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

28 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC 2009 Spm. 5 En person bærer briller med styrken +4 D. Med disse kan han se fjerne genstande skarpt i akkommodationshvile. Hans akkommodationsbredde er 10 D. a) Beskriv hans synsanomali, og beregn hans ukorrigerede fjernpunkt, samt hans nærpunkt med og uden briller. b) Redegør for, hvilke konsekvenser en fremadskridende presbyopi har for hans synsanomali. Spm. 6 Redegør for de neuronale og muskulære forhold, der ligger til grund for defækationen. Spm. 7 En ung mand har lidt af inflammation i tarmvæggen (Crohn s sygdom) gennem længere tid. Som led i behandlingen fjernes den nederste tredjedel af ileum. Redegør for, hvilke funktionsforstyrrelser der efterfølgende kan forventes at optræde hos den unge mand. Side 3 af 7

29 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC 2009 Spm. 8 En 65-årig mand opsøger sin læge på grund af anfald af åndenød og smerter i brystet samt en oplevelse af, at hjertet banker kraftigere end tidligere. Under den nærmere udredning finder man nedenstående trykkurver for aorta og venstre ventrikel. Endvidere høres ved hjertestetoskopi en kraftig diastolisk mislyd over tredje venstre intercostalrum tæt på sternum. mmhg Aorta Venstre ventrikel a) Beskriv trykkurvernes afvigelser fra tilsvarende kurver hos en rask voksen person. b) Giv en forklaring på oplevelsen af kraftig hjertebanken. Spm. 9 Ved spinalanæstesi blokeres blandt andet de sympatiske tråde til karrene. Redegør for ændringer i karmodstanden i arme og ben efter anlæggelse af spinalanæstesi fra 7. thorakalsegment og caudalt. Side 4 af 7

30 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC 2009 Spm. 10 Nedenstående figur viser blodgennemstrømningen i et væv ved forskellige perfusionstryk. Punktet svarende til 100 mm Hg angiver den normale situation. De lukkede symboler viser blodgennemstrømningen umiddelbart efter en pludselig ændring af perfusionstrykket fra de 100 mm Hg til den på x-aksen angivne værdi. De åbne symboler viser situationen 30 sekunder senere, efter at en regulering af blodgennemstrømningshastigheden, der bringer den tilbage mod udgangsniveauet, har fundet sted (tilpasningen er angivet ved pile). a) Redegør for de regulatoriske mekanismer, der er ansvarlige for, at en nogenlunde konstant blodgennemstrømningshastighed således kan opretholdes trods ændringer i perfusionstrykket. b) Angiv tre eksempler på væv, hvor denne form for regulering er vigtig. Spm. 11 Under maratonløbet ved de olympiske lege i Atlanta i 1996 var luftens temperatur og fugtighed usædvanlig høj, svarende til hhv C og >85%. Redegør for de mekanismer, hvorved sådanne forhold kunne påvirke løbernes præstationsmuligheder. Side 5 af 7

31 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC 2009 Spm. 12 En person står ved en bjergsø i 4000 meters højde. I lungealveolerne har luften normalt følgende sammensætning (tørre fraktioner, F A ): O 2 = 14%, CO 2 = 5,6% og N 2 = 80,4%. Alveolerne er mættet med vanddamp og temperaturen i alveolerne er 37 C. Luftrykket ved havoverfladen kan sættes til 101,3 kpa og mættede vanddampes tryk ved 37 C er 6,3 kpa. a) Hvad er partialtrykket for O 2 i personens lungealveoler? Personen dykker nu ned på 15 meter vand. Vands massefylde kan sættes til 1000 kg/m 3. b) Hvis alveoleluftens sammensætning er uændret, hvad er så partialtrykket for O 2 i personens lungealveoler? Spm. 13 Hos en patient med lungesygdom findes følgende værdier: Højre lunge Venstre lunge Alveolær ventilation (l/min) 3,0 0,7 Gennemblødning (l/min) 2,4 1,8 Oxygentension i blod fra a. pulmonalis (kpa) 5,3 (40) 1 5,3 (40) 1 Oxygentension i blod fra v. pulmonalis (kpa) 14,7 (110) 1 7,3 (55) 1 1) Værdierne i parentes er de samme tryk udtrykt i mmhg. Beregn en omtrentlig værdi for P a O 2 i det blandede arterielle blod, der udgår fra venstre hjertekammer. Blodets hæmoglobin-fe koncentration er 7,6 mmol/l. Der kan i beregningen ses bort fra intracardial tilblanding af venøst blod samt fra fysisk opløst ilt. Endvidere antages, at ph i arterielt såvel som venøst blod er 7,4. Side 6 af 7

32 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC 2009 Spm. 14 Ved indlæggelsen af en yngre mand måles følgende: plasmaglucosekoncentration: 41,3 mm, standardbikarbonat: 9,1 mmol/l ph i arterielt blod: 6,9. Desuden konstateres et forhøjet indhold af ketonstoffer i urinen. a) Klassificer acidosen, og redegør for de ændringer i metabolismen, der forårsager øget dannelse af ketonstoffer hos patienten. b) Redegør for konsekvenserne af ketonurien for K + udskillelsen i nyrens kortikale samlerør? Spm. 15 Para-aminohippursyre (PAH) indgives intravenøst i en kvindelig forsøgsperson med en hastighed, der sikrer opnåelse af steady state. Infusionsvæskens PAH-koncentration varieres, og efter opnået steady state måles plasmakoncentrationen og urinudskillelsehastigheden af PAH. De sammenhørende værdier er vist i ovenstående figur. a) Redegør for, hvor i nefronet PAH udskilles, og for Na,K-pumpens rolle. b) Bestem ud fra ovenstående figur den renale gennemblødningshastighed, når det oplyses, at forsøgspersonens hæmatokrit er 0,43. Side 7 af 7

33 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC BESVARELSE Forslag til besvarelse Ordinær eksamen 21 DEC 2009 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. 1-3 Spm. 1 Nedsat FEV 1 er normalt et udtryk for øget luftvejsmodstand. Desuden er FVC nedsat betydeligt, dvs. en nedsættelse i de dynamiske lungeparametre. Værdierne i tabellen viser, at patienten desuden har en forøgelse af de statiske lungefunktionsparametre. Den stærkt nedsatte FVC skyldes, at RV er øget (sandsynligvis på grund af dynamisk luftvejskollaps). Alt tyder på en forøgelse af lungernes kompliance, som det ses ved emfysem, hvor lungernes elasticitet tabes. (Sammenhængen mellem lungernes elasticitet og luftvejsmodstanden skyldes, at diameteren og dermed modstanden i de små luftveje, der ikke er støttet af brusk, er særligt afhængige af det elastiske træk fra det lungevæv, som luftvejene er indlejret i.) Ved emfysem er det elastiske træk i luftvejene stærkt nedsat, og luftvejenes diameter er derfor også nedsat med øget luftvejsmodstand til følge. Den øgede RV nedsætter den alveolære ventilation, og herved opstår hypoxæmi. Spm. 2 a) Ved ændring af en muskelfibers hvilelængde ændres overlappet mellem aktin og myosin, og dermed ændres den kraft, som muskelfiberen maksimalt kan generere. [Ovennævnte beskrivelse forklarer det aktive længde-spændingsdiagram. Herudover vil en muskelfiber ved stort stræk udvise en betydelig passiv kraft, som kan tilskrives parallelelastiske elementer i muskulaturen. Den totale kraft i en muskelfiber vil være summen af den aktive og den passive kraft.] b) Da FRC er forhøjet hos patienten, vil diaphragmas muskelfibre være kortere end muskelfibrene hos raske personer. Dette vil anbringe FRC længere nede af længdespændingsdiagrammet, og den maksimale kraft ved FRC vil derfor være nedsat. Spm. 3 Stigningen i P a CO 2 fra indlæggelsen til dag 1 skyldes nedsat ventilation (hypoventilation), der sikkert er udløst af stigningen i det arterielle ilttryk, der fjerner et hypoxisk stimulus på ventilationsreguleringen. Under indlæggelsen stiger [HCO 3 - ] a fra 33 til 38 mm. En mindre del af denne stigning skyldes en stigning i P a CO 2 fra 8,9 kpa til 9,6 kpa fra indlæggelsen til dag 1, jvf masseligevægten CO 2 H + + HCO 3 - Side 1 af 7

34 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC BESVARELSE Tabellen viser imidlertid også, at [HCO 3 - ] a forsat stiger fra dag 1 til dag 4 med en samtidig stigning i ph a. Da P a CO 2 i samme periode er konstant, må denne stigning i [HCO 3 - ] a være renalt betinget. I nyrerne vil H + -sekretionen og dermed HCO 3 - resorptionen øges som et resultat af det lavere ph og det øgede CO 2 -tryk. Mekanismerne omfatter øget aktivitet af Na + /H + -udvekslerne og H + -ATPaser i den luminale membran og øget dannelse af ammonium. Desuden giver det øgede CO 2 -tryk anledning til større dannelse af H + og HCO 3 -, hvoraf HCO 3 - resorberes og H + udskilles [gennemgået i figur 24.8 og i Rhoades og Bell]. Spm. 4 a) Figuren viser, at stimulation af Ia fiberen medfører et IPSP i motorneuronet. En sandsynlig signalvej er følgende: Signalet i Ia fiberen løber ud i en kollateral, der exciterer et inhibitorisk interneuron beliggende i medulla spinalis [benævnes i Brodal: Ia-inhibitorisk interneuron ], som dernæst hæmmer motorneuronet. b) Stræk af en muskel medfører aktivering af Ia afferenter p.g.a. stræk af muskeltene. Ia afferenterne formidler både monosynaptisk excitation af α-motorneuroner til agonistmuskulaturen (homonym excitation) og disynaptisk inhibition af α-motorneuroner til antagonistmuskulaturen kaldet reciprok inhibition. Sidstnævnte medfører derved hæmning/afslapning af antagonistmuskulaturen. Spm. 5 a) Han er hypermetrop, da han bærer briller med positiv styrke på +4D for at korrigere hans fjernpunkt til uendeligt. Da hans grad af hypermetropi på 4D er mindre end hans akkommodationsevne på 10D, er han fakultativt hypermetrop. Beregning af ukorrigeret fjernpunkt (FP), ved brug af formel for fjernpunktskorrektion: 1/f k = 1/FP k 1/FP og FP k =, hvoraf: 4 m -1 = 1/FP, hvoraf FP = 0,25 m. Beregning af nærpunkt (NP), ved brug af formel for akkommodationsbredde (Ab): Ab = 1/NP 1/FP, hvoraf: 10 m -1 = 1/NP 1/ 0,25 m, hvoraf: NP = 0,17 m Beregning af korrigeret nærpunkt (NP k ), ved brug af formel for akkommodationsbredde: Ab = 1/NP k 1/FP k, hvoraf: 10m -1 = 1/NP k (da FP k = ), hvoraf: NP k = 0,10 m b) Presbyopien følger af en nedsættelse af akkomodationsbredden, idet øjelinsens elasticitet formindskes med alderen. Når hans akkommodationsevne bliver mindre end hans grad af hypermetropi, Ab mindre end 4 D, kan han ikke længere kompensere herfor ved akkommodation, og han overgår til at blive absolut hypermetrop. Side 2 af 7

35 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC BESVARELSE Spm. 6 Den interne analsphinkter er en glat muskel, medens den eksterne analsphinkter er en skeletmuskel. Når rectum udspiles af fæces eller gas aktiveres strækreceptorer i tarmvæggen. Afferente nerver sender signaler fra strækreceptorerne til CNS, hvor ønsket om defækation registreres. Samtidig foregår der via lokale reflekser i tarmvæggen en ikke-voluntær afslapning af den interne sphinkter. Hvis der er ønske om at defækere, sendes der voluntært inhibitorisk information fra hjernen til sakral regionen af medulla spinalis, som bevirker en afslapning af den eksterne sphinkter, og defækationen kan forløbe. Samtidig aktiveres de glatte muskler (både longitudinelle og cirkulære) i distale colon og rectum, hvilket fører til en terminal intestinal peristaltik. Desuden aktiveres diaphragma og abdominal muskulaturen (bugpressen). (Hvis man beslutter, at det ikke skal være nu, afslappes de glatte muskler i distale rectum. Dette reducerer/fjerner impulstrafikken i de afferente nerver, hvorved defækationstrangen nedsættes/forsvinder, og samtidig aktiveres den interne sphinkter og den externe sphinkter afslappes.) Spm. 7 Fjernelse af den distale del af tyndtarmen giver alvorlige forstyrrelser, fortrinsvis som følge af afbrydelsen af galdesyrekredsløbet, idet galdesyrene normalt reabsorberes i den del af ileum. Når galdesaltene passerer videre til colon, hæmmes reabsorptionen af Na + og vand i colon (osmotisk virkning, irritation af colonepithelet), og dette fører til diarré ledsaget af K + -mangel. Den manglende reabsorption af galdesalte vil også medføre nedsat absorption af fedt (med deraf følgende steatorré) og af fedtopløselige komponenter, herunder vitamin A (fører til natteblindhed og hudlæsioner), vitamin D med deraf følgende nedsat absorption af Ca 2+ og fosfat i tarmen (osteoporose), vitamin E (nedsat antioxidant kapacitet), vitamin K med deraf nedsat koagulationsevne (pga nedsat færdiggørelse (gammacarboxylering) af de Ca-bindende koagulationsfaktorer i leveren). Da frie fedtsyrer binder Ca 2+, vil den manglende absorption af disse bidrage til Ca 2+ -manglen. Fjernelse af den distale del af ileum vil også medføre stærkt reduceret optagelse af B 12 -vitamin, hvilket vil give (perniciøs) anæmi, når kroppens depot er opbrugt. Spm. 8 a) Der er to iøjnefaldende afvigelser: For både aorta og ventrikel når det maksimale tryk helt op på 200 mmhg, hvor det normale er ca. 120 mmhg (højst 140 mmhg). Aortatrykket falder kraftigt i diastolen dvs. helt ned i nærheden af 50 mmhg, hvor man normalt bibeholder et højt aortatryk tæt på det diastoliske tryk (som følge af aortaklappernes lukning). b) Oplysningen om diastolisk mislyd sammenholdt med trykkurverne leder til diagnosen aorta insufficiens. I diastolen er der tilbageløb af blod fra aorta til venstre ventrikel (giver anledning til mislyd ved aortastedet), og der opbygges et større slutdiastolisk volumen end normalt, således at SV bliver væsentligt større end normalt. Pulstrykket er også øget, idet tilbageløbet nedsætter det diastoliske aortatryk, og det øgede slagvolumen øger det systoliske aortatryk (samtidigt giver den Side 3 af 7

36 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC BESVARELSE øgede fyldning af ventriklen et øget ventrikeltryk). Det øgede slagvolumen og pulstryk mærkes som et meget kraftigt (hårdt) slag (kan også iagttages som negleblink og pandeblink ). Spm. 9 Da spinalanæstesien rammer segmenter under Th7, betyder dette, at der i første omgang ikke sker nogen ændringer i overekstremiteterne, medens der i underekstremiteterne kommer en nedsat tonus i modstandskarrenes glatte muskler med deraf følgende vasodilatation og fald i R ben. Dette fører til et fald i total perifer modstand (TPR) med deraf følgende fald i det arterielle blodtryk (BT). Sekundært nedsættes aktiviteten i baroreceptorerne i sinus caroticus og arcus aorta (som følge af faldet i BT). Det betyder en nedsat hæmning af det cardiovasculære center (rostral ventral nucleus og nucleus ambiguus), som fører til en øget sympaticus tonus samt nedsat parasympaticus tonus. Resultatet heraf er en sekundær vasokonstriktion i overekstremiteterne med deraf følgende stigning i R arm. Spm. 10 a) Det illustrerede fænomen benævnes autoregulering, dvs. det forhold, at karvæggens glatte muskulatur tilpasser kontraktionen og dermed kredsløbsmodstanden i karret, så der opnås en nogenlunde konstant blodgennemstømning trods ændret perfusionstryk. Autoreguleringen kan være i. myogent betinget, dvs. at en tryksensor i karvæggen registrerer det øgede eller formindskede tryk og via signaler, der involverer åbning/lukning af kanaler i de glatte muskelcellers membraner, udløser en ændring i karmuskulaturens kontraktionsgrad. Desuden ses ofte en såkaldt ii. metabolisk betinget ( kemo- ) regulering. Her vil det være manglende iltforsyning og ophobning af metabolitter såsom CO 2, H +, K +, og adenosin, der udgør signaleringsmekanismen for de glatte musklers dilatation (via NO) ved nedsat tryk/perfusion, medens nedsat CO 2 og H + -koncentration (øget ph) fører til karkonstriktion ved øget tryk/perfusion. iii. I nyren forekommer foruden den myogene autoregulering i afferente arteriole også det såkaldte tubuloglomerulære feedback: ved øget perfusion af afferente arteriole øges GFR, og dermed øges flow gennem tubulussystemet. Det øgede flow ved macula densa i distale tubulus fører til øget NaCl optagelse her, hvilket via kontakten med afferente arteriole i det juxtaglomerulære apparat signalerer karkonstriktion i afferente arteriole. (Signaleringsmekanismen involverer muligvis nukleotider som ATP og adenosin, samt prostaglandiner). b) Autoreguleringen er funktionelt særdeles vigtig og meget veludviklet i hjerte (metabolisk), hjerne (metabolisk og myogen) samt nyrer (myogen og tubuloglomerulært feedback). Desuden findes funktionelt vigtig men mindre veludviklet metabolisk autoregulering i skeletmuskler og tarmvæg. Side 4 af 7

37 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC BESVARELSE Spm. 11 Det forudsættes, at personen bevarer en normal hydreringsgrad ved indtagelse af væske under løbet. En høj lufttemperatur kombineret med høj luftfugtighed reducerer organismens mulighed for at komme af med den ved muskelarbejde producerede varme af følgende to årsager: 1) høj temperatur nedsætter varmeafgivelse ved radiation og konvektion og kan eventuelt medføre varmeoptagelse fra omgivelserne ved radiation (især hvis der anvendes mørkt eller farvet tøj i stedet for hvidt tøj). [Det vil være fint, hvis studenterne anfører formlerne (2) og (3) R&B side ] 2) høj luftfugtighed forhindrer sved i at fordampe og kompromitterer derfor virkningen af svedning. [Det vil være fint, hvis studenterne anfører formlen (4) R&B side 550.] Derfor opvarmes kernen, og via det temperaturregulerende center i hypothalamus frembringes vasodilatation i hudens kar. Vasodilatationen af hudens kar sker via sympatikus, dels en aktiv vasodilatation associeret med aktivering af svedkirtler og dels en hæmning af noradrenerg vasokonstriktion. (Der er også en vasodilatation, som skyldes en direkte virkning af temperaturen på karrenes glatte muskelceller.) Dilatation af hudens kar medfører, at kredsløbet omlægges, så en betydelig del af minutvolumen går til huden i stedet for til musklerne, hvorved den maksimale arbejdspræstation nedsættes. (Hvis arbejdet forceres, kan det resultere i overophedning og centralt udløst kollaps.) En medvirkende årsag er også ekstracellulær dehydrering og deraf følgende blodtryksfald som følge af svedning. Spm. 12 a) Total trykket i 4000 m findes ved brug af barometerligningen: P total(4000m) = 101,3 kpa e -(ln2 4000m/5500m) = 61,2 kpa Trykket af den tørre luft i lungealveolerne beregnes: P tør, lunger(4000m) = (P total - P H2O ) = (61,2-6,3) kpa = 54,9 kpa Partialtrykket af O 2 i alveoler kan nu beregnes ud fra P A = F A P tør, lunger(4000m) : P O2, lunger(4000m) = 0,14 54,9 kpa = 7,7 kpa b) Totaltrykket på 15 m vand beregnes ud fra formel for hydrostatisk tryk i væsker p v = p a + ρgh: P v, total = P total(4000m) + ρgh = 61,2 kpa kg/m 3 9,81 ms m = (61, ,2) kpa = 208,4 kpa Trykket af den tørre luft i lungealveolerne beregnes, idet det totale tryk i lunger sættes lig trykket på 15 m vand: P tør,lunger (15m vand) = (P total - P H2O ) = (208,4-6,3) kpa = 202,1 kpa Partialtrykket af O 2 i alveoler kan nu beregnes ud fra P A = F A P tør,lunger (15m vand) : P O2,lunger (4000m) = 0,14 202,1 kpa = 28,3 kpa Spm. 13 Ved interpolation på de saturationskurver, der medfølger opgavesættet, findes Iltsaturationen ved ilttensionen 14,7 kpa (110 mmhg) = 98% Iltsaturationen ved ilttensionen 7,3 kpa (55 mmhg) = 88% Blodets hæmoglobin-fe koncentration er lig med blodets iltbindingskapacitet. De tilsvarende iltkoncentrationer er Venstre v. pulmonalis: 0,98 7,6 mmol/l Side 5 af 7

