Biyomühendislik nedir? Biyomühendisliğin kullanım, uygulama alanları nelerdir? Örneklerle biyomühendisliğin kullanımı hakkında bilgi.
Biyomühendislik
Eskiden yaşamın planlanamayacağına, kendi yasalarına göre değişim geçirdiğine inanılırdı. Bu dünya görüşüne göre, teknoloji ile canlılar ancak bilimkurgu fantezilerinde bir araya gelebilirdi. Oysa son yıllarda biyomühendislik, oldukça gerçek sonuçlar elde etti. Mühendisliğin ilkelerini organizmalara uygulayabileceğimiz ortaya çıktı.
Bilgisayarlar ve sayısal teknikler yoluyla canlılar incelenip gözlemlenebiliyor. Bilim insanları doku oluşturuyor ve hücrelerin özelliklerini değiştirebiliyor. Gen dizilerini değiştirerek, tarım ilaçlarına dayanıklı soya fasulyesi ya da kansere yatkın laboratuvar faresi üretebiliyorlar. En azından deneysel olarak, ilaçları mikroskobik hedeflere iletmek için bakterileri genetik olarak değiştirebiliyor ve bitkileri araç yakıtına dönüştürebiliyorlar. Kanser gibi hastalıkları koklayarak tespit eden sanal bir burun yapabiliyorlar.
Gelişen bir alan olan biyomühendislik en geniş tanımıyla, teknoloji ile canlı bir sistem arasındaki arayüzü ifade eder. Biyomühendisliğin en bilinen ürünleri, insanlardaki biyolojik uzuvların ya da işlevlerin yerini alan elektronik ve mekanik araçlardır. Tahta bacak kadar eski bir kavram olsa da günümüzdeki uygulamaları çok daha sofistike ve insan hayatını destekleme ve iyileştirme kapasitesiyle çok daha güçlüdür.
Kaynak: commons.wikimedia.org
BÖBREK DİYALİZİ
Böbrek fonksiyonları yaralanma ya da doz aşımı nedeniyle aniden bozulabildiği gibi diyabet veya yüksek tansiyon nedeniyle yavaş yavaş da zayıflayabilir. iki durumda da, bel bölgesinde bulunan fasulye şeklindeki bu organların kanı atıklardan ve fazla sudan arındıramaması ölümcül olabilir. Kan metabolik bir atık ürün olan üreyle ve sodyum, potasyum ve fosfor gibi minerallerle aşırı yüklenir. Sodyum kan basıncını yükseltir, potasyum düzensiz kalp atışına neden olur; fosfor kemiklerde kalsiyum kaybına yol açar.
Ağır böbrek yetmezliği vakalarında hastalar, böbreğin önemli işlevlerini üstlenen bir tedavi olan diyalize başvurur Akut bir problemin çözülmesi sırasında veya sürekli olarak kullanılabilen diyalizde, makine hastanın kanını tüpler yoluyla arıtıcı bir sıvı içinden geçirdikten sonra vücuda geri verir. Tüpler yarı geçirgen bir zardan yapılmıştır. Böyle bir zardan geçen çözeltideki parçacıklar, osmoz ilkesine uygun olarak her zaman yüksek yoğunluklu alandan düşük yoğunluklu alana doğru hareket ederler. Böylece diyalizde, kandaki zehirli atık parçacıkları zarı aşarak seyreltik suya geçerken, alyuvarlar büyük oldukları için zarın gözeneklerinden geçemez.
Böbrek yetmezliğinden yavaş yavaş ölen genç bir adamı izlemenin acısı, Hollandalı doktor Willem Kolff’u 1940’ların başında ilk diyaliz makinesini tasarlamaya yöneltti. Yapımı için gerekli olan parçaları zar zor birleştirdiği makinenin prototipini ilk kez 1943’te test etti. Makine ilk birkaç hastayı kurtaramadıysa da 1945’te komadaki bir hastayı hayata döndürdü.
Diyaliz, böbrek yetmezliği hastalarının hayatta kalmasını sağlayarak ilk başarılı böbrek nakillerinin de yolunu açtı. Böbrek diyalizi çoğunlukla diyaliz merkezlerinde uygulansa da evde diyaliz de giderek yaygınlaşan bir seçenek haline geldi.
