Abstract

dic

ABC Imagem Cardiovascular

Arq Bras Cardiol: Imagem cardiovasc.

2675-312X

Sociedade Brasileira de Cardiologia

abcimg.20230100i

10.36660/abcimg.20230100i

Original Article

Use of Echocardiography as a Supplementary Tool in Teaching Cardiac Anatomy and Physiology to Medical Students

0000-0002-4298-8649

Bacca

Caroline de Oliveira Fischer

¹² Conception design of the research acquisition of data analysis interpretation of the data writing of the manuscript critical revision of the manuscript for intellectual content

0009-0001-0106-4204

Toniazzo

Silvia R. Froes

¹ Conception design of the research writing of the manuscript critical revision of the manuscript for intellectual content

0000-0002-0409-2163

Rocha

Franciani Rodrigues da

¹ analysis interpretation of the data statistical analysis writing of the manuscript

0000-0003-2406-3033

Matias

Luiz Fernando

¹ Conception design of the research writing of the manuscript

0009-0007-3698-9374

Mees

Thais Naiara

¹ Conception design of the research acquisition of data writing of the manuscript

0009-0007-9840-7413

Kuhl

Ana Luiza Nardelli

¹ Conception design of the research acquisition of data writing of the manuscript

0009-0006-5008-2958

Ramos

Nicolas

¹ critical revision of the manuscript for intellectual content writing of the manuscript

0000-0003-0170-7211

Gambetta

Marcelo Vier

¹ Conception design of the research acquisition of data writing of the manuscript critical revision of the manuscript for intellectual content 1 NPCMed Núcleo de Pesquisa em Ciências Médicas

Rio do Sul

Brazil NPCMed, Núcleo de Pesquisa em Ciências Médicas, Rio do Sul, SC – Brazil 2 Hospital Regional Alto Vale

Rio do Sul

Brazil Hospital Regional Alto Vale, Cardiology, Rio do Sul, SC – Brazil

Mailing Address: Caroline de Oliveira Fischer Bacca • UNIDAVI, Medicine School. Rua Guilherme Gemballa, 13. Postal code: 89160-932. Rio do Sul, SC – Brazil E-mail: caroline.bacca@unidavi.edu.br

Potential Conflict of Interest

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

18 12 2023

2023

36 4

e20230100

09 11 2023 13 11 2023 14 11 2023

This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License

Abstract Background:

Ultrasonography has been increasingly used in teaching basic medicine. The simultaneous observation of the echocardiographic image and the electrocardiogram allows students to understand the physiological process of the heart and its function within the cardiovascular system.

Objective:

Evaluate the acquisition and retention of knowledge among medical students during the study of cardiac anatomy and physiology through the use of echocardiography.

Methods:

Thirty-four (34) students in the third semester took a pre-test (assessment 1) consisting of 20 multiple-choice questions, 15 of which were related to cardiac anatomy and physiology and 5 were “confusion-inducing questions.” The test was designed by one of the authors, blind to the others. After the theoretical meeting, assessment 2 was carried out with the same questions. The following week, a practical echocardiography meeting was held, aimed at evaluating anatomy and physiology. A post-test (assessment 3) was carried out 30 days after the first meeting to assess knowledge retention. The variables were analyzed by the Kolmogorov-Smirnov, Student’s T, and Wilcoxon tests, with a statistical significance level of p < 0.05.

Results:

The average number of correct answers in assessment 1 was 6.37 ± 2.0 (42.4%), 9.8 ± 2.2 (65.3%) in the second assessment, and 10.3 ± 2.5 (68.6%) in assessment 3. There was a statistical difference between assessment 1 and the other assessments (p = 0.01).

Conclusion:

Early introduction of echocardiography in the medical curriculum proves beneficial for imparting knowledge in cardiac physiology and anatomy, reinforcing theoretical understanding.

Keywords: Echocardiography Education, Medical Students, Medical Anatomy Cardiovascular Physiological Phenomena

Introduction

Medical education has changed drastically in recent decades. Technological advances have allowed ultrasound techniques to be increasingly used for teaching medicine, particularly for anatomy¹ and physiology² subjects. Studies have shown that students’ perception of the use of ultrasound in teaching anatomy is positive^3,4 and it has already been demonstrated that the use of echocardiography was as effective as the dissection of cadavers in teaching cardiac anatomy.⁵

Echocardiography provides a visual representation of cardiac cycle events, facilitating the correlation between anatomical structures and their physiological functions. The simultaneous examination of the ultrasound image of the heart, the phonocardiogram, and the electrocardiogram enables students to grasp the physiological processes of the heart and its role within the cardiovascular system,⁶ thereby enhancing diagnostic accuracy at the bedside.⁷ Published articles indicate that instructing cardiac physiology through ultrasound methods aids students in learning and retaining knowledge about the events of the cardiac cycle.⁴

While computer programs exist to simulate cardiac cycle mechanisms,^8,9 echocardiography provides the added benefit of teaching an imaging method widely employed in diagnosing various cardiovascular pathologies, concurrently providing an understanding of physiological mechanisms and cardiac circulation.⁴

Since 2016, Indiana University in the United States has integrated echocardiography into its curriculum. It is introduced for students in the second-year pre-clinical cycle in order to assist in understanding the practice and teaching of cardiology.¹⁰

Similarly, our university incorporates echocardiography into the curriculum during the third semester, serving as a tool to facilitate the teaching of cardiac physiology and enhance understanding of cardiac anatomy and the phases of the cardiac cycle. This study aims to assess the actual knowledge gain resulting from the integration of current medical teaching methods (active methodologies and Problem-Based Learning – PBL) with echocardiography practice.