38 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC BESVARELSE Højre v. pulmonalis: 0,88 7,6 mmol/l Ved blandingen vægtes iltkoncentrationerne med flowhastighederne, således at iltkoncentrationen i det blandede arterielle blod er (0,98 7,6 mmol/l 2,4 + 0,88 7,6 mmol/l 1,8)/(2,4 + 1,8) = (3,94/4,2) 7,6 mmol/l = 0,94 7,6 mmol/l Iltsaturationen i det blandede arterielle blod fås ved division med hæmoglobinkoncentrationen og er altså 94%. [Som det fremgår af opstillingen er det ikke nødvendigt at kende hæmoglobinkoncentrationen, idet man til sidst dividerer med den for at få saturationen. Man kunne godt opstille udtrykket således: ønsket saturation = (0,98 2,4 + 0,88 1,8)/(2,4 + 1,8) = 0,94]. Ved at anvende samme saturationskurver som ovenfor baglæns findes ilttensionen svarende til saturationen 94% at være 9,3 kpa (70 mmhg). Spm. 14 a) Acidosen skyldes ketonstofferne (acetoacetat og β-hydroxybutyrat), der er syrer, som frigør protoner ved fysiologisk ph (pk a acetoacetat = 4,8 v. 25 C), og dermed giver anledning til en metabolisk acidose. Ved ophør af insulinproduktionen bortfalder den insulinafhængige glukoseoptagelse i muskel- og fedtceller. Konsekvensen heraf er stimulering af gluconeogenesen samt nedbrydning af aminosyrer og frie fede syrer (FFA). Ketonstofferne dannes (via acetyl- CoA) ud fra FFA, hvis plasmaniveau er højt som følge af øget lipidkatabolisme. (Insulin hæmmer normalt den hormonsensitive lipase i fedtvæv.) En fuldstændig nedbrydning af FFA afhænger af tilstrækkelige mængder af oxaloacetat. Under massiv FFA-mobilisering omdannes overskuddet af acetyl-coa, som ikke kan videreomdannes i TCA cyklus, til ketonstoffer. b) I kortikale samlerørs principale celler udskilles K + ned af sin elektrokemiske gradient via en kanal [Fig Rhoades & Bell]. Drivkraften afhænger af det lumennegative potentiale. Det lumennegative potentiale vil være mere negativt pga. tilstedeværelsen af de negativt ladede ketonstoffer, idet disse ikke som klorid kan permeere gennem tight junctions og optages sideløbende med, at Na + optages fra lumen. Konsekvensen bliver altså, at negativt ladede ketonstoffer trækker K + med ud i urinen, og organismen taber K +. Spm. 15 a) PAH sekretion foregår i proximale tubulus. PAH secernes aktivt mod en koncentrationsgradient drevet af energi fra den Na + gradient, som Na,K-pumpen skaber. I basolaterale membran findes en exchange mekanisme (antiport), hvor en organisk anion (α-ketoglutarat) udveksles med PAH. Gradienten for den organiske anion er skabt ved symport med Na + ind i cellen. Den nødvendige Na + gradient skabes i sidste ende af Na,K-pumpen. (PAH transporteren er derfor et såkaldt tertiært aktivt transportsystem). Transporten af PAH over luminale membran sker ned af koncentrationsgradienten i exchange med andre anioner. [Alle detaljer er vist og forklaret i R & B figur 22.18]. Side 6 af 7

39 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 21 DEC BESVARELSE b) For at kunne beregne den renale gennemblødningshastighed skal clearance for PAH bestemmes ved en lav plasmakoncentration, hvor T max endnu ikke er nået, således at alt til nyren tilført PAH fjernes fra blodet. (Grunden til, at høje plasmakoncentrationer af PAH ikke kan bruges, er, at når T max er nået, falder ekstraktionsfraktionen, idet nyrernes evne til at cleare blodet for PAH aftager. Når plasmakoncentrationen af PAH går mod uendelig, går PAH clearance mod inulinclearance og bliver derfor et udtryk for GFR og ikke for det renale plasmaflow.) På kurven aflæses en udskillelseshastighed på 40 mg/min svarende til en plasmakoncentration på ca. 0,063 mg/ml. Plasmaclearance bliver da (40 mg/min)/(0,063 mg/ml) = 634,9 ml/min. [Det ville også være naturligt at aflæse 63 mg/min ved 0,10 mg/ml, selvfølgelig med samme resultat efter afrunding 630 ml/min]. Under forudsætning af en ekstraktionsfraktion på ca. 90 % [91% oplyses i R & B s 397] bliver det renale plasmaflow 630/0,9 = 700 ml/min. Med en hæmatokrit på 0,43 bliver den renale blodgennemstrømning 700/(1-0,43) = 1228 ml/min [hvilket er indenfor normalområdet (R & B s. 399)]. Side 7 af 7

40 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN 2009 Essayopgave (spm. 1-3) m 120 PO (mmhg) m A B 40 C D E 0 Luft i omgivelser Inspirationsluft i øvre luftveje Alveoleluft Arterieblod Blandet venøst blod Figuren viser PO 2 værdier i luft og i forskellige afsnit af luftvejene og blodet hos en hvilende person målt ved havniveau (0 m) og umiddelbart efter helikoptertransport til 5500 m højde. Ved havniveau blev hjertets minutvolumen målt til 5,1 l/min og hæmoglobinkoncentrationen til 9,0 mmol/l (Hæmoglobin-Fe), svarende til 150 g/l. Der blev desuden målt følgende værdier på arterieblod: 0 m 5500 m P a CO 2 5,3 kpa (40 mm Hg) 2,9 kpa (22 mm Hg) Standard HCO 3 - Aktuel HCO 3-24,1 mmol/l 24,1 mmol/l 24,1 mmol/l 20,9 mmol/l Spm. 1 Beregn hjertets minutvolumen efter opstigning til 5500 m, idet det forudsættes at personens iltoptagelseshastighed er den samme som ved havniveau. Side 1 af 6

41 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN 2009 Efter 2 døgns ophold i 5500 m højde blev personen undersøgt på ny. Spm. 2 Redegør for, hvilke ændringer (stigning, fald, uændret), der forventes i forhold til værdierne i tabellen (ved 5500 m) og i punkterne A-E på figuren. Hos bjergbestigere udvikles ofte symptomer i form af hovedpine, svimmelhed og kvalme, som i nogle tilfælde kan være ledsaget af svær dyspnø med opspyt af skummende sekret fra lungerne. Spm. 3 Forklar kort mekanismerne bag disse symptomer med henvisning til effekten af O 2 på kar. Spm. 4 Ghost erythrocytes har vist sig at være et godt modelsystem til forskning i cellemembranens permeabilitetsegenskaber. Som i alle dyreceller er membranen permeabel for Cl -, K + og vand, men impermeabel for sukrose og proteiner. Man udskifter alt indhold i de røde blodlegemer med en væske af ønsket sammensætning og anbringer dem i et stort volumen ekstracellulærvæske, hvorefter cellernes volumenændringer registreres over tid. I figurerne nedenfor angives væskernes sammensætning ved forsøgets start mm K 9 Pr 10 mm sukrose; 5 mm KCl 10 mm sukrose 20 mm sukrose Redegør for i hvert af de to forsøg: a) om der vil opstå et membranpotentiale. b) om der vil ske en ændring af cellevolumen og i givet fald hvor meget i forhold til udgangsværdien. Side 2 af 6

42 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN 2009 Spm. 5 Nedenfor er vist målinger af et enkelt aktionspotentiale i en nervecelle under normale forhold (a), og efter ændring af ekstracellulærvæsken (b). For at undgå overlap er de to aktionspotentialer anbragt en lille smule forskudt i forhold til hinanden. Hvilemembranpotentialet var det samme under de to forsøgsomstændigheder. b a Angiv, uden begrundelse, hvilke(n) af nedenstående ændringer af ekstracellulærvæsken, der kan forklare ændringen i aktionspotentialet fra a til b. 1. Øget K + koncentration 2. Nedsat K + koncentration 3. Øget Cl - koncentration 4. Nedsat Na + koncentration 5. Nedsat Ca 2+ koncentration 6. Tilsat et stof, der hæmmer Na + /K + -ATPasen 7. Tilsat et stof, der fremmer åbning af spændingsafhængige K + kanaler 8. Tilsat et stof, der hæmmer åbning af spændingsafhængige K + kanaler 9. Tilsat et stof, der hæmmer åbning af spændingsafhængige Na + kanaler 10. Tilsat et stof, der fremmer inaktivering af spændingsafhængige Na + kanaler 11. Tilsat et stof, der hæmmer inaktivering af spændingsafhængige Na + kanaler Spm. 6 Forklar, hvordan den monosynaptiske strækrefleks kan påvirkes ved præsynaptisk inhibition. Herunder ønskes en beskrivelse af, hvordan descenderende baner kan styrke eller svække strækrefleksen. Side 3 af 6

43 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN 2009 Spm. 7 Angiv de vestibulospinale og reticulospinale baners vigtigste funktioner i motorisk kontrol. Spm. 8 Et kapillær har en længde på m og en radius på m. Blodtrykket i den arterielle ende er 5,0 kpa og i den venøse ende 2,5 kpa, mens trykket i den omgivende væske er 0,5 kpa. Den osmotiske trykforskel over kapillærmembranen (Δπ) er 3,0 kpa. Den hydrauliske filtrationskoefficient (L p ) er 2, m 3 m -2 Pa -1 s 1 og blodets viskositet er kg m 1 s 1. Reflektionskoefficienten (σ) er 1,0. a) Beregn filtrationen og absorptionen (udtrykt som flux), samt nettotransporten af væske over kapillærmembranen (udtrykt i m 3 s -1 ). Angiv retning af væsketransporten for hver beregning. b) Hvor stor en procentdel af det blod, der løber gennem kapillæret, bliver netto transporteret over membranen? Angiv eventuel(le) forudsætning(er) for beregningen. Spm. 9 Angiv, hvad der normalt udløser miktionsrefleksen, samt redegør for den nervøse kontrol af blærefunktionen, herunder overordnede nervøse centres indflydelse. Spm. 10 En person får indgivet radioaktivt mærket I - til blodbanen. Den indgivne mængde er så lille, at den ikke påvirker totalkoncentrationen af I - i blodet. Efter 12 timer måles indholdet af radioaktivt I - i glandula thyreoidea, og man konstaterer, at den målte værdi er lav i forhold til tilsvarende målinger hos normale personer. Begrund, for hver af nedenstående tilstande, hvorvidt de er forenelige med dette fund (jodindtagelsen kan antages at være normal i 1., 2. og 5.): 1. Hyperthyreoidisme (fx Graves disease) 2. Hypothyreoidisme (fx Hashimoto disease) 3. Længerevarende indtagelse af jodidrig kost 4. Længerevarende jodmangel 5. Behandling med T3/T4 i store doser Side 4 af 6

44 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN 2009 Spm. 11 Figuren viser en model af det systemiske kredsløb hos en hvilende person, som indeholder tre modstande i henholdsvis: mave-tarm (R mt ), hjernen (R h ), samt de øvrige væv (R øv ). R mt er 5, kg m -4 s -1. V' ao angiver blodets volumenhastighed i aorta. Middelblodtrykket i aorta, P ao, er 12,5 kpa mens middeltrykket i højre atrium, P ha, er 0,5 kpa. Kort tid efter et måltid sker der et fald i R mt. a) Redegør for, hvordan dette fald i R mt vil påvirke de andre parametre i modellen. Der ønskes ingen beregninger. I forbindelse med måltidet stiger blodets volumenhastighed i mave-tarm med 30%. b) Beregn den procentvise ændring i R mt under antagelse af, at P ao og P ha er uændrede. Spm. 12 For gastransport i lungerne anvendes begreberne perfusions- og diffusionsbegrænsede gasser. a) Forklar, hvad der forstås ved disse to begreber. En person indbringes bevidstløs til skadestuen, hvor man finder kulmonooxid (CO) i blodet. Den arterielle blodprøve viste desuden: P a O 2 : 12,7 kpa (95 mmhg), P a CO 2 : 5,3 kpa (40 mmhg) b) Redegør for den sandsynlige årsag til, at den pågældende person er bevidsthedspåvirket. c) Skitser ændringerne i O 2 bindingskurven, man vil kunne forvente hos den pågældende person. Side 5 af 6

45 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN 2009 Spm. 13 En person er i termisk steady state under udførelsen af et ydre arbejde. Personens gennemsnitlige overfladetemperatur er 32,5 o C. Varmetabet ved konduktion, konvektion og stråling (KKS) kan udtrykkes ved ligningen: KKS = k (t overflade - t omgivelser ) A hvor A, den eksponerede overflade, er 1,8 m 2. k er en konstant, der kan sættes til 12,6 W o C -1 m -2. Omgivelsernes temperatur er 20 o C. Varmetabet ved fordampning udgør 30% af det totale varmetab. Arbejdets bruttonyttevirkning er 20%. a) Beregn personens energiomsætningshastighed (EOH). b) Forklar, hvordan varmeudvekslingen med omgivelserne, samt kroppens temperatur, vil påvirkes, såfremt personen indtager et stof, der hæmmer svedsekretionen, inden arbejdets påbegyndelse. Mulige kompensatoriske mekanismer ønskes beskrevet. Spm. 14 Forklar, hvordan sekretionen af galdesyrer i leveren samt forsyningen af galde til tyndtarmen er reguleret. Spm. 15 a) Angiv, hvad man kan slutte om nyrernes behandling af stoffer, hvis clearance er henholdsvis 1) lig med, 2) større end eller 3) mindre end den glomerulære filtrationshastighed (GFR). I forbindelse med undersøgelsen af nyrefunktionen hos en patient måltes de i tabellen viste værdier for koncentrationerne af inulin og PAH i urin og arterielt plasma. Urinproduktionen var på 2 ml min -1, og den arterielle hæmatokrit var 45%. Inulin PAH Urinkonc. (mmol/l) Plasmakonc. (mmol/l) 0,9 0,2 b) Udregn på baggrund af de opgivne værdier patientens GFR og effektive renale blodflow. Forudsætning(er) for beregningerne skal angives. Side 6 af 6

46 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN BESVARELSE Forslag til besvarelse Ordinær eksamen 4. juni 2009 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 Den lave P a CO 2 viser at personen hyperventilerer ved 5500 m og dermed er alkalotisk. Da høj ph øger Hb s iltaffinitet, skal der tages højde for ph ved udregningen. (Den lave PCO 2 må også formodes at øge iltaffiniteten, men dette kan ikke kvantificeres ud fra de foreliggende data). I arterieblod findes: ph (0 m) = 6,1 + log 24,1/0,03 40) = 7,4 ph (5500m) = 6,1 + log 20,9/0,03 22) = 7,6 Der aflæses følgende værdier på figuren: 0 m 5500 m P a O 2 95 mmhg 37 mmhg P v O 2 40 mmhg 26 mmhg som svarer til følgende saturationer, aflæst på nomogram ved ph 7,4 hhv. 7,6: S a O 2 97 % 80% S v O 2 74 % 60% Ved brug af Ficks pricip kan VO 2 beregnes: VO 2 (0m) = [O 2 ](a-v) ml/l Q l/min = 9 mmol/l 22,4 ml/mmol (0,97 0,74) 5,1 l/min = 236 ml/min Da iltoptagelseshastigheden er uændret, anvendes Ficks princip atter, nu til udregning af minutvolumen ved 5500 m: Q (5500 m) = VO 2 / [O 2 ](a-v) = 236 ml/min / 9 mmol/l 22,4 ml/mmol (0,80 0,60) = 5,9 l/min Der er her set bort fra fysisk opløst ilt. Hvis dette medtages i beregningen fås Q (5500 m) = 6,0 l/min [Mekanismen bag denne stigning i hjertets minutvolumen er ikke en del af opgaven, men må henføres til hypoxæmi-induceret kemoreceptoraktivering (sker når PaO 2 falder under 60 mmhg), hvilket giver anledning til øget sympatisk stimulering af hjertet. Dette er dog ikke beskrevet i R&B, som kun omtaler de vaskulære effekter af kemoreceptorerne]. Side 1 af 9

47 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN BESVARELSE Spm. 2 Umiddelbart efter opstigningen til 5500 m vil det lave P a O 2 give anledning til en øget fyringsaktivitet i de perifere kemoreceptorer. Den heraf følgende hyperventilation vil til en vis grad være modvirket af det mindskede CO 2 stimulus af de perifere kemoreceptorer (P a CO 2 er jo lav), og det mindskede CO 2 /ph stimulus af de centrale kemoreceptorer (den respiratoriske alkalose manifesteres jo umiddelbart i CSF, da CO 2 er frit diffusibel over blod-hjernebarrieren). I løbet af timer til døgn efter opstigningen vil der ske en akklimatisering, karakteriseret ved en gradvis forøgelse af ventilationen. Denne skyldes formentlig flere forhold: 1) de perifere kemoreceptorers følsomhed for O 2 øges, samtidig med at en øget udskillelse af HCO 3 - fra CSF til plasma over blod-hjernebarrieren fører til delvis reversering af ph-stigningen i CSF, hvorved de centrale kemoreceptorers aktivitet øges. 2) Den respiratoriske alkalose vil gradvis, over 2 3 dage, kompenseres ved øget HCO 3 - udskillelse i nyren. Herved vil den dæmpende effekt af alkalosen på ventilationen aftage. (Da HCO 3 - og H + kun vanskeligt trænger over blod-hjerne-barrieren må denne renale kompensation forventes at manifestere sig langsommere i CSF end i blodet). Ved målingen efter 2 døgn må værdierne i tabel 1 derfor forventes at ændre sig således: P a CO 2 : falder (pga. stigende V E ) St. HCO 3 - : falder (pga. renal kompensation af respiratorisk alkalose) Akt. HCO 3 - : falder (pga. faldende P a CO 2 ) Punkterne i figuren forventes at ændres således: A Uændret. B Uændret (Vandmætning uændret). C P A O 2 stiger, primært pga det mindskede P A CO 2 [se alveolar gas equation R&B p.334]. D P a O 2 stiger, jvf stigning i P A O 2. E P v O 2 forventes også at stige under forudsætning af en tilnærmelsesvis uændret VO 2. [Det sidste kan dog måske diskuteres, idet det samlede cardio-pulmonale arbejde må forventes at stige. Man kan evt også nævne, at øget produktion af 2,3-DPG giver et højreskift i Hb s iltaffinitet, hvilket giver øget O 2 -afgift ved samme PO 2, hvilket nok vil kunne få P v O 2 til at stige over tid.] Spm. 3 Symptomerne svarer til Acute Mountain Sickness [som beskrevet i R&B s. 386]. De cerebrale symptomer kan tilskrives det lave O 2 -indhold i arterieblodet, som giver dilatation i hjernens arterioler, hvorved det cerebrale blodvolumen øges, hvilket giver en generel forøgelse af det intrakranielle tryk. Som yderligere bidrag hertil vil vasodilatationen føre til en stigning i det kapillære hydrostatiske tryk og hermed en øget exudation af væske til interstitiet i hjernen, evt førende til hjerneødem. De pulmonale symptomer kan tilskrives hypoxi-udløst generel vasokonstriktion i de pulmonale kar, hvilket leder til en stigning i trykket på højre side. Opspyt af skummende sekret er tegn på lungeødem. Udviklingen af lungeødem kan forklares som en følge af en kombination af den højresidige hypertension og det forhold, at konstriktionen af lungernes kar ikke er begrænset til arteriolerne, men også omfatter de pulmonale vener [R&B s. 367, 388]. Herved sker der sammenlagt en øgning i det hydrostatiske tryk i lungekapillærerne førende til udtræden af væske, først til interstitiet og derefter til alveolerummet. [Til forståelsen af det samlede sygdomsbillede indgår naturligvis også den nedsatte PCO 2, men her er kun spurgt om O 2 s virkning. R&B anfører, at svær hypoxi medfører, at endothelceller becomes leaky [s. 386], hvilket derfor også må betragtes som acceptabelt svar]. Side 2 af 9

