aplicación de la biomecánica en Órtesis y prótesis2
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UNIVERSIDAD ESPECIALIZADA DE LAS AMÉRICAS
Facultad de Salud y Rehabilitación Integral
Licenciatura en Ingeniería Biomédica
Aplicación de la Biomecánica en Órtesis y Prótesis
Asignatura: Biomateriales y Biomecánica
Investigación N° 2
Por:
Moreno, Carolina 8-841-1959
Núñez, Dennise 8-854-1162
Olivares, Bárbara 8-857-55
Pinzón, Bladimir 2-726-930
Panamá, 2012
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ÍndiceIntroducción Páginas
Contenido: Aplicación de la Biomecánica en Órtesis y Prótesis
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Introducción
Muchos de nosotros pensamos que Ortesis y Prótesis tienden a ser las mismas
cosas. Pero realmente no es así, vamos a dejar muy claro cuales son las
diferencias entre ellas y así mismo como eso afecta en forma positiva el cuerpo
humano para su recuperación.
Este trabajo cuenta con la descripción de prótesis que existen actualmente en el
mercado y también se mostrarán los beneficios que nos presentan al momento de
su elección y uso, cabe mencionar que estos prototipos se fabrican después de
haber realizado grandes investigaciones y estudios sobre la anatomía del cuerpo y
la biomecánica de la marcha humana.
Todo esto se realiza siempre pensando en el bienestar de las personas que por
motivos de la vida necesitan una prótesis para la simulación normal de su parte
afectada en este caso puede llegar hacer una extremidad.
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Aplicación de la Biomecánica en Órtesis y
Prótesis
1.1 Conceptos básicos
Para el buen entendimiento acerca del tema a tratar, debemos de poner claro las
diferencias entre Ortesis y Prótesis.
Ortesis: es cualquier dispositivo aplicado externamente sobre el cuerpo humano,
para obtener como objetivo modificar las características estructurales o
funcionales del sistema músculo-esquelético.
Mientras tanto Prótesis se refiere al aparato externo usado para remplazar total o
parcialmente un segmento de un miembro ausente o deficiente. También podemos
mencionar que hay que incluir cualquier aparato que tenga una parte en el interior
del cuerpo por necesidades estructurales o funcionales.
2. Ortesis
2.1 Objetivos
Los objetivos de la Ortesis son un poco mas específicos al área estético a
comprometer cuando se le aplica un aparato sustituto de algún miembro del
cuerpo humano.
o Recuperación de la función
o Prevención de las deformidades
o Rehabilitación Muscular
o Protección Cutánea (compresión de cicatrices)
o Estabilización de las articulaciones
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o Transmisión de fuerzas
o Control del movimiento
2.2 Clasificación
Para la Ortesis existen 2 tipos de clasificación.
o Clasificación Convencional
o Ortesis Estáticas:
No permiten movimiento y ayudan a permanecer una
postura permitiendo el reposo
estabilizan las articulaciones impidiendo un movimiendo
indeseado.
Estabilizan las extremidades para que puedan soportar
peso
Debe inmovilizarse sólo la articulación cuyo movimiento
desea impedirse.
Debe moldearse a los contornos anatómicos y evitar
presiones sobre reparos óseos y paquetes
neurovasculares.
Se utilizan en segmentos distales de las extremidades
(antebrazo, mano, pierna, pie), por lesión de nervio
periférico o ruptura tendinosa.
Se utiliza como soporte rígido de fracturas, tendinitis,
inflamación de partes blandas.
o Ortesis Dinámicas
Permiten o facilitan el movimiento
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Principalmente se utilizan para asistir un músculo
debilitado.
Guían, resisten o limitan movimientos específicos y
previenen movimientos determinados.
Es importante definir el límite del movimiento deseado.
Se utilizan Fuerzas Internas (acción muscular) o Fuerzas
Externas (bandas, resortes, barras de tensión, elásticos).
o Ortesis Semidinámicas
Dispositivo que NO permite movimiento, pero coloca a las
partes en posición óptima para que funcionen en grado
óptimo.
