Revista de Divulgación Científico-Tecnológica del Gobierno del Estado de Morelos

Prótesis biomecánicas


Innovador sistema de rehabilitación para pacientes con embolia

Archivo: Biomecánica

Dr. José María Rodríguez Lelis / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CENIDET)

Actividades comunes como llevarse la comida a la boca, asearse y caminar, entre otras, no siempre están garantizadas. Cuando alguna o varias de éstas no pueden realizarse, el ser humano vive una de las peores situaciones que puede padecer. En México se presentan distintas estadísticas relacionadas con personas que a causa de una enfermedad o accidente pasan a una condición de dependencia parcial o total. Por ejemplo, Organización Mundial de la Salud (OMS) calculó una población discapacitada del 14%, es decir, aproximadamente 14 millones de mexicanos padecen alguna discapacidad física o mental; y a éstos, cada año se suman alrededor 43 mil discapacitados por secuelas de enfermedad vascular cerebral o embolia [1].

Por otro lado, se reporta que actualmente se realizan alrededor del mundo más de 500 mil operaciones para la instalación de prótesis de cadera. Asimismo, tan solo en Estados Unidos se reporta que 266 mil personas se someten a cirugías de reemplazo de rodilla. Estas cantidades se verán incrementadas en los próximos años por el aumento de personas de la tercera edad, con los costos inherentes en salud. Esto sobre todo si se considera que el costo de las prótesis varía de 25 mil a poco más de 75 mil pesos.

Un evento vascular cerebral se refleja en un trastorno motor en el que algunos músculos se mantienen permanentemente contraídos. Dicha contracción provoca la rigidez y acortamiento de los músculos e interfiere funciones de deambulación, manipulación, equilibrio, habla, deglución, etc. Paul Bach y Rita (1934-2006), propone que la rehabilitación para personas con embolia debe ser a través de la motivación y terapias competitivas, que impulsen al paciente a seguir el programa deseado. Bach-y-Rita, comentan que el cerebro funciona como el disco duro de una computadora, cuando uno de los sectores se daña, se requiere reescribir en otro sector del mismo disco para recuperar esa información. Esto es, enseñarle al brazo, al pie a los dedos a moverse cuando reciban una orden. Naturalmente, la velocidad de escritura depende del entusiasmo del paciente, por lo que el proceso debe ser interesante, divertido y sobre todo en un desafío por vencer.

Bajo las restricciones de sencillez, alta duración y bajo costo; el Grupo de Tribología y Biomecánica del CENIDET integrado por los alumnos M.C. Arturo Abúndez Pliego, M.C. J. Navarro Torres, M.C. Sergio Reyes Galindo, M.C. Antonio Arellano Cabrera, M.C. Justo Juvenal Sola Pérez, M.C. Gilberto Piña Piña, Ing. Oscar Bautista Merino, Ing. Ulises Germán Díaz Astudillo, Ing. César Adrián Maza Valleen colaboración con el Dr. Bach-y-Rita, Dr. Oscar Paredes O. y el Dr. Marciano Vargas Treviño, desarrollaron un sistema para rehabilitación que comprende una palanca que restringe el movimiento del brazo hacia el frente, atrás y de forma lateral; y un juego de computadora con el que se motiva al paciente.

Estos movimientos se relacionan a un juego para computadora o televisión, como es el ping-pong u otros juegos como carreras de autos, aviones, etc. En este sistema, el paciente se sienta enfrente de la computadora donde aparecerá el juego, y se le sujeta el brazo al dispositivo diseñado. Dependiendo de la severidad de la contracción se restringe inicialmente el movimiento hacia adelante o atrás, o se le permite el movimiento también de forma lateral. La terapia tiene una duración entre 20 a 30 minutos, pero es común que el paciente desee mantenerse “jugando”. Los resultados se pueden encontrar desde 10 horas de trabajo a algunos meses de terapia. Este diseño, está en uso en Oaxaca, Veracruz, Nayarit y en particular en el CRI de Jojutla, Morelos, del sistema DIF estatal; donde recuperación de la movilidad del miembro superior son exitosos.

Como lo comenta Huiskes [2], es desde el siglo XIX, que se propone relacionar la morfología interna del hueso a su resistencia. Es decir, que la arquitectura del hueso es la respuesta a la necesidad de transferencia óptima de esfuerzos, y acoplar máxima resistencia a mínimo peso. Otros, se enfocan a asociar la arquitectura interna a la trayectoria de los esfuerzos, y otros más a la relación entre la carga externa y su arquitectura en un ambiente funcional variable. En la figura 2, se muestra la comprobación del direccionamiento de esfuerzos a causa de la arquitectura interna a través de un análisis foto elástico. En esta figura se observan cambios de coloración de amarillo a azul, siendo el indicador de máxima carga el color más claro. Como se pude ver, a causa de la arquitectura ósea, el hueso puede disminuir su esfuerzo en la sección superficial y enviarlo sobre el eje del mismo, donde este es más resistente. Naturalmente, si este es el comportamiento, es necesario encontrar como es esta arquitectura, lo cual se puede lograr por medio de técnicas de metrología como se muestra en la figura 3.

Con base en los resultados de los estudios ya mencionados, se hace uso de programas de computo que permiten diseñar piezas mecánicas que suplanten a la articulación natural, ya sea en cadera, rodilla u otra articulación. Este tipo de cálculos de puede ver en la figura 4, con el diseño de la copa acetabular de una prótesis de cadera. La sección que lleva una arquitectura interna muestra que para las mismas condiciones se esfuerza 8 veces menos, de otra manera dicho soporta 8 veces más carga. La ventaja de este tipo de diseño es que en un futuro permitirá diseñar y fabricar prótesis hechas a la medida, ya que exhibirán un comportamiento como función del tipo de carga que soportan, es decir, si la persona es obesa, delgada, mujer, hombre, deportista, etc.
La interacción de distintas disciplinas del conocimiento permite el desarrollo de dispositivos para rehabilitación, o diseño de partes para la sustitución de miembros más económicos y con una vida útil mayor. También el desarrollo de nuevos materiales que aproximen el comportamiento, en este caso, del hueso humano. Obtener un mayor entendimiento de la física del cuerpo humano, y con base en ello, diseñar dispositivos de monitoreo o diagnóstico.


El Dr. José María Rodríguez Lelis realizó su licenciatura en Ingeniería Mecánica en la ESIME del Instituto Politécnico Nacional. Posteriormente realizó su Maestría y Doctorado en la Universidad de Birmingham en el Reino Unido en los años 1988 y 1992 respectivamente. Fue investigador en el Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) en el Departamento de Equipos Mecánicos Rotatorios y actualmente es Profesor-Investigador del Departamento de Ingeniería Mecánica del CENIDET en Cuernavaca, Morelos. Sus áreas de interés son tribología, mejoramiento de superficies por triboadhesión, biomecánica, dispositivos para rehabilitación y turbomaquinaria.