Materials and methods Study design

Prospective, single-arm study, with 34 students in the third semester of the Medical school program at UNIDAVI - Centro Universitário para o Desenvolvimento do Alto Vale do Itajaí, in Rio do Sul, state of Santa Catarina, Brazil.

Students were asked to answer a pre-test (assessment 1), with a duration of 20 minutes, consisting of 20 multiple-choice questions, 15 of them related to anatomy and physiology, and 5 “confusion-inducing questions” (see next topic). The assessment was prepared by the coordinating professor of the phase, maintaining blindness to the practice of echocardiography.

Subsequently, the group was divided into three groups for theoretical discussions involving the Wiggers Diagram (Figure 1).¹¹ Each sub-class had twenty (20) minutes to research atrial, ventricular, and arterial pressure curves, as well as ventricular volume, electrocardiogram, and phonocardiogram. For three hours, students delved into the theoretical part and were questioned by the professors, aligning with the course’s active methodology. Following the theoretical discussion, a new assessment (assessment 2) was conducted, comprising the same questions as the pre-test and allowing the same time for resolution.

Figure 1 Wiggers Diagram. Key: A) Temporal correlation between ventricular pressure (VP), ventricular volume (VV), atrial pressure (AP) and aortic pressure (AoP). MVC: mitral valve closure; MVO: mitral valve opening; AVO: aortic valve opening; AVC: aortic valve closure; EDV: End diastolic volume; ESV: End systolic volume. #1 - B1 (mitral and tricuspid valves closure). #2 - B2 (aortic and pulmonary valves closure). #3 - B3 (third heart sound). #4 - B4 (fourth heart sound). B - Temporal correlation between blood flow during ventricular systolic ejection (VV) and diastolic filling waves (E and A waves of mitral inflow), in conjunction with the electrical impulses of atrial depolarization waves (P wave), ventricular depolarization (QRS complex), and ventricular repolarization (T wave) observed in the electrocardiogram (ECG). Adapted from Mitchell, 2014<sup><xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref></sup>

After a one-week interval, the students proceeded to the echocardiography laboratory. The practical meeting spanned 60 minutes and was conducted on the Affinity 70@ (Philips@) device. Initially, the formation of an ultrasonic image and the visualization of cardiac chambers in the transthoracic echocardiogram (ECHO) were discussed. Divided into four groups, they were prompted to correlate cardiac anatomy with the echocardiographic image in the parasternal longitudinal and apical four-chamber views (Figure 2).

Figure 2 Echocardiographic images in sections: A) Parasternal longitudinal; B) Apical four-chamber view. Key: LV: left ventricle; LA: left atrium; RV: right ventricle; RA: right atrium.

Within cardiac physiology, the pressure and volume curves of the left atrium (LA) and left ventricle (LV) were discussed, utilizing pulsed Doppler of the LV inflow and outflow tract obtained in the apical 4th and 5th chamber views, respectively. Discussion was encouraged regarding diastole and ventricular filling times based on heart rate (Figure 3).

Figure 3 Echocardiographic images in the Apical 4-chamber view of the inflow tract and outflow tract of the left ventricle with pulsed Doppler.

Finally, at the fifth time point and with a thirty (30)-day interval, the students undertook the last test (assessment 3) as a surprise test, featuring the same questions as the previous tests and providing the same time to answer.

Evaluation

The assessment was developed by the coordinating professor of the phase using the Google Forms^® platform, administered as a surprise test on electronic devices with restricted internet access. The questions were blinded to the practical instructor, and the content was covered in the echocardiography laboratory program. It was composed of twenty (20) multiple-choice questions (appendix 1), with fifteen (15) questions related to anatomy and physiology (the so-called “valid questions”) and another five (5) “confusion-inducing questions” related to cardiology, but without addressing the topics discussed in theory and practice.

Confusion-inducing questions were introduced in the assessment to prolong the test, confuse students regarding the topic covered, and serve as control questions, since they do not explore the subject discussed in theory and practice. If assessment 1 solely focused on cardiac anatomy and physiology, the student would readily discern the designated topic and could engage in targeted study, artificially enhancing their performance in subsequent assessments. Consequently, these confusion-inducing questions showcase the student’s capacity to enhance their knowledge and study without any didactic intervention.

