INTRODUÇÃO
A aprendizagem na área de ventilação mecânica (VM) é considerada de alta complexidade, e o ambiente de simulação se mostrou útil na introdução dos princípios básicos da mecânica pulmonar e na interação entre o paciente e o ventilador1)-(4. A simulação com o uso de um sistema microprocessado composto de manequim, gases, ventilador mecânico e monitores torna o ambiente mais próximo da realidade, porém, apesar de mais convidativo, exige investimento financeiro para manutenção adequada de todos os seus componentes, bem como regras para acesso controlado e supervisionado4. O software simulador computacional de VM abriu uma possibilidade de acesso irrestrito e livre na internet. O simulador Xlung possibilita alterar os parâmetros e permite a correlação entre as situações clínicas, as variáveis de VM e a alteração na oximetria de pulso e na gasometria arterial em tempo real3. O ensino de VM para alunos sem a visualização da hemodinâmica e/ou de parâmetros estáticos pode ser utilizado dependendo dos objetivos específicos de ensino da graduação.
A pandemia da coronavirus disease 2019 (Covid-19) aumentou as internações por síndrome respiratória aguda e exigiu recursos e capacitação de profissionais para uso da VM. O ambiente de simulação, no estágio mais avançado do ensino, deve chamar a atenção para as possíveis intercorrências (hipotensão, atividade elétrica sem pulso, aspiração, vazamento e pneumotórax), bem como para a estratégia mais adequada para enfrentamento dessas situações5)-(7. O cenário de uma simulação possibilita ao aluno testar seus conhecimentos em ambiente seguro, sem riscos para os pacientes8. Se mais dados visuais estão disponíveis, o educador deixa de ser o senhor do conteúdo para ser um dos participantes na condução dessa linha terapêutica de suporte9.
O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de um simulador com interação cardiopulmonar que disponibilizasse um centro cardiorrespiratório, capnografia, hemodinâmica, animações de ventilação (alvéolo-capilar e planos torácicos), intercorrências e opções terapêuticas não ventilatórias.
MÉTODOS
Elaboração de textos
Elaboraram-se o Termo de Consentimento Livre e Esclarecido (TCLE), textos de ajuda para o entendimento do manejo da VM e ilustrações que explicavam as definições mais importantes na literatura existente, com o objetivo de facilitar o aprendizado autodirigido5),(10)-(20. Os voluntários avaliaram o software com o instrumento de percepção, por meio de uma escala de concordância de Likert de cinco pontos, respondendo a todas as asserções21. Nesse questionário, os usuários puderam relatar aspectos positivos e negativos, comentários, críticas e sugestões que julgaram importantes22),(23.
Desenvolvimento do software
Após a autorização pelo Comitê de Ética e Pesquisa (CEP) da Faculdade de Ciências Médicas e da Saúde de Sorocaba - Parecer nº 3.434.803 e Certificado de Apresentação para Apreciação Ética (CAAE) nº 16188219.9.0000.5373, de 3 de julho de 2019 -, o software foi desenvolvido com apoio de um funcionário da Divisão de Tecnologia da Informação desta universidade, utilizando a Web Hipertext Markup Language versão 5 (HTML5) com o editor livre Notepad++ versão 7.6.6., Javascript para elaboração de cálculos, Cascading Style Sheets (CSS) para os estilos e Canvas do HTML para as animações e os gráficos24),(25. O software foi publicado num site da instituição.
Sujeitos da pesquisa
Após autorização do CEP, o software foi disponibilizado aos voluntários (engenheiro e especialistas da área da saúde) via e-mail: para o simulador (link, usuário e senha), manual e link para TCLE e instrumento de percepção. Na avaliação do simulador, adotaram-se os seguintes procedimentos:
Avaliação da qualidade do software pela tecnologia da informação
A avaliação técnica do simulador foi realizada por engenheiro de acordo com a Norma Brasileira (NBR) 13596, que determinou as características de qualidade do software. Essa norma foi traduzida pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) a partir da Norma 9126 da International Organization for Standardization em conjunto com a International Electrotechnical Commission (ISO/IEC), que é constantemente revisada pela ISSO26),(27. A qualidade em uso pode ser medida por meio da operação do produto em condição de uso normal ou simulada, verificando-se a existência e o nível das características e subcaracterísticas definidas na Norma ISO/IEC 9126 (NBR13596)27.
