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Introducción
El creciente aprecio por los animales de compañía (mascotas), ha provocado una búsqueda para ofrecer una vida plena. Sumado a este sentir la tecnología ha tomado un rol importante dentro de la medicina veterinaria, obteniendo grandes logros en sus investigaciones especialmente en la medicina ortopédica. Esta incursión ha generado el nacimiento de una industria, la que ha ofrecido algunos dispositivos que ayuden al animal con sus miembros deformados, sean por causas naturales o debido a una intervención quirúrgica. Hay un sin número de prótesis existentes en la actualidad dependiendo del tipo de problema encontrado. Sumado a esto el proceso de impresión 3D que ha tomado impulso en los últimos años, también ha intervenido en la fabricación de prótesis económicas y funcionales (Fernández J, 2004).
A nivel internacional una prótesis para mascota tiene un valor aproximado de €800, siendo un costo elevado que queda fuera del alcance de personas de economía media y baja, debido a los métodos de fabricación artesanal. Por ello se ha pensado en un método más eficaz y fácil de producción como es la impresión 3D la que ya se ha probado en otros especímenes con diferentes miembros como picos o partes de este para diferentes aves, aletas y partes de caparazones para tortugas terrestres y marinas hasta partes tan grandes como son las patas de elefantes (Quintana, 2022).
La utilización de este tipo de prótesis en Ecuador se ha venido dando desde hace ya una década, se empezó con sillas de ruedas al encontrarse un nicho de mercado con el aumento de la preocupación de las personas con el bienestar animal, este mercado en la actualidad representa $140 millones de dólares según lo expuesto en el III Congreso Veterinario de León, el cual tuvo lugar en la ciudad de Guayaquil (Torres, 2019).
Encontrando productos tales como sillas de ruedas, prótesis, férulas o arneses, este mercado se ha diversificado en el Ecuador conforme se va incrementando el pedido de esto. Este fenómeno de crecimiento está ligado a las especies animales, que es aprovechado por canes, gatos, caballos, vacas, cerdos (Torres, 2019).
Como punto de partida para esta labor se tomó como materiales base elementos del reciclaje y se destinó a albergues para animales que no contaban con una familia que los respalde y con necesidad del dispositivo. Se manufacturaban artesanalmente empleando mayormente PVC, al cabo de unos meses se fue puliendo el proceso de creación de prótesis confeccionando sillas a medida. Este método generaba productos con valores entre $100 y $300, que cuentan con materiales propicios para la labor que desempeñaran sin causar alergias, además de una presentación acorde a los gustos del dueño (Torres, 2019).
Este proyecto tiene como beneficiario a un can que sufrió una amputación a unos centímetros de su codo. Se buscó ofrecer una solución para una problemática bastante común entre los dueños de mascotas, por lo que se planteó la fabricación de prótesis para este beneficiario. Esta idea nace del interés y la preocupación que genera la realidad que viven muchos canes al no disponer de alguna de sus extremidades, corriendo el riesgo de ser abandonadas o en el peor de los casos sacrificados (Valverde P.D, 2016).
Los profesionales en salud animal sugieren una amputación completa en casos de traumas severos que afecten la extremidad. Muchas veces los veterinarios toman esta decisión tomando en cuenta el bienestar del animal, ejecutando procedimientos médicos relativamente recientes dentro de este campo. De la misma forma, es conocido que tanto canes como gatos pueden desempeñar una vida normal aun faltándole una de sus extremidades. Posiblemente, esta mentalidad se maneja debido a que no es un estigma social remarcado en la sociedad actual, por lo tanto, se cree que la amputación es el fin del problema, aunque no de manera completa (Rosas, S.R, 2016).
No obstante, profesionales en el campo de rehabilitación, movilidad y dolor crónico han dado a conocer desenlaces poco afortunados que se llegan a presentar en el resto de la extremidad pasado el tiempo (Acero, L, 2019). Estos incluyen, pero no se limitan a fracturas o fisuras en las demás extremidades, colapso de carpelos y/o tubos, daño y/o lesión de ligamentos cruzados, padecimiento de un dolor crónico en cuello y/o espalda, sobrepaso de peso en el resto de las extremidades y síndrome de dolor miofascial. Dichos padecimientos según la revista American College de Veterinary Surgeons (2020), además de minorar la calidad de vida de las mascotas, influye en la reducción de su vida.