Statistical analysis

The results of the three assessments were calculated in the SPSS^@ (Statistical Package for the Social Sciences) software version 26.0, using the Kolmogorov-Smirnov normality test.

Given the distribution of the sample, a normal distribution of these findings was found in the first and second assessments using the parametric Student’s t test for paired samples. For the analysis of the third assessment, given the non-normal distribution, the non-parametric Wilcoxon t test was used.

The results were expressed as mean and standard deviation (SD), with the analysis considered statistically significant when p value < 0.05 (α < 0.05).

Results

The sample was made up of 34 students from the third semester (basic cycle) of the Medical School program, 25 of whom were female and 9 male, with a mean age of 20.9 years (SD ± 3.5 years).

In the first assessment, the average number of correct answers to valid questions was 6.7 (SD ± 2.0), corresponding to 44.6%. The average number of correct answers to the confusion-inducing topics was 2.5. The question with the lowest percentage of correct answers was “During which phase of the cardiac cycle are the values of aortic diastolic (DBP) and systolic (SBP) pressure observed?” with only five correct answers (14.3%).

In the second assessment, the average number of correct answers to valid questions was 9.8 (SD ± 2.2), totaling 65.3%, and 2.6 correct answers to confusion-inducing questions. In this assessment, the question with the lowest number of correct answers was a confusion-inducing question: “The definition of sinus rhythm is based on the following findings, EXCEPT for,” with only eight correct answers (21.1%).

In the last assessment, the average number of correct answers was 10.3 (SD ± 2.5), correlating with 68.8% of the total, and 2.45 correct answers to the confusion-inducing questions. Again, the question correlated with fewer correct answers was a confusion-inducing question: “During a heart attack, what electrocardiogram change determines the need for emergency coronary angiography (cardiac catheterization)?” with only seven correct answers (20.6%).

Using the parametric test, significant relevance was observed between assessments 1 and 2 (p < 0.001). There was also statistical significance using the non-parametric test to compare assessments 1 and 3 (p < 0.001). No difference between assessments 2 and 3 (p = 0.14) was observed (Chart 1), as well as in the rate of correct answers to confusion-inducing questions (p > 0.3).

Chart 1 Average number of correct answers in assessments and standard deviation.

In the comparative analysis of the correct answers to the valid questions by the students in the three assessments (Chart 2), a tendency for students to have a higher number of correct answers after the theoretical meeting was observed (assessment 2) and, mainly, after the practical meeting (assessment 3). Although there is no statistical significance in relation to assessments 2 and 3, the chart shows the student’s knowledge retention tendency, given that the last assessment was applied thirty (30) days later.

Chart 2 Comparative analysis of medical students' performance in evaluations. Discussion

This study assessed the influence of incorporating echocardiography into the learning process of cardiology for students in the foundational stage of medical education. Our findings demonstrate that the early introduction of echocardiography in medical education is not only feasible but also enhances the acquisition and retention of knowledge concerning cardiac anatomy and physiology among medical students.

Echocardiography bridges the gap between fundamental concepts and clinical applications, fostering student interest in the subject by emphasizing the need for a solid understanding of physiology for effective utilization of the method in clinical practice.⁶ Teaching cardiac anatomy and physiology through ultrasound proves to be viable and beneficial for medical students, elevating their performance and fostering a greater enthusiasm for expanding their knowledge.² Educational activities that integrate echocardiography are well-received by students as they provide a tangible representation of the physiological processes within the heart.¹²

In certain studies, experimental anatomical models, echocardiography simulators, comparisons with anatomical practice, and cadaver dissection were employed to assess the knowledge gained by medical students. Torabi and colleagues, using a teaching software model, demonstrated the positive impact of introducing echocardiography to medical students during cardiology classes, both subjectively through student evaluations and objectively in practical tests.¹⁰ Studies by Griksaitis, Sawdon, and Finn suggest that both anatomical dissection of cadavers and echocardiography are equally effective methods for teaching cardiac anatomy, with no significant superiority of one over the other.⁵ This observation is supported by Canty et al., who devised a three-hour practical session incorporating an ultrasound simulator as a supplementary tool for learning cardiac anatomy, and revealed that the knowledge acquired by students in this session was comparable to that obtained through the use of plastic models and cadaver dissection.¹³

Currently, some universities have used echocardiography to teach anatomy, clinical examination, and image acquisition to recognize some cardiac pathologies.¹⁴ In our study, a notable knowledge gain was observed between the pre-theoretical assessment (assessment 1) and the post-echocardiography practice evaluation (assessment 3), with the percentage of correct answers rising from 44.6% to 68.6%. This result is comparatively lower than the study conducted by Bell et al., where students’ average correct score increased from 53.3% in the pre-test assessment to 81.7% in the post-test assessment.⁴ In the work of Varadharaju and colleagues, 89.6% of students showed a better understanding of cardiac anatomy and physiology through real-time echocardiography.¹⁵ Both studies performed the post-test assessment immediately after the practical class, and participants were voluntary.

