Profesor a Tiempo
Completo Departamento de Bioingeniería
INTRODUCCIÓN
Se observa en congresos científicos, convocatorias de proyectos y entidades de financiación científica, que las investigaciones científicas más atrayentes suelen ser aquellas que estudian temas críticos, además que otros temas llaman aún más la atención porque “son tendencia”. Al notar este hecho, un reconocido científico recientemente opinó que “la biomecánica se encuentra menospreciada frente a otras áreas a la hora de ser valorada por la comunidad científica”, y aunque su estudio es permanente y relevante en la ciencia, la academia y la clínica, podría ser cierto que su área de estudio no es ni crítica ni “es tendencia”. La pregunta que surge es: ¿está la biomecánica realmente relegada? Para entender su importancia, este texto revisa el concepto de biomecánica y sus principales áreas.
Para comprender los conceptos y temáticas que estudia la biomecánica, es preciso establecer que esta ciencia es una de las varias disciplinas puente entre las ciencias médicas y biológicas con la ingeniería, puente de conocimientos comúnmente conocido como biomédica o bioingeniería.
A su vez, entre las disciplinas de la ingeniería se destaca la ingeniería mecánica, disciplina que emplea conocimientos de física y matemáticas para analizar sistemas mecánicos. La etimología de la palabra “mecánica” está asociada al movimiento y reposo de los cuerpos bajo la acción de fuerzas, como lo estableció Newton con sus leyes de movimiento. Esto significa que la ingeniería mecánica usa las leyes newtonianas para analizar sistemas mecánicos, estudiados teóricamente como partículas, cuerpos rígidos, o una combinación de estos. Tales sistemas mecánicos poseen características propias de su naturaleza como densidad, composición, propiedades mecánicas, etcétera.
La ingeniería mecánica integra este conocimiento en tres áreas: diseño mecánico (estática, cinemática, cinética y mecánica de sólidos), ciencia de los materiales (materiales de ingeniería, conformado y procesos de manufactura), y ciencias térmicas y de fluidos (termodinámica, transferencia de calor y mecánica de fluidos). En el espacio donde se extrapolan estas áreas hacia el campo médico y biológico aparece la biomecánica y sus especialidades.
Aunque existen tantas definiciones como autores explicando qué es la biomecánica, todas convergen en describirla como el estudio y análisis de los cuerpos de los seres vivos, especialmente el cuerpo humano, desde la aplicación y el conocimiento de la mecánica newtoniana.
Desde el punto de vista clínico, la biomecánica es un área preventiva y no traumatológica [1]. Esto significa que dispone del suficiente conocimiento patológico y de los mejores recursos al alcance para encontrar soluciones eficientes y eficaces a implementar en la práctica clínica, atendiendo casos con costo social y económico elevado, tales como fracturas, amputaciones, tejidos lesionados, entre otros. Así, en la práctica se desarrollan técnicas experimentales, modelos computacionales, y diseño de dispositivos médicos para diagnósticos y tratamientos clínicos.
La biomecánica posee diferentes subdisciplinas acordes al área específica que estudian (Figura 1) [2-4]: entre las principales están la biomecánica ortopédica, dedicada al análisis mecánico de los tejidos musculoesqueléticos, la biomecánica de tejidos blandos, que se enfoca en el análisis mecánico de tejidos conectivos blandos que soportan o apoyan a otros órganos del cuerpo, y la biomecánica cardiovascular, orientada a la mecánica del corazón, la sangre y los vasos sanguíneos. En un segundo grupo aparecen otras biomecánicas consideradas aplicaciones, tales como la deportiva, forense, de impacto, de rehabilitación y análisis de movimiento, computacional, animal y de plantas, ocular, dental e incluso reproductiva. A continuación se exponen de manera mas amplia las definiciones y áreas de trabajo de las principales disciplinas dentro de la biomecánica.
Figura 1. Estudio de la biomecánica [2]
La biomecánica ortopédica estudia el efecto de fuerzas y esfuerzos en los tejidos musculoesqueléticos, analizados como materiales estructurales vivos. Su conocimiento se usa para estudiar la causa, la recuperación y la prevención de lesiones y desordenes causados por factores mecánicos. Esta biomecánica se enfoca en los huesos, el cartílago articular y la columna vertebral incluyendo los discos intervertebrales. Algunos investigadores incluyen los músculos, ligamentos y tendones.
La biomecánica de tejidos blandos se dedica a entender el efecto de los factores mecánicos sobre el crecimiento, comportamiento, remodelamiento, daño y reparación de todos aquellos órganos y tejidos conectivos blandos diferentes al sistema musculoesquelético, como el corazón, los vasos sanguíneos, el cerebro, la piel, los esfínteres, el hígado, los riñones, entre otros. Así como la prevención del daño o deterioro de estos tejidos por efectos mecánicos.
Finalmente la biomecánica cardiovascular y de fluidos estudia la mecánica de los fluidos presentes en el cuerpo humano, buscando entender su funcionamiento y sus efectos sobre el cuerpo. Su principal tema de estudio está centrado en el sistema cardiovascular y la sangre. Sin embargo, también estudia los procesos que involucran el aire y el agua, como en el sistema respiratorio y los cambios en la hidratación de los órganos del cuerpo humano. Su estudio se basa principalmente en modelos físicos y experimentales de simulación y predicción, apoyados usualmente con imagenología.
CONCLUSIÓN
Como se observa, la biomecánica está presente y en permanente evolución. Su estudio es vital para entender la naturaleza mecánica de los tejidos, órganos y sistemas del cuerpo, representados en problemas muy comunes en la clínica. Hace muchos años, el profesor Rik Huiskes afirmó sobre la biomecánica que “El nuevo conocimiento desarrolla nuevas herramientas y las nuevas herramientas generan nuevo conocimiento” [3]. Quizás con esto quizo también decir que desde que el hombre encontró la necesidad de entender el funcionamiento de su cuerpo y el cómo repararlo o potenciarlo, encontró el saber de la biomecánica. El ejemplo más simple de ello es el reemplazo de segmentos corporales perdidos que fueron reemplazados por piezas hechas de manera artesanal (un pie de madera o un ojo de vidrio). Esta visión estimula el planteamiento constante de nuevas hipótesis que hacen permanecer y evolucionar el conocimiento de la biomecánica, mostrando que esta se encuentra muy vigente y muy relacionada con el avance científico.
BIBLIOGRAFÍA
- Merolli A., 2019. Bone repair biomaterials in orthopedic surgery. En: Bone repair biomaterials, 2nd edition. Woodhead.
- Mow V., Huiskes R., 2005. Basic orthopaedic biomechanics and mechano-biology, 3rd edition. LWW.
- Abernethy B., et al., 2013. Biophysical foundations of human movement, 3rd edition. Human Kinetics.
- Nigg B.M., Herzog W., 2007. Biomechanics of the musculo-skeletal system, 3rd edition. Wiley.