48 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN BESVARELSE Spm. 4 Ekstracellulærvæsken er i begge forsøg isosmotisk med ghost erythrocyttens intracellulærvæske i udgangssituationen. I forsøg 1 vil en minimal mængde K + diffundere ud af cellen langs koncentrationsgradienten, men effluxen vil være forhindret af det intracellulære anioniske protein. Der vil herved opstå et negativt membranpotentiale, som modvirker et yderligere tab. Cellevolumenet forbliver derfor uændret (umåleligt ændret). I forsøg 2 betragtes de forskellige processer trinvist af rent analytiske grunde, men de sker naturligvis samtidigt. Både K + og Cl - vil diffundere ud af cellen på grund af koncentrationsgradienten. De vil diffundere i samme forhold, og da der ikke er nogen impermeabel ion, vil der ikke opstå et membranpotentiale. Da ionerne fortyndes til uendelig lav koncentration ude, vil den osmolære slutkoncentration udenfor uændret være 20 mosmol/l mod 10 mosmol/l inde i cellen. Dette betinger en efflux af vand, indtil den intracellulære osmolære koncentration også er 20 mosmol/l. Cellevolumen vil falde til det halve. Spm. 5 8 og 11 er forenelige med det oplyste. [Uændret hvilemembranpotentiale udelukker 1., 2., 6 og muligvis 3. 6 udelukkes tillige fordi aktionspotentialets depolariseringshastighed er upåvirket. Cl - -strømme indgår hverken i dannelsen eller afslutningen af aktionspotentialet (udelukker 3.). Uændret tærskelværdi udelukker 4, 5 og 9. 4 og 9 udelukkes desuden p.g.a. uændret depolariseringshastighed. Den langsommere repolariseringshastighed er uforenelig med 7 og 10, men bekræfter 8 og 11]. Spm. 6 Præsynaptisk inhibition af den monosynaptiske strækrefleks formidles af synapser, der danner direkte kontakt med den præsynaptiske nerveterminal. (Her drejer det sig om primære afferenter, som er excitatoriske, og bruger glutamat som transmitter.) Den præsynaptiske fiber oprinder fra et inhibitorisk interneuron. Under forudsætning af, at det drejer sig om GABA A receptorer, og E Cl - er positiv i forhold til E M, depolariseres nerveterminalen, og dermed nedsættes aktionspotentialets amplitude [se boks i Brodal 4, s. 75, som er pensum]. Dette fører til nedsat Ca 2+ influx i nerveterminalen, og dermed nedsættes nerveterminalens evne til at frisætte neurotransmitter (in casu glutamat). [Alternativt kan den præsynaptiske hæmning ske ved en direkte hæmning af præsynaptiske Ca 2+ kanalers åbning.] Hvordan descenderende baner kan styrke eller svække strækrefleksen: Når præsynaptisk hæmning skal moduleres, må aktiviteten i det sidste indskudsneuron i kæden (som danner kontakt med den glutamaterge terminal) ændres. En aktivitetsstigning vil øge den præsynaptiske hæmning, og omvendt. Descenderende (fortrinsvis pyramide-) baner er excitatoriske og kan (bl.a.) aktivere spinale interneuroner, der herefter kan udøve præsynaptisk inhibition på de glutamaterge terminaler fra muskeltenen. Forudsat der er en vis tonus i systemet, kan strækrefleksen styrkes eller hæmmes ved passende justering af aktiviteten i den descenderende bane. [Strækrefleksen kan også øges ved at hæmme det sidste indskudsneuron. Brodal (4. udg. Fig s. 322, som er pensum) viser et eksempel, hvor aktivitet i pyramidebanen kan aktivere et inhibitorisk neuron, der i sin tur hæmmer det sidste inhibitoriske neuron. Nettoresultatet er en fjernelse af en hæmning ( disinhibition ), og en styrkelse af strækrefleksen.] Side 3 af 9

49 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN BESVARELSE [Præsynaptisk facilitering findes også og gennemgås i Brodal 4 ed. boks s. 75, men er dog ikke beskrevet som værende en del af regulering af strækrefleksen. Såfremt studenten inddrager descenderende kontrol af γ-motorsystemet, bør dette også honoreres.] Spm. 7 De vestibulo- og reticulospinale baner indgår i det ventromediale system [Brodal 4. Fig. 12.9]. Overordnet set har disse baner til formål at opretholde kroppens oprejste stilling, holdning og balance i forhold til omgivelserne. De vestibulospinale baner udspringer fra n. vestibularis i medulla, som modtager afferente fibre fra bl.a. ligevægtsapparatet. [Det forventes ikke, at der skelnes mellem den mediale og laterale vestibulospinale bane. Men de omtales særskilt i Brodal, hvorfor de behandles særskilt nedenfor.] Den (laterale) vestibulospinale bane styrer kontraktion i kroppens posturale muskler, der modvirker tyngdekraften (f.eks. benets extensorer), og medvirker dermed til at opretholde balancen. Virkningen formidles over direkte synaptiske forbindelser med α- og γ-motoneuroner. Den (mediale) vestibulospinale bane påvirker muskulaturen i ryggen og nakken med henblik på at stabilisere hovedet (og dermed blikket) i forhold til kroppen, (når den bevæger sig). De reticulospinale baner har til opgave at opretholde en stabil, oprejst kropsholdning i forhold til omgivelserne. Virkning på proximale og axiale muskler, kan også udløse grove ( første led ) bevægelser af ekstremiteterne. [Idet det forudsættes, at studenten har kendskab til de to funktionsmæssige forskellige baner, omtales disse særskilt.] Den mediale reticulospinale bane (udspringer fra et større område i pons). Banen har en overordnet faciliterende virkning på den axiale muskulatur og på benenes proksimale ekstensorer og bidrager hermed til den stående stilling. Den laterale reticulospinale bane (udspringer fra et mindre område i medulla) og, overordnet set, har den modsatte virkning i forhold til banen fra pons. Den virker neddæmpende på aktiviteten i rygmarven og medvirker hermed til en reduktion af tonus i den posturale muskulatur. Spm. 8 [Parenteser, der optræder i matematiske ligninger har den sædvanlige betydning, og skal ikke opfattes som mangler i besvarelsen] a) Det gennemsnitlige transmurale tryk over kapillærvæggen, Δp midt = Δp a + Δp v / 2 = [(5-0,5)+ (2,5-0,5)] / 2 = 3,25 kpa. J filtration = L p Δp midt = 2, m 3 m -2 Pa -1 s 1 3, Pa = 8, m 3 m -2 s 1 (eller m s -1 ) udadrettet. [fortegnet kan udelades når blot retningen specificeres] J absorption = L p Δπ = 2, m 3 m -2 Pa -1 s Pa = 7, m s 1 indadrettet idet σ = 1. J netto = 8, , = 6, m 3 m -2 s 1 Membranens areal, A m = 2 π r l = 2 3, m 10-3 m = 1, m 2. J netto (angivet i m 3 s -1 ) = J netto (m 3 m -2 s -1 ) A m (m 2 ) = 6, m 3 m -2 s -1 1, m 2 = 1, m 3 s 1 udadrettet b) Volumenhastigheden gennem kapillæret V & = Δp / R (hvor Δp = p a - p v = 5-2,5 = 2,5 kpa) Side 4 af 9

50 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN BESVARELSE 8η l R = = kg m 1 s m / π ( m) 4 = 9, kg m 4 s 1. 4 πr Det forudsættes, at strømningen er laminar. V & = 2, Pa / 9, kg m 4 s 1 = 2, m 3 s 1 Den netto transporterede (udfiltrerede) væskemængde udgør (i procent): (1, / 2, ) 100 % = 0,044 % Spm. 9 Når blærefyldningen når ml, igangsættes en reflektorisk tømning af blæren. Denne (miktions)refleks initieres som følge af en stimulering af strækreceptorer i blærevæggen. Herfra løber signalerne via sensoriske afferenter i de pelviske og hypogastriske nerver til rygmarven, hvor der sker en aktivering af parasympatikus, som fører til en kontraktion af m. detruser [ og en samtidig relaksation af trigonum området dette nævnes ikke i R & B] og relaksation af den interne sphincter. Samtidig hæmmes aktiviteten i n. pudendus, hvilket medfører relaksation af den externe sphincter. Væskeflowet gennem urethra (øvre del) fører til en stimulation af strækreceptorer, som igangsætter en reflektorisk forstærkning af kontraktionen af m. detrusor. Samtidig øges afslapningen af den interne sphincter. Denne effekt formidles også via efferente parasympatiske fibre. (Under miktionsrefleksen sker der også en afslapning af m. levator ani samt af m. transversus perinei, som gør, at urethra afkortes, og den urethrale modstand sænkes) [dette styres sandsynligvis af det pontine mictionscenter, som desværre ikke omtales i R & B]. Miktionsrefleksen er underlagt en overordnet kontrol fra højere centre i hjernestammen og cortex. Frigørelsen af refleksen skyldes bl.a. en fjernelse af den overordnede cortikale inhibition af miktionsrefleksen. Sympatikus er ikke involveret i miktionsrefleksen. [Der er i besvarelsen ikke lagt vægt på det pontine mictionscenter velvidende, at det sandsynligvis spiller en central rolle i mictionsrefleksen. Årsagen er, at dette center ikke nævnes i R & B. I Boron & Boulpaep omtales centret og dets betydning, hvorfor studenter, som har læst efter denne bog, vil kende det og, hvis de nævner det, bør honoreres herfor.] Spm. 10 Iodid transporteres i symport med Na + (via NIS transporteren) fra blodet til follikelcellerne i gl. thyreoidea. Denne transport har en begrænset kapacitet, som mættes ved høje blodkoncentrationer af I -. TSH stimulerer I - optagelsen, bl.a. ved opregulering af NIS transporteren. 1. Ved hyperaktivitet i gl. thyreoidea forventes alle processer i hormonsyntesen at være øget, inklusive den basale I - optagelse. Værdien for radioaktivitet i kirtlen forventes at være høj, hvilket ikke er forenelig med fundet. (Ved Graves disease skyldes hyperaktiviteten antistoffer, der stimulerer TSH-receptoren). 2. Ved hypothyreoidisme, som fx Hashimoto disease, hvor der er et lavt funktionsniveau i kirtlen, forventes en nedsat optagelse af radioaktivt I -. Er forenelig med fundet. Side 5 af 9

51 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN BESVARELSE 3. Ved høje blodværdier for I -, som kan opnås ved høj indtagelse, vil kapaciteten for I - - optagelse være udnyttet i større omfang end normalt, og optagelsen af den radioaktive ion vil da være mindsket. Er forenelig med fundet. 4. Ved jodmangel vil I - i blodet være nedsat. Der forventes en forholdsvis stor optagelse i kirtlen, hvorfor radioaktiviteten vil være større end normalt. Er ikke forenelig med fundet. 5. Tilført T3/T4 i store doser vil hæmme frigørelse af TSH fra hypofysen. Den herved nedsatte stimulation af TSH receptoren i gl. thyreoidea vil føre til en nedregulering af I - -transporten og dermed en lavere optagelse af radioaktivt I -. Er forenelig med fundet. Spm. 11 a) Alt andet lige vil en stigning i mave-tarm-gennemblødningen forårsage et fald i P ao. Fyringsfrekvensen af de arterielle baroreceptorer falder som konsekvens af trykfaldet, hvorved der sker en reflektorisk øgning i den sympatiske aktivitet (via noradrenalinfrigørelse fra postganglionære fibre), der aktiverer β 1 receptorer på hjertet samtidig med en reduktion i den parasympatiske aktivitet (nedsat acetylcholinfrigørelse). Dette øger pulsen og hjertemusklens kontraktilitet, således at blodets volumenhastighed i aorta, V ao, stiger. Baroreceptorerne formidler også en øget aktivitet i sympatiske efferente fibre til de øvrige vævs modstandskar (arterioler). Her vil frigjort noradrenalin bindes til α 1 adrenoceptorer i de glatte muskelceller og give karkonstriktion. Herved stiger R øv (og V' øv falder).. Såfremt det venøse tilbageløb til hjertet ændres, vil det venøse tryk ændres tilsvarende. Omdirigeringen af blodet til mave-tarm vil umiddelbart kunne give et fald i tilbageløbet, men minutvolumenet vil herefter stige, som omtalt ovenfor, hvilket vil øge tilbageløbet. Dette, samt det forhold at venesystemet har stor compliance, gør, at eventuelle ændringer i P ha vil være beskedne. De ovenfor nævnte effekter vil tilnærmelsesvis kompensere for faldet i P ao, som derfor vil være af relativt ringe størrelse. Et fald i P ao vil ikke medføre nogen ændring i hjernens gennemblødning, da hjernens autoregulation opretholder en konstant gennemblødning under variable perfusionstryk (mellem mmhg). Dette sker ved en ændring af kaliberen af arterioler og arterier, betinget af flere forskellige mekanismer, herunder myogent vaskulært respons samt vasoaktive stoffer. Det forventes derfor at R h vil være faldet lidt. b) Når volumenhastigheden øges med 30%, og alle andre parametre forbliver uændrede, så må modstanden være ændret til 100% / (100+30)% = 77%; dvs. ændringen er på 100%-77% = 23%, jf. Ohms lov anvendt på kredsløbet (BT = MV R). [Mere besværlig men korrekt fremgangsmåde: ΔP = P ao - P ha = = Pa. Ved konstant ΔP gælder: ΔP = (V' mt ) hvile (R mt ) hvile = (V' mt ) måltid (R mt ) måltid Ændring i R mt = (R mt ) måltid / (R mt ) hvile = (V' mt ) hvile / (V' mt ) måltid = 1/1,3 (R mt ) måltid = (R mt ) hvile /1,3 = 3, kg m -4 s -1. Dvs, der er et fald fra 5, til 3, altså 1, kg m -4 s -1, som udgør 1,2 / 5, = 23,1%.] Side 6 af 9

52 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN BESVARELSE [Såfremt man begynder med at beregne størrelsen af V' hvile, er det i orden, men en endnu større og unødvendig omvej.] Spm. 12 a) Kendetegnet for en perfusionsbegrænset gas er, at der for den givne gas opnås fuld ligevægt mellem partialtrykket i alveolen og blodet under passagen gennem lungernes kapillærgebet. For sådanne gasser gælder, at det er perfusionen af lungen, der bestemmer mængden af gas der udveksles, da optagelsen af gassen for alle praktiske formål vil være proportional med lungernes blodgennemstrømning. [Eksempler herpå: N 2 O, O 2 eller CO 2. ] Kendetegnet for en diffusionsbegrænset gas er, at der for den givne gasart ikke opnås ligevægt mellem partialtrykket for gassen i alveolen og blodet under passagen gennem lungernes kapillærgebet selv ved langsomt flow i hvile. For sådanne gasser gælder, at optagelsen i realiteten er uafhængig af lungernes blodgennemstrømning. [Et eksempel herpå er CO]. b) CO bindes til O 2 -bindingsstedet på hæmoglobin under dannelse af carboxyhæmoglobin. CO har en affinitet for hæmoglobin, der er gange større end O 2. Ved indånding af CO vil en mindre andel af hæmoglobinet kunne anvendes til ilttransport, og derved vil CO indånding mindske blodets iltbindingskapacitet. Dette vil ikke ændre P a O 2, hvilket er i overensstemmelse med de opgivne tal. Et manglende fald i P a O 2 betyder også et fravær af stimulus for de perifere kemoreceptorer. Der vil derfor ikke være et respirationsstimulus, og dermed ingen hyperventilation, hvilket er i overensstemmelse med den målte PaCO 2. Herudover vil CO også venstreforskyde iltbindingskurven, således at O 2 -tilgængeligheden i vævet er stærkt reduceret. Hjernens funktion er særlig sensitiv for ændringer i ilttilførslen. Således vil en CO-påvirking initialt give nedsat reaktionstid, sløret syn, kvalme og, hvis påvirkningen er vedvarende, bevidsthedsændringer. [Hvis det retikulære aktiverende system (RAS) udpeges som havende afgørende indflydelse på bevidsthedsniveauet bør det honoreres]. c) Side 7 af 9

53 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN BESVARELSE [Figure 19.8 fra Rhoades og Bell: Hematocrit and CO poisoning affect the oxyhemoglobin equilibrium curve. Severe anemia can lower the O 2 content to 40% of normal. The blood O 2 content of a person exposed to CO is shown for comparison. When the blood is 60% saturated with carbon monoxide (HbCO), O 2 content is reduced to about 8 ml/dl of blood. Note the leftward shift of the oxyhemoglobin equilibrium curve when CO binds with hemoglobin.] Skitsen viser ændringen i iltbindingskurven, som forventes ved eksempelvis 60% binding af CO til hæmoglobin. [Akserne skal benævnes, men enheder på akserne er ikke nødvendige. Da pt. oplyses at være bevidstløs vil man forvente en ret stor forskydning af kurven, således at plateaudelen ligger ved 50% saturation.] Spm. 13 a) Varmetabet ved KKS = 12,6 W o C -1 m -2 (32,5-20) o C 1,8 m 2 = 283,5 W Varmetabet ved fordampning = (0,3 283,5 W) / (1-0,3) = 121,5 W. Den samlede varmeafgiftshastighed, Q a = 283, ,5 = 405 W. N = W y /(W y + Q d ) W y = (N Q d )/(1 - N) (hvor W y er arbejdes intensitet) Da personen er i termisk steady-state er Q d = Q a W y = (0,2 405)/ (1-0,2) = 101,25 W. EOH = W y + Q d = 101, = 506,25 W. b) Fordampning af sved medfører afgift af varmeenergi fra kroppens overflade, hvorved overfladetemperaturen holdes lav. Bortfald af svedsekretion vil derfor medføre en stigning i overfladetemperaturen. Dette modvirker varmetransport fra kernen til overfladen, og vil betyde at kernetemperaturen stiger, i det omfang der ikke sker nogen kompensation. En kompensation vil kunne indtræde, dels i form af en øget afgift af varme ved KKS, idet overfladetemperaturen stiger (hvorved t overflade - t omgivelser vil stige), dels i form af en vasodilatation i huden, der øger hudgennemblødningen, hvorved varmetransporten fra kernen til overfladen øges. Vasodilatation vil udløses fra hypothalamus, når kernetemperaturen overstiger set-point (T set ), og effektor-signalet vil desuden afhænge af en integration med afferent information fra termoreceptorer i huden [R&B s , Fig Som beskrevet i R&B, herunder Fig ], vil kernetemperaturen normalt overstige T set under arbejde, og mulighederne for yderligere vasodilatation vil afhænge af udgangspunktet. [Med hensyn til effektormekanismen, lægges der i undervisningen ikke vægt på active vasodilation, som er diskuteret i R&B s ; hvis studenterne anfører mekanismen, vil det også være i orden, hvis der blot henvises til en nedregulering af sympatisk tonus] Spm. 14 Hepatocytternes sekretion af galdesyrer er bestemt, ved en negativ-feedback mekanisme, af koncentrationen af galdesyre i det hepatiske vena porta-blod. Er denne høj, som fx i forbindelse med et måltid, vil galdesyntesen være hæmmet, mens det galdesyre-afhængige flow af galde i Side 8 af 9

