Simulatore dinamico dose-effetto per l'addestramento virtuale di specializzandi anestesisti

In surgery, the anesthesiologist's role is extremely important and articulated: to ensure patient safety and minimize unwanted effects, the anesthesiologist must be able to assess the optimal dosage of anesthetics and analgesics according to the physical condition of each patient. This requires a high level of technical / scientific preparation and practical experience. Hence the importance of virtual simulators, which allow anesthesiologist trainees to develop skills, practicing on managing the dosage of drugs and any complications, in an environment of total safety such as that of simulation. The goal of this thesis work is the development of a dynamic dose-effect simulator that is particularly versatile, realistic and easy to use, so that it can be a valuable training tool for anesthesiologist. Its development, unlike the simulators on the market, is based on physiology to describe pharmacokinetics (Physiologically Based Pharmacokinetics model, PBPK, by Abbiati et al., 2016). To describe the pharmacological effects of propofol and remifentanil (the two most used drugs in anesthesiology), the PBPK model was combined with a pharmacodynamic (PD) model. The individualized parameters of the PBPK model together with the variation of the PD parameters with the Monte Carlo method allow to take into account the interindividual variability in the dose-response relationship, thus personalizing the results. A further innovation was introduced in the simulator: the ability to simulate emergency situations, such as hemorrhage. For this purpose, the PBPK and PD models were modified to take into account the pharmacological effects of propofol and remifentanil during hemorrhage. The new parameters were defined starting from experimental data referring to pigs due to the lack of results related to human patients. Despite this, it is still possible to conclude that the developed simulator is a valid training tool that allows trainees to practice on managing abnormal situations in addition to normal medical practice.

Nella chirurgia il ruolo dell’anestesista è estremamente importante e articolato: per garantire la sicurezza del paziente e minimizzare gli effetti indesiderati l’anestesista deve essere in grado di valutare il dosaggio ottimale di anestetici e analgesici in funzione delle condizioni fisiche di ciascun paziente. Ciò richiede un’elevata preparazione tecnico/scientifica ed esperienza pratica. Da qui l’importanza dei simulatori virtuali, che consentono agli specializzandi anestesisti di sviluppare competenze, esercitandosi a gestire il dosaggio dei farmaci e le eventuali complicazioni, in un ambiente di totale sicurezza come quello della simulazione. L’obiettivo del presente lavoro di tesi è lo sviluppo di un simulatore dinamico dose-effetto particolarmente versatile, realistico e di agevole utilizzo, in modo che possa essere un valido strumento di addestramento degli specializzandi anestesisti. Il suo sviluppo, a differenza dei simulatori in commercio, si basa sulla fisiologia per descrivere la farmacocinetica (modello Physiologically Based Pharmacokinetics, PBPK, di Abbiati et al., 2016). Per descrivere gli effetti farmacologici di propofol e remifentanil (i due farmaci più utilizzati nella pratica anestesiologica) il modello PBPK è stato abbinato ad un modello farmacodinamico (PD). I parametri individualizzati del modello PBPK insieme alla variazione dei parametri PD con il metodo Monte Carlo consentono di tener conto della variabilità interindividuale nella relazione dose risposta, personalizzando così i risultati. Nel simulatore è stata introdotta un’ulteriore innovazione: la possibilità di simulare situazioni emergenziali, come l’emorragia. A tale scopo i modelli PBPK e PD sono stati modificati per tener conto degli effetti farmacologici di propofol e remifentanil durante l’emorragia. I nuovi parametri sono stati determinati partendo da dati sperimentali riferiti a suini a causa della mancanza di risultati relativi a pazienti umani. Nonostante ciò, è comunque possibile concludere che il simulatore sviluppato sia un valido strumento di formazione che consente agli specializzandi di esercitarsi a gestire oltre alla normale pratica medica anche situazioni anomale.