FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC 2010

Transkript

1 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC 2010 ESSAYOPGAVE (1-2) Spm. 1 Hos patienter med sekretorisk diarré med betydelig ekstracellulær dehydrering som følge af bakteriel infektion har det vist sig gavnligt med peroral indtagelse af en opløsning indeholdende Na +, K +, HCO 3 -, glukose og glycin. Redegør for betydningen af de enkelte komponenter i denne opløsning mht. muligheden for at genoprette personens normale elektrolyt- og vandbalance. Spm. 2 Hos de under spm.1 beskrevne patienter finder man før behandlingen ofte en ændring af koncentrationen af carbamid (urinstof) i plasma i forhold til situationen før sygdommens indtræden. Redegør for 3 årsager til denne ændring. Spm. 3 En fakultativ hypermetrop mand korrigeres med briller med styrken 3 D, så hans fjernpunkt i akkommodationshvile bliver uendelig. Hans akkommodationsbredde er 10 D. a) Beregn hans nærpunkt med og uden briller. Med alderen falder hans akkommodationsbredde, og på et tidspunkt bliver han absolut hypermetrop. Hans fjernpunkt forbliver uændret. b) Hvad er hans akkommodationsbredde og hans korrigerede nærpunkt på dette tidspunkt? 1

2 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC 2010 Spm. 4 En arterie (stykket AB) deler sig i fire grene som skitseret på billedet herunder. Alle grene har samme diameter, der er halvt så stor som diameteren af den tilførende arterie. a) Beregn ændringen af den samlede strømningsmodstand i de 4 forgreninger i forhold til stykket AB. Forudsætning for beregningen skal angives. b) Hvor meget ændres den lineære strømningshastighed efter forgreningen. c) Beregn blodtrykket i B hvis trykket i A er 100 mm Hg og trykket i C er 50 mm Hg. Spm. 5 En ung mand har bemærket, at når han løber i skoven (efterår, lufttemperatur ca. 10 C), føles fingrene ofte køligere under de første par kilometer af løbet end før, han begynder at løbe. Lidt senere på løbeturen forsvinder dette fænomen, og han begynder i stedet at få varme i fingrene ligesom i resten af kroppen. Redegør for det fysiologiske grundlag for de beskrevne iagttagelser. 2

3 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC 2010 Spm. 6 Hos patienter med hypoparathyriodisme ses undertiden symptomer på ændret excitabilitet af nerve og muskelvæv. a) Beskriv disse symptomer, og forklar baggrunden herfor. b) Vil tilsvarende symptomer kunne opstå som følge af en ændring i koncentrationen af plasmaprotein? Begrund svaret. Spm. 7 Ovenstående skitse viser flow-volumen-kurver fra en rask person (A) og en patient med en lungesygdom (B). I begge tilfælde blev kurverne målt ved, at der efter en maksimal indånding blev udåndet med maksimal kraft under kontinuerlig måling af lungevolumen (Lungevol.) og luftstrømningshastigheden (Flow). De to personer har samme køn, alder og kropsbygning. a) Bestem for hver af de to personer følgende lungefunktionsparametre: TLC, FVC, RV, PEF. b) Redegør for hvilke forandringer i lungevævet, der kan give anledning til ændringerne i TLC, RV og PEF hos patienten. 3

4 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC 2010 Spm. 8 Angiv uden begrundelse, hvilke af følgende udsagn om kaliums rolle og behandling i organismen, der er korrekte. a) K + transporteres ud af cellerne af Na +,K + -pumpen. b) Inaktivering (f.eks. ved genetisk fejl) af K + -kanalen i den luminale membran i det tykke ascenderende ben af Henles slynge øger nyrens reabsorption af Na +. c) Inaktivering (f.eks. ved genetisk fejl) af K + -kanalen i den luminale membran i det tykke ascenderende ben af Henles slynge nedsætter nyrens reabsorption af Ca 2+. d) Hyperkaliæmi medfører fare for hyperpolarisering af cellemembraner. e) Hyperkaliæmi kan modvirkes ved indgift af insulin med glucose. f) Forøget aldosteronsekretion fra binyren medfører hyperkaliæmi. g) Nyrens K + -clearance er øget ved forøget aldosteronsekretion fra binyren. h) Behandling med diuretika, der virker i Henles slynge ( loop diuretika ) nedsætter K + - udskillelsen. i) Hvis ph i ekstracellulærvæsken falder, forskydes K + fra intracellulærfasen mod ekstracellulærfasen. j) Hypokaliæmi øger nyrens udskillelse af H +. Spm. 9 a) Redegør for den forventede indflydelse på hørelsen af en lukning af tuba auditiva (det eustakiske rør). b) Redegør for hvordan en lukning af tuba auditiva kan give anledning til ophobning af væske i mellemøret, selvom der ikke er infektion i mellemøret. Spm. 10 Redegør for de vigtigste funktioner af følgende fire karafsnit: Aorta, arteriolerne, kapillærene og venerne. 4

5 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC 2010 Spm. 11 Den apikale membran af hårcellerne i det Cortiske organ er badet i endolymfe, som i modsætning til normal extracellulærvæske indeholder en høj K + -koncentration (150 mm). Membranpotentialet over den apikale membran er -140 mv og den intracellulære koncentrationen af K + er 150 mm. Temperaturen er 310 K. a) Gør rede for hvorledes afbøjning af stereocilier fører til frisættelse af transmitterstoffer i det indre øres hårceller herunder betydningen af den høje K + -koncentration i scala media. b) Beregn arbejdet ved transport af 1 mol K + efter åbning af de mekanosensitive kanaler i stereocilierne. Spm. 12 Hos en sengeliggende patient bestemmes hjertets minutvolumen og ilttrykket i det arterielle og det blandede venøse blod flere gange i døgnet. Over en periode på 2 døgn observeres stabile værdier med et minutvolumen på 4,9 l/minut og et arterielt og venøst ilttryk på henholdsvis 13,3 og 6,7 kpa. Personens hæmoglobinkoncentration er ved målingerne 150 g/liter blod og blodets ph er 7,4. a) Beregn personens iltoptagelse. b) I det følgende døgn falder det venøse ilttryk målbart. Redegør for de principielt mulige årsager til dette fald herunder hvilke organer eller væv, der kan være involveret. Spm. 13 En ældre kvinde klager over vægttab, træthed, irritabilitet, rastløshed og hjertebanken. Ved analyser af hendes blod finder man bl.a. følgende: Kvinden Normalt Thyroxin (T4) nm Triiodthyronin (T3) nm 4,87 1,10-2,50 Thyreotropin (TSH) miu * /l < 0,005 0,1-4,00 TSH receptor antistof U/l 14,8 < 1,5 * 10 6 internationelle units Stil diagnosen og begrund svaret. 5

6 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC 2010 Spm. 14 a) Angiv hvilke sensoriske inputs, der bidrager til postural kontrol. For hvert af disse ønskes en angivelse af lokaliseringen af receptorerne og deres adækvate stimulus. b) Når en person roteres i horisontalplanet, kan det udløse vestibulær nystagmus. Angiv hvilken del af ligevægtsorganet der hovedsageligt medvirker til at udløse nystagmus i denne situation og beskriv kort de to faser af nystagmus. Spm. 15 a) Beskriv den cellulære baggrund for hvorledes kontraktionskraften i hjertemusklen principielt kan gradueres. Redegør for hvorledes kraftgradueringen i hjertet adskiller sig fra kraftgraduering i skeletmuskler. b) Tegn et normalt tryk-volumen diagram for venstre ventrikel og redegør for hvorledes isolerede ændringer i hjertets inotropi, preload og afterload initialt påvirker venstre ventrikels tryk-volumen forhold. 6