Análise dos dados do instrumento de percepção
Foi associada uma escala atitudinal: concordo plenamente (CP), concordo (C), indiferente (I), discordo (D) e discordo plenamente (DP). Asserções com impacto positivo tiveram valores diferentes na escala de Likert, quando comparadas às asserções negativas:
Os cálculos para o instrumento de percepção do software, visando possibilitar a aplicação de estatística paramétrica, foram:
Média dos pontos em escala de Likert para cada asserção.
Concordância é a soma das opiniões com pontos atribuídos iguais a quatro ou cinco, divididos pelo total das opiniões para cada assertiva e depois convertidos em porcentagem28.
O índice de validade do conteúdo (IVC) foi obtido pela soma das opiniões com pontos atribuídos iguais a quatro ou cinco, dividido pelo total de opiniões para cada assertiva28. O IVC geral foi obtido pela média todas assertivas.
RESULTADOS
Simulador desenvolvido
Os parâmetros básicos para simulação (formulário azul) permitem a escolha pelo usuário dentro de certos limites ou opções: grau de dificuldade, diagnóstico principal, segundo diagnóstico, sexo, idade, altura, posição no leito (importante nas simulações de SARA), temperatura, dosagem de hemoglobina e pressão barométrica. A mudança do nível de dificuldade para “HARD” randomiza a presença do índice de massa corpórea (IMC) maior que 30, pneumotórax, vazamento e aspiração, ausentes no nível “NORMAL”. Os parâmetros modificados de forma indireta, após escolha do diagnóstico principal, foram: complacência pulmonar estática, resistência de vias aéreas, relação entre pressão parcial de oxigênio e fração inspirada de oxigênio (paO2/FiO2), espaço morto fisiológico (“P.Dead Space”), estado de hidratação (quando se adiciona um segundo diagnóstico), volume sistólico do ventrículo esquerdo (VS), pontos de inflexão inferior e superior, resistência vascular sistêmica (RVS), randomização de aparecimento das complicações como aspiração e/ou pneumotórax. O valor do IMC e da capacidade residual funcional foi recalculado na mudança de opção feminino/masculino14. O valor do IMC superior ou igual a 30 foi considerado elevado12. Algumas alterações param a simulação ventilatória e ativam o botão “Confirme/Start” e desabilitam o botão “Stop”. O botão “Precisa Ajuda?” permite acesso aos botões de “Referências”, “Ajuda” e “Alarmes e Opções”, e o botão “Fechar Ajuda?” oculta o acesso nesses itens (Figura 1).
Como a simulação do centro cardiorrespiratório (CCR) periférico e central não é visível, seguiram-se os princípios de fisiologia para permitir a autorregulação nas simulações29. O CCR interfere diretamente nas frequências cardíaca e respiratória, no VS, na RVS e na resistência vascular sistêmica pulmonar (RVP). Uma falta de interação entre o CCR e a VM pode provocar assincronias.
Os parâmetros de ventilação (formulário bege) têm cinco opções de modo ventilatório12. No modo ciclado a volume (VCV), assistido controlado, há a opção de usar fluxo ou tempo de rampa (“Fluxo/Rise Time”) e o tipo de onda de fluxo. No modo ciclado a tempo com pressão controlada (PCV), assistido controlado, usa-se o rise time, com a opção de utilizar insuflação intratraqueal de gás (TGI), se necessário15. No modo pressão de suporte (PS), espontânea assistida, há a opção de ajuste do backup de apneia (modo PCV). O modo de pressão em dois níveis de pressão (BIPAP), não invasivo assistido, usa o modo PCV, o valor da pressão inspiratória é o valor máximo, e não há backup de apneia. O modo CPAP é não invasivo espontâneo e oferece a pressão positiva contínua nas vias aéreas e a FiO2. Quando se muda qualquer parâmetro, exceto a pausa inspiratória, a simulação ventilatória para e necessita confirmação no botão “Confirme/Start” (Figura 1). A opção “Corrigir vazamento?” aparece na dificuldade “HARD”.
