quimica bioinorganica. lennys
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Quimica bioinorganica.Este trabajo constituye un acercamiento a la nueva e innovadora area investigativa situada en lo que historicamente se ha conocido como la frontera entre la quimica inorganica y las ciencias biologicas.+Las aplicaciones que hoy dia tiene la quimica inorganica en el area de las ciencias biologicas estra enfocada al area de la medicina.TRANSCRIPT
QUÍMICA BIOINORGÁNICA, BIOMATERIALES.
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA EXPERIMENTAL LIBERTADOR
INSTITUTO PEDAGÓGICO LUIS BELTRÁN PRIETO FIGUEROA
SUBDIRECCIÓN DE INVESTIGACIÓN Y POSTGRADOMAESTRÍA EN EDUCACIÓN
MENCIÓN ENSEÑANZA DE LA QUÍMICA
LA QUÍMICA ORGÁNICA DE LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS.
AUTOR(AS): ANA SIBIRA. LENNYS NIEVESCURSO: TÓPICOS DE QUÍMICA
INORGÁNICA.
BARQUISIMETO, JUNIO DE 2.012.
QUÍMICA BIOINORGÁNICA
BIOINORGÁNICA
Bio. Inorgánico. Vida Carente de vida
La Química Bioinorgánica puede ser definida como la
ciencia que trata del estudio de la reactividad química
de los elementos y compuestos inorgánicos en los
sistemas biológicos.
Perez, J, 2.009
QUÍMICA BIOINORGÁNICA
• La biología se asocia tradicionalmente con la química orgánica, sin embargo al menos 20 elementos inorgánicos tienen un papel fundamental en los procesos biológicos.
• La mayoría de los elementos inorgánicos con importancia biológica se presentan en cantidades muy pequeñas en los seres vivos (trazas, microtrazas y ultramicrotrazas)
FUNCIONES BIOLÓGICAS MÁS IMPORTANTES DE LOS ELEMENTOS INORGÁNICOS.
Elemento Inorgánico Elemento Función Biológica
Sodio Transporte de cargas, balance osmótico
Potasio Transporte de cargas, balance osmótico
Magnesio Estructura, hidrolasas, isomerasas
Calcio. Estructura, transporte de cargas, inductor de procesos celulares
Vanadio Fijación de nitrógeno, oxidasas
Cromo Posible papel en la tolerancia a la glucosa
Molibdeno Fijación de nitrógeno, oxidasas, transferencia de oxígeno
Tungsteno Deshidrogenasas
Manganeso Fotosíntesis, estructura, oxidasas
Hierro Oxidasas, transporte y almacenamiento de oxígeno molecular, transferencia de electrones, fijación de nitrógeno
cobalto Oxidasas, transferencia de grupos alquilo,
Níquel Hidrogenasas, hidrolasas
cobre Oxidasas, transporte de oxigeno molecular, transferencia de electrones
Zinc Estructura, hidrolasas
Complejidad de los procesos biológicos dependientes de los iones metálicos
Bioquímica.
Fisiología y bilogía molecular.
El estudio de los elementos inorgánicos que ejercen funciones en la célula.
Elaboración de biomateriales y dispositivos para la prevención, diagnostico y tratamiento de la salud.
¿QUÉ ES UN BIOMATERIAL?
Es un material ideado para
interactuar con los sistemas
biológicos, para evaluar, tratar,
aumentar o sustituir cualquier
tejido, órgano o función del
cuerpo. Entre sus características no puede
faltar la de ser biocompatibles,
esto es, biológicamente
aceptables.
Tipos de biomateriales
Origen
Naturales
Gomas
Fibras proteicas
Metales
Sintéticos Polímeros y plásticos
Metales y Aleaciones
Polímeros
Cerámicos
Materiales Compuestos
Biomateriales duros
Biomateriales suaves
En función se su estructura se clasifican
en :
Metales y Aleaciones.
En esta categoría las aleaciones más importantes son las de: Acero inoxidable,
Cobalto-Cromo, Aluminio-zinc y las de titanio.
La aplicación principal de estas aleaciones, son
remplazar sistemas de unión como la cadera y la rodilla, se utilizan también para realizar placas para huesos, tornillos, clavos,
etc., así como en la elaboración de instrumental
quirúrgico.
Polímeros Tienen una amplia variedad de aplicaciones en el campo de la implantología médica, ya que presenta propiedades físicas, químicas y mecánicas cercanas a los tejidos vivos.
