Informe tecnico

Revista Cubana de Investigaciones Biomédicas
versão impressa ISSN 0864-0300
Rev Cubana Invest Bioméd v.28 n.3 Ciudad de la Habana jul.-set. 2009
 
ARTÍCULOS DE REVISIÓN
 Sobre la aparición de la biomecánica y la mecanobiología computacional: experimentos computacionales y recientes hallazgos
About the appearance of Biomechanics and computationmechanobiology: computation experiments and recent findings
 Diego A. Garzón-AlvaradoI; Carlos A. Duque DazaII; Angélica María Ramírez MartínezIII
IDepartamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica. Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional de Colombia.
IIGrupo de Estructuras y Modelado de Materiales. Universidad de Zaragoza. España.
IIIDepartamento deIngeniería Mecánica. Fundación Universidad Central. Colombia.
  RESUMEN
Procesos de desarrollo de órganos y remodelado de tejidos se ven influenciados por múltiples factores que van desde el componente biológico hasta la mecánica propia del sistema, donde cada uno de estos afecta en mayor o menor medida dependiendo del tipo de ente orgánico que se estudie. Desde esta perspectiva se hadesarrollado un nuevo campo de estudio de la bioingeniería denominado mecanobiología. Esta nueva área de trabajo involucra el estudio de modelos y la realización de experimentos con el ánimo de entender los procesos complejos que se dan en la génesis y mantenimiento de órganos y tejidos. Gracias a esta disciplina se ha logrado aislar y analizar diversos efectos como lo son la genética, losfactores moleculares autocrinos y paracrinos, las cargas mecánicas sobre órganos y los efectos electromagnéticos. Con este conocimiento se han construido nuevos modelos matemáticos que pueden simular, de forma aproximada, el comportamiento in vivo. En este orden de ideas, el presente trabajo recoge las principales experiencias en el campo de la mecanobiología a nivel mundial, donde se han desarrolladotrabajos que predicen la formación de huesos, el remodelado óseo, la formación y mantenimiento del cartílago articular, entre otros.
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INTRODUCCIÓN La ingeniería biomédica utiliza las diferentes metodologías habituales en el ámbito ingenieril: ensayos de laboratorio y en campo y simulación computacional. Esta última precisamente está teniendo un avance vertiginoso gracias aldesarrollo y mejora continua de los computadores, siendo hoy en día una potente herramienta utilizada habitualmente en el diseño de prótesis (figura 1), seguimiento de patologías y en la conceptualización del comportamiento de tejidos y procesos biológicos. En esta área de investigación en particular se construyen algoritmos complejos capaces de predecir el comportamiento del cuerpo humano antedistintas condiciones mecánicas,1 eléctricas,2 y magnéticas.3 Además, la simulación computacional permite estudiar nuevas teorías sobre procesos biológicos con objeto de establecer nuevas líneas de experimentación y modelos más adecuados para fenómenos tan complejos como la marcha humana, la angiogénesis, la formación de tumores (figura 2), la morfogénesis y el crecimiento biológico, entre otrosmuchos casos.4
[pic]El uso continuo de la simulación en medicina ha permitido obtener datos importantes acerca del comportamiento biológico, mecánico y químico de órganos y tejidos utilizando la formalización matemática y la consiguiente simulación numérica de procesos biológicos muy complejos. Distintos problemas de medicina relacionados con la cirugía, el trauma y la rehabilitación hansido identificados, conceptualizados y sistemáticamente resueltos numéricamente. Sin embargo, aunque la simulación numérica en bioingeniería es de reciente desarrollo, la abstracción física y la consiguiente formulación matemática del cuerpo humano se remontan a varios siglos atrás.
Uno de los primeros científicos en conceptualizar mediante modelos matemáticos los fenómenos fisiológicos...