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12.3 EFECTOS BIOLÓGICOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA EN EL CUERPO HUMANO I

BIOINGENIERÍA

12.3 EFECTOS BIOLÓGICOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA EN EL CUERPO HUMANO I

BIOINGENIERÍA

David Moisés Terán Pérez

La información contenida en esta obra tiene un fin exclusivamente didáctico y, por lo tanto, no está pre-visto su aprovechamiento a nivel profesional o industrial. Las indicaciones técnicas y programas incluidos han sido elaborados con gran cuidado por el autor y reproducidos bajo estrictas normas de control. ALFAOMEGA GRUPO EDITOR, S.A. de C.V. y MARCOMBO, S.A. no serán jurídicamente responsables por: errores u omisiones; daños y perjuicios que se pudieran atribuir al uso de la información comprendida en este libro, ni por la utilización indebida que pudiera dársele.

BioingenieríaDavid Moisés Terán Pérez

Derechos reservados © Alfaomega Grupo Editor, S.A. de C.V., México Primera edición: enero 2017ISBN: 978-607-622-800-5

Primera edición: MARCOMBO, S.A. 2018

© 2018 MARCOMBO, S.A. www.marcombo.com

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ISBN: 978-84-267-2603-2 D.L.: B-28905-2017

Impreso en Ulzama Printed in Spain

David Moisés Terán Pérez

Es ingeniero mecánico electricista egresado de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), con Especialidad en Habilidades Docentes, por la Universidad Tecnológica de México (UNITEC). Cursó la Maestría en Ciencias de la Educación en la Universidad del Valle de México (UVM); el Doctorado en Educación en la Univer-sidad Pedagógica Nacional (UPN). Realizó una Maestría en Microelectrónica en la Université Pierre et Marie Curie (“La Sorbonne”) en París. Realizó un segundo año de estancia postdoctoral auspiciada por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT), en la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo (UAEH), en la línea de políticas educativas a través del desarrollo del programa institucional de se-guimiento de egresados de la maestría en educación de la misma UAEH. Igualmente, el autor está concursando para ingresar al Sistema Nacional de Investigadores (SNI) del CONACyT, en el área VII de las Ingenierías.

Actualmente, es Director General de LMC-Consultores, empresa dedicada al di-seño y desarrollo de proyectos de redes de computadoras.

Cuenta con 26 años de experiencia como docente en diversas instituciones de educación superior, tanto públicas como particulares, entre ellas: La Universidad Na-cional Autónoma de México (UNAM), la Universidad de Puebla (UNIPUEBLA), el Instituto Tecnológico Latinoamericano (ITLA), el Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM), la Universidad Tecnológica de México (UNI-TEC), la Universidad ICEL, la Universidad del Pedregal, la Universidad del Valle de México (UVM), la Universidad Anáhuac, la Universidad Interamericana para el Desarrollo (UNID), entre muchas otras.

Es autor en Alfaomega Grupo Editor S.A de C.V. de varios textos, así como Re-visor Técnico y Corrector de Estilo de muchos otros, en dicha casa editorial.

Mensaje del Editor

Una de las convicciones fundamentales de Alfaomega es que los conocimientos son esenciales en el desempeño profesional, ya que sin ellos es imposible adquirir las ha-bilidades para competir laboralmente. El avance de la ciencia y de la técnica hace necesario actualizar continuamente esos conocimientos, y de acuerdo con esto Alfao-mega publica obras actualizadas, con alto rigor científico y técnico, y escritas por los especialistas del área respectiva más destacados.

Consciente del alto nivel competitivo que debe de adquirir el estudiante durante su formación profesional, Alfaomega aporta un fondo editorial que se destaca por sus lineamientos pedagógicos que coadyuvan a desarrollar las competencias requeridas en cada profesión específica.

De acuerdo con esta misión, con el fin de facilitar la comprensión y apropiación del contenido de esta obra, cada capítulo inicia con el planteamiento de los objeti-vos del mismo y con una introducción en la que se plantean los antecedentes y una descripción de la estructura lógica de los temas expuestos, asimismo a lo largo de la exposición se presentan ejemplos desarrollados con todo detalle y cada capítulo concluye con un resumen y una serie de preguntas propuestas.

Además de la estructura pedagógica con que están diseñados nuestros libros, Alfaomega hace uso de los medios impresos tradicionales en combinación con las Tec-nologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) para facilitar el aprendizaje. Correspondiente a este concepto de edición, todas nuestras obras tienen su comple-mento en una página Web en donde el alumno y el profesor encontrarán una serie de presentaciones power point.

Los libros de Alfaomega están diseñados para ser utilizados en los procesos de enseñanza aprendizaje, y pueden ser usados como textos en diversos cursos o como apoyo para reforzar el desarrollo profesional, de esta forma Alfaomega espera contri-buir a la formación y al desarrollo de profesionales exitosos para beneficio de la so-ciedad, y espera ser su compañera profesional en este viaje de por vida por el mundo del conocimiento.

Dedicatoria

Deseo dedicar este trabajo a todas aquellas personas que fueron, son y serán importantes en mi recorrido en esta hermosa vida:

A mi madre, Consuelo Pérez Alejandre (QEPD), por haber sido una excelente madre.

A mi padre, David Terán Luna, por seguir siendo un ejemplo de integridad.

A mis hijos: David Moisés Terán Garrido y Emmanuel Terán Garrido: tienen un gran futuro para vivir. Son excelentes seres humanos.

A mi hija, Diana Zuleyma Terán Díaz, por ser tan especial. Te amo mi hermosa nena-alfa.

A la Mtra. Verónica Bracho Alburquerque, por ser la compañera de vida ideal.

Agradecimientos

A:

Don Alberto Umaña Carrizosa (QEPD) por brindarme la oportunidad de publi-car en Alfaomega Grupo Editor. A su memoria.

Francisco Javier Rodríguez, mi amigo y editor en Alfaomega Grupo Editor. Te agradezco la oportunidad de publicar este texto.

Mis amigos, los ingenieros Noé González Mondragón y Víctor González Mondra-gón, por sus comentarios y atinadas observaciones al borrador inicial. Gracias.

Mis familiares y amigos: el trabajo es colaborativo y cooperativo siempre, para volverse: ¡Trabajo Inteligente!

Los(as) lectores(as) del texto: con el firme propósito de que el contenido sea de utilidad siempre. ¡Muchas gracias!

