Bioelectrónica: introducción y primeros puntos

Bienvenidos todos de nuevo.

Estoy abriendo un nuevo apartado que va a introducir a la bioelectrónica. La asignatura todavía no ha comenzado, pero mi trabajo de fin de grado va a tratar sobre la adquisición y adaptación de señales bioelectrónicas y tengo que adelantar trabajo, así que he estado estudiando por mi cuenta de un libro que me recomendaron llamado “Bioelectrónica” de JM Ferrero.

La cuestión es que voy a introducir todo lo que pueda o sepa, quizás me equivoco en algo, y luego modificaré sobre lo que ya tenía escrito.

Ahora las cosas van a ser muy teóricas, ya aviso de antemano: no querréis ver las ecuaciones que se extraen de todos los estudios. En algún momento las pondré, pero en principio solo las voy a mencionar. Comencemos de una vez.

Características de las señales bioelectrónicas

Para empezar, ya habréis deducido que las señales van a ser algo especiales. No es simple tomar la diferencia de potencial entre dos puntos que es creada por un conjunto de células haciendo un intercambio de iones con el medio, y que además se ha tenido que transmitir cierta distancia por el cuerpo. En la siguiente tabla se encuentran cuatro señales y sus características, amplitud y ancho de banda, además de la técnica que se suele usar para su captación:

tablabio

Los más usados vienen a ser los electrodos de superficie. Son placas metálicas que se ponen en contacto directo con la piel o a través de un gel conductor. También están los electrodos de aguja, que se insertan directamente en el tejido a estudiar, no tan agradables.

El problema de estas señales, como entenderéis, es que están muy contaminadas por interferencias. El cuerpo completo de un paciente es un conductor y tiende a captar todo lo que se le acerca, sobre todo el ruido de 50 Hz proveniente de la red. También interfieren otras señales bioeléctricas.

El siguiente problema es que en ocasiones no se puede usar filtros porque estos acaban deformando también la señal que queremos obtener. Para lograrlo, se diseñan nuevos circuitos específicos denominados bioamplificadores, que explicaré más adelante cuando tenga información sobre ellos.

¿Para qué sirve la bioelectrónica?

Si la introducción no os ha parecido muy alentadora, ahora vamos a ver algo bonito. Algunas de las aplicaciones de la bioelectrónica son:

  • El diagnóstico
  • La mejora de medios para el tratamiento
  • Creación de sistemas de ayuda funcional (como la sustitución de la función renal por ejemplo)
  • Creación de prótesis electrónicas
  • Y un nuevo campo que se está investigando, los biosensores, que serían capaces de registrar variables biológicas en todo el entorno.

Ahora volvamos a otro punto teórico antes de dejarlo por hoy.

Conducción eléctrica en fluidos del organismo

Hasta ahora nos hemos estado enfrentando a cálculos y aplicaciones donde los portadores de carga eran electrones. Esto simplificaba mucho las cosas porque tienen una carga fija y una velocidad casi próxima a la de la luz, lo que hace su transferencia casi instantánea. Siendo buenos ingenieros, despreciaremos lo de casi.

Ahora entramos en un campo donde los portadores de carga son iones hidratados, que tienen un peso y un volumen mucho mayores que los electrones. Además se mueven en un medio líquido que afecta a la movilidad.

Para hacerlo peor, los iones suelen ser positivos o negativos, hay una variedad importante de portadores que complica el estudio.

Por último, existen unos mecanismos de transporte activo que impulsan las partículas en sentidos contrarios al del potencial eléctrico (estos mecanismos serían como fuentes de alimentación).

Los dos mecanismos activos de transporte son:

  • La bomba de sodio: transfiere iones de dentro de la célula al medio extracelular
  • La bomba de potasio: transporta iones del medio extracelular al interior

En este medio que se presenta, las partículas tienen un movimiento caótico (aleatorio) a la vez que se transportan por difusión (un desplazamiento en dirección opuesta al gradiente de concentración, es decir, tienden a estar menos concentradas)

Por ello se define el siguiente concepto, el potencial de equilibrio: es una diferencia de potencial que cuando se aplica entre dos medios frena la difusión de un determinado ion. Se puede calcular teóricamente pero los resultados experimentales no dan lo mismo, debido a los medios de transporte activo que cambian la concentración de los iones.

Veremos la importancia de esto más adelante.

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