2. Implementação das alternativas baseadas em computador na educação biomédica

Henk van Wilgenburg - h.vanwilgenburg@amc.uva.nl
Departamento de Farmacologia, Universidade de Amsterdã, Holanda

Alternativas para as alternativas

Animais como modelos para os humanos

O interesse pelo estudo da anatomia e da fisiologia remonta a Leonardo da Vinci (1452-1519), e vão além. Os animais poderiam ser utilizados para a compreensão de processos inexplicáveis como o que ocorreu com Dutchman Jan Swammerdam (1637-1680) que provou que o volume de músculos não aumenta sobre contração devido ao fluxo de fluido, conforme se acreditava em sua época. Em vez disso, ele demonstrou em um experimento que o volume de um músculo isolado de sapo quando submerso permanece o mesmo sob contração, uma vez que o nível da água não se modificou quando o músculo relaxado foi estimulado. 
A publicação de Darwin A Origem das Espécies, em 1859, alavancou as novas disciplinas de Anatomia Comparada e Fisiologia Comparada. Desde então, os animais não tem mais sido somente os objetos de estudo, mas também modelos para a anatomia humana e (pato-) fisiologia. Ou em outras palavras:
Os animais tornaram-se alternativas para os humanos.

Novos modelos para os animais

Tudo pode ser modelo de qualquer coisa, se forem compartilhadas algumas propriedades. Na ciência, os modelos são utilizados para propósitos diferentes. Modelos exploratórios são típicos de pesquisa fundamental. Em pesquisa mais aplicada, modelos preditivos são amplamente utilizados com a intenção de extrapolação a partir do modelo para a situação real. Os animais são freqüentemente utilizados para o estudo dos processos pato-fisiológicos e quanto aos efeitos de novas drogas dentro da pesquisa biomédica. Finalmente, os modelos explanatórios são utilizados no ensino e para a transferência de conhecimentos em geral. Um esquema feito no quadro negro, um curso prático com animais, um programa de computador - todos são exemplos servindo a um propósito.

Embora os animais ainda sejam utilizados como modelos explanatórios dentro da educação em algumas instituições, deve estar claro que com os avanços das tecnologias modernas há pouca justificativa para sua utilização. Para o desenvolvimento de habilidades práticas específicas há, também, muitas alternativas disponíveis, especialmente quando a habilidade está focada na obtenção e interpretação de dados. Por exemplo, para compreender os efeitos farmacodinâmicos, ou seja, a interação de uma substância com um receptor, os estudantes de ciências biomédicas freqüentemente utilizam o íleo do porquinho-da-Índia em um curso prático. Um porquinho-da-Índia será morto para este propósito e uma parte de seu intestino (o íleo) será isolada e transferida para uma banheira de órgãos. O efeito de diferentes concentrações de drogas - agonistas e antagonistas - podem ser estudados a partir da taxa de contração do íleo. A contração será registrada e mais tarde medida para elaboração adicional, ou seja, representações gráficas dos resultados e cálculo de parâmetros diferentes. Em geral, um técnico irá preparar o íleo isolado e os estudantes adicionarão as drogas à banheira de órgãos e obterão os resultados. Para estas habilidades práticas, entretanto, não há necessidade de utilização animal, pois para a geração desses dados existem disponíveis simulações muito realísticas. Nós podemos até nos perguntar se é necessário simular experimentos animais uma vez que eles foram introduzidos como alternativas para os humanos, como vimos acima, e com as tecnologias modernas podemos simular diretamente em humanos o processo apropriado. Pode-se concluir que através da utilização das facilidades modernas, a antiga abordagem de utilização de animais como alternativas para os humanos pode agora ser substituída pelas novas alternativas. E estas não são, necessariamente, para experimentos animais. 

Aceitação e implementação de alternativas na educação: prós e contras

Embora as alternativas estejam agora amplamente disponíveis e tenham substituído muitos experimentos animais, em algumas regiões o número de animais utilizados na educação parece estar lentamente diminuindo. Muitos fatores contribuem para a aceitação das alternativas, mas a aceitação é somente o ponto inicial. Muitos desafios têm que ser abordados antes que as alternativas sejam realmente introduzidas. Para a introdução bem-sucedida de alternativas, os próximos passos têm que ser considerados: consciência quanto às alternativas; análise das necessidades; aquisição de alternativas apropriadas; preparação da equipe, do apoio e do local; a implementação real e, finalmente, a avaliação antes do procedimento.

