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junio de 2013 EL CORAZON ARTIFICIAL

Instituto Tecnológico de Chihuahua |

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RESUMEN

Esta investigación se refiere a la aplicación de biopolímeros para la elaboración de un corazón artificial. En ella se muestran cuales fueron los pasos, el material, instrumentación, muestras en este caso pacientes, utilizados en el proceso. Cuales fueron las condiciones iniciales de los pacientes y los corazones artificiales, su elaboración, metodología, costos, funcionabilidad, marco ético legal que se llevo través de toda la investigación hacia la elaboración de este corazón artificial, y además hacia los pacientes realizando su debida documentación de consentimiento explicito o implícito ya sea de los familiares a realizar esta experimentación. Se dan a conocer los resultados de la investigación y finalmente unas conclusiones acerca del tema mismo que se está relatando, comentando de toda la investigación.



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CONTENIDO

RESUMEN .......................................................................................................................................................................... 0 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................................................................... 2

JUSTIFICACION Y USO DE LOS RESULTADOS .............................................................................................. 3

Fundamento teorico ........................................................................................................................................................ 3

ANTECEDENTES ....................................................................................................................................................... 4

FUNCIONAMIENTO DEL CORAZÓN .............................................................................................................. 4

2.1 Proceso de bombeo en el corazón ............................................................................................................ 4

EL CORAZÓN ARTIFICIAL ........................................................................................................................................ 6

BIOPOLÍMEROS ............................................................................................................................................................. 6

INTRODUCCIÓN. ...................................................................................................................................................... 6

BREVE HISTORIA DE LOS BIOMATERIALES EN MEDICINA ........................................................... 7

REQUERIMIENTOS PARA POLÍMEROS BIOMÉDICOS ........................................................................ 8

5.3. APLICACIONES BIOMÉDICAS ................................................................................................................... 9

RESINA ACETAL ..................................................................................................................................................... 14

TITANIO ...................................................................................................................................................................... 14

Retos que plantea la fabricación de un órgano artificial .......................................................................... 15

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION ................................................................................................................ 16

metodologia ..................................................................................................................................................................... 16

Diseño general ................................................................................................................................................................ 16

UNIVERSO DE ESTUDIO, SELECCIÓN Y TAMAÑO DE MUESTRA, UNIDAD DE ANALISIS Y OBSERVACION. CRITERIOS DE INCLUSION Y EXCLUSION............................................................... 17

PROCEDIMIENTOS PARA LA RECOLECCION DE INFORMACION, INSTRUMENTOS A UTILIZAR Y METODOS DE CONTROL Y CALIDAD DE LOS DATOS ................................................. 17

Procedimientos para garantizar aspectos éticos en las investigaciones con sujetos humanos ..... 18

PLAN DE ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS................................................................................................... 18

Programas a utilizar para analisis de datos ........................................................................................................ 18

Cronograma ..................................................................................................................................................................... 18

Presupuesto ..................................................................................................................................................................... 19

procedimiento ................................................................................................................................................................ 19

Cómo funciona el corazón artificial? ................................................................................................................ 19

Resultados ........................................................................................................................................................................ 20

Complicaciones del corazón artificial ......................................................................................................... 20

analisis de RESULTADOS ......................................................................................................................................... 22

CONLUSIÓN................................................................................................................................................................... 23

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................................................. 24



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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En la historia de la humanidad, siempre nos han aquejado los distintos problemas con la salud, uno de los principales es la falta de funcionalidad de ciertas partes de nuestro cuerpo, debido a distintas causa como enfermedades, accidentes, síndromes, desgastes, malas posiciones, entre otros. Estos han sido fuente de mala calidad de vida de las personas, enfermedades crónicas, operaciones recurrentes, inversión de dinero tratando de dar solución a cada una de ellas, sobre todo inconformidad de las personas incluyendo un gasto de tiempo en ello.

Las enfermedades al corazón, son la segunda causa de muerte en México. Tan solo de 1988 a la fecha, en un solo instituto se realizan 127 trasplantes de corazón y la esperanza de vida tras dicha intervención representa una alternativa terapéutica probada, para tratar enfermedades cardiacas.

Según estudios existen tres cardiopatías principales: la isquémica, que es falta de irrigación del corazón y deriva en infartos; la adquirida, consiste en daños en las válvulas del miocardio y congénita, con la que nace el individuo.

En lo que va de este 2008 el seguro social ha otorgado 471 mil 588 consultas por padecimientos cardiacos a nivel nacional, siendo Aguascalientes, Guanajuato, Puebla y Tamaulipas los estados con mayor atención.

Tan solo de enero a julio de este año, se practicaron 948 mil 510 estudios a personas en el servicio de electrocardiografía, 29 mil 185 derechohabientes en fisiología cardiopulmonar y 23 mil 775 en hemodinámica.

La tasa anual de fallecimientos a causa de este tipo de padecimientos es de un cuarto de millón de personas. Es una fecha para que la población conozca mejor los métodos para prevenir las enfermedades cardiacas, así como conocer los factores que las desencadenan, comentan las autoridades sanitarias. Los decesos ocurren por cardiopatías isquémicas, el padecimiento que considerada la más letal, ya que afecta comúnmente a personas mayores de 40 años y con más frecuencia en los hombres, en un 65 por ciento.

En México se tiene la idea de que lo que no duele, no es enfermedad y lamentablemente estamos equivocados la mayor parte de los trastornos del corazón son silenciosos y sólo hasta que representan una severa afectación se manifiestan.

Actualmente existen varias investigaciones acerca del corazón artificial, para comenzar, el dilema de seguir investigando el corazón con las soluciones de sustituirlo con cierta clase de biopolímeros es de bastante importancia, puesto que con el avance de este podemos salvar vidas e incluso mejorarlas. Podemos incluir que es un problema que nos aqueja en todas las áreas geográficas sin importar raza, sexo, edad, o lugar de donde provengamos, o en el que vivimos. Por ello es de considerarse la afectación de este problema.



