2. X SIMPOSIO INTERNACIONAL DE LA SOCIEDAD COLOMBIANA DE
CARDIOLOGÍA Y CIRUGÍA CARDIOVASCULAR
MEDELLÍN - Colombia, 2017
EL SISTEMA CARDIOCIRCULATORIO EN EL ENTORNO
DE LA BIOINGENIERÍA:
Aplicaciones de una disciplina técnica en
la cardiología clínica y quirúrgica
John Bustamante Osorno
Ph.D. Cardiología
P-Ph.D. Prótesis y Bioimplantes Cardiacos
GRUPO DE DINÁMICA CARDIOVASCULAR
3. John Bustamante O., MD, Ph.D.
“The relevance and potential of new
techniques and devices to get
involved on current therapeutic
practice in the cardiovascular
medicine, in fact, introduces a lot of
fields of cardiovascular disease that
will be highlighted as a possible
focus of this new tool of the
Science.”
X SIMPOSIO INTERNACIONAL DE LA SOCIEDAD COLOMBIANA DE
CARDIOLOGÍA Y CIRUGÍA CARDIOVASCULAR
MEDELLÍN - Colombia, 2017
4. DESDE …
Conceptos míticos sobre el CORAZÓN:
Abordado de distintos componentes culturales y religiosos
en todas las épocas del hombre, incluyendo las más
antiguas.
HASTA …
Conceptos científicos y técnicos sobre el CORAZÓN:
Abordado del alto nivel de conocimiento en las ciencias,
derivado de técnicas especializadas en la época actual.
Contexto
la disciplina cardiovascular
5. Sólo hacia el siglo XVII se dan los inicios al tratamiento de los
aspectos biológicos por parte de la física y las ciencias
básicas. Previo a ello, una y otra disciplina se consideraban
por separado como ciencias que no tenían nada que ver.
La física, la química, las matemáticas, se expresaba, sólo eran
aplicables a los objetos inanimados.
Contexto
desde las ciencias básicas
6. Hacia el siglo XX se comienza a establecer una época de
multidisciplinariedad y subespecialización; donde
distintas áreas del conocimiento establecen entre sí
vínculos cada vez más estrechos.
Si se habían comenzado a consolidar las ciencias básicas
interdisciplinares de la Biofísica y la Bioquímica, ahora
sucedía con las técnicas interdisciplinarias como: la
Biomecánica, la Bioelectrónica y la Biocibernética.
Contexto
desde las técnicas multidisciplinarias
7. Sólo hacia mediados del siglo XX se comienza a fortalecer el
renglón del entorno biomédico, desde la conformación de
equipos interdisciplinarios, cuyo campo de trabajo se
trazaba en la investigación utilizando herramientas de la
ingeniería en aspectos de la fisiología y fisiopatología y
demás aspectos relacionados del entorno biomédico.
En su accionar discurrían: ingenieros mecánicos,
electrónicos, químicos, informáticos.
Contexto
desde las ciencias multidisciplinarias
8. Particularmente desde la segunda guerra mundial, la Electrónica y la
Mecatrónica vienen a abrir un espacio disciplinar particular en el
ambiente biomédico, en el que se consolida el accionar de dos áreas
tan diversas como la Medicina y la Ingeniería, el profesional
comienza a enfrentar el reto de comunicarse compartiendo el
lenguaje entre ambas disciplinas.
NUEVO
PANORAMA
El Corazón
desde la visión de la bioingeniería
9. Nace la visión de una disciplina clínica,
como la Cardiología,
desde una disciplina técnica,
como la Bioingeniería… técnica
transdisciplinar acuñada a mediados del
siglo XX.
El Corazón
desde la visión de la bioingeniería
10. Los aportes de la Bioingeniería en la Cardiología se
consideran dentro de dos campos fundamentales:
El primero, abarca un conjunto de técnicas para el estudio e
investigación del sistema: determinar los principios y
fundamentos que rigen su comportamiento, fenómenos
relacionados con los aspectos funcionales (mecánicos y
eléctricos).
El segundo, se refiere a un conjunto de técnicas para el
diagnóstico, tratamiento y rehabilitación: dar solución a los
trastornos que afectan su funcionalidad (bombeo
hemodinámico).