No utiliza fuerzas externas.
o Clasificación Funcional
o Ortesis Estabilizadoras o de soporte
o Ortesis funcional
o Ortesis correctoras
o Ortesis Protectoras
2.3 Indicaciones
o Alteraciones musculoesqueléticas post trauma
o Tendinitis
o Fracturas
o Patologías Neuromusculares
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o Corrección de posturas
o Evitar deformidades
Así mismo como existen las indicaciones de utilización de una ortesis, también
existen contraindicaciones a las mismas.
o Problemas Cutáneos
o Erosión en la piel (alteración de sensibilidad)
o Roce en bordes por pliegues de flexión
o Dermatitis por contacto o sudoración
o Lesiones por fricción
o Debilidad o atrofia muscular
o Retracción Muscular
o Rigidez Articular
o Dificultad de Retorno Venoso
2.4 Biomecánica
La fuerza de gravedad causa tensión a nivel capsuloligamentoso. Al eliminar la
fuerza de la gravedad, se alivia la descarga y tensión de los tejidos. Una vez
trasladado el peso que afecta la articulación a otras partes del cuerpo se eliminan
las solicitaciones biomecánicas sobre las articulaciones, se eliminan la acción de
algunos grupos musculares que se intentan relajar para evitar la transmisión tensil
hacia los tendones.
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2.5 Dispositivos ortésicos para miembro inferior
En la mayoría de ocasiones el objetivo de la aplicación de las ortesis en miembro
inferior en las personas mayores como jóvenes es conseguir estabilizar una
articulación para con ello permitir al paciente:
* la ambulación
* el soporte de peso
* si existe, el alivio del dolor.
Otras de las finalidades son:
* Corregir
* Descargar o compensar alteraciones del aparato locomotor.
2.5.1 Cadera
La cadera es una parte sumamente importante en nuestro cuerpo que participa en
el sostén de nuestras partes superiores y que cuando recibe algún tipo de lesión
se recurre al uso de aparatos llamado Órtesis que nos permitirán mantener estable
el movimiento de la misma para su posterior recuperación.
Por lo general se emplea una Órtesis larga en toda la pierna normalmente
metálica.
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Esto involucra la articulación de la rodilla que puede ir bloqueada dependiendo del
estado musculo esquelético del miembro afectado. Con ello el aparato asume las
cargas y presiones del peso del cuerpo protegiendo a la articulación afectada
teniendo en cuenta un control sobre la movilidad de dicha articulación.
En estados avanzados de coxartrosis donde ha habido un remplazo protésico o
una fractura puede ser necesario el uso de un soporte para que el tejido no
siga sufriendo un daño mayor, como lo es el dispositivo llamado pelvipedico que
consta de una cesta pélvica de polietileno adaptada a ambas Crestas iliacas con
cierre anterior de cinchas, así como una articulación lateral con o sin bloqueo de
anillas que unirá la cesta pélvica a una muslera del mismo material conformada a
la parte proximal del muslo.
2.5.2 Rodilla
Las correcciones de las desviaciones de rodilla normalmente se llevan a cabo
durante el periodo de crecimiento del cuerpo humano.
En las personas adultas donde las deformidades ya se han estructurado, la
alternativa a la que se recurre es la de la aplicación de Órtesis para evitar que el
daño progrese , también se busca limitar el movimiento del dolor y rechazar la
opción quirúrgica.
Una mala alineación de ciertos segmentos óseos, sobre todo si estos soportan
peso, generará una mala distribución de las presiones en las articulaciones que
acelerará los procesos degenerativos propios de la edad. Este hecho se
manifiesta con mayor incidencia a nivel de la rodilla, más aún si se acompaña de
factores complementarios como el exceso de peso.
Hoy en día existen diferentes Órtesis como las
rodilleras que además de estabilizar la rodilla ayudan
aliviarla.