Con el objeto de dar una respuesta ante la problemática, nacieron las prótesis, las cuales son elementos palpables que simulan el funcionamiento de miembros o partes perdidas, como se muestra en la Figura 1. Estas mejoran o solucionan los problemas de movilidad generados por la ausencia de una extremidad. Es por esta razón, que gran parte de avances tecnológicos se han orientado a este campo, ya que con ellos se logra elevar la calidad de vida del paciente ya sea este hombre o animal. Todo con el objetivo de brindar la oportunidad al individuo de valerse por sí mismo y realizar una vida normal (Martí, S, 2019).
Como se mencionó anteriormente, el desarrollo de prótesis se ha venido dando desde hace mucho tiempo atrás, pero esto solo para humanos y muy limitadamente para los animales. Esto se debe a que en sus orígenes el tema de prótesis para animales no era más que una novedad, pero en años recientes, con el lento cambio de ideología de las personas y el fortalecimiento de leyes ante el maltrato animal, ha venido tomando fuerza, incluso llegando a desarrollar una gran ciencia denominada ortopedia y prótesis veterinarias o por sus siglas V-OP. Esta ciencia procura que animales puedan adaptarse y desenvolverse con prótesis. Esto gracias a que como se mencionó anteriormente las prótesis restauran la mayor parte de la movilidad y evitan problemas por la falta de extremidades, como se presenta en la Figura 1 (Zapat, M.L, 2017).
Por otra parte, la tecnología de deposición de material fundido o impresión 3D ha crecido enormemente en los últimos años, esto también en el campo de la fabricación de prótesis. En la actualidad se cuenta con técnicas, conocimientos y medios para que el tener una discapacidad no se vea afectado la vida cotidiana de los animales o personas (Ghosh, Hussain, Murthy, Khawade, & Singh, 2019). La implementación de esta tecnología está estrechamente relacionada a sus costos, estos son bajos en comparación a otros métodos de fabricación. Sumado a esto, se tiene una facilidad alta en el diseño. Los factores antes mencionados convierten a las prótesis en piezas asequibles para personas con una baja economía (Llerena, Barberan, & Chela, 2020).
Metodología
Para la obtención de la prótesis de pata de perro con amputación de extremidad delantera mediante impresión 3D se utilizó la siguiente metodología en forma secuencial:
Diseño de la prótesis del can, considerando sus medidas anatómicas;
Obtención de la prótesis mediante impresión 3D;
Ensamblaje de los elementos.
Diseño de la prótesis del can, considerando sus medidas anatómicas
Análisis de fuerzas
Para determinar la fuerza o carga que resiste cada extremidad del can, se simplifica el sistema como se puede observar en el diagrama de cuerpo libre de la Figura 2, se consideró la masa real del can (m = 4.55 Kg) que luego fue necesario transformarle en peso (W) multiplicando por la gravedad (9.81 m/s2).
𝑊=44.64 𝑁
Con el valor del peso, se procedió a calcular el valor de la carga en cada extremidad; con W conocido se calculó el valor de FA, FB, FC y FD
𝐹𝐴= 44.64 4 =11.16 𝑁
𝐹𝐴=𝐹𝐵=𝐹𝐶=𝐹𝐷=11.16 𝑁
En la Tabla 1, se presenta las medidas tomadas al can, que nos sirvió para el cálculo y modelado de la prótesis.
Tabla 1: Medidas tomadas al can
| Medidas recolectadas | ||
|---|---|---|
| Altura / Peso: | 21 cm / 4.54 kg | |
| Altura codo-suelo: | 10 cm | |
| Largo del brazo: | 7 cm | |
| Largo del antebrazo: | 9 cm | |
| Angulo brazo-antebrazo: | 90° | |
| Espesor del brazo: | 4.5 cm | |
| Espesor del antebrazo: | 2 cm | |
| Ancho del brazo cerca al hombro: | 4.05 cm | |
| Ancho del brazo cerca al codo: | 3 cm | |
| Ancho del antebrazo cerca al codo: | 2.3 cm | |
| Ancho del antebrazo cerca al muñón: | 1.3 cm | |
Proceso de modelación con software asistido por computadora
Con los datos de la Tabla 1, se procedió a la creación de la pieza en el software de dibujo asistido por computadora, como se muestran en la Figura 3, se utilizó el software especializado de ingeniería, se dio forma a la pieza que fue impresa posteriormente. Se tomó en cuenta el aspecto general además de los detalles que este debe mantener, tanto en las superficies internas y externas.