7 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC BESVARELSE Forslag til besvarelse Ordinær eksamen 21 DEC 2010 Understreget tekst angiver indhold, som ved fravær i besvarelsen betragtes som en væsentlig mangel. (Tekst i parentes) angiver indhold, som ved fravær i besvarelsen betragtes som en mindre væsentlig mangel. I matematiske formler er parenteser dog anvendt i henhold til sædvanlig praksis. [Tekst i kantet parentes] angiver vejledende noter. Essayopgave (spm. 1 2) Spm. 1: Patienten har formentlig tabt store mængder Na +, Cl og vand, og et vigtigt princip er at få genoprettet det ekstracellulære volumen (ECV) og dermed undgå kredsløbsinsufficiens. Dette kan opnås ved at stimulere Na + og Cl absorptionen fra tarmen, hvilket kan gøres ved samtidig med Na + og Cl at indgive glukose og en aminosyre, der stimulerer Na + glukose og Na + aminosyre cotransportsystemerne i tyndtarmen, der ikke er afficeret af de bakterielle toxiner, der giver sekretorisk diarré. Således kan der opnås en nettooptagelse af Na +. Cl absorberes gennem tight junctions drevet af den potentialeforskel, der opstår, når Na + absorberes elektrogent i kobling med glucose. Glukose er derfor også indirekte med til at drive optagelsen af Cl, og vand følger med, hvorved normal ECV genetableres. Da tyndtarmssekretet er rigt på HCO 3, vil dette ofte tabes ved sekretorisk diarré med metabolisk acidose til følge, hvilket kan modvirkes ved indtagelse af HCO 3. Ved sekretorisk diarré er både HCO 3 og Cl sekretionen desuden stimuleret. HCO 3 absorberes ved et CO 2 kredsløb, der er afhængigt af Na + /H + exchange i den luminale membran (ligesom i nyrens proximale tubulus). Desuden foregår der i colon en koblet exchange af HCO 3 og Cl (ligesom i erythrocytter). K + absorberes eller secerneres (bl.a. ved diffusion gennem tight junctions og ved K + kanaler i colon) afhængigt af, hvor stor K + koncentrationen i tarmlumen er. Den fortynding af tarmindholdet, som opstår ved sekretorisk diarré, vil derfor give anledning til K + tab, som kan modvirkes ved at hæve K + koncentrationen i tarmlumen. Spm. 2: Carbamidkoncentrationen i plasma stiger af følgende årsager: 1. Som følge af dehydreringen stiger vasopressinsekretionen, og flow et i nyrens samlerør falder. Disse forhold fører til øget carbamidreabsorption, idet vasopressin stimulerer indsættelsen af carbamid transportører i membranen, og det nedsatte flow giver mere tid til carbamidreabsorptionen. 2. Dehydreringen giver nedsat GFR, som følge af nedsat BT og øget kolloidosmotisk tryk i plasma (opkoncentrering af plasmaproteiner), hvorved tubular load af carbamid falder. 3. Det nedsatte ECV vil i sig selv give en stigning i plasmacarbamid, forudsat at produktionen er uændret. (4. Man kan også overveje øget vævshenfald og dermed øget proteinnedbrydning som medvirkende årsag til den forhøjede koncentration af carbamid.) * Side 1 af 8

8 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC BESVARELSE Spm. 3 a. D korr =1/f k = 1/FP og Ab = 1/NP 1/FP hvoraf Ab = 1/NP + 1/f k. Dvs. 10 = 1/NP + 3 hvoraf NP = 0,143 m. Ab = 1/NP k 1/FP k hvoraf 1/NP k = Ab eller NP k = 0,10 m b. Når NP bliver han absolut hypermetrop. Dvs. når Ab 1/f k = 0 eller Ab = 3D. Ab = 1/NP k 1/FP k hvoraf 1/NP k = Ab eller NP k = 0,33 m * Spm Det antages at strømningen i hele systemet er laminar. Ifølge Poiseilles lov er modstanden af hver gren 16 gange større end modstanden af den tilførende arterie: R B C /R A B = r 4 /(0.5 r) 4 = 16. Da forgreningerne er parallelle, svarer deres samlede strømningsmodstand til ¼ del af modstanden i en enkelt gren: 4/R B C = 1/R total. Dvs. at den totale strømningsmodstand efter forgreningen bliver 16/4 = 4 gange større end modstanden af den tilførende arterie. 2. Den lineære strømningshastighed er omvendt proportional med tværsnitsarealet af karret: v =V /A =V /(π r 2 ). Da A = π r 2 bliver tværsnitsarealet af hver gren: A = (1/2) 2 = 1/4 af tværsnitsarealet af den tilførende arterie. Det samlede tværsnitsareal af de fire parallelle grene bliver således lige så stort som tværsnitsarealet af den tilførende arterie: 4 (1/4A) = 1A. Dvs. at den lineære strømningshastighed er uforandret efter forgreningen. 3. Den samlede modstand i forgreningen er 4 gange større end modstanden i stykket AB. Dette kan opfattes som 2 modstande serie, og sættes modstanden over stykket AB til 1, får vi følgende: ΔP A B = ΔP A C (R A B /(R A B + R forgrening )) = 50 mm Hg (1/(1 + 4)) = 10 mm Hg Dvs. at P B = P A ΔP A B = (100 10) mm Hg, eller P B = 90 mm Hg. Alternativt svar: Ud af det første spørgsmål slutter man at R A B = (1/16) R B C. Da volumenhastigheden i stykket B C er 1/4 af den totale volumenhastighed, får vi følgende udtryk ved brug af Ohm s lov : (P A P B )/V = (1/16) ((P B P C )/(V /4)). Det giver P A P B = (1/4) (P B P C ), eller P B = 90 mm Hg. * Spm. 5 Under dynamisk muskelarbejde som løbetræning sker der en omlægning af kredsløbet til fordel for de arbejdende muskler. Arbejde er forbundet med øget sympatisk aktivitet, som skaber en generel vasokonstriktion i det systemiske kredsløb. Blodet løber imidlertid til de aktive muskler, idet lokale faktorer produceret heri overvinder den forhøjede sympatiske aktivitet, således at der netto kommer en kardilaterende virkning i de aktive muskler. Derimod fører den forhøjede sympatikusaktivitet til en vasokonstriktion andre steder i kroppen, såsom indre organer (milt, lever, tarm), hud og inaktive Side 2 af 8