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Se han propuesto varias soluciones a los problemas del corazón, una de ellas son los trasplantes de órganos, que tiene algunos inconvenientes como: los órganos provienen de personas que no tienen poco tiempo de vida, tienen que encontrarse en perfecta salud y condiciones, además que son pocos los órganos que se extraen para la cantidad de personas que necesitan un trasplante, depende si es compatible o no la persona y ver la edad y problema que posee, finalmente podemos decir que el trasplante solo tiene cierto tiempo de vida, o en todo caso al hacer la operación el cuerpo rechaza la nueva parte del cuerpo. Hoy en día las donaciones de órganos no es algo tan aceptable, debido a que el órgano a trasplantar, necesita estar en excelentes condiciones de sanidad y ser compatible entre donante y donador.

JUSTIFICACION Y USO DE LOS RESULTADOS

A causa de las inconvenientes de los trasplantes de corazón se ideo la propuesta de generar un corazón artificial.

Esto es crear un corazón capaz de funcionar como el original, a base de biopolímeros, con el podríamos abastecer y ayudar a más personas a obtener el corazón que necesita, haciéndolo hecho a la medida; función específica que necesita, tamaño, ritmo cardiaco, de acuerdo a su presión arterial, etc.

Realizar corazones que además estén al alcance de las personas y no tener que esperar por uno, “solo mandarlo a hacer”. Siguiendo con la investigación del corazón artificial podría estar al alcance de todas las personas mejorando el diseño y de lo que hablaremos, los materiales del corazón artificial, costo de los materiales, el modo de fabricación, durabilidad, y facilidad de obtención.

Para poder probar los materiales de este corazón se implementara la exposición de los corazones en pacientes con no más de 30 días de vida, para corroborar resultados de la misma.

FUNDAMENTO TEORICO



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ANTECEDENTES

El primer trasplante de corazón se hizo en 1967. Desde aquel momento, se descubrieron técnicas quirúrgicas y medicamentos para reducir el riesgo de rechazo.

En 1982 fue implantado el primer corazón construido por el hombre, vivió casi cuatro meses con la prótesis. El paciente que logró sobrevivir más tiempo con un dispositivo mecánico, sobrevivió 620 días. Ambos aparatos se mantenían unidos por cables a una máquina externa, no tenían autonomía y requerían de una serie de aberturas en la piel, lo que debilitaba aún más las defensas del paciente.

El corazón artificial (figura no. 2), es un dispositivo de plástico y titanio, que puede durar en funcionamiento hasta 10 años, con una autonomía que permite a los pacientes, mantener una vida casi normal, sin necesidad de conexiones a maquinaria externa.

El nuevo corazón artificial, no late como un corazón real, a diferencia de los corazones creados anteriormente. Puede durar hasta 10 años en funcionamiento sin presentar complicaciones, a diferencia de los otros que tenían una vida útil de 2 años, debido a la cantidad de piezas mecánicas que poseían.

Este corazón fue implantado por primera vez en un ser humano, en julio del 2001, Estados Unidos.

FUNCIONAMIENTO DEL CORAZÓN

El corazón es el músculo que funciona como una bomba que mantiene el flujo en una sola dirección de la sangre. Tiene 4 cavidades (las aurículas derecha e izquierda y los ventrículos derecho e izquierdo) a través de las cuales es bombeada la sangre. A la salida de las cavidades hay válvulas que impiden el reflujo de la sangre. Un tabique aurículo-ventricular separa las cavidades derechas de las izquierdas.

2.1 PROCESO DE BOMBEO EN EL CORAZÓN

La aurícula derecha recibe la sangre desoxigenada de todo el cuerpo, a ella entran las venas cavas superior e inferior. La aurícula bombea la sangre hacia el ventrículo derecho y el flujo es regulado por la válvula mitral o bicúspide.

Corazón artificial 2001

Titanio y biopolímeros

Figura No. 2 descripción



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1. El ventrículo derecho recibe la sangre desoxigenada de la aurícula y la manda a los pulmones por las arterias pulmonares (tronco pulmonar) para su oxigenación y su flujo es regulado por la válvula pulmonar.

2. En este punto del proceso, la sangre es oxigenada en los pulmones.

3. La aurícula izquierda recibe la sangre oxigenada desde los pulmones por las venas pulmonares y la manda hacia el ventrículo izquierdo, su flujo es regulado por la válvula tricúspide.

4. El ventrículo izquierdo recibe la sangre oxigenada desde la aurícula izquierda y la manda hacia todo el cuerpo por medio de la arteria aorta y su flujo lo regula la válvula aórtica.

Después de ser mandada la sangre al cuerpo y hacer intercambio en los tejidos, ésta vuelve por las venas cavas y se completa el ciclo.

Obsérvese que en el corazón la arteria pulmonar lleva sangre desoxigenada y las venas pulmonares llevan sangre oxigenada, entonces es una excepción a la regla que nos indica el tipo de sangre que lleva cada vaso. También es importante resaltar que al corazón entran venas y salen arterias.

Un ciclo cardíaco consta de dos etapas: la diástole (relajación) y la sístole (contracción).

El corazón tiene capas que lo distinguen de los demás músculos, de afuera hacia adentro son:

Epicardio, que consiste en una capa con tejido adiposo (grasa) para amortiguar el movimiento del corazón dentro del tórax y por ésta capa entran los vasos y nervios.

Miocardio, que es la capa muscular: en los ventrículos es más gruesa que en las aurículas.

Endocardio, es la capa interna y es la encargada de recibir los impulsos eléctricos para el movimiento del corazón.

Existe otra capa que recubre al corazón, semejante a las pleuras pulmonares y al peritoneo. Se llama pericardio y tiene una capa serosa y otra fibrosa, y su inflamación produce problemas debido a que impide el movimiento normal del

Estructura del corazón

Figura no. 1 descripción



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corazón (pericarditis). Posee también un líquido pericárdico que mantiene unidas las capas y permite su deslizamiento.