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Las rodilleras más simples son estructuras tubulares de materiales elásticos que
pueden llevar libre o no la rótula y tener refuerzos laterales. A estas se les pueden
añadir cinchas que aumenten la sujeción de la ortesis a la pierna.
También se cuenta con Órtesis de rodilla más largas formadas por dos tutores y
elementos plásticos que se adaptan a los distintos contornos en muslo y
pantorrilla.
En general las Órtesis de rodilla no son muy bien toleradas por las personas
mayores ya que tienden a desplazarse y porque no toleran bien el calor que
producen. Por ello hay que escoger el material más idóneo en cada caso, teniendo
en cuenta que los materiales textiles elásticos son más transpirables que los
cauchos sintéticos como el neopreno.
2.5.3 Tobillo y pie
A este nivel los dispositivos ortésicos más utilizados son las tobilleras y las
plantillas.
2.5.3.1 Tobilleras
La finalidad de este tipo de ortesis es la estabilización articular e incluso la
compresión del tobillo. Las tobilleras más utilizadas suelen ser de materiales
textiles más o menos Elásticos o de cauchos sintéticos. Pueden llevar refuerzos
laterales que aumenten la capacidad de estabilización, también cinchas de
compresión regulable y protectores sobre las prominencias óseas.
Son también frecuentes los estabilizadores de tobillo formados por dos valvas
laterales de termoplástico que se adaptan a los maléolos y cubren todo el tercio
distal de la pantorrilla, unidas por debajo del pie y cerrándose por medio de
cinchas.
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3. Prótesis
3.1 Indicaciones
En el área de las prótesis existen objetivos a cumplir para desarrollar de la mejor
manera éste aparto externo o interno en el cuerpo humano. A continuación vamos
a explicar el más importante y primordial de todos.
o Sustituir: una parte del cuerpo que haya sido perdida por amputación o que
no exista a causa de agenesia, cumpliendo las mismas funciones que la
parte faltante solía realizar. Aparte, también se tiende utilizar con fines
estéticos o para suplir al cuerpo de funciones de las que carece
naturalmente, siendo estás adaptadas al usuario según sus necesidades.
También existen funciones a cumplir para toda prótesis, independientemente del
área al que sea instalado.
o Restaurar funcionalidad pérdida a causa de la amputación o de alguna
malformación congénita.
o Recuperar la imagen
o Reinstauración parcial del centro de gravedad.
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Ya una vez establecido los primeros puntos a tomar en cuenta para el diseño,
instalación o aplicación de una prótesis se debenmarcar otras indicaciones que
varían en cada paciente o dificultad que proporcione.
Es necesario tomar en cuenta la prescripción del aparato protésico,
características, exigencias y necesidades del paciente. Incluso también hay que
considerar las condiciones generales del usuario, su nivel psíquico, motivación del
paciente y el tipo y nivel de la amputación.
En torno al paciente son muchas las cosas que hay que tomar en cuenta para la
aplicación de una prótesis, por que es él quien debe ser funcional y perfecto para
su desarrollo en actividades laborales o recreativas. El ambiente en el cual vive el
paciente, su equilibrio, visión, peso, edad y estado físico del paciente.
En cuanto al tipo y el nivel de la amputación, nos referimos a lo que llaman muñón.
El muñón como órgano destinado a encajarse en la prótesis e impulsarla, debe
reunir ciertas características específicas que lo califican como adecuado para
estas funciones.
Un muñón estable es aquel que cuenta con las siguientes características:
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Pero como no todo es perfecto, muchas veces se presentan muñones con
contraindicaciones o en un estado no ideal para la aplicación de la prótesis como
lo son:
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3.2 Miembros Superiores
Para la implementación de algún aparato externo o interno para la mejora
funcional o estética de alguna parte del cuerpo hay que estudiar cada uno de los
casos posibles y establecer su clasificación ordenada para así poder trabajarlos
mejor.