El Corazón
desde la visión de la bioingeniería
NUEVO
PANORAMA
11. Áreas de impacto
• Procesamiento de Bioseñales (electrocardiografía de superficie,
electrogramas, potenciales tisulares, mapeo de voltajes),
• Procesamiento de Imágenes (ultrasonido, resonancia magnética,
uso de radioisótopos, Rayos X),
• Ingeniería de Tejidos (sustitutos de componentes anatómicos,
tejidos biocompatibles, regeneración de tejidos, cultivos celulares),
• Desarrollo de Biomateriales (materiales diseñados para
interactuar con sistemas biológicos. Nanotecnología. Sistemas de
liberación de fármacos),
• Hemosustitutos (desarrollo de elementos de transporte de O2,
sustitutos del fluido sanguíneo),
12. • Prótesis y Bioimplantes (dispositivos terapéuticos y de soporte
cardiocirculatorio, injertos vasculares, prótesis valvulares, stents),
• Biomecánica (análisis bajo el punto de vista mecánico tanto de
sólidos como de fluidos, fisiología y fisiopatogenia),
• Modelado y Simulación (técnicas de estudio mediante la
modelación matemática cardiovascular y el empleo de técnicas de
métodos numéricos. Estudios In Silico. Simulación, virtualización o
animación),
• Instrumentación Cardiovascular (accesorios para vía
endovascular, dispositivos, equipos instrumentales,
intervencionismo, monitoreo, sensórica, robótica).
• E-Salud (programas de software, algoritmos, matrices
electrónicas, telemática, soportes en el área cardiovascular),
Áreas de impacto
14. Viene a ser más
comprendida la visión
como complejo
anatómico-funcional del
corazón.
Andreas Vesalio (1514-1564, médico
belga, profesor de anatomía y cirugía)
Renovó el concepto de la anatomía.
William Harvey (1578-1657, médico
inglés) Aportó la revolucionaria teoría de
la circulación de la sangre.
Stephen Hales (1677-1761, clérigo y
fisiólogo inglés) aportó con el
descubrimiento de la presión arterial y la
onda de presión.
Campo del conocimiento
desde la anatomía a la fisiología
15. Se denotan las variables relevantes en el
sistema cardiovascular en el ámbito
biomecánico: flujo, velocidad de flujo y
presión.
A las que posteriormente también se involucra
las valoraciones de onda de pulso y
vibraciones causadas por el flujo.
Campo del conocimiento
de las variables fisiológicas
17. Luigi Galvani (1737-1798, médico
italiano, anatomista y cirujano) Aportó con
el descubrimiento de los potenciales
eléctricos en los músculos.
Alessandro Volta (1745-1827, físico
italiano) Optimizó y amplió el campo de
estudio en las respuestas bioeléctricas
en el organismo vivo.
Viene a configurarse un
nuevo elemento en el
complejo funcional del
corazón como órgano, la
electrofisiología.
Campo del conocimiento
desde los fenómenos bioelectricos
18. Se denotan las variables relevantes en el sistema
cardiovascular en el ámbito de la
electrofisiología: ondas de despolarización y
repolarización, actividad bioeléctrica
periódica.
A las que posteriormente también se involucra
las valoraciones de las vías de conducción,
vías accesorias o reentradas.
Campo del conocimiento
de las variables fisiológicas
20. La aplicación de métodos precisos biomecánicos y
bioelectrónicos en el análisis del corazón amplió el
conocimiento de su funcionalidad: los fenómenos que en él
participan, y cómo se ejercen las interrelaciones entre unos y
otros.
Ello conduce a la disciplina de la Cardiología a una escala
Cuantitativa, en las que sólo se había distinguido una escala
Cualitativa, que evolucionaba por los conocimientos
anatómicos y taxonómicos, puramente descriptivos.
Donde la medicina pasa de una disciplina considerada hasta
entonces como un Arte, a una disciplina que se va
configurando como Ciencia.
Campo del conocimiento
de la bioinstrumentción
21. René Théophile Laënnec (1781-
–
1826, médico francés) inventó el
stethoscope, inicialmente diseñado
como un tubo en un rollo de papel,
descrito en su obra
“L´Auscultation Mediate”.
Bioinstrumentación
auscultación
22. Jean Louis Marie Poiseuille (1799-
1869, físico y matemático francés)
Incorpora el manómetro para la
medida de la presión.
Scipione Riva-Rocci (1863-1937,
médico italiano) introduce el “blood
pressure cuff”: brazalete neumático.
Nicolai Sergeievich Korotkoff (1874-
1920, cirujano vascular ruso) describe
los sonidos epónimos, método para
determinar la presión arterial.
ANTECEDENTES
Bioinstrumentación
presión arterial
Registro de presión estática
del fluido sanguíneo
23. Carl Friedrich Wilhelm Ludwig (1816-
1895, médico y fisiólogo alemán)
Inventa el quimógrafo.
Étienne Jules Marey (1830-1904,
fisiólogo, médico, fotógrafo francés),
construye instrumento para medir
pulsos, tambor de Marey.
ANTECEDENTES
Bioinstrumentación
mecanocardiografía
Vibraciones y ondas de pulso:
Apicocardiograma,
Mecanocardiografía
24. Carlo Matteucci (1811-1868, físico y
neurofisiólogo italiano) Demostró que
una actividad eléctrica precede cada
latido del corazón.