                                   

Fig. 1. Diagrama de fluxo dos passos a serem dados para a introdução das alternativas

Consciência

A consciência da necessidade de introdução de alternativas pode começar em níveis diferentes, não necessariamente pelos professores em si. Os estudantes geralmente são os primeiros a solicitarem alternativas para os experimentos animais e, em alguns países, eles agora têm o direito de utilizar métodos alternativos. A pressão externa sempre parte da sociedade ou dos reguladores de políticas. Outros fatores, não diretamente relacionados ao descobrimento de alternativas para a utilização animal, podem fornecer o ímpeto para a substituição - como por exemplo, a introdução do ensino assistido por computador (CAL : computer-assisted learning) baseado na redução de equipe.

Alguns professores, entretanto, são resistentes as mudanças e precisam ser convencidos quanto aos benefícios da utilização de alternativas. Atitudes céticas existem e devem, portanto, ser abordadas.

Tipicamente, podem incluir:

o 'Exercícios práticos baseados em animais são parte do paradigma do aprendizado e garantem qualidade e autenticidade à educação'
o 'A tecnologia educacional é um beco sem saída no moderno processo de esclarecimento'
o 'A tecnologia é uma etapa retrograda - melhor são os experimentos animais'
o 'Os novos modelos de aprendizado baseiam-se na suposição de que os estudantes são curiosos e têm iniciativa, além de terem as habilidades sociais e atenção necessárias para a cooperação em grupo'

Outros obstáculos podem incluir as seguintes situações:

o Os professores se ressentem por lhes ser dito o que fazer na sala de aula
o Os professores ficarão sobrecarregados de papéis provenientes de fontes diferentes sem qualquer interpretação balanceada real da informação 
o Uma tendência de prender-se a tradição, baseado em suposições tais como a importância excessiva da anatomia comparada a outros campos de interesse como, por exemplo, a biologia celular
o Os professores talvez considerem as alternativas inferiores
o Livros didáticos, laboratórios etc. ainda são orientados para a experimentação animal
o O treinamento de professores é muito difícil devido as limitações de tempo
o O treinamento de professores não faz nenhum sentido quando não há qualquer percepção da necessidade.

Análise das necessidades

A simples substituição de um experimento animal por um modelo que não utilize animais não é freqüentemente possível, uma vez que o novo modelo pode necessitar de um nível diferente de suporte e envolver novos estilos de aprendizado. A aceitação da introdução de alternativas aos experimentos animais freqüentemente significa que novas tecnologias, como o aprendizado assistido por computador, podem ser introduzidas pela primeira vez no ambiente de ensino. 

A penetração de novas tecnologias também pode redefinir dramaticamente a relação estudante-professor. Por exemplo, novas tecnologias abrem caminho para o aprendizado através da:

o Simulação de ambientes da vida real
o Capacitação do aprendizado no ritmo do estudante
o Melhoria na interação inter-pessoal
o Fornecimento de acesso a mais informações
o Implementação do aprendizado localizado, 'just-in-time' e 'education-on-command'
o Incentivo à curiosidade, criatividade a ao trabalho em equipe
o Demolição virtual das paredes da sala de aula, integrando o lar, a cidade e o mundo

Os paradigmas culturais mudaram. Por exemplo:

Modelo Antigo	Novo Modelo
Ensino em sala de aula Absorção Passiva Trabalho individual Professor onisciente Conteúdo estável Homogeneidade	Exploração individual Aprendizado Trabalho em equipe Professor como guia Conteúdo de mudança rápida Diversidade

Os objetivos do aprendizado tiveram que ser redefinidos e novos objetivos foram adicionados. A fim de fazer a escolha certa, os professores devem ser abastecidos com as informações corretas, incluindo a descrição completa da alternativa, as necessidades de hardware, as revisões independentes e a evidência de efetividade educacional. Os objetivos e contextos de aprendizado devem sempre ser os princípios-guia quando da introdução das alternativas na educação. A partir desse momento, a escolha apropriada quanto à mídia pode ser mais facilmente determinada.

