I N S T R U M E N T A C I Ó N
B I O M É D I C A
ISBN: 978-1-4303-2625-0 Reservados todos los derechos.
©
Álvaro Tucci Reali. 2007 Published by LuluA mi hijo Ing. Paul E. Tucci K., M.Sc. por su valiosos aportes técnicos y por el esfuerzo que realizó para enseñarme los "trucos" de la PC.
A mi hijo Dr. Kay A. Tucci K. por aportar acertadas sugerencias.
A mi hija Dra. Sonia A. Tucci K. por su valiosa ayuda en aclarar algunos conceptos relacionados con la ciencia médica.
A la Universidad de Los Andes.
Alvaro Tucci [email protected]
Pág. Presentación Presentación Presentación Presentación Presentación 1 3 Prefacio Prefacio Prefacio Prefacio Prefacio 1 5 Capítulo 1 Capítulo 1 Capítulo 1 Capítulo 1 Capítulo 1 INSTRUMENTACIÓN MÉDICA Desde el principio 1 7
Los animales en la investigación médica 3 0
Instrumentos médicos 3 2
El tacto y la medida de temperatura 3 3
El oído y el estetoscopio 3 5
La vista, el microscopio, los rayos x y otros 3 6
Las lupas y el microscopio 3 7
Los rayos X 4 2
Los Radioisótopos y la Medicina 4 4
La fibra óptica 4 9
Los ultrasonidos 5 0
La tomografía axial computarizada 5 0
La resonancia magnética nuclear 5 1
El laboratorio clínico 5 2
La instrumentación médica y la electrónica 5 3
El electrocardiógrafo 5 3 El electrobisturí 5 4 La anestesia 5 4 El láser 5 7 El respirador artificial 5 9 El desfibrilador 5 9 El marcapasos 6 0 El riñón artificial 6 1 Otros desarrollos 6 2 El computador 6 3 Capítulo 2 Capítulo 2 Capítulo 2 Capítulo 2 Capítulo 2
ORIGEN DE LOS BIOPOTENCIALES
Introducción 6 7
Naturaleza del impulso nervioso 6 9
La membrana celular 7 4
Efectos del transporte NA+ y K+ 7 6
Movimiento de los iones 7 7
Difusión por gradiente de concentración 7 7
Interacción de las partículas cargadas 8 0
Medida del potencial de membrana 8 3
Índice
Índice
Índice
Índice
Índice
Capítulo 3 Capítulo 3 Capítulo 3 Capítulo 3 Capítulo 3 SISTEMA NEUROMUSCULAR Introducción 8 5 El sistema nervioso 8 7 La neurona 9 1
Las neuronas sensoriales 9 3
Las neuronas motoras 9 4
Las neuronas de asociación 9 5
El sistema nervioso central 9 5
El sistema periférico 9 7
El sistema somático o voluntario 1 0 0
El sistema autónomo o vegetativo 1 0 0
La comunicación neuronal 1 0 2
Los músculos 1 0 4
La unión neuromuscular 1 0 5
El movimiento de los vertebrados 1 0 7
Capítulo 4 Capítulo 4 Capítulo 4 Capítulo 4 Capítulo 4 SISTEMA CIRCULATORIO Introducción 1 0 9 Las arterias 1 0 9 Las venas 1 1 1 Los capilares 1 1 1 El corazón 1 1 2
Las células marcapasos 1 1 5
Actividad eléctrica del corazón 1 1 6
El corazón como bomba 1 1 8
Secuencia de la circulación 1 1 9 Capítulo 5 Capítulo 5 Capítulo 5 Capítulo 5 Capítulo 5
RECOLECCIÓN DE SEÑALES BIOELÉCTRICAS
Las primeras mediciones 1 2 3
Mediciones biológicas 1 2 5
Los transductores 1 2 6
Los electrodos 1 2 8
El potencial medio de celda (EC) 1 3 0
Polarización de los electrodos 1 3 3
Electrodos no polarizables 1 3 4 Artefactos 1 3 4 Tipos de electrodos 1 3 5 Electrodos superficiales 1 3 5 Electrodos de aguja 1 4 2 Microelectrodos 1 4 3
Electrodos para electroestimulación 1 4 5
Sugerencias en el manejo de electrodos 1 4 6
Capítulo 6 Capítulo 6Capítulo 6 Capítulo 6 Capítulo 6
AMPLIFICADORES DE BIOPOTENCIALES Y FILTROS
Amplificadores de biopotenciales 1 4 9
Amplificadores de biopotenciales de alta impedancia
de entrada y control de ganancia 1 5 3
Amplificadores de potencia 1 5 8
Amplificadores de potencia tipo push pull 1 5 9
Características de los amplificadores 1 6 3
Impedancia de entrada 1 6 3
Ganancia de potencia 1 6 4
Eficiencia 1 6 5
Máxima transferencia de potencia 1 6 6
Fuentes de interferencia 1 7 0
Rechazo en modo común 1 7 2
Localización de fallas 1 7 4
Precauciones en el manejo de los amplificadores 1 7 5
Filtros 1 7 6
Clasificación de los filtros 1 7 6
Respuesta a frecuencias 1 7 7
Características de los filtros 1 7 8
Filtros pasivos y activos 1 7 9
Filtros LC 1 7 9
Filtros activos 1 8 0
Orden de los filtros 1 8 0
Filtros rechaza banda 1 8 5
Capítulo 7 Capítulo 7Capítulo 7 Capítulo 7 Capítulo 7 EL ELECTROCARDIOGRAMA Introducción 1 8 9 Origen de el electrocardiograma 1 9 0 Derivaciones electrocardiográficas 1 9 4 Derivaciones estándar 1 9 4 Derivaciones aumentadas 1 9 7 Derivaciones precordiales 1 9 9
Reducción de voltaje en modo común 2 0 1
Algunas anomalías 2 0 1 Capítulo 8 Capítulo 8Capítulo 8 Capítulo 8 Capítulo 8 EL ELECTROCARDIÓGRAFO El electrocardiógrafo 2 0 3 Los electrodos 2 0 5
Circuito de protección 2 0 6
El selector de derivaciones 2 0 8
El calibrador 2 0 9
El amplificador diferencial 2 1 0
El control de ganancia 2 1 0
El control de posición de la plumilla 2 1 0
El amplificador de potencia 2 1 1
La unidad de registro 2 1 1
La fuente de poder aislada 2 1 1
El marcador de eventos 2 1 2
La fuente de poder 2 1 2
Electrocardiógrafos especiales 2 1 3
El ECG fetal 2 1 3
El monitor cardíaco 2 1 5
El ECG bajo esfuerzo 2 1 8
El Holter 2 1 8
Averías frecuentes 2 1 9
Interferencia de la linea 2 2 3
Ruido generado por el lazo de tierra 2 2 5
Capítulo 9 Capítulo 9 Capítulo 9 Capítulo 9 Capítulo 9 ULTRASONOGRAFÍA Los ultrasonidos 2 2 9 Revisión histórica 2 3 0
Propagación de las ondas sonoras 2 3 4
Ondas longitudinales 2 3 5
Ondas transversales 2 3 6
Características físicas 2 3 7
Ultrasonidos en los tejidos 2 4 3
Velocidad de propagación 2 4 3
Impedancia acústica 2 4 4
Atenuación 2 4 5
Espesor medio 2 4 6
Efectos de los ultrasonidos 2 4 7
Generación de ultrasonidos 2 4 8
Clasificación de las técnicas de exploración 2 5 0
Exploración en Modo A 2 5 1
Instrumentos que operan en Modo A 2 5 2
Exploración en Modo B 2 5 5
Instrumentos que operan en Modo B 2 5 8
Exploración en tiempo real 2 6 0
Instrumentos que operan en modo real 2 6 2
Resolución 2 6 5
Presentación de la imagen 2 6 6
Velocidad 2 6 7
El Efecto Doppler 2 6 8
Sistema de compensación tiempo-ganancia 2 7 4 Convertidores de barrido y procesamiento de imágenes 2 7 5
Convertidores de barrido digitales 2 7 6
Conversión analógico/digital 2 7 9
Pre-procesamiento 2 8 0
Almacenamiento 2 8 0
Post-procesamiento 2 8 1
Conversión digital/analógica 2 8 3
Conversión en tiempo real 2 8 3
Controles de los convertidores 2 8 3
Convertidores analógicos 2 8 4
Aplicaciones clínicas / Ecoencefalografía 2 8 5
Oftalmología 2 8 6
Cefalometría / Ecocardiografía 2 8 7
Onda de choque, litiasis y ESWT 2 8 9
Capítulo 10 Capítulo 10 Capítulo 10 Capítulo 10 Capítulo 10 UNIDADES ELECTROQUIRÚRGICAS Introducción 2 9 1 La electrocirugía 2 9 3 El electrobisturí básico 2 9 4 Circuito equivalente 2 9 6 El electrodo activo 2 9 7
Monitoreo del electrodo activo 2 9 8
El electrodo de retorno 2 9 9
Monitoreo del electrodo de retorno 3 0 0
Diagrama en bloques 3 0 0
Diagrama de las unidades 3 0 1
Spark gap 3 0 1
La unidad de estado sólido 3 0 4
El amplificador de potencia 3 0 7
Consideraciones operacionales 3 1 2
El medidor de potencia 3 1 2
Voltaje de operación 3 1 3
Frecuencia de operación / Forma de onda 3 1 4
Electrocirugía monopolar y bipolar 3 1 4
Efectos de la radio frecuencia 3 1 5
Capítulo 11 Capítulo 11 Capítulo 11 Capítulo 11 Capítulo 11
EQUIPOS DE CIRUGÍA LASER
Dispositivos máser y láser 3 1 7
Fuentes atómicas de luz 3 2 1
Principio de funcionamiento del láser 3 2 2
Emisión por estimulación 3 2 3
Estructura del láser 3 2 3
Dispositivos quirúrgicos láser 3 2 6
El láser de co2 3 2 7
El láser de argón 3 2 8
El láser de cristal de estado sólido 3 2 9
Medidas de seguridad 3 3 0 Apéndice A Apéndice A Apéndice A Apéndice A Apéndice A
SEGURIDAD ELÉCTRICA HOSPITALARIA
Introducción 3 3 1
Efectos de la corriente eléctrica 3 3 2
Macroshock 3 3 3
Microshock 3 3 7
Bus de alimentación 3 4 2
El sistema de tierra 3 4 3
Tierra en áreas de cuidado crítico 3 4 5