EL CORAZÓN ARTIFICIAL

La creación de un sustituto mecánico del corazón o "corazón artificial" es, junto con el "trasplante de corazón", uno de los grandes objetivos de la cardiocirugía moderna. El principal obstáculo a la realización de dicho proyecto es la dificultad para encontrar un material de revestimiento interno de esta bomba artificial y un tipo de válvula que reduzca al mínimo los fenómenos de trombosis y sobre todo de hemólisis que se registran cuando la sangre circula durante mucho tiempo en contacto con superficies "no biológicas". Por dicha razón los únicos corazones artificiales que hasta este momento han hallado aplicación clínica son los corazones artificiales parciales, mecanismos que no se proponen sustituir totalmente la acción contráctil del músculo cardíaco, sino una mejor curación del corazón dejándole descansar.

¿Qué es un corazón artificial?

Un corazón artificial es una prótesis que es implantada en el cuerpo para reemplazar al corazón biológico.

El tamaño del CORAZÓN ARTIFICIAL es similar al de un pomelo y pesa cerca de un kilo. Es un aparato autónomo, pues funciona con una batería adherida a la piel, lo que permite al implantado, realizar una vida casi normal, con cierta autonomía de movimientos. No requiere entonces conectarse a ningún dispositivo extracorpóreo, como los corazones anteriores de la década del 80.

Este modelo fue probado en animales vacunos. Su motor interno le permite mover una bomba hidráulica que hace circular la sangre con ritmo regular. Las válvulas fueron diseñadas especialmente para evitar problemas de coagulación y/o ataques.

BIOPOLÍMEROS

INTRODUCCIÓN.

Se define biomaterial como cualquier sustancia o combinación de sustancias, de origen natural o sintético, diseñadas para actuar interfacialmente con sistemas biológicos con el fin de evaluar, tratar, aumentar o sustituir algún tejido, órgano o función del organismo humano. Desafortunadamente, el término biomaterial se utiliza equivocadamente en un sentido más amplio para designar cualquier objeto utilizado en relación con la asistencia sanitaria, incluido el embalaje.



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Atendiendo a su origen, los biomateriales pueden ser:

Naturales: son materiales complejos, heterogéneos y difícilmente caracterizables y procesables. Algunos ejemplos son el colágeno purificado, fibras proteicas (seda, lana…), etc.

Sintéticos: los biomateriales sintéticos pueden ser metales, cerámicas o polímeros y comúnmente se denominan materiales biomédicos, para diferenciarlos de los biomateriales de origen natural.

En el caso particular de los biomateriales poliméricos, se puede hacer una clasificación según el tiempo que deben mantener su funcionalidad cuando se aplican como implantes quirúrgicos.

En el primer grupo se incluyen todos aquellos implantes que deben tener un carácter permanente, como son los sistemas o dispositivos utilizados para sustituir parcial o totalmente a tejidos u órganos destruidos como consecuencia de una enfermedad o trauma.

En el segundo grupo, se incluyen los biomateriales degradables de aplicación temporal, es decir, aquellos que deben mantener una funcionalidad adecuada durante un periodo de tiempo limitado, ya que el organismo humano puede desarrollar mecanismos de curación y regeneración tisular para reparar la zona o el tejido afectado.

BREVE HISTORIA DE LOS BIOMATERIALES EN MEDICINA

La primera aplicación de biomateriales en medicina no se produce hasta 1860 con la introducción de las técnicas quirúrgicas asépticas. A principios de 1900 se aplican las primeras placas óseas hechas de metal con la finalidad de separar roturas o fracturas. Durante los siguientes años las aleaciones metálicas constituyen la única forma de biomateriales en uso. Sus aplicaciones se extienden desde reparaciones óseas hasta sistemas de liberación de medicamentos. No es hasta la Segunda Guerra Mundial que se produce un rápido avance en la ciencia de los polímeros, principalmente enfocado a las aplicaciones médicas. El poli (metilmetacrilato) (PMMA) fue uno de los primeros polímeros utilizados como material biomédico, aplicándose como material para reparar la córnea humana [Robinson et al., 2001].

Los polímeros no únicamente reemplazaron a otros materiales en aplicaciones médicas, como la sustitución de los catéteres metálicos por polietileno, sino que abrieron el campo a otras nuevas aplicaciones antes difícilmente asequibles. Así, en 1950 se fabrica el primer corazón artificial, llevado a la práctica a finales de 1960. En la actualidad los polímeros continúan en amplio crecimiento y sus aplicaciones son cada vez mayores dentro del campo de la medicina, mejorando las propiedades de los materiales ya existentes y desarrollando nuevos polímeros par aplicaciones específicas. En la figura 1 se muestra una secuencia histórica de los polímeros de mayor relevancia en el campo de la medicina desde su aparición.



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REQUERIMIENTOS PARA POLÍMEROS BIOMÉDICOS

Al trabajar con biomateriales es necesario conocer dos aspectos fundamentales:

El efecto del implante en el organismo. El efecto del organismo sobre el implante.

Esto puede resumirse en los siguientes puntos:

El material no debe incluir componentes solubles en el sistema vivo excepto si es de forma intencionada para conseguir un fin específico (por ejemplo en sistemas de liberación de medicamentos).

o El sistema vivo no debe degradar del implante excepto si la degradación es intencionada y diseñada junto con el implante (por ejemplo en suturas adsorbibles).

o Las propiedades físicas y mecánicas del polímero, deben ser las más apropiadas para ejercer la función para la que han sido elegidas (por ejemplo un tendón sustituido debe tener un módulo de tensión adecuado, una membrana de diálisis la permeabilidad apropiada, una junta de cadera debe tener un bajo coeficiente de rozamiento). Las propiedades mecánicas deseadas deben mantenerse durante el tiempo de vida esperado para el implante (por ejemplo no tiene que producirse una relajación significante en un implante elastomético).

o El material debe ser biocompatible, siendo este concepto extensible al potencial cancerígeno que pueda poseer y a la interacción con el sistema inmunológico del que va a formar parte.

o El implante debe ser esterilizable y libre de bacterias y endotoxinas adheridas a las paredes de las células de las bacterias.