Los polímeros mas utilizados son: poli (cloruro de vinilo), poli (propileno), poli (Metacrilato de metilo), poliestireno y sus copolimeros
Polímeros
Biodegradable, es aquel, que se descompone después de un cierto período de tiempo dentro del organismo.
Bioabsorbible, es aquel, que el organismo es capaz de metabolizar y resintetizar en compuestos que puedan ser absorbidos, como lo son las proteínas.
Las aplicaciones más importantes se encuentran la elaboración de dispositivos para diálisis,válvulas de corazón, implantes oculares y dispositivos ortopédicos entre otros.
Cerámicos • Los cerámicos son
compuestos policristalinos, normalmente inorgánicos como los silicatos, óxidos metálicos, carburos e hidruros.
• Los cerámicos que se utilizan para la elaboración de biomateriales reciben el nombre de biocerámicos.
Biocerámicos.
· Biocerámico-absorbible, es aquel, que el organismo es capaz de metabolizar y resintetizar en compuestos que puedan ser absorbidos, normalmente son elaborados de fosfatos, óxidos…
· Biocerámico-no absorbible o inerte, es aquel, que el organismo no es capaz de metabolizar y resintetizar en compuestos que puedan ser absorbidos, estos son no tóxicos, no producen ninguna alergia ni reacción secundaria, son totalmente biocompatibles y resistentes a la corrosión.
Biomateriales Compuestos
Un biomaterial compuesto es un sólido que contiene dos o más componentes unidos para formar una estructura integra.
Ejemplos de estos tipos de compuestos son los
utilizados en el área médico-dental, tales como:
inclusiones inorgánicas de cuarzo con una matriz
acrílico-polímero; Componentes ortopédicos como
pueden ser: inclusiones de fibra de carbón con
una matriz de polietileno.
Biomateriales duros
Definición: Son sustancias naturales o sintéticas que se pueden poner en contacto con los tejidos vivos sin provocar daños o alteraciones mientras mantienen su efectividad física y biológica.
Clasificación en función a su estructura:
Metales: Átomos unidos por enlaces metálicos
Cerámicos: Compuestos inorgánicos unidos por enlaces iónicos y covalentes.
Materiales metálicos
En la década de 1920, Reiner Erdle
y Charles Orange, quienes unieron
sus conocimientos de médico
dentista y metalurgia
respectivamente, desarrollaron la
aleación Vitallium, que fue el primer
biomaterial metálico aleado con
características mecánicas de
biocompatibilidad y de resistencia a
la corrosión, aceptables para
aplicaciones en prótesis
quirúrgicas.
Esta aleación de cobalto (65% de
Co, 30 % de Cr y 5 % Mo), fue el
punto de partida para una serie de
investigaciones multidisciplinarias
en el desarrollo de nuevas
aplicaciones ortopédicas, como
clavos, tornillos y fijadores de
huesos fracturados, además de
varios tipos de implantes de
reemplazo articular, como cadera
rodilla, hombro, codo, entre otras.
Materiales CerámicosCERAMICOS VENTAJAS
Alumina Hidroxiapatita
ZirconiaBiovidrios
Compatibilidad con sistema musculo esqueleto.
Similitud con propiedades físicas del hueso.
Resistencia a la corrosión.Inertes a los tejidos.
Adherencia a los tejidos.Alta resistencia a la
compresión y al desgaste.
Usos: Ortopédico, revestimiento, odontológico, válvulas cardiacas
Alúmina
Es la cerámica bioinerte mas
frecuentemente utilizada.
El uso de la alúmina como
biomaterial esta motivado por
su excelente biocompatibilidad
y su excepcional coeficiente
de fricción y baja velocidad de
desgaste.
El mineral hidroxiapatita, también
llamado hidroxiapatito, está
formado por fosfato de calcio
cristalino y representa un depósito
del 99% del calcio corporal y 80%
del fósforo total.
El esmalte que cubre los dientes
contienen el mineral hidroxiapatita.
Ese mineral, muy poco soluble, se
disuelve en ácidos.
Hidroxiapatita
Biovidrios
El vidrio bioactivo es considerado actualmente como el material más biocompatible en el área de regeneración ósea debido a su bioactividad, y osteoinductividad.
Ese material, que muestra excelente bioactividad, podrá abrir las puertas para el desarrollo de nuevos materiales de regeneración ósea nanoestructurados para la medicina regenerativa e ingeniería de los tejidos.
Zirconia
También es empleada como esfera articular en reemplazos
totales de cadera. Con el agregado de algún oxido metálico.
Hasta ahora hay insuficiente cantidad de datos para
determinar si esas propiedades conducirán a un éxito clínico
luego de varios años de uso.