Regarding knowledge retention, our study observed the maintenance and even enhancement of correct answers, correlating assessment 2, with 65.3% (after theory), and assessment 3, with 68.6% (30 days after practice). Numerous studies illustrating knowledge retention through the application of echocardiography are lacking in the literature. However, the research conducted by Jujo and colleagues revealed that, although there was a notable decline in the student’s capability to capture Point of Care Ultrasound (POCUS) images after eight weeks, knowledge retention during this period remained consistent, with a slight reduction from 23.1 points to 19.6 points in comparison to the assessment conducted after the presentations, which was not statistically significant.¹⁶

Limitations and strengths of the study

Our work has certain limitations, such as the absence of a control group, preventing a direct comparison between the theory and practice of echocardiography. While it was initially suggested to create a control group when devising the study protocol, the lack of a standardized curriculum for teaching echocardiography in medical schools hindered this comparison. We encourage future comparative studies using our teaching methodology to pave the way for an appropriate curriculum.

Despite being the first study in Brazil to evaluate the effectiveness of an echocardiography laboratory for teaching cardiology, it was conducted in a single center using a methodology developed by the authors.

The investigation into knowledge retention occurred only four weeks after educational activities, due to the sequencing of the academic curriculum, which consists of Practical Skills III covering cardiology and pulmonology sessions. These sequential activities complement the study of cardiac anatomy and physiology and could interfere with the results of the assessments. Future studies should be carried out so that longer-term knowledge can be assessed.

The effective number of research participants aligns with sample calculations for educational interventions, recommending the inclusion of 25 or more participants in such studies.¹⁷ Finally, the compulsory analysis of all students in the phase, without relying on volunteers, minimizes the risk of overestimation bias in the evaluation of medical education, as indicated by Callahan, Hojat, and Gonnella.¹⁸

Conclusion

Using transthoracic echocardiography as an instructional tool in cardiology education is viable within the medical curriculum, providing students in the foundational cycle with enhanced knowledge of cardiac anatomy and physiology.

In addition to instructing on the acquisition of specific echocardiographic images for diagnosing particular cardiac pathologies, the incorporation of echocardiography into medical programs enhances students’ capacity to assess the appropriateness of requested exams, along with their indications and proper interpretation.

Editor responsible for the review: Daniela do Carmo Rassi Frota

Sources of Funding

There were no external funding sources for this study.

Study Association

This study is not associated with any thesis or dissertation work.

Ethics Approval and Consent to Participate

This article does not contain any studies with human participants or animals performed by any of the authors.

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Varadharaju

Hemakuma

Balachandran

Teaching Basic Cardiac Anatomy and Physiology to First Year Medical Students by Echocardiography

Journal of Education Technology in Health Sciences 2021 8 1 33 37

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Jujo

Sakka

Lee-Jayaram

Kataoka

Izumo

Kusunose

Medical Student Medium-Term Skill Retention Following Cardiac Point-of-Care Ultrasound Training Based on the American Society of Echocardiography Curriculum Framework

Cardiovasc Ultrasound 2022 20 1 26 26

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McConnell

Monteiro

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Sample Size Calculations for Educational Interventions: Principles and Methods

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10.1007/s12630-019-01405-9

McConnell MM, Monteiro S, Bryson GL. Sample Size Calculations for Educational Interventions: Principles and Methods. Can J Anaesth. 2019;66(8):864-73. doi: 10.1007/s12630-019-01405-9.

Callahan

Hojat

Gonnella

Volunteer Bias in Medical Education Research: an Empirical Study of Over Three Decades of Longitudinal Data

Med Educ 2007 41 8 746 753

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10.36660/abcimg.20230100

Artigo Original

Uso Direcionado da Ecocardiografia Como Ferramenta de Auxílio no Ensino da Anatomia e da Fisiologia Cardíacas para Estudantes de Medicina

0000-0002-4298-8649

Bacca

Caroline de Oliveira Fischer

¹² Concepção desenho da pesquisa obtenção de dados análise interpretação dos dados redação do manuscrito revisão crítica do manuscrito quanto conteúdo intelectual importante

0009-0001-0106-4204

Toniazzo

Silvia R. Froes

¹ Concepção desenho da pesquisa redação do manuscrito revisão crítica do manuscrito quanto conteúdo intelectual importante

0000-0002-0409-2163

Rocha

Franciani Rodrigues da

¹ análise interpretação dos dados análise estatística redação do manuscrito

0000-0003-2406-3033

Matias

Luiz Fernando

¹ Concepção desenho da pesquisa redação do manuscrito

0009-0007-3698-9374

Mees

Thais Naiara

¹ Concepção desenho da pesquisa obtenção de dados redação do manuscrito

0009-0007-9840-7413

Kuhl

Ana Luiza Nardelli

¹ Concepção desenho da pesquisa obtenção de dados redação do manuscrito

0009-0006-5008-2958

Ramos

Nicolas

¹ redação do manuscrito revisão crítica do manuscrito quanto conteúdo intelectual importante