54 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN BESVARELSE canaliculi vil være øget. Det omvendte er gældende ved lav koncentration af galdesyre i portablodet. Herudover har gastrin en direkte stimulerende virkning på galdesekretionen i leveren. Forsyningen af galde til tyndtarmen stimuleres af cholecystokinin (CCK), som secerneres fra tarmmukosa, når der er fedtsyrer og aminosyrer i lumen. CCK giver kontraktion af galdeblæren og afslapning af sphincter Oddi. Desuden vil sekretin, frigjort til blodet som respons på tilstedeværelsen af syre i chymus, stimulere cellerne langs galdegangene til at secernere bikarbonat til galdesekretet. Disse mekanismer suppleres af nervøs regulering. Parasympatisk (vagal) stimulering giver anledning til øget sekretion af galde og til kontraktion af galdeblæren samt relaksation af sphincter Oddi. Sympatisk stimulering forårsager nedsat sekretion af galde og afslapning af galdeblæren. Endelig kan nævnes at steroidhormoner, såsom androgener og østrogener, har en hæmmende effekt på galdesekretionen. Spm. 15 a) Hvis clearance er større end filtrationshastigheden, må nyrerne have secerneret stoffet til ultrafiltratet. Hvis clearance er lig filtrationshastigheden, er det sandsynligt, at stoffet filtreres frit, og at stoffet ikke secerneres eller resorberes. Det kan imidlertid ikke udelukkes, at sekretion og absorption kan være af samme størrelse og dermed opveje hinanden, eller at der er en beskeden filtration fx pga. proteinbinding, og en sekretion svarende til, at venekoncentrationen reduceres med ca. 20%. Hvis clearance er mindre end filtrationshastigheden, er der 2 muligheder: 1) Stoffet filtreres ikke frit (fordi det er for stort eller proteinbundet). 2) Nyrerne resorberer noget af stoffet fra ultrafiltratet. b) GFR = Cl inulin = 2 ml/min 54 mmol/l / 0,9 mmol/l = 120 ml/min. Det effektive renale plasmaflow (RPF) = Cl PAH = 2 ml/min 65 mmol/l / 0,2 mmol/l = 650 ml/min Det effektive renale blodflow = RPF / (1-0,45) = 1182 ml/min Forudsætning: Cv for stoffet er 0. Side 9 af 9

55 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 22 DEC 2008 ESSAYOPGAVE (Spm. 1 3) Efter en tur i byen bliver en ung mand overfaldet og stukket med en kniv flere gange, hvorefter han efterlades stærkt blødende. Ved ankomsten til skadestuen er patienten bleg, svedende og let cyanotisk. Blodtrykket er 80/60, pulsen 130 min 1 og den arterielle iltmætning er 97 %. Patienten bliver vurderet til at have mistet ca. 30 % af sit blodvolumen. Spm. 1 Redegør for årsagerne til det lave pulstryk og den forøgede pulsfrekvens. Spm. 2 Redegør for, hvorfor patienten er bleg, svedende og let cyanotisk. Spm. 3 Redegør for, hvorledes udblødningen akut påvirker kroppens væskekompartmenter og for de mekanismer, hvormed kroppen over tid søger at kompensere for væsketabet. Spm. 4 Figuren viser hjertets tryk volumenkurve hos en patient med en kardiovaskulær lidelse (A) og hos en i øvrigt sammenlignelig, rask person (B). Beregn slagvolumenet for de to personer, og redegør ud fra kurverne for, om det ændrede slagvolumen hos patienten kan skyldes a) ændret kontraktilitet i hjertet b) ændret passiv kompliance i hjertet c) ændret afterload. 1/4

56 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 22 DEC 2008 Spm. 5 I et blodkar (længde 2 mm, diameter 24 µm) har blodet en volumenhastighed på m 3 s 1. Strømningen er laminar. Blodets viskositet η = kg m 1 s 1. a) Beregn trykfaldet over det beskrevne kar. b) Forklar, hvordan hæmatokritværdien påvirker modstanden mod blodets flow gennem karret. c) Begrund, om effekten af en stigning i hæmatokritværdien på modstanden vil være størst i hvile eller under muskelarbejde. Spm. 6 En person henvender sig til egen læge på grund af flimren for øjnene. Vedkommende indlægges akut efter at have fået konstateret udtalt hypertension (250/110 mm Hg). Det viser sig, at personen har en sjælden hormonproducerende knude i binyremarven (phaeochromocytoma). a) Redegør for, hvordan binyremarvhormoner kan forårsage blodtryksforhøjelse. b) Redegør for den forventede virkning på patientens tarmfunktion og blodsukker. Spm. 7 En 19 årig kvinde har tabt 9 kg over de seneste tre måneder trods god appetit. Hun klager over nervøsitet, søvnløshed, hjertebanken og uregelmæssige menstruationer. Hun bemærker, at hun altid er varm, og småskændes med kæresten om radiatorens indstilling. Objektivt findes en fin tremor, blodtryk 160/85 mmhg, puls 110 per min. Hun har en rumopfyldende proces på halsen. Lægen stiller den tentative diagnose hypertyreose og bestiller blodprøver, som viser at frit og total triiodtyronin er forhøjet og TSH er lavere end normalt. a) Redegør for symptomer og fund. b) Redegør for den sandsynligste årsag til lidelsen. Spm. 8 Patienter med hypoparathyreoidisme (nedsat funktion af parathyreoidea) har ofte muskelspasmer i hænder, fødder og svælg, samt prikkende eller snurrende fornemmelser omkring munden og i finger og tåspidser. I behandlingen af disse patienter indgår injektion af et vitaminpræparat. Redegør for årsagen til disse symptomer, og giv et begrundet forslag til hvilket vitamin, det drejer sig om. 2/4

57 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 22 DEC 2008 Spm. 9 I en nervecelle er [Na + ] i = 12 mm, [Na + ] u = 110 mm, [K + ] i = 135 mm og [K + ] u = 2,5 mm. Cl er passivt fordelt. Temperaturen er 37 o C og V m = 70 mv. a) Inden for hvilke yderpunkter vil et aktionspotentiale i teorien maksimalt kunne variere i denne celle? b) Begrund, hvorfor membranpotentialet i virkeligheden aldrig når de to yderpunkter beregnet i a). c) Beregn arbejdet ved transport af 1 mol Na + ud af cellen og 1 mol K + ind i cellen, og forklar årsagen til forskellen i de to værdier. Spm. 10 Smerte registreres i hjernen, når aktivitet opstår i nogle bestemte smerteformidlende neuroner i dorsalhornet. Disse neuroner underkastes normalt en konstant inhibitorisk påvirkning fra indskudsneuroner, der anvender GABA og/eller glycin som transmitter. Ved visse neurologiske lidelser hæmmes ekspressionen af den cotransporter, som står for efflux af K + og Cl fra de smerteformidlende neuroner i dorsalhornet. Forklar, hvorledes den ændrede KCl transport kan være årsag til, at stimuli, som normalt ikke udløser smerte, kan fremkalde smerte hos disse patienter (allodyni). Spm. 11 En rask person rejser fra Danmark og tager længerevarende ophold i tropiske, meget varme og fugtige omgivelser, hvor han dagligt udfører hårdt fysisk arbejde. Redegør for de ændringer ( akklimatisation ), der forekommer i svedsekretionen hos denne person. Beskriv herunder kort den fysiologiske hensigtsmæssighed af disse ændringer. Spm. 12 En højtaler med en effekt (P) på 10 W udsender lyd i alle retninger. Lyden har en frekvens på 400 Hz, og høretærsklen for den normale hørelse ved 400 Hz er W m 2. a) Beregn lydintensiteten (i W m 2 ) samt lydstyrken (udtrykt i db) i en afstand på 5 m fra højtaleren. b) Hvor langt væk fra højtaleren skal man stå for at dens lydstyrke sænkes med 30 db. Spm. 13 En ung kvinde, med to lige funktionelle nyrer, donerer den ene til sin søster. Undersøgelsen før nefrektomi har vist kreatinin clearance på 140 l/døgn og plasma kreatininkoncentration på 100 μmol/l. Beskriv de forventede ændringer i plasma kreatininkoncentrationen, kreatinin clearance og diuresen i de første dage efter operationen. 3/4

58 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 22 DEC 2008 Spm. 14 En normal, rask yngre mand inspirerer til TLC, og puster derefter ud med maksimal kraft, medens luftflow og eksspireret volumen registreres. Resultatet er nedenstående flow volumen kurve. A 10 8 Flow (l. s -1 ) 6 4 B 2 0 C Ekspireret volumen (liter) Med henvisning til trykforholdene i thorax, gør rede for flowforholdene ved de mærkede punkter, A, B og C. Spm. 15 Ved indlæggelsen får en patient med en obstruktiv lungesygdom (og uden andre sygdomme) målt følgende værdier: P a O 2 P a CO 2 ph a Indlæggelse 8,0 kpa 8,0 kpa 7,40 a) Redegør for sandsynlige årsager til patientens hypoxi. b) Redegør for patientens syre base status, herunder om tilstanden er kronisk eller akut. 4/4

59 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 22 DEC BESVARELSE Forslag til besvarelse Ordinær eksamen 22. december 2008 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. Pulstrykket er alt andet lige tæt korreleret til slagvolumenet, idet det arterielle tryk afhænger af de arterielle kars kompliance og det volumen blod, der står i dem. Når pulstrykket er faldet, må det volumen blod, arterierne tilføres under hvert slag (=slagvolumenet), derfor også være faldet. Slagvolumenet er på grund af Starlingmekanismen tæt forbundet med det slutdiastoliske ventrikulære volumen, der afhænger af fyldningstiden og fyldningstrykket. Fyldningstrykket er det centrale venøse tryk, der ligesom det arterielle tryk afhænger af det volumen blod, der står i karrene. Da blødningen nedsætter det centrale venøse volumen, vil hjertets fyldning også være nedsat. Fyldningen vil yderligere begrænses af den forøgede puls, der nedsætter fyldningstiden. [Hvis studenterne diskuterer betydningen af øget sympatisk aktivitet på hjertets kontraktilitet er det godt, men det behøves ikke]. Hjertets pulsfrekvens er steget. Dette skyldes, at det nedsatte slagvolumen får minutvolumenet til at falde, hvorved det arterielle blodtryk falder. Dette giver en nedsat aktivitet i de arterielle baroreceptorer, der via baroreceptorrefleksen udløser en stigning i det sympatiske drive og et fald i det parasympatiske drive på hjertet, hvorved pulsen stiger. Spm. 2. Bleg og cyanotisk: Under blodets passage af vævene falder ilttrykket i blodet i takt med at vævene optager ilt fra blodet. Hvor meget ilttrykket falder, afhænger af, hvor meget ilt vævet bruger, og hvor stor gennembødningen er. På grund af den øgede sympatiske aktivitet udløst af det arterielle blodtryksfald, vil modstandskarrene i huden konstrikteres, hvorved hudens gennemblødning nedsættes markant, og iltekstraktionen tilsvarende øges. Cyanosen skyldes en følgende høj koncentration af deoxy-hæmoglobin i hudens kapillærer. Den blege farve skyldes tilsvarende nedsat blodvolumen i huden. [Hvis studenterne angiver, at hudens gennemblødning også nedsættes, fordi det arterielle blodtryk og dermed drivtrykket for gennemblødningen er nedsat, er det godt, men det er ikke nødvendigt. Nedsættelse af blodets iltbindingskapacitet pga tilførsel af væske fra ECV behøver de heller ikke at omtale (vil øge ekstraktionen men nedsætte Hb-koncentrationen)]. Sved: Svedkirtlerne er innerveret af en muskarinerg gren af den sympatiske nervesystem, og vil derfor stimuleres til øget svedafgivelse af den høje sympatiske tonus. Spm. 3. Da den sympatisk medierede arterielle vasokonstriktion dominerer over den venøse vasokonstriktion, vil der komme et fald i kapillærtrykket. Dette fald betyder en forskydning af Starlingkræfterne, således at der kommer en øget væskereabsorption fra det interstitielle rum. (Denne autotransfusion er dog selvbegrænsende, idet plasma-protein koncentrationen bliver fortyndet, hvorfor det osmotiske tryk efterhånden falder. Blodvolumen skulle dog kunne øges med 0,5 1 l). Side 1 af 6

60 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 22 DEC BESVARELSE Sympatikus øger den renale frigørelse af renin med deraf stigning i aldosteronkoncentrationen og øget Na + -retention i nyrerne. Fra volumenreceptorerne sker der en stimulering af ADH-sekretionen med deraf øget vandretention i nyrerne. Den sympatikus-medierede vasokonstriktion i nyrerne medfører nedsat GFR, hvilket medvirker til vand- og salt-retentionen. Disse mekanismer begrænser kroppens tab af vand og salt, og kan i kombination med et øget indtag af vand og salt bidrage til en kompensation af blodtabet. Som en del af dette respons fremkalder angiotensin II en stærk fornemmelse af tørst via direkte stimulering af områder i hjernen. Spm. 4 Slagvolumenet hos den raske (B) er 125 ml - 45 ml = 80 ml. Hos patienten (A) er slagvolumenet 90 ml - 40 ml = 50 ml. a) Alt andet lige vil et fald i hjertets kontraktilitet give en forøgelse af det slutsystoliske volumen. Her har patienten derimod et nedsat slutdiastolisk volumen ved næsten samme afterload, hvorfor kontraktiliteten må være normal eller øget. Det nedsatte slagvolumen hos patienten kan derfor ikke forklares ud fra en ændring i kontraktiliteten. b) Kompliance. Trods en tydelig forøgelse af det slutdiastoliske ventrikeltryk fyldes patientens hjerte meget mindre i diastolen end hos den raske, hvilket tyder på en nedsat diastolisk kompliance. En nedsat fyldning, vil på grund af Starlingmekanismen give et nedsat slagvolumen, hvorfor en nedsat kompliance er en god forklaring på det nedsatte slagvolumen hos patienten. c) Et øget afterload kan udløses af et øget arterielt blodtryk (eller en øget ventrikelradius). Hos patienten er både det diastoliske og det systoliske blodtryk imidlertid lidt lavere end hos den raske, hvorfor afterload også må være nedsat. (Desuden er fyldningen af hjertet og dermed radius af ventriklen mindst hos patienten). Det nedsatte slagvolumen hos patienten kan derfor ikke forklares af et øget afterload. Spm. 5 a) Trykfaldet beregnes ud fra Poiseuilles ligning: 3 3 8η l Δp = V R = V ; Δp = 9 10 = 884Pa (kg m -1 s -2 ) πr π (12 10 ) b) Tilstedeværelsen af blodlegemer forårsager en ikke-newtonisk opførsel af blodet. Viskositeten er betydeligt forøget på grund af blodlegemernes form, elasticitet og tendens til aggregering. Stigning i hæmatokritværdi fører til stigning i viskositetskoefficienten og dermed en stigning i modstand mod strømning. c) Her spiller aggregeringen af de røde blodlegemer den største rolle, og effekten vil være mest synlig ved lave flowhastigheder (dvs. i hvile). Side 2 af 6

61 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 22 DEC BESVARELSE Spm. 6 a) Patientens tumor frisætter højst sandsynligt adrenalin og/eller noradrenalin. Begge stoffer virker i høje koncentrationer karkonstrikterende (medieret via α 1 -receptorer), og en universel vasokonstriktion vil øge kredsløbets totale modstand. Adrenalin og noradrenalin vil også aktivere hjertets β 1 -receptorer, og dermed: 1. øge hjertefrekvensen (positiv kronotropisk effekt); 2. forøge kontraktiliteten (positiv inotropisk effekt). Blodtrykket vil da stige: BT=CO x TPR. (Der kan spekuleres over, hvorvidt parasympatikus-aktiviteten øges som kompensatorisk mekanisme udløst af baroreceptorrefleksen (men virker fortrinsvis på frekvensen). På den anden side, forventes fuldstændig adaptation af baroreceptorerne efter få dage med kroniske højt BT.) b) a. Obstipation: Katekolaminer nedsætter tarmmotiliteten primært ved at hæmme (via α 2 receptorer) frigivelsen af eksitatoriske neurotransmittere i tarmens plexi. [R&T fremhæver dette som den mest betydende årsag (p. 455), medens tabel 6.1 angiver en direkte virkning af katekolaminerne på de glatte muskelceller i tarmen. Dette er derfor også et korrekt svar.] (Tilstanden kan forværres af den samtidige karkonstriktion i splanknicus gebetet.) Sfinktere holdes lukket (gennem en postganglionær, direkte virkning på sfinktermuskulaturen). b. Hyperglycæmi-diabeteslignende billede. Skyldes dels katekolaminernes glykogenolytiske virkning og dels en hæmning af insulinsekretion (via α 2 -receptorer på β-cellerne i langerhanske øer). [Alternativt: insulin-sekretionen sænkes via β-receptoraktivering, hvilket ifølge lærebogen også vil kunne accepteres.] Spm. 7 a) Thyroideahormonerne virker direkte på metabolismen, som øges. Dette forårsager vægttab og varmeintolerance CNS og giver de neurologiske symptomer. Der er en indirekte virkning gennem en øget virkning (opregulering af antallet af receptorer) af katekolaminer, hvilket forklarer de kardiale fund og tremoren. Den rumopfyldende proces på halsen kunne være en forstørret gld. thyroidea. Enten er den vokset af sig selv, eller også er den stimuleret til vækst (jf. svar b). b) Frit thyroideahormon er højt, men TSH er lav som tegn på normalt fungerende feedback mekanisme. Der er derfor tale om enten en Basedow/Graves disease, som er en autoimmun sygdom, hvor immunglobulinet har en TSH-lignende virkning, hvilket stimuler gl. thyroidea til vækst eller en autonom cancer i gld. thyroidea. Spm. 8 Ved mangel på parathyreoideahormon vil koncentrationen af frit Ca 2+ i plasma falde, da parathyreoideahormon er Ca 2+ -mobiliserende via aktivering af osteoclaster i knoglevæv og forøgelse af den renale reabsorption af Ca 2+ samt vitamin D syntese. Den nedsatte plasma-ca 2+ -koncentration fører til øget neuromuskulær excitabilitet, idet nedsat Ca 2+ binding til negative ladninger på cellemembranoverfladen i nerveaxoner (og muligvis til Na + -kanalerne) nedsætter størrelsen af den membrandepolarisering, der er nødvendig for at udløse åbning af Na + -kanalerne og dermed et aktionspotentiale. [R&T: Calcium affects the sodium permeability of Side 3 af 6

62 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 22 DEC BESVARELSE nerve membranes, which influences the ease with which action potentials are triggered ]. Dette forklarer patienternes neuromuskulære symptomer. Vitamin D fremmer absorptionen af Ca 2+ i tarmen (via calbindin), såvel som Ca 2+ -mobilisering fra knoglerne og Ca 2+ -reabsorptionen i nyren (via calbindin). Parathyreoideahormon fremmer 1αhydroxyleringen af D-vitaminets forstadier i nyren. Derfor vil indgift af den 1α-hydroxylerede form af D-vitamin, 1,25-dihydroxycholecalciferol, i betydelig grad kunne kompensere for manglen på parathyreoideahormon, og indgår i behandlingen sammen med oralt calciumtilskud. Spm. 9 a) Membranpotentialet kan max. bevæge sig mellem E Na og E K. E Na = 8,31 310/96500(ln(12/110)) = +0,059 V. E K = 8,31 310/96500(ln(135/2,5)) = 0,107 V. Dvs. mellem 107 og +59 mv. b) Forudsætningen for at nå yderpunkterne er, at membranen kun er permeabel for den pågældende ion. Da dette ikke er tilfældet, vil de andre ioner afhængig af deres permeabilitet modificere det mulige potentiale, idet membranpotentialet beregnes efter Goldman-ligningen og ikke efter Nernstligningen. Spidsen af aktionspotentialet når ikke E Na, da K + og Cl - spiller en rolle for det samlede potentiale, da deres permeabiliteter ikke er 0, og de vil derfor trække membranpotentialet i negativ retning. c) Arbejdet ved efflux af 1 mol Na + = zf(e Na V m ) = (0,059 +0,07) = 12,4 kj/mol Arbejdet ved influx af 1 mol K + = zf(v m E K ) = ( 0,07+0, 107) = 3,6 kj/mol W Na >>W K, da effluxen af Na + sker mod både den kemiske og den elektriske gradient, medens K + - influxen sker mod den kemiske men med den elektriske gradient. Spm. 10 GABA( A )- og glycin-receptorerne er de ionotropiske inhibitoriske receptorer, som åbner kloridkanaler, når de stimuleres. I dorsalhornets neuroner ledes klorid ud af cellen gennem K +,Cl - -kotransporteren (KCC), hvilket giver en meget lav kloridkoncentration inde i cellen og et meget negativt ligevægtspotentiale for klorid. Det lave klorid-ligevægtspotentiale betyder, at åbning af de GABA/glycin-styrede kanaler vil give en klorid-influx og hyperpolarisering. En fjernelse af KCC vil øge den intracellulære kloridkoncentration, som vil føre til et mindre negativt ligevægtspotentiale for klorid. Det vil give mindre strøm [I=g Cl (E Cl -E m )] gennem samme mængde GABA( A )-kanaler og derfor mindre hyperpolarisering og mindre hæmmende effekt fra den GABA/glycinergiske inhibitoriske tonus fra de inhibitoriske neuroner. Det betyder, at de afferente smerteimpulser til dorsalhornet, som tidligere blev hæmmet, nu sendes videre til hjernen og opfattes som smerte. Dette kan være en forklaring på allodyni, at en stimulus, som ikke normalt giver smerte, opfattes som smerte. Spm. 11 Akklimatisation opnået ved ophold i varme fugtige omgivelser og regelmæssig udøvelse af muskelarbejde under sådanne forhold påvirker Side 4 af 6