Biomateriales SuavesSe definen como sustancias que se pueden poner en contacto con los tejidos vivos sin provocar daños o alteraciones mientras mantienen su efectividad física y biológica.
Los materiales suaves son sistemas formados por diversas
componentes que presentan propiedades fluidas.
Estos materiales, aparentemente distintos entre sí, poseen
propiedades estructurales y dinámicas.
Los materiales blandos, algunas veces conocidos como fluidos complejos, incluyen
a los polímeros.
Bioinertes: ausencia de
una respuesta del tejido en el
que se implanta.
Biocompatibles: unión con el tejido
del lugarde implantación
pero con una intercara bien
definida.
Bioactivos: permiten un
crecimiento del tejido es su
interior
Los biopolímeros deben cumplir, como todo
biomaterial,dos restricciones
principales: respuesta mecánica y unaspropiedades de
superficie adaptadas al tejido receptor.
-Mecánica: adaptable mediante elección del polímero y mediante
el diseño.-Propiedades de superficie: impuestas también por la
elección del polímero. Modificables mediante distintos
tratamientos
Biomateriales poliméricos
El biopolímero es básicamente un implante mecánico con función exclusivamente de relleno permanente; tiene una gran ventaja, no produce reacciones alérgicas, y su efecto es prácticamente permanente .
Los biopolímeros son implantes que han revolucionado la medicina estética, cuya génesis es el silicio y que guardan analogía con productos orgánicos.
Homopolímeros
POLIETILENOEn su forma de alta densidad es empleado en tubos para drenajes y cateteres, hilos de sutura, cirugia plástica, etc. Se emplea como componente acetabular en reemplazos de cadera y en reemplazos de rodillas.Este material tiene buena tenacidad, resistencia a las grasas y tiene un costo relativamente bajo.POLIPROPILENO
Tiene una alta rigidez, buena resistencia química y alta tensión de ruptura. Su resistencia a la fisuración por tensiones es superior a la del polietileno y es empleado en las mismas aplicaciones.
Homopolímeros
CLORURO DE POLIVINILO (PVC)Es usado pprincipalmente en mangueras y bolsas
para tr transfusiones de sangre , alimentation y dialysis. El PVC puro es un material duro y frágil, pero con la adición de plastificantes, se transforma en f lexible y blando.
POLIDIMETILSILOXANO (PDMS)Se emplea en las membranas oxigenadoras debido a su alta permeabilidad de oxígeno. Por su excelente flexibilidad y estabilidad es utilizado en una variedad de prótesis tales como articulaciones de dedos, válvulas de corazón, Implantes de pechos, narices, orejas y barbillas.
CopolímerosPOLIGLICOLILACTIDA
(PGL)
Es un copolímero empleado
para suturas quirúrgicas
reabsorbibles (el organismo
se encarga de disolverlas). Y
retiene su resistencia durante
más de 14 días.
POLIURETANOS
Son copolímeros que pueden
ser de dos tipos flexibles o
rigidos, dependiendo del
poliol usado. Son empleados
en aislamiento de
conductores en marcapasos,
injertos vasculares , vejigas
artificiales, etc.
Biomateriales para transporte de drogas
Los polímeros también son
materiales ideales para el
transporte y liberación de
drogas (fármacos) porque son
capaces de icorporar grandes
cantidades y liberarlos
lentamente.
El polimero mas utilizado para
este fin ha sido la silicona, la
cual es capaz de transportar,
entre otros, benzocaína,
testosterona y difosfato de
cloroquina (antimalaria)
Liberación de fármacos de forma controlada
Se han diseñado unos innovadores polímeros, capaces
de contener en su interior moléculas de medicamentos
que, una vez introducidos en el riego sanguíneo, se
liberan de forma controlada.
Estudios recientes contra tumores de cerebro, próstata y
ovarios. Han arrojado como resultados que los polímeros
liberan lentamente el medicamento de quimioterapia justo
en el tumor, es decir, eliminan las células cancerígenas
sin dañar lo más mínimo otros órganos y células sanas,
todo lo contrario de lo que sucede con los actuales
tratamientos de quimioterapia, que no discriminan entre
células y afectan a todo el organismo.
Aplicaciones de los biomateriales
Implantes ortopédicos.
Aplicaciones dentales.
Aplicaciones Cardiovasculares.
Aplicaciones electroquímicas
Se emplean en el campo de la energía, a través del diseño y fabricación de las pilas, los acumuladores o las pilas de combustible.