Contenido

Introducción ........................................................................................................ XVPlataforma de contenidos interactivos .......................................................... XVI

CAPÍTULO 1Introducción a la bioingeniería ...........................................................................1 1.1 Resumen preliminar ....................................................................................3 1.2 Introducción ................................................................................................3 1.3 Concepto de biotecnología .....................................................................3 1.4 Concepto de bioingeniería .......................................................................6 1.4 .1 .1 Ingeniería clínica y hospitalaria ..................................................7 1.5 La bioingeniería en el mundo..................................................................11 1.6 La estructura del conocimiento en la bioingeniería ............................17 1.7 La educación en bioingeniería ...............................................................19 1.8 La inserción laboral del bioingeniero .....................................................21 1.9 Instrumentación médica generalizada..................................................23 1.10 Conclusiones .............................................................................................24 1.11 Preguntas de repaso ................................................................................25 1.12 Referencias ................................................................................................26

CAPÍTULO 2Instrumentación biomédica ...............................................................................29 2.1 Resumen prelimina ....................................................................................31 2.2 Introducción ...............................................................................................31 2.3 Instrumentación médica ...........................................................................31 2.4 Estructura general de un sistema de instrumentación biomédica ........32 2.5 Características de la instrumentación biomédica ..................................34 2.6 Modos de funcionamiento alternativo de la instrumentación biomédica ..................................................................... 35 2.7 Restricciones de las mediciones en los equipos utilizados en la instrumentación médica ................................................................36 2.8 Criterios de diseño de los equipos utilizados para la instrumentación médica ......................................................................38 2.9 Característicasyespecificacionesgeneralesdelosequipos utilizados en la instrumentación médica ...............................................39 2.10 Conclusiones .............................................................................................41 2.11 Preguntas de repaso ................................................................................42 2.12 Referencias ................................................................................................44

X

CAPÍTULO 3Los electrodos ............................................................................................................. 45 3.1 Resumen preliminar ........................................................................................ 47

3.2 Introducción .................................................................................................... 473.3 Electrodos ........................................................................................................ 483.4 Interfaz electrodo-electrolito ........................................................................ 493.5 Electrodos polarizables y los no polarizables .............................................. 533.6 Sistema electrodo-piel ................................................................................... 543.7 Diferentes tipos de electrodos ...................................................................... 553.8 Electrodos para la piel: ECG, EEG y EMG ................................................... 563.9 Electrodos internos, micro-electrodos y electro-estimulación ................ 60

3.10 Características del gel para un electrodo ................................................. 623.11 Conclusiones ................................................................................................... 65

3.12 Preguntas de repaso ...................................................................................... 66 3.13 Referencias ...................................................................................................... 68

CAPÍTULO 4Los biopotenciales eléctricos ................................................................................... 69 4.1 Resumen preliminar ........................................................................................ 71

4.2 Introducción .................................................................................................... 714.3 Biopotenciales eléctricos .............................................................................. 724.4 Principiosfisiológicosdelosbiopotencialeseléctricos ............................. 734.5 Potenciales de membrana, de reposo y de acción ................................ 754.6 Tejido excitable: células nerviosas y musculares ....................................... 814.7 Propagación de las señales eléctricas ....................................................... 834.8 Conducción volumétrica .............................................................................. 844.9 Generadores de biopotenciales: sensado, excitación y sistemas

autónomos ...................................................................................................... 924.10 Conclusiones ................................................................................................... 934.11 Preguntas de repaso ...................................................................................... 944.12 Referencias ...................................................................................................... 95

CAPÍTULO 5Elsistemacardiovascular:suelectrofisiologíaysuinstrumentación................101 5.1 Resumen preliminar .....................................................................................103 5.2 Introducción ..................................................................................................103 5.3 La anatomía del corazón...........................................................................105

5.3.1 El corazón derecho .............................................................................106 5.3.2 El corazón izquierdo ............................................................................107 5.3.3 La estructura del miocardio ..............................................................108 5.3.4 La estructura de las aurículas ............................................................109 5.3.5 La estructura de los ventrículos .........................................................109

5.4 El corazón como una bomba ....................................................................110 5.5 Lospotencialesenlasuperficiedelcuerpo ...........................................112 5.6 El electrocardiograma y sus interpretaciones .........................................112

BioingenieríA - Terán Pérez

XI

5.6.1 La instrumentación: el electrocardiógrafo (tipos y características operativas) .........................................................................115

5.7 Lafibrilaciónventricular(FV) .......................................................................118 5.7.1 Lainstrumentación:eldesfibriladorylacardioversión .................120

5.8 Los marcapasos ...........................................................................................126 5.9 Conclusiones .................................................................................................128 5.10 Preguntas de repaso ....................................................................................129 5.11 Referencias ....................................................................................................131

CAPÍTULO 6El sistema cardiovascular: su biomecánica y su presión ...................................133

6.1 Resumen preliminar ................................................................................135 6.2 Introducción ............................................................................................135 6.3 El sistema cardiovascular como sistema hidráulico ...........................136 6.4 La onda de presión: generación, propagación y forma de onda ..143 6.5 Medición directa de la presión sanguínea con catéter ....................145 6.6 Mediciones indirectas: el tensiómetro y el ultrasonido.......................146 6.7 Auscultación y fonocardiografía ..........................................................149 6.8 Medición del caudal y del volumen de sangre ..................................153 6.9 Conclusiones ...........................................................................................156 6.10 Preguntas de repaso ..............................................................................158 6.11 Referencias ..............................................................................................159

CAPÍTULO 7Elsistemanervioso:sufisiologíaysuinstrumentación ...................................163 7.1 Resumen preliminar ................................................................................165 7.2 Introducción ............................................................................................165 7.3 El sistema nervioso central .....................................................................166 7.4 La célula nerviosa (neurona): distintos tipos de células nerviosas ............... 169 7.5 Laanatomíaylafisiologíadelcerebro ................................................177 7.6 Las bio-potencialidades del cerebro ...................................................191 7.7 El electroencefalograma (EEG) y su interpretación ...........................194

7.7.1 Las diferentes ondas que tiene un encefalograma (EEG) .......198 7.8 Los potenciales evocados .....................................................................205 7.9 La magnetoencefalografía ...................................................................211 7.10 La estimulación cerebral a través de un electrochoque ..................213 7.11 Conclusiones ...........................................................................................214 7.12 Preguntas de repaso ..............................................................................216 7.13 Referencias ..............................................................................................217

CAPÍTULO 8Elsistemarespiratorio:sufisiologíaysuinstrumentación ..............................221

8.1 Resumen preliminar ................................................................................223 8.2 Introducción ............................................................................................223

Bioingeniería - Terán Pérez

XII

8.3 Anatomíayfisiologíadelsistemarespiratorio .....................................226 8.4 Intercambio de gases en el sistema respiratorio.................................237 8.5 Modelo del sistema respiratorio ............................................................242 8.6 Medición de la presión en el sistema respiratorio ...............................244 8.7 Medicióndelflujo/caudaldegasenlabocayenlanariz ..............248 8.8 Rinomanometría ......................................................................................253 8.9 Medición de volumen (pletismografía) ................................................254 8.10 Medición de concentración de gases en la respiración ..................256 8.11 Medición de gases en la sangre ...........................................................258 8.12 Conclusiones ...........................................................................................259 8.13 Preguntas de repaso ..............................................................................261 8.14 Referencias ..............................................................................................263

CAPÍTULO 9El sistema renal: hemodiálisis ............................................................................265

9.1 Resumen preliminar ................................................................................267 9.2 Introducción ............................................................................................267 9.3 Funcionesyfisiologíadelriñón ..............................................................268 9.4 Hemodiálisis: diagrama de bloques .....................................................272 9.5 Descripción del sistema básico de hemodiálisis .................................277 9.6 Parámetros de control en la hemodiálisis ............................................278 9.7 Sistemas de control de temperatura y de presión negativa.............280 9.8 Ultrafiltración ............................................................................................281 9.9 Sistemas de seguridad: detección de hemoglobina y de aire ..............282 9.10 Otros sistemas de diálisis: instalación y bioseguridad .........................283 9.11 Ósmosis inversa y normas .......................................................................286 9.12 Conclusiones ...........................................................................................290 9.13 Preguntas de repaso ..............................................................................290 9.14 Referencias ..............................................................................................292