Corrientes de fuga 3 4 6
Algunas normas de seguridad 3 4 7
Técnicas de protección 3 4 9
Interrupción de la energía eléctrica 3 4 9
Doble aislamiento 3 5 0
Interrupción por fallas en el sistema de tierra 3 5 0
El transformador de aislamiento 3 5 2
Aislamiento óptico 3 5 3
Alimentación con pilas 3 5 4
Medida de las corrientes de fuga 3 5 4
Verificación del sistema eléctrico 3 5 7
Los tomacorrientes 3 5 7 Programa de seguridad 3 6 0 Apéndice B Apéndice B Apéndice B Apéndice B Apéndice B TÉRMINOS MÉDICOS Prefijos comunes 3 6 1 Sufijos comunes 3 6 4
Términos posicionales y direccionales 3 6 5
División anatómica posterior 3 6 6
Términos de anatomía general 3 6 6
Cavidad abdominal 3 6 6
Términos de uso general 3 6 7
Términos del sistema circulatorio 3 6 8
Teminos del sistema respiratorio 3 7 0
Términos del sistema nervioso 3 7 2
E
n el último siglo, especialmente en las últimas décadas, la ciencia médica se ha vuelto altamente sofisticada y fuertemente dependiente de los equipos electrónicos. Debido a ellos, la profesión médica ofrece un buen número de especialidades, que en su constitución, ha tenido influencia relevante o han sido consecuencia directa de desarrollos tecnológicos. Las técnicas exploratorias, por ejemplo, representadas por instrumentos que generan imagenes, han abierto comino a especialidades como la cardiología, la oftalmología o la medicina nuclear.El empleo de estos equipos requiere de ciertos conocimientos básicos, conceptos físicos y principios de funcionamiento, que el médico debería tener para operar eficientemente tan complejos instrumentos.
En forma similar, los ingenieros cuya actividad está relacionada con la instrumentación biomédica deberían tener un conocimiento adecuado de las ciencias biológicas relacionadas con la anatomía humana y la fisiología. Les ayudaría en el diseño y especialmente en el mantenimiento de los costosos equipos médicos, tarea primordial en los países en desarrollo.
Este libro titulado "Instrumentación Biomédica", cuyo autor es el Ing. Alvaro Tucci, llena las necesidades básicas, cubre y tiende puentes para que médicos e ingenieros puedan familiarizarse con la terminología y el funcionamiento de instrumentos electrónicos propios de la especialidad.
Durante treinta años, como director del Laboratorio de Instrumentación Científica de la Facultad de Medicina de la Universidad
Syed M. Wasim Syed M. Wasim Syed M. Wasim Syed M. Wasim Syed M. Wasim Ph D
Profesor Titular de Física Fundador y Director del Centro deEstudiosde Semiconductores de la Universidad de Los Andes.
PRESENTACIÓN
de Los Andes, diseñó varias decenas de instrumentos, reparó y dio mantenimiento a muchos centenares más.
Tengo la certeza que estudiantes de ingeniería y medicina encontrarán en este libro las bases para iniciarse en la bioinstrumentación, materia que seguramente será incluida en los próximos años en el pensum regular, tal como la ciencia computacional lo hizo en todos los campos del saber.
PREFACIO
E
l aumento de la población mundial y las crecientes necesidades sanitarias, en conjunto con los expectaculares avances de la moderna tecnología, han impulsado a la ciencia biológica y a la ingeniería a colaborar estrechamente a fin de producir nuevos y mejores instrumentos. La bioelectrónica, la bioinstrumentación o la biométrica son ramas de la ingeniería orientadas a los seres vivos. Son interdisciplinas que aplican los conocimientos propios de la ingeniería y de la biología en beneficio del hombre.En el punto de encuentro, ingenieros, unidos a médicos y biólogos desarrollaron o mejoraron los sistemas para permitir hacer tal o cual medición. Los médicos, en su contacto diario con los pacientes, plantean las necesidades instrumentales destinadas a mejorar el servicio sanitario y los ingenieros diseñan y construyen nuevos instrumentos.
Este libro está dirigido a facilitar la convergencia entre ambas disciplinas. Al autor le hubiera gustado disponer de un texto semejante cuando, como ingeniero en electrónica, tuvo que "enfrentarse" con los instrumentos y la terminología médica.
Esta obra consta de diez capítulos; en el primero se desarrolla una sucinta reseña histórica de algunos acontecimientos médico-científicos que nos llevaron al actual desarrollo, haciendo especial énfasis en la instrumentación y se resaltan algunos datos históricos importantes producidos en este interesante campo.
Los cuatro capítulos siguientes tienden el puente. En ellos se repasan ciertos aspectos de la biología que ayudan al ingeniero a entender un poco más el vocabulario médico.
Los cinco capítulos restantes están dedicados a describir instrumentos específicos; se expone su funcionamiento de la forma más simple posible, sin recurrir a conceptos matemáticos avanzados o al análisis detallado de los circuitos electrónicos.
Los instrumentos se describen por medio de bloques funcionales; excepcionalmente se analizan los circuitos y sistemas que componen los bloques, de manera que puedan ser interpretados según la disciplina a la cual pertenezca el lector.
El libro incluye dos apéndices; uno relacionado con la seguridad eléctrica hospitalaria y en el otro, se recogen algunos términos médicos.
Instrumentación Médica
Instrumentación Médica
Instrumentación Médica
Instrumentación Médica
Instrumentación Médica
CAPÍTULO 1
LLLLLa fascinante historia de la medicina y el desarrollo de la
instrumentación médica, relata el esfuerzo sostenido, durante milenios por muchas generaciones de investigadores y estudiosos de la ciencia y la técnica, para afortunadamente conducirnos a su estado actual.DESDE EL PRINCIPIO
DESDE EL PRINCIPIO
DESDE EL PRINCIPIO
DESDE EL PRINCIPIO
DESDE EL PRINCIPIO
Hasta épocas muy recientes el hombre conocía muy poco de su organismo. Hace apenas 300 años aprendió algo acerca de la circulación de la sangre. Sólo a partir de la segunda mitad del siglo XX ha conseguido descubrir la función de muchos de sus órganos.
El hombre prehistórico, al trocear los animales para comérselos, tuvo conocimiento de la existencia de ciertos órganos muy notorios, tales como el cerebro, el hígado, los pulmones, el corazón, los intestinos y los riñones. Papiros egipcios del 2000 a. de J.C., que tratan sobre las técnicas quirúrgicas, ya muestran alguna familiarización con las estructuras del organismo humano. Los embalsamadores conocían los órganos y sus funciones, los extraían del cuerpo para embalsamarlo y prepararlo para la vida futura.
Los antiguos griegos, disecaban cadáveres humanos y de animales para aprender anatomía (Palabra de origen griego que significa seccionar). Se consiguieron escritos de Alcmaeón de Cretón, de unos 500 años a. de J.C. donde se trataban asuntos tan específicos como el nervio óptico y la trompa de Eustaquio.
Dos siglos más tarde, en Alejandría, para entonces centro del mundo científico, se inició una escuela de anatomía conducida por Herófilo y su discípulo Erasístrato, donde se investigaron las partes del cerebro, distinguiéndose el cerebelo, los nervios y los vasos sanguíneos.
A pesar de estos descubrimientos, cuando el hombre enfermaba decían que estaba poseído por espíritus malignos. La idea se reforzaba si el individuo decía cosas incoherentes o actuaba como nunca lo había hecho. Sanaba en el momento, que por sí solo o con la ayuda del brujo, lograba expulsar los malos espíritus.
Esta creencia subsiste hasta nuestros días, y podemos observarla en gran parte de nuestras civilizaciones.
Muchos hechizos y encantamientos están basados en una vigorosa fe de los poderes mágicos de la palabra. El brujo, actúa cuando emplea la palabra "abracadabra", que es un credo hebreo muy antiguo y arraigado.