La electroquímica se viene aplicando en la protección ambiental, con métodos electroquímicos de recuperación de metales.
Aplicaciones electroquímicas
Implantes ortopédicos
Sus principales características:
Acero inoxidable, aleaciones de cobalto, cromo, cerámicas, materiales compuestos y titanio.
El plástico es polietileno, extremadamente duradero y resistente al desgaste.
Se utiliza cemento para fijar el componente artificial al hueso.
También existen prótesis no cementadas, que son directamente encajadas al hueso
Cerámicas en aplicaciones biomédicas
Las cerámicas también tienen uso extensivo en el campo biomédico, como en implantes ortopédicos, lentes, utensilios de laboratorio y de modo mas importante en aplicaciones dentales.
Algunos de los factores que hacen de los biomateriales cerámicos excelentes candidatos para sus aplicaciones son su biocompatibilidad, resistencia a la corrosión, alta dureza…además su principal ventaja de algunos biomateriales cerámicos es que se unen muy bien al hueso, lo cual es importante en aplicaciones ortopédicas y dentales.
Aplicaciones dentales
• En la actualidad, existe una gran variedad de materiales que pueden utilizarse para la fabricación de implantes dentales siendo la mayoría de Titanio o unas de sus aleaciones Ti6AI4V.
Aplicaciones cardiovasculares
Biomateriales cardiovasculares pueden dividirse básicamente en tres categorías.
Los polímeros absorbibles
Los polímeros no absorbibles
Metales
Aplicaciones cardiovasculares
Angioplastia y colocación de stents
El stent es una malla metálica de forma
tubular. Cuando se implanta un stent dentro
de una arteria coronaria, éste actúa como un
soporte o armazón para mantener abierto el
vaso sanguíneo.
El stent, al mantener abierto el vaso,
contribuye a mejorar el flujo de sangre al
músculo cardíaco y a reducir el dolor de la
angina de pecho.
Marcapasos.
El marcapasos es un pequeño dispositivo alimentado por una batería que ayuda al corazón a latir con un ritmo constante.
Los marcapasos pueden ayudar a regular el ritmo del corazón en casos de frecuencia cardíaca lenta, rápida o irregular, o de bloqueo en el sistema de conducción eléctrica del corazón.
Los electrodos son de ratinan, plata, titanio, acero inoxidable, o aleaciones de cobalto.
La mayoría de los marcapasos utilizar una batería de litio-yodo.
Válvulas cardiacas
Las válvulas mecánicas son de dos tipos: la bola y la inclinación de jaula de disco. Los materiales más utilizados son de elastómero de silicona, cobalto-cromo-aleaciones basadas en titanio y carbono pirolítico.
Válvulas mecánicas, que normalmente están hechas de materiales tales como el plástico, el carbono o el metal. Las válvulas mecánicas son resistentes y duraderas.
Como la sangre suele adherirse a las válvulas mecánicas y formar coágulos, los pacientes que tienen estas válvulas deben tomar diluyentes de la sangre (anticoagulantes) el resto de su vida.
Injertos vasculares
Estos materiales están constituidos por aproximadamente un 50 por ciento de polímeros sintéticos y un 50 por ciento de proteínas.
La porción de polímero de los materiales es un derivado del polietilenglicol. Se utiliza para el tratamiento de aneurisma de aorta abdominal.
Filtros venales
• Los filtros se introducen en la vena cava inferior de
pacientes que han tenido o están en riesgo de sufrir una
embolia pulmonar, pero en los que el tratamiento
anticoagulante para prevenir la recurrencia está
contraindicada.
Anillos de anuloplastía
• El anillo Anuloplastia se utiliza
para mantener el diámetro de
la abertura de la válvula del
corazón.
• Esto es necesario porque si el
diámetro es superior a la
medida en que las válvulas se
puede cerrar, entonces hay un
riesgo de flujo de retorno de la
sangre.
Catéteres
El catéter tiene un papel muy importante en el campo de productos
sanitarios cardiovasculares.
La función más importante de este dispositivo se va a ofrecer un pasaje
ininterrumpido camino para los cirujanos para
poder llegar a la profundidad en el cuerpo,
para tratar las enfermedades por diferentes tipos de
cirugías.
Suturas
Las suturas son uno de los dispositivos médicos más importantes que se utiliza en la cirugía
En los procedimientos cardiovasculares las suturas se pueden utilizar para la reparación de tejidos con el tejido, o tejido con un dispositivo implantable.
Estos están disponibles en varios tamaños (diámetro de sutura) y polímeros (absorbible y no absorbible).