A gasometria arterial e os índices (formulário rosa) são influenciados pelo gasto energético calculado pela fórmula de Harris-Benedict, pela hemodinâmica, pela ventilação e pelas condutas. A fórmula de Weir, considerando o quociente respiratório igual a 0,8, estimou a produção de dióxido de carbono e o consumo de oxigênio20. O modo assistido tem um acréscimo de 10% no gasto energético em relação ao controlado de ventilação20. A equação de Henderson-Hassdelbalch foi utilizada para cálculo do pH. A saturação gasométrica arterial de oxigênio (SaO2%) foi obtida por meio da equação de Kelman a partir dos dados obtidos por Severinghaus, utilizando paO2, pCO2, pH e temperatura30. Adotou-se o método de Fick para calcular a saturação gasométrica venosa central de oxigênio (SaO2V). A saturação de oxigênio de pulso (SpO2%), animada em “OXIMETRO”, é o valor da SaO2% que sofre influência da pressão arterial média. Os índices de oxigenação como a paO2/FiO2, os de ventilação/perfusão como a pressão alveolar de oxigênio (pAlvO2), shunt pulmonar (Shunt%) e o “P.Dead Space” são calculados automaticamente. O índice de Tobin foi calculado a partir da divisão do volume corrente (VC) em litros pela frequência respiratória, e a pressão de oclusão inspiratória a 0,1 segundo (P0.1) avaliou a resposta do CCR. Esse índice e essa pressão são contínuos e utilizados para desmame da VM. A opção de “Other index?” permite visualizar os índices pAlvO2, Tobin e P0.1 (Figura 1).
No gráfico que simula o monitor de eletrocardiograma (ECG), a pressão arterial (PA) invasiva (Figura 1), o valor da frequência cardíaca (FC) e da PA média e seus alarmes visuais são apresentados, em tempo real entre parênteses, como normal (“nl”), aumentado (“↑”) ou diminuído (“↓”).
A animação da ventilação pulmonar no plano axial (Figura 1) simula a bioimpedância com densidade pulmonar baixa (azul) até alta (avermelhado), posição no leito (supina/prona), aspiração como coleção dourada posterior, pneumotórax como espaço pleural em branco e redução do volume de um dos pulmões, dreno torácico e barotrauma não controlado identificado quando o coletor tem bolhas saindo do dreno31),(32.
A animação da ventilação pulmonar no plano sagital (Figura 1) simula a posição no leito, a movimentação dos músculos diafragma e intercostais, a aspiração de líquido gástrico no pulmão, o estômago e a estrutura abdominal, o pneumotórax como espaço pleural em branco e a redução do volume do pulmão, o tubo orotraqueal (COT) ou máscara facial, a TGI e o dreno torácico (sem coletor) e de barotrauma não controlado33.
A animação alvéolo-capilar foi representada no desenho de três alvéolos, três fluxos de hemácias e o valor da pressão capilar pulmonar (PCP) (Figura 1)25),(33. Nessa animação, podem-se simular o aumento de “P.Dead Space”, “Shunt%”, a atividade elétrica sem pulso (AESP), a diminuição dos bronquíolos distais durante a expiração quando a pressão positiva expiratória intrínseca está elevada, as bolhas de ar no enfisema intersticial (pneumotórax) e a rotura eminente no alvéolo da esquerda como uma esfera enchendo que depois se rompe.