Los médicos del siglo II, ordenaban a sus pacientes que llevasen consigo una hoja escrita y doblada. La escritura formaba con sus letras un triángulo; tal práctica era usada como panacea contra todo tipo de enfermedad, y todavía en la Edad Media se usaba como protección contra la peste. Así mismo, en numerosos países africanos e islámicos, las personas llevan unas bolsitas de piel conteniendo versículos del Corán como amuleto protector.
La cirugía se practicaba para el tratamiento de heridas y lesiones. En los casos de locura se hacía la trepanación con instrumentos de piedra o metálicos, para que los malos espíritus salieran por el agujero efectuado en el cráneo.
Los escritos griegos, romanos y árabes, desde el 400 a. de J.C. hasta la edad media, contienen descripciones de una serie de trabajos clínicos, como la inserción de una sonda hasta la vejiga urinaria, tratamiento de hernias, cataratas, cirugía plástica y cálculos en la vejiga. Para tratar estas y otras afecciones se disponía de una gran variedad de instrumentos.
eran los médicos. El médico de más prestigio hacia el año 400 a. de J. C. era Hipócrates, quien residía en el templo de Cos, en una isla en el mar Egeo. Hipócrates, tenía una manera de ver las cosas un poco diferente a sus contemporáneos; creía que la enfermedad residía en el paciente, y en consecuencia había que tratarlo sin preocuparse por los malos espíritus que pudieran albergarse en él.
Hipócrates, fundó su escuela que sobrevivió por siglos, y muchos de sus rasgos perduran todavía. En ella, los médicos tenían que utilizar los sentidos y desarrollar grandes dotes de observación; se atenían al sentido común para detener hemorragias, limpiaban y trataban heridas, reducir fracturas y sobre todo prescindían de ritos mágicos. Sostenían que cada enfermedad tiene su causa natural, siendo competencia del médico descubrirla, y una vez conocida podía hallarse el remedio.
Aconsejaba a los cirujanos trabajar con buena iluminación, mantener a los pacientes en posturas cómodas durante las operaciones y que empleasen los instrumentos idóneos, para que la intervención se llevase a cabo de una manera elegante.
Él y sus discípulos estaban convencidos de la importancia de la higiene del paciente y del propio médico; eran partidarios del aire puro y fresco, entorno agradable y dieta equilibrada, basada en alimentos simples.
Los escritos de la escuela hipocrática están reunidos, sin distinción de autor, en el Corpus Hippocraticum. El más conocido de ellos es quizás el juramento que tenían que prestar los médicos de su escuela para ingresar a la profesión. Los principios hipocráticos se mantuvieron casi intactos hasta la caída del Imperio Romano, a finales del siglo IV dC.
La anatomía alcanzó su nivel más alto con Claudio Galeno (131-200), médico de origen griego nacido en Pérgamo, quien trabajaba en Roma. Produjo algunas teorías relacionadas con el funcionamiento del cuerpo humano, que le fueron transmitidas por los árabes y constituyeron la base de toda la medicina medieval.
Esas teorías, fueron aceptadas sin ningún género de dudas durante los siguientes quince siglos. Como es de suponer, contenían curiosos errores que no pudieron ser subsanados, puesto que inhibiciones de diversa índole impedían la disección del cuerpo humano. Los primeros escritores cristianos acusaban a los griegos paganos por haber realizado estas prácticas.
La desaprobación de la Iglesia puso virtualmente punto final a los estudios anatómicos humanos durante la Edad Media. En esa época, el cuerpo humano y sus funciones eran una incógnita; los cadáveres eran sagrados y su disección estaba prohibida.
Durante el período de ignorancia que siguió a la caída del Imperio Romano hasta finales de la Edad Media, muchos de esos conocimientos médicos fueron olvidados y otros se perdieron. La higiene pública tan apreciada por los romanos fue descuidada, e incluso durante el Renacimiento la medicina progresó muy poco. La sociedad medieval calificaba a los locos de pecadores, brujos poseídos por los malos espíritus y merecedores de la hoguera.
La principal preocupación filosófica en la Edad Media era la relación del ser humano con Dios, es decir, la teología. Sin embargo, a partir del siglo XIII se inició un movimiento humanista que acabó por llamarse
Renacimiento, el renacimiento del humanismo griego, interrumpido
por los siglos de la oscura Edad Media.
El inicio del humanismo indujo a los eruditos a interesarse por las ciencias. En las escuelas de medicina de Italia se permitía diseccionar los cadáveres. El anatomista más reconocido de la época fue Mondino de Luzzi, quien enseñaba en la escuela de Bolonia. Mondino, fuertemente influenciado por anteriores autores árabes y griegos, a quienes no se atrevía a contradecir aun cuando la evidencia bajo sus ojos mostrara lo contrario, publicó en 1316 el primer libro dedicado a la anatomía. Dicho libro fue considerado un clásico durante los siguientes dos siglos y medio.
Leonardo da Vinci, en el siglo XV efectuó algunas disecciones, donde reveló nuevos aspectos anatómicos magistralmente representados por el genio de este autor. Mostró la doble curvatura de la columna vertebral y los senos de los huesos de la cara y la frente.
Leonardo, a pesar de su genialidad científica y artística, tuvo poca influencia sobre el pensamiento científico de la época. No publicó ninguno de sus trabajos, más bien los ocultó en libros escritos en clave. Fueron las generaciones posteriores quienes publicaron sus hallazgos donde se evidencian sus maravillosos logros científicos.
Los primeros diseños anatómicos contentivos de cierta exactitud aparecieron publicados por el anatomista flamenco Andreas Vesalio (1514-1564), célebre profesor de anatomía de Padua. Siendo estudiante en París, para obtener sus datos hubo de robar cadáveres
de criminales ajusticiados. Fue acusado de haber disecado el cuerpo de un hombre honrado todavía vivo, lo que le valió una condena de la Inquisición, consistente en la peregrinación expiatoria a Tierra Santa.
A diferencia de otros colegas de ese periodo, Vesalio deseaba comprobar con sus propios ojos aquellas afirmaciones hechas por los griegos con las que no estaba de acuerdo. Reunió los resultados de sus investigaciones en un libro titulado De Corporis Humani Fabrica (De la estructura del cuerpo humano). En él, se corrigieron más de doscientos errores de Galeno.
El libro, se valía además las nuevas técnicas de impresión para reproducir las cuidadosas ilustraciones anatómicas dibujadas por el famoso artista flamenco Jan Stephan van Calcar, quien había sido alumno de Tiziano. Los dibujos de anatomía humana de su obra, son tan maravillosos y exactos que todavía se publican y son considerados clásicos de la especialidad.
La obra de Vesalio se publicó en 1543, el mismo año que Nicolás Copérnico formulara la Teoría heliocéntrica del Sistema Solar. Tal coincidencia, refuerza la idea de que esta fecha marca el comienzo de la revolución científica.
Los descubrimientos de Vesalio llegaron a manos del experimentador inglés William Harvey (1578-1657), quien fue médico de Carlos I de Inglaterra. Harvey, aplicó el método experimental al estudio de los seres vivos y llegó a la conclusión de que en la naturaleza no existe la generación espontánea de la vida, enunciada en su aforismo Omne vivum ex ovo (Todo lo vivo procede de un huevo).
Se interesó particularmente por el líquido orgánico fundamental; la sangre, y se preguntó qué hacía allí. Se sabía que existían dos clases de vasos sanguíneos: las venas y las arterias. Galeno, había demostrado que en vida estos vasos transportan sangre. Sabía, además, que el corazón impulsaba la sangre, ya que cuando se cortaba una arteria ésta brotaba a un ritmo sincronizado con sus latidos. Propuso que la sangre seguía el curso de ida y vuelta por los vasos. Esta teoría, lo obligó a explicar porqué los movimientos de ida y retorno de la sangre no eran bloqueados por la “pared” existente entre las dos mitades del corazón. Lo explicó afirmando que era porosa; poseía pequeños orificios invisibles que permitían el paso de la sangre.
Harvey inició un estudio más detallado del corazón. Descubrió que cada mitad estaba dividida en dos cámaras separadas por una válvula unidireccional. La sangre que entraba en una aurícula podía ser bombeada a su ventrículo y desde allí a los vasos que partían de él, pero en ningún caso podía circular en sentido contrario. Otro dato que contribuía a confirmar la hipótesis, es que en las venas de mayor tamaño existen unas válvulas que permiten el paso de la sangre en un solo sentido. Este hecho era conocido por Harvey, pues había sido señalado por su maestro Hieronymus Fabrizzi, mejor conocido como Fabricius.
Posteriormente, efectuó algunos experimentos sencillos y muy claros, que le permitieron determinar el sentido del flujo en los vasos. Ató la arteria de un animal vivo y observó que de un lado del bloqueo la presión ascendía dentro del vaso. Luego hizo lo mismo con las venas. Descubrió que las arterias siempre se hinchaban entre el corazón y la atadura, con lo cual concluyó que la sangre fluye del corazón hacia la periferia.
