaciones que más se sustituye hoy en día es la cadera, sobre todo en personas de edad muy avanzada en cirugías que hace apenas dos décadas se hubiera considerado de altísimo riesgo.

La sustitución de la cadera requiere cambiar los dos elementos de la articulación: la parte superior o cabeza del fémur y el acetábulo o receptáculo que está en la pelvis. La técnica se desarrolló en la década de 1970 y consta de una pieza metálica que se inserta en el fémur, al que se le ha cortado la parte superior, una cabeza de cerámica ultrarresistente y una copa o que se coloca en la pelvis con cemento óseo o tornillos y donde se articula la cabeza.

La existencia de huesos y músculos ha facilitado y permitido un notable éxito para implantes como los de reemplazo de cadera, de codo (con una bisagra simple) y rodilla (donde dos piezas metálicas se colocan en los extremos del fémur y la tibia, y entre ellos un espaciador de un plástico altamente resistente que permite el movimiento del metal sin fricción).

Estos y otros implantes, como los tornillos y placas utilizados para fijar y reparar fracturas, la piel artificial, los implantes cocleares que le han devuelto el oído a muchísimas personas, avanzan continuamente gracias a nuevos materiales, nuevos desarrollos de la microminiaturización y una mejor comprensión de nuestro cuerpo. Quizá nunca lleguen a la ciencia ficción, un tanto ingenua de la TV de 1970, pero cada paso adelante tiene un claro beneficio en vidas de mayor calidad y duración.

El problema del ojo

El ojo artificial solía ser únicamente cosmético, una pieza de vidrio o plástico para ocultar una inquietante cuenca vacía. Actualmente están en desarrollo no menos de 17 proyectos distintos que buscan restituir la función visual a los ciegos, entre ellos el de la Neuroprótesis Visual Cortical, Cortivis, con grupos en seis universidades, todos encabezado por el Dr. Eduardo Fernández del Instituto de Bioingeniería en la Universidad Miguel Hernández, en Alicante. Este proyecto en concreto utiliza una “cámara” o codificador bioinspirado que envía señales a un microprocesador situado en la nuca que estimula a su vez la corteza visual del cerebro, de modo análogo al de los implantes cocleares.