9 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC BESVARELSE muskler. De lokale kardilaterende faktorer i de arbejdende muskler er øget CO 2, O 2 mangel, øget K + (frigjort fra muskelceller), øget H + og adenosin. (Desuden kan nævnes nitrogenoxid frigjort fra endothel og vasodilator prostanoider). De kolde fingre skyldes nedsat blodforsyning til fingrene, som følge af denne omlægning. Den øgede energiomsætning i forbindelse med arbejdet frigør varme, og kernetemperaturen stiger. Dette påvirker det temperaturregulerende center i hypothalamus til at aktivere varmeafgivende mekanismer, såsom sveddannelse og dilation af hudens kar gennem øget aktivitet af den cholinerge del af sympatikus. Dette fører til, at karrene i fingrenes hud dilateres med øget blodgennemstrømning til følge, hvilket forklarer varmen i fingrene. * Spm. 6 a) Symptomerne er spontane muskelkontraktioner i form af fasiske spasmer, i svære tilfælde som vedvarende muskelkramper, såkaldte hypocalcæmiske kramper eller hypocalcemic tetany. Sådanne præsenterer sig undertiden i form af Trusseaus tegn: fleksion i håndled og tommel samt ekstension af de øvrige fingre. Man kan tilføje, at ved undersøgelsen af disse patienter kan latente tilfælde evt. afsløres ved at unilaterale spasmer i ansigtsmuskulaturen udløses ved let slag på n. facialis ved kæbevinklen (Chvosteks tegn). Baggrunden for den øgede excitabilitet er, at den lave ekstracellulære Ca 2+ koncentration, som skyldes nedsat frigørelse af PTH, medfører en ændring af membranens Na + permeabilitet (som følge af ændring af Na + kanalernes spændingsfølsomhed og ændring i surface charge screening ). Herved udløses aktionspotentialer lettere i muskel og nervevæv. b) Effekten af plasma calcium på excitable cellers excitabilitet er alene knyttet til den fri calcium i plasma, der over tid reguleres uafhængigt af koncentrationen af plasmaproteiner. Hvis den hormonale calcium regulering fungerer normalt, vil der derfor ikke være fare for hypocalcæmiske kramper. Alternativt kunne en inddragelse af akutte effekter føre til følgende besvarelse: Ved hurtige udsving i plasma Ca 2+ vil plasmaproteinerne dog virke som en buffer for plasma calcium. Tilsvarende vil en pludselig stigning af plasmaproteiner føre til større binding af calcium. Idet den hormonelle reguleringen af plasma Ca 2+ er langsom (timer til dage), vil dette føre til et fald i frit Ca 2+, da en del af den fri plasma Ca 2+ vil bindes til de nye proteiner uden at de normale regulerende mekanismer kan nå at kompensere. Herved vil der akut være øget risiko for hypocalcæmiske kramper. * Side 3 af 8

10 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC BESVARELSE Spm. 7 a) Skitsen viser bestemmelsen af de ønskede parametre fra de to sløjfer. Værdierne skal fremgå af besvarelsen. b) Person B har forøget RV og TLC, mens PEF er stærkt nedsat. Dette er et typisk billede på emfysem. Det forøgede RV viser, at der resterer et relativ stort volumen luft i B s lunger efter den forcerede eksspiration. Denne air trapping kan opstå ved, at luftvejene er kollaberet, hvilket typisk ses ved emfysem, hvor mangel på elastisk recoil i lungevævet fører til tab af det elastiske recoiltryk, der normalt sikrer, at det intraluminale tryk er højere end det påførte tryk fra pleura. Alternativt kan muskelkraften være utilstrækkelig til at tømme mere luft ud af lungerne. Stigningen i TLC kan også forklares med tab af elastisk væv, idet den følgende nedsættelse af lungernes elastiske recoilkraft forskyder balancen mellem elastiske kræfter i lungerne og brystvæggen mod større lungevolumina. Nedsættelsen af PEF er et tegn på øget friktionsmodstand i luftvejene. Også dette kan forklares ud fra tab af elastisk væv, idet elastisk træk fra det omkringliggende lungevæv normalt er med til at holde de små luftveje åbne. Spm. 8 De korrekte udsagn er c, e, g, i, j * * Spm. 9 a) Aflukkede hulrum, der er under indflydelse af omgivelserne tryk, vil have et totalt gastryk på ca. 1 atm. I vævet omkring hulrummet vil gastensionerne imidlertid være som i veneblodet, hvor ilttensionen og dermed den samlede gastension er væsentligt nedsatte på grund af det store ilttryksfald under blodets passage af kapillærerne. Herved opstår der en gastryksgradient fra hulrummet ud i vævene, der opretholdes så længe hulrummet er underlagt omgivelsernes tryk. Resultatet er, at gasserne i hulrummet hele tiden diffunderer over i vævet. I mellemøret tilføres samme mængde gas dog normalt via tuba auditiva. Aflukkes tuba auditiva, vil gasmængden i hulrummet derimod langsomt aftage. I mellemøret, der er afstivet af hjernekassen, skaber dette med tiden et fald i gastrykket i forhold til omgivelserne. Herved vil membrana tympani skubbes indad, og bevægeligheden af mellemørets knogler reduceres, så hørelsen vil blive nedsat. b) Undertrykket i mellemøret vil forplante sig til interstitiet, og vil derved øge den hydrostatiske trykforskel mellem blodbanen og interstitium. Denne ændring af starlingkræfterne vil føre til en netto udfiltration af væske fra kapillærerne til interstitiet og videre til mellemøret. * Side 4 af 8

11 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC BESVARELSE Spm. 10 Aortas vigtigste funktion udover at lede blodet fra hjertet ud til organerne er at fungere som trykreservoir dvs. optage noget af trykenergien, som hjertet tildeler blodet i systolen, som elastisk energi i karvæggen. Dette betegnes også som vindkeddelfunktionen, og er en funktion af, at aorta har compliance. Den elastiske energi frigives som trykenergi i diastolen, hvorved pulstrykket reduceres. Det har den konsekvens, at det systoliske tryk, som hjertet skal arbejde mod, bliver mindre, end hvis det var et stift rør, som førte blodet væk. (Derudover bliver trykbølgehastigheden langsommere, så den reflekterede trykbølge rammer tilbage sent i systolen og i diastolen, hvilket også bevirker et mindre tryk for hjertet at arbejde mod i systolen. [Dette bliver nævnt ved forelæsningerne men står ikke i lærebogen, og er derfor ikke en del af kravet til besvarelsen]). Arteriolerne udgør den væsentligste hydrodynamiske modstand. Det betyder, at en meget stor del af trykfaldet forekommer henover det område. Reguleringen af denne modstand gennem ændring af arteriolernes radius (som det ses af Poiseuilles lov) er dels af betydning for det arterielle blodtryks størrelse og dels af betydning for at lede blodet til de steder i kroppen, hvor der er mest brug for det. Kapillærene er det sted i kredsløbet, hvor stofudvekslingen mellem blodet og vævet foregår. Diffusionen af stofferne (f.eks. ilt, kuldioxid, glukose, aminosyrer og hormoner) gennem kapillærvæggen sikrer udvekslingen. Der er også en nettoudfiltration af væske over kapillærene, hvilket skaber det parakapillære kredsløb, som er vigtigt for at transportere både proteiner og fedt samt for det lymfatiske system. Udover at føre blodet tilbage til hjertet er venernes vigtigste funktion at virke som kapacitanskar. Dvs, at venerne pga deres store compliance rummer størstedelen (ca ¾) af kroppens intravaskulære volumen. Regulationen af denne compliance er med til at sikre et adækvat tilbageløb til hjertet preload og dermed via Starlings hjertelov et relevant slagvolumen. * Spm. 11 a) Ved en lateral deflektion af hårcellernes stereocilier åbnes mekanosensitive K + kanaler nær ciliernes apikale ende. Da der ikke er nogen kemisk gradient for K + og samtidig et negativt membranpotentiale, vil åbning af kanalerne betyde en influx af K +, hvorved cellemembranen depolariseres. Dette medfører influx af Ca 2+ i hårcellens basolaterale ende, som udløser frigørelse af neurotransmittere, som påvirker afferente nerver. Den høje K + koncentration i endolymfen bevirker, at den kemiske gradient for K + er nul, hvorfor den samlede drivkraft på K + alene stammer fra det elektriske potentiale. I modsætning til normale celler vil den passive flux af K + derfor være indadrettet. Ved åbning af K + kanaler, vil der strømme K + ind i cellen. Side 5 af 8