3.2.1 Clasificaciones
Tipos de prótesis del miembro superior:
o Según nivel de amputación
o Desarticulados (hombro, codo, muñeca), Transhumerales,
transradiales, parciales de mano.
o Según función:
o Pasiva (cosméticas)
o Activas ( funcionales)
o Según la fuente de energía que utilizan:
o Mecánicas o de energía corpórea (convencionales)
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o Mioeléctricas o de energía extracorpórea
o Híbridas o de energía mixta
Nosotros en este trabajo, nos concentraremos 100% a la característica Mecánica
según la fuente de energía a utilizar en una prótesis.
3.2.2 Biomecánica
La utilización de la energía mecánica del muñón son muy utilizadas en las prótesis
activas, ya que son estas las que remplazan la funcionalidad perdida en el
paciente por la amputación.
3.3 Miembros Inferiores
3.3.1 Clasificaciones
o Según nivel de amputación
o Hemipelvectomia
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Prótesis arriba de rodilla (AK=Transfemoral)
Bajo rodilla (BK=Transtibial)
o Desarticulados (cadera, rodilla, tobillo =Syme)
o Amputaciones parciales de pie (Chopart, Pirogoff-Ricard y Lisfranc)
o Según material constitutivo
o Convencionales
o Modulares
o Según Características Estructurales
o Endoprótesis (prótesis articulares: rodilla-cadera)
o Exoprótesis (prótesis de miembros: superiores-inferiores)
La prótesis de pierna deben cumplir con las mismas características, condiciones y
restricciones que tiene la pierna humana durante la marcha normal, de tal forma
que el paciente utilizando la prótesis pueda seguir desplazándose de manera
eficiente.
Existen muchas causas por las cuales puede ser necesario la amputación de una
pierna en un paciente.
Estas causas son:
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Este tipo de amputación se refiere al corte de pierna por arriba de la rodilla a la
altura del fémur.
El corte del fémur puede variar a diferentes alturas dependiendo del padecimiento
del paciente, los 4 cortes más comunes son:
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La amputación de una pierna es un proceso complicado que involucra suturar
nervios, venas y músculos para crear un muñón sano y que sea aun funcional.
Una vez decidida la altura de amputación se crea un corte especial que deja un
par de aletas llamadas boca de pescado las cuales sirven para suturarlas por
encima del fémur cortado y crear un muñón que evite la presión de la prótesis
directamente en el hueso.
Los músculos son disecados cuidadosamente para no dañarlos. Su reconstrucción
alrededor del fémur sobrante es esencial para mantener la funcionalidad del
muñón.
Actualmente existen diferentes materiales y tecnologías que permiten una
variedad de elecciones para todo tipo de pacientes, desde el más sedentario hasta
pacientes de alto rendimiento.
Las prótesis están compuestas por 5 elementos principales como:
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Suspensión: manga de silicón dentro del socket que se ajusta al muñón del
paciente previniendo los roces entre las piernas y el socket. Hace que la prótesis
sea mucho más cómoda y distribuye la presión en todo el muñón durante el
movimiento.
Socket: conexión entre el paciente y la prótesis, fabricado de laminas de fibras de
carbono y fibras de vidrio que lo vuelven muy resistentes.
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Recientemente se está volviendo más popular el uso de sockets de succión el cual
elimina la necesidad de usar suspensión, ya que empleado válvulas de aire se
amolda perfectamente a la extremidad residual.
Rodilla: en un principio las prótesis de rodillas eran muy rígidas y no permitían
ningún tipo de articulación. Hoy en día hasta las más básicas tienen algún tipo de
articulación.
Las prótesis básicas permiten doblar la rodilla al caminar, pero que al extender
completamente la pierna usa un seguro geométrico que la cierra dejándola
completamente rígida.
También existen prótesis para las personas con mayor actividad físicas que
utilizan un pistón hidráulico interna que amortigua la fuerza ejercida en la
articulación durante su uso estas le brindan a la facilidad a las personas de variar
la velocidad durante la marcha e incluso le permiten con gran facilidad subir
escaleras.