63 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 22 DEC BESVARELSE 1) Svedsekretionshastigheden, der øges, idet følsomheden for cholinerg stimulation af svedkirtlerne øges dette er hensigtsmæssigt, fordi muligheden for varmeafgivelse dermed øges svarende til behovet. 2) Svedens sammensætning, idet Na + -koncentrationen falder, da Na + -reabsorptionen i svedkirtlernes udførselsgange øges som følge af en øget aldosteronsekretion stimuleret af varmepåvirkning, saltog væsketab samt muskelarbejde dette er hensigtsmæssigt, fordi salt (= NaCl)-tabet derved mindskes, hvorved væsketabet i mindre grad kommer fra ECV. Derved beskyttes plasmavolumen, og faren for kredsløbschok nedsættes. Det er også fordelagtigt, at den tabte væske har et lavt elektrolytindhold, da væsketabet dermed i stort omfang kan erstattes med indtagelse af rent vand med begrænset risiko for udvikling af intracellulært ødem. 3) Fordelingen af svedningen, der bliver mere ensartet over kroppens overflade, idet den andel af sveden, som kommer fra ekstremiteterne, øges dette er hensigtsmæssigt, fordi den samlede overflade til rådighed for svedning øges og dermed muligheden for varmeafgivelse svarende til behovet. Spm. 12 a) I = P/4πr 2 = 10 W/4 π (5m) 2 = 0,0318 W m -2 L 1 -L HT = 10log(I 1 /I HT ) = 10log(0,0318 W m -2 / W m -2 ) = 95 db b) L før -L ny = 10log(I før /I ny ) 30 = 10log(I før /I ny ) I før /I ny = 10 3 I A /I B = (r B ) 2 /(r A ) 2 I før /I ny = (r ny ) 2 /(r før ) = (r ny ) 2 /(5m) 2 r ny = 158,1 m Spm. 13 Kreatinin-clearance falder umiddelbart efter operationen med en faktor 2 til 70 l/døgn, mens kreatininets endogene produktionshastighed forbliver konstant, (da muskelmassen er uændret). Derfor vil kreatininkoncentrationen i plasma stige til 200 μmol/l. I takt med stigningen i plasmakoncentrationen øges elimineringshastigheden (til 70 l/døgn 200 μmol/l), som ved en ny steady-state vil svare til produktionshastigheden. Plasma-kreatinin vil opretholdes på en ny steady-state med den forhøjede koncentration. Ved en uændret væskeindtagelse vil diuresen være uændret, idet den primært er reguleret på basis af legemsvæskernes osmotiske koncentration på et trin i nyrerne efter filtrationen. [Der kan ses bort fra bl.a. tubulo-glomerulære reguleringer og andre sofistikerede reguleringsmekanismer.] Spm. 14 A: I den første del af den forcerede eksspiration er alle luftveje åbne, idet de små luftveje udspiles pga. det elastiske træk fra det udspilede lungevæv, og fordi P alv på grund af lungernes elastiske recoilkræfter er meget større end pleuratrykket. Flowhastigheden bestemmes af trykforskellen mellem P alv og P atmos, samt luftvejenes friktionsmodstand. P alv skabes af summen af lungernes elastiske recoil og et tryk fra eksspirationsmusklerne, der via et positivt pleuratryk trykker på lungerne. Da lungernes elastiske recoiltryk ved (A) er stort og luftvejsmodstanden lille, er luftflowet stort. B: Ved (B) er lungevolumenet faldet med godt 2 liter. Derfor er også lungernes elastiske recoiltryk og det elastiske træk i de små luftveje nedsat. Equal pressure point rykker derfor tættere på alveolerne og når de små kompressible luftveje. Luftflowet bliver nu kraftuafhængigt, og bestemmes alene af lungernes elastiske recoiltryk og luftvejsmodstanden i de små luftveje. C: Ved endepunktet for eksspirationen (RV) er thoraxvæggens udadvendte kraft og eksspirationsmusklernes indadvendte styrke lige store, og flowet bliver 0. (Da der er tale om en ung rask mand, Side 5 af 6

64 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 22 DEC BESVARELSE er det ikke sandsynligt, at alle perifere luftveje helt aflukkes på noget tidspunkt under eksspirationen, hvorfor dette ikke spiller nogen rolle for RV altså ikke noget closing volume, som også hyppigst ses hos ældre og hos patienter med nedsat elasticitet i lungerne). Spm. 15 a) Hypoxæmi hos obstruktive lungepatienter skyldes normalt V/Q-ubalance, men der kan også være bidrag fra hypoventilation og forøget diffusionsvej i alveolerne. Da P a CO 2 er stærkt forøget, er der hos denne patient et bidrag fra hypoventilation. Da P a CO 2 er øget mere, end P a O 2 er faldet, er der også tale om V/Q-ubalance og/eller forøget diffusionsvej i alveolerne. b) Patienten har øget P a CO 2, men normalt ph. Dette må skyldes en metabolisk kompensation af hyperkapnien gennem en renalt reguleret forøgelse af blodets koncentration af HCO - 3. Der er således tale om en fuldstændig kompenseret respiratorisk acidose. Da ph er normalt, og da den metaboliske kompensation tager tid (dage), må tilstanden være kronisk. Side 6 af 6

65 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN 2008 ESSAYOPGAVE (spm. 1-3) Hos personer med mutationer i Na +,K +,2Cl -cotransportøren i nyrens tykke ascenderende ben af Henles slynge, ser man ofte et symptomkompleks (det såkaldte Bartters syndrom) bestående af polyuri (store diureser), muskelsvaghed (skyldes K + tab), hypokaliæmi, hypercalciuri (forøget Ca 2+ udskillelse i urinen), forhøjet koncentration af plasma-renin, samt alkalose. Spm. 1 Redegør for disse patienters evne til at danne a) En meget koncentreret urin. b) En meget fortyndet urin. Spm. 2 Redegør for den forhøjede koncentration af plasma-renin. En sådan patient, der vejer 60 kg, har over en periode mistet væske og salte svarende til et nettotab på 3 l væske, 150 mmol K + og 300 mmol Na +. Spm. 3 Redegør for de forventede ændringer i intra- og ekstracellulærvolumenet som følge af de beskrevne væske- og salttab. Spm. 4 a) Skitser og forklar princippet bag lateral hæmning i sensoriske systemer. b) Giv en kort beskrivelse af den funktionelle betydning heraf for synssansen. Spm. 5 Ved sværere, ubehandlede tilfælde af sekretorisk diarré risikerer patienterne at udvikle kredsløbsshock. Definer begrebet kredsløbshock, og inddel det i undertyper. Hvilken af disse undertyper risikerer diarré-patienter at udvikle? 1/7

66 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN 2008 Spm Venøst tilbageløb eller minutvolumen (l/min) Trykket i højre atrium (mmhg) Grafen viser det venøse tilbageløb til højre hjertehalvdel hos en person som funktion af trykket i højre atrium. Kurven angiver kontrolsituationen. a) Forklar forløbet af kurven på ovenstående graf. Skitser, og forklar, hvordan kurven vil ændre sig efter transfusion med ca. 1 l blod. b) Indtegn Starling-kurven (sammenhængen mellem trykket i højre atrium og minutvolumen) på din skitse, og diskuter dennes forløb samt minutvolumen før og efter transfusionen. Spm. 7 I et geografisk område med oversvømmelser er der på grund af opstigende kloakvand udbrudt epidemi med diarrésygdom. De afficerede personer taber store mængder væske gennem tarmen. a) Lav en skematisk tegning af en intestinal krypt-celles ionsekretion under en sekretorisk diarre, hvor relevante transportører og kanaler inkluderes. Hvilke ioner tabes i væsentlig grad gennem afføringen under sekretorisk diarré? b) Hvilken type peroral væsketerapi vil man med fordel kunne tilbyde disse patienter? Begrund svaret. 2/7

67 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN 2008 Spm. 8 Mammale celler i en cellesuspension ved 310 K forgiftes med digitalis. Efter nogen tid begynder cellerne at svulme, og til sidst lyserer de. a) Beskriv baggrunden for disse iagttagelser. Efter tilsætningen af digitalis depolariseres membranpotentialet først hurtigt med nogle få mv, derefter langsommere. Under den sidste fase fordobles fordelingsratio for Cl fra [Cl ] i /[Cl ] o = 0,026 til 0,052. b) Hvad er den molekylære baggrund for disse ændringer i membranpotentialet, og hvordan vil du beskrive og beregne det membranpotentiale, der langsomt opstår? Spm. 9 En 20-årig mand indlægges akut af egen læge på mistanke om nyopstået diabetes mellitus. Igennem ca. 2 uger har patienten bemærket øget tørst og drukket meget (anslået 6-8 liter væske pr. døgn). Endvidere har han bemærket, at der har været hyppige og store vandladninger. Generelt har han følt sig tiltagende træt, og synes også, at han har tabt sig i vægt. Han har også overfor kæresten klaget over, at synet intermitterende har været uklart. På indlæggelsesdagen finder patientens kæreste ham omtåget, hvorfor hun tilkalder hans egen læge. Laboratorieundersøgelser (normalværdier i parentes) Plasma glukose: 25 mmol/l (fasteværdi: 3,7 5,2) Syre-base status: ph a 7,20 (7,36 7,42) Base-excess -20,0 mmol/l (-3,0 +2,3) P a CO 2 = 2,5 kpa (4,6 6,0) P a O 2 = 16,9 kpa (9,6 14,4) a) Redegør for årsagen til den store diurese og patientens tørst. b) Giv en begrundet klassificering af patientens syre-base-status. 3/7

68 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN 2008 Spm. 10 Figuren viser et kapillærgebet (B til C) med tilhørende arteriole (A til B) og venole (C til D) i en skeletmuskel. Det arterielle blodtryk (P a ) er 2300 Pa. Det venøse blodtryk (P v ) er 500 Pa. Det antages, at karrene er cylindriske, og at strømningen er laminær. Diameter af kapillærerne i åben tilstand er 3 μm og længden er 1 mm. Den hydrodynamiske modstand af arteriolen og venolen er hhv. 2, og 1, kg m -4 s -1. Blodets viskositet er kg m -1 s -1 og blodets volumenhastighed er 6, m 3 s -1. P a P v A B C D a) Find antallet af åbne kapillærer. b) Redegør for betydningen af antallet af åbne kapillærer for afgivelsen af ilt fra blodbanen til muskelfibrene. Spm. 11 En student er på sit kollegieværelse generet af naboens nærmest konstante højlydte afspilning af Sjostakovitjs 5. symfoni. I afstanden 0,4 m fra højttalerne inde i naboværelset er lydintensiteten 0,5 W m -2 ved en frekvens på 1000 Hz. I det følgende kan antages, at studenten har et høretab på 15 db ved 1000 Hz, samt at høretærsklen ved denne frekvens for normalthørende er 1, W m -2. Endvidere oplyses det, at muren mellem de to værelser kun tillader passage af 1 % af den lydenergi, der rammer muren, samt at højttalerne befinder sig i alt 4 m fra studenten. a) Hvilken lydstyrke (i db) opfatter studenten? b) Studenten kan dæmpe lydstyrken med 30 db ved at anvende 1 cm tykke ørepropper. i) Hvilken absorptionskoefficient har ørepropperne? ii) Hvorfor kan der ikke opnås en væsentlig bedre lyddæmpning ved at forøge øreproppernes absorptionskoefficient? 4/7

69 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN 2008 Spm. 12 Ketamin anvendes til bedøvelse af patienter. Nedenstående figur viser en intracellulær registrering af membranpotentialet i et postsynaptisk neuron i hjernebarken (cortex cerebri) før (A) og efter (B) indgift af Ketamin. Den afferente nervefiber, som innerverer neuronet synaptisk, stimuleres i eksperimentet ved hjælp af et enkelt elektrisk stimulus (angivet ved pil). (A) (B) mv 0-20 mv ms ms a) Forklar respons A s udseende, og redegør derefter for de principielt mulige årsager til ændringen efter Ketamin (B). b) Angiv en mulig neurotransmitter, der frigives i denne synapse i cortex cerebri. Spm. 13 I 1995 blev Tokyos undergrundsbane ramt af et terrorangreb, hvorunder der blev anvendt nervegassen sarin. Blandt de 641 ofre, som blev indlagt, var de fremtrædende symptomer og fund: synsforstyrrelser, øget tåreflåd, øget næse- og spytsekretion, dyspnoe, faldende puls og blodtryk, opkast, mavesmerter og diarré, intens svedsekretion. Senere kom der omkring øjnene og i tungen muskelsitren, som senere bredte sig til flere muskelgrupper. Enkelte patienter fik krampeanfald. a) Hvad er sarins sandsynlige virkning? Begrund svaret på basis af det samlede symptomkompleks. b) Giv et begrundet forslag til en akut behandling af ofrene. 5/7

70 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN 2008 Spm. 14 Iltoptagelseshastighed (l O 2 /min) 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1, Hjertets minutvolumen (l blod/min) Figuren viser sammenhængen mellem den maksimale iltoptagelseshastighed og hjertets maksimale minutvolumen under steady state arbejde hos en gruppe personer før og efter konditionstræning. Før træning havde én af personerne et maksimalt minutvolumen på 18 l/min. Efter træning var denne persons maksimale minutvolumen øget til 25 l/min. Begrund ud fra figuren betydningen af ændringerne i hjertets maksimale minutvolumen og i den arterio-venøse iltdifference for stigningen i den maksimale iltoptagelse efter træning hos den pågældende person. 6/7

71 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN 2008 Spm.15 En person, der undersøges for astma, får målt peak expiratory flow (PEF) under en maksimal forceret eksspiration. Undersøgelsen foretages før og efter inhalation af en β-adrenerg agonist med følgende resultat: Normal Patient før Patient efter person behandling behandling med β-agonist med β-agonist PEF 7,0 l/s 3,5 l/s 6,5 l/s a) Redegør for de faktorer, der bestemmer peak expiratory flow (PEF) under en maksimal forceret eksspiration. b) Forklar effekten af β-agonisten på peak expiratory flow (PEF). 7/7

72 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN BESVARELSE Forslag til besvarelse Ordinær eksamen 4. juni 2008 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. 1a Na +,K +,2Cl -cotransportøren (NKCC2) i nyrens tykke ascenderende ben (TAL) af Henles slynge er selve grundlaget i urinopkoncentreringsmekanismen. Transport af NaCl fra tubulus ud i medullære interstitser opbygger den medullære hyperosmolaritet, der tillader vand at passere ud af samlerørene ved højt niveau af antidiuretisk hormon (ADH). Hvis en person har en genetisk defekt i NKCC2 vil vedkommende ikke kunne danne en osmotisk gradient i nyrepapillen. Urinkoncentreringsevnen vil derfor være kompromitteret hos disse personer, med den observerede polyuri til følge. Spm. 1b NKCC2 er også ansvarlig for, at præurinen bliver stærkt hypoton ved udgangen af TAL. Dette skyldes, at co-transporten fjerner salte fra præurinen, uden at vand kan følge med, da vandpermeabiliteten i TAL er meget lav. Dette fænomen danner normalt grundlaget for, at en fortyndet urin kan udskilles, når et lavt ADH-niveau forhindrer vandreabsorption i samlerørene. Derfor vil også evnen til at udskille en meget fortyndet urin under vandbelastning være kompromitteret hos de førnævnte personer. Spm. 2 Reabsorptionsdefekten hos personer med genetisk defekt i NKCC2 vil have et betydeligt tab af NaCl med nedsat ekstracellulær volumen (ECV) og blodtryk som konsekvens. Dette vil via såvel højtryks- som lavtryksbaroreceptorerne medføre en øget sympatikusaktivitet også i nyrens sympatiske nerver. Dette vil via β (1) -receptorerne på de reninholdige celler føre til en øget reninsekretion. Det lave blodtryk vil desuden øge reninsekretionen via et nedsat stræk i de præglomerulære kar. Endelig vil det lave blodtryk i kombination med en afferent vasokonstriktion (sympatikus via α 1 -receptorer) nedsætte GFR og dermed tilbuddet af Cl - (eller NaCl) til macula densa. Dette vil igen medføre en macula densa-medieret stimulation af reninsekretionen. Spm. 3 Udgangspunktet er en normal osmolaritet på 300 mosmol l -1. Der er samlet tabt 450 mosmol positive ioner samt selvfølgelig lige så mange anioner, dvs. i alt 900 mosmol. Da vandtabet er på 3 l, vil osmolariteten af den tabte væske være 300 mosmol l -1, altså den samme, som i den normale vævsvæske. Patienterne kan derfor forventes at være normoosmolært dehydrerede med i alt 3 l. Væsketabet fordeler sig på intra- og ekstracellulærfasen svarende til forholdet mellem K + og Na + tabet, idet Na +,K + -pumpen sørger for, at K + er en overvejende intracellulær ion og Na + en overvejende ekstracellulær ion. Således vil tabet af intracellulær væske være på 1 l og tabet af ekstracellulærvæske være 2 l. 1/8

73 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN BESVARELSE Spm. 4 a) Lateral hæmning indgår i flere sensoriske systemer, og bygger på, at nært beliggende sensoriske enheder eller neuroner gensidigt hæmmer hinanden. Princippet i denne mekanisme er, at sensoriske enheder, der bliver eksciteret kraftigt af et givet stimulus (typisk dem, der ligger centralt i det stimulerede område), aktiverer inhibitoriske interneuroner, der danner forbindelser til tilgrænsende sensoriske enheder. Når sidstnævnte kun bliver moderat eksciteret af et givet stimulus, vil nettoeffekten blive en hæmning af disse. Resultatet af denne modifikation er en kontrastforstærkning, hvor oplevelsen af stimulationens udbredelse samtidig indsnævres. [Brodals fig. 6.3 s. 201 (3.ed.) illustrerer fint princippet.] b) Synsbanerne: Interneuroner i retina, horisontalcellerne, danner kontakter til bipolære celler, hvorved der kan ske lateral hæmning. Denne mekanisme er baggrunden for, at gangliecellernes fyring øges, dæmpes, eller forbliver uændret afhængig af, om belysningen falder i den centrale eller perifere del af receptorfeltet eller diffust i hele feltet. Konsekvensen af dette er, at relative forskelle i lysintensitet/kontraster bliver forstærket, hvorved evnen til at skelne konturer og former forbedres. [Se fx Brodals fig. 7.8 s. 258 (3.ed).] Spm. 5 Kredsløbsshock er en tilstand, hvor kredsløbet ikke er i stand til at opretholde en tilstrækkelig perfusion og derved kompromitterer vævenes normale funktion. Shock kan underinddeles i: Hypovolæmisk shock, cardiogent shock, vasogent shock. (Ved hypovolæmisk shock forstår man en tilstand, hvor kredsløbet kollapser på grund af manglende volumen. Hjertet har så at sige for lidt blod at pumpe rundt og kan derved ikke tilfredsstille vævets behov for ilt, næringsstoffer og fraføring af CO 2. Ved cardiogent shock forstås en tilstand med svigtende pumpefunktion, således at hjertefunktionen begrænser iltforsyningen til vævene. Ved vasogent shock forstår man en tilstand, hvor der opstår uhænsigstmæssig vasodilatiation, således at hjertet ikke længere formår at opretholde et rimeligt blodtryk.) Ved diarré tabes store mængder væske gennem tarmen. Hvis væsketabet pr. tidsenhed er så stort, at man ikke formår at erstatte dette væsketab, risikerer patienten at udvikle hypovolæmisk shock. 2/8

