miércoles, 25 de junio de 2014

Diseño de dientes

Ahora que está de moda morder a los jugadores del equipo contrario para marcar en la portería contraria o defender la propia, he rebuscado entre tanta presentación realizada en el Máster de Ingeniería Biomédica de la UPNA algo relacionado con la dentadura. Y casualmente he encontrado una que da en el clavo con lo que quería reflejar aquí hoy. Se trata de mencionar nombres como “prototipado rápido” o “impresión 3D” y de la manera en la que hoy en día se realizan las prótesis dentales de los pacientes cuya dentadura está, vulgarmente dicho "pal' arrastre", no como la que parece ser que ostentan algunos...

A más de uno habría que ponerle un bozal, sí...


Antiguamente, cuando a uno se le caían los dientes o tenía caries, flemones o cualquier dolencia relacionada con la dentadura; o se aguantaba, en el mejor de los casos, o hacía el pirata para quitarse el dolor y las infecciones; esto es, se arrancaba los dientes con una buena pinza y bajo anestesia de un par de botellas de ron. O ni eso…



Tras ello, en un afán de esconder la fealdad que suponía no lucir una dentadura completa y mínimamente reluciente, surgieron las primeras fundas. Más de uno de nuestros mayores actualmente lleva unos enganches metálicos inoxidables en los dientes, a la vez que, en las posiciones adecuadas, tienen dientes de mentira colocados para poder sonreir sin complejos delante de la gente. Pero claro, siguen teniendo dentro de la boca un metal que en más de una ocasión les molesta, hay que limpiarlo a diario, tratarlo, evitar que se les enganche la lengua o la boca para evitarles una sangría, etc, etc.


Actualmente nos hemos vuelto un poco más "pijos" en este sentido, y tratamos de imitar una boca perfectamente sana, como si la hubiéramos regenerado totalmente. Y la verdad es que estas cosas se hacen bastante bien con la tecnología disponible. Se usan materiales mínimamente reactivos con el ambiente húmedo y corrosivo que supone estar dentro de una boca, se paga una trillonada por ello (o al menos, desde el punto de vista de un presupuesto modesto) y si fuéramos capaces de ver o sentir lo que nos están haciendo en la boca, probablemente nos negaríamos rotundamente a pasar por el quirófano. Pero con la calidad de profesionales que tenemos y una buena anestesia, la sangría que podría suponer implantar los dientes que hoy en día se implantan queda en una "tontería" y la dentadura responde prácticamente como si fuera la creada por defecto.
  
Alguno pasó de "Cuñaaaaaa" a algo más visible,
pero no sé si por la dentadura, exactamente...

Bueno pues a por ello.

La dentadura es una de las estructuras mejor diseñadas desde el punto de vista mecánico. Su objetivo es el de permitir un pre-procesado de la comida antes de enviarla al tracto digestivo para que pueda digerirse con mayor facilidad. En la boca, la comida se ensaliva mediante el uso de la lengua y las enzimas correspondientes de las glándulas salivares, a fin de romper los enlaces más fuertes que puedan llevar y, así, reblandecer el bolo alimenticio. Pero además, los dientes nos sirven para su trituración, de manera que entre una cosa y otra, conseguimos una masa inicial fácilmente destruible por el siguiente órgano de procesamiento de la comida, que es el estómago. De hecho, de ahí la importancia de masticar bien la comida. Si no realizamos un correcto masticado y enjuagado de la comida en la boca, la digestión durará más, y ello redundará en un menor aprovechamiento de todos los nutrientes que se puedan absorber, ya que también este proceso tiene su fecha de caducidad. Y ya sabemos lo que pasa cuando tenemos la comida dando vueltas y vueltas a lo largo de todo el día en el estómago/intestino.

Desde el punto de vista “ingenierobiomédico”, que es el que nos interesa, la dentadura es un conjunto de elementos perfectamente diseñados que, acompañados por los músculos correspondientes, ejercen fuerzas de presión ciertamente altas, adaptadas a las estructuras que pretenden destrozar. Esto también es algo que se estudia en los seres vivos, para ver la peligrosidad de su mordida. Para medir esta “fuerza”, generalmente se suele poner como unidades los kilos que serían capaces de mover con su mordida (recordemos que la unidad de fuerza en el sistema internacional es el Newton (N), pero para adaptarlo a algo más entendible, despejamos la masa de la fórmula). Según esto, la mordida de un humano podría levantar a un español medio (unos 75 Kg). Aquí tenéis una entrada para curiosear los kilos que levantarían las mordidas más feroces de la historia.