En general, la mayor parte de los polímeros no satisfacen todas estas condiciones, de manera que los materiales poliméricos utilizados en medicina deben de ser diseñados específicamente para cumplir unas determinas funciones. Así se puede afirmar que es

Línea del tiempo de los avances biomédicos

Figura No. 4



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Prótesis metálica de peroné

Figura No.5

una labor que hay que realizar entre el médico, científico y el ingeniero.

5.3. APLICACIONES BIOMÉDICAS

1) Equipos e instrumentos quirúrgicos

Esta área está cubierta por los termoplásticos y termoestables convencionales que se pueden encontrar en diversas aplicaciones de la vida diaria. Se refiere a los materiales con los que se elaboran inyectadoras, bolsas para suero o sangre, mangueras o tubos flexibles, adhesivos, pinzas, cintas elásticas, hilos de sutura, vendas, etc. Los materiales más usados son aquellos de origen sintético y que no son biodegradables, como polietileno, polipropileno, policloruro de vinilo, polimetilmetacrilato, policarbonato.

2) Aplicaciones permanentes dentro del organismo

Los materiales utilizados en estas aplicaciones deben ser materiales diseñados para mantener sus propiedades en largos períodos de tiempo, por lo que se necesita que sean inertes, y debido a que su aplicación es dentro del organismo, deben ser biocompatibles, atóxicos para disminuir el posible rechazo.

Las aplicaciones más importantes son las prótesis o implantes ortopédicos, elementos de fijación como cementos óseos, membranas y componentes de órganos artificiales, entre otros. Entre los materiales más utilizados se encuentran: polímeros fluorados como el teflón, poliamidas, elastómeros, siliconas, poliésteres, policarbonatos, etc.

El caso de prótesis vasculares (figura no. 6), al ser un implante expuesto al contacto con la sangre, la propiedad fundamental requerida es que el material no provoque coagulación.

Considerando este requisito, se aplican fibras de PET, espumas de poli (tetrafluoroetileno) expandido, poliuretanos segmentados y silicona porosa.

Otro de los campos donde los polímeros empiezan a tener una presencia significativa

Prótesis vascular

Figura No. 6 descripción

http://www.eis.uva.es/~macromol/curso05-06/medicina/implantes_y_protesis.htm



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son los dispositivos de fijación ósea. Una de las opciones en este campo la constituyen los cementos óseos, que son mezclas de materiales cerámicos con polímeros sintéticos rígidos como el polimetilmetacrilato.

También se han desarrollado numerosos estudios e investigaciones en el campo de implantes biodegradables que permitan solucionar las dificultades anteriores. Los polímeros o copolímeros de PLGA son los más empleados para esta aplicación, gracias principalmente a su biocompatibilidad.

3) Aplicaciones temporales dentro del organismo

Actualmente, las suturas representan el campo de mayor éxito dentro de los materiales quirúrgicos implantables. El principal motivo es que consisten en materiales biodegradables o bioabsorbibles (principalmente polímeros biodegradables) de manera que la aplicación dentro del organismo pasa de ser permanente a ser temporal.

Entre las aplicaciones temporales dentro del organismo hay que destacar también los sistemas de liberación de fármacos. Los polímeros son esenciales para todos los nuevos sistemas de liberación desarrollados.

Finalmente, otra aplicación temporal importante es la de matrices en ingeniería de tejidos. Los polímeros, particularmente los biodegradables, se emplean en el campo de la ingeniería de tejidos como andamiajes temporales en los que las células pueden crecer y formar tejidos. En la figura No. 8, se puede ver células de conejo adheridas a la placa Petri.

En la tabla 1 se resumen algunos de los campos de la medicina donde están más extendidas las aplicaciones de biomateriales. La tabla 2 recoge algunos tipos de biopolímeros para aplicaciones cardiovasculares, tejidas, blandas, odontología, ortopedia y biotecnología. El intervalo de aplicaciones va desde productos de alto consumo (bolsas de sangre, jeringuillas), usos con mayor contacto (catéteres intravasculares y urinarios), alta tecnología en implantes (válvulas de corazón, juntas, injertos vasculares) y sustitución de órganos (corazón artificial).

Tabla 1. Campos de la medicina-aplicaciones de biomateriales

Oftalmología Lentes intraoculares

Lentes de contacto

Implantes de retina

Cápsulas de liberación

prolongada

Figura No. 7

Células de conejo

Figura No. 8

http://www.eis.uva.es/~macromol/curso05-06/medicina/polimeros_biodegradables.htm

http://www.eis.uva.es/~macromol/curso05-06/medicina/liberacion_controlada%20de%20farmacos.htm

http://www.eis.uva.es/~macromol/curso05-06/medicina/ingenieria_de_tejidos.htm



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Cardiovascular Injertos vasculares

Válvulas de corazón

Marcapasos

Bolsas de sangre

Reconstrucciones Prótesis de mama

Nariz, barbilla

Dientes

Ortopedia Caderas

Rodillas

Hombros

Juntas dedos

Otros Catéteres

Oxigenadotes

Diálisis renales

Tabla 2. Biopolímeros-Aplicación

Biopolímeros Aplicaciones Polímeros sintéticos no degradables Polimetacrilato de metilo (PMMA)

Cemento óseo, dientes artificiales, lentes intraoculares

Polimetacrilato de hidroxietilo (PHEMA)

Lentes de contacto blandas

Epoxis Materiales protectores, composites de fibra

Fluorocarbonados Injertos vasculares, catéteres y parches periodontales y abdominales

Hidrogeles Catéteres y anti adhesivos Poliacetales Válvulas cardiacas, partes

estructurales Poliamidas Suturas Elastómeros de Poliamida Catéteres y para tapar heridas Policarbonatos Membranas de oxigenación y

hemodiálisis, conectores Poliésteres Injertos vasculares, globos para

angioplastia, suturas y reparaciones para hernias

Elastómeros de poliéster Catéteres



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Poli (étercetonas) Componentes estructurales y ortopedia

Poli (imidas) Componentes estructurales, catéteres Poli (metilpenteno) Materiales protectores para

dispositivos extracorporales Poli(olefinas) Suturas, globos de angioplastia,

catéteres, jeringas Elastómeros de poli(olefinas) Tubos, corazones artificiales, catéteres Películas de poliolefinas de alta cristalinidad