12 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC BESVARELSE b) Ligevægtspotentialet for K + er 0 V, da K + koncentrationen er ens på de to sider: [E K = RT / (zf) ln([k + ] i /[K + ] u ) = 8,31 J K 1 mol K 1 mol/((+1) 9, C mol 1 ) ln(150 mol m 3 /150 mol m 3 ) = 0 V] Ligevægtspotentialet > membranpotentialet, hvilket viser at nettofluxen er indadrettet for K +. Derfor beregnes arbejdet/mol for influx af K + ioner: W o i = zf(v m E K ) = (+1) 9, C mol 1 ( 0,1400 0)V = 13,51 kjmol 1 Som det fremgår er arbejdet negativt som udtryk for, at der frigives energi ved transporten, i overensstemmelse med en passiv transport. Spm. 12 a) Iltoptagelsen kan beregnes som O 2 = CO x [Hb] x (sat a sat v ) * hvor (sat a sat v ) findes ved aflæsning til 97,5 og 85 %. Iltoptagelsen bliver da 4,9 l/min x 150 g Hb/l x 1,34 ml O 2 /g Hb x (0,975 0,85) = 123 ml O 2 /min. b) Det venøse ilttryk kan falde på grund af nedsat arterielt iltindhold eller øget ekstraktion. Nedsat arterielt iltindhold kan skyldes nedsat iltning af blodet i lungerne (hypoxæmi) eller nedsat iltbæringskapacitet i blodet (anæmi eller kulmonooxidforgiftning). Øget ekstraktion kan skyldes nedsat perfusion som følge af nedsat pumpefunktion i hjertet eller nedsat blodvolumen med nedsat minutvolumenen til følge. Øget ekstraktion kan også skyldes øget iltforbrug, hvilket kan udløses af feber og af øget fysisk aktivitet [hvilket nok er mindre sandsynligt her, da patienten er sengeliggende]. * Spm. 13 Hyperthyreodisme eller Basedows sygdom (Graves disease). Alle symptomer passer med de forhøjede værdier af primært T3 men også T4 (T3 thyreotoksikose). Vætgtabet er forårsaget af forhøjet stofskifte (thermogenese). Irritabilitet, rastløshed og hjertebanken er almindelige symptomer ved thyreotoksikose (kan være en af T3/T4 fremkaldt potensering af katekolaminernes virkning). Forhøjet værdi for TSHreceptorantistof peger på en autoimmun sygdom. Antistoffet stimulerer TSH receptor, således at både dannelsen og frigørelsen af T3 og T4 øges. Den formindskede koncentration af TSH peger på, at hypothalamus hypofyse gl. thyroidea aksen fungerer normalt, dvs. det forhøjede T3 hæmmer indirekte (gennem TRH) dannelse af TSH. * Side 6 af 8

13 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC BESVARELSE Spm Postural kontrol baseres på sensoriske signaler fra: a) proprioceptorer i ben, ryg og nakke, hvis adækvate stimulus er stræk eller spænding i det omgivende væv (muskler og led). b) sanseepithelet (hårcellerne) i buegangene, sacculus og utriculus i ligevægtsapparatet i det indre øre. Adækvate stimulus for buegangene er cirkulær acceleration. For sacculus og utriculus er det adækvate stimulus henholdsvis vertikal og horisontal acceleration. c) mechanoreceptorer i huden, fortrinsvis i fodsålen. Adævate stimulus er tryk eller stræk i huden. d) fotoreceptorernes i retina (dvs. synssansen), hvis adækvate stimulus er lys med ca nm bølgelængde. 2. Nystagmus kan være en del af de [vestibulo okulære reflekser] og kan udløses ved stimulering af buegangene. Ved rotation i horisontalplanet vil frem for alt de horisontale (laterale) buegange blive stimuleret. Ved hoveddrejning vil den langsomme (fikserende) fase modsat hoveddrejningens retning afløses af en modsat hurtig (kompenserende sakkadisk) øjenbevægelse. Retningen af nystagmus defineres ud fra den hurtige fase. * Spm. 15 A) Kontraktionskraft i hjertemuskelen kan gradueres ved: At muskelcellernes længde ændres hvorved, sarkomerernes længde dermed også overlappet mellem myosin og aktin ændres. Der findes en optimal muskellængde, hvor overlappet mellem myosin og aktin medfører maksimal kraft. (Normalt vil et øget stræk af muskelcellen fører til en øget kraft, hvorimod et nedsat stræk vil reducere den maksimale kraft.) Derudover kan kontraktionskraften i en hjertecelle ændres ved, at den stigning i cytosoliske Ca 2+, som aktiverer de kontraktile filamenter, ændres. Dette kan foregå ved at ændre Ca 2+ indløbet fra extracellulærrummet under aktionspotentialet, og ved at frisættelsen af Ca 2+ fra sarkoplasmatisk retikulum (SR) ændres. (Et øget Ca 2+ indløb fra extracellulærrummet og en øget Ca 2+ frisættelse fra SR vil øge kraften, hvorimod nedsat indløb og nedsat frisættelse vil reducere kraften.) (Endelig kan Ca 2+ følsomheden af de kontraktile filamenter ændres således, at en øget følsomhed for Ca 2+ vil øge kraften, hvorimod en nedsat Ca 2+ følsomhed vil reducere kraften.) I hjertet deltager alle muskelceller i hver kontraktion, og hver muskelkontraktion udløses af et enkelt aktionspotentiale. Dette adskiller sig væsentligt fra kraftgradueringen i skeletmuskler, som opnås ved at ændre antallet af aktive motorenheder samt ved at ændre antallet af nerveimpulser til de aktive motorenheder således, at kraftudviklingen udløst af de enkelte aktionspotentialer overlapper og adderes. Side 7 af 8

14 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC BESVARELSE B) Ved øget inotropi bliver hjertemuskelen stærkere og kan derfor tømmes mere, hvorfor det slutsystoliske volumen vil falde, og slagvolumen vil derfor være øget. Omvendt vil reduceret inotropi medføre mindre tømning under systolen og et mindre slagvolumen. En ændring i preload svarer til at ændre strækket af de enkelte hjerteceller. Derfor vil et forhøjet preload føre til en større makismal kontraktionskraft ved starten af tømningsfasen i systolen, og eftersom det slutsystoliske volumen ikke ændres ved en isoleret øgning af preload, vil dette føre til et større slagvolumen. Omvendt vil en reduktion af preload medføre et fald i slagvolumen. Denne sammenhæng mellem preload og slagvolumen kaldes for Starlings hjertelov. Et ændret afterload betyder, at den modstand, som ventriklen arbejder imod under systolen, er ændret. Ved øget afterload er modstanden øget, og der skal derfor opbygges en større kraft under den isovolumetriske anspændingsfase førend aortaklapperne åbner. Endvidere vil ventriklen ikke tømmes så meget som normalt, når afterload er øget. Således fører et øget afterload til en reduktion i slagvolumen, mens et fald i afterload vil medføre et større slagvolumen. * Side 8 af 8