CAPÍTULO 10Cirugía .................................................................................................................299 10.1 Resumen preliminar ..............................................................................301 10.2 Introducción ..........................................................................................301 10.3 Conceptos básicos sobre cirugía .......................................................303 10.4 Principios físicos de la electrocirugía ..................................................304 10.5 El electro-bisturí: diagrama de bloques, circuitos típicos,

seguridad y normas ..............................................................................312 10.6 Servo-cunas ...........................................................................................314 10.7 Oximetría en cirugía .............................................................................316 10.8 Robotsquirúrgicos:elcasodelrobotDaVinci .................................319 10.9 Conclusiones .........................................................................................324 10.10 Preguntas de repaso ............................................................................326 10.11 Referencias ............................................................................................327


XIII

CAPÍTULO 11La neonatología.................................................................................................331 11.1 Resumen preliminar ..............................................................................333

11.2 Introducción ..........................................................................................33511.3 Conceptos básicos de neonatología ................................................33511.4 El ambiente controlado en la neonatología ....................................33511.5 Parámetros de control en la neonatología .......................................34511.6 Incubadoras: diagramas de bloques, circuitos típicos,

seguridad y normas ..............................................................................35211.7 Servocunas en neonatología ..............................................................35611.8 Oximetría en neonatología .................................................................35711.9 Conclusiones .........................................................................................361

11.10 Preguntas de repaso ............................................................................36211.11 Referencias ............................................................................................363

CAPÍTULO 12Seguridad eléctrica y normalización en medicina .......................................367 12.1 Resumen preliminar ..............................................................................369

12.2 Introducción ..........................................................................................36912.3 Efectos biológicos de la corriente eléctrica

en el cuerpo humano ..........................................................................37212.4 Modelo físico del riesgo de choque (shock) eléctrico ....................37512.5 Seguridad en las instalaciones eléctricas hospitalarias:

puesta a tierra, protecciones, y alimentación de emergencia ............. 37612.6 Microchoque y macrochoque eléctrico

(microshock y macroshock) y equipotencialidad ...........................38512.7 Interferencias de los campos electromagnéticos ............................38612.8 NormasJIST-1022,VDE-107,NFPA-99,IRAM-4220eIEC-601 ............38712.9 Conclusiones .........................................................................................411

12.10 Preguntas de repaso ............................................................................41212.11 Referencias ............................................................................................413

Índice analítico ..................................................................................................417


IntroducciónDebe recordarse que en la segunda mitad del siglo XVIII y al inicio del XIX se vivió una profunda revolución tecnológica a partir de la invención de la máquina de vapor. Hecho que transformó favorablemente la manera de vivir de las personas de la época (y que sigue teniendo un desempeño favorable hasta el día de hoy); transformó las ciudades, las relaciones económicas, la política y, en general, a toda la sociedad en su conjunto. Dicha Revolución Industrial fue seguida por un relativamente largo perio-do (de alrededor de 100 años) en el que los cambios iniciados en los siglos anteriores continuaron desarrollándose, perfeccionándose y permeando cada aspecto de la vida de las personas hasta hoy. En el primer tercio del siglo XX, fueron los transportes (aéreos, terrestres y marítimos) los que tuvieron un elevado nivel de desarrollo. De nuevo, esta revolución modificó profundamente la configuración de las ciudades.

En la segunda mitad del siglo XX, fue el turno de las Tecnologías de la Infor-mación y de las Comunicaciones (TIC), las cuales tuvieron un gran auge. La inven-ción del transistor y su posterior aplicación a la electrónica, junto con los avances tecnológicos en las telecomunicaciones, han transformado al mundo desde sus raíces. Posteriormente, la conectividad ofrecida por Internet ha cambiado la forma en que se accede a la información y se relacionan las personas y las organizaciones, cambiando incluso el concepto de “vida privada”. Aún la sociedad del siglo XXI y postrimerías del XXI se encuentra en este proceso de transformación, y sus consecuencias sociales aún están por determinarse, aunque algunas de ellas comienzan a ser reales.

En esta secuencia de profundas transformaciones sociales provocadas por dichos avances tecnológicos, se detecta un patrón constante: “Cada vez los cambios se produ-cen con mayor frecuencia, más rápidamente, y su expansión a todos los aspectos de la sociedad ocurren en un menor espacio de tiempo” (C. O. S. Sorzano, Panorama de Investigación en Ingeniería Biomédica 2015, pág.ix.). En el párrafo anterior, se acaba de clarificar que la Sociedad Mundial se encuentra en la fase de desarrollo de la Re-volución de las Tecnologías de la Información y de las Comunicaciones (TIC), ahora mismo, la población se halla inmersa en la fase de la Revolución de las Ciencias de la Vida. Estos cambios se han producido por los avances científicos en los ámbitos de la biología molecular, la biología celular, y sus aplicaciones a los procesos productivos, la biotecnología, y a las ciencias de la salud, la medicina, y la bioingeniería.

Estos avances científicos serían imposibles sin las mejoras de/en la instrumen-tación de laboratorio y de diagnóstico, producidas por la miniaturización de los dispositivos y de la contribución de la electrónica, los sistemas de control y el análi-sis computarizado de los datos. Todos estos cambios tecnológicos, realmente tienen implicaciones y retos en todos los ámbitos de la existencia humana, desde un cambio en el perfil demográfico, su alimentación, la salud, el impacto medioambiental de la civilización, cómo se configurará la sociedad, los cambios de modelos económicos y políticos, etcétera. En este contexto, es que los ingenieros biomédicos juegan un rol fundamental como creadores de la tecnología que hace posible esta transformación.

La ingeniería biomédica se configura como una realidad (no del/en el futuro), sino del presente, con un excelente trabajo en la frontera del conocimiento y en la interfaz de varias disciplinas en el que, además, se tiene la sensación de estar contri-buyendo de forma positiva a la calidad de vida de la especie humana y del planeta.


XVI

Las perspectivas laborales, aunque aún desconocidas de forma masiva, son clara-mente crecientes, incluso en periodos de crisis como los vividos en los últimos años, como así lo acreditan los diferentes informes económicos de diferentes agencias inter-nacionales como la UNESCO, la FAO, el Banco Mundial y la OCDE, entre muchas otras organizaciones. Quizá por todos estos motivos, la ingeniería biomédica es una de las titulaciones más demandadas en la actualidad por los jóvenes estudiantes de las universidades en el mundo.

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Refl exione y responda las siguientes preguntas:

¿Qué es la biotecnología? ¿Qué es la biotecnología?¿Qué es la bioingeniería? ¿Qué es la bioingeniería?Establezca cuáles son las diferencias entre biotecnología y bioingeniería. Establezca cuáles son las diferencias entre biotecnología y bioingeniería.Establezca cuáles son las coincidencias entre biotecnología y bioingeniería. Establezca cuáles son las coincidencias entre biotecnología y bioingeniería.¿Cuál es la importancia de la bioingeniería como campo de estudio de la ingeniería?¿Cuál es la relación entre la medicina y la ingeniería? ¿Cuál es la relación entre la medicina y la ingeniería?¿Cómo se relaciona la bioingeniería con la medicina? ¿Cómo se relaciona la bioingeniería con la medicina?¿Cuáles son las áreas de aplicación de la bioingeniería?

“La verdad os hará libres,la mentira os hará creyentes.”