0000-0003-0170-7211

Gambetta

Marcelo Vier

¹ Concepção desenho da pesquisa obtenção de dados redação do manuscrito revisão crítica do manuscrito quanto conteúdo intelectual importante 1

Rio do Sul

Brasil NPCMed, Núcleo de Pesquisa em Ciências Médicas, Rio do Sul, SC – Brasil 2

Rio do Sul

Brasil Hospital Regional Alto Vale, Cardiology, Rio do Sul, SC – Brasil

Correspondência: Caroline de Oliveira Fischer Bacca • UNIDAVI, Medicine School. Rua Guilherme Gemballa, 13. CEP: 89160-932. Rio do Sul, SC – Brasil E-mail: caroline.bacca@unidavi.edu.br

Potencial Conflito de Interesse

Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.

Resumo Fundamento:

A ultrassonografia vem sendo cada vez mais utilizada para o ensino da medicina básica. A observação simultânea da imagem ecocardiográfica e do eletrocardiograma (ECG) permite que o estudante compreenda o processo fisiológico do coração e sua função dentro do sistema cardiovascular.

Objetivo:

Avaliar o ganho e a retenção de conhecimento do estudante de medicina no aprendizado da anatomia e da fisiologia cardíacas com uso da ecocardiografia.

Métodos:

Trinta e quatro estudantes do terceiro semestre realizaram um pré-teste (avaliação 1) composto por 20 questões de múltipla escolha, sendo 15 relacionadas à anatomia e fisiologia cardíacas e 5 “questões de confusão”. O teste foi elaborado por um dos autores, sendo de forma cega para os demais. Após o encontro teórico, foi efetuada a avaliação 2 com as mesmas questões. Na semana seguinte, foi realizado o encontro prático de ecocardiografia direcionado para avaliação da anatomia e fisiologia. Um pós-teste (avaliação 3) foi realizado 30 dias após o primeiro encontro para avaliar a retenção do conhecimento. As variáveis foram analisadas pelos testes Kolmogorov-Smirnov, T de Student e Wilcoxon, com nível de significância estatística representando um valor de p < 0,05.

Resultados:

A média de acertos na avaliação 1 foi de 6,37 ± 2,0 (42,4%), na segunda avaliação de 9,8 ± 2,2 (65,3%) e na avaliação 3 de 10,3 ± 2,5 (68,6%). Houve diferença estatística entre a avaliação 1 e as demais avaliações (p = 0,01).

Conclusão:

O uso da ecocardiografia de maneira precoce dentro do curso de medicina auxilia de forma positiva o ensino da fisiologia e anatomia cardíacas, fixando o conhecimento teórico adquirido.

Palavras-Chave: Ecocardiografia Educação Médica Estudantes de Medicina Fenômenos Fisiológicos Cardiovasculares

Introdução

O ensino da medicina mudou drasticamente nas últimas décadas. O avanço tecnológico permitiu que técnicas de ultrassonografia venham sendo cada vez mais utilizadas para o ensino da medicina, sobretudo na anatomia¹ e na fisiologia.² Estudos têm demonstrado que a percepção de estudantes sobre o uso do ultrassom no ensino da anatomia é positiva ^3,4 e já foi demonstrado que o uso do ecocardiograma foi tão efetivo quanto a dissecação dos cadáveres no ensino da anatomia cardíaca.⁵

A ecocardiografia permite a visualização dos eventos do ciclo cardíaco e facilita a correlação entre as estruturas anatômicas e suas funções fisiológicas. A observação simultânea da imagem ultrassonográfica do coração, dos resultados do fonocardiograma e do eletrocardiograma (ECG) permite que o estudante compreenda o processo fisiológico do coração e sua função dentro do sistema cardiovascular,⁶ melhorando a acurácia diagnóstica à beira do leito.⁷ Artigos publicados evidenciam que o ensino da fisiologia cardíaca utilizando o método ultrassonográfico auxilia os estudantes no aprendizado e na retenção de conhecimento dos eventos do ciclo cardíaco.⁴

Apesar de existirem programas de computador que simulam os mecanismos do ciclo cardíaco,^8,9 o ecocardiograma oferece a vantagem do ensino de um método de imagem amplamente utilizado no diagnóstico de várias patologias cardiovasculares simultaneamente à compreensão dos mecanismos fisiológicos e da circulação cardíaca.⁴

Desde 2016, a Universidade de Indiana, nos Estados Unidos, incorporou o ensino da ecocardiografia em seu currículo. A sua introdução é feita para alunos do ciclo pré-clínico do segundo ano, a fim de auxiliar no entendimento da prática e do ensino da cardiologia.¹⁰

De forma semelhante, em nossa universidade, a introdução à ecocardiografia é feita para alunos do terceiro semestre, como forma de auxiliar o ensino da fisiologia cardíaca e a compreensão da anatomia e das fases do ciclo cardíaco. Objetivamos verificar com este estudo o real ganho de conhecimento ao associar o método de ensino médico atual (metodologias ativas e PBL – Problem-Based Learning) à prática da ecocardiografia.

