Ensinando Fisiologia Respiratória: Como o espirômetro funciona?

A importância da fisiologia respiratória no currículo de graduação em fisiologia

Para serem graduados bem-sucedidos, os estudantes de medicina e fisiologia precisam entender como a respiração funciona e como ela muda com o resultado da patologia.

Infelizmente, os alunos parecem ter dificuldades com a fisiologia respiratória. Embora simples e familiar na superfície, a respiração é mais utilmente discutida na linguagem densa da física e da matemática - o que pode assustar os alunos. 

“Muitos estudantes ainda parecem ter dificuldade em compreender a fisiologia do sistema respiratório do que qualquer outro sistema orgânico” (Modell, 1997).

Aqui, vamos detalhar como você pode usar um espirômetro portátil para ensinar facilmente os alunos sobre fluxo de ar, volume corrente e frequência respiratória - e, ao fazer isso, aprofundar sua compreensão do sistema respiratório geral.


Desafios dos graduandos no aprendizado da fisiologia respiratória

Muitas vezes, os estudantes chegam à universidade com conceitos existentes equivocados sobre a respiração. Um estudo apresentou até 11 equívocos comuns dos alunos! (Michael et al., 1999).

Em uma pesquisa com ~700 estudantes de graduação, conceitos equivocados sobre fisiologia respiratória foram difundidos e foram mantidos por estudantes de uma variedade de tipos de instituições, incluindo faculdades comunitárias, grandes universidades de pesquisa e uma pequena universidade privada (Michael et al., 1999).

"Atualmente estou no 3º ano da graduação e, por qualquer motivo, continuo me debruçando sobre a fina fisiologia dos sistemas renal e respiratório. Espero não ser o único. 😬 " - Reddit

Estudantes do segundo ano de fisiologia em um pequeno estudo identificaram volumes e capacidades respiratórias, e espaço morto, como conceitos difíceis de entender ao aprender sobre fisiologia respiratória (Horrigan, 2018).

"Obviamente, estamos fazendo algo errado quando ensinamos fisiologia respiratória, ou não estamos fazendo algo que deveríamos estar fazendo." - (Modell, 1997).


Formas de ensinar fisiologia respiratória

Os alunos respondem bem às aulas práticas de laboratório (por exemplo, em um estudo, 96% dos alunos de fisiologia relataram que as aulas de laboratório foram úteis na aprendizagem de conceitos de fisiologia; Horrigan, 2018).

Além disso, os métodos ativos de aprendizagem (modelos de instrução entre pares, jogos interativos, simulações, etc.) demonstraram melhorar o desempenho dos alunos em um exame de fisiologia respiratória em 25% em comparação com os métodos tradicionais de aula expositiva (Rao & DiCarlo, 2001).

Uma maneira de introduzir o aprendizado ativo em seu laboratório respiratório é usando um espirômetro portátil.

O que é um espirômetro?

A espirometria é o estudo da função pulmonar por meio da medição do ar que entra e sai dos pulmões (Merriam-Webster, 2024).

Alguns dados importantes medidos são volume de ar, taxa de fluxo de ar e respirações por minuto.

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A photograph of the Lt Sensors Spirometer mounted to a table surface using a bracket.

O Sensor Lt Espirômetro

Um espirômetro é um dispositivo que é usado em contextos clínicos, de pesquisa e educacionais para realizar essas medidas. 

 

Como funciona um espirômetro?

Durante o teste de espirometria, um voluntário respirará no espirômetro, que medirá o ar passado pelo dispositivo.

Um pneumotacômetro é um exemplo de espirômetro que usa a taxa de fluxo para medir o volume. O ar é respirado através de um elemento resistivo que cria uma diferença de pressão através dos canais. Um sensor de pressão converte essa diferença de pressão em um sinal eletrônico, que pode ser exibido em Lt.

Esse sinal eletrônico pode ser interpretado para fornecer informações sobre a respiração do voluntário, incluindo fluxo aéreo, volume corrente, frequência respiratória e volume minuto expirado.

  • Fluxo aéreo: A contração e o relaxamento dos músculos respiratórios alteram o volume da cavidade torácica e a pressão dentro dela. Essas alterações facilitam o fluxo de ar para dentro e para fora dos pulmões, medido em litros por segundo (L/s).
  • Volume corrente: A respiração consiste em ciclos repetidos de inspiração seguidos de expiração. Durante o ciclo respiratório, um volume específico de ar é aspirado e expirado dos pulmões; esse volume é o volume corrente (VC).
  • Frequência respiratória: Na ventilação normal, a taxa de respiração (respirações/minuto; BPM) é de aproximadamente 10 a 12 ciclos respiratórios por minuto. Esse valor varia de acordo com o nível de atividade.
  • Volume minuto expirado: O produto da MPB e do VC é o volume minuto expirado, que é a quantidade de ar expirado em um minuto de respiração. Esse parâmetro também muda de acordo com o nível de atividade.

Por exemplo, o painel de dados abaixo mostra dados de fluxo de ar, volume corrente e frequência respiratória sendo coletados simultaneamente do Espirômetro de Sensor Lt em um ambiente de laboratório.

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A screenshot of the Lt interface showing example data recorded in the following channels of a data panel: Airflow, Tidal Volume, ECG, Respiratory Rate, Heart Rate.

 


Por que usar um espirômetro no ensino de fisiologia respiratória?

O uso de um espirômetro no laboratório de graduação introduz o aprendizado prático e ativo em seu curso e aumenta as chances de sucesso do aluno. Lembre-se, abordagens de aprendizagem ativa em um laboratório respiratório resultaram em um aumento de 25% no desempenho dos alunos (Rao & DiCarlo, 2001).

Exercícios práticos com feedback imediato

Quando os alunos usam um espirômetro, eles recebem feedback imediato como resultado de suas ações (ou do voluntário). Sua respiração é registrada e eles podem ver exatamente o volume de ar produzido e a taxa de respiração em tempo real.

Os alunos também desenvolvem experiência usando hardware e interpretando representações gráficas de dados, habilidades chaves em suas carreiras futuras.

Use um espirômetro para investigar a respiração normal e prejudicada

Ao modificar o filtro fornecido com o espirômetro, você pode simular como é respirar com uma doença pulmonar crônica, como em:

  • Doença pulmonar obstrutiva (ou DPOC)
  • Doença restritiva
  • Asma 

Os alunos desenvolvem empatia pela experiência vivida por seus pacientes observando como seu próprio volume expiratório forçado (a quantidade máxima de ar que eles podem expelir) muda com a obstrução.

Além disso, este exercício prático irá ajudá-los a relacionar melhor a estrutura anatômica com a função fisiológica - uma habilidade chave para graduados bem-sucedidos.

Você também pode optar por combinar os protocolos práticos de laboratório que usam o espirômetro com estudos de casos clínicos, que incluem vídeos de pacientes que sofrem com as condições acima. Dessa forma, os alunos podem vincular seu aprendizado teórico com o contexto da vida real.

Por exemplo, os alunos podem participar da simulação de vias aéreas obstruídas e, em seguida, aprender sobre a Sra. Mary Montgomery, que vive com DPOC.

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A screenshot of the Lt interface showing two videos of Mrs. Mary Montgomery, i.e. her initial presentation.

Combine com outros sensores para entender as integrações do sistema do corpo

Você pode combinar um espirômetro com outros sensores para ver como diferentes sistemas corporais mudam em conjunto uns com os outros.

Por exemplo, você pode optar por fazer com que os alunos investiguem os efeitos cardiorrespiratórios do exercício usando um espirômetro e um sensor de biopotencial juntos para registrar como os parâmetros respiratórios e a frequência cardíaca mudam em resposta ao exercício.


Características importantes de um espirômetro de ensino

O espirômetro de ensino ideal facilita o ensino e a aprendizagem por ser fácil de usar, limpar e armazenar. O novo Sensor Lt Espirômetro foi desenhado especificamente para educadores de fisiologia para otimizar a experiência de laboratório.

Portátil e leve

O espirômetro Lt Sensors pode ser segurado com uma mão, o que significa que os alunos podem facilmente registrar dados respiratórios.

Seu tamanho pequeno facilita o manuseio, armazenamento e transporte, enquanto menos espaço morto permite uma respiração mais natural e uma melhor chance de registrar valores de livros didáticos com alunos inexperientes.

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A student holds the Lt Sensors Spirometer in one hand in a laboratory setting.

O espirômetro pode ser segurado com apenas uma mão

Design ergonômico

Resultado de um extenso processo de design, o espirômetro tem uma alça ergonômica angulada e um punho de polegar para ajudar a segurar o nível do espirômetro. Nenhum outro disponível hoje tem um design como o nosso!