Actualmente existen prótesis inteligentes que usan microcontroladores y
actuadores que aprenden los movimientos de las personas para ajustarse
automáticamente al terreno y dar una mayor estabilidad al paciente.
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Pilar: Es un segmento que une la rodilla con el pie. Antes se empleaba un palo de
madera o aluminio hoy todo ha cambiado y se utilizan materiales muy ligeros y
resistentes como la fibra de carbono y el titanio.
Pie: al igual que las rodillas en sus inicios no contaban con pies articulados; sin
embargo hoy se diseña en conjunto con el tobillo.Estas prótesis de pies son
fabricadas de materiales elásticos que simulan las articulaciones proporcionado
movilidad y resistencia.
También existen pistones hidráulicos diseñados para absorber los impactos
durante su uso, las cuales brindan rotación y una respuesta dinámica al terreno
para gastar menos energía al caminar o subir escaleras.
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Hoy en día perder una pierna no implica dejar de hacer todo lo que hacia uno ante.
Ahora también se diseñan pies con nuevos materiales que proporcionan
elasticidad y una gran resistencia para aquellos deportistas que perdieron sus
piernas.
BibliografíaInfografía
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Anexos
Prótesis de pie podrían inspirarse de tacones de aguja
Las futuras prótesis de pie podrían inspirarse de los tacones de aguja de los
zapatos de las mujeres o de los pies de las avestruces, estimaron este miércoles
investigadores que publicaron un estudio al respecto. Investigadores del Real
Colegio Veterinario británico estudiaron la mecánica de los bípedos cuando
caminan y llegaron a la conclusión de que un pie humano descalzo, con tacones
altos o una pata de avestruz ejercen exactamente la misma fuerza sobre el suelo,
pese a funcionar de distinta manera. En lugar de intentar imitar a toda costa la
mecánica de una pierna humana, cuya estructura interna es muy compleja, los
diseñadores de prótesis y de robots deberían concebirlos menos “humanos”,
afirman. Cuando el ser humano camina, repite cíclicamente una serie de
movimientos: apoya el talón del pie en el suelo, luego apoya la planta del pie para
balancear la otra pierna hacia adelante y después se da impulso gracias a los
dedos del pie. “Es el modo de caminar más económico, mecánicamente
hablando”, resume TatjanaHubel, del Real Colegio Veterinario, quien participó en
el estudio. Según el estudio, publicado por la revista británica Journal of the Royal
Society Interface, dada la estructura del pie humano, cuando la planta del pie está
apoyada en el suelo, todo el esfuerzo pasa por el tobillo, lo cual reduce el
cansancio muscular durante las otras fases del movimiento que permite caminar.
“Si uno quiere hacer una buena prótesis de pie y no le importa el aspecto que
tenga, tiene que ponerle el motor -en este caso, el tobillo- en la parte más alta
posible de la pierna”, aseguró JimUsherwood, investigador del Wellcome Trust,
quien dirigió el estudio.
“De este modo, puede proporcionar energía sin hacer pesado al pie y sin
entorpecer el balanceo hacia atrás o hacia adelante”, agregó. Algunas prótesis
logran imitar a las mil maravillas el tobillo humano, lo cual puede venirle bien a las
personas a las que se amputa la parte inferior de la pierna, pero, cuando la
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amputación tiene lugar arriba de la rodilla, la prótesis “humanoide” clásica resulta
pesada y molesta, afirmó. Para Usherwood, sería más eficaz poner en estos
últimos casos un “pie de avestruz fijado en el extremo de una pierna ultraligera”.
Desde este punto de vista, las prótesis de láminas de carbono que usa el atleta
sudafricano Oscar Pistorius, quien sufrió la amputación de los dos piernas cuando
era un bebé de once meses, parecen sumamente adecuadas para correr carreras.
El año pasado, Pistorius se convirtió en el primer atleta paralímpico que obtuvo
una medalla en campeonatos del mundo de atletismo para válidos.
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