Globos de angioplastia

Poli(sulfonas) Componentes estructurales y ortopedia

Poli(uretanos) Catéteres, corazón artificial, prótesis vasculares, recubrimientos para heridas y revestimiento compatible con la sangre

Poli (cloruro de vinilo) Tubos y bolsas de sangre Siliconas Implantes de cirugía plástica,

catéteres, válvulas de corazón, membranas permeables al oxígeno, prótesis faciales y de la oreja

Polietileno de ultra alto peso molecular

Tejidos de alta resistencia

Copolímero de estireno y acrilonitrilo (SAN)

Prótesis mamarias

Poliestireno Kit de diagnóstico, material mono uso del laboratorio

Poliacrilonitrilo Membranas para diálisis Bioresorbibles Poli (aminoácidos) Liberación controlada, péptidos de

adhesión celular Poli(anhídridos) Liberación controlada Poli(caprolactonas) Suturas y liberación controlada Copolímeros de acido láctico y glicolico

Suturas, liberación controlada, discos óseos

Poli(hidroxibutiratos) Liberación controlada, discos óseos Poli (ortoesteres) Liberación controlada Colágeno Recubrimientos y reconstrucción

tisular Macromoléculas bioderivadas Albúmina entrecruzada Recubrimientos de injertos vasculares

y agente para contraste de ultrasonidos

Acetatos de celulosa Membranas de hemodiálisis Celulosa cuproamonica Membranas de hemodiálisis Citosina Recubrimientos y liberación

controlada Colágeno Recubrimientos y órganos híbridos



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Elastina Recubrimientos Gelatina entrecruzada Recubrimiento para corazón artificial Ácido hialuronico Recubrimientos, anti adhesivo,

antiinflamatorio ocular y articular Fosfolípidos Liposomas Seda Suturas, recubrimientos

experimentales de proteínas tipo seda Recubrimientos pasivos Albúmina Tromboresistencia Cadenas alquílicas Adsorbe albúmina para la

Tromboresistencia Fluorocarbonados Reduce el rozamiento en catéteres Hidrogeles Reduce el rozamiento en catéteres Siliconas libres de sílice Tromboresistencia Aceites de silicona Lubricación para agujas y catéteres Recubrimientos bioactivos Anticoagulantes (ej.: heparina) Tromboresistencia Antimicrobianos Resistencia a la infección Péptidos de adhesión celular Mejora adhesión celular Proteínas de adhesión celular Mejora adhesión celular Adhesivos tisulares Cianoacrilatos Microcirugía Pegamento de fibrina Recubrimiento para injertos

vasculares y microcirugía

El grupo de mayor uso de biomateriales lo forman los materiales poliméricos sintéticos; se usan en aplicaciones como suturas, contenedores para usos externos al cuerpo (oxigenadotes de sangre, hemodiálisis), injertos vasculares, válvulas de corazón, tubos, conectores, bolsas.

Por ejemplo:

Poliamidas (nylon 6/6) y polipropileno se usan como material de sutura.

El PVC se usa en tubos y bolsas para el almacenaje de sangre y productos farmacéuticos.

PET se usa para injertos vasculares de diámetro considerable.

PMMA es material usado como cemento de fijación femoral, para lentes intraoculares y para prótesis de cadera.

PTFE se usa como membranas para injertos vasculares, periodontales y como prótesis de ligamentos.

Hidrogeles diversos están comenzando a utilizarse en aplicaciones de contacto con sangre y oculares debido a la baja adsorción de proteínas que poseen y a la capacidad de lubricación.

Poliuretanos son un ejemplo de materiales con excelente resistencia a fatiga; se usan en bombeo en corazones artificiales.

Los polímeros de recubrimiento (siliconas, hidrogeles, fluorocarbonos) se utilizan para muchas aplicaciones cardiovasculares.



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Los materiales bio-readsorbibles son interesantes porque se eliminan sin necesidad de una nueva cirugía. En general, son materiales que se degradan sin dar productos tóxicos para el organismo que son eliminados posteriormente. Los biopolímeros más utilizados como materiales readsorbibles son los hidroxiácidos que se degradan hasta la mitad de su masa en pocos meses.

A la vista de las estadísticas que se realizan sobre el número de fallos producidos en la implantación de materiales poliméricos sintéticos puede afirmarse que actualmente las funciones que llevan a cabo los implantes fabricados en materiales sintéticos son tan buenas como los órganos naturales a los que sustituyen.

RESINA ACETAL

Los polímeros del formaldehido de alto peso molecular se conocen desde la década de los treinta, pero eran inestables y su aplicación comercial limitada.

Se descubrió que los polímeros sólidos del formaldehido a los que denominaron “resinas acetal”, se podían producir a partir de formaldehido de alta pureza y se hacían estables al reemplazar a sus grupos terminales hidroxilo por grupo éster. El polímero resultante presento una excelente resistencia al impacto, a la compresión y al uso o desgaste lo que permitió competir favorablemente en muchas de las funciones normalmente reservadas a los metales.

PROPIEDADES DE LAS RESINAS ACETAL:

Excelente resistencia mecánica, rigidez, resistencia a la fatiga y estabilidad dimensional.

Alta resistencia al impacto.

Buena flexibilidad.

Bajo coeficiente de fricción.

Excelente resistencia a la humedad y solventes.

Buenas características de aislamiento eléctrico.

Rango normal de temperaturas de operación: 51°C a 160°C.

Buena apariencia. Lubricabilidad natural

TITANIO

El titanio es un elemento químico, de símbolo Ti y número atómico 22. Se trata de un metal de transición de color gris plata. Comparado con el acero, metal con el que compite en aplicaciones técnicas, es mucho más ligero (4,5/7,8). Tiene

http://es.wikipedia.org/wiki/Elemento_qu%C3%ADmico

http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_at%C3%B3mico

http://es.wikipedia.org/wiki/Metal_de_transici%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero



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alta resistencia a la corrosión y gran resistencia mecánica, pero es mucho más costoso que el acero, lo cual limita su uso industrial.