Materiais e métodos Desenho do estudo

Estudo prospectivo, de braço único, com 34 estudantes do terceiro período do curso de Medicina da UNIDAVI - Centro Universitário para o Desenvolvimento do Alto Vale do Itajaí, em Rio do Sul – SC.

Os alunos foram estimulados a responder um pré-teste (avaliação 1), com 20 minutos de duração, composto por 20 questões de múltipla escolha, sendo 15 relacionadas à anatomia e fisiologia e 05 questões denominadas “questões de confusão” (vide tópico seguinte). A avaliação foi elaborada pelo professor coordenador da fase, sendo de forma cega em relação à prática de ecocardiografia.

Num segundo momento, o grupo foi dividido em três turmas para a discussão teórica envolvendo o Diagrama de Wiggers (Figura 1).¹¹ Cada subturma teve 20 (vinte) minutos para pesquisar sobre as curvas de pressão atriais, ventriculares e arteriais, bem como o volume ventricular (VLV), ECG e fonocardiograma. Durante três horas, os estudantes discursaram sobre a parte teórica e foram indagados pelos professores, de acordo com a metodologia ativa do curso. Após a discussão teórica, foi realizada nova avaliação (avaliação 2), composta pelas mesmas questões do pré-teste e com o mesmo tempo para resolução.

Figura 1 Diagrama de Wiggers. Legenda: A) Relação temporal entre a pressão ventricular (PLV), VLV, pressão atrial (PLA) e pressão aórtica (PAo). FM: fechamento da valva mitral; AM: abertura da valva mitral; AAo: abertura da valva aórtica; FAo: fechamento da valva aórtica; VDF: Volume diastólico final; VSF: Volume sistólico final. #1 - B1 (fechamento das valvas mitral e tricúspide). #2 - B2 (fechamento das valvas aórtica e pulmonar). #3 - B3 (terceira bulha). #4 - B4 (quarta bulha). B) Relação temporal entre o fluxo sanguíneo durante a ejeção sistólica ventricular (VLV) e as ondas de enchimento diastólico (ondas E e A do influxo mitral), com o impulso elétrico das ondas de despolarização atrial (onda P), despolarização ventricular (complexo QRS) e repolarização ventricular (onda T) do ECG. Adaptado de Mitchell et al.<sup><xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref></sup>

Após um intervalo de uma semana, os alunos foram ao laboratório de ecocardiografia. O encontro prático durou 60 minutos e foi realizado no aparelho Affinity 70^@ (Philips^@). De início, foi abordada a formação de imagem ultrassônica e a forma de visualização das câmaras cardíacas no ecocardiograma transtorácico (ECO). Divididos em quatro grupos, foram estimulados a relacionar a anatomia cardíaca à imagem ecocardiográfica nos cortes paraesternal longitudinal e apical quatro câmaras (Figura 2).

Figura 2 Imagens ecocardiográficas nos cortes: A) Paraesternal longitudinal e B) Apical 4 câmaras. Legenda: VE: ventrículo esquerdo; AE: átrio esquerdo; VD: ventrículo direito; AD: átrio direito.

Dentro da fisiologia cardíaca, foram discutidas as curvas de pressão e volume do átrio esquerdo (AE) e do ventrículo esquerdo (VE), utilizando o Doppler pulsado de via de entrada e via de saída do VE obtido nos cortes apical quatro e cinco câmaras, respectivamente. Foi estimulada a discussão sobre o tempo de diástole e de enchimento ventricular de acordo com a frequência cardíaca (Figura 3).

Figura 3 Imagens ecocardiográficas no corte Apical 4 câmaras com Doppler pulsado de via de entrada e via de saída do ventrículo esquerdo.

Por fim, no quinto momento e com um intervalo de 30 (trinta) dias, os estudantes realizaram o último teste (avaliação 3) de modo surpresa, com as mesmas questões dos testes anteriores e com o mesmo tempo para resposta.

Avaliação

A avaliação foi elaborada pelo professor coordenador da fase dentro da plataforma Google Forms^@, sendo realizada sempre de modo surpresa, em dispositivos eletrônicos com acesso restrito à internet, e com questões de forma cega em relação à professora das aulas práticas e do conteúdo abordado no laboratório de ecocardiografia. Foi composta por 20 (vinte) questões de múltipla escolha (apêndice 1), sendo 15 (quinze) perguntas relacionadas à anatomia e à fisiologia (denominadas “questões válidas”), e outras 5 (cinco) chamadas de “questões de confusão”, relacionadas à cardiologia, porém sem abordar os temas discutidos na teoria e na prática em questão.

As questões de confusão foram introduzidas na avaliação para prolongar o teste, confundir o acadêmico quanto ao tema abordado e servir como questões controle, uma vez que não exploram o assunto discutido na teoria e na prática. Se a avaliação 1 fosse somente sobre a anatomia e a fisiologia cardíacas, o estudante facilmente saberia o tema proposto e poderia realizar um estudo dirigido, o que melhoraria artificialmente seu desempenho nas avaliações posteriores. Portanto, essas questões de confusão demonstram a capacidade do estudante em melhorar seu conhecimento e estudo sem nenhuma intervenção didática.