Pepe Rodríguez

Introducción a la bioingeniería

Contenido1.1 Resumen preliminar1.2 Introducción1.3 Conceptos de biotecnología1.4 Conceptos de bioingeniería

1.4.1 Ingeniería clínica y hospitalaria1.5 La bioingeniería en el mundo1.6 La estructura del conocimiento en bioingeniería1.7 La educación en bioingeniería1.8 Inserción laboral del bioingeniero1.9 Instrumentación médica generalizada 1.10 Conclusiones 1.11 Preguntas de repaso 1.12 Referencias

CAPÍTULO

1

2 Capítulo 1 introduCCión a la bioingeniería

Después de estudiar este capítulo, el lector será capaz de:

Conocer qué es la biotecnología.Conocer qué es la bioingeniería.Establecer las diferentes áreas que conforman la bioingeniería.Establecer las especialidades que conforman la bioingeniería.Determinar la relación entre medicina e ingeniería.Determinar la relación entre medicina y bioingeniería.Conocer las aplicaciones de la bioingeniería.

Palabras clave: Biotecnología, Bioingeniería, Medicina, Ingeniería.

Para cumplir con estos objetivos el siguiente diagrama de flujo presenta la forma de acceder a los contenidos:

Introducción a la bioingeniería

Concepto de biotecnología

Concepto de bioingeniería

Instrumentación médica generalizada

La inserción laboral

La educación en bioingeniería

La estructura del conocimiento en bioingeniería

La bioingeniería en el mundo

Ingeniería clínica y hospitalaria


1.3 ConCepto de bioteCnología 3

1.1 Resumen preliminar

La ingeniería biotecnológica, llamada ingeniería biológica o bioingeniería (incluyendo a la ingeniería de sistemas biológicos), es una disciplina que aplica conceptos y métodos físico-matemáticos para resolver problemas de las ciencias de la vida, utilizando las metodologías analíticas y sintéticas de la ingeniería. En este contexto, mientras que la ingeniería tradicional emplea ciencias físicas y matemáticas para analizar, diseñar y fabricar herramientas inanimadas, estructuras y procesos; la bioingeniería utiliza las mismas ciencias para estudiar numerosos aspectos de los organismos vivos.

Por lo general, es utilizada para analizar y resolver problemas relacionados con la salud de los seres humanos, los animales y los sistemas biológicos útiles en la produc-ción alimentaria y la farmacéutica. Es la rama de la ingeniería que se ocupa de la apli-cación tecnológica de los sistemas biológicos y de los organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o de procesos para un uso específico. Para ello, la ingeniería biotecnológica hace uso de las ciencias naturales (como la química y la física), las matemáticas y otras disciplinas especializadas, resultado de la combinación de éstas (por ejemplo la bioquímica, la bioingeniería y la biotecnología).

1.2 Introducción

La palabra “bioingeniería” fue acuñada por el científico y locutor inglés Heinz Wolff en 1954. El término “bioingeniería” es también utilizado para describir el uso de la vegetación en la ingeniería civil de la construcción. “Bioingeniería” puede también aplicarse a las modificaciones ambientales como la protección de la superficie del suelo, estabilización de laderas, curso de agua, protección de costas, rompe vientos, barreras de vegetación (incluyendo barreras acústicas y pantallas visuales) y la mejo-ra ecológica de un área. El primer programa para ser ingeniero biológico fue creado en la Universidad de Mississippi en 1967, convirtiéndose en el primer plan de estudios de Ingeniería Biológica en Estados Unidos. Otros programas han sido lanzados reciente-mente en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y la Universidad de Utah.

Los ingenieros biológicos o bioingenieros son ingenieros que usan los principios de la biología y de las herramientas de la ingeniería para crear productos útiles, tangi-bles y económicamente viables. La ingeniería biológica cuenta con el conocimiento y la experiencia de una serie de ciencias puras y aplicadas, tales como la masa y la transferencia de calor, la cinética, los biocatalizadores, la biomecánica, la bioinfor-mática, la separación y la purificación del proceso, el diseño biorreactor, la ciencia de superficie, los mecanismo de fluidos, la termodinámica y la ciencia de los polímeros. Se utiliza en el diseño de dispositivos médicos, en los equipos de diagnóstico, en los materiales biocompatibles, en la bioenergía renovable, en la ingeniería ecológica, y en muchas otras áreas que mejoran la calidad de vida de las sociedades.

1.3 Concepto de biotecnología

La biotecnología tiene sus fundamentos en la tecnología que estudia y aprovecha los mecanismos y las interacciones biológicas de los seres vivos (en especial los unicelulares)



mediante un amplio campo multidisciplinario. La biología y la microbiología son las ciencias básicas de la biotecnología, ya que son las que aportan las herramientas fun-damentales para la comprensión de la mecánica microbiana en primera instancia. La biotecnología se usa ampliamente en la agricultura, la farmacopea, la ciencia de los alimentos, el medio ambiente y la medicina.

La biotecnología se desarrolló desde un enfoque multidisciplinario, involucrando varias ciencias como biología, bioquímica, genética, virología, agronomía, ecología, ingeniería, física, química, medicina y veterinaria, entre muchas otras (ver la figura 1.1). Tiene gran repercusión en la farmacia; la medicina; la ciencia de los alimentos; el tratamiento de residuos sólidos, líquidos, gaseosos; y la agricultura. La Organización para la Cooperación y Desarrollo Económico (OCDE, 2010) define la biotecnología como: “La aplicación de principios de la ciencia y la ingeniería para tratamientos de materiales orgánicos e inorgánicos por sistemas biológicos, para producir bienes y servicios.”

Probablemente, el primero que usó este término fue el ingeniero húngaro Károly Ereki, en 1919, cuando lo introdujo en su libro Biotecnología en la producción cárnica y láctea de una gran explotación agropecuaria (Fári y Kralovánszky, 2006).

RNA(estructura de cadena sencilla)

El RNA esmonocatenario

A

AA

A

CC

CG

G G

G

U

U

U

U

U

O=P=O-

O=P=O-

O=P=O-

O

O

O

O

O

O

O

O

O

H

HH H

H

HHH

H

HO

HO

HO

HHH

CH2

CH2

CH2

base1

base2

base3

5’end

3’end

Figura 1.1 Estructura del ARN de transferencia

Según lo establece el Convenio sobre la Diversidad Biológica, de 1992, la biotecnología se define como: “Toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados, para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos” (Secretaría del Convenio sobre la Diversidad Biológica, Río de Janeiro, 1992).

Por otro lado, el Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología del Convenio sobre la Diversidad Biológica define la biotecnología moderna como la apli-cación de: “Técnicas in vitro de ácido nucleico, incluidos el ácido desoxirribonucleico (ADN) recombinante, y la inyección directa de ácido nucleico en células u orgánulos. La fusión de células más allá de la familia taxonómica, que supere las barreras fisiológicas naturales de la reproducción o de la recombinación, y que no sean técnicas utilizadas en la reproducción y selección tradicionales” (Secretaría del Convenio sobre la Diversidad Biológica, Montreal, 2000).


1.3 ConCepto de bioteCnología 5

La biotecnología tiene aplicaciones en importantes áreas industriales, como en la atención de la salud, con el desarrollo de nuevos enfoques para el tratamiento de las enfermedades; la agricultura, con el desarrollo de cultivos y alimentos mejorados; en usos no alimentarios de los cultivos, como por ejemplo plásticos biodegradables, aceites vegetales y biocombustibles; y en el cuidado medioambiental a través de la biorremediación, como el reciclaje, el tratamiento de residuos y la limpieza de sitios contaminados por actividades industriales; y en el uso específico de plantas, donde la biotecnología se le llama biotecnología vegetal. Además, se aplica en la genética para modificar ciertos organismos.