15 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 03 JUN 2010 ESSAYOPGAVE (spm. 1-3) I forbindelse med en bestemmelse af konditallet hos en 30-årig, rask mand på 76 kg, der arbejder på en ergometercykel, findes nedenstående værdier, der alle er målt i steady state. Arbejdsbelastning Hvile Let Middel Hårdt Arbejdsintensitet (Watt) P a O 2 (kpa) 13,1 (98) ,7 (95) 12,1 (91) P A O 2 (kpa) 13,2 (99) - 14,7 (110) 15,2 (114) P A CO 2 (kpa) 4,8 (36) - 3,7 (28) 3,5 (26) Iltoptagelse (liter/minut) 0,43 2,3 3,47 - Pulsfrekvens (minut -1 ) ) Tal i parentes angiver det samme partialtryk udtrykt i mmhg. 2 ) Bindestreg angiver, at værdien ikke er målt. Spm. 1 Angiv principielt mulige årsager til, at det arterielle ilttryk kan falde hos raske personer, der udfører hårdt arbejde, og redegør ud fra ovenstående data for, hvilke(n) af de principielt mulige årsager, der kan være tale om hos forsøgspersonen. Spm. 2 Beregn forsøgspersonens kondital. Forudsætninger skal angives. Spm. 3 Beregn nettonyttevirkningen for arbejdet. Forudsætninger skal angives. Spm. 4 Angiv en principiel inddeling af tilstande, hvor der er nedsat hørelse, og forklar, hvordan man ved undersøgelse af en patient kan skelne mellem disse tilstande. 1

16 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 03 JUN 2010 Spm. 5 Figuren viser trykket (i mmhg) i aorta, venstre (ve) ventrikel og ve. atrium samt fonokardiografiske optagelser under systolen samt første og sidste del af diastolen hos fire forskellige hjertepatienter. Angiv med en kort begrundelse hvilke af ovenstående optagelser (A, B, C og D), der stammer fra patienter med henholdsvis 1) aortainsufficiens, 2) aortastenose, 3) mitralinsufficiens eller 4) mitralstenose. Spm. 6 Hos en person fandt man, at kronisk stress medførte nedenstående kredsløbsparametre: Minutvolumen: Nedsat Hjertefrekvens: Forøget Middel blodtryk: Uændret a) Angiv, hvordan den perifere modstand og slagvolumen vil være ændret hos denne person under stress. b) Redegør for, hvordan aktiviteten i det autonome nervesystem kunne forårsage ændringerne i de hæmodynamiske parametre. 2

17 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 03 JUN 2010 Spm. 7 Thiazider hæmmer NaCl-cotransporteren i nyrernes distale snoede rør og virker herigennem vanddrivende. Redegør for, hvordan behandling med thiazider vil påvirke kroppens totale K + indhold. Spm. 8 Redegør for hvilke konklusioner, der kan drages om nyrens behandling af to stoffer, A og B, når det oplyses, at den renale plasmaclearance er 143 ml/min for stof A og 60 ml/min for stof B, når inulins renale plasmaclearance hos samme person er 115 ml/min. Spm. 9 Forklar, hvordan temporal og spatial summation deltager i integrationen af EPSP er på et motorneuron, og som kan føre til et aktionspotentiale i motoraxonet. Besvarelsen skal ledsages af skitse(r). Spm. 10 Steady-state koncentrationen af Cl og ph inde i og uden for en celle er angivet i tabellen. Cl (mm) ph Inde 30 7,1 Ude 115 7,4 Temperaturen er 310 K og membranpotentialet, V m, måles til 60 mv. a) Beregn ligevægtspotentialet for Cl - (E Cl - ) og H + (E H + ). b) Redegør for fordelingen af Cl - og H + over cellemembranen i denne celle med angivelse af protein(er), der er involveret i denne fordeling. 3

18 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 03 JUN 2010 Spm. 11 Redegør for, hvorfor hjertemuskelfibre i modsætning til skeletmuskelfibre ikke kan bringes i glat tetanus. Spm. 12 Akut højdesyge er en tilstand, der udløses af hypoxi ved hurtige opstigninger til store højder, typisk i forbindelse med bjergbestigninger. a) Redegør for, hvorfor akut hypoxi medfører en mindre stigning i ventilationen end kronisk hypoxi. I forbindelse med udviklingen af et farmakon til forebyggelse og behandling af akut højdesyge undersøges sammenhængen mellem ventilationens størrelse og P a CO 2 før og efter indgivelse af farmakonet i forsøgspersoner. Forsøgene, der foregår ved havoverfladen, udføres ved at trække vejret i atmosfærisk luft tilsat forskellige koncentrationer CO 2. Resultaterne vises i figuren. V E (liter/min) Efter indgivelse af farmakon Før indgivelse af farmakon PaCO2 (mmhg) b) Forklar på baggrund af resultaterne i figuren, hvorledes indgivelse af farmakonet kan tænkes at påvirke det arterielle iltindhold hos personer ved henholdsvis havoverfladen og efter akut opstigning til 5000 meter over havet (moh). 4

19 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 03 JUN 2010 Spm. 13 Angiv uden begrundelse, hvilke(t) af følgende udsagn om calciumstofskiftet, der er korrekt(e): a) Parathyreoideahormon nedsætter calciumreabsorbtionen i nyren b) Parathyreoideahormon nedsætter fosfatreabsorbtionen i nyren c) Hyperfosfatæmi øger sekretionen af parathyreoideahormon d) Parathyreoideahormon nedsætter nyrens produktion af 1,25(OH) 2 vitamin D 3 e) 1,25(OH) 2 -vitamin D 3 nedsætter plasma-fosfatkoncentrationen f) Den intracellulære koncentration af frit Ca 2+ er ca M g) Mangel på thyreoideahormon (T 3 og T 4 ) kan føre til forsinket knoglevækst hos børn h) Hypersekretion af thyreoideahormon kan føre til nedbrydning af knoglematrixprotein og dermed til frigivelse af calcium fra knoglevæv til plasma i) Hypersekretion af calcitonin medfører frigivelse af calcium fra knoglevæv til plasma j) Plasmaproteinbindingen af calcium øges med stigende plasma-ph k) Hypercalcæmi giver øget neuromuskulær aktivitet. Spm. 14 Tilstande, hvor de røde blodlegemer sprænges (hæmolyseres), indebærer en risiko for nedsat hjertefunktion på grund af øget koncentration af K + extracellulært. a) Beregn hvor stor en fraktion af erythrocyterne, der skal hæmolyseres, for at den ekstracellulære K + -koncentration stiger fra 4 mm til 8 mm, når det antages, at hæmatokritten er 50% og den intracellulære K + -koncentration i erythrocyter er 150 mm, samt at det frigjorte K + forbliver ekstracellulært. b) Redegør for, hvorfor en sådan stigning i ekstracellulært K + kan medføre, at hjertet stopper i diastolen. Spm. 15 Angiv uden begrundelse hvilke(t) af nedenstående udsagn, der er rigtig(e) efter overskæring af vagusnerven til ventriklen: a) Receptiv relaksering (akkomodering) efter indtagelse af et måltid er hæmmet b) Kun sekretion, men ikke motorisk aktivitet i ventriklen er påvirket c) Kun motorisk aktivitet i ventriklen, men ikke sekretion er påvirket d) Mucosabarrieren nedbrydes e) Frigivelsen af histamin fra ECL celler (enterokromaffin-lignende celler) er ikke påvirket f) Hæmning af den strækstimulerede gastrinproduktion (stræk af ventriklen i den gastriske fase) g) Syresekretionen reduceres i nogen grad h) Sekretionen af pepsinogen fra ventriklens hovedceller nedsættes. 5