Análise estatística

Os resultados das três avaliações foram computados no software SPSS^@ (Statistical Package for the Social Sciences) versão 26.0, utilizando-se do teste de normalidade Kolmogorov-Smirnov.

Diante da distribuição da amostra, foi encontrada uma distribuição normal desses achados na primeira e na segunda avaliação, sendo utilizado o teste paramétrico t de Student para amostras emparelhadas. Para a análise da terceira avaliação, diante da distribuição não normal, foi utilizado o teste não-paramétrico t de Wilcoxon.

Optou-se pela descrição dos resultados expressos em média e desvio-padrão (DP), sendo a análise considerada estatisticamente significante quando o valor de p < 0,05 (α < 0,05).

Resultados

A amostra foi composta por 34 alunos do terceiro semestre (ciclo básico) do curso de medicina. Destes, 25 eram mulheres e 9 homens, com média de idade de 20,9 anos (DP ± 3,5 anos).

Na primeira avaliação, a média de acertos foi de 6,7 (DP ± 2,0) das questões válidas, correspondendo a 44,6%. A média das assertivas nos tópicos de confusão foi de 2,5. A questão com a menor percentagem de acertos foi “O valor da pressão diastólica (PAD) e sistólica (PAS) na aorta são observados em qual fase do ciclo cardíaco?”, com apenas cinco respostas corretas (14,3%).

Na segunda avaliação, a média das assertivas das questões válidas foi de 9,8 (DP ± 2,2), perfazendo 65,3%, enquanto nas de confusão foi de 2,6 acertos. Nesta avaliação, a questão com menor número de assertivas foi uma questão de confusão: “A definição de ritmo sinusal se dá pelos seguintes achados, EXCETO:”, com apenas oito respostas corretas (21,1%).

Na última avaliação, a média das respostas corretas foi de 10,3 (DP ± 2,5), sendo correlacionado com 68,8% do total, e nas questões de confusão foi de 2,45 acertos. Novamente, a questão correlacionada com menor número de respostas corretas foi uma questão de confusão: “Qual a alteração do ECG, na vigência de um infarto, que determina a necessidade de cineangiocoronariografia (cateterismo cardíaco) emergencial?”, com apenas sete respostas corretas (20,6%).

Utilizando-se o teste paramétrico, observou-se relevância significativa entre as avaliações 1 e 2 (p < 0,001). Também houve significância estatística utilizando o teste não-paramétrico para comparar as avaliações 1 e 3 (p < 0,001). Não houve diferença entre as avaliações 2 e 3 (p = 0,14) (Gráfico 1), bem como nas assertivas das questões de confusão (p > 0,3).

Gráfico 1 Média de acertos nas avaliações e desvio-padrão.

Na análise comparativa dos acertos das questões válidas pelos estudantes nas três avaliações (Gráfico 2), observa-se a tendência de maiores acertos dos alunos após o encontro teórico (avaliação 2) e, principalmente, após o encontro prático (avaliação 3). Apesar de não haver significância estatística em relação às avaliações 2 e 3, o gráfico mostra a tendência de retenção de conhecimento do acadêmico, visto que a última avaliação foi realizada 30 (trinta) dias depois.

Gráfico 2 Análise comparativa dos acertos dos estudantes de medicina nas avaliações. Discussão

O presente estudo avaliou o impacto do uso da ecocardiografia no aprendizado da cardiologia para estudantes do ciclo básico do curso de medicina. Com nosso estudo, foi possível demonstrar que a introdução precoce da ecocardiografia dentro do ensino médico é factível e traz ganho e retenção de conhecimento da anatomia e da fisiologia cardíacas ao estudante de medicina.

O uso da ecocardiografia conecta o básico à clínica, fazendo com que o acadêmico tenha mais interesse pelo estudo, uma vez que necessita de conhecimento fisiológico para realizar as aplicações clínicas do método.⁶ O ensino de anatomia e fisiologia cardíacas utilizando-se a ultrassonografia é viável para estudantes de medicina, melhorando seu desempenho e trazendo mais motivação para ampliar seus conhecimentos.² Atividades de ensino que incorporam o uso da ecocardiografia são populares entre os alunos porque trazem os processos fisiológicos do coração para um patamar mais tangível.¹²