Las aplicaciones de la biotecnología son numerosas y suelen clasificarse en:

• Biotecnología roja: se aplica a la utilización de biotecnología en los proce-sos médicos. Algunos ejemplos son la obtención de organismos para producirantibióticos, el desarrollo de vacunas más seguras y nuevos fármacos, los diag-nósticos moleculares, las terapias regenerativas y el desarrollo de la ingenieríagenética para curar enfermedades a través de la manipulación génica.

• Biotecnología blanca: también conocida como biotecnología industrial, esaquélla aplicada a procesos industriales. Por ejemplo, la obtención de microor-ganismos para generar un producto químico o el uso de enzimas como catali-zadores o inhibidores enzimáticos industriales, ya sea para producir productosquímicos valiosos o para destruir contaminantes químicos peligrosos (tal comocuando se utilizan oxidorreductasas) (Xu, 2005). También se aplica a los usosde la biotecnología en la industria textil; en la creación de nuevos materiales,como plásticos biodegradables; y en la producción de biocombustibles. Suprincipal objetivo es la creación de productos fácilmente degradables, queconsuman menos energía y que generen menos desechos durante su producción(Frazzetto, 2003). La biotecnología blanca tiende a consumir menos recursosque los procesos tradicionales utilizados para producir bienes industriales.

• Biotecnología verde: es la biotecnología aplicada a procesos agrícolas. Un ejemplo de ello es la obtención de plantas transgénicas capaces de crecer en condicio-nes ambientales desfavorables, o de plantas resistentes a plagas y enfermedades.Se espera que la biotecnología verde produzca soluciones más amigables con elmedio ambiente que los métodos tradicionales de la agricultura industrial. Unejemplo de esto es la ingeniería genética en plantas para expresar plaguicidas,con lo que se elimina la necesidad de la aplicación externa de los mismos, comoes el caso del maíz Bt. La biotecnología se ha convertido en una herramienta endiversas estrategias ecológicas para mantener o aumentar sustancialmente re-cursos naturales como los bosques. En este sentido, los estudios realizados conhongos de carácter micorrízico permiten implementar en el campo plántulas deespecies forestales con micorriza, las cuales presentan una mayor resistencia yadaptabilidad que aquellas plántulas que no lo tienen.

• Biotecnología azul: también llamada biotecnología marina, es un término uti-lizado para describir las aplicaciones de la biotecnología en ambientes marinos yacuáticos. Aún está en una fase temprana de desarrollo, empero, sus aplicacio-nes son prometedoras para la acuicultura, los cuidados sanitarios, la cosméticay la producción de productos alimentarios (Comisión Europea, 2006).



1.4 Concepto de bioingeniería

En general, los ingenieros biológicos intentan imitar los sistemas biológicos para crear productos o modificar y controlar los sistemas biológicos de manera que ellos puedan sustituir, aumentar o sostener los procesos químicos y mecánicos. Los bioingenieros pueden aplicar sus experiencias para otras aplicaciones de ingeniería y tecnología, in-cluyendo la modificación genética de las plantas y los microorganismos, la ingeniería de bioprocesos y la biocatálisis.

Debido a otras disciplinas, la ingeniería también se ocupa de los organismos vivos (por ejemplo, en el desarrollo de prótesis en la ingeniería mecánica); sin embargo, la ingeniería biológica puede ser más amplia al incluir la ingeniería agrícola y la biotec-nología. De hecho, muchos viejos departamentos de ingeniería agrícola, en diferentes universidades alrededor del mundo, la han renombrado como ingeniería biológica o agrícola e ingeniería de biosistemas. La ingeniería biológica también se conoce como bioingeniería en algunos colegios y a la ingeniería biomédica se le conoce como bioinge-niería por otros, siendo un campo en rápido desarrollo con la categorización de líquidos (NIH, 2005).

Existe un acuerdo en el que se establece que la bioingeniería estudiará y bus-cará la aplicación de principios y métodos de las ciencias exactas, en general; y de la ingeniería en la solución de problemas de las ciencias biológicas y médicas en lo particular. El Comité de Educación de The Group of Engineering in Medicin and Biology of The Electrical and Electronics Engineers (GEMB/IEEE, 1977) dividió la bioingeniería en tres grandes áreas que, respectivamente, cubren satisfactoria y am-pliamente las necesidades y requerimientos que las ciencias biológicas demandan a la ingeniería; dichas áreas o categorías son las siguientes:

• Bioingeniería o ingeniería biológica: considerada como la más generaly básica. Se refiere a la biología como un todo. Trata de descubrir nuevosfenómenos en los procesos biológicos e intenta clarificar otros ya totalmenteconocidos. En ésta, la medicina es parte de la biología.

• Ingeniería biomédica o ingeniería médica: contenida en la anterior, peroorientada hacia el hombre. Es más pragmática con la intención de controlar lasenfermedades, pero aún con una gran dosis de curiosidad científica, la cual lalleva a investigar problemas básicos y aplicados.

• Ingeniería clínica: es la más joven de estas tres divisiones; está contenidaen la anterior y se enfoca en los problemas asistenciales de salud, de los hos-pitales y de los servicios de emergencia, además de que encuentra trabajandojunto a la medicina con su misma jerarquía e integrada a ella. Muestra unapersonalidad muy bien definida, ya que cuenta con sus propias publicacionese investigaciones.

Por otro lado, es muy importante en este momento recordar los objetivos de la ingeniería y de la medicina:

• La ingeniería trata de mejorar, mantener y restablecer el bienestar humano,aplicando los conocimientos de las ciencias exactas.


1.4 ConCepto de bioingeniería 7

• La medicina trata de mejorar, mantener y restablecer la salud humana (quees el primer bienestar humano), aplicando los conocimientos de las cienciasbiológicas.

Como puede observarse en ambos casos se trata de mejorar, mantener y restable-cer el bienestar humano. Existe, entonces, un gran paralelismo entre ambas profesio-nes; por lo que son complementarias entre sí.

En conclusión, la ingeniería biológica, o bioingeniería, es una rama de la ingenie-ría que se centra en la biotecnología y en las ciencias biológicas. Incluye, como ya se estableció, diferentes disciplinas, como la ingeniería bioquímica, la ingeniería biomé-dica, la ingeniería de procesos biológicos, la ingeniería de biosistemas, la ingeniería bioinformática, etcétera. Se trata de un enfoque integrado de los fundamentos de las ciencias biológicas y los principios tradicionales de las ingenierías clásicas, como la química o la informática (Mompin, et. al., 1988).

Los bioingenieros con frecuencia trabajan con procesos biológicos de laboratorio a escalas de producción industrial. Por otra parte, a menudo, atienden problemas de gestión, económicos y jurídicos; esto debido a que las patentes y los sistemas de regulación (por ejemplo, la FDA en los Estados Unidos de América) son cuestiones de vital importancia para las empresas de biotecnología; por ello, los bioingenieros, a menudo, deben tener conocimientos relacionados con estos temas.