Implementação

Após uma detalhada análise das necessidades e do estabelecimento das características necessárias quanto à tecnologia para a tarefa educacional, o próximo passo será a implementação da alternativa.
Isto envolve decisões sobre o novo ambiente de aprendizado e a aquisição de programas e/ou a criação de alternativas.

O novo ambiente de aprendizado também pode ser baseado no conceito clássico de sala de aula. Em vez de utilizar o laboratório para cursos práticos, a aula se transfere para a sala de computação. As restrições e condições como, por exemplo, o número limitado de computadores disponíveis, pode frustar a utilização de alternativas baseadas no computador. Outra opção é de que os estudantes, cada um na sua vez, visitem os centros abertos de aprendizado ou utilizem os computadores existentes. Nesse caso, os módulos devem ser muito bem estruturados. Algumas instituições fornecem atualmente laptops aos estudantes e uma conexão livre à internet. Isso requer que os módulos estejam disponíveis na rede e que o armazenamento de dados do curso esteja bem protegida. Para a implementação das alternativas baseadas em computador, os tipos de computadores que estão disponíveis tornam-se um fator a ser considerado. Equipar uma sala com computadores é caro, entretanto o hardware será utilizado por muitos anos. Os dados armazenados do curso, de qualquer forma, utilizam as mais recentes tecnologias e podem, portanto, não ter utilidade se o hardware não for apropriado.

Embora as alternativas aos experimentos animais estejam amplamente disponíveis, a aquisição do software correto pode ser um problema. O curso, em si, às vezes é caro. O conteúdo do curso deve ser apropriado aos objetivos dos professores.

Custos e custos ocultos

Às vezes as tecnologias educacionais têm contribuído em grande parte com as despesas sem que ofereçam o retorno esperado do investimento. Exemplos disso são os custos por trás dos softwares que não correspondem às necessidades do hardware, que não são apropriados ao ambiente de treinamento e de suporte. No sistema estabelecido, solicitações como as de suporte têm sido incluídas e assim a maturidade do sistema é uma medida dos custos ocultos.

Uma regra de ouro é que no máximo 50% seja gasto com hardware, 30% com software e, no mínimo 20% com suporte.

Alternativas baseadas no computador

As alternativas baseadas em computador para a substituição dos animais estão disponíveis para cursos práticos. Informações podem ser obtidas em diversos websites e também de várias outras formas. A maioria dos programas é composta por produções multimídia interativas. Elas podem ser tutoriais com retorno para o estudante, simulações imitando situações mais ou menos reais, bancos de dados fornecendo informações, um banco de questões - ou ainda uma combinação dessas características.

Para uma introdução bem-sucedida das alternativas baseadas no computador, os próprios estudantes devem estar envolvidos na escolha das alternativas. Eles devem, portanto, conhecer e ter acesso as informações quanto as alternativas. Deve-se entender, também, que os estudantes podem não gostar desses programas se não estiverem em seu próprio idioma. É recomendável que os professores colaborem no desenvolvimento de programas, pois os objetivos dos cursos já disponíveis nem sempre cobrem seus próprios objetivos de ensino. A utilização de software colaborativo permite que os professores trabalhem com membros da faculdade em seus campi e ao redor do mundo, na elaboração e desenvolvimento de um novo currículo.

Microlabs: Experimentos animais sem experimentação animal

Substituição, Redução e Refinamento

O Microlabs é composto por uma série de módulos baseados em computador com o principal objetivo de substituir a utilização animal na educação, através da simulação dos efeitos de drogas em tecidos isolados in vitro e do efeito delas em animais vivos. Alguns módulos lidam com a redução no número de animais utilizados em experimentos e no refinamento dos métodos - por exemplo em toxicologia e farmacologia. Os dados obtidos a partir de simulações podem, por exemplo, ser analisados por um programa para cálculo do QSAR (Quantitative Structure Activity Relations). Dessa forma, os estudantes ficam conscientes sobre o fato de que muitos experimentos animais podem ser excluídos a nível teórico.