Augustus Desiré Waller (1856-1922,
médico fisiólogo francés) Desarrolló
método para registrar la actividad
eléctrica cardiaca, usando el
Lippmann´s capillary electrometer,
denominándolo electrograma (ondas
A,B,C,D,E.)
Bioinstrumentación
electrografía
25. Willem Einthoven (1860-1927,
médico fisiólogo holandés)
mejoró la técnica de registro
electrocardiográfico por medio
del Galvanómetro de cuerda,
impulsando la utilización clínica
del ECG.
Bioinstrumentación
electrocardiografía
26. Wilhelm Konrad Roentgen
(1845-1923, ingeniero mecánico
alemán) descubre los rayos X.
No conociendo la naturaleza y el
factor responsable de la
fluorescencia, decidió llamarlos
rayos X, y a la técnica la
flouroscopia.
Bioinstrumentación
imagenología
27. Claude Bernard (1813-1878,
médico fisiólogo francés) Realizó
el primer procedimiento de
cateterismo cardiaco en perros y
ovejas, con el que realizó estudios
de las presiones y temperatura.
Werner Forssmann (1904-1979,
cirujano alemán) Cateterizó con
una sonda uretral un cadáver; y
luego que se negaran realizarlo
sus colegas, este se realizó él
mismo un cateterismo.
André Frédéric Cournand (1895-
1988, médico francés) Pionero del
uso clínico del cateterismo
cardiaco.
Bioinstrumentación
acceso endovascular
28. De los campos abiertos …
La integración disciplinar en el
diagnóstico …
30. El método palpatorio o
auscultatorio, sin llegar a
desplazarse, ha venido a ser
complementado con técnicas de
microfonía piezoeléctrica,
ultrasonidos o métodos
oscilométricos.
Instrumentación diagnóstica
Presión arterial
39. fibras ópticas cada vez más
delgadas, las cuales permiten
observar por medio de
endoscopios el interior de
pequeños vasos.
Instrumentación diagnóstica
Imaginología Endovascular
41. De los campos abiertos …
La integración disciplinar en el
tratamiento …
42. John Alexander Hopps (ingeniero
electricista canadiense), a principio
de los años 50 desarrolló el primer
dispositivo electrónico específico
como marcapaso cardiaco: una
unidad de control externa que
funcionaba mediante tubos de
vacio.
Técnicas terapeúticas
El Marcapasos
43. Profesores Jorge Reynolds y
Ignacio Escobar
unos de los pioneros
del marcapaso
Técnicas terapeúticas
El Marcapasos
46. Los dispositivos de cardioversión, como
desfibriladores autómaticos externos o
implantables, han ampliado la sobrevida de los
pacientes de riesgo.
Técnicas terapeúticas
Cardiodesfibrilación
53. La introducción de dispositivos de asistencia
tanto intratorácicos como extratorácicos ha
mejorado la calidad de vida y tasa de
supervivencia.
Técnicas terapeúticas
Asistencia cardiocirculatoria
56. De los nuevos campos…
La integración de lo macro a la
micro-nano-intervention…
57. Nanomaterials have the possibility to
interact with submicron scale matter and
potentially extend the action over
subcellular and molecular elements.
contraído (estado activo)
relajado (estado pasivo)
Técnicas terapeúticas
Ingeniería nano-tejidos
58. biocompatible resistant surface coating, bioelectronics
behavior, and biomechanical behavior. where great potential
resides into mimicking the natural physical and biological
environment.
Técnicas terapeúticas
Ingeniería nano-tejidos
59. La Cardiología ha sorteado aquellos tiempos de la medicina
meramente descriptiva y cualitativa. Hoy en día se requiere que los
diagnósticos médicos tengan un criterio más sustentado y los juicios
clínicos sean más acertados; dirigiéndonos a una época donde nada
debe ser dejado a la incertidumbre o diagnosticado por probabilidad.
CONCLUSIONES
60. Los aportes de la Bioingeniería en el campo del diagnóstico y el
tratamiento cardiovascular ha transformado, de una forma u otra, el
contenido y la práctica médica, de tal forma que aquello que hace
algún tiempo era fantasía o ciencia ficción, ha sido desbordado y
sobrepasado ampliamente por la realidad.
CONCLUSIONES
62. MD, Ph.D. Bustamante J.
Grupo de Dinámica Cardiovascular UPB
Coordinador Comité de Bioingeniería
Cardiovascular SCC
EL SISTEMA CARDIOCIRCULATORIO EN EL ENTORNO
DE LA BIOINGENIERÍA:
Aplicaciones de una disciplina técnica en
la cardiología clínica y quirúrgica