Por otro lado, existe un creciente número de empresas de biotecnología, y muchas universidades de todo el mundo proporcionan programas en bioingeniería y de biotec-nología de forma independiente; entre ellas destacan las de la especialidad de ingenie-ría bioinformática. Este es un campo interdisciplinario que se ocupa de los problemas biológicos usando técnicas computacionales propias de la ingeniería informática. Esa interdisciplinariedad hace que sea posible la rápida organización y el análisis de los datos biológicos.

Este campo también puede ser denominado biología computacional y puede defi-nirse como: “La conceptualización de la biología en término de moléculas y, a continua-ción, la aplicación de técnicas informáticas para comprender y organizar la información asociada a estas moléculas, a gran escala” (Gerstein, 2007). La bioinformática desem-peña un papel clave en diversas áreas, tales como la genómica funcional, la genómica estructural y la proteómica, y forma un componente clave en el sector de la biotecno-logía y la farmacéutica.

1.4.1 Ingeniería clínica y hospitalaria

Un profesional de la ingeniería clínica (es decir, un ingeniero clínico) es aquél que apoya y promueve el cuidado del paciente mediante la aplicación de la ingeniería y los conocimientos de gestión a la tecnología sanitaria (Mompín, et. al., 1988).

En España y en gran parte de América Latina (incluyendo por supuesto a Méxi-co) esta especialidad se conoce con el nombre de electromedicina, aunque las funcio-nes y atribuciones de los profesionales de esta área pueden variar de un país a otro. Es una especialidad dentro de la ingeniería biomédica, a cargo principalmente de la aplicación de la tecnología médica para optimizar la prestación de asistencia sanita-ria. Las funciones de los ingenieros clínicos, incluyen la capacitación y la supervisión de técnicos de electromedicina, trabajar con las autoridades sanitarias y entidades



de certificación en el hospital (inspecciones y auditorías) y servir como consultores tecnológicos para el personal del hospital (es decir, médicos, administradores, infor-máticos y Tecnologías de la Información, etcétera).

Los ingenieros clínicos también asesoran a los fabricantes de PSANI (Productos Sanitarios Activos No Implantables) y de otros productos sanitarios en cuanto a me-joras de diseño, basándose en experiencias clínicas, así como vigilando la progresión del estado de la técnica, con el fin de reorientar las modalidades de contratación y compra de tecnologías sanitarias del hospital.

En los Estados Unidos de América se estableció, desde el año 1990, la acreditación de estos profesionales con The Clinical Engineering Certification (CCE, por sus siglas en inglés; en español: “Certificación en Ingeniería Clínica”), por parte del Colegio Estadounidense de Ingeniería Clínica (ACCE), (Dyro, 2004). De igual manera, en los Estados Unidos de América, otra organización importante en el ámbito de la ingenie-ría clínica es The ECRI Institute, ésta es una agencia de investigaciones en el sector de la salud independiente y sin fines de lucro. Su enfoque está dirigido a la tecnolo- gía del cuidado de la salud y a la gerencia de riesgos, de calidad y del medio ambiente en el cuidado de la salud. Así mismo, The ECRI Institute ofrece servicios relacionados con cada fase del planeamiento, adquisición y administración de la tecnología médica (Webster, 2006). En España, en colaboración con un grupo de expertos de la Sociedad Española de Electromedicina e Ingeniería Clínica, el Ministerio de Trabajo está elabo-rando un programa de acreditación de estos profesionales (Yadin, 2003).

Los procesos de mejora en las organizaciones del sector salud han atendido prin-cipalmente los aspectos clínicos y administrativos, sin tener en cuenta el impacto que la tecnología está teniendo en forma creciente en la calidad y la seguridad de la aten-ción. No obstante esta realidad, es claro que cada día la tecnología juega un papel más predominante en la prestación de servicios de salud y que se requiere desarrollar la capacidad nacional e institucional para asegurar su uso apropiado y costo efectivo.

Si se entiende a la tecnología, no sólo como los equipos, dispositivos médicos y quirúrgicos, sino, igualmente, como los sistemas organizacionales, los procesos, los sistemas de información y las decisiones que de ello se deriven, entonces, resulta evi-dente que para mejorar la gestión en salud se requiere del conocimiento especializado para la gestión de la ingeniería clínica y la tecnología en salud. Bajo esta perspectiva, la ingeniería clínica aplica tanto los conocimientos científicos propios de la ingeniería como la gestión de tecnología en salud en el campo médico-asistencial, a fin de ase-gurar que la relación costo/efectividad, la seguridad y la tecnología disponible, sean consistentes con la calidad que demanda el cuidado de los pacientes y los recursos disponibles en la sociedad (Webster, 2006).

El presente apartado constituye una respuesta a la necesidad de difundir y pro-mover el conocimiento de los temas esenciales en la gestión de tecnologías, a fin de asegurar el desarrollo y la sostenibilidad de las organizaciones de salud; así como, brindar atenciones a la ciudadanía en forma efectiva, segura y sostenible mejorando simultáneamente el acceso equitativo y justo a los servicios de salud, contribuyendo a una aplicación exitosa de la política de descentralización y modernización del Es-tado y protegiendo la cuantiosa inversión y patrimonio de la infraestructura física y tecnológica de los servicios de salud.

El manejo de un hospital es un asunto complejo. Basta considerar los diversos métodos y especialidades médicas, la organización del personal médico-asistencial re-


1.4 ConCepto de bioingeniería 9

querido, el manejo de los pacientes, las historias clínicas, el manejo de información, los insumos y los medicamentos, la logística, la administración, la cultura y un sinnúme-ro de otros factores que permiten brindar el servicio de salud. La calidad de cada uno de estos componentes influye en la calidad final del servicio de salud. Para atender la complejidad de los servicios de salud, se aplican conceptos, métodos y estrategias muchas veces provenientes de la ingeniería. En el ámbito local, incorporarlos requiere no sólo conocer las experiencias logradas internacionalmente, sino mejorarlas adap-tándolas a la realidad de cada país en particular.

En los siglos XX y XXI, la innovación de tecnología ha progresado con tal rapi-dez que ha cambiado cada una de las facetas de la vida. E sto es articularmente cierto en el campo de la medicina y del servicio de salud. Si bien la medicina tiene una larga historia, la evolución de los sistemas para el cuidado de la salud es un fenómeno moderno. Así, un producto particular de este proceso en evolución ha sido el esta-blecimiento de los hospitales modernos y de los centros tecnológicamente complejos (Villafañe, 2008).

Hasta antes del año 1900 la medicina tenía poco qué ofrecer al ciudadano prome-dio, debido a que sus recursos consistían principalmente de un médico, su formación profesional y su “pequeño maletín negro”.

La demanda de los servicios médicos era reducida, y muchos de estos servicios competían con los brindados por experimentados “aficionados” dentro de la comunidad.

El hogar o habitación familiar eran el lugar típico para el diagnóstico, tratamien-to y recuperación, y los familiares y vecinos constituían un hábil y dispuesto equipo de enfermería. Los cambios ocurridos dentro de las ciencias médicas se originaron con el rápido desarrollo de las ciencias aplicadas (como la química, la gestión, la física, la fisiología, la ingeniería, la microbiología, etcétera) desde los primeros años del siglo XX y que continúa en las postrimerías del siglo XXI. Este proceso de desarrollo fue caracterizado por una intensa y fértil relación interdisciplinaria, que permitió a la in-vestigación médica dar grandes saltos en el desarrollo de técnicas para el tratamiento y diagnóstico de las enfermedades. Por ejemplo, en 1903, Willem Einthoven, fisiólogo alemán, fue el primero en registrar la actividad eléctrica del corazón a través del electrocardiograma. Así, aplicando las ciencias físicas al análisis de los procesos bioló-gicos, Einthoven inició una nueva era en la medicina cardiovascular y en las técnicas de medición bioeléctrica (Johnson and Phillips, 1995).