20 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 03 JUN BESVARELSE Forslag til besvarelse Ordinær eksamen 3. juni 2010 Understreget tekst angiver indhold, som ved fravær i besvarelsen betragtes som en væsentlig mangel. (Tekst i parentes) angiver indhold, som ved fravær i besvarelsen betragtes som en mindre væsentlig mangel. [Tekst i kantet parentes] angiver vejledende noter. Essayopgave spm. 1-3 Spm 1 (Fald i det arterielle ilttryk under arbejde kan principielt opstå af samme årsager som hypoxæmi, hvilket vil sige): - Hypoventilation, hvorved P A O 2 og dermed P a O 2 falder. - Manglende diffusionskapacitet, hvorved der opstår en øget P A-a O 2 -gradient. Kan være et problem, fordi blodets opholdstid i lungekapillærerne, transittiden, nedsættes under arbejde. Desuden øges ekstraktionen af ilt i vævene under arbejde, hvorfor den venøse mætning falder, og der skal derfor diffundere mere ilt ind pr. liter blod end i hvile. - Øget ventilations-perfusions-ubalance, hvilket ligeledes vil øge P A-a O 2 -gradienten. Dette kan opstå, hvis forøgelsen af ventilationen ikke har samme regionale fordeling i lungerne som forøgelsen af perfusionen. - Øget shunt, hvilket principielt både kan være en alveolær shunt eller en anatomisk shuntning af blodet. Tabellen viser, at P A CO 2 nedsættes og P A O 2 stiger under arbejdet. Der er altså ikke tale om hypoventilation, der derfor kan udelukkes som en årsag til det lave P a O 2. Tabellen viser desuden, at P A-a O 2 -gradienten er øget, hvilket iflg. ovenstående kan skyldes nedsat transittid i lungerne/manglende diffusionskapacitet eller øget ventilations-perfusions-ubalance. [Samme gastal vil kunne optræde ved shunt. Selv om dette sandsynligvis forekommer under arbejde, har studenterne ikke nogen grund til at tro, at det faktisk sker]. Spm 2 Der forudsættes et lineært forhold mellem pulsfrekvens og iltoptagelse under steady state arbejde. Desuden sættes personens maksimale pulsfrekvens til alder. Pulsreserven til arbejde: maksimal puls - hvilepuls = alder - hvilepuls = = 128 min-1. For at dække et arbejde på 261 watt anvendes pulsslag/min, og der optages 3,47-0,43 l O2/min ud over hvileværdierne. Dette svarer til: (3,47-0,43 l O2/min) / ( pulsslag/min) = 0,029 l O2/pulsslag. Den maksimale iltoptagelse kan nu beregnes som: (0,029 l O2/ pulsslag 128 min-1) + 0,43 l O2/min = 4,136 l O2/min. Herfra beregnes konditallet som: 4,136 l O2/min / 76 kg = 54,4 ml O2/min/kg svarende til et kondital på 54,4. [Det er en væsentlig fejl, hvis pulsreserven udregnes uden at fratrække hvilepuls og - iltoptagelse] [Alternativt kan den maksimale iltoptagelse findes ved at plotte de sammenhængende værdier for iltoptagelse og puls i et koordinatsystem, og derefter ekstrapolere kurven til den maksimale puls, hvor den maksimale iltoptagelse kan aflæses direkte.] Side 1 af 6

21 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 03 JUN BESVARELSE Spm 3 Det forudsættes at hele kroppens energiomsætning dækkes gennem oxidativ fosforylering. Desuden forudsættes det, at ilts kaloriske koefficient er 20 kj/liter. Et arbejde på 261 watt kræver en iltoptagelse på 3,47-0,43 l O 2 /min = 3,04 liter/min over hvileoptagelsen. 3,04 l O 2 /min svarer til 20 kj/liter O 2 3,04 l O 2 /min = 60,8 kj/min, hvilket svarer til 60,8 kj/min / 60 sek/min = 1013 watt. Da alle værdier gælder for arbejdet efter fratrukkede hvileværdier, kan nettonyttevirkningen regnes som: 261 Watt/1013 Watt 100% = 25,6 % Spm. 4 Hørenedsættelse kan principielt inddeles i nedsat lydledning frem til foramen ovale, dvs. ledningsdøvhed (konduktivt høretab), og funktionsforstyrrelse i cochlea eller de centrale nervebaner, kaldet nervedøvhed (eller neurogen døvhed eller perceptivt høretab). Man kan skelne mellem disse to former ved at sammenligne opfattelsen af lyd ved henholdsvis luftledning og benledning af lyd. Dette kan gøres vha. følgende to prøver: Ved Rinnes prøve holdes en svingende stemmegaffel først ud for øret (dvs. luftledning), og derefter sættes den mod skallen nær øret (proc. mastoideus) (dvs. benledning). En patient med ledningsdøvhed vil høre benledningen bedre end luftledningen. Hos en normalthørende er det omvendt. Ved Webers prøve placeres stemmegaflen midt på issen. Her vil lyden normalt høres lige godt i de to ører. Er der ledningsdøvhed på det ene øre, vil lyden høres stærkest på den syge side, mens det er omvendt ved nervedøvhed. Spm Aortainsufficiens fremgår af optagelserne i C Det systoliske tryk svarer til det, der forventes hos en normal person, mens pulstrykket er meget større, idet aortatrykket falder betydeligt i diastolen. Derudover ses, at slutdiastolisk tryk i ve. ventrikel er forhøjet, som tegn på, at blodet løber tilbage i ventriklen i diastolen. Dette sammenholdt med den fonokardiografiske måling, som viser en mislyd, der begynder i slutningen af systolen og varer gennem hele diastolen, tyder på, at optagelserne stammer fra en patient med en aortainsufficiens. 2. Aortastenose fremgår af optagelserne i A Trykforholdene i aorta er lidt lavere end de forventede hos en normal person, mens det systoliske tryk i ve. ventrikel er væsentligt større. Dette sammenholdt med den fonokardiografiske måling, som viser en systolisk mislyd, tyder på, at optagelserne stammer fra en patient med en aortastenose. 3. Mitralinsufficiens fremgår af optagelserne i D Trykforholdene i aorta svarer til de forventede hos en normal person under en hjertecyklus, mens det diastoliske tryk i ve. ventrikel og atrium er væsentligt forhøjet. Det høje tryk i ve. atrium stiger yderligere under systolen. Dette sammenholdt med den fonokardiografiske måling, som viser en systolisk mislyd, tyder på, at optagelserne stammer fra en patient med en mitralinsufficiens. 4. Mitralstenose fremgår af optagelserne i B Side 2 af 6