Es un metal abundante en la naturaleza; se considera que es el cuarto metal estructural más abundante en la superficie terrestre y el noveno en la gama de metales industriales. No se encuentra en estado puro sino en forma de óxidos, en la escoria de ciertos minerales de hierro y en las cenizas de animales y plantas. Su utilización se ha generalizado con el desarrollo de la tecnología aeroespacial, donde es capaz de soportar las condiciones extremas de frío y calor que se dan en el espacio y en la industria química, por ser resistente al ataque de muchos ácidos; asimismo, este metal tiene propiedades biocompatibles, dado

que los tejidos del organismo toleran su presencia, por lo que es factible la fabricación de muchas prótesis e implantes de este metal.

Posee propiedades mecánicas parecidas al acero, tanto puro como en las aleaciones que forma, por tanto compite con el acero en muchas aplicaciones técnicas, especialmente con el acero inoxidable.

El titanio fue declarado material estratégico por parte de Estados Unidos durante muchos años. Puede formar aleaciones con otros elementos, tales como hierro, aluminio, vanadio, molibdeno y otros, para producir componentes muy resistentes que son utilizados por las industrias aeroespacial, aeronáutica, militar, petroquímica, agroindustrial, automovilística y médica.

RETOS QUE PLANTEA LA FABRICACIÓN DE UN ÓRGANO ARTIFICIAL

El tamaño. Sería inimaginable intentar introducir una bomba que ocupara demasiado volumen pues se requiere espacio para hacer el trabajo de contracción y expansión durante la respiración.

La fuente de energía. Una bomba requiere de electricidad que la haga funcionar. Al no poder permanecer conectado el paciente a una toma de corriente, no hay otra alternativa que el uso de baterías.

Los materiales ocupados deben ser inertes, es decir que no provoquen ningún tipo de reacción negativa y que tampoco sean identificados como extraños por el cuerpo. De no ser así, el sistema inmunológico haría lo

http://es.wikipedia.org/wiki/Corrosi%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_mec%C3%A1nica

http://es.wikipedia.org/wiki/Escoria

http://es.wikipedia.org/wiki/Hierro

http://es.wikipedia.org/wiki/Ceniza

http://es.wikipedia.org/wiki/Tecnolog%C3%ADa_aeroespacial

http://es.wikipedia.org/wiki/Tecnolog%C3%ADa_aeroespacial

http://es.wikipedia.org/wiki/Industria_qu%C3%ADmica

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido

http://es.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%B3tesis

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero_inoxidable

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero_inoxidable

http://es.wikipedia.org/wiki/Estados_Unidos

http://es.wikipedia.org/wiki/Aleaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Hierro

http://es.wikipedia.org/wiki/Aluminio

http://es.wikipedia.org/wiki/Vanadio

http://es.wikipedia.org/wiki/Molibdeno

http://es.wikipedia.org/wiki/Aeroespacial

http://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_aeron%C3%A1utica

http://es.wikipedia.org/wiki/Armamento

http://es.wikipedia.org/wiki/Petroqu%C3%ADmica

http://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_agr%C3%ADcola

http://es.wikipedia.org/wiki/Tecnolog%C3%ADa_del_autom%C3%B3vil

http://es.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%B3tesis



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necesario para defenderse de lo que no le pertenece al organismo, dando lugar a las ya conocidas reacciones de rechazo.

Generación de calor. Cualquier máquina se calienta por la fricción de sus partes y eso sería indeseable.

El ruido es también un obstáculo. Un corazón artificial debe ser una máquina silenciosa que no moleste al paciente

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION

Objetivo general: Se pretende ampliar el conocimiento acerca de los biomateriales para la construcción del corazón.

Objetivos específicos:

Determinar la posible compatibilidad de la resina acetal y el titanio en el cuerpo humano.

Investigar probabilidad de funcionamiento de biomateriales en el corazón.

Indagar de variantes en cuanto a precios y trabajabilidad de los materiales.

METODOLOGIA

Hay diferentes tipos de estudios tales como exploratoria, descriptiva, correlacional, explicativa; este estudio se enfoco en una metodología exploratoria, descriptiva y correlacional.

La literatura puede revelar que hay algunos antecedentes sobre el tema pero todavía falta por investigar y averiguar más datos para perfeccionar el corazón, por lo tanto se escoge la metodología exploratoria. Además otra parte de la literatura nos puede revelar que hay piezas y trozos de teoría con apoyo empírico moderado de algunos prototipos del corazón; estudios descriptivos que han detectado y definido ciertas variables, por lo tanto se puede añadir la descriptiva.

Finalmente en relación a estas, también en tercer término, la literatura nos puede revelar la existencia de una o varias relaciones entre conceptos y variables. Por tanto la investigación también se torna correlacional.

DISEÑO GENERAL

Se realizara un estudio experimental controlado con grupos separados en hombres y mujeres, por edad y problema o enfermedad al Corazón. Se seleccionara una persona al azar de cada grupo para realizarle estudios cada



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determinado tiempo par a ver su avance. Este grupo de personas, realizaron el estudio con esperanza de vida no más de 30 días para su defunción.

UNIVERSO DE ESTUDIO, SELECCIÓN Y TAMAÑO DE MUESTRA, UNIDAD DE ANALISIS Y OBSERVACION. CRITERIOS DE

INCLUSION Y EXCLUSIO N.

El análisis se realizo en hospitales con los altos ranking de enfermedades diversos al corazón, se seleccionaron las personas que no tenían más de 30 días para defunción, solicitando un previo permiso a las personas, a causa de que en alguna falla controlar en pacientes que no tenían remedio, se separaron por edad, sexo y problemas al corazón. Se prepararon a las personas con dietas similares, actividades iguales, si se podía el tratamiento que tomaban, todo esto conforme a su grupo para obtener un estándar entre las personas. Aproximadamente fueron dos personas por cada grupo:

FEMENINOS MASCULINOS Infantes Infantes

Adolescentes Adolescentes Adultos Adultos

Adultos tercera edad Adultos tercera edad

Y dentro de estas clasificaciones conforme a sus tipos de enfermedad. En total fueron tres por cada clasificación, dando con resultado 24 pacientes.