Una de las innovaciones más significativas para la medicina clínica fue el desa-rrollo de los Rayos X, descubiertos por W. K. Roentgen, en 1895, quien los describió como una nueva clase de rayos que permite mostrar “el interior del hombre” para la inspección médica. Esta nueva tecnología se instaló en muchos hospitales urbanos y motivó la creación de departamentos de radiología. En 1930, ya era posible la vi-sualización de prácticamente todos los órganos haciendo uso de los Rayos X y de los materiales radiopacos. Los hospitales dejaron de ser receptores pasivos de pacientes pobres y pasaron a ser instituciones curativas para todos los miembros de la sociedad.

Por razones económicas, la centralización de los servicios de salud fue una conse-cuencia natural debido a las importantes innovaciones tecnológicas que aparecieron en el ambiente médico. Sin embargo, los hospitales seguían siendo instituciones que inspiraban temor, debido, por ejemplo, a la alta probabilidad de una infección cruzada entre pacientes, que no fue reducida sino hasta los años treintas con la introducción de la sulfanilamida y en los años cuarentas con la penicilina. Con estas nuevas drogas,



los cirujanos consiguieron realizar operaciones con reducidas morbilidad y mortalidad a causa de posibles infecciones.

Una vez que las unidades de cirugía se establecieron en los hospitales, el empleo de la tecnología médica permitió el desarrollo de complejos procedimientos quirúrgicos. El respirador Drinker fue introducido en 1927 y el primer by-pass corazón-pulmón fue instalado en 1933. Ya en 1940 los procedimientos médicos dependían fuertemente de la tecnología médica. Después de la Segunda Guerra Mundial se aceleró el desarrollo de los dispositivos médicos. Por ejemplo:

• Los avances en la electrónica permitieron registrar el comportamiento eléctri-co del sistema nervioso, el monitoreo de funciones fisiológicas, el uso del elec-trocardiograma (ECG), del electroencefalógrafo (EEG), del electromiógrafo(EMG), etcétera.

• El desarrollo de la medicina nuclear permitió el diseño de instrumentaciónnuclear para la detección y presentación de tejidos internos, con aplicación dematerial radiactivo para el diagnóstico y el ulterior tratamiento.

• Surgió la cirugía para corrección, recambio o reemplazo de órganos a través dedispositivos protésicos.

• Se volvió intensivo el uso de computadoras en registros clínicos, el monitoreoy el control de los procesos en unidades de cuidados intensivos, el apoyo aldiagnóstico médico, entrenamiento, etcétera.

• Se utilizaron imágenes médicas obtenidas de dispositivos de ultrasonidos, to-mógrafos computarizados, resonancia magnética, entre muchos otros procedi-mientos.

A continuación se presentan algunas consideraciones previas:

• Lo descrito anteriormente sugiere una relación sincrónica entre la producciónde tecnología y su aplicación. Como país en desarrollo, en México, los proce-sos de investigación, desarrollo, prueba y producción de tecnología vienen delexterior, lo que crea una fuerte dependencia tecnológica con respecto de lospaíses altamente industrializados.

• Si la generación de tecnología se realiza fuera del país, dicha tecnología es elresultado de investigaciones vinculadas más estrechamente al país de origenque a las características propias del país que la recibe.

• Se crea una relación histórica entre la medicina y la ingeniería; esta últimacomo soporte de la primera, y es en esta interfaz que se define la ingenieríabiomédica y la ingeniería clínica. Sin embargo, debido a lo expuesto en losprimeros dos puntos, esta relación no es evidente para los países en desarrollo.

• Si la tecnología para la salud afecta el manejo y la organización de un estable-cimiento de salud, y ésta aún se encuentra en evolución, la organización y laadministración deben adaptarse apropiadamente a los nuevos requerimientosen el manejo de la tecnología.


1.5 la bioingeniería en el mundo 11

1.5 La bioingeniería en el mundoJunto al desarrollo explosivo de la bioingeniería en los países desarrollados se advierte una tendencia marcada a monopolizar este nuevo conocimiento en pocas manos. El Tercer Mundo, mientras tanto, observa impasible cómo se teje una red que, dentro de pocos años, lo privará no sólo del goce de los productos de estas nuevas tecnologías, sino, incluso, de las posibilidades reales de generar una ciencia alternativa (Cuello, 2005).

Sin lugar a dudas, los nuevos conocimientos que se están generando en el área biológica y, específicamente en lo que se ha llamado bioingeniería e ingeniería genéti-ca, abren una nueva era de grandes expectativas para la humanidad.

En el área de la salud ya se pueden reconocer avances trascendentales en la prevención, el diagnóstico y el tratamiento de las más diversas y mortales enferme-dades, lo que va a permitir vivir más y con mejor calidad de vida. Se puede prever también una posibilidad cierta de producir más y mejores alimentos, en cantidades suficientes para alimentar adecuadamente a la población de hoy y la del futuro. Se observan, además, cambios fundamentales en la producción de bienes, de productos y de servicios; mejoras en la utilización de los recursos naturales renovables y no renovables, junto a nuevas posibilidades de usos alternativos de la energía.

Manipular los genes de organismos vivos, sean animales o vegetales, es algo que hasta hace pocos años, el hombre no había imaginado como posible. Hoy ya es una realidad, sin embargo, existe el temor fundado de que estos nuevos conocimientos no beneficien a todos los hombres por igual, y que, por el contrario, ayuden a incremen-tar aún más la brecha ya existente entre los que “viven bien” y los que “viven mal”. Necesariamente, los países que dominen estas tecnologías mejorarán todavía más sus condiciones de calidad de vida, en desmedro de los que se mantengan ajenos a ellas. Es indispensable elevar una voz de alarma que induzca a desarrollar una estrategia que permita alguna cabida a los países pobres en el mundo del mañana.

En los países desarrollados, la bioingeniería ha tenido ya un gran desarrollo ex-plosivo. En la actualidad, en los Estados Unidos de América, ya existen más de 200 industrias biotecnológicas y en Japón más de 150. En los países de Europa Occiden-tal, aunque el proceso comenzó con algún retraso, son también numerosas las nuevas industrias biotecnológicas. Se estima que en los próximos 10 a 15 años los países de-sarrollados invertirán en este sector entre 80 y 100 mil millones de dólares. Se previó que en el año 2010 las ventas de productos biotecnológicos sobrepasarían los 600 mil millones de dólares, y las proyecciones para el año 2020 son de 900 mil millones de dólares (ABET, 2010).