Harvey, aplicó por primera vez las matemáticas a un problema fisiológico; efectuó mediciones cuantitativas del flujo sanguíneo que lo condujeron a resultados acertados. Sus mediciones, le demostraron que el corazón bombeaba la sangre con un caudal tal que, en 20 minutos, su volumen es igual al total de la sangre contenida en el organismo. No parecía razonable suponer que tal cantidad de sangre fuese fabricada y consumida en tan corto tiempo, por lo que concluyó, sin ningún género de duda, que debía circular en circuito cerrado.
En 1628, publicó sus resultados en el libro titulado: De motus
cardis (relativo al movimiento del corazón) y enunció sus leyes en la
obra: Ejercitación anatómica sobre el movimiento del corazón y la sangre
en los animales, desde entonces consideradas clásicas de la ciencia.
A pesar de los grandes descubrimientos de la época, el progreso de la medicina fue muy lento. Hasta el siglo XIX no se pudieron hallar remedios adecuados para ciertas enfermedades, que durante milenios habían constituido un auténtico azote para la humanidad. La medicina tuvo que luchar duramente durante muchos siglos contra la creencia común del demonio, de los malos espíritus y contra el uso de ritos y conjuros mágicos.
A pesar de que se ignoraba cómo se declaraba una enfermedad, exceptuado el castigo divino o la posesión demoníaca, se trataba de evitar a quienes estaban aquejados de determinadas dolencias,
particularmente las “repulsivas” o fatales. Así, la lepra requería de aislamiento y los leprosos eran apartados de la sociedad.
Cuando se declaró la Peste Negra, las personas se apartaban instintivamente de los afectados, los abandonaban y dejaban los muertos insepultos.
En 1403, en la ciudad de Venecia, sus sabios gobernantes se dieron cuenta de que los brotes sucesivos de Peste Negra podían evitarse si no se permitía que los extranjeros entrasen a la ciudad, a menos que aguardasen cierto tiempo. Si durante la espera no desarrollaban la enfermedad, se les consideraba libres de ella y se autorizaba su entrada. El tiempo de espera fue de cuarenta días, de allí el nombre de cuarentena.
En una sociedad que no conocía otro medio de combatir las enfermedades, la cuarentena era mejor que no hacer nada y seguramente de esta forma se salvaron muchas vidas. La cuarentena fue la primera medida de higiene pública, adoptada con el fin de luchar contra las enfermedades.
Durante los dos milenios que siguieron a la escuela hipocrática, los médicos, a fin de obtener la información que les permitiera diagnosticar, utilizaban únicamente sus cinco sentidos. El verdadero progreso de la medicina se inició al principio de la Edad Contemporánea, a finales del siglo XVIII, con una serie espectacular de descubrimientos. Durante dicho siglo, una terrible epidemia de viruela abatía Europa, dejando desfigurados a quienes no morían. Se estima que entre los años 1694 y 1794 se produjo la muerte de 60 millones de personas, es decir, el 60% de la población europea.
Desde siglos, se sabía que era posible adquirir la inmunidad a una enfermedad, contrayéndola. En el Medio y Lejano Oriente, era práctica común que el “médico” inoculase la viruela con tejidos tomados de las llagas de un enfermo. Sin embargo, era cuestión de suerte que la persona inoculada sufriera la forma benigna de viruela, y adquiriera así inmunidad, o experimentara un ataque grave, tal vez fatal. Se trataba de una forma de curar sumamente peligrosa.
A pesar del indudable riesgo y de los numerosos casos fatales, los relatos de frecuentes curaciones no tardaron en difundirse por toda Europa. Muchos enfermos, al encontrarse peligrosamente afectados, preferían correr el riesgo. Por lo tanto, durante cierta época, el “injerto” de viruela y otros tratamientos que ofrecían alguna esperanza contra la enfermedad tuvieron gran aceptación.
Fue una suerte que hacia el final del siglo XVIII, un médico rural inglés, Edward Jenner (1749-1823), quien vivía en Gloucestershire, descubriera otro sistema de protección contra la viruela. Se había fijado en un detalle muy curioso; las mujeres que ordeñaban las vacas se infectaban sólo del tipo de viruela benigna, llamada viruela
de vaca, que producía pústulas semejantes. Estas mujeres
raramente se infectaban del tipo virulento y peligroso que le desfiguraba la cara o las mataba. Ante tal hecho, Jenner se preguntó si la viruela de vaca actuaba como agente protector contra la enfermedad más virulenta.
Tal pregunta surgió en su mente a raíz de una conversación que tuvo con una joven campesina en busca de consejo médico, a quien Jenner le habló del riesgo de contraer la viruela. ¡Oh no! -argumentó la joven-, no padeceré nunca de esa enfermedad, pues he sido “vacunada”. La joven explicó que era ordeñadora y que, al igual que sus compañeras, había sufrido de erupción en las manos y brazos debido al contacto con las ubres inflamadas de las vacas. Añadió además, que los campesinos aseguraban que todo aquel que contraía esa “vacuna” ya no volvería a padecer de viruela.
Durante muchos años Jenner realizó laboriosas observaciones y comprobó que esta infección, relativamente inofensiva, proporcionaba inmunidad a brotes de viruela mucho más graves.
En mayo de 1796 se presentó la oportunidad de llevar a la práctica su descubrimiento. Acudió a su consulta una joven lechera de nombre Sara Nelmes con síntomas de viruela benigna. Jenner, tomó pus de las pústulas de la lechera y lo depositó en dos cortes que hizo en el brazo de un niño de ocho años de nombre James Phipps. Dos meses después repitió el procedimiento, y posteriormente comprobó que el niño nunca se enfermó de viruelas malignas. Fue así como surgió el fundamento de la ciencia inmunológica.
Hoy se sabe que ambas enfermedades están estrechamente relacionadas; la vacuna estimula la producción de anticuerpos en el organismo, haciéndolo inmune a la enfermedad. La falta de comprensión del proceso de inmunización es lo que intrigaba a Jenner, por tal motivo retardó la publicación de sus descubrimientos 25 años, hasta 1798.
Jenner, con su hallazgo, había efectuado un procedimiento que se llamó vacunación, debido a su etimología: vaca, del latín vacca. Los médicos de la época adoptaron ese nombre en forma despectiva.
Argumentaban jocosamente que las personas sometidas a ese procedimiento corrían el riesgo de volverse vacas. En el momento de su muerte, ocurrida en 1823, su vacuna era ya famosa en el mundo entero. Con ella, se inicia la lucha contra las enfermedades víricas como la fiebre amarilla, la viruela y la poliomielitis, las cuales habían producido millones de muertes durante siglos.
Jenner, como muchos otros pioneros, fue objeto de numerosas críticas y burlas despiadadas. Algunos médicos, particularmente franceses, lo acusaron de propiciar la aparición de nuevas enfermedades, que hasta entonces la humanidad no había padecido. Hubo informes "fidedignos" donde se afirmaba que un joven, después de haber sido vacunado, empezaba a andar a gatas, mugía y movía la cabeza como un toro. Los caricaturistas de la época tuvieron excelente material contra la vacunación. Se hicieron poesías y caricaturas ridiculizando el procedimiento; personas con cuernos o rabo incipientes o pelos por todo el cuerpo.
En ocasiones, no sólo los médicos sino también la Iglesia estaba en contra de tal práctica, pues algunos clérigos afirmaban que era pecaminoso decidir quién debía sufrir esta enfermedad y quién no. Argumentaban que sólo Dios poseía esta prerrogativa. Finalmente, el rey Jorge III convocó la asamblea de la Real Academia de Médicos con el propósito de investigar lo referente a la vacunación. El informe fue tan favorable a Jenner que se acordó otorgarle un premio por 10.000 libras.
Los trabajos de Jenner y el reconocimiento que le diera la prestigiosa Real Academia de Médicos, alentaron a los mejores científicos del siglo XIX, entre ellos el francés Louis Pasteur y el alemán Robert Koch, para que realizaren numerosas y prolíficas investigaciones.
Mientras Pasteur se hallaba investigando las bacterias, la vacuna ya era práctica médica generalizada. Sin embargo, el científico observaba que la mayoría de los pacientes que sobrevivían a las operaciones morían poco después de septicemia.
Esas observaciones condujeron a Pasteur, en 1860, a confirmar su teoría de que la mayor parte de las enfermedades eran causadas por diminutos organismos denominados bacterias. Koch, llegó incluso a aislar e identificar los microorganismos que provocaban varias enfermedades, entre ellas la tuberculosis y el cólera.
las infecciones. Estos científicos abrieron el camino a los modernos métodos de protección contra tales enfermedades.
Hasta finales del siglo XIX, un hospital era un lugar que infundía pavor; no solamente se le temía al bisturí del cirujano, sino también la posible muerte después de la operación. Los índices de mortalidad debidos a las operaciones y sus consecuencias eran estremecedores. ¿Porqué moría la gente? La respuesta se resume en una palabra: infección.
Para esa época, el conocimiento de la existencia de gérmenes estaba limitado a unos pocos; Pasteur hablaba de ellos en París, pero por no ser médico, sus argumentos infundían poca credibilidad en el medio, y la inmensa mayoría de los científicos no habían oído ni siquiera hablar de él.
