El cuerpo como sistema
El cuerpo humano es un sistema enorme compuesto por muchos subsistemas diferentes. Dependen los unos de los otros para funcionar, por lo que es importante que trabajen juntos eficazmente. Nos centraremos en los sistemas nervioso, óseo y muscular.
Sistema nervioso
El sistema nervioso comunica mensajes. Estos mensajes viajan entre el cerebro y diferentes partes del cuerpo. Nuestro cerebro está compuesto por tejido nervioso, que está formado por grupos de células especializadas. Estas células nerviosas (también conocidas como neuronas) se comunican entre sí. Para ello, envían señales a otros sistemas y las reciben.
El sistema nervioso trabaja con el sistema muscular. Cuando un deportista quiere dar una patada a un balón, el cerebro decide qué partes del cuerpo deben moverse. En este caso, partes de la pierna. El cerebro envía entonces una señal a lo largo de los nervios del atleta, a través del sistema nervioso. Esta señal contraerá los músculos que se utilizan en el movimiento deseado.
Sistema óseo
El sistema óseo está formado por huesos y cartílagos. Proporciona estructura al cuerpo humano y protege a los órganos internos. También permite el movimiento junto con el sistema muscular.
Tanto los huesos como los cartílagos están formados por tejido. El hueso (conocido como tejido óseo) es un tejido conectivo duro y denso que forma los elementos estructurales del esqueleto. El cartílago es un tejido conectivo semirrígido que facilita el movimiento. Normalmente cubre los extremos de los huesos como una capa lisa que permite el movimiento, estabilizando las articulaciones y absorbiendo los golpes. Las articulaciones se forman donde dos huesos se juntan y se unen mediante ligamentos.
Sistema muscular
El sistema muscular trabaja con el sistema óseo para realizar movimientos, como el de una pierna que le da una patada a una pelota. Cada músculo está formado por grupos de células largas y delgadas llamadas fibras musculares. Estas fibras musculares reciben una señal del nervio y el músculo se contrae en respuesta. Se relaja cuando no hay señal. Los músculos se agrupan en parejas opuestas. Cuando un músculo de una pareja se contrae, el otro se relaja. Esto es lo que crea el movimiento. Un ejemplo de emparejamiento muscular es el de los isquiotibiales y los cuádriceps. Ambos músculos se encuentran en el muslo y se contraen y relajan para que una pierna pueda patear un balón.
Hay muchos subsistemas en el sistema muscular, incluidos los músculos, los tendones, los ligamentos y otros tejidos conectivos. Los músculos están unidos a los huesos por unas estructuras en forma de cuerda llamadas tendones. Tanto los tendones como los ligamentos aportan estabilidad a una articulación al evitar la torsión, el desgaste y el exceso de movimiento.
Prótesis y sistemas
Entonces, ¿cómo se relacionan estos sistemas con las prótesis? Pues bien, una prótesis es un sustituto artificial de una parte del cuerpo ausente o que funciona mal. Su función puede ser práctica, ayudando al portador a realizar tareas del día a día. También puede ser cosmética, lo que significa que cambia la apariencia del portador.
Para diseñar prótesis, los ingenieros se inspiran en el funcionamiento de las extremidades naturales para crear un dispositivo que imite el movimiento del cuerpo. Las prótesis también tienen que conectarse y funcionar bien con los sistemas del cuerpo existentes. La zona en la que una prótesis se une al cuerpo se llama punto de anclaje.
Prótesis y el sistema nervioso
Las prótesis no están directamente conectadas al sistema nervioso. Pero los nervios son muy importantes, porque llevan señales al sistema del cuerpo que controla la prótesis.
Las prótesis se colocan a lo largo de varias sesiones de fisioterapia. El usuario vuelve a entrenar su sistema nervioso durante estas sesiones. Las personas con diferencias en las extremidades utilizan acciones repetitivas para cambiar las vías de mensaje en sus sistemas nerviosos, recableando los tipos de señales enviadas desde y hacia el cerebro. Esto crea nuevos patrones de movimiento.
In high-tech prostheses, the electrical wiring tries to replicate the nervous system.. The wires send electrical signals to an externally-powered, motorized prosthesis.
Prótesis y el sistema muscular
Algunos tipos de prótesis dependen de los músculos para permitir el movimiento. Las prótesis accionadas por el cuerpo pueden controlarse con un sistema de arnés. Estos se conectan a partes del cuerpo como el hombro, la muñeca, el codo o la pierna. La flexión de estas partes del cuerpo crea una tensión que mueve la prótesis. Este tipo de prótesis se basa en parejas de músculos opuestos que se contraen y relajan.
Las prótesis mioeléctricas necesitan una fuente de energía externa. Utilizan las señales eléctricas generadas por los músculos para crear movimiento. El usuario ejerce presión sobre su prótesis mediante la flexión y contracción de los músculos. Esta acción crea movimiento. En una prótesis con múltiples articulaciones, un músculo puede controlar una secuencia de acciones. Esto puede ayudar al usuario a sentirse más sincronizado con sus movimientos.
Prótesis y el sistema óseo
Los retos técnicos aumentan en función de cuánta parte de la extremidad haga falta sustituir. Una pierna protésica por debajo de la rodilla (transtibial) debe sustituir la pantorrilla, el tobillo y el pie. Una prótesis por encima de la rodilla (transfemoral) debe sustituir también la rodilla, y posiblemente el muslo. Ambos tipos de prótesis se inspiran en la estructura, la fuerza y la coordinación del sistema óseo.
Una prótesis endoesquelética copia la finalidad y las propiedades del sistema óseo. Este tipo de prótesis suele estar compuesto por estructuras metálicas o de fibra de carbono. Proporcionan integridad estructural y soporte, de forma similar al sistema óseo.
Conclusión
Es esencial que los ingenieros y diseñadores tengan en cuenta los sistemas del cuerpo a la hora de diseñar prótesis. Estos sistemas sirven de inspiración para el diseño y suelen utilizarse como puntos de anclaje. He aquí algunos ejemplos:
- En el movimiento de vaivén que permiten las articulaciones de rodilla en las piernas transtibiales
- En el uso de los músculos para facilitar el movimiento
- En el entrenamiento de las vías nerviosas para adaptarse a las nuevas extremidades
Nuestro conocimiento del cuerpo humano y sus subsistemas es vital para el desarrollo de prótesis. Al comprender esto, los ingenieros pueden crear diseños que funcionen en armonía con el cuerpo.
Glosario
punto de anclaje lugar en el que una prótesis se une al cuerpo del usuario.
fibra muscular célula que compone los músculos.
mioeléctrico adjetivo utilizado para describir los impulsos eléctricos generados por los músculos.
neurona célula del sistema nervioso, también conocida como célula nerviosa. Su función es llevar información de una parte del cuerpo a otra.
tejido óseo tejido conectivo duro y denso que forma los huesos.
prótesis sustituto artificial de una parte del cuerpo ausente o que funciona mal.
transfemoral adjetivo utilizado para describir una prótesis o amputación por encima de la rodilla.
transtibial adjetivo utilizado para describir una prótesis o amputación por debajo de la rodilla.