74 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN BESVARELSE Spm Venøst tilbageløb eller minutvolumen (L/min) b a c a) Ved et fald i atrietrykket bliver trykforskellen mellem de store vener og atrierne (fyldningstrykket) større og det venøse tilbageløb må derfor stige. Når atrietrykket når en tilstrækkelig stor værdi (ca. 7 mmhg) bliver det venøse tilbageløb nul, fordi man har nået det gennemsnitlige cirkulatoriske fyldingstryk (mean circulatory filling pressure), som er det transmurale tryk, man har overalt i kredsløbet, når cirkulationen er stoppet. Kurven afflades for negative atrietryk, idet de store vener klapper sammen, og dermed øges modstanden mod tilbageløbet. Når patienten transfunderes med en større mængde blod (kurve b), vil det gennemsnitlige cirkulatoriske fyldningstryk stige på trods af venernes lave men dog betydende compliance og grafen altså skære x-aksen ved en højere værdi. Kurven vil stige stejlere efter transfusionen [præciseret, men ikke forklaret i R&T], og må forventes at blive flad igen ved negative atrietryk. b) Starling-kurven (kurve c) viser, at ved konstant frekvens og kontraktilitet stiger slagvolumen og dermed minutvolumen med stigende slutdiastolisk tryk. Skæringspunkterne mellem Starling-kurven og de venøse tilbageløbskurver viser det atrietryk, hvor minutvolumen og venøst tilbageløb er lige store dvs. steady state-situationen. Dette svarer til et minutvolumen på ca. 5 l min -1 (kurve a). Transfusionen gør, at skæringspunktet med Starling-kurven forskydes opad mod højre, hvilket svarer til et minutvolumen på ca. 13 l min -1 efter transfusionen. [Det må trække alvorligt fra, hvis de ikke kan se, at skæringspunkterne for Starling-kurven med de venøse tilbageløbskurver giver patientens minutvolumen i steady state. Det skal ikke trække meget fra, hvis de ikke kender udtrykket gennemsnitlige cirkulatoriske fyldningstryk (eller den engelske ækvivalent), eller hvis de ikke kan forklare, hvorfor kurverne bliver flade ved negative atrietryk.] Trykket i højre atrium (mmhg) 3/8

75 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN BESVARELSE Spm. 7 4/8 a) Mange bakterier stimulerer sekretorisk diarré ved, at deres frigivne toxiner enten øger enterocyternes niveau af camp (+ cgmp) eller den intracellulære Ca 2+ koncentration. Disse stimuli resulterer i øget Cl - sekretion, hvilket skyldes en øget Cl - læk over den luminale membran pga. åbning af Cl - kanaler (CFTR). Denne Cl - sekretion forstærkes af en sekundær aktiv transport af Cl - over den basolaterale membran (via Na + -K + - 2Cl - cotransporteren (NKCC1)). For at sikre den kontinuerlige funktion af NKCC1 lækker K + tilbage basolateralt gennem en K + kanal, således at NKCC1 kan genbruge K + ionerne til fornyede cykler. Da Cl - ionerne er negativt ladede, vil Cl - sekretionen kun kunne fortsætte over tid, hvis der samtidigt frisættes positive ioner til lumen. Dette sker dels via K + kanaler i den luminale membran og dels ved et paracellulært læk af Na +. Den secernerede Cl - vil i villus eller overfladecellerne kunne udbyttes for bicarbonat via en anionudveksler. Desuden vil mange bakterielle toxiner endvidere hæmme Na + absorptionen i tarmen, hvorfor tarmindholdets indhold af Na + stiger kraftigt. Dette vil imidlertid i nogen udstrækning blive udskiftet med K + i overfladecellerne, der har en høj konduktans for både Na + og K +. Således vil diarrévæsken indeholde store mængder klorid, bicarbonat, natrium og kalium. b) Man forsøger ved den perorale væsketerapi at genoprette patienternes væske og elektrolyt tab. I denne form for behandling udnytter man, at Na + -glukose-cotransporteren i tyndtarmen kun i ringe grad påvirkes af de bakterielle toxiner, og at disse transportere har en stor kapacitet. Ved at indgive store mængder væske (gerne kogt) indeholdende let nedbrydelige kulhydrater og NaCl (som en minimumsterapi) vil man kunne modvirke risikoen for, at patienterne udvikler hypovolæmisk shock. Er man i stand til det, kan væsken suppleres med andre salte, patienten vil være i underskud af (bicarbonat og kalium). Geibel PM, Ann Rev. Physiol Spm. 8 a) Digitalis hæmmer specifikt cellens Na +,K + -ATPase (fra ekstracellulærsiden). De aktivt transporterede ioner vil efterhånden gå mod en Donnan-ligevægt pga. overskuddet af negativt ladede makromolekyler inde i cellen. Na + vil diffundere ind i og K + ud af cellen. Foruden overskuddet af makromolekyler vil der også blive et overskud af diffusible ioner inde i cellen. Det osmotiske tryk bliver derfor størst inde i cellen, som vil optage vand ved osmose, svulme og til sidst lysere. b) Den hurtige depolarisering af membranpotentialet skyldes hæmningen af Na +,K + -ATPasen, hvis elektrogene bidrag til membranpotentialet hermed forsvinder. Herefter udgøres membranpotentialet af et diffussionspotentiale og et Donnan-betinget bidrag. Da pumpen er hæmmet, vil diffussionspotentialet langsomt udfases i takt med nedbrydningen af gradien-

76 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN BESVARELSE terne for Na + og K +. Størrelsen af Donnan-potentialet, der indstiller sig, kan beregnes ud fra Nernsts ligning for Cl : V m = RT/zF ln r Cl. Det ændrer sig således fra (8,31 310/( 1 9, )) ln 0,26 = 94,9 mv til (8,31 310/( 1 9, )) ln 0,52 = 78,9 mv. Spm. 9 a) Patienten har en række symptomer på diabetes, og selv om han ikke er fastende, er 25 mmol l -1 glukose en unormal høj værdi. Da nyrens reabsorptionskapacitet for glukose ved en normal GFR normalt overskrides ved ca. 10 mmol l -1, vil der være glukose i tubulusvæsken, når denne forlader proximale tubuli, hvor glukosetransportørerne er lokaliseret. Der er altså en øget mængde osmolytter i tubulusvæsken i proximale tubuli, og denne mængde bæres videre ned i Henles slynge. De osmotiske forhold er derfor forstyrret i stort set hele nefronet. Der vil være et større volumen, koncentrationen af Na + falder, og Na + reabsorberes derfor i mindre grad. Ubehandlet diabetes giver anledning til ufuldstændig fedtforbrænding resulterende i ret høje koncentrationer af ketonstoffer både i plasma og i ultrafiltratet. Disse bidrager til den samlede osmolaritet af præurinen. Herudover udskilles ketonstofferne som anioner, og derfor tilbageholdes kationer i tubuluslumen for at opretholde elektroneutralitet. Alt i alt fås et større volumen tynd urin men med en samlet større mængde Na +. Der tabes derfor både salt og vand. Patienten har således en osmotisk diurese, som resulterer i tiltagende dehydrering. Denne dehydrering stimulerer hypothalamus til udskillelse af ADH og en stimulering af tørsten. b) Der er tale om en acidose, da blodets ph værdi er lav. Herudover har patienten en negativ Base Excess, hvilket er forenelig med en metabolisk (keto)acidose. P a CO 2 er lavere end normalt, så der er tale om en delvis respiratorisk kompensation. Dette skyldes den lave phværdis stimulation af (centrale og perifere) kemoreceptorer, hvilket udløser en forøgelse af patientens respiration. Spm Den totale hydrodynamiske modstand: R total = ΔP total / V = 1800 Pa / 6, m 3 s -1 = 2, kg m -4 s Den totale modstand over alle kapillærerne: R (B-C) = R (A-D) R (A-B) R (C-D) = 2, , , = 2, kg m -4 s Modstanden over ét kapillær (R kap ): Bruges Poiseuilles lov til at finde modstanden af et enkelt kapillær (R kap ): R kap = 8η l/π r 4 = ( kg m -1 s m) / (3,14) (1, m) 4 = 1, kg m -4 s -1. fås antallet af åbne kapillærer til R kap /R (B-C) = 1, / 2, = åbne kapillærer [afhængigt af afrundingsfejl] b) Afgivelsen af ilt fra blodbanen til muskelfibrene foregår ved diffusion. Diffusionens størrelse VO 2 er bestemt af: 5/8

77 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN BESVARELSE VO 2 = k A/T ΔPO 2 Heraf fremgår det, at diffusionen lettes (diffusionskapaciteten øges), hvis diffusionsarealet (A) øges eller diffusionsvejen (T) nedsættes. Jo flere kapillærer der åbnes, jo større bliver diffusionsarealet, og jo mindre bliver den gennemsnitlige diffusionsvej, hvilket derfor letter diffusionen. Spm. 11 a) 62 db Intensitetsforholdet I student /I høretærskel ved hovedet findes ved hjælp af afstandskvadratloven: 0,5 W m -2 (0,4m) 2 /(4m) 2 0,01 (= murens dæmpning) divideret med W m -2 = log(I student /I høretærskel ) = 10log( ) = 77 db. Da studenten har et høretab på 15 db opfattes der = 62 db b) Absorptionskoefficienten er α = 691 m -1. i) Lyden dæmpes 30 db: 30 = 10 log I før /I efter, hvoraf I før /I efter = For eksponentiel reduktion gælder at I efter = I før exp(-α s) hvor s er tykkelsen. Man finder 1/1000 = exp(-α 0,01 m), hvoraf α isoleres til værdien 691 m -1. ii) Benledningen af lyden vil være intakt med ørepropperne i. Der kan derfor ikke opnås større dæmpning med ørepropper end svarende til de db, som luftledningen giver mere end benledningen. [Væsentlige elementer: Afstandskvadratloven, lydstyrkedefinition (db), høretabet skal trækkes fra, murens dæmpning af lyden, eksponential svækning af lyd ved passage af materiale, benledning vs. luftledning] Spm. 12 a) (A) Det drejer sig om et EPSP, som depolariserer neuronet (første langsommere depolarisering), og derved når tærsklen for at udløse et aktionspotentiale (hurtigere spidse depolarisering). Tærsklen er i dette tilfælde omkring -25 mv. Efter Ketamin nedsættes EPSP et, og man når ikke tærsklen for aktionspotentialet, som derved ikke længere kan udløses i overensstemmelse med all-or-none - princippet (B). Principielle mekanismer er: 1) en delvis blokering af de postsynaptiske receptorer, hvorved sensitiviteten for den samme mængde neurotransmitter nedsættes og EPSP ets amplitude reduceres og tærskelværdien ikke nås. Alternativt 2) en præsynaptisk nedsættelse af neurotransmitter frigivelse (præsynaptisk hæmning), som derved nedsætter EPSP ets størrelse. Alternativt 3) Ketamin åbner en kanal for en ion, som er i ligevægt med membranpotentialet, hvilket vil stabilisere det eksisterende membranpotentiale og mindske påvirkningen af andre kanalers åbning/lukning. [Da Ketamin er en postsynaptisk glutamat-receptor-blokker er det korrekte svar 1), men de to andre kan godtages som alternative principielle mekanismer.] b) Mulig neurotransmitter [rangordnet]: 1) glutamat, 2) acetylcholin, 3) serotonin [jfr. Tabel 1.1 i Brodal: hurtig eksitation] 6/8

78 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN BESVARELSE Spm. 13 a) Symptomerne kan alle forklares, hvis sarin virker fremmende på kolinerg transmission i det autonome nervesystem samt i den neuromuskulære endeplade. Det er derfor nærliggende at foreslå, at sarin virker som et parasympatikomimetikon eller som en acetylkolinesterase (AchE)-hæmmer. Begge vil fremme acetylkolins effekt (i samtlige autonome ganglier,) i hele det parasympatiske nervesystem, de steder hvor det sympatiske nervesystem anvender acetylkolin som transmitter (fx ekkrine svedkirtler), samt i den neuromuskulære endeplade. (Ud fra de enkelte symptomer: Synsforstyrrelserne: Parasympatikus giver kontraktion af m. sphincter iridis samt m. cilliaris som regulerer hhv. irisdiameteren (miosis) og linsetykkelsen (akkomodation). Respiratoriske problemer: Øget parasympatisk aktivitet vil medføre udpræget bronchokonstriktion, øget sekretophobning. Kardiovaskulære problemer: Da bradycardi og hypotension er de fremtrædende symptomer, tyder det på, at netto-effekten er en øget parasympatikustonus til hjertet med deraf følgende fald i minutvolumen. Gastrointestinale problemer: Parasympatikus fremmer peristaltik og sekretion i mavetarmkanalen, hvilket forklarer diarréen. Mavesmerterne skyldes sandsynligvis den øgede peristaltik samt den øgede sekretion af mavesyre. Sekretionsproblemer: Øget tåreflåd, næsesekretion og spytsekretion skyldes alle en øget parasympatikusaktivitet. Den øgede svedsekretion skyldes øget stimulering i den sympatiske kolinerge innervation af de ekkrine svedkirtler. Muskeltrækningerne og kramperne: Skyldes hæmning af AchE i de neuromuskulære endeplader, hvilket fører til øget aktivering af tværstribet muskulatur.) b) Den akutte behandling består i indgift af store doser atropin, som virker som en muskarin receptorantagonist og derved blokerer det parasympatiske system samt det kolinerge sympatiske system. Symptomerne fra det muskulære apparat fjernes dog ikke med atropin, idet disse er betinget af en øget aktivering af nikotinerge receptorer. (Principielt kunne man supplere med succinylkolin som blokerer endepladen [i praksis vil man dog supplere atropinbehandlingen med muskelrelakserende farmaka som benzodiazepiner, men dette fremgår ikke af pensum]). Spm. 14 På kredsløbsniveau kan den maksimale iltoptagelse (VO 2 ) beregnes som VO 2 = a-v-differencen hjertets maksimale minutvolumen (y = α x; Ficks ligning). I figuren er a-vdifferencen = kurvens hældning. Ud fra kurvernes hældning kan man derfor beregne, at a-v-differencen er steget med 14 % (fra 0,14 l O 2 /l blod til 0,16 l O 2 /l blod). Hjertets maksimale minutvolumen er hos person A steget 39 % (fra 18 til 25). Ifølge Ficks ligning er bidraget fra hjertets maksimale minutvolumen og fra a-v-differencen til stigningen i iltoptagelsen proportionel med den relative stigning i de to parametre. Altså, stigningen i hjertets maksimale minutvolumen øger den maksimale iltoptagelseshastighed efter træning med 39 % og a-v-differencen med 14 %. 7/8

79 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 04 JUN BESVARELSE Spm. 15 a) Overordnet bestemmes luftstrømningshastighederne i luftvejene af det drivende lufttryk og luftmodstanden i luftvejene [R&T, side 330]. Det drivende tryk skabes af lungernes elastiske recoil, der trykker på lungeluften, og, hvis the equal pressure point endnu ikke er nået, af eksspirationsmusklerne, der via brystvæggen trykker på lungerne. Ved en maksimal forceret eksspiration opnås Peak Expiratory Flow (PEF), før dannelsen af et equal pressure point i luftvejene giver anledning til en luftstrømningshastighed [R&T, side 332], der er uafhængig af muskelkraft. PEF bestemmes derfor af eksspirationsmusklernes styrke, af størrelsen af lungernes elastiske recoil og af luftvejsmodstanden. b) Luftvejsmodstanden afhænger af luftvejenes samlede tværsnitareal. Konstriktion af luftvejenes glatte muskulatur vil derfor øge luftvejsmodstanden og nedsætte PEF. Astma er netop karakteriseret ved en sådan konstriktion af luftvejenes glatte muskulatur. Behandling med β-adrenerge agonister vil via β 2 -receptorer udløse relaksation af den glatte muskulatur, hvorved luftvejenes tværsnitareal og dermed luftvejsmodstanden normaliseres [R&T, side 331]. 8/8

80 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 02 JAN 2008 ESSAYOPGAVE (spm. 1-3) Spm. 1 Figuren viser et kapillærgebet, der består af 36 kapillærer, som alle har samme længde (1 mm) og radius (r = 4 μm). Det gennemstrømmes af blod med en viskositet på kg m -1 s -1. Som vist på figuren falder blodtrykket fra 5,2 kpa ved den arterielle ende til 2,6 kpa ved den venøse ende. Beregn blodgennemstrømningen pr. minut gennem kapillærgebetet. Spm. 2 Det hydrostatiske tryk i interstitialvæsken er 0,6 kpa, og blodets kolloidosmotiske tryk er 3,3 kpa. Forklar hvorledes disse trykforhold giver anledning til dannelse af et parakapillært kredsløb og beregn forholdet mellem den udfiltrerede og den absorberede mængde væske gennem kapillærerne. Spm. 3 Der er stor forskel på fluxen af væske igennem kapillærmembranen i et kapillærgebet som vist i Fig. 1 og igennem karnøglet i en glomerulus i nyrerne, hvor fluxen er meget større. Redegør for de tilgrundliggende forskelle, som kan forklare dette. Spm. 4 Under testning af et medikament viser det sig uventet, at det med hurtigt indsættende virkning påfører testpersonerne en nedsættelse af hjertets kontraktilitet. Redegør for, hvorledes og via hvilke mekanismer dette akut og over tid vil påvirke a) Hjertets slutdiastoliske volumen og hjertets slagvolumen b) Fordelingen af blod mellem den arterielle og venøse del af det systemiske kredsløb. 1/6

81 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 02 JAN 2008 Spm. 5 Hos en patient, der gennem flere år har klaget over tiltagende dyspnø (åndenød), måles følgende værdier: Målt værdi Normal værdi hos patienten for tilsvarende rask person Totalt lungevolumen 8,9 L 7,1 L FVC 1,4 L 4,8 L FEV1/FVC 44 % 82 % PaO2 9,47 kpa (71 mmhg) 12,67 kpa (95 mmhg) PaCO2 5,33 kpa (40 mmhg) 5,47 kpa (41 mmhg) Redegør på baggrund af målingerne for sandsynlige årsager til: a) den nedsatte værdi for FEV1/FVC. b) den påviste hypoxæmi. Spm. 6 To unge mennesker, Peter og Louise, går en aften i biografen med deres far, Mikael, som er 54 år gammel. Peter har sine briller på "for et syns skyld", som han siger, både da de mødes ved biografen og under filmen. Når Peter skal læse, tager han brillerne af. a) Hvad er Peters refraktionsanomali? Louise kan sagtens orientere sig uden briller på (hun læser for eksempel skilte uden besvær), men tager dog briller på under filmen. Når Louise læser, skal hun bære briller. b) Hvad er Louises refraktionsanomali? Mikael tager briller (type A) på for at kunne læse underteksterne på filmen. Med disse briller kan han dog ikke læse på biografbilletten hvilket sæde, han skal sidde på. For at kunne læse biografbilletten skal den enten holdes ud i strakt arm (uden briller på), eller også skal han tage et andet par briller på (type B). c) Angiv for A og B hvilken type brilleglas, der er tale om (spredelinser eller samlelinser). 2/6