O monitor ventilatório (Figura 2) simula e identifica o modo de ventilação, as quatro curvas (fluxo, volume, pressão e capnografia) e os alarmes visuais em amarelo, com exceção do alarme de redução (“↓↓↓”) do CO2 final expirado (ETCO2). Os parâmetros monitorados são complacência, resistência, fluxo máximo e mínimo, pressão inspiratória máxima, pressão de platô, pressão positiva expiratória final, pressão transpulmonar (PTP), VC inspirado e expirado, VC por quilo de peso ideal, tempo do ciclo, tempo inspiratório (I) e expiratório (E), relação I/E, frequência respiratória atual e demanda do CCR simulada (FRtot-pac). As curvas em tempo real de pressão X volume (PxV) ou fluxo X volume (FxV) são opcionais.
A animação cardiovascular (CV) simula a contração dos ventrículos, a pulsação das artérias e veias, a AESP, os valores em tempo real da resistência vascular pulmonar (RVP) e RVS, o VS do ventrículo esquerdo, o débito cardíaco (DC), a SaO2V, a pressão venosa central (PVC), o valor randomizado do diâmetro da veia cava inferior (VCI) e sua variação (varia) para avaliação da volemia34. Os alarmes visuais para esses parâmetros seguem os mesmos padrões do ECG e a PAI (Figura 2).
Os botões de ajuda, que têm a mesma cor dos formulários, auxiliam o usuário a utilizar o simulador: nas condições gerais, parâmetros de ventilação, outras condutas e alarmes/opções. Disponibilizaram-se cinco arquivos públicos de referencial teórico, em formato em PDF, que serão abertos em outra janela, para consulta de insuficiência respiratória, diretrizes de VM, interação cardiopulmonar, transporte de O2 e CO2 e VM na Covid-19 (Figura 2)12),(35)-(38.
O formulário “Condutas Não VM” (verde, Figura 3) inclui bicarbonato, volume, sedação/analgesia, broncodilatador, vasopressor, além de outras condutas em certas condições: “Drenagem Torácica?” na dificuldade “HARD”, “COT Ø:” nos modos ventilatórios invasivos e “Tratar ICC?” no diagnóstico “EDEMA AGUDO”.
No formulário “Alarmes e Opções” (amarelo, Figura 3), no que concerne aos valores dos alarmes, foram escolhidos os valores padrões (mínimo e máximo) para cada parâmetro, que podem ser alterados dentro de certos limites, com exceção de ETCO2 e SpO2 que apresentam apenas a opção mínima. Quando os valores determinados são ultrapassados, é ativado um som específico (ventilatório e/ou cardiovascular) e visual para alarme do parâmetro. Nas “Opções”, existe a possibilidade de ativar o som, permitindo ouvir os alarmes, os batimentos cardíacos e ruídos respiratórios, a visualização da animação CV, Curva PxV, Curva FxV e o tempo de visualização dos monitores em segundos da tela (padrão de dez segundos)39.
Avaliação do software por engenheiro de software
Após concordância do TCLE pelo engenheiro de software, o simulador computacional foi submetido à avaliação, levando em consideração o objetivo do software e os usuários26),(27. Concluiu-se que o software está apto para proposta de ensino desde que siga as necessidades mínimas para processamento dos dados, em navegador Chrome, por sua compatibilidade com Windows, Linus e Mac OS. A não observância dessa exigência poderia causar falhas. Não foi projetado para comunicação com outros softwares.
Avaliação do software por especialistas
Instrumento de percepção por especialistas
Os sete especialistas (quatro fisioterapeutas e três médicos intensivistas), seis deles professores, concordaram com o TCLE, testaram o simulador e opinaram sobre o conteúdo dele (Tabela 1). Não foi imposto nenhum padrão de avaliação, permitindo aos avaliadores testar quantas vezes quisessem as mais variadas combinações de simulação no software.