En los hospitales, los médicos y enfermeras actuaban como agentes transmisores de gérmenes. Era practica común que tocaran con sus manos varios enfermos sin tomar las más elementales precauciones, como las de lavarse las manos. Los vendajes de heridas infectadas se intercambiaban entre los distintos pacientes, se empleaban las manos y vendajes contaminados para limpiar las heridas. Los quirófanos eran habitaciones que tenían una litera en el centro donde se acostaba el paciente. Había polvo y suciedad en el suelo, la limpieza normalmente se efectuaba una vez por semana. Las ventanas estaban abiertas en verano y cerradas en invierno. Las personas entraban y salían de cualquier manera y a su antojo. Nadie llevaba bata especial ni equipo quirúrgico. Tanto el cirujano como sus ayudantes operaban con traje normal. Tal vez había una palangana para lavarse las manos. Los instrumentos quirúrgicos estaban sucios o se habían usado ese mismo día en otras operaciones, algunas de las ellas en heridas infectadas.
Terminada la operación, el paciente era conducido de nuevo a la sala y allí yacía entre otros muchos enfermos con diversas afecciones. Sus vendajes eran cambiados por enfermeras que iban de un paciente a otro propagando las infecciones por toda la sala. En tales condiciones, era altamente probable que unos días después tuviese temperatura alta, se inflamase la herida y se formase pus. La gangrena lo asechaba, con el consiguiente peligro de perder algún miembro o la vida.
Tal era la situación de los hospitales europeos a finales del siglo XIX, cuando un médico cirujano de Glasgow, llamado Joseph Lister
(1827 - 1912), reparó en una frase de Pasteur que decía: "Lo más
importante y prometedor de mis estudios es algo muy sencillo: La putrefacción es producida por fermentos vivos". Lo que hoy llamamos
bacterias. Lister estaba convencido que los fermentos vivos eran los causantes de la infección. Comenzó a idear métodos para impedir la gangrena e intoxicación de la sangre, secuela frecuente en las intervenciones quirúrgicas por contaminación de las heridas.
Empezó entonces a buscar una sustancia que fuera capaz de eliminar dichos "fermentos". Por casualidad se enteró de que en Carlisle, pequeña ciudad situada al norte de Inglaterra, se desinfectaban las cloacas con ácido carbólico, llamado también fenol. En 1865, empleó dicho ácido en un niño de once años, que tenía una pierna rota a consecuencia de haber sido atropellado por la pesada rueda de una carreta. Una fractura abierta como esa siempre solía acabar con la vida del paciente. Lister lavó la herida con ácido carbólico diluido, la tapó con gasa empapada con ese mismo ácido y la cubrió con una lámina muy delgada de estaño que impedía la evaporación. Esperó tres días por señales de fiebre, pero ésta no se presentó. Al cuarto día quitó las vendas y notó que el repelente olor a putrefacción no existía. Había evitado la temible septicemia; había nacido la asepsia.
A raíz de esta experiencia, Lister se convirtió en gran defensor de la limpieza de los instrumentos quirúrgicos y especialmente las manos del cirujano. Convenció a sus colegas escoceses de la eficacia de su método. Así, Lister, que al igual que otros cirujanos operaba con levita, insistió en el uso de desinfectantes y en hervir todo lo hervible.
Muchos años antes, incluso antes de Pasteur, otra persona había sustentado ideas parecidas a las de Lister; era el obstetra Húngaro Ignaz Semmelweis (1818-1865). Semmelweis observó que el índice de mortalidad por infección en las salas de maternidad, donde los médicos ayudaban en los partos, era tres veces más elevado que cuando el parto era auxiliado por comadronas. Sospechó que los médicos y estudiantes de medicina podían “llevar consigo” alguna clase de contagio provenientes de las salas de operaciones y autopsia.
Para evitar la transmisión de la enfermedades, insistió que se adoptaran estrictas medidas de higiene en todas las salas de parto que estaban a su cargo. Pronto su experimento demostró ser efectivo, ya que el índice de mortalidad descendió vertiginosamente. Sin embargo, esta experiencia pasó casi
desapercibida, nadie supo apreciarla hasta treinta años más tarde cuando Pasteur la confirmó.
Es indudable el mérito que tuvo Lister en el desarrollo de la cirugía antiséptica, entendiéndose ésta como la destrucción o el impedimento de la multiplicación de los microbios, especialmente los patógenos. En ella, se trata de combatir los gérmenes, pero no de excluirlos de la zona operatoria. Por tal motivo, mientras operaba, un aparato esparcía constantemente una especie de llovizna en la zona operatoria, sobre el cirujano y sus ayudantes. Después de la operación, la zona era tratada con el mismo desinfectante.
Gracias a la perseverancia y reputaciónde este escocés, su método se extendió por toda Inglaterra. Fue nombrado profesor de cirugía del prestigioso hospital King’s College de Londres, de donde la antisepsia se extendió por todo el mundo. Lentamente fue reemplazada por la asepsia, es decir; ausencia de infección o de agentes capaces de producirla.
Otro aporte importante lo hizo el cirujano americano William Halstead, quien en 1896 introdujo los guantes de goma, no por motivos médicos, sino para resguardar las delicadas manos de una bella enfermera con la cual se casó posteriormente. Algunos años después se introdujo el uso de la mascarilla, la cual evitaba que los gérmenes contenidos en el aliento contaminasen al paciente.
La asepsia, o eliminación de los gérmenes mediante la esterilización de todos los objetos utilizados en las operaciones y en los quirófanos, fue introducida años después por el cirujano berlinés Ernst von Bergmann. Este cirujano, utilizaba el vapor de agua para esterilizar las batas, toallas e instrumentos que empleaba en las operaciones.
Actualmente, el esterilizador es un instrumento corriente en todo lugar donde se practica la cirugía. Con el tiempo, se desarrollaron sistemas más eficaces de esterilización por calor, entre los cuales se encuentra la autoclave o el horno de aire caliente, donde la temperatura se eleva hasta 160 ºC.
Hoy día se conocen muchas clases de bacterias; se han identificado unas 2500 especies diferentes, algunas desempeñan un papel esencial en la fertilización de la tierra, otras, que viven en los intestinos del hombre y de los animales, ayudan a la digestión. La industria las utiliza, entre otras cosas, para la producción de quesos, vinagre y tratamiento de las aguas.
Aunque muchas bacterias son útiles, otras son las responsables de producir enfermedades. Las bacterias que provocan enfermedades se llama patógenas. Estas bacterias, son parásitos altamente especializados que invaden el cuerpo humano y se reproducen en sus tejidos y líquidos. Los lesionan con las sustancias tóxicas que producen; las toxinas. Enfermedades como la tuberculosis, la lepra, la sífilis, la gonorrea, el tétano, el botulismo, la disentería, la difteria, son causadas por bacterias.
En circunstancias normales, el cuerpo humano posee defensas contra las bacterias, virus y hongos patógenos. Cuando agentes nocivos extraños penetran en la sangre, el organismo produce anticuerpos para combatirlos. Si el afectado sobrevive a la infección, los anticuerpos que quedan en el organismo lo protegen contra otros ataques de la misma enfermedad.
Para prevenir las enfermedades bacteriológicas y micóticas, la investigación médica ha desarrollado la técnica de la inmunización. Las vacunas, preparadas con bacterias infecciosas muertas o muy debilitadas, son inyectadas al paciente, quien desarrolla las defensas que lo protegerán contra "ataques" futuros.
Gracias a las vacunas y a los métodos preventivos, enfermedades como el tifus, las viruelas y el cólera, ya no representan la misma amenaza de antaño. Sin embargo, existen aún algunas enfermedades como la fiebre tifoidea y la peste, entre otras, que se presentan en forma de epidemias menores, especialmente en algunas regiones. Estas enfermedades nos recuerdan que no estamos libres de las plagas del pasado.
A pesar de la cadena de triunfos contra las infecciones, debidas a los aportes de Joseph Lister, Louis Pasteur, Edward Jenner y muchos otros valiosos científicos, el hombre no se ha librado de la amenaza de las enfermedades epidémicas.
Pasteur y Koch identificaron muchas bacterias causantes de numerosas enfermedades, sin embargo desconocían las causas que originaban otras. La respuesta la dio el bacteriólogo ruso Dimitri Ivanowski, quien en 1892 demostró que una de las enfermedades, la de la planta del tabaco, llamada mosaico del tabaco, era causada por agentes tan diminutos que no se pueden ver con los microscopios ópticos y podían pasar por los filtros de porcelana, que las bacterias no podían franquear.
virus, palabra latina que significa líquido vivo o veneno. Desde
entonces, los virus han sido identificados como la causa de numerosas enfermedades del hombre, animales y plantas.
