Pazienti virtuali per insegnare a classi numerose: l’esperienza dell’Università di Bristol

Insegnare fisiologia in modo partecipativo e coinvolgente a classi numerose è una sfida. Gli autori ci accompagnano passo dopo passo in una sessione di simulazione sul controllo della pressione sanguigna per un massimo di 250 studenti contemporaneamente: da come preparare il simulatore a come coinvolgere gli studenti nelle simulazioni interattive fino alla valutazione finale.Pazienti virtuali per insegnare a classi numerose: l’esperienza dell’Università di Bristol

Il premio più famoso nel nostro settore viene assegnato a Fisiologia o Medicina. C’è una buona ragione per questo: con la modernità, una profonda comprensione della fisiologia è diventata la pietra miliare per la pratica della medicina. Gli studenti delle scuole secondarie ricevono oggi un’introduzione di base all’anatomia (struttura) e alla fisiologia (funzione) dell’apparato cardiorespiratorio. Queste conoscenze vengono approfondite dai laureandi in medicina e bioscienze nell’ambito della loro formazione. La maggior parte è in grado di elencare le cause delle variazioni della pressione arteriosa, ma spesso non è in grado di capire come i riflessi intrinseci mantengano la pressione sanguigna minuto per minuto. Il modo in cui queste risposte mantengono la pressione sanguigna durante lo stress (ad esempio l’ortostasi) o il trauma (ad esempio l’ipovolemia) e i limiti di questo sistema di controllo a feedback sono raramente ben compresi. La simulazione guidata da modelli fisiologici aiuta gli studenti a esplorare questi fenomeni nel loro contesto clinico e corporeo. In questo articolo ti raccontiamo la nostra esperienza presso l’Università di Bristol.

Destinatari e obiettivi di apprendimento

L’obiettivo di questo corso è quello di esplorare i meccanismi di regolazione della pressione arteriosa media attraverso il riflesso barorecettoriale e, nello specifico, la risposta all’ipovolemia causata da un’emorragia acuta. Questo corso guidato da un facilitatore viene tenuto a Bristol a circa 800 laureandi del primo anno di scienze biologiche e sanitarie in gruppi numerosi che utilizzano pazienti virtuali. Lo stesso corso viene utilizzato per i tirocinanti di chirurgia post-laurea per rinfrescare le conoscenze di fisiopatologia e per gli studenti di veterinaria, utilizzando quantità fisiologiche appropriate per i canini.

Prima (progettazione del corso e supporti didattici) [class design and training media]

La lezione è strutturata secondo le fasi del metodo ipotetico-deduttivo: fenomeno da evidenziare; raccolta di dati; formazione di ipotesi; previsione; verifica e riflessione (Helyer et al., 2024). 

Viene utilizzato un simulatore Maestro Evolve (Elevate Healthcare, Sarasota, FL, USA). I segni clinici e i segnali monitorati sono generati automaticamente da un modello fisiologico che risponde alla rimozione di volumi crescenti di sangue. È possibile utilizzare anche un simulatore non basato su un modello con accesso a segnali e segni appropriati, ma richiede lo scripting delle risposte e non può essere in grado di reagire agli interventi imprevisti suggeriti dagli studenti. È importante stabilire la validità delle risposte modellate. Sono state apportate piccole modifiche al guadagno del riflesso barorecettoriale pre-programmato per far sì che corrispondesse accuratamente alla risposta attesa per un paziente maschio di 80 kg. La convalida si è basata sui dati della letteratura scientifica, sia quelli relativi agli esseri umani che quelli estrapolati dagli animali (Lloyd et al, 2006).  

I segnali monitorati vengono visualizzati su un emulatore di monitor clinico e si possono ottenere segni clinici da un paziente virtuale (Fig. 2). Questo approccio aiuta gli studenti a comprendere il ruolo del monitoraggio nel riconoscere il deterioramento dei pazienti. Sull’emulatore di monitor vengono mostrati un tracciato ECG a derivazioni II e i tracciati della pressione arteriosa sistemica, arteriosa polmonare e venosa centrale. Vengono visualizzati un valore numerico della saturazione di ossigeno periferica (SpO₂) e i valori della frequenza cardiaca (HR), della pressione arteriosa sistolica (SYS) e diastolica (DIAS) e della pressione venosa centrale (CVP). La gittata cardiaca (CO) può essere visualizzata come variabile continua o misurata con il metodo della termodiluizione. La pressione arteriosa media (MAP) può essere visualizzata sul monitor o derivata da SYS e DIAS. Viene visualizzata anche la frequenza respiratoria (RR). Gli allievi ricavano altre grandezze utilizzando le equazioni fornite dal facilitatore: volume di ictus SV = CO/HR e resistenza periferica totale TPR ≈ MAP/CO. La coscienza può essere valutata in base al livello di vigilanza del paziente.

Per stressare il sistema, una perdita di sangue acuta simulata che comporta un deficit di BV di 600 ml (10% della BV totale) è seguita da una perdita di 3 litri di sangue (50% della BV totale). Segue un trattamento con fluidi che riporta la BV a un deficit totale di 2 litri (33%) e poi a un deficit di  1 litro (17%). Ogni fase è attivata dal tecnico che avanza nello scenario, con segni clinici e segnali monitorati generati dal modello. Gli studenti sono guidati da una serie di diapositive in PowerPoint, anch’esse anticipate dal tecnico. L’apprendimento attivo è promosso dall’uso di strumenti di sondaggio online in momenti appropriati durante la simulazione, che si rivelano preziosi anche per valutare i progressi dell’apprendimento. Gli studenti inseriscono i valori in tabelle di dati strutturate.

