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.

1. UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA EXPERIMENTAL
LIBERTADOR
INSTITUTO PEDAGÓGICO LUIS BELTRÁN PRIETO
FIGUEROA
SUBDIRECCIÓN DE INVESTIGACIÓN Y POSTGRADO
MAESTRÍA EN EDUCACIÓN
MENCIÓN ENSEÑANZA DE LA QUÍMICA
LA QUÍMICA ORGÁNICA DE LOS
SISTEMAS BIOLÓGICOS.
QUÍMICA
BIOINORGÁNICA, BIOMATERIALES.
AUTOR(AS): ANA SIBIRA.
LENNYS NIEVES
CURSO: TÓPICOS DE QUÍMICA
INORGÁNICA.
BARQUISIMETO, JUNIO DE 2.012.

2. 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

3. 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)

4. 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

5. 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.

6. ¿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.

7. Tipos de biomateriales
Gomas
Fibras
Naturales proteicas
Origen Metales
Polímeros y
Sintéticos plásticos

8. En función se su estructura
se clasifican en :
Metales y Aleaciones
Polímeros
Cerámicos
Materiales Compuestos
Biomateriales duros
Biomateriales suaves

9. En esta categoría las aleaciones más
Metales y importantes son las de: Acero
Aleaciones. 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.

10. 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

11. Polímeros
Biodegradable, es aquel, que se Bioabsorbible, es aquel, que el
descompone después de un organismo es capaz de
cierto período de tiempo metabolizar y resintetizar en
dentro del organismo. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. Materiales Cerámicos
CERAMICOS VENTAJAS
Alumina Compatibilidad con sistema musculo
Hidroxiapatita esqueleto.
Zirconia Similitud con propiedades físicas del
Biovidrios 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

19. 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.

20. Hidroxiapatita
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.

21. 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.

22. Zirconia

23. Biomateriales Suaves
Se 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.

24. Los materiales blandos, algunas veces conocidos como
fluidos complejos, incluyen a los polímeros.
Bioactivos:
Bioinertes:
permiten un
ausencia de una
crecimiento del
respuesta del
tejido es su interior
tejido en el que se
implanta.
Los biopolímeros deben Mecánica: adaptable mediante elección
cumplir, como todo del polímero y mediante el diseño.
biomaterial, -Propiedades de superficie: impuestas
dos restricciones principales: también por la elección del polímero.
respuesta mecánica y unas Modificables mediante distintos
propiedades de superficie tratamientos
adaptadas al tejido receptor.

25. 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.

26. Homopolímeros
POLIETILENO
En 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.

27. Homopolímeros
CLORURO DE POLIVINILO (PVC)Es usado p
principalmente 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.

28. Copolímeros
POLIGLICOLILACTIDA (PGL) POLIURETANOS
Es un copolímero empleado para Son copolímeros que pueden ser de
suturas quirúrgicas reabsorbibles (el dos tipos flexibles o rigidos,
organismo se encarga de dependiendo del poliol usado. Son
disolverlas). Y retiene su resistencia empleados en aislamiento de
durante más de 14 días. conductores en marcapasos, injertos
vasculares , vejigas artificiales, etc.

29. Biomateriales para transporte de drogas
Los polímeros también son materiales El polimero mas utilizado para este fin
ideales para el transporte y liberación ha sido la silicona, la cual es capaz de
de drogas (fármacos) porque son transportar, entre otros, benzocaína,
capaces de icorporar grandes testosterona y difosfato de cloroquina
cantidades y liberarlos lentamente. (antimalaria)

30. 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.

31. Aplicaciones de los biomateriales
Implantes ortopédicos.
Aplicaciones dentales.
Aplicaciones Cardiovasculares.
Aplicaciones electroquímicas

32. 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.

33. 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

34. 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.

35. 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.

36. Aplicaciones cardiovasculares
Biomateriales cardiovasculares pueden dividirse
básicamente en tres categorías.
Los polímeros absorbibles
Los polímeros no absorbibles
Metales

37. 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.

38. 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.

39. Válvulas cardiacas
Las válvulas Como la sangre
mecánicas son de Válvulas suele adherirse a
dos tipos: la bola mecánicas, que las válvulas
y la inclinación de normalmente mecánicas y
jaula de disco. están hechas de formar coágulos,
Los materiales materiales tales los pacientes que
más utilizados como el plástico, tienen estas
son de el carbono o el válvulas deben
elastómero de metal. Las tomar diluyentes
silicona, cobalto- válvulas de la sangre
cromo-aleaciones mecánicas son (anticoagulantes)
basadas en resistentes y el resto de su
titanio y carbono duraderas. vida.
pirolítico.

40. 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.

41. 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.

42. 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.

43. 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.

44. 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).