La última pandemia viral que sufrió la humanidad se produjo después de la Primera Guerra Mundial, entre 1918 y 1919; durante esa época Europa se vio azotada por una enfermedad conocida como gripe española, que produjo más víctimas que la misma guerra. Rara vez como en esos años la gripe había tomado un curso fatal. La alta mortalidad era debida al aumento de la virulencia del virus, o a la invasión bacteriana secundaria, o ambas. En esos años de pavor, no había suficientes médicos para atender a los pacientes. La poliomielitis, otra temible enfermedad viral, que ataca el sistema nervioso de la población más joven, ha dejado de presentarse en forma de focos epidémicos importantes, debido a las vacunas desarrolladas por Salk y Sabin.
LOS ANIMALES EN LA INVESTIGACIÓN MÉDICA
LOS ANIMALES EN LA INVESTIGACIÓN MÉDICA
LOS ANIMALES EN LA INVESTIGACIÓN MÉDICA
LOS ANIMALES EN LA INVESTIGACIÓN MÉDICA
LOS ANIMALES EN LA INVESTIGACIÓN MÉDICA
La experimentación con animales es tan antigua como la historia. En el siglo IV a. de J.C., Aristóteles ya realizaba disecciones en animales para estudiar su anatomía. Galeno, en el siglo II, trataba de descubrir las funciones de los distintos órganos experimentando con animales. El descubrimiento de la doble circulación de la sangre, realizada por el inglés William Harvey, nació también de la experimentación y cortes realizados en animales vivos.
Muy escasos hubieran sido los avances de la medicina sin la experimentación lógica y planificada, que con animales vivos realizara Claude Bernard, famoso científico francés del siglo XIX. Bernard es reconocido como el precursor de la medicina experimental moderna. Sus pruebas fueron tan fecundas, que aún hoy pueden considerárselas fundamentales en la investigación biológica. Postuló que las secreciones internas producidas por las glándulas, pasan al torrente sanguíneo para ejercer sus efectos en otros lugares del cuerpo. Su filosofía científica, abarcaba también problemas morales involucrados con la práctica de la experimentación animal.
Hasta entrado el siglo XIX, en 1878, diez años después de la muerte de Bernard, el profesor Oskar Minkowsky (1858-1931) de la Universidad de Estrasburgo, empezó un trabajo con animales que lo llevó a la comprension de la diabetes. Casi por casualidad
descubrió que extirpándole el páncreas a un perro daba lugar a la aparición de esa enfermedad.
Veinte años antes, Paul Langerhans, joven estudiante de medicina, había descrito pequeñas agrupaciones de células dentro del páncreas, hoy llamadas “isletas de Langerhans”. Posteriores estudios microscópicos revelaron que en realidad esta glándula está compuesta por dos tipos de células, las que fabrican el jugo pancreático para la digestión y otras, agrupadas en isletas, que producen la hormona.
Después de su descubrimiento, Minkowsky pensó que las isletas producían la hormona que faltaban a los diabéticos. Durante los treinta años siguientes, se hicieron numerosas tentativas para la extracción y empleo de esta sustancia.
Un trabajo relevante realizado con animales experimentales lo realizó en 1919, en la Universidad de Toronto, el joven médico canadiense Frederick Banting. A pesar de las grandes dificultades económicas a que se enfrentabe, descubrió que si se ligaba el conducto que transporta el jugo pancreático al intestino, la mayor parte de la glándula era destruida, pero las células de las isletas sobrevivían. Así logró aislar la insulina que utilizó para tratar a un perro que padecía un coma diabético provocado. Después del tratamiento, el azúcar de la sangre descendió a niveles normales y el animal se recuperó. En 1922 fue tratado el primer paciente humano. Antes de este descubrimiento, cualquier niño que padeciera de diabetes moría al cabo de dos años y los adultos lograban vivir alrededor de seis meses.
La diabetes, enfermedad ya conocida por los griegos, fue mortal hasta las primeras décadas del siglo XX. Su nombre deriva del griego; diabetes, que significa pasar a través, o sifón; haciendo referencia a la gran producción de orina tan característica de esa enfermedad.
En el siglo VI, un médico hindú muy observador se dio cuenta que los insectos eran atraídos por su orina. Tom Willis, médico de cámara de Carlos II de Inglaterra, al saborearla, descubrió el sabor dulzón de la orina de los diabéticos. Pronto quedó demostrado que era debido a la presencia de azúcar, por tal motivo, el adjetivo
mellitus fue asociado a su nombre.
El hecho de que los diabéticos orinasen en demasía, había hecho pensar que se trataba de una enfermedad renal. Hoy
sabemos que la diabetes es una afección que trastorna la conversión de los hidratos de carbono en energía. Este proceso sólo tiene lugar en presencia de la insulina, una hormona producida por las isletas de Langerhans del páncreas, glándula de gran tamaño situada en el repliegue del intestino llamado duodeno.
La historia de la insulina por sí sola, posiblemente justifica la experimentación con animales. No cabe duda de que millones de vidas humanas han sido salvadas gracias a este descubrimiento efectuado en los laboratorios de Bernard en Francia, luego en Alemania y finalmente en Canadá.
En 1888, los colaboradores de Pasteur, Pierre Roux (1853-1933) y Alexandre Yersin (1863-1943), averiguaron que el microorganismo de la difteria producía una toxina que era responsable de casi todos los trastornos de la enfermedad. Experimentos posteriores demostraron que la toxina podía ser neutralizada por una sustancia presente en la sangre de conejillos de Indias que habían sufrido la enfermedad. Así nació el concepto de antitoxinas. Los animales infectados con difteria, que habían sobrevivido a la enfermedad, podían usarse para la producción de antitoxinas.
Son muchos los medicamentos obtenidos por medio de la experimentación con animales. Sin embargo, no es garantía absoluta que una droga efectiva para los animales se comporte en forma similar en el hombre.
Las nuevas técnicas quirúrgicas, los trasplantes, las máquinas de riñón artificial y corazón – pulmón, deben su funcionamiento a la experimentación con animales.
INSTRUMENTOS MÉDICOS
INSTRUMENTOS MÉDICOS
INSTRUMENTOS MÉDICOS
INSTRUMENTOS MÉDICOS
INSTRUMENTOS MÉDICOS
Los instrumentos médicos se desarrollaron gracias al esfuerzo silencioso de muchos miles de científicos, ingenieros e investigadores, que con su perseverancia, ingenio y desprendimiento, lograron realizar, perfeccionar, producir e introducir en la práctica médica, instrumentos cada vez más precisos, eficientes y seguros.
El propósito fundamental del instrumento es aumentar la capacidad del ser humano. Con la palanca se pueden levantar pesos mayores; con la rueda, moverse más rápido; con el tambor o la radio, comunicarse a mayores distancias; con el microscopio, ver partículas más pequeñas; con el telescopio, ver a distancias
mayores; en fin, los instrumentos permiten extender el alcance de los sentidos.
EL TACTO Y LA MEDIDA DE TEMPERATURA EL TACTO Y LA MEDIDA DE TEMPERATURAEL TACTO Y LA MEDIDA DE TEMPERATURA EL TACTO Y LA MEDIDA DE TEMPERATURAEL TACTO Y LA MEDIDA DE TEMPERATURA Los signos vitales son mediciones básicas que determinan el estado físico del ser humano. Los cuatro principales son la temperatura, el pulso, la respiración y la presión sanguínea. Sin embargo, la temperatura no pudo ser medida hasta el siglo XV. Antes, sólo podían hacerse afirmaciones como: esto es frío o aquello es caliente; o esto es más caliente de aquello.
Para medir la temperatura fue necesario encontrar algún parámetro físico mesurable que variara con la temperatura, como por ejemplo, la dilatación de las sustancias al calentarse. Esta propiedad fue aprovechada por el científico italiano Galileo Galilei, quien en 1603 construyó su termómetro, palabra de origen griego derivada de thermes y metron, equivalentes a calor y medida respectivamente.
Para construir el termómetro, Galileo invirtió un tubo de vidrio que contenía aire caliente sobre una vasija que contenía agua (ver figura 1.1a). Cuando el aire se enfrió el agua subió por el tubo, y dejó de hacerlo al igualarse su temperatura con la del medio ambiente. Galileo, demostró que la altura de agua succionada variaba con la temperatura. Cuando la temperatura del aposento cambiaba, el nivel de agua en el tubo también lo hacía. De este modo la altura del agua era una expresión de la temperatura.
Figura 1.1. (a) Termómetro de Galileo. (b) Termómetro del Gran Duque de Toscana.
En 1625, el físico eslavo Santorio Santorio aplicó el principio ideado por Galileo para medir la temperatura del cuerpo humano. Tanto Santorio como Galileo, pronto se dieron cuenta de que la variación de presión atmosférica alteraba los resultados de las medidas. Esto era debido a que la superficie del agua en la vasija estaba en contacto con la atmósfera.
El inconveniente fue resuelto 25 años más tarde por el Gran Duque de Toscana. En efecto, en 1654, el Gran Duque Fernando II selló el tubo y lo aisló de la presión atmosférica. Su termómetro, consistía en una ampolla en la cual el liquido se dilataba o contraía por efecto de la temperatura y ascendía por el tubo vertical donde era indicada. (ver figura 1.1b).Fernando II sabía que los líquidos cambian de volumen con la temperatura. Apoyado en este principio, logró llenar una ampolla de volumen adecuado con la cantidad justa de líquido, de modo que al dilatarse sólo podía hacerlo ascendiendo por el capilar. Como el diámetro del capilar es pequeño, los ascensos y descensos eran medibles.