DP | D | I | C | CP | |
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1. O conteúdo com o software pode ajudar o aluno a entender o uso racional de ventilação mecânica. | 1 | 2 | 4 | ||
2. O software deve estar à disposição dos alunos para a utilização extraclasse. | 1 | 6 | |||
3. A quantidade do conteúdo abordado é excessiva.an | 2 | 2 | 3 | ||
4. Os conteúdos abordados no software não são relevantes à formação do profissional da saúde.an | 5 | 1 | 1 | ||
5. A melhor maneira de colocar o software à disposição do aluno é por acesso on-line. | 1 | 2 | 4 | ||
6. O software é de fácil utilização. | 2 | 5 | |||
7. Esta metodologia de ensino permite interação entre várias disciplinas ou áreas. | 3 | 4 | |||
8. Esta metodologia não integra teoria e prática.an | 5 | 2 | |||
9. A metodologia pode contribuir para despertar o interesse para o aprendizado. | 3 | 4 | |||
10. Deve ser produzido material semelhante adaptado para outras áreas ou disciplinas. | 1 | 1 | 5 | ||
11. O material como um todo é de boa qualidade. | 4 | 3 | |||
12. É importante a iniciativa de avaliar uma metodologia de ensino. | 1 | 6 | |||
13. A metodologia de ensino estimula o raciocínio. | 7 | ||||
14. Esta metodologia de ensino não aproxima a área básica da área clínica.an | 5 | 2 | |||
15. Esta metodologia está de acordo com os objetivos da reforma curricular. | 2 | 3 | 2 | ||
16. O software acrescenta pouco àquilo já visto em sala de aula.an | 2 | 3 | 2 | ||
17. A metodologia torna um assunto complexo como a ventilação mecânica mais interessante. | 1 | 2 | 4 |
CP: concordo plenamente, C: concordo, I: indiferente, D: discordo, DP: discordo plenamente.
an: asserções negativas.
Fonte: Elaborada pelos autores.
Na avaliação do conteúdo por especialistas, a média dos pontos de Likert (L) e de concordância (Co) foi maior nas asserções positivas (L = 4,45, Co = 90,4%) que nas negativas (L = 4,22, Co = 77,1%). A assertiva com maior concordância foi “estimular o raciocínio” (L = 5,00, Co=100%), as decisivas foram “disponível on-line” (L = 4,29, Co = 85,7%) e “disponível extraclasse” (L=4,86, Co=100%), e as piores, “excesso de conteúdo” (L = 3,14, Co = 28,6%) e “fácil utilização” (L = 3,43, Co = 71,4%). Obteve-se o valor de 0,86 para a média geral do IVC.
Pontos positivos, negativos e sugestões (nº de avaliadores)
Pontos positivos (nº): Ferramenta boa para testar teoria e/ou prática (7) e animações interessantes para interação cardiopulmonar (5) e ajuda (1).
Pontos negativos (nº): Delays nas curvas (2), visual confuso, muito poluído (4), erros de cálculos: paO2 (1) e ajuda mais detalhada para condutas não VM ou parâmetros de ventilação (4).
Sugestões (nº): Incluir mais referências (1), fazer testes básicos com conceitos e parâmetros novos (1), adicionar modo APRV (1) e parâmetro para identificar a hipovolemia (1).
Ajustes no software simulador após opinião dos especialistas
Após os devidos esclarecimentos sobre a interpretação dos colegas especialistas e a postura dos avaliadores para disponibilidade on-line, opções viáveis no software, os seguintes ajustes foram efetuados (Figura 4):
Acerto sobre atrasos (delays) na execução das curvas de monitorização.
Adição de mais duas referências para consulta em arquivo PDF.
Adição do parâmetro visual da pressão transpulmonar (PTP) quando a pausa inspiratória for maior que zero.
Elaborado um manual acessível no botão “Ajuda:Par. Ventilação” e mais informações no texto acessado no botão “Condutas Não VM”. Dois níveis de dificuldade: “NORMAL” e “HARD”.
Correção de cálculo da paO2.
Adição do diâmetro da VCI e sua variação (VCI-varia) na animação CV, para ajudar na avaliação da volemia.
Para diminuir a poluição visual, foram adicionados dois botões no formulário “Condições Gerais”. O primeiro é “Precisa ajuda” para visualizar os botões de ajuda, alarmes/opções, referências, animação CV, curva PxV ou FxV. O segundo - “Fechar ajuda” - oculta as ajudas, referências, mas não fecha as animações CV, curvas PxV ou FxV caso tenham sido ativadas. Ocultaram-se os índices no formulário de gasometria, que podem ser visualizados se utilizar opção ”Other index?”.