82 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 02 JAN 2008 Spm. 7 Nedenfor er angivet koncentrationerne af nogle ioner inden i og udenfor en celle. ion Inde (mm) Ude (mm) Na K Cl I cellemembranen findes kanaler for alle tre ioner. Membranpotentialet i hvile er -70 mv og temperaturen er 310 K. a) Redegør for, hvordan den skæve fordeling af ionerne og membranpotentialet opstår som følge af transportprocesserne i membranen. b) Angiv retningen (ind eller ud af cellerne) for nettotransporten (influx efflux) af hver af de tre ioner, hvis membranpotentialet pludseligt ved en eksperimentel manipulation ændres til (i) -86 mv eller (ii) +100 mv. Begrund svaret med angivelse af evt. forudsætninger for besvarelsen. Spm. 8 Hos en person måles følgende værdier i hvile og under dynamisk muskelarbejde: Hvile Arbejde Iltoptagelse (ml/min) Arterielt iltindhold (ml/l) Venøst iltindhold (ml/l) Arterielt blodtryk (mmhg) Udregn den totale perifere modstand i hvile og under arbejde, og redegør for, hvorledes den totale perifere modstand reguleres under fysisk arbejde. 3/6

83 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 02 JAN 2008 Spm. 9 Fiber X Optageelektrode Fiber Y A -20 E m (mv) Fiber X Fiber Y B Tid (ms) E m (mv) Fiber X Fiber Y Tid (ms) Figurerne viser intracellulære optagelser af membranpotentialet i nervecellen vist foroven. Pilene ( ) indikerer en enkelt kort elektrisk stimulation af henholdsvis fiber X og fiber Y, som anført i graferne. Optagelserne er foretaget før (Fig. A) og efter tilsætning af stoffet atropin (Fig. B). Hvilemembranpotentialet er ved optagelsernes start i begge tilfælde -65 mv. a) På basis af ovennævnte, redegør for mekanismerne bag de to synaptiske responser med forslag til hvilke transmittersubstanser, der kan være involveret. b) Forklar desuden, hvorfor effekten af stimulering af fiber Y er størst i Fig. B, hvor membranen før stimuleringen er mere hyperpolariseret. 4/6

84 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 02 JAN 2008 Spm. 10 En 45-årig kvinde henvender sig til egen læge med klage over vægttab trods normal appetit. Hun har ikke andre symptomer, der kan lede tanken hen på hyperthyreose. Hun anfører, at hendes afføring er blevet meget lys, ildelugtende, flyder ovenpå i toilettet og er blevet svær at skylle ud. Den fysiske undersøgelse indikerer anæmi og mange blå mærker. Redegør for mulige årsager til hvert af de beskrevne symptomer og fund, og angiv med begrundelse den mest sandsynlige årsag til det samlede sygdomsbillede. Spm. 11 Fig. 165 fra McGeown: Physiology, 3rd edition En person får målt legemsvægt samt udskillelsen af Na + og K + i urinen i tre dage. Herefter behandles personen med aldosteron i de næste tre dage (dag 4-6), hvor de samme målinger fortsætter. Den daglige indtagelse af Na + og K + holdes konstant i hele perioden. a) Hvad var personens daglige indtag af Na + og K + under forsøget? Begrund svaret. b) Hvor meget ændres osmolariteten i personens væskefaser fra dag 3 til dag 6? Begrund svaret. Spm. 12 En person med en legemsvægt på 70 kg udfører et ydre arbejde med en bruttonyttevirkning på 20 % over en periode på ½ time. Under arbejdet har personen et energiforbrug på 625 W. Varmetabet ved konvektion, konduktion og stråling er 300 W, og varmetabet ved fordampning er 128 W. a) Ændres legemstemperaturen under arbejdet, og i givet fald med hvor meget? b) Redegør for de fysiologiske mekanismer, der regulerer personens varmeudveksling med omgivelserne under arbejdet. Spm. 13 Ved nyresygdomme kan der opstå forstyrrelser i calcium-homeostasen. Dette kan blandt andet forklares ved at substanser, der er involveret i calcium-homeostasen, først bliver aktive efter at have passeret nyrerne. a) Angiv en sådan substans, og redegør for dens vigtigste fysiologiske virkninger på målorganer, der er involveret i calcium-homeostasen. b) En nyrepatient får hypocalcæmi. Angiv mindst én akut virkning af dette på excitable celler. 5/6

85 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 02 JAN 2008 Spm. 14 I forbindelse med et forsøg placeres en person i et rum med nedsat ilttryk. a) Redegør for, hvorledes det nedsatte ilttryk vil påvirke personens ventilation, og hvordan ændringen er reguleret. b) Forsøget fortsætter i 2 uger, hvor det lave ilttryk i rummet fastholdes. Redegør for hvorledes personens respons på hypoxien vil ændres over de to uger. Spm. 15 a) Definer receptoradaptation og angiv generatorpotentialets rolle heri. b) Beskriv adaptationsforholdene for 1. berøringsreceptorer (taktile receptorer) 2. temperaturreceptorer 3. smertereceptorer (nociceptorer). 6/6

86 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 15 MAJ 2007 ESSAYOPGAVE (Spm. 1-2) Dissemineret sklerose er en fremadskridende neurodegenerativ sygdom. Myelinskeden omkring axoner nedbrydes flere steder i centralnervesystemet med forstyrrelser af nerveledningen til følge. Afhængig af hvor de sklerotiske forandringer sidder, kan sygdommen give anledning til en række forskellige neurologiske symptomer. Spm. 1 a) Redegør for ledning af aktionspotentialet i myeliniserede axoner. b) Forklar hvordan demyelinisering kan medføre tab af vibrations- og stillingssansen samt sovende, prikkende fornemmelser (paræstesi) i underekstremiteterne. Spm. 2. a) Beskriv hvordan man undersøger for tonus og reflekser i underekstremiteterne. b) Forklar hvordan øget tonus og hyperrefleksi kan opstå hos en patient med dissemineret sklerose. Spm. 3 I en muskelcelle er de tre kvantitativt vigtigste ioner Na +, K +, og Cl. Følgende koncentrationer og permeabilitetskoefficienter (P) for disse ioner er målt i steady-state ved 310 K: Na + K + Cl Intracellulær 13 mm 130 mm 3,75 mm Ekstracellulær 110 mm 2 mm 114 mm P m s m s m s 1 a) Beregn hvilemembranpotentialet og hvilke(n) ion(er), der er i elektrokemisk ligevægt. Under udløsningen af et aktionspotentiale opnås et spidsmembranpotentiale på +30 mv. b) Tegn på basis af beregningerne i a) udseendet af aktionspotentialet med angivelse af korrekt tidsakse. 1/6

87 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 15 MAJ 2007 Spm. 4 AP frekvens (Hz) Lydfrekvens (Hz) Ovenstående figur viser frekvensen af aktionspotentialer (AP frekvens) optaget fra en nervefiber i n. cochlearis som funktion af lydfrekvens og lydstyrke (udtrykt som db). Nervefiberen er i kontakt med en hårcelle med en characteristic frequency (CF) på 4000 Hz. Redegør for, hvorledes hårcellerne i cochlea formidler oplysninger om en lyds frekvens og styrke. Spm. 5 Energiproduktion og legemstemperatur registreredes hos en person under en 10-timer lang vandretur. Personen (med en masse på 70 kg) havde under turen en energiomsætningshastighed på 200 W, og kernetemperaturen var ved turens afslutning steget 2,0 ºC. Omgivelsernes temperatur var 14 ºC. a) Beregn personens gennemsnitlige varmeudveksling med omgivelserne under antagelse af, at turen gennemførtes med en bruttonyttevirkning på 19 %. b) På hvilke måder er personens varmeudveksling med omgivelserne foregået? Spm. 6 a) Redegør for ventriklens H + -sekretion og den hormonelle regulering heraf. b) Redegør for konsekvenserne af et større proteinrigt måltid for organismens syre-base status i perioden ind til næste hovedmåltid. 2/6

88 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 15 MAJ 2007 Spm. 7 Følgende EKG er er optaget på personer i hvile (afledning I, papirhastighed 25 mm/s). Figur A viser EKG med en rytmeforstyrrelse. Figur B viser et normalt EKG til sammenligning. A 1 mv B 1 s 1 mv a) Beskriv EKG et i figur A. Hvilken rytmeforstyrrelse lider patienten højst sandsynligt af? b) Hvordan vil denne rytmeforstyrrelse påvirke hjertets pre-load? 1 s Spm. 8 I et kapillær med længden 1 mm og radius 3 m er det hydrostatiske tryk 4,5 kpa i den arterielle ende og 2,5 kpa i den venøse ende. Det hydrostatiske tryk i den omgivende interstitialvæske er 0,5 kpa, og den osmotiske trykforskel mellem blodet og interstitialvæsken er 2,8 kpa. a) I hvilken afstand fra den arterielle ende er nettofluxen af vand = 0? b) Hvad er kapillærets nettofiltrationshastighed (i l/min), ved en filtrationskoefficient på m 2 s -1 kg -1, og i hvilken retning foregår den? Spm. 9 Redegør for, hvordan organismens øgede iltbehov ved hårdt fysisk arbejde dækkes i en rask person og i en hjertetransplanteret patient. Operationsteknisk er det ikke muligt at genetablere nerveforsyningen til det transplanterede hjerte. 3/6

89 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 15 MAJ 2007 Spm. 10 En yngre kvinde med normal lungefunktion tager på ferie til La Paz, hovedstaden i Bolivia, 3700 meter over havet. Her får hun åndenød selv ved mindre anstrengelser. I hvile er sammensætningen af den tørrede alveoleluft: N 2 = 80 %, O 2 = 16 % og CO 2 = 4 %. Trykket ved havoverfladen sættes til 1 atm. a) Hvad er iltens partialtryk i kvindens alveoler? b) Hvad er kvindens alveolære ventilation i hvile i La Paz i forhold til, hvad den var ved havoverfladen, idet det antages, at kvinden er fuldt akklimatiseret, og at CO 2 -produktionen er uændret? Evt. forudsætninger for beregningen anføres. Spm. 11 6,0 5,0 4,0 l/min 3,0 O2-optagelseshastighed CO2-udskillelseshastighed 2,0 1,0 0, Belastning (W) Ovenstående diagram viser sammenhængen mellem henholdsvis iltoptagelseshastigheden og CO 2 - udskillelseshastigheden som funktion af belastningen ved arbejde på en ergometercykel. Beskriv kurverne, og redegør for deres forløb. 4/6

90 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 15 MAJ 2007 Spm. 12 McGeown 3 rd edition Fig. 72 Ovenstående figur viser O 2 -dissociationskurverne for henholdsvis myoglobin, foetalt hæmoglobin (Hb-F) og normalt (voksen) hæmoglobin (Hb-A). a) Redegør for det hensigtsmæssige i, at fosterets erythrocytter indeholder Hb-F. b) Redegør for det hensigtsmæssige i, at det nyfødte barn skifter Hb-F ud med Hb-A. Spm. 13 En person vejer sig selv før og efter 6 timers søvn. Vedkommende har tabt sig 250 g uden at have været på toilettet i nattens løb. a) Giv forslag til, hvad vægttabet skyldes. b) Vis gennem beregning, hvor stor del af vægtændringen, der kan forklares gennem væsketab via respirationen. Antag at den omgivende luft er 20 C med en vandmætning på 40 % og udåndingsluften er 32 C med en vandmætning på 100 %. Mættet vanddamps tryk er 4,75 kpa ved 32 C. Vanddamps massefylde er 0,8 g/l (ved 32 C).. Spm. 14 En omtåget 20-årig mand indlægges akut af egen læge på mistanke om nyopstået diabetes mellitus. Igennem ca. 2 uger har patienten bemærket øget tørst og drukket meget (anslået 6-8 liter væske pr. døgn). Endvidere har han haft hyppige og store vandladninger. Objektiv undersøgelse Blodtryk: 100/70 mmhg. Perifer puls: 100/minut. Respirationen er dyb og frekvent. Laboratorieundersøgelser Plasma glukose: 25 mmol/l. Syre-base status: ph 7,20, standard HCO 3-10,5 mmol/l, P a CO 2 = 2,5 kpa, P a O 2 = 16,9 kpa. Urinanalyse: Maksimal glukosuri og ketonurin. a) Redegør for årsagen til patientens store tørst. b) Karakteriser patientens syre-base status. 5/6

91 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 15 MAJ 2007 Spm. 15 Furosemid hæmmer Na +,K +,2Cl - -cotransport i den tykke, ascenderende del af Henles slynge. Redegør for, hvordan furosemid påvirker nyrens evne til at producere koncentreret urin. 6/6

92 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 18 DEC 2006 ESSAYOPGAVE (spm. 1-2) Spm. 1 Hos patienter med sekretorisk diarré som følge af bakteriel infektion med betydelig ekstracellulær dehydrering har det vist sig gavnligt med peroral indtagelse af en opløsning indeholdende Na +, K +, HCO 3 -, glucose og glycin. Redegør for betydningen af de enkelte komponenter i denne opløsning for 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 Myasthenia gravis er en sygdom som karakteriseres af en generel muskelsvaghed. Et væsentligt element i sygdommen er dannelse af antistoffer mod acetylkolin-receptoren i skeletmuskler, hvorved antallet af fungerende receptorer nedsættes. Redegør for, hvordan man kan hjælpe disse patienter ad farmakologisk vej. Spm. 4 En 60-årig mand er i behandling med et diuretikum (thiazid), der hæmmer NaCl transport i nyrens distale tubulus. Redegør for, hvorfor denne behandling kan føre til tab af kalium fra organismen. 1

93 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 18 DEC 2006 Spm. 5 En celle har et membranpotentiale på 90 mv, mens ligevægtspotentialerne for Na + og K + kan beregnes til henholdsvis E Na = 55 mv og E K = -110 mv. a. Hvilke konklusioner kan man drage ud fra ovenstående oplysninger mht. fordelingen af de to ioner over cellemembranen? Forklar den molekylære baggrund herfor, samt hvorfor E K ligger nærmere membranpotentialet end E Na. b. Beregn arbejdet, der kræves af Na,K-ATPasen, for med de angivne potentialer at kunne transportere 3 mol Na + og 2 mol K + over cellemembranen for hvert mol ATP, der hydrolyseres. Spm. 6 Forklar omdannelsen af et lysstimulus i øjet til et propagerende aktionspotentiale. Spm. 7 Nedenstående figur viser ændringer i plasmakoncentrationerne af atrialt natriuretisk peptid (ANP), renin (PRA) og aldosteron hos et menneske, der nedsænkes i temperaturneutralt vand til halsen i perioden mærket Immersion. a) Redegør for de viste ændringer. FIGUR b) Redegør for ændringer i ADH sekretionen fremkaldt af nedsænkningen i vand. 2

94 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 18 DEC 2006 Spm. 8 Figur 1 viser et postsynaptisk neuron, der via kemiske synapser modtager input fra to præsynaptiske neuroner, A og B. Figur 2 viser membranpotentialet registreret i initialsegmentet af det postsynaptiske neuron i forbindelse med elektrisk stimulation af neuron A én, to eller fire gange i hurtig rækkefølge (angivet med pile). a) Redegør for resultaterne vist i Fig. 2 Elektrisk stimulation af neuron B fører til frisættelse af en transmitter, der i det postsynaptiske neuron åbner en klorid-kanal. Det oplyses, at det postsynaptiske neuron har en intracellulær koncentration af klorid på 6 mm, mens den ekstracellulære kloridkoncentration er 122 mm. b) Redegør for, hvorledes elektrisk stimulation af neuron B vil påvirke sandsynligheden for, at elektrisk stimulation af neuron A udløser aktionspotentialer i det postsynaptiske neuron. Svaret skal være baseret på en kvantitativ analyse af membransituationen i det postsynaptiske neuron. 3

95 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 18 DEC 2006 Spm. 9 Tegn nedenstående koordinatsystem på svararket og skitser deri en kurve som angiver inulinkoncentrationen ned igennem nefronet (dvs i proximale tubuli, descenderende ben, tykke ben og distale tubuli + samlerørene) hos en normal voksen person, og giv en begrundelse for forløbet af kurven. Inulinkoncentrationen i plasma er 0,40 mg/ml, og diuresen er 1 ml/min. Bemærk at ordinaten er logaritmisk. 200 Inulin koncentration mg/ml ,2 Proximale tubuli Descenderende ben Ascenderende ben Distale tubuli + samlerør Spm. 10 En 22-årig cyklist er blevet kørt ned af en lastbil og indbringes på neurokirurgisk afdeling med tiltagende hovedpine og bevidsthedssløring. Der måles et forhøjet intrakranialt tryk på 25 mmhg. Som et led i behandlingen hyperventileres patienten. a) Forklar, hvordan det forhøjede intrakraniale tryk påvirker hjernens gennemblødning b) Forklar, hvorfor hyperventilationsbehandling kan have gavnlig virkning. Spm. 11 Redegør for, hvorfor forudgående hyperventilation lige før undervandssvømning uden dykkerudstyr kan øge faren for drukning. 4

96 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 18 DEC 2006 Spm. 12 Energiomsætningshastigheden for en person (med en masse på 70 kg), der løbetræner ved en lufttemperatur på 30 o C og 60 % luftfugtighed, er 600 W. Bruttonyttevirkningen antages at være 20%, og varmeafgiften til omgivelserne i form af stråling, konduktion og konvektion sættes til 200 W. En time senere viser målingen at hans kropstemperatur er steget fra 36,9 o C til 37,9 C. Beregn på basis af disse angivelser personens svedfordampningshastighed (i ml/min) under løbeturen. Spm. 13 a) Diskuter de forhold, som er af betydning for det maksimale eksspiratoriske flow. b) Eksspiratorisk flow (liter/sek) Pleuratryk (cm H 2 O) På figuren ses sammenhængen mellem pleuratryk og flowhastigheden ved et fastholdt lavt lungevolumen i forbindelse med forceret eksspiration. I forsøget har man bedt personen om at eksspirere gentagne gange, hver gang med forskellig intensitet. Ved et bestemt lavt lungevolumen har man så i hver eksspiration målt flowhastigheden. Hver trekant på kurven svarer til målingen i en eksspiration. Giv et forslag til, hvorfor det eksspiratoriske flow ikke stiger som funktion af et stigende pleuratryk under disse betingelser. 5

97 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 18 DEC 2006 Spm. 14 Hos en mand med normal lungefunktion, som ånder atmosfærisk luft ved 760 mm Hg (101 kpa), er ventilationen i hvile 7,4 l/min, respirationsfrekvensen 15/min, anatomisk dead space 0,150 l og den alveolære CO 2 tension (P A CO 2 ) 40 mm Hg (5,3 kpa). 30 minutter efter injektion af et smertestillende morfinpræparat er ventilationen 4,8 l/min, respirationsfrekvensen 9/min, mens dead space er uændret. Det kan endvidere antages, at udskillelsen af V & CO2 er uændret. Alle volumina er angivet ved BTPS. Beregn P A CO 2 i den sidste situation. Spm. 15 En hyppig årsag til apoplexia cerebri er tilstedeværelsen af atherosclerotiske belægninger, der medfører en lokaliseret forsnævring af a. carotis interna. Normalt passerer blodet gennem a carotis interna med en hastighed på 0,8 m/sek. Giv på grundlag af Bernouillis ligning et skøn over graden af atherosclerotisk forsnævring, som vil få arterien til at klappe sammen og dermed føre til et totalt stop for blodpassage gennem forsnævringen. Antag ved beregningen et sidetryk på 14,5 kpa før forsnævringen og et vævstryk omkring arterien på 0,5 kpa samt at blodets massefylde er 1060 kg/m 3. 6

98 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 16 MAJ 2006 ESSAYOPGAVE (spm. 1-3) I en gruppe personer fandt man følgende værdier ved overgang fra liggende til stående stilling. Liggende Stående Systolisk blodtryk (mmhg) Middel blodtryk (mmhg) Diastolisk blodtryk (mmhg) Hjerte frekvens (min -1 ) Slagvolumen (%) Minutvolumen (%) Perifer modstand (%) Spm. 1 Redegør for de mekanismer, som forklarer ændringerne fra liggende til stående stilling. Pga. tyngdekraftens indvirkning på diafragma øges respirationen når man rejser sig fra liggende stilling. Som konsekvens heraf falder P alveolær CO 2 og dermed P arteriel CO 2 ved overgang fra liggende til stående stilling. ΔP alveolær CO 2 (mmhg) ΔP arteriel CO 2 (mmhg) Figuren viser sammenhængen mellem faldet i P alveolær CO 2 og P arteriel CO 2 hos de omtalte personer, ved overgang fra liggende til stående stilling (fald er angivet ved negativt fortegn). Den stiplede linie er en teoretisk kurve, der svarer til en situation, hvor faldet i P alveolær CO 2 og P arteriel CO 2 er ens. Spm. 2 Beskriv grafen og redegør for hvorfor faldet i CO 2 tensionen er større i alveolerne end i arterierne. Når man rejser sig fra liggende stilling falder den cerebrale gennemblødning initialt (dvs. indenfor de første minutter) på trods af, at hjernens perfusionstryk ikke ændres. 1

