Ogólne

Przepływ powietrza w oskrzelach podczas swobodnego, naturalnego oddychania można opisać następująco: przepływ jest tym większy, im większa jest różnica między ciśnieniem w płucach i ciśnieniem zewnętrznym; przepływ ten zależy również od właściwości dróg oddechowych. To samo można wyrazić za pomocą języka matematyki. Powyższe, dość długie zdanie przybrałoby wtedy postać:

przepływ = (ciś.płuc – ciś.zewnętrzne) / opór

gdzie oporem nazwano tę właściwość dróg oddechowych, która wiąże przepływ z ciśnieniami.

Również wszystko inne, co wiadomo na temat fizjologii układu oddechowego i można wyrazić słowami, można też wyrazić matematycznie (przynajmniej w teorii). Modelem matematycznym jest właśnie wyrażenie w języku matematyki (za pomocą wzorów) tego, co fizjolog lub lekarz wyraża za pomocą języka werbalnego. Model matematyczny ma dwie cechy, których nie ma wiedza wyrażona za pomocą słów:

Rozwój technik komputerowych pozwolił na pojawienie się modeli typu wirtualny narząd. W takich modelach wiedza fizjologiczna i anatomiczna jest na tyle wiernie opisana za pomocą wzorów, że wirtualny pacjent reaguje na różne oddziaływania tak, jak pacjent rzeczywisty. Aby to było możliwe, model, który ma być wirtualnym pacjentem, musi być o wiele bardziej złożony niż to, co da się prosto wyrazić słowami. Trzeba w nim zastosować wiele parametrów i skomplikowanych wzorów. Przykładem może być przepływ powietrza w oskrzelach, który zależy od ciśnienia w płucach i ciśnienia na zewnątrz, jak opisano powyżej, ale tylko w przypadku normalnego oddychania. Podczas natężonego wydechu — jak wiadomo — przepływ zależy od objętości płuc a nie od ww. różnicy ciśnień. Potrzebny jest więc wzór na tyle złożony, by opisywał zależność przepływu od ciśnień dla normalnego oddychania, ale który — w miarę wzrostu natężenia wydechu — zacząłby opisywać fakt, że przepływu zależy od objętości płuc.

Wykorzystanie wirtualnych pacjentów w edukacji personelu medycznego ma szczególne znaczenie, gdyż:

Należy podkreślić, że duża liczba parametrów (oraz właściwe wzory) powoduje, że u wirtualnego pacjenta można wywoływać różne zaburzenia i otrzymywać wyniki badań podobne do tych, jakie miałby realny pacjent. Z drugiej jednak strony, nie może być podstawą rozpoznania lekarskiego to, że udało się komuś dobrać taki zestaw wartości parametrów, iż wyniki symulacji są podobne do wyników konkretnego, realnego pacjenta. Może to być jedynie traktowane jako podpowiedź co do kierunku dalszych, ewentualnych badań diagnostycznych. Wszak nie można mieć pewności, że inny zestaw wartości dziesiątków parametrów, odpowiadający innej chorobie, nie da podobnych wyników. Dlatego wirtualnych pacjentów nie należy wykorzystywać bezpośrednio do diagnozowania realnych pacjentów.

Głównymi cechami wirtualnego układu oddechowego wykorzystanego w systemie Tgol.e-spirometry™ są:

  1. Podział płuc na pięć płatów oraz rozdzielenie płuc i klatki piersiowej, co daje „dostęp” do ciśnienia w klatce piersiowej, które to ciśnienie „zgniata” oskrzela pośrednie podczas natężonego wydechu.
  2. Podział dróg oddechowych na:
    1. górne drogi oddechowe oraz oskrzela główne usztywnione chrząstkami, których średnica jest z tego powodu prawie niezmienna,
    2. oskrzela pośrednie, których średnica zależy od ciśnienia transmuralnego w oskrzelach, tj. od różnicy między ciśnieniem panującym wewnątrz oskrzeli i ciśnieniem w klatce piersiowej,
    3. oskrzela obwodowe (najmniejsze), które funkcjonalnie stanowią część miąższu płucnego, a więc których wewnętrzna średnica zależy od bieżącego rozciągnięcia płuc, tj. od bieżącej objętości płuc.

Wiele innych cech, jak: wpływ grawitacji, lepkość płuc i klatki piersiowej, bezwładność powietrza w głównych oskrzelach, ściśliwość powietrza, podatność śródpiersia, jest „niewidocznych” w systemie Tgol.e-spirometry™ (w udoskonalanej wersji systemu podatność śródpiersia będzie widoczna, bowiem ma ona wpływ na wyniki spirometrii w przypadku resekcji lub skoliozy).