KALP PİLİ
Kalp pili, toplardamarlar yoluyla kalbe giden sen-sörlü kablolara bağlı, pille çalışan, bilgisayar donanımlı bir jeneratördür. Kalp pilinin görevi kalbin düzgün bir şekilde atmasını sağlamaktır. Her yıl, kalbin elektrik iletim sistemindeki kusurlara veya kasın zayıflığına bağlı olarak yetersiz kalp atış hızı ya da anormal kalp ritmi rahatsızlığı çeken binlerce insana kalp pili takılıyor. Cihaz deri altına, köprücük kemiğinin hemen aşağısına yerleştiriliyor.
Kalp pilinin elektrotları kalbin elektriksel aktivitesini algılar ve bu bilgiyi kablolar yoluyla minyatür bilgisayara iletir. Bir sorun varsa -örneğin kalp çok yavaş atıyorsa-jeneratör kalbin bir veya daha fazla odacığına elektriksel bir darbe göndererek kalbin kasılmasına neden olur.
İlk kalp pili, İsveç’teki Karolinska Enstitüsü’ndeki doktorlar tarafından 1958’de takıldı. Hastanın hayatta kalmasını sağladıysa da sık sık değiştirilmesi gereken hantal bir cihazdı. Günümüzde kalp pilleri oldukça küçük yapılıyor, yaklaşık bir lira boyutunda oluyor. Ayrıca, ilk kalp pilleri kalp atışını sabit bir hızda tuttuğu için hastalar dinlenirken aşırı uyarılmış, efor sarfederken yorgun hissediyorlardı. 1980’lerde piyasaya çıkan hıza duyarlı yeni modeller vücut hareketlerindeki veya solunumdaki değişimleri algılayıp kalp atış hızını buna göre ayarlayabiliyor.
Lityum pilleri tükenince, genellikle beş yıl kadar sonra, kalp pillerinin değiştirilmesi gerekiyor.
Birçok kişi için bu, yaşamsal görevini yardımsız yerine getiremeyen bir kalbe rağmen kendini daha iyi ve enerjik hissetmenin küçük bir bedeli.
Normal bir günde kalp, vücuda 7 bin 500 litre kadar kan pompalıyor.
KOL VE BACAK PROTEZİ
Antik Roma’da ve Ortaçağ Avrupa’sında, kolunu kaybetmiş askerlere savaşta kalkan taşıyabilsinler diye bazen demir bir kol takılırdı. Bugün kullanıcıların nesneleri kavramasına ve doğal bir şekilde yürümesine yardım etmek için tasarlanan kol ve bacak protezleri ise çok daha esnek.
En yeni protezlerin bazıları, dayanıklı, hafif malzemelerle kullanıcıya ve koşullara duyarlı sensörleri ve mikro-işlemcileri bir araya getiriyor Örneğin yeni bir alüminyum diz, eklemdeki açı, yük ve hareketi ölçmek için çeşitli sen-sörler kullanıyor Bu bilgi, dizin ne yaptığını analiz ederek motor aracılığıyla uygun güç ve hareketi üreten dahili bir kumanda birimine gönderiliyor.
Bazı protezler ise uzuvdaki kas kasılmalarına yanıt veriyor Miyoelektrik kolda, deri üzerindeki elektrotlar kas kasılmasından kaynaklanan elektriksel darbeyi kaydediyor. Kumanda birimi kasın elektrik sinyallerine, dirseği, bileği veya eli etkileyici bir ustalıkla hareket ettiren elektrik motorlarını çalıştırarak karşılık veriyor.
Hedeflenmiş kas innervasyonu denilen daha da şaşırtıcı bir teknik insanın yapay bir uzvu sadece düşünerek hareket ettirmesine olanak veriyor.
Cerrahlar, kaybedilmiş kolu veya eli eskiden kontrol eden sinirleri göğse yerleştiriyor. Kullanıcının beyni kolu kullanma sinyali gönderdiğinde, göğüs kası otomatik olarak kasılıyor ve kas üzerindeki sensörler bu sinyalleri, protezin elektrikle çalışan hareketine çeviriyor.