Em alguns estudos, foram utilizados modelos anatômicos experimentais, simuladores de ecocardiografia, comparação com a prática anatômica e dissecção de cadáveres para verificar o ganho de conhecimento do estudante de medicina. No estudo desenvolvido por Torabi e colaboradores, utilizando um modelo de software para ensino, foi demonstrado que a introdução à ecocardiografia para estudantes de medicina durante o curso de cardiologia é positiva tanto subjetivamente pela avaliação dos estudantes, quanto objetivamente em testes práticos.¹⁰ Já Griksaitis, Sawdon e Finn sugerem que tanto a dissecção anatômica de cadáveres quanto a ecocardiografia são métodos igualmente eficazes para o ensino da anatomia cardíaca, sem superioridade entre eles.⁵ Fato este corroborado por Canty et al., que elaboraram uma sessão prática de três horas usando um simulador de ultrassom como complemento do aprendizado da anatomia cardíaca e verificaram que o ganho de conhecimento dos alunos foi similar ao adquirido com uso de modelos plásticos e dissecção de cadáveres.¹³

Atualmente, algumas universidades têm utilizado o ecocardiograma para ensinar anatomia, exame clínico e aquisição de imagens para o reconhecimento de algumas patologias cardíacas.¹⁴ Em nosso estudo, houve ganho de conhecimento significativo entre as avaliação pré-teórica (avaliação 1) e após a prática de ecocardiografia (avaliação 3), com a porcentagem de acertos subindo de 44,6% para 68,6%. Resultado este inferior ao estudo realizado por Bell et al., no qual o escore médio de acertos dos estudantes foi de 53,3% na avaliação pré-teste para 81,7% na avaliação pós-teste⁴ e no trabalho de Varadharaju e colaboradores, no qual observou-se que 89,6% dos estudantes avaliados compreenderam melhor a anatomia e fisiologia cardíacas por meio do ecocardiograma em tempo real.¹⁵ Ambos os trabalhos realizaram a avaliação pós-teste imediatamente após a aula prática e com participantes voluntários.

Quanto à retenção de conhecimento do estudante, observou-se em nosso estudo a manutenção e até superioridade nos acertos, correlacionando a avaliação 2, com 65,3% (após a teoria), e a avaliação 3, com 68,6% (30 dias após a prática). A literatura não traz muitos estudos demonstrando a retenção do ensino com o uso da ecocardiografia, mas o trabalho de Jujo e colaboradores evidenciou que, apesar de haver uma queda significativa na habilidade do estudante em adquirir as imagens do ultrassom POCUS (Point of Care Ultrasound) após oito semanas, a retenção de conhecimento nesse período se manteve, apresentando discreta redução em relação à avaliação realizada após as apresentações (23,1 pontos para 19,6 pontos) porém sem significância estatística.¹⁶

Limitações e pontos fortes do estudo

Nosso trabalho conta com algumas limitações, como a não existência de um grupo controle para a comparação efetiva entre a teoria e a prática da ecocardiografia. Ao idealizar o protocolo do estudo, foi sugerido a realização de um grupo controle. Entretanto, a padronização curricular do ensino de ecocardiografia para alunos da graduação não estava disponível para a comparação, uma vez que não existe um currículo de ensino de ecocardiografia nas escolas médicas. Encorajamos futuros trabalhos comparativos utilizando nossa metodologia de ensino para que um currículo adequado seja confeccionado.

Apesar de ser o primeiro estudo desenvolvido no Brasil para avaliar se um laboratório de ecocardiografia poderia ser utilizado como uma plataforma eficaz no aprendizado da cardiologia, ele foi um trabalho desenvolvido em um único centro e utilizando uma metodologia criada pelos autores.

Foi investigada a retenção de conhecimento apenas quatro semanas após as atividades educacionais. Este fato ocorreu porque, dentro do currículo acadêmico, a disciplina Habilidades III é composta de encontros de cardiologia e pneumologia. Essas atividades sequenciais complementam o estudo de anatomia e fisiologia cardíacas e poderiam interferir nos resultados das avaliações. Estudos futuros devem ser realizados para que o conhecimento a mais longo prazo seja avaliado.

O número de participantes da pesquisa traz eficácia ao estudo, visto que os cálculos amostrais para intervenções educacionais sugerem a utilização de 25 ou mais participantes nos estudos.¹⁷ Por fim, a análise compulsória de todos os estudantes da fase, não utilizando voluntários para a análise, reduz a possibilidade do viés da superestimação na avaliação da educação médica, conforme determinado por Callahan, Hojat e Gonnella.¹⁸

Conclusão

O uso da ecocardiografia transtorácica como sendo ferramenta de auxílio didático no ensino da cardiologia é exequível dentro do curso de medicina, agregando conhecimento da anatomia e da fisiologia cardíacas a estudantes do ciclo básico.

Além do ensino da aquisição da imagem ecocardiográfica direcionada que auxilia no diagnóstico de determinadas patologias cardíacas, a utilização do ecocardiograma nos cursos de medicina melhora a capacidade do aluno em avaliar a adequação do exame solicitado, bem como sua indicação e apropriada interpretação.

Editor responsável pela revisão: Daniela do Carmo Rassi Frota

Fontes de Financiamento

O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.

Vinculação Acadêmica

Não há vinculação deste estudo a programas de pós-graduação.

Aprovação Ética e Consentimento Informado

Este artigo não contém estudos com humanos ou animais realizados por nenhum dos autores.