PROCEDIMIENTOS PARA LA RECOLECCION DE INFORMACION, INSTRUMENTOS A UTILIZAR Y METODOS DE CONTROL Y

CALIDAD DE LOS DATOS

Para obtener la información se realizaron análisis diversos; sangre, coagulación, tensión arterial, angiografía, cateterización cardiaca, eco cardiograma, ultrasonido intravascular, eco cardiografía de esfuerzo, de transesofagica, holter, tomografía computada, ventriculografía isotópica, entre otros. Utilizando equipo como estetoscopios, esfigmomanómetro, electrocardiogramas, análisis al microscopio de sangre, eco cardiograma, etc. Se tomaban a cada persona de la cual se hacia las pruebas. Estos estudios se elaboraban cada día a la misma hora siguiendo las actividades propuestas para cada paciente. Esta información se subía a una base de datos donde le daban seguimiento a los datos arrojados para compararlos por medio de graficas y porcentajes.



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PROCEDIMIENTOS PARA GARANTIZAR ASPECTOS ÉTICOS EN LAS INVESTIGACIONES CON SUJETOS HUMANOS

Respecto a los aspectos ético legales en esta investigación, se procedió a que cada paciente que se sometió a experimento, análisis y estudio, firmara un documento o un familiar en su defecto, donde contenga los datos de la investigación, que se realizara en el paciente cuales serán los posibles resultados, que en este caso no tendría mucho auge puesto que ese análisis había sido con personas con menos de 30 días de vida. Informando que tendrían algunos cambios en su cuerpo, constantes análisis, posiblemente operaciones, y que el benéfico de todo esto seria el encontrar mejores resultados para un corazón artificial, ayudando a personas que aun tienen más esperanza de vida. En el documento indico el tratamiento, vacunas, medicamentos, ingesta diaria, instrumentos, resultados, y además anexados a su carta de defunción como datos adicionales, y con carta de confidencialidad. A los familiares hubo una remuneración en cierta cantidad de dinero especificado en el documento conforme al pago, entrega, tiempo, etc.

PLAN DE ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

Conforme a los estudios de cada día al final se evaluó el funcionamiento y compatibilidad de los biomateriales en cada paciente, con diferentes contextos y estudios.

Se realizaron graficas, y bases de datos para comparación de los resultados y obtener un veredicto acerca de los objetivos funcionales de los biomateriales.

PROGRAMAS A UTILIZAR PARA ANALISIS DE DATOS

Excel, siendo el universal para todos.

Minitab, para las estadísticas.

Statgraphics, para las graficas de procesos estadísticos.

PowerPoint, para presentar avances de investigación.

CRONOGRAMA



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1 – 2 meses, proposición de investigación.

2 – 3 meses, adquisición de materiales y preparación de laboratorios.

3 – 6 meses, para realización de corazones artificiales.

6 – 8 meses, adecuación de instrumentos de medición para los pacientes en el hospital, preparando equipos, personal, material, habitaciones, etc.

8 – 9 meses, realización de pruebas, análisis y exámenes en pacientes.

1-3 días, para insertar corazón artificial en los pacientes.

3-30 días, análisis a los pacientes, cada día hasta su defunción.

9-12 meses, análisis de resultados

PRESUPUESTO

Titanio US $2 - 45 / Kilogramo (aprox. MXN 25.44 - 572.35 / Kilogramo)

Resina acetal aprox 2.500 kg / $3,50 USA

Mano e investigación por contratación: 50 millones

Pago a hospital por préstamo de servicios: 15 millones

Pago a familiares de pacientes: 20 millones

Extras: 5 millones

Instalaciones: 20 millones

Equipo: 100 millones

Medicamentos: 3 millones

PROCEDIMIENTO

¿CÓMO FUNCIONA EL CORAZÓN ARTIFICIAL?

Se fabrico bajo autorización de la FDA (Food and Drug Administration), para experimentar con pacientes terminales, con una esperanza de vida menor de 30 días, y sin posibilidades de recibir un trasplante de un corazón humano.

Es una bomba de resina acetal y titanio, alimentada por una batería que suministra la energía a un microcircuito de control, que se implanta en el pecho del paciente.



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Se aplico "en serie" en relación a la acción del ventrículo izquierdo, con objeto de derivar sangre desde la aurícula izquierda, y de conducirla a la aorta descendente. El modelo se aplica "en paralelo" a la acción del ventrículo izquierdo, derivando la sangre de la aorta ascendente y conduciéndola hasta la descendente. En el siguiente modelo, la bomba está constituida no por un tubo, sino por una esfera dividida en dos secciones por una membrana elástica que, movida por la presión de un fluido externo, determina el movimiento de progresión pulsatoria de la sangre. En todos los casos se sincroniza la acción del corazón artificial parcial con la del corazón del paciente mediante un mecanismo electrónico que utiliza una onda especial del electrocardiograma para regir la bomba de presión externa.

RESULTADOS

COMPLICACIONES DEL CORAZÓN ARTIFICIAL

Las principales complicaciones en la investigación fueron las siguientes: hemorragia, necrosis renal aguda, alteraciones del sistema nervioso central del cerebro; infecciones, etc. Para que el corazón artificial total pueda realmente constituir una alternativa es necesario resolver estos problemas.

• COMPLICACIONES HEMORRÁGICAS.