Os programas disponíveis no pacote Microlabs são:

o Farmacocinética/farmacodinâmica, simulação de distribuição, eliminação e efeitos de drogas nos seres humanos e em animais in vivo
o Utilização do método de Probit analysis, simulando a resposta quantal das drogas in vivo
o Projeto experimental
o Anestesia do rato
o Comportamento do camundongo - uma animação
o Taxa cardíaca e pressão sanguínea in vivo
o Íleo do Porquinho da Índia in vitro, simulação dos efeitos agônicos e antagônicos
o Vas deferens do rato in vitro
o Reto abdominal do sapo in vitro
o Preparação do nervus phrenicus-diaphragm in vitro
o Preparação do nervo ciático - tibialis anterior in vitro
o Estudos de caso humanos e farmacocinética
o Desenvolvimento de drogas
o Comportamento animal: vídeo digital (ou CD-ROM) demonstrando a indução de drogas em
camundongos, ratos e coelhos
o Uma listagem de drogas articuladas ao programa fornecendo informações sobre as drogas utilizadas

Relacionamento professor-desenvolvedor

Conforme declarado acima, os professores gostam de estar envolvidos no desenvolvimento das alternativas a fim de alcançarem os objetivos de aprendizado de acordo com suas solicitações. Os estudantes preferem obter os módulos e instruções em seu próprio idioma. Na maioria dos módulos do Microlabs os dados e o texto foram armazenados em um banco de dados MS-Access e podem ser facilmente modificados em termos de conteúdo e idioma. Em geral, os módulos são simulações e, para um curso prático com animais, as instruções e os exercícios podem ser encontrados em caderno de exercícios. O estudante seleciona uma espécie ou preparação animal; um procedimento experimental; a droga, a dosagem ou concentração e a rota. O estudante é guiado através do experimento e dados experimentais podem ser coletados para posterior elaboração (estatística) no caderno de exercícios do estudante. Um exemplo de caderno de exercícios é fornecido no texto ASCII, o qual pode ser facilmente personalizado.

O Microlabs vem sendo desenvolvido para o Windows 95 ou superior e pode ser obtido em CD-ROM diretamente com o autor com custos de postagem.

Conclusões

Há uma ampla variedade de modelos disponíveis, sem utilização de animais, para uso na educação atual das ciências da vida. A chave para a integração bem-sucedida de qualquer alternativa ao ambiente de ensino e aprendizagem é a proximidade de ajuste entre as solicitações educacionais, o contexto no qual a alternativa deve ser utilizada e a escolha da mídia. O sucesso da substituição de experimentos animais existentes pelo novo material depende de preparação cuidadosa em todos os passos necessários para a implementação. 


Referências

Bates, A.W. (editor) (1990). Media and Technology in European Distance Education. Proceedings of the European Association of Distance Teaching Universities (EADTU) workshop on Media, Methods and Technology.

ECVAM Workshop Report 33 (1999): Alternatives to the Use of Alternatives in Higher Education.

Reinhardt, A. (1995) New ways to learn. Byte 20 (3), 51-73.

van Wilgenburg, H. (1997). Computer simulations in education. In Animal Alternatives, Welfare and Ethics. Ed. L.F.M. van Zutphen & M. Balls), pp. 469-475. Amsterdam, The Netherlands:
Elsevier.

Vervest, P. & Sherwood, P. (1992). A report for the Commission of the European Communities: Task Force Human Resourses, Education Training and Youth. Technology Options for Distance Education.

Biografia

Henk van Wilgenburg foi treinado como biólogo e atualmente é Chefe do Departamento de Farmacologia da Universidade de Amsterdã, na Holanda. Desde que as primeiras simulações por computador tornaram-se disponíveis, ele as têm realizado como experimentos para a substituição animal em cursos práticos. Com financiamento da Platform for Alternatives na Holanda e da União Européia, ele e seus colegas têm desenvolvido o Microlabs for Pharmacologists - Animal experiments without experimental animals. Esta coleção de alternativas, ainda em formação, está disponível a preço de custo.

Henk van Wilgenburg, PhD

University of Amsterdam
Dept. of Pharmacology, AMC J01 155
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