1.

Introduzione

Bioingegneria Disciplina che si occupa della risoluzione di particolari problemi medici applicando le tecniche dell’ingegneria. Essa comprende l’ingegneria biomeccanica, l’ingegneria biochimica e l’ingegneria bioelettrica.

2.

Ingegneria biomeccanica

Questa branca della bioingegneria è particolarmente incentrata sulle proprietà dell'apparato muscolo-scheletrico umano, sul tipo di movimenti e pressioni cui esso può essere sottoposto; essa analizza, ad esempio, le modalità con cui gli individui eseguono i movimenti o le deformazioni subite da ossa e muscoli a seguito di un incidente. L'ingegneria biomeccanica si occupa anche delle caratteristiche dei flussi dei fluidi corporei, come il flusso del sangue, dei meccanismi della respirazione e degli scambi di energia del corpo umano al suo interno e con l’ambiente esterno.

Le applicazioni vanno dallo sviluppo di cinture di sicurezza per gli autoveicoli alla progettazione e alla realizzazione di macchine cuore-polmoni. Uno dei primi importanti sviluppi è stato il polmone d'acciaio (un apparecchio che permette la respirazione artificiale), utilizzato, ad esempio, in molti casi gravi di poliomielite. L'ingegneria biomeccanica progetta protesi che permettono il ripristino della funzionalità di parti del corpo lesionate e, inoltre, ricerca nuovi materiali biocompatibili.

3.

Ingegneria biochimica

L'ingegneria biochimica si occupa delle interazioni chimiche fra il corpo umano e i materiali artificiali che, impiantati all'interno dei tessuti, possono provocare reazioni di rigetto. Ad esempio, per prevenire la rapida coagulazione del sangue nelle arterie artificiali, sono stati sviluppati materiali acrilici in grado di simulare il tessuto naturale presente nelle pareti interne dei vasi sanguigni; per proteggere gli strumenti e i materiali impiantati dalla reazione anticorpale del sistema immunitario, sono state elaborate speciali capsule di silicone. Un altro importante risultato dell'ingegneria biochimica è stato il progetto e la costruzione del rene artificiale per i pazienti affetti da malattie renali.

4.

Ingegneria bioelettrica

L'ingegneria bioelettrica studia le attività bioelettriche dell'organismo, ovvero i fenomeni che si basano su variazioni di potenziale elettrico e che sono regolati dal sistema nervoso. Le ricerche in questo campo hanno, ad esempio, consentito lo sviluppo del pacemaker, del defibrillatore e dell'elettrocardiografo. Il pacemaker è un apparecchio capace di regolare il normale ritmo di contrazione del muscolo cardiaco. Il defibrillatore è uno strumento con cui è possibile ripristinare il potenziale elettrico del muscolo cardiaco che si trovi nella condizione patologica di fibrillazione. L'elettrocardiografo registra, attraverso elettrodi posizionati sulla pelle, la frequenza del ritmo cardiaco e permette di ottenere un tracciato detto elettrocardiogramma. Il monitoraggio tramite elettrodi di molte altre funzioni bioelettriche, come ad esempio l’attività cerebrale, registrata mediante l’elettroencefalografo (da cui si ottiene l’elettroencefalogramma), svolge un ruolo importante nelle sale postoperatorie e nelle unità di rianimazione.