El físico inglés Robert Boyle, utilizando un termómetro muy parecido, demostró que la temperatura del cuerpo humano es constante y bastante superior a la del medio ambiente.
En 1714, el artesano danés fabricante de instrumentos Gabriel Fahrenheit, introdujo mercurio en la ampolla y utilizó su dilatación como variable dependiente de la temperatura. Además, le anexó al tubo capilar la escala graduada para facilitar su lectura.
El método empleado por Fahrenheit, para establecer la escala que lleva su nombre, tiene como límite inferior la temperatura más baja que pudo obtener en su laboratorio; el punto de congelación de la mezcla de sal y hielo. Sobre esa base fijó la solidificación del agua a 32 grados y la ebullición a 212 grados. En el Reino Unido y otros paises angloparlantes todavía se emplea esta escala.
La temperatura del cuerpo humano es muy constante, si sobrepasa en un grado o dos el nivel considerado normal, se dice que hay fiebre; un síntoma evidente de enfermedad.
En 1858, el médico alemán Karl August Wunderlich, utilizaba frecuentes comprobaciones de la temperatura corporal como nuevo procedimiento para seguir el curso de una enfermedad.
En la década siguiente, el médico británico Thomas Clifford Allbutt inventó el termómetro clínico. El capilar lleno de mercurio tiene un estrangulamiento en la parte inferior. El efecto del estrangulamiento
es que el mercurio se eleva hasta la cifra máxima y no desciende. Así, la temperatura máxima queda registrada.
En 1742, el astrónomo sueco Anders Celsius, adoptó una escala diferente a la de Fahrenheit: estableció el cero como el punto de solidificación del agua y el 100 como el de ebullición. Dividió el intervalo donde el agua permanece líquida en 100 partes iguales, de allí el nombre de escala Celcius o centígrada. (Palabra proveniente del latín centum y gradus equivalentes a “cien” y “peldaños” respectivamente). EL OIDO Y EL ESTETOSCOPIO EL OIDO Y EL ESTETOSCOPIO EL OIDO Y EL ESTETOSCOPIO EL OIDO Y EL ESTETOSCOPIO EL OIDO Y EL ESTETOSCOPIO Los antiguos médicos griegos para diagnosticar colocaban el oído en el pecho, espalda o abdomen del paciente a fin de percibir los sonidos provenientes del corazón, las vías respiratorias y los ruidos intestinales.
Para incrementar el nivel del sonido se empleó el “tubo para oír”. El estetoscopio es un refinamiento de este tubo. Su desarrollo se debe probablemente al médico francés T.H. Laennec, quien en 1819 lo utilizó con la finalidad de no contagiarse al colocar el oído en contacto con la piel del paciente. Luego se dio cuenta de que se incrementaba la calidad y volumen de los sonidos percibidos.
Figura 1.2. Corte del tubo de oír...
Consiste en un tubo de la forma mostrada en la figura 1.2. A fin de obtener un buen acoplamiento de impedancia acústica entre el cuerpo del paciente y el “tubo de oír” se le daba la forma indicada, con lo cual se conseguía mayor eficiencia de transmisión.Otras
mejoras fueron aportadas 40 años más tarde, en 1860, por los norteamericanos George P. Camman y S. Scott, quienes concibieron el estetoscopio tal como lo conocemos hoy en día. LA VISTA, EL MICROSCOPIO, LOS RAYOS X Y OTROS LA VISTA, EL MICROSCOPIO, LOS RAYOS X Y OTROS LA VISTA, EL MICROSCOPIO, LOS RAYOS X Y OTROS LA VISTA, EL MICROSCOPIO, LOS RAYOS X Y OTROS LA VISTA, EL MICROSCOPIO, LOS RAYOS X Y OTROS El oftalmoscopio, inventado en el siglo XIX por el científico alemán Hermann von Helmholtz, es un instrumento médico no invasivo que permite ver dentro de ciertas cavidades del cuerpo como el oído, la nariz o los ojos. Su configuración básica se muestra en la figura 1.3.
El espejo semitransparente dirige parte de la luz hacia el ojo del paciente, de allí, una fracción se transmite hacia el ojo del observador quien puede ver entonces el fondo del ojo. Si se tratara de observar directamente el fondo del ojo sin el empleo del espejo semitrasparente, la cabeza del observador arrojaría sombra sobre la córnea y no podría observar su retina.
Un desarrollo similar se produjo en 1855, cuando se colocó un espejo en la parte posterior de la garganta, lo cual permitió examinar las cuerdas vocales.
Figura 1.3. El Oftalmoscopio
Las lentes fueron usados hace algunos siglos para leer y para magnificar. Se cuenta que en 1608 el anteojo fue inventado por un
niño, el hijo de un fabricante de lentes ópticos, el holandés Hans Lippershey, mientras jugaba con lentes en el taller de su padre.
La noticia del descubrimiento llegó a Italia. Galileo, por casualidad, oyó comentarios relacionados con el instrumento. Luego de varios ensayos, un año después logró encontrar la misma combinación de lentes que había obtenido el niño, de allí el nombre del “holandés y Galileo” que recibe el anteojo.
Galileo, construyó además el primer telescopio y pronto aprendió a construir instrumentos más perfectos y con mayores aumentos. Fue pionero de la física y el primero en aplicar las leyes que iba descubriendo al mundo real, especialmente a la biología; por tal motivo es considerado el precursor de la biofísica.
Aplicó la invariabilidad del período del péndulo para medir la frecuencia cardíaca, el termómetro a la medición de la temperatura, estudió la relación que existe entre el tamaño de un animal y sus huesos, extrayendo acertadas conclusiones acerca de los límites entre el tamaño del animal y la gravedad.
LAS LUPAS Y EL MICROSCOPIO LAS LUPAS Y EL MICROSCOPIO LAS LUPAS Y EL MICROSCOPIO LAS LUPAS Y EL MICROSCOPIO LAS LUPAS Y EL MICROSCOPIO Sin duda, se puede afirmar que las lupas y el microscopio revolucionaron la biología y la medicina. Permitieron a los científicos ver un universo distinto al que se podía ver a simple vista. El microscopio surge de la necesidad de investigar de "como están hechas las cosas", de ir hacia lo más pequeño, de intentar penetrar los secretos de la materia.
A pesar de que sus lentes estaban imperfectamente pulidas y los objetos ampliados aparecían como burbujas cubiertas de pelusa y hechos de estructuras inapreciables, los científicos de la época le dieron gran utilidad.
Hace casi tres siglos, un holandés, Anton Van Leeuwenhoek (1632 - 1723), aficionado a pulimentar lentes, pulió algunas con tal precisión que, utilizando lentes simples, logró aumentar la imagen hasta 200 veces.
Se sabía que las lupas producían aumentos limitados. La idea más simple para obtener mayor magnificación consiste en utilizar dos lupas, una a continuación de la otra, de manera que la imagen pueda ser ampliada dos veces. Esta idea fue utilizada por muchos científicos a mediados del siglo XVII, con lo cual se creó el microscopio compuesto.
Uno de los científicos que lo utilizó fue el antes citado Van Leeuwenhoek, quien escribe en 1683 a un colega inglés: “Por la mañana acostumbro frotarme los dientes con sal y me enjuago después la boca con agua. A menudo, después de comer me limpio los molares con un mondadientes y los froto enérgicamente con un trozo de tela...”
Indudablemente Leeuwenhoek cuidaba y estaba orgulloso de su dentadura. No obstante, a pesar de sus cuidados, observaba entre sus dientes una sustancia blanca que se disolvía con agua de lluvia, a la que enfocó con su microscopio. Como resultado de tal examen escribió: “Observé entonces, con gran asombro, que en la citada materia existían numerosos animalitos vivos, dotados de movimientos, muy bonitos”.
Leeuwenhoek acababa de descubrir los microbios, y el microscopio era el único instrumento que permitía la observación de tan diminutos e importantes seres vivos. Sin embargo, los científicos de la época no le dieron importancia al descubrimiento de los “bonitos animalitos", ya que por su tamaño, los consideraban insignificantes.
Sólo en el siglo XIX, con el desarrollo de instrumentos ópticos, comenzó el estudio sistemático de los “animalitos”. Al comienzo, los científicos no comprendieron que las bacterias eran los agentes responsables de muchas enfermedades. Su mayor preocupación radicaba en averiguar el origen de los microbios. Se creía que se generaban espontáneamente de la materia putrefacta o corrompida y no mediante semillas o esporas.
Hacia 1590 se idearon instrumentos que usaban combinaciones de varias lentes convexas. Con ellas se construían microscopios más potentes, que ayudaron a inglés Robert Hooke (1635-1703) para que en 1648 descubriera la existencia de células en los tejidos animales y vegetales. Con ello apareció un mundo aún más pequeño; el de las levaduras.
El empleo del microscopio situó a los biólogos en posición de poder entender la organización de los seres vivos. El mismo Hooke, utilizando un microscopio compuesto construido por el mismo, descubrió que el corcho, corteza de cierto árbol. El corcho estaba formado por compartimentos vacíos muy pequeños, similares a una esponja fina. A estos compartimentos los denominó células, nombre proveniente por analogía con las celdas de los monasterios.