La pieza fue modelada considerando que mantenga una forma robusta, pero a la vez con la menor cantidad de material posible. Esto se logra al vaciar partes que no resulten útiles, además se mantuvo aristas redondeadas que ayudaron a la disminución de material.
Obtención de la prótesis mediante impresión 3D
Primero modelamos el prototipo en un software especializado, con todas las especificaciones de diseño. Una vez comprobado los detalles se exporta del software de dibujo a uno que ajuste los parámetros de la impresora, como se observa en la Figura 4, donde se ingresaron parámetros como la temperatura de la cama de impresión, el relleno de la impresión, bases auxiliares, velocidad de impresión, numero de capas, entre otras.
Una vez comprobado los detalles, se exportó del software de dibujo al software de la impresora, como se observa en la Figura 5.
Ensamblaje de los elementos
Una vez impresa la pieza se procedió con el ensamble de los elementos complementarios, como se observa en la Figura 6.
Resultados
Para comprobar la resistencia de la prótesis una vez diseñado, se realizó una simulación en un software especializado de ingeniería. Este tipo de programas permiten mediante la aplicación del método de elementos finitos, determinar si la prótesis es capaz de soportar las cargas aplicadas o generadas por la acción del can como se observa en la Figura 7.
Mediante el mallado y análisis del modelo como se muestra en la Figura 8 y aplicando la teoría de Von Mises (Budynas & Nisbett, 2018), que especifica que la fluencia no es un fenómeno debido a cargas axiales simples, si no que más bien están relacionadas con la distorsión angular del elemento tensionado, se determinó que los esfuerzos generados no superan la resistencia del material utilizado como se representa en la Figura 9.
Además, en la Figura 9, según la codificación de colores, se pudo determinar que en el material no se generan esfuerzos significativos y que las dimensiones y materiales utilizados se deben a la disponibilidad en el mercado.
Como resultado final se obtuvo una prótesis que resiste el propio peso del can y sobrecargas que pudiera existir debido al factor de seguridad de diseño, además se obtuvo un prototipo de prótesis funcional que fue adaptado al usuario, el mismo que le tomará un tiempo de adaptación hasta su correcto funcionamiento, como se puede observar en la Figura 10 y Figura 11.
Discusión
Los resultados obtenidos mediante el diseño y construcción de la prótesis mediante impresión 3D fueron similares a los obtenidos por Acero (2019), quien obtuvo una prótesis por el mismo medio de manufactura para un can de mayor tamaño, utilizando fibra de carbono. De la misma forma, el resultado es positivo para el can, el cual recuperó autonomía en su movimiento. Se mantuvieron aspectos ergonómicos para la comodidad y una ayuda en la realización de las actividades diarias. Esto demostró que es factible la obtención de prótesis por medio de la impresión 3D después de un correcto diseño, para animales que han sufrido algún tipo de amputación o mal formación.
Conclusiones
La tecnología de impresión 3D resultó conveniente para la fabricación de prótesis, ya que permite manufacturar piezas más detalladas con mayor facilidad.
La utilización del ABS como material para la impresión presentó resultados satisfactorios, ya que posee alta resistencia al impacto y una gran resistencia a las elongaciones como indica el fabricante.
La pieza impresa en 3D, superó las pruebas realizadas en el can, al no presentar interferencias en su funcionamiento.
La movilización del can con el prototipo de prótesis resultó dificultosa ya que, al llevar años con la amputación, este ha llevado una postura no natural y al implementarse el prototipo le obliga a regresar a una correcta posición, por este motivo no podrá caminar bien de manera inmediata, sino que llevará un tiempo de adaptación.
Conflicto de interés
Los autores declaran que no existen conflictos de interés de naturaleza alguna con la presente investigación.
Contribución de los autores
En concordancia con la taxonomía establecida internacionalmente para la asignación de créditos a autores de artículos científicos (https://casrai.org/credit/ ). Los autores declaran sus contribuciones en la siguiente matriz:
