Estudio de un respirador artificial con el empleo de modelos.

Introducción.

A partir de la emergencia sanitaria que puso en jaque al mundo entero, la forma de afrontar lo desconocido, nos llevó a repensar sobre cómo avanzar e ir sorteando los obstáculos que fueran surgiendo. En el ámbito educativo, no fue la excepción.

Esta circunstancia puede transformarse en una oportunidad para continuar con nuestro rol de enseñar.

En este posteo analizaremos un invento que aparece como el principal protagonista en el ámbito hospitalario donde se traten pacientes en estado crítico que hayan contraído COVID-19: Hablamos del respirador artificial, un elemento esencial para suministrar oxígeno a pacientes con insuficiencia respiratoria.

El trabajo interdisciplinario promoverá la indagación científico - tecnológica. Basándose en la información pre existente de fuentes confiables se procederá a la argumentación. Como así también, la explicación del funcionamiento de un artefacto tecnológico, al identificar su inclusión en el mercado como un invento que surgió a partir de una necesidad, contextualizando históricamente. En este aspecto resulta conveniente reconocer los avances tecnológicos en pos de una mejora de tipo social, más que de tipo comercial.

Los fenómenos físicos, químicos y biológicos serán analizados a través de la modelización, complementándose con la integración de recursos TIC.

Actividades.

Lectura de artículo: Se procederá a la lectura del primer fragmento del artículo “El fanático de la aviación que salvó a millones de bebés” donde se procederá al abordaje del contenido que se pretende profundizar desde el contexto histórico.

A medida que se efectúa la lectura del párrafo descrito en la imagen, entre paréntesis y, en color rojo, se mencionan los datos que han de servir para completar la siguiente tabla.

Visualización de video: Se presentará el siguiente video: “El funcionamiento de un respirador artificial |AFP”
El video muestra una animación para no herir la susceptibilidad de los estudiantes. Donde se describe el funcionamiento de un respirador artificial de manera sencilla y acorde al nivel de escolarización de los estudiantes.

Análisis del video: Tras visualizar el video, se procederá a trabajar con algunas capturas de pantalla, de diferentes tramos del mismo, con una serie de preguntas orientadoras.

Recordatorio: Del libro “Mecánica de fluidos” de Irvin Shames: “El flujo laminar se describe como un patrón bien ordenado donde se suponen que las capas de fluido se deslizan una sobre otra, ante una perturbación (válvula, cambio de dirección de flujo, cambio de sección) a medida que avanza por la tubería tiene una transición desde el flujo bien ordenado hacia un tipo de flujo inestable, condición en la cual se desarrollan fluctuaciones irregulares del flujo, conocido como flujo turbulento”

La inclusión del concepto de flujo laminar no es arbitrario, puesto que brindará el soporte cuando deba visualizarse un flujo circulando a través de una tubería.

Armado de modelo: A partir de la visualización del video, se solicitará a los estudiantes que realicen el armado del modelo del sistema respiratorio.

Analogía con el respirador artificial: Efectuando una mejora, el docente deberá perfeccionar el anterior modelo, con el agregado de una jeringa conectada a las entradas de los "pulmones" representados por los globos, a través de sondas transparentes y una válvula de derivación o de doble vía, tal como se muestra en la figura.

Al insuflar aire a través de la jeringa grande, el aire procederá a ocupar el lugar en los globos. Y luego, con el globo que recubre la parte inferior de la botella sin su base (cuya finalidad es modelizar al diafragma) se efectuará la contrapresión, a modo de que el aire insuflado retorne a la jeringa y, de esa manera se repita el ciclo de recirculación cuando se vuelva a presionar la misma. 

Aclaración: En caso de no conseguir una válvula de derivación o de doble vía, en el ámbito médico, resultan útiles las siguientes válvulas que pueden servir a los fines prácticos de la modelización (también conocida como "llave de tres pasos") que ofrece, una regulación del pasaje de aire a través de las sondas transparentes.

A continuación se muestra un modelo que requiere de ajustes, que serán contemplados en futuros posteos.

Comparación entre los sistemas o modelos: Recuperando la analogía mencionada en la primera actividad, se procederá a observar la siguiente infografía sobre la respiración pulmonar como proceso involuntario, sobre la respiración con asistencia mecánica (respirador artificial) y se ha de comparar con el modelo que el docente propuso a modo de análisis.

Reflexión: Se efectuará una comparación entre el flujo de aire que ingresa por medio de la respiración natural, el flujo de oxígeno que ingresa a través del respirador artificial y, el volumen de aire que ingresa a través de la jeringa en el modelo.

En el aire presente en la atmósfera se encuentra la humedad propia del ambiente, por ello debe humidificarse cuando se lo insufla a través del equipo, trasladando al modelo surge la cuestión si es necesaria la humidificación.

En la respiración normal tranquila, la contracción de los músculos respiratorios sólo ocurre durante la inspiración, mientras que la espiración es un proceso pasivo, ya que se debe a la relajación muscular.

Uso del simulador: Se procederá a la visualización del simulador https://phet.colorado.edu/es/simulation/legacy/fluid-pressure-and-flow

Aclaración: Si bien el simulador visualiza moléculas de un líquido, en este caso, sirve a los fines didácticos de establecer la siguiente analogía.

Se identificara en el modelo de respirador artificial, el volumen desplazado a través de la jeringa, su cálculo puede efectuarse de forma aproximada.

Por tratase de una derivación a través de la válvula tipo “T”, se planteará el volumen de aire que ingresa a cada globo.

Introducir el concepto de presión, al ejercer el empuje sobre la jeringa para desplazar el volumen de aire. Como así también el concepto de contrapresión, para que dicho volumen efectúe el camino inverso de retorno.

Evaluación.

En tiempos de pandemia, la forma de evaluar hizo replantear el concepto de evaluación en sí mismo, cuando se habla en términos numéricos, en vez de hablar de términos de alcance, comprensión y/o metacognición. Por tal motivo, se deja a modo de "tarea" domiciliaria, la confección de la rúbrica o forma de evaluar una propuesta que intenta orientar en estos tiempos de incertidumbre.

ANEXOS

https://www.infermeravirtual.com/esp/actividades_de_la_vida_diaria/ficha/funciones_del_sistema_respiratorio/sistema_respiratorio#ventilacion_pulmonar (Información sobre la función del sistema respiratorio)

https://www.bbc.com/mundo/noticias/2016/01/160113_finde_salud_inventor_respirador_artificial_ac (Historia de cómo nació el respirador artificial)

https://youtu.be/fogD64yRrNM (Video donde se visualiza el funcionamiento del respirador artificial)

https://youtu.be/dVDaqtgE6EU (Video donde se visualiza cómo armar un modelo pulmonar de forma casera)

https://phet.colorado.edu/es/simulation/legacy/fluid-pressure-and-flow (Simulador que permitirá realizar la analogía entre el sistema respiratorio y el sistema circulatorio a través de una tubería)