Más tarde, se hallaron muchos seres vivos compuestos de células similares. Se hizo evidente que toda materia viva estaba constituida por células y que cada una era una unidad independiente de vida.
En 1824, el fisiólogo francés René Dutrochet (1776-1847), en una publicación que pasó prácticamente inadvertida, se refería a algunas formas de vida, tal como la de ciertos microorganismos que estaban formados por una sola célula. Mientra que los organismos de mayores dimensiones estaban formados por muchas células, coordinadas en alguna forma para que pudieran cumplir una función.
La teoría celular ganó importancia después de que Matthias Schleiden (1804-1881) y Theodor Schwann (1810-1882) de Alemania, la formularon independientemente en 1838 y 1839, respectivamente. Su importancia fue confirmada cuando el patólogo alemán Rudolf Virchow (1821-1902), en 1860, afirmó: “En animales y plantas toda célula procede de otra célula”.
En aquel entonces ya resultaba evidente que todo organismo vivo empezaba su vida como una célula única. De la fertilización de un óvulo con un espermatozoide (del griego equivalente a semilla animal) y después de repetidas divisiones celulares, de ese óvulo emerge un ser vivo.
Hacia 1850, la creciente industria vinícola francesa atravesaba momentos difíciles. El vino, durante el proceso de envejecimiento, se agriaba y no era posible beberlo. Este problema fue planteado al joven decano de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Lille, situada en el corazón de la región vinícola francesa. Este joven decano era Louis Pasteur (1822 - 1895).
A Pasteur le pareció ver con su microscopio, que después de finalizada la fermentación permanecían algunas levaduras. Sospechó, entonces, que eran las causantes del agriamiento y se propuso eliminarlas. A tal fin sugirió a la horrorizada industria vinícola francesa que el vino, después de terminada la fermentación, debía ser calentado suavemente a objeto de exterminar las levaduras restantes. Predijo acertadamente que después del tratamiento, el envejecimiento del vino proseguiría sin alteraciones en sus características de cuerpo, sabor, olor y color, y que ya no se agriaría. Al proceso de “suave calentamiento” se le conoce hoy en día como pasteurización. Este efectivo proceso, fue posteriormente
aplicado a la leche y a la cerveza para eliminar los gérmenes y fermentos.
Pasteur, con sus descubrimientos ,introdujo una serie de productos hoy día empleados en medicina preventiva y en inmunizacion. Se interesó por el proceso de la fermentación alcohólica y de soluciones azucaradas, experimentó con las levaduras de la leche y demostró que las bacterias no se producen espontáneamente. Descubrió que los microbios eran los agentes de la fermentación del vino y los responsables de que la leche se agriara. También sugirió que podían ser la causa de numerosas enfermedades.
Al médico alemán Robert Koch (1843-1910), demostro en forma concluyente que las bacterias podían provocar enfermedades. En efecto, en 1876 estableció que el ántrax, enfermedad que ataca ciertos animales, era causaba por una bacteria. Seis años más tarde aisló el bacilo responsable de la tuberculosis.
El descubrimiento de que muchas enfermedades comunes eran originadas por las bacterias causó revuelo científico universal.
En 1879, accidentalmente, Pasteur inyectó unos pollitos con un cultivo rancio de gérmenes de cólera. La inyección no produjo infección y los pollitos nunca llegaron a enfermar. Pasteur, observó la semejanza entre la protección que su cultivo brindaba y la vacuna de Jenner contra la viruela. Pronto produjo una vacuna contra el cólera de las gallinas.
Quizás su aporte más importante a la ciencia fue el advertir la relación entre inmunización y enfermedad.
Hacia 1930, el químico alemán Gerhard Domagk (1895-1964), buscando una sustancia que destruyese los gérmenes sin perjudicar el organismo, descubrió el prontosil, familia de las sulfamidas hoy utilizado para el tratamiento de diversas enfermedades infecciosas. En Londres en 1928, Alexander Fleming (1881-1955), observó que en un cultivo enmohecido, el moho estaba destruyendo los gérmenes. Con esa observación, había descubierto un poderoso germicida externo que llamó penicilina.
Diez años más tarde, el bioquimico anglo-alemán Ernest Chain (1906-1979), trabajando sobre las notas de Fleming pudo probar que este producto era sumamente efectivo contra enfermedades infecciosas. Aplicó la penicilina para uso interno y obtuvo el primer antibiótico.
A partir de Van Leeuwenhoek, los investigadores prosiguieron afanosamente la búsqueda de nuevos medios para luchar contra todos esos “diminutos y nocivos animalitos”. Sin el auxilio del microscopio, como extensión de la vista, ninguno de estos descubrimientos hubiera sido posible.
En la actualidad, potentes microscopios utilizan todos los recursos de la técnica para obtener mayores aumentos y mejor nitidez de la imagen. Sin embargo, existe un límite infranqueable: la naturaleza de la luz se opone a que la magnificación sobrepase cierto valor.
Lo anterior fue señalado por el físico alemán Ernest Karl Abbe (1840-1905), quien en 1878 afirmó que: “Cuanto más pequeños son los objetos más indefinidos serán sus perfiles, ya que las ondas luminosas empiezan a contornearlos.” Desde luego, el remedio consiste en emplear longitudes de ondas más cortas. A tal fin se desarrolló el microscopio que emplea la luz ultravioleta.
Los microscopios de luz visible pueden distinguir franjas separadas de 1/5000 de milímetro, mientras que los microscopios de luz ultravioleta distinguen franjas 1/10.000 de milímetro. Los rayos X serían más apropiados para este tipo de aplicación, pero desafortunadamente no existen lentes para estos rayos.
Objetos más pequeños que 800 nm son del mismo orden de magnitud que la longitud de onda de la luz. El límite es infranqueable, a menos que se utilicen longitudes de ondas más pequeñas. El electrón, como onda electromagnética se encuentra en ese caso. Por ello, el microscopio electrónico permite alcanzar aumentos muy superiores.
Debido a la teoría desarrollada en 1927 por el físico francés Louis de Broglie (1892-1987) y el británico George Paget Thomson (1892-1975), quienes trabajando independientemente y empleando métodos diferentes, demostraron que los electrones tienen propiedades ondulatorias con longitud de onda del orden de los 1,65 angstrom (1 angstrom 10 -10 m)
Disponiéndose de una fuente de longitud de ondas tan cortas, se pensó en aplicarla al desarrollo de microscopios más potentes, por lo cual recibió inmediata aplicación. El orden de magnitud de la longitud de onda asociada a los electrones es el mismo que el de los rayos X, con la ventaja que el haz electrónico se maneja mucho más fácilmente.
En 1932, Ernest Ruska (1906-1988) y Max Knoll (1897-1969) de Alemania, desarrollaron la teoría y construyeron un microscopio electrónico rudimentario. El primero, realmente utilizable, fue construido en 1937 en la Universidad de Toronto por los físicos canadienses James Hillier (1915-2006) y Albert Prebus (1913-1997). Aquel instrumento, tenía una amplificación de 7000 mientras que el mejor microscopio óptico tiene amplificación de alrededor de 1000. Después de este éxito, Hillier y sus colaboradores diseñaron un instrumento con ampliación de 350.000. Los microscopios electrónicos estuvieron disponibles comercialmente a partir de 1939.
LOS RAYOS X LOS RAYOS XLOS RAYOS X LOS RAYOS XLOS RAYOS X Hace algunas décadas, los médicos sólo podían mirar en el interior del cuerpo mediante la disección. Hoy, es posible ver y fotografiar lo que sucede en su interior utilizando las más variadas técnicas invasivas y no invasivas.
En nuestros días, pocas personas dejan de pasar alguna vez delante de una pantalla de rayos X. Éstos son un medio muy eficaz para la detección y diagnóstico de ciertas enfermedades del hígado o riñones, las pulmonares, el cáncer y las úlceras.
El 8 de noviembre de 1895 se produjo un acontecimiento muy importante; el que permitiría a los médicos “ver bajo la piel”. El físico alemán Wilhelm Roentgen, profesor de la Universidad de Würzburg, estaba utilizando con el tubo de rayos catódicos para estudiar el paso de la electricidad por el vacío, y descubrió los rayos X. Roentgen, observó que una plancha de cartón recubierta con una capa de sustancia fluorescente, el platinocianuro de bario, relucía brillantemente cuando la colocaba cerca del tubo de rayos catódicos. Así, llegó a la conclusión que había descubierto un nuevo tipo de radiación. Por ser desconocida, por no saber su origen y características, le dio el nombre de radiación X.
Experimentos posteriores demostraron que esas radiaciones tenían la propiedad de traspasar los cuerpos y formar imagenes en las placas fotográfica o en una pantalla fluorescente.
Roentgen, se percató de las posibilidades médicas de su descubrimiento. Hizo una radiografía de su propia mano y vio que los huesos se destacaban claramente, mientras que los tejidos blandos eran apenas visibles. Concluyó acertadamente que los