99 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 16 MAJ 2006 Spm. 3 Redegør for mekanismen for dette fald i den cerebrale gennemblødning. Spm 4 Denne opgave drejer sig om den efferente innervering af de intrafusale muskelfibre i skeletmuskulaturen. Redegør for hvordan refleksaktiviteten i forbindelse med en isotonisk kontraktion påvirkes af efferent innervation af de intrafusale muskelfibre. Spm. 5 Redegør for de tre vigtigste funktioner af hæmoglobin i erythrocytterne. Spm. 6 Ved en udendørs rockkoncert på et stadion ved midsommertid befinder en lettere hørehæmmet person sig 100 meter fra højttalerne, der udsender lyd med effekten 500 W ud over stadion og omegnen. Antag at tærskelværdien for normalthørende for den af orkestret udsendte lyd har en tærskelværdi på W m -2, og at den hørehæmmede tilhører har en hørenedsættelse på 30 db. a) Hvor stor er lydintensiteten (i W m -2 ), hvor ovennævnte tilhører står, og med hvilken subjektiv styrke (udtrykt i db) opfatter han lyden? En villaejer med normal hørelse, der befinder sig på sin terrasse i 1 km afstand fra højttalerne forsyner sig med ørepropper for at være i fred for koncerten. Ørepropperne har en lydabsorptionskoefficient på 600 m -1. b) Hvilken længde skal ørepropperne have for at mindske det subjektive lydstyrkeindtryk til 10 db? (Det antages, at der ikke sker nogen lydabsorption på lydens vej fra højttaleren til personen på terrassen). Spm. 7 Hos en rask person med en GFR på 125 ml pr. min og en plasmafosfat koncentration på 1,3 mm er fosfat reabsorptionshastigheden i nyren 0,1 mmol pr min. a) Beregn clearance for fosfat under disse omstændigheder. b) Redegør for hvorledes clearance for fosfat påvirkes ved D-vitamin mangel. 2

100 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 16 MAJ 2006 Spm. 8 Ved drukneulykker har det vist sig, at chancen for vellykket genoplivning er større med havvand (NaCl koncentrationen > 150 mm) i lungerne end med ferskvand i lungerne. Redegør for at der foruden faren ved hypoxi er en særlig risiko ved at have ferskvand til stede i lungerne frem for havvand. Spm. 9 a) Giv et begrundet skøn over hæmoglobins iltsaturation i arterielt blod hos en normal voksen person, der befinder sig i 4 km højde over jordoverfladen. b) Redegør for de fysiologiske konsekvenser af den nedsatte ilttension for respirationen i hvile og under arbejde. Spm. 10 En patient med en tarmsygdom indgives glycocholat (konjugat mellem galdesyre og glycin), som er radioaktivt mærket med 14 C i både galdesyre og glycin delen. Herefter følges udskillelsen af 14 C i fæces og i eksspirationsluften. Giv ud fra dit kendskab til galdesyrernes behandling i organismen en mulig forklaring på hvert af følgende 2 forskellige udfald af testen: a) abnorm forøgelse af radioaktiviteten i eksspirationsluften b) abnorm forøgelse af radioaktiviteten i fæces. Spm. 11 En nærsynet person (med en fjernpunktafstand på 1 m) oplever med alderen en nedsættelse af akkommodationsbredden, der ved 55-års alderen er faldet til 3 dioptrier. Forklar, hvorfor det kan anbefales den 55-årige at bruge briller, og angiv den anbefalede styrke (med fortegn) i dioptrier ved henholdsvis (1) læsning, (2) bilkørsel. 3

101 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 16 MAJ 2006 Spm. 12 Nedenstående figur viser hvilemembranpotentialet for en nervecelle som funktion af K + koncentrationen i det omgivende medium. Giv en vurdering af, hvad den intracellulære K + koncentration er. Spm. 13 En 45-årig kvinde har i forbindelse med sygdom tabt en betydelig mængde K + fra organismen. Redegør for hvordan K + tabet påvirker plasma Na + koncentrationen. Spm. 14 Surfactant nedsætter overfladespændingen i alveolerne, og overfladespændingen nedsættes mere i små alveoler end i store alveoler. Redegør for hvilken betydning disse virkninger af surfactant har for lungernes funktion. 4

102 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 16 MAJ 2006 Spm. 15 Som et ekstremt eksempel på den menneskelige organismes arbejdsformåen har man beregnet, at cykelrytteren Lance Armstrong under opstigningen på Alpe d Huez under Tour de France i 2001 ydede et ydre arbejde på 470 W. Målinger viste, at hans maksimale iltoptagelseshastighed (STPD) var 6,1 l/min. a) Beregn på basis af disse værdier bruttonyttevirkningen for Lance Armstrongs cykelløb på Alpe d Huez. Beregn også hjertets minutvolumen under antagelse af, at hans arteriovenøse oxygendifference under cykelløbet var 0,18 l O 2 (STPD)/l blod. b) Redegør for den høje iltoptagelseshastighed hos en veltrænet person under hårdt arbejde, sammenlignet med forholdene hos en utrænet person. 5

103 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 19 DEC 2005 ESSAYOPGAVE (Spm. 1-3) Spm. 1 Figuren viser en model af det systemiske kredsløb hos en hvilende person. Det arterielle overtryk (P a ) er 13 kpa, mens det tilsvarende tryk på venesiden (P v ) er 1 kpa. Blodet strømmer ud fra aorta med et minutvolumen på 5,0 l min -1 og passerer gennem følgende modstande: Hjerne + nyre, R h = 3, kg m -4 s -1 Mave-tarmkanal, R mt =? De øvrige væv, R øv = 3, kg m -4 s -1 Beregn minutvolumen og R mt for mave-tarmgebetet. R h Kort tid efter at personen har indtaget et måltid forøges cirkulationen i mave-tarmgebetet med 100 %. Dette ledsages af et let arterielt blodtryksfald til 12 kpa, mens det venøse blodtryk er uændret 1 kpa. Som følge af autoregulation ændres gennemblødningen af hjerne og nyre heller ikke. P v R mt R bøv P a Spm. 2 a) Beregn minutvolumen for det totale blodkredsløb efter måltidet. b) Redegør for de mekanismer, der betinger, at cirkulationen i mave-tarmgebetet øges i forbindelse med et måltid. Spm. 3 Giv en kort oversigt over de faktorer, der regulerer produktionen af ventrikelsekret i forbindelse med indtagelse af et måltid. Spm. 4 Nedenfor er skitseret en opstilling, hvor en homogen membran (M) med tykkelsen 5 nm adskiller to rum med koncentrationer af NaCl, som angivet. Temperaturen er 310 K. 1

104 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 19 DEC 2005 δ=5nm M mm NaCl 20 mm NaCl Diffusionskoefficienterne for Na + og Cl - er m 2 s -1 og deres fordelingskoefficienter, β= i membranmaterialet. a) (i) Skitser koncentrationsprofilen over membranen for de to ioner, og beregn deres koncentrationsgradienter over membranen. (ii) Beregn størrelsen og retningen af nettofluxene af Na + og Cl -. b) Giv en kvalitativ redegørelse for konsekvenserne såfremt diffusionskoefficienten for Cl - er langt større end for Na +. Spm. 5 Molsliniens hurtigfærger støjer ganske betydeligt under sejlads. Antag, at der udsendes en støj svarende til en frekvens på 100 Hz, og at høretærsklen for en normalthørende ved denne frekvens er 10-9 W m -2. Færgen kan lige netop høres af en normalthørende, når den befinder sig 3 km fra færgelejet. a) Med hvilket lydtryk og med hvilken subjektiv lydstyrke (angivet i db) hører en normalthørende havnefunktionær færgen når den er 100 m fra færgelejet? Luftens massefylde er 1,3 kg. m -3 og lydens hastighed i luft 344 m. s -1 Ved ombordkørsel af biler er der et højt støjniveau, svarende til 80 db ved 100 Hz. Havnefunktionæren skal i denne situation bruge høreværn, og han vælger at benytte 1,2 cm lange ørepropper, der er lavet af et materiale med en lydabsorptionskoefficient på 900 m -1. b) Hvilken lydstyrke (i db) hører funktionæren under ombordkørslen? Spm. 6 Definer, hvad der forstås ved hjertets kontraktilitet, og redegør for, om hjertets kontraktilitet påvirkes af stillingsændring fra liggende til stående. 2

105 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 19 DEC 2005 Spm. 7 Angiv tre vigtige funktioner af det limbiske system, og angiv tre neurotransmittere, som er vigtige for disse funktioner. Spm. 8 Regelmæssig løbetræning i en normal atmosfære med en ilttension på 20kPa (150 mm Hg) øger konditallet hos en rask voksen person. Angiv hvilke to af de nedenstående fysiologiske parametre, som bidrager mest afgørende til øgningen af konditallet. 1) lungernes vitalkapacitet 2) den maximale alveolære ventilation ( V & A ) 3) det maximale respiratoriske minutvolumen ( V & E ) 4) tidalvolumen 5) lungecompliance 6) den maximale puls 7) hjertets maksimale slagvolumen 8) hjertets vægtykkelse 9) det systoliske blodtryk under arbejdet 10) det diastoliske blodtryk under arbejdet 11) diametren af pulmonalarterierne 12) kapillærtætheden i musklerne 13) det anaerobe stofskifte i musklerne 14) antallet af insulinreceptorer i musklerne 15) hæmatokritværdien Spm. 9 En person indtager en pose med 200 g kartoffelchips uden samtidig at få noget at drikke. Iflg. varedeklarationen udgør salt 1,5% af posens indhold. Efter absorption af saltet, beregn da personens extracellulærfases størrelse og osmolaritet, og beskriv ændringen. Det kan antages, at ekstracellulærfasens størrelse før indtagelse af kartoffelchips er 15 l. Molvægten for NaCl er 58,45 g/mol. 3

106 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 19 DEC 2005 Spm. 10 Definer, hvad der forstås ved lungediffusionskapaciteten for ilt og angiv med en kort begrundelse, hvorledes denne påvirkes (øget, nedsat eller upåvirket) af følgende forhold a) øget mængde interstitialvæske i alveolevæggene b) intenst muskelarbejde c) stillingsændring fra liggende til stående d) nedsat blodhæmoglobinkoncentration. Spm. 11 Redegør for det fysiologiske grundlag for, at det er uhensigtsmæssigt at indhylle en person med blødningsshock (f.eks. som følge af trafikulykke eller terrorangreb) i varme tæpper. Spm. 12 Furosemid er et diuretikum, hvis virkning skyldes hæmning af Na +,K +,2Cl - cotransportproteinet i det tykke ascenderende ben af Henles slynge ( TAL ). Forklar, at behandling med furosemid også kan have en utilsigtet bivirkning i form af calcium tab fra organismen. Spm. 13 En 72-årig kvinde med hypertension er i behandling med propranolol (β-adrenerg blokker). Hun har følt sig omtumlet og oplevet flere tilfælde af syncope (besvimelse). EKG viser sinus bradycardi med normale, regelmæssige P-takker efterfulgt af normale QRS-komplekser, men P-tak frekvensen er 45 min -1. a) Redegør for årsagen til den lave hjertefrekvens. Lægen beslutter sig for at skifte propranolol ud med et andet præparat til behandling af patientens hypertension. Ved kontrol findes nu en puls på 80 min -1 og et tilfredsstillende blodtryk. b) Giv et eksempel på en anden type medikament, som lægen kunne vælge, og redegør for denne stofgruppes virkning. 4

107 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 19 DEC 2005 Spm. 14 Nedenfor vises glomerulusfiltrationshastigheden samt variationer i carbamidclearance som funktion af diuresen. F I G U R GFR og Carbamidclearance som funktion af diuresen a) Redegør for, at carbamidclearance stiger med diuresen b) Hvis carbamidclearance er 70 ml/min og GFR 125 ml/min, hvor stor en fraktion af det udfiltrerede carbamid bliver da tilbageresorberet? Spm. 15 En muskel i hvile har en blodgennemstrømning på 24 ml/min med et arteriovenøst iltdeficit på 2,5 ml O 2 (STPD)/100 ml blod. Ved et ydre arbejde på 0,4 W og en anslået nyttevirkning på 10% stiger blodgennemstrømningen til 120 ml/min. Hvor meget er energiomsætningshastigheden og det arteriovenøse deficit steget som følge af det ydre arbejde? 5

108 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 23 MAJ 2005 ESSAYOPGAVE (spm. 1-3) En 63-årig mand indlægges med tiltagende åndenød og ondt i brystet. Ved ankomsten er patienten urolig og har larmende respiration med sekretraslen. Han er cyanotisk, bleg, kold og svedende. Blodtrykket er 90/60 mmhg, pulsen 120 min -1. Han har aldrig før haft hjerte- eller lungesygdomme. EKG viser myocardieinfarct i forvæggen. Der tages en arterieblodprøve straks efter indlæggelsen. Patienten lejres med eleveret hovedgærde, således at han kommer til at sidde komfortabelt, og der igangsættes iltbehandling med næsekateter. Endvidere behandles patienten med smertestillende præparater (morfin), samt diuretica. Arterieblodsanalysen viste Hæmoglobin 150 g l -1 (2,3 mmol l -1 ) P a O 2 60 mmhg (8 kpa) P a CO 2 45 mmhg (6 kpa) ph 7,3 Standard bikarbonat 20,5 mmol l -1 Spm. 1 Redegør for, hvorledes hvert af de anførte symptomer og fund kan relateres til myocardieinfarctet, og vurder, om der foreligger holdepunkter for hypoxi hos denne patient. Spm. 2 a) Begrund hvorvidt den arterio-venøse O 2 -difference (differencen mellem arteriel og venøs O 2 - saturation) kan forventes at være ændret hos denne patient. b) Angiv en sandsynlig, skønnet værdi for S v O 2 (gerne støttet af en beregning med udgangspunkt i den oplysing at der er hudcyanose), og beregn på basis heraf venstre ventrikels slagvolumen, idet iltoptagelsen sættes til 220 ml min -1. Spm. 3 Redegør for de gavnlige effekter, man vil forvente i organismen af behandlingen, herunder patientens lejring. Spm. 4 Halothan er hyppigt blevet brugt som narkosegas, og man har fundet, at halothans virkning i centralnervesystemet involverer en aktivering af K + kanaler i thalamus. Hvordan kan den anæstetiske virkning af halothan forklares ud fra den generelle viden om thalamus funktion og om K + kanalers rolle i nerveceller? 1

109 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 23 MAJ 2005 Spm. 5 En forsøgsperson udfører et ydre arbejde med intensiteten 12 kj min -1. Den totale energiomsætningshastighed er under dette arbejde 70 kj min -1. Varmeafgiften ved konvektion, konduktion og stråling (E KKS ) kan udtrykkes ved følgende ligning: E KKS = K A (T h - T o ) hvor T h og T o er hudens og omgivelsernes temperatur, A er personens overfladeareal, der sættes til 2 m 2, og K er en konstant, der er 1,4 kj min -1 m -2 K -1. Omgivelsernes temperatur var 297 K. a) Beregn personens varmeafgiftshastighed og nyttevirkningen af arbejdet. b) Beregn hudens temperatur, hvis vandfordampningen udgør 15 g min -1 i forsøgsperioden. Spm. 6 a) Hvilken del af ovenstående EKG svarer til (i) den ventrikulære repolarisation, (ii) Q takken og (iii) en maksimal åbning af Ca 2+ kanaler i hjertets ventrikelmuskel? Mange farmaka har som bivirkning hæmning af en delayed rectifier K + kanal, som er medansvarlig for hjertemusklens aktionspotential. b) Forklar, hvordan en sådan hæmning vil kunne påvirke aktionspotentialets længde, og hvordan kan dette ses på EKG? c) Hvilken risiko er forbundet med en ændring af aktionspotentialets længde, hvis denne er uensartet i myokardiet? 2

110 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 23 MAJ 2005 Spm. 7 A B Figuren ovenfor viser hæmoglobins dissociationskurve i arterielt blod i hvile (A) og i veneblod fra en maksimalt arbejdende muskel (B). a) Redegør for forskellen mellem de to kurvers forløb. b) Forklar ud fra kurverne, hvorledes betingelserne for iltafgivelse fra blod til muskelvæv og iltoptagelse fra alveoler til blod er påvirket under muskelarbejde. Spm. 8 Topatleter er i stand til, under hårdt arbejde, at forøge blodets volumenhastighed fra 5 l min -1 i hvile helt op til 40 l min -1. Samtidig kan man hos dem konstatere en stigning af middelblodtrykket fra 12 kpa (i hvile) til 25 kpa. a) Beregn ændringen i den totale perifere modstand under hårdt arbejde. b) Beskriv konsekvenserne af et hårdt arbejde for gennemblødning af muskler, hjertet, hjernen, nyrerne, huden og af øvrige væv. Spm. 9 Nævn alle hypofysens hormoner og de resulterende forstyrrelser, som skyldes ophævet hormonproduktion. 3

111 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 23 MAJ 2005 Spm. 10 Angiv hvilke typer af sensoriske input, der bidrager til opretholdelse af kroppens balance. For hver af disse ønskes en angivelse af lokalisationen af receptorerne og deres adækvate stimulus. Spm. 11 Sækvolumen (liter v. ATPS) 17,8 Opsamlingstid (min) 2 F E O 2 (Fra Douglassæk) 0,156 F E CO 2 (fra Douglassæk) 0,043 F A CO 2 (fra kapnogram) 0,056 Respirationsfrekvens (min -1 ) 10 Ovenstående data stammer fra et eksperiment på en 21-årig rask forsøgsperson på 70 kg. Resultaterne er opnået på samme måde som ved ergometerøvelsen (øvelse 5). Personen ånder gennem en ensretterventil forbundet til et mundstykke, som har et samlet volumen på 80 ml (= apparat-deadspace). a) Beregn personens iltoptagelse og kuldioxidudskillelse b) Beregn personens deadspace. Spm. 12 En stor del af Na + -resorptionen sker via epitelet i nyrernes samlerør. a) Beskriv de transportprocesser, der ligger til grund for Na + -resorptionen i samlerørene. b) Beskriv hvorledes organismens væskebalance opretholdes ved hormonel regulering af transportprocesser i samlerørene. 4

112 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 23 MAJ 2005 Spm. 13 En normalthørende person har en høretærskel på W m -2 for en lyd med frekvensen 880 Hz. Han befinder sig 8 m fra en violinist, der frembringer en tone med denne frekvens. Tonen fra violinen udsendes med en effekt på 0,4 mw. a) Med hvilken lydstyrke (udtrykt i db) hører personen tonen fra violinen? Violinisten dæmper nu lyden med en sordin (som sættes på instrumentet), således at trykamplituden for lyden nedsættes med en faktor 40. Personen sætter sig endvidere på sidste række i Musikhuset i Århus, således at afstanden til violinisten bliver 32 m. b) Med hvilken lydstyrke (udtrykt i db) hører personen nu violintonen? Begrund svaret med beregninger. Spm. 14 a) Beskriv kort de væsentligste funktioner af den eksokrine pankreas. b) Nævn to hormoner som regulerer den pankreatiske sekretionsproces, og angiv deres virkning. Spm. 15 Hos en patient med normal nyrefunktion måles følgende laboratorieværdier før og efter behandling med vitamin D3 (1,25 dihydroxycholecalciferol). Før Efter Vit D3 behandling Plasma Calcium (total) 2,4 mmol l -1 2,6 mmol l -1 Urin Calcium 3,1 mmol l -1 2,2 mmol l -1 Plasma Kreatinin 0,074 mmol l -1 0,074 mmol l -1 Urin Kreatinin 8,2 mmol l -1 8,