Günümüzün yüksek performanslı protezlerinin en tanınmış örneği olan karbon lifinden koşu bacaklannın yaya benzer hareketi hız ve dayanıklılık sağlıyor.
On bir aylıkken bacakları diz altından kesilen Güney Afrikalı atlet Oscar Pistorius, protezlerinin kendisine haksız bir avantaj sağladığı iddialarını başarıyla çürüttükten sonra 2012 Londra Olimpiyatlarında yarıştı. (Ancak daha sonra kız arkadaşını vurmasıyla kazandığı kötü şöhret atletik ününü gölgede bıraktı.)
DİSK PROTEZİ
Bel kemiğinin omurları arasındaki yumuşak diskler tampon işlevi görür ve esneklik sağlar.Yaşla birlikte bazen düzleşmeleri ve dejenerasyona uğramaları şiddetli ağrılara yol açar Koruyucu tedavilerin işe yaramadığı durumlarda, cerrahlar genelde problemi iki omuru kaynaştırarak çözmeye çalışır Bu tedavi birçok vakada ağrıyı azaltsa da hareket kabiliyetinin de azalmasına yol açar Tıp mühendisleri tahrip olmuş kalçaları ve dizleri değiştirdikleri gibi omurları da değiştirmelerini sağlayacak bir ürün tasarlamak için yıllarca çalıştılar 2004’te ABD Gıda ve İlaç Dairesi ilk disk protezini onayladı. Dışı sert ve lifli, ortası ise jöle kıvamında olan doğal disk gibi, yapay versiyonda da iki metal levha arasında hareketli, lastik gibi esnek bir orta bölüm bulunuyor.
Disk protezinin yerleştirilmesi büyük ustalık gerektiriyor. Üreticileri disklerin 40 yıl dayanacağını iddia etseler de henüz deneysel olarak test edilmedi ve problem olduğunda diskin çıkarılması riskli görünüyor
Ancak, 200den fazla hasta üzerinde yapılarak 2011 ‘de yayımlanan bir araştırmada, protez disk uygulanan hastaların omurfüzyonu yapılanlara göre daha memnun olduğu ve başka bir ameliyata daha az ihtiyaç duyduğu belirtiliyor. Yapay disklerde titanın tercih edilmesinin nedeni kemiğe iyi bağlanması.
KOKLEAR İMPLANT
Kulağın duyu organı olan Corti organı, iç kulağın derinlerinde, koklea (kulak salyangozu) denilen spiral boşluğun merkezinde bulunur. Corti organı, ses basınç dalgaları tarafından uyarıldığında elektrik sinyallerini işitme sinirinden beyne ileten sinir ileticiler salgılayan, elektrik aktivitesine sahip kıl hücreleri içerir.
Koklear implant, orta kulağın titreşimli küçük kemiklerini atlayıp bilgiyi doğrudan bu kritik ses çeviri merkezine göndererek işitme sorununu çözer.
ABD’de yetişkinler için 1985’te, çocuklar için 1990’da onaylanan implantlar, hiç duymayan ya da çok az duyan ve sıradan işitme cihazlarından yarar görmeyenleri sese kavuşturuyor.
İmplant uygulanan normal bir yetişkin konuşmaların büyük bölümünü anlıyor; implantın yeterince erken uygulandığı küçük çocukların dil becerileri ise akranlarıyla birlikte gelişiyor.
Koklear implantın birkaç bölümü vardır. Kulağın arkasındaki mikrofon ve dışarı takılan işlemci, sesi alır ve sayısal bir koda çevirir.
Bu sayısallaştırılmış ses, yine kulağın arkasında bulunan ve kodu elektriksel darbeler olarak derinin hemen altındaki radyo alıcısına ileten bir verici bobine gönderilir. Alıcı bu darbeleri, koklea içine yerleştirilmiş işitme sinirini uyaran bir dizi elektroda kablo yardımıyla iletir. Kullanıcılar pratik yaparak bu uyarıyı ses olarak yorumlamayı öğrenirler.