Además, puesto que estamos tratando con estructuras que tienen que romper todo tipo de estructuras, desde fibras vegetales hasta masa muscular e incluso huesos, tienen que tener una forma determinada y una composición adecuadas. Por ello los carnívoros tienen dientes afilados y ciertamente estrechos, para arrancar las fuertes fibras musculares de sus presas, mientras que los herbívoros tienen dientes aplanados y anchotes para amasar o triturar la celulosa de los vegetales. Los que somos omnívoros, tenemos mezcla. Nuestros molares son anchos y con ligeras ondulaciones, para poder comer ensaladas, borraja, alubias y demás delicias, además de para la trituración en general; mientras que los incisivos y los colmillos son afilados, para cortar y arrancar la carne de pollo/ternera/cerdo etc, del hueso.

Y en cuanto a los materiales, está claro que hay sangre y estructuras blandas, que mantienen en diente vivo, pero cuando nos viene a visitar el ratoncito Pérez (o cuando por desgaste, se nos caen de mayores), podemos guardar los dientes como recuerdo para el resto de la vida sin aparente pérdida de su estructura, ya que están hechos de un material duro: la hidroxiapatita. Se trata de un tipo de mineral, como la mayoría de nuestros huesos, y, por tanto, durísimo, pero frágil. Al igual que soluble a pHs bajos, o sea, como cuando acabamos de comer. El flúor de la pasta de dientes evita que este mineral se vea afectado por el efecto de los pHs bajos unido al de otras sustancias que pueden acelerar el proceso, como la presencia de glucosa (o sea, golosinas o exceso de dulces). Por tanto, es el flúor lo que hace que no se nos caigan más frecuentemente de lo que ya de por sí lo harían. Así que ¡¡ya sabéis!!

Sin embargo, a pesar de que química y físicamente ya veis que los dientes están perfectamente diseñados, existen causas, tanto internas al cuerpo como externas, por las cuales o los perdemos, o se nos caen, o los rompemos. Para solucionar este tipo de problemas, tenemos las prótesis. Y para diseñar las prótesis perfectas, tenemos a los ingenieros biomecánicos o industriales especializados en ello.

En la presentación que os paso más abajo, están todos los pasos a tener en cuenta para diseñar prótesis dentales. Digamos que está profesionalizada al máximo, porque se trataba de un trabajo en común entre alumnos de un máster de ingeniería con ciencias y medicina, con lo cual todos nos entendíamos. Sin embargo, la idea es que os quedéis con el proceso.

         Lo primero que se hace para sustituir una dentadura o las piezas necesarias es tener conciencia de la situación de la que se parte. Se pueden tomar radiografías u ortopantomografías, o sea, radiografías continuas de toda la dentadura. Se pueden tomar fotos normales e incluso el negativo de la dentadura de la persona, para luego diseñar la dentadura real. Todos esos datos se introducen en un simulador y modelador de fuerzas, generalmente basado en métodos numéricos, de manera que se ve el estado actual del funcionamiento de la dentadura a la hora de masticar. Gracias a este tipo de programas, se puede comprobar las fuerzas que se están ejerciendo en el estado actual de la dentadura del paciente y, según esto, tratar de mejorarla.

Ortopantomografía de una dentadura. Una especie de "foto" que se realiza tomando unas cuantas radiografías alrededor de la boca del paciente y luego juntándolas para reconstruir la imagen total.

Para ello existen una serie de programas como el que os presento en el slideshare, en el que se puede dividir la dentadura actual en partes, modificar los dientes en posición y composición e incluso grabar las operaciones necesarias que harían falta realizar para conseguir la reparación de la dentadura de la manera más eficiente y sencilla posible. La idea es pasarle al dentista o al cirujano el proceso prácticamente diseñado, de manera que lo único que tenga que hacer es recordar su formación y estar descansado, con las ideas claras y físicamente disponible para realizar la operación. El resto no es más que seguir los pasos.

En la presentación y en los vídeos que os pongo más abajo, también encontraréis cómo a partir del diseño de la prótesis es posible crearse una dentadura 3D sobre la que trabajar o con la que diseñar el prototipo final. Además, podréis ver cómo se van modificando los dientes en el modelo 3D para dar con la mejor repartición de fuerzas posible, de manera que la mordedura quede totalmente compensada en todas direcciones, dando lugar a la ortodoncia. Finalmente, podéis echar un vistazo a una operación de implante dental real, para los más morbosos, con el fin de ver cómo se las apañan estos profesionales para fijar los nuevos dientes a las mandíbulas.




Prototipado rápido y diseño de dientes from Abian Socorro







Finalmente, mi más sincero agradecimiento a mis compañeras Carolina Flores y Verónica Morán, por su colaboración en este trabajo en su día, y por permitirme subir estas diapositivas para esta entrada. Un trabajo a la altura de un buen máster.

Después de esta entrada, a ver si algunos aprenden a no morder como los críos maleducados o los perros rabiosos. No se les vaya a romper la dentadura y tengan que pasar por algo así…