Las complicaciones hemorrágicas han sido muy graves debido al tipo de tratamiento anticoagulante demasiado agresivo adoptado el primer día después de la intervención (heparina, etc.) para reducir el riesgo de complicaciones tromboembólicos. Todas las prótesis intravasculares conllevan la aparición de trombos (coagulo), aunque el riesgo real de episodios tromboembólicos depende de factores como estructura, materiales componentes, método de funcionamiento, terapia anticoagulante adoptada y asociación de procesos infecciosos. El examen de los corazones artificiales de los pacientes fallecidos reveló la existencia de un número elevado de depósitos trombóticos en el área de las válvulas conectadas a los ventrículos artificiales. El fenómeno encuentra probablemente explicación en la estructura del corazón artificial, en la medida en que las válvulas se encuentran en un área de flujo no uniforme que favorece el estancamiento de la sangre. No se detectaron trombos a la altura del diafragma, de la conexión entre diafragma y revestimiento externo o del propio revestimiento, a diferencia de cuanto se ha hallado en los corazones implantados como puente al trasplante. Dos de los pacientes operados por DeVries presentaron complicaciones tromboembólicas en fase tardía, a pesar de la administración de anticoagulantes y antiagre-gantes en dosis terapéuticas en

Corazon artificial

Figura No.3

descripcion



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un periodo en el que ambos presentaban fiebre y hemocultivos bacterianos positivos. Mediante autopsia se estableció el diagnóstico de pseudoéndocarditis.

• COMPLICACIONES INFECCIOSAS.

Se trata del problema más grave y persistente detectado en el ámbito de la experimentación con corazón artificial. Ha quedado demostrado que la presencia de prótesis intravasculares y mediastínicas y de catéteres transcutáneos es un factor de riesgo casi insuperable, hasta tal punto que no se puede utilizar un corazón artificial durante más de 30 días consecutivos. El problema más grave es el que planteaban las infecciones, que aparecían a la altura de los catéteres y que se propagaban luego al espacio mediastínico, alrededor del corazón artificial. Estas infecciones periprotésicas se debían a estafilococos gramnegativos (Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, otras especies de Pseudomonas). Se observó además la aparición de empiema, infecciones en las vías urinarias y sepsis de los catéteres intravasculares por Candida albicans. La necesidad de recurrir a un tratamiento poliantibiótico dio lugar a la aparición de bacterias resistentes y a diarrea infecciosa debida a Clostridium difficile. Una vez que aparecían, los distintos procesos infecciosos resultaban resistentes a cualquier terapia, aunque el tratamiento antimicrobiano permitiera la supresión temporal de la infección durante periodos prolongados. Por ahora sólo se puede formular la hipótesis de que la inmunosupresión influya en las reacciones del organismo a los agentes infecciosos.

• NECROSIS TUBULAR (RENAL) AGUDA.

La aparición de necrosis tubular aguda ha afectado desde la fase postoperatoria inicial a todos los pacientes operados, y en un caso se ha registrado una recidiva tardía. La aparición de la patología en fase preoperatoria se debe probablemente a varios factores: reducción del volumen cardíaco en fase preoperatoria, curso postoperatorio difícil con varias reintervenciones, hemorragias y múltiples transfusiones.



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ANALISIS DE RESULTADOS

Un caso particular de los biomateriales poliméricos, se puede hacer una clasificación según el tiempo que deben mantener su funcionalidad cuando se aplican como implantes quirúrgicos.

Las complicaciones existentes son muchas por el momento ya que son complicaciones infecciosas, hemorrágicas, Necrosis tubular (renal) aguda, las cuales están provocando la muerte de los pacientes a quienes se les implanta este nuevo corazón artificial.

Si bien el corazón artificial ha tenido varios intentos fallidos; en 1982 fue implantado el primer corazón construido por el hombre, vivió casi cuatro meses con la prótesis. El paciente que logró sobrevivir más tiempo con un dispositivo mecánico sobrevivió 620 días, pero hoy en día está casi realizado exitosamente el trasplante de corazón artificial, aunque falta algunos detalles por perfeccionar, el corazón artificial es un proyecto que muy pronto estará al alcance de cualquiera que lo necesite y poder satisfacer la demanda.



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CONLUSIÓN

Mediante esta investigación se analizó la relación existente entre los materiales y la biomedicina, esta relación intrínseca no se puede negar ya que en el corazón artificial se construye a partir de materiales como lo son: titanio, polímeros, biopolímeros, etc.

El generar un corazón artificial es muy costoso, lo cual es muy poco factible por el momento ya que pocas personas contarían con el suficiente dinero para poder tener un trasplante de este tipo; sin embargo tiene su parte buena, ya que es mucho menos complicado y es compatible con cualquier tipo de del ser humano, no hay que dejar atrás el hecho de que solo puede mantenerse sano 10 años, por lo tanto tendría que estarse cambiando periódicamente trayendo consecuencias para la persona a la que se le interviniera quirúrgicamente.

Respecto a la investigación no fueron los resultados esperados, pero fungen como un avance al perfeccionamineto del corazón artificial, por lo que ahora se complica el diseño y costo de la hechura del corazón, pues se espera que más adelante podría estar al alcance de cualquier persona que lo necesite.

Se necesita un alcance tecnológico significativo para lograr todo esto; una infraestructura en centros de investigación de buena calidad, investigadores, especialistas, y una gamma de necesidades con las que no se cuentan en muchos de los países del mundo, por lo cual haría de esta innovación una particularidad.

Hablando de los materiales sabemos que se encuentran en nuestra vida diaria, en cada cosa que poseemos, utilizamos, creamos, vemos, ya sean biomateriales o simplemente materiales, lo cual tenemos para satisfacer necesidades como lo son los trasplantes de órganos (en este caso el corazón), como sabemos la demanda de donantes es muy alta pero muy poca su respuesta; y con una innovación como ésta sería mucho más fácil lograr salvar vidas.



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BIBLIOGRAFIA

Plásticos de ingeniería. Secretaria de energía de petroquímica. Tiraje 1000 ejemplares, 1988, edición 01 1SBN-9688740292.

© 2007 - 2010 Todos los derechos reservados Clínicas Privadas - http://www.clinicasprivadas.net/cardiologia/que-es-un-corazon-artificial.php

http://www.gentenatural.com/medicina/manual/corazon-artificial.html

http://sepiensa.org.mx/contenidos/corazon/corazon2.htm

http://www.milenio.com/cdb/doc/noticias2011/ace9c075d1834834a98f806b0183892c

http://gaetaconsultores.com/index.php?option=com_content&task=view&id=53&Itemid=2

http://noticias.universia.net.mx/en-portada/noticia/2010/09/27/503923/enfermedades-cardiacas-primera-causa-muerte-mexico.html

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