22 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 03 JUN BESVARELSE Trykforholdene i aorta og i ve. ventrikel svarer til de forventede hos en normal person under en hjertecyklus, mens der er et væsentligt øget tryk i ve. atrium under både systolen og diastolen. Dette sammenholdt med den fonokardiografiske måling, som viser en diastolisk mislyd, tyder på, at optagelserne stammer fra en patient med en mitralstenose. Spm. 6 a) Den perifere modstand vil være forøget og slagvolumen nedsat. b) Den forøgede hjertefrekvens skyldes en øget sympatisk og/eller nedsat parasympatikus aktivitet på henholdsvis beta 1 og muskarine receptorer i sinusknuden i hjertet. Den øgede perifere modstand skyldes sandsynligvis øget sympatisk aktivitet til modstandskarrene, som via alfa 1 receptorer vil resultere i vasokonstriktion. [Det kan ikke udelukkes, at en nedsat aktivering af vasodilaterende beta 2 receptorer - evt. via nedsat frisætning af adrenalin fra binyrene - i karrene vil bidrage til vasokonstriktionen.] Den højere frekvens medfører kortere diastolisk fyldningstid, som nedsætter preload, og derfor nedsætter slagvolumen. Slagvolumen er reduceret relativt mere, end pulsen er øget, så minutvolumen falder. (Et evt. nedsat blodvolumen vil også medføre mindre fyldning af hjertet i diastolen, [som dog kunne modvirkes af en venokonstriktion, formidlet af aktivitet i sympatiskus]. (Det nedsatte slagvolumen kunne også skyldes en generel nedsat autonom aktivitet til hjertet hvilket ville give nedsat kontraktilitet og øget hjertefrekvens). Spm. 7 Behandling med thiazider vil reducere den normale reabsorption af Na + og Cl - i distale snoede rør i nyren. Dette vil gøre, at mængden af Na + og Cl - i de distale segmenter af nyrerenes rørsystem øges. Dette reducerer drivkraften for vandabsorptionen i samlestykker og samlerør, og der udskilles større væskemængder end normalt (en diuretisk effekt). Disse forhold vil også føre til en øget K + udskillelse i urinen primært som konsekvens af øget K + sekretion [ROMK], der foregår i hovedcellerne i samlestykker og samlerør. Den øgede K + - sekretion skyldes at 1) Na + -reabsorptionen [ENaC] forøges samme sted, hvilket øger den elektriske drivkraft for K + ud over den apikale membran. 2) den øgede væskemængde/flow i distale tubuli vil føre til en lavere tubulær K + - koncentration, da K + konstant vaskes væk, hvilket betyder en større kemisk drivkraft for K + fra cellerne ud i tubulus lumen. [Øget flow vil også øge K + sekretionen gennem mekanisk induceret aktivering af Ca 2+ -følsomme K + -kanaler]. 3) den øgede optagelse af Na + over den apikale membran vil aktivere den basolateralt placerede Na,K-pumpe. Det betyder øget pumpning af K + ind i cellerne over den basolaterale membran. Man vil med Na + -tabet se en aktivering af aldosteron systemet, som vil føre til en øget ekspression af Na,K-pumper og Na + -kanaler [ENaC] i samlerørene. Dette forhold vil yderligere forstærke K + tabet. Side 3 af 6

23 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 03 JUN BESVARELSE Spm. 8 Da inulin filtreres frit og hverken reabsorberes eller secerneres, kan man gå ud fra, at GFR er 115 ml/min. For stof A renses altså et større volumen per tidsenhed end svarende til GFR. Dette kan kun betyde, at stof A udskilles ved sekretion i tubulus. Om stof A også filtreres i glomerulus og i hvilket omfang, kan man ikke slutte noget om, da en clearance på 143 ml/min i princippet både ville kunne opnås ved ren sekretion uden glomerulær filtration, eller ved en vis filtration kombineret med sekretion. (Hvis stof A syntetiseres i nyren og udskilles i urinen, vil det også kunne give en høj clearance.) For stof B gælder, at der renses et mindre volumen end svarende til GFR. Dette kan forklares på to principielt forskellige måder: 1) B filtreres frit og reabsorberes i et vist omfang i tubulus (typisk eksempel carbamid) 2) B er proteinbundet eller har en molekylstørrelse, som giver en glomerulær filtrationsfraktion mindre end 1. Der kan i dette tilfælde også forekomme tubulær reabsorbtion eller sekretion i et vist omfang. 3) B metaboliseres i nyren (fx insulin). Spm. 9 Skitsen: Fx fig og 3-14 i Rhoades & Bell. A. Temporal summation. En enkelt præsynaptisk fiber (med tre tilhørende boutoner) stimuleres hhv. 1, 2 og 3 gange. En enkelt stimulation udløser ét EPSP. Dette har ikke nået at repolarisere, førend et andet EPSP udløses, som rider på halen af det første EPSP, således at den totale depolarisering stiger trinvis. I det viste eksempel når det 3. EPSP op på tærskelværdien i initialsegmentet, så et aktionspotentiale (AP) udløses. B. Spatial summation. Når de to præsynaptiske fibre stimuleres særskilt, udløses enkelte EPSP er. Samtidig aktivering af disse udløser et sammensat EPSP, der er større end de enkelte EPSP er hver for sig. I det viste eksempel, er dette tilstrækkeligt til at nå tærskelværdien i initialsegmentet og udløse et AP. Spm. 10 a) a. Koncentrationerne indsættes i Nernst ligning. E Cl - = (R T / z F) ln ([Cl - ] i / [Cl - ] u ) = [(8,31 J mol -1 K K) / ( C mol -1 )] ln (30/115) = 0,0359 V eller 35,9 mv. ph = log [H + ] [H + ] = 10 ph E H + = (R T / z F) ln ([H + ] i / [H + ] u ) = [(8,31 J mol -1 K K) / ( C mol -1 )] ln (10-7,1 /10-7,4 ) = 0,018 V eller 18 mv. b) Både E Cl - og E H + er forskellige fra V m. Dette indebærer, at både Cl - og H + ikke er i ligevægt (den elektrokemiske potentialforskel for Cl - og H + over membranen er ikke lig nul). Side 4 af 6