DISCUSSÃO
A participação de médicos e fisioterapeutas contribuiu para maior êxito na condução direta da VM como descrito no consenso da Associação de Medicina Intensiva Brasileira (AMIB) de 201312.
Na avaliação dos especialistas, das várias asserções, a com melhor concordância (Co) e média de Likert (L) foi “estimular o raciocínio” (Co = 100%, L = 5,00)22),(23. As que estão na zona de alerta (L de 2,64-3,66) foram “excesso de conteúdo” (Co = 28,6%, L = 3,14) e “fácil de usar” (Co = 71,4%, L = 3,43), que são ligadas à qualidade do software22),(23. A poluição visual, a velocidade de execução das curvas, o nível de dificuldade e a ajuda insuficiente foram corrigidos para disponibilidade on-line e/ou extraclasse. A média geral de Likert (Lg) de todas as asserções positivas e negativas estão na zona de conforto (Lg > 3,66), e o índice de validação de conteúdo de 0,86 reforça que o simulador tem potencial no ensino do tema22),(23),(28. A usabilidade, na análise de seis simuladores, foi: 93% para Xlung, 65% para Hamilton, 59% para Inter 5 Plus e Evita XL 53%; somente Xlung tinha validação de conteúdo1.
Como não há espaço para tentativa e erro no tratamento de pacientes graves ou mesmo estáveis sob VM, a simulação de cenários clínicos é considerada uma ferramenta de aprendizagem relevante para a capacitação e aquisição de competências8.
O grau de dificuldade para ensino de VM é de alta complexidade, como já havia sido relatado por Osaku2. Na metodologia ativa de ensino, temos vários pontos a serem considerados, como as dificuldades e particularidades do educando, a obrigatoriedade de atingir as competências necessárias exigidas pelo plano de ensino e o tema que deve ser abordado. Na simulação, podem existir alguns problemas, e, seguindo as orientações dos saberes necessários à prática educativa de Paulo Freire9, apontamos os seguintes aspectos:
A dificuldade no manuseio do software pode ser atenuada pelos arquivos disponíveis para consulta, possibilidade de contato com o autor do simulador. Ensinar alunos pode exigir uma compreensão diferente das necessidades deles e respeitar o nível de entendimento. Caso as perguntas dos discentes sejam frequentes com necessidade de respostas mais detalhadas, cabe ao educador oferecer a possibilidade de encaminhar as questões por meio de chat, ao final da aula ou e-mail.
Falta de curiosidade sobre o tema de parte dos discentes ou de todo o grupo: O educador deve esclarecer com detalhes as simulações e entender que o silêncio pode ter várias causas além da falta de interesse. Na maioria das vezes, o entendimento do tema é complexo, e somente posturas ativas do educador podem ajudar, como: escuta atenta a uma pergunta, respeito quando a resposta é errada, estímulo ao raciocínio para encontrar a resposta correta, elogio para respostas corretas e interrupção da simulação ou de sons a fim de permitir a interação entre discente e docente.
Dificuldades técnicas com computadores, exceto a queda de energia ou conexão, por processadores insuficientes: Deve existir o cuidado da instituição e do docente em escolher computadores com processadores adequados antes de iniciar a sua atividade.
CONCLUSÃO
A avaliação dos especialistas indicou o software como uma ferramenta adequada para ensino da teoria e/ou prática sobre VM, e as sugestões deles contribuíram com perspectivas diferentes para melhorias do simulador.
O ensino de VM no ambiente da simulação permite ao aluno uma participação ativa no seu processo de aprendizagem. O simulador com interação cardiopulmonar desenvolvido é uma ferramenta de grande valia para alcançar o entendimento do tema, podendo despertar a curiosidade e o interesse dos discentes, respeitando a autonomia e velocidade de aprendizagem de cada um.