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

La Tribología y su aplicación en los dispositivos médicos

Cuando dos cuerpos se mueven estando en contacto uno con respecto del otro, se presentan fenómenos que intentan impedir que el movimiento se realice fricción y al mismo tiempo causan que sufra daño en su superficie de contacto –desgaste-. En otras ocasiones este contacto no se realiza por la existencia de un tercer cuerpo, colocado entre los dos primeros –lubricación- que a su vez provoca un deslizamiento entre sus superficies.
          El estudio de los fenómenos de fricción, lubricación y desgaste se acuñó bajo el término Tribología, que por sus raíces: "tribos" que se traduce como frotamiento y "logos" como estudio. En la vida cotidiana, la fricción se puede imaginar como si se doblara México por la mitad y se pusieran en contacto la sierra madre oriental con la occidental. En ese momento se verían picos coincidiendo con otros y uniéndose por fuerzas enormes, si se intenta desprender las uniones, la fuerza necesaria para lograr el movimiento es la fuerza de fricción.

La Mecánica en la medicina

           En la naturaleza y en particular en el cuerpo humano, las fenómenos de fricción, lubricación y desgate, se presentan en las articulaciones y en el transporte de sangre a través de venas y arterias, entre otros. En las articulaciones sanas, el extremo de cada hueso está cubierto por una capa protectora de cartílago articular que reduce los esfuerzos de contacto en la unión, protege al hueso de los impactos, y minimiza la fricción y desgaste en la articulación. Entre los cartílagos se encuentra el lubricante natural, que se conoce como líquido sinovial. Este tiene como funciones principales la nutrición del cartílago y la lubricación articular. Durante el movimiento, los coeficientes de fricción en las articulaciones se estiman del orden de centésimas, a causa de la lubricación ejercida por el líquido sinovial.
           Conforme envejece el ser humano, es probable que los tejidos óseos, cartílago y líquido sinovial se degeneren. Los síntomas más comunes de degeneración comienzan con dolor, cuyo efecto, en el caso de la articulación de cadera, es que la persona tienda a "cojear". Con esto se disminuye el arco de movimiento. Con la degeneración en proceso,  se presenta contacto entre cartílagos  y hueso, lo que provoca la formación rebabas óseas, que limitan aún más el movimiento. En estas condiciones es frecuente que se realice la sustitución de la articulación con una prótesis. Esta prótesis debe poseer características similares a la articulación sana, y son el foco de investigaciones a nivel mundial, tanto en el desarrollo de materiales que imiten el comportamiento del tejido óseo, como en el desarrollo de superficies y recubrimientos de un bajo coeficiente de fricción. Investigaciones en este sentido se llevan a cabo, entre otros centros de educación superior del país, en el Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico (Cenidet) y más recientemente en la empresa Equipos Médicos Vizcarra.
           A partir del descubrimiento de las drogas farmacéuticas muchos métodos se han desarrollado para se apliquen éstas, por ejemplo: vía transdermal, oral, ocular y pulmonar. Las agujas y catéteres, son una herramienta médica muy importante que se usa para transferir líquidos dentro o fuera del cuerpo humano. Al momento de la punción se le aplica una fuerza normal, para introducirla en la piel, esta a su vez genera fuerzas de fricción, que se oponen al movimiento como se muestra en la Figura 1.

Fig. 1

La fuerza de fricción provoca que se deforme  piel y se genere la sensación de dolor. Por otro lado, el dolor es un mecanismo protector para el organismo; se produce siempre que cualquier tejido está siendo dañado y hace que el individuo reaccione para eliminar el estímulo doloroso. El dolor se clasifica en rápido y lento. El primero, típico de inserción de agujas, se produce en el término de aproximadamente 0,1 segundos de haber sido aplicado el estímulo. El dolor lento comienza después de un segundo o más y luego aumenta con lentitud durante varios segundos y se dice, que a veces, incluso minutos.
Los catéteres, una vez que quedan colocados dentro del cuerpo, ya sea vía intravenosa, uretral u otra, son causa de infecciones y otros padecimientos provocados por bacterias. Se conoce, que la formación de estas bacterias se debe a la baja hidrofobicidad, esto es, que no permiten que se les adhiera el agua. Esta baja hidrofobicidad depende tanto de la rugosidad superficial de los catéteres, de los materiales con los que se fabrica, y propiedades químicas de los materiales.
Si se revisa nuevamente la Figura 1 y el concepto de fuerza de fricción, esta fuerza puede reducirse mecánicamente a través de modificar la forma en que estos picos entran en contacto, esto es reducir el área de contacto. También evitando que estos puntos de contacto se deformen. Este tipo de modificaciones ya fueron desarrolladas por la naturaleza por ejemplo en la flor de loto. El desarrollo de dispositivos médicos que imiten el comportamiento antifricción de la naturaleza, bio-mimetismo, son el foco de investigación por Equipos Médicos Vizcarra y el Cenidet, para reducir el dolor, la formación de bacterias y el daño a los tejidos.

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
Dr. José Antonio Arellano Cabrera / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Equipos Médicos Vizcarra
M. en B. María Teresa Lucas Jiménez / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Equipos Médicos Vizcarra
Archivo: Tribología y mecánica