24 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 03 JUN BESVARELSE Det ses af værdierne for E Cl - og E H +, at der må være aktive mekanismer for netto Cl - influx og H + efflux over cellemembran. I celler foregår transmembranal Cl - flux via Cl - kanaler og via sekundært aktive transportsystemer som Cl,HCO 3 -exchange, Na,K,Clcotransport, begge netto influx af Cl - og [K,Cl-cotransport, netto efflux af Cl - ]. Transmembranal H + flux foregår via Na +,H + -antiporter, H + -ATPase, og H +,K + -ATPase [laktat-transportører, bikarbonat-transportører]. Der kan yderligere nævnes lysosom- og Golgi-H + -ATPaser; aktivering af disse mindsker cytoplasmisk [H + ] og bidrager derfor til øget H + -efflux fra cytoplasma. Spm. 11 Hjertemuskelfibre adskiller sig fra skeletmuskelfibre ved varigheden af aktionspotentialet (ca ms i hjerteceller i modsætning til ca. 2 ms i skeletmuskelfibre). Det langvarige aktionspotentiale i hjerteceller betyder, at den stigning i cytosolisk Ca 2+, som aktionspotentialet udløser, og som skaber kontraktionen, er overstået ved aktionspotentialets afslutning. I modsætning hertil er varigheden af aktionspotentialet i skeletmuskelfibre meget kortere end den stigning i cytosolisk Ca 2+, som dette udløser, og derfor kan Ca 2+ stigninger fra flere aktionspotentialer adderes i skeletmuskelfibre, hvorved den tetaniske kraft opstår. Spm. 12 a) Ad. akut hypoxi: Akut hypoxi udløser kun et begrænset respirationssvar, fordi den øgede ventilation medfører udvaskning af CO 2 med fald i P a CO 2 og tilhørende central og perifer alkalose til følge. Dette virker kraftigt bremsende på ventilationen. Desuden har en isoleret hypoxi i sig selv kun begrænset effekt på ventilationen ved værdier for P a O 2 over ca. 10 kpa (ca. 75 mmhg). Ad. kronisk hypoxi: I den kroniske situation vil den føromtalte respiratoriske alkalose udløse kompensatoriske mekanismer, og kroppens ph-status normaliseres over tid. Herved mister det lave P a CO 2 sin bremsende effekt på ventilationen. (Normaliseringen af ph er knyttet til en større udskillelse af HCO 3 - i nyrerne og en sekundær aktiv transport af syre-ækvivalenter over blod-hjernebarrieren.) b) Figuren viser, at ventilationen ved alle værdier af P a CO 2 er øget efter indgivelsen af farmakonet. En øget ventilation vil altid forøge P A O 2, (idet P A CO 2 vil falde) men ved havoverfladen vil dette ikke medføre nogen væsentlig stigning i det arterielle blods iltindhold, fordi hæmoglobin allerede er næsten fuldmættet. Ved 5000 moh er P A O 2 nedsat med en reduceret P a O 2 som følge. Derfor vil enhver stigning i ventilationen og dermed i P A O 2 føre til større mætning af Hb og større iltindhold. Spm. 13 De korrekte udsagn er b, c, g, h, j [hvis a, d, f, eller k angives som korrekte, vil det være en alvorligere fejl end e og i] Side 5 af 6

25 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 03 JUN BESVARELSE Spm. 14 a) Stigningen på 4 mm skal komme fra frigivelse af 150 mm fra fraktionen x af erythrocytvolumen, som udgør 50% af et antaget blodvolumen på 5 l, til det samlede ekstracellulære volumen, som antages at være 15 l. Ud af 5 l blod er 2,5 l erythrocyter, og der er 15 l ECV. Hvis 1% af erytrocyterne hæmolyseres, frigives 0,01 2,5 l 150 mmol K + /l = 3,75 mmol K +, som skal fordeles i 15 l ECV, hvilket giver en koncentrationsøgning på 0,25 mm. For at opnå en stigning på 4 mm, skal der derfor hæmolyseres 1% 4/0,25 = 16%. (Der er i disse beregninger set bort fra den minimale forøgelse af plasmavolumen, som fremkommer som følge af tilførslen af væske fra de hæmolyserede erythrocyter. Det forudsættes endvidere, at der sker en momentan opblanding i hele ECV.) b) Stigningen i ekstracellulært K + fører til en depolarisering af hjertemuskelcellernes membranpotentiale det bliver mindre negativt. Dette kan også indses ved at indsætte en større koncentration af ekstracellulært K + i Goldman ligningen. Ved mindre depolariseringer op imod tærskelværdien (ca. -55 mv) fås en øget excitabilitet mindre depolarisering nødvendig for at udløse kontraktion med fare for ventrikelflimmer, der med hensyn til pumpeeffektivitet kan sidestilles med hjertestop. Ved depolarisering af membranpotentialet over tærskelværdien kan hjertemuskelcellerne ikke længere repolariseres tilstrækkeligt til at Na + -kanalerne kan aktiveres igen efter en kontraktion. I stedet forbliver Na + -kanalerne i den inaktiverede tilstand, der normalt følger efter åbning, og hjertemuskelfibrene vil ikke kunne kontraheres igen, med den konsekvens, at hjertet stopper i diastolen. (En stigning i den ekstracellulære K + koncentration til 8 mm er kritisk, idet membranpotentialet er tæt på (eller mere depolariseret end) tærskelværdien.) [I R&B side 223 står The sodium channels cannot be reset to open again unless the cell membrane becomes repolarised below -50 mv ] Spm. 15 korrekt er a, f, g og h Side 6 af 6

26 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC 2009 ESSAYOPGAVE (Spm. 1-3) Spm. 1 En 68-årig mand plages af anstrengelsesudløst dyspnø. Under en tidligere udredning blev der påvist en let hypoxæmi i hvile, medens det arterielle CO 2 -tryk var normalt. FEV 1 var nedsat til 44 % af det normale. Supplerende lungefunktionsanalyser viste følgende værdier: Parameter % af normalværdien FVC 60 RV 205 TLC 112 FRC 142 Redegør på baggrund af de målte værdier for årsagen til patientens lave FEV 1 og den påviste hypoxæmi. Spm. 2 Nedenstående figur viser længde-spændingsdiagrammet for diaphragma. Den normale muskellængde ved FRC og TLC er markeret for raske 68-årige mænd. a) Forklar kort betydningen af musklens længde for den maksimale aktive kraft. b) Forklar, hvorledes patientens lungelidelse vil påvirke den maksimale kraft, som diaphragma kan udvikle ved hans FRC. Side 1 af 7

27 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC 2009 Spm. 3 I forbindelse med en tilstødende lungebetændelse bliver patienten indlagt. Følgende arterielle blodværdier måles ved indlæggelsen og i de første 4 dage, hvor patienten får tilført ilt til inspirationsluften, så F I O 2 øges til 28 % Ved indlæggelsen 1. dag 4. dag F I O 2 (%) P a O 2 (kpa) 6,9 (52) 1 10,4 (78) 1 11,0 (83) 1 P a CO 2 (kpa) 8,9 (67) 1 9,6 (72) 1 9,6 (72) 1 ph a 7,31 7,32 7,34 [HCO 3 ] a (mmol/l) ) Værdierne i parentes er de samme tryk udtrykt i mmhg. Redegør for ændringerne i P a CO 2 og [HCO 3 - ] a hos patienten i ovennævnte forløb. Spm. 4 Figuren viser registrering af membranpotentialet i et α-motorneuron, der innerverer en lårmuskel. Under registreringen blev der på tidspunktet angivet med pilen givet et elektrisk strømstød til Ia fibre i en perifer nerve. Dette udløste, som vist, en forbigående potentialændring i motorneuronet. a) Beskriv kort en sandsynlig vej, ad hvilken det udløste signal i Ia fibrene når frem til motorneuronet. b) Forklar, hvordan det viste respons indgår i reguleringen af motoriske reflekser. Side 2 af 7