Durante (attività del discente)

I discenti vengono introdotti al fenomeno fisiologico. Viene spiegato che il soggetto simulato è stato coinvolto in un incidente stradale, ma non ci si aspetta che gli studenti facciano una diagnosi o che lo curino. Se necessario, viene dedicato del tempo a rafforzare la conoscenza del meccanismo del riflesso barorecettoriale e del concetto di feedback negativo. La raccolta dei dati viene effettuata in ogni fase.  

Fase 0

Per prima cosa l’orologio viene “riportato indietro”, mostrando le variabili monitorate per il soggetto sano durante un check-up prima che avvenisse l’incidente. In questo modo si orientano gli studenti verso i segnali da registrare durante il corso e si rafforza l’importanza della ricerca di valori di riferimento sani, da utilizzare per le analisi successive. Vengono formulate ipotesi sulla risposta a un calo della BV, basate sulle relazioni tra BV, CVP e CO e MAP, CO e TPR.  

Fase 1

Questa fase rappresenta la valutazione al pronto soccorso. Il paziente lamenta dolore e ha perso un po’ di sangue, 600 ml, ma è stabile. Vengono fatte delle previsioni guidate dal facilitatore e gli studenti annotano i cambiamenti dei segni e dei segnali, come se osservassero il trauma in tempo reale. Le variazioni (o meno) di FC, CVP, CO e MAP e i valori derivati di SV e TPR verificano le previsioni. Gli studenti affinano le ipotesi sull’azione dei meccanismi effettori che agiscono per ripristinare la MAP, garantendo un’adeguata perfusione coronarica e cerebrale come priorità.  

Fase 2

Questa fase comporta un grave peggioramento fino a un deficit totale di 3 litri. Questo illustra un altro importante aspetto clinico dell’ottenimento di misurazioni ripetute e sequenziali. Le previsioni vengono fatte e verificate o falsificate osservando i cambiamenti. Per aggiungere drammaticità, l’allarme dell’emulatore del monitor suona e il paziente perde conoscenza. Vengono notati sottili cambiamenti sull’ECG. La discussione verte sul successo o meno del riflesso nel mantenere la MAP. A seconda del gruppo di studenti (scienziati o studenti di medicina), vengono discussi i possibili trattamenti per ripristinare la BV. Alcuni suggeriscono invariabilmente la somministrazione di sangue intero, con l’utile indicazione che la soluzione fisiologica normale è sufficiente per affrontare il problema primario acuto: l’ipovolemia. Gli studenti più attenti segnalano che il valore della SpO₂ scompare, indicando una scarsa perfusione periferica e l’importanza di controllare il polso carotideo.

Fase 3

La BV viene ripristinata in due fasi e gli studenti completano le tabelle dei dati. I volumi di sangue non vengono riportati completamente al valore di controllo precedente all’incidente, il che consente di discutere il concetto di ipovolemia permissiva sviluppato dalla medicina di combattimento.

Dopo (esercizi e valutazione post-simulazione)

L’analisi dei dati è parte integrante della fisiologia e costituisce una parte fondamentale del nostro approccio all‘insegnamento della fisiologia. La fase di riflessione richiede che gli studenti analizzino, traccino, spieghino i dati e traggano conclusioni basate sulle loro osservazioni, previsioni e verifiche. Queste attività possono essere svolte in classe o come attività offline dopo la lezione. Un esempio è riportato nella figura di seguito. I punti chiave discussi includono:

• un grafico della CVP rispetto alla SV (o CO). La pressione venosa centrale diminuisce con l’aumentare dell’ipovolemia, con conseguente diminuzione di SV e CO. Questa relazione porta all’effetto osservato sulla funzione cardiaca spiegato dalla relazione Frank-Starling.
• un grafico del deficit percentuale di BV rispetto a HR, CO e TRP, che illustra i meccanismi di compensazione del riflesso barorecettoriale e come questo meccanismo venga sopraffatto da perdite di sangue molto elevate.
• un calo apparentemente paradossale del TPR al minimo della BV illustra il punto avanzato dei fattori localmente mediati che causano vasodilatazione, contribuendo allo scompenso nella fase pre-terminale (“crash”).

Per valutare il raggiungimento dei risultati di apprendimento vengono utilizzati dei quiz formativi successivi alla lezione. Le domande basate sulla spiegazione dei meccanismi e sulla gestione dei dati della simulazione sono incluse negli esami sommativi di fine modulo.  

In conclusione

Questo corso presenta un fenomeno fisiologico fondamentale che non può (o non può più) essere esplorato su volontari umani o animali. La nostra esperienza indica che si tratta di un modo molto coinvolgente per spiegare un fenomeno complesso ma di grande rilevanza clinica. I punteggi di soddisfazione e di rendimento degli studenti sono elevati e sono all’altezza dei tradizionali laboratori di fisiologia, vedi anche (Helyer et al., 2024). Nei limiti del tempo disponibile, gli autori possono assistere i colleghi interessati a implementare l’approccio presentato.

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