La biotecnología nació en los laboratorios de universidades y de otras institucio-nes públicas. Allí se fueron desarrollando los conocimientos básicos en los campos de la biología molecular, la bioquímica y la genética, preparando el terreno para lo que había de venir. El interés comercial nació en el momento en que se aceptó la idea de que los productos generados por estos procesos eran patentables. Las primeras empresas eran pequeñas, fundadas por los propios investigadores que vislumbraron la tremenda potencialidad de este conocimiento. En la actualidad, las cosas han cambiado y son grandes empresas transnacionales del área agroquímica y farma-céutica las que dominan tanto el campo industrial como la investigación en el área. Es así como en la actualidad, en los Estados Unidos de América, los propietarios



de patentes biotecnológicas son mayoritariamente grandes corporaciones. De las 32 empresas que han obtenido más de cinco patentes, sólo cuatro corresponden a lo que se llama empresas medianas, el resto son grandes corporaciones. Empresas como Hoffman-La Roche™, Schering-Plough™ o Lilly™, gastan más de 100 millones de dólares anuales en investigación y desarrollo de biotecnología. Otros gigantes multi y transnacionales como Monsanto™ y Du Pont™ gastan, respectivamente, entre 200 y 400 millones de dólares anuales.

Todo parece indicar, por lo tanto, que los nuevos avances de la biotecnología van a ir en beneficio directo de las grandes empresas, y que la investigación biotecnológica seguirá siendo orientada por sus intereses, creando situaciones de mayor dependencia para los países subdesarrollados. En la actualidad, aquellas empresas biotecnoló-gicas pequeñas, dedicadas a áreas específicas, han sido mayoritariamente absorbidas por las grandes corporaciones, que de este modo han podido completar el espectro de su acción. Un ejemplo de este proceso de los últimos años es la gran empresa Lu-brizol™, que ya ha adquirido 16 pequeñas empresas y ha invertido en ellas grandes capitales como para dominar su gestión. Así, por ejemplo, ha invertido 40 millones de dólares en Genentech™, 10 millones de dólares en Sungene™ y, recientemente, ad-quirió Agrogenetic™ en 150 millones de dólares. Es notable cómo, en este momento, la investigación biotecnológica es manejada casi completamente por las grandes cor-poraciones, ya sea a través de investigaciones realizadas por ellas directamente, o por convenios con universidades o instituciones públicas de investigación.

Tanto en Europa como en los Estados Unidos de América se han firmado nume-rosos contratos de esta clase: las grandes corporaciones proporcionan los fondos y las universidades (públicas o particulares) realizan la investigación. Monsanto™ donó 30 millones de dólares a la Universidad de Washington para investigación biotecnológica. Los laboratorios alemanes Bayer realizaron igual convenio con el lnstituto Max Planck de Berlín. Hoechst™ construyó enteramente un laboratorio de investigación biotecno-lógica para el Hospital General de Massachusetts. Lubrizol™ ha firmado convenios por 25 millones de dólares con 18 universidades e instituciones públicas estadounidenses, dedicadas a la investigación biotecnológica. En casi todos los contratos, la empresa donante se reserva el primer derecho frente a potenciales descubrimientos, y nada se puede publicar mientras ella no dé su consentimiento (Garrido Cottham, 2010).

Al examinar quiénes son las grandes corporaciones que están adquiriendo esta preeminencia, puede observarse que son las mismas que ya dominaban el mercado de pesticidas, semillas y productos farmacéuticos, lo que les permite cerrar el círculo y dominar enteramente el mercado internacional. Todo ello tendrá un alto costo y generará una mayor dependencia para los países subdesarrollados. No debe extrañar, entonces, las presiones que los Estados Unidos de América han ejercido en los últi-mos tiempos en orden de exigir a los países de América Latina el pago de patentes por productos farmacéuticos. Incluso “conceden” que los fármacos en uso no paguen patentes, pero sí los nuevos que se vayan descubriendo. En los Estados Unidos de América hay, en este momento, alrededor de 2,500 patentes biotecnológicas en pro-ceso de trámite.

Pero tal vez el problema sea más serio en el sector de los alimentos y en el campo agropecuario en general. Un reciente informe del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos de América habla por sí mismo: se va a producir un cambio impor-tante en el sector agrícola, disminuyendo los pequeños predios para ser reemplazados


1.5 la bioingeniería en el mundo 13

por grandes extensiones, científicamente explotadas, por las ventajas económicas que ellas significan.

La competitividad y las exigencias del mercado serán los incentivos para el cam-bio. Es posible prever que aquellos países que no logren adaptarse al nuevo cambio tecnológico perderán las posibilidades competitivas y disminuirán las ventajas re-gionales climáticas actuales. Las diferencias en la producción de alimentos, que ya actualmente se han efectuado entre desarrollo y subdesarrollo, necesariamente se incrementarán, y disminuirán aún más las posibilidades de participar en el mercado agropecuario mundial de los países atrasados. Quienes carezcan de los medios para pagar el costo probablemente elevado de las nuevas tecnologías van a encontrarse con que su magra producción ya no tendrá cabida en el abundante abasto mundial. Más aun, los pocos países subdesarrollados que exportan alimentos a los países ricos tal vez observen que ya no les comprarán más, ya que, gracias a estas nuevas tecnologías, entrarán en cultivo nuevas tierras que antes eran inútiles e incultivables, y ya no será necesario comprar esos productos en el extranjero.

Hasta ahora, la transferencia tecnológica en el campo agropecuario había sido su-ficientemente fluida a través de la divulgación de revistas científicas por colaboración bilateral. De ahora en adelante, esta transferencia se hará muy difícil para el sistema de patentes de las grandes corporaciones, que exigirán el pago de sus costos. De hecho, es probable que en el campo agropecuario las grandes corporaciones sean a su vez propietarias de la producción agrícola y no cedan el conocimiento patentado, sino que vendan el producto final. Ya se puede prever que, al igual que en el campo industrial, las innovaciones tecnológicas serán aprovechadas por las mismas corporaciones que las han patentado.

Como lo predijo el informe del Departamento de Agricultura de los Estados Uni-dos de América, los pocos países pobres que exportan alimentos ya se están viendo seriamente afectados. El área del azúcar es un buen ejemplo. Hasta hace algunos años, numerosos países de Centro América y Filipinas basaban su economía de ex-portación en la venta de azúcar a los países desarrollados. Los avances en la tecnolo-gía del almidón-maíz han permitido obtener el llamado jarabe de fructosa (Fructose Corn Syrup), de gran poder edulcorante. El proceso enzimático que permite la obtención de este jarabe se encuentra en la actualidad perfectamente estandarizado, y ha permitido a Japón y a los Estados Unidos de América reducir notablemente la importación de azúcar. Sólo entre los años 1978 y 1985 la importación de azúcar en dicho país descendió de 4.6 a 2.5 millones de toneladas. Para evaluar mejor la importancia de este proceso, basta pensar que actualmente se transforman en alco-hol y jarabe de fructosa 20 millones de toneladas de almidón al año, para lo que se emplean 15 mil toneladas de enzima aminoglucosidasa y más de 1,500 toneladas de glucosa isomerasa.

Pero la investigación no termina allí: son muchas las sustancias edulcorantes que pueden reemplazar con grandes ventajas al azúcar. Una de ellas es el aspartamo, diép-tido formado por ácido aspártico y fenilalanina que tiene un poder edulcorante 200 veces superior al azúcar. Searle Co.™ (recientemente absorbida por Monsanto™) ase-gura tener un mercado mundial para aspartamo de más de 1,500 millones de dólares.

La industria Hoechst™ ya está produciendo el Acefulsame-K que es 130 veces más dulce que el azúcar. Los consorcios anglo-holandeses Tate & Lyle™ y Unilever™ están trabajando en la producción de Taumatina, sustancia con un poder edulcorante 5,000


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