Se você está procurando realizar experimentos que exigem o uso mãos-livres do espirômetro - por exemplo, durante exercícios extenuantes - você pode fazer isso facilmente usando o acessório de suporte do espirômetro e tubulação de furo limpo (disponível no Kit Respiratório Humano de Sensores Lt) para permitir o movimento da cabeça.

Maior higiene

O espirômetro pode ser completamente desmontado e, em seguida, peças individuais podem ser lavadas. Quando usado ao lado de filtros descartáveis, isso reduz o risco de transmissão de doenças (uma consideração importante na saúde e segurança de sua classe).

Veja como o espirômetro Lt Sensors pode ser completamente desmontado para limpeza »

Conexão USB

Em vez de configurar um PowerLab e um pod de espirômetro para registrar variáveis respiratórias, os alunos podem conectar o sensor USB e iniciar a amostragem de dados imediatamente.

Este espirômetro portátil também significa que os alunos podem aprender dentro e fora da sala de aula - tornando seu ensino muito mais flexível.

Integração com recursos de aprendizagem

O novo espirômetro também se integra ao Lt, que centraliza a coleta de dados, a análise, o conteúdo das aulas, a avaliação e a administração do curso em um só lugar. É uma solução de ensino total para a fisiologia - e nós a projetamos dessa forma para facilitar o aprendizado dos alunos e o ensino.


Laboratórios que você pode ensinar com um espirômetro

Você pode economizar tempo combinando o espirômetro com uma variedade de práticas de laboratório respiratório. Aqui estão algumas ideias de tópicos que você pode ensinar com o Espirômetro de Sensores Lt:

Fluxo

Registrar os sinais espirométricos e analisá-los para derivar parâmetros respiratórios dinâmicos, como o volume expirado forçado no primeiro segundo (VEF1). Compará-los com parâmetros derivados de um exercício simulado de restrição de vias aéreas. Os alunos também aprendem a realizar testes de pico de fluxo para avaliar a função pulmonar.

Efeitos cardiorrespiratórios do exercício

Registre um ECG, pressão arterial e movimentos respiratórios de um voluntário saudável e compare os registros feitos quando o voluntário está em repouso, durante o exercício e imediatamente após o exercício. Os alunos examinarão quais fatores controlam a frequência cardíaca, o fluxo sanguíneo e a ventilação antes, durante e após o exercício.

Volumes Pulmonares

Registrar e analisar sinais espirométricos para derivar parâmetros respiratórios estáticos, como volumes e capacidades pulmonares. Realizar testes básicos de função pulmonar e estimular a respiração com pulmões hiperinsuflados.

Mecânica da Ventilação

Examinar as propriedades mecânicas do pulmão e da parede torácica medindo as pressões geradas passivamente e pela contração dos músculos expiratórios e inspiratórios.

Todos esses laboratórios podem ser encontrados na Coleção de Fisiologia Humana do Lt, e são completamente editáveis. Combine-os com preparações pré-laboratoriais prontas para uma solução completa de ensino de fisiologia.

 

A melhor maneira de ensinar fisiologia respiratória

A introdução de um espirômetro digital portátil em sua sala de aula pode tornar o ensino mais simples e aumentar o envolvimento dos alunos. Se você tem alguma dúvida sobre o uso de um espirômetro para ensinar no seu curso de fisiologia, entre em contato!

Fique de olho em conteúdos futuros sobre como esterilizar seu espirômetro e leia um espirograma.


Entre em contato com o nosso time de educação e comece já a usar o novo Sensor Lt Espirômetro


Referências

Horrigan, L. A. (2018). Tackling the threshold concepts in physiology: what is the role of the laboratory class? Advances in Physiology Education, 42(3), 507-515. https://doi.org/10.1152/advan.00123.2017 

Merriam-Webster. (2024). Spirometer. Accessed 2 May 2024. https://www.merriam-webster.com/dictionary/spirometry 

Michael, J. A., Richardson, D., Rovick, A., Modell, H., Bruce, D. et al. (1999). Undergraduate students’ misconceptions about respiratory physiology. Advances in Physiology Education, 22(1), S127-S135. https://doi.org/10.1152/advances.1999.277.6.S127 

Modell, H. I. (1997). How can we help students learn respiratory physiology? Advances in Physiology Education, 18(1), S68-S74. https://doi.org/10.1152/advances.1997.273.6.68 

Rao, S. P., & DiCarlo, S. E. (2001). Active learning of respiratory physiology improves performance on respiratory physiology examinations. Advances in Physiology Education, 25(2), 55-61. https://doi.org/10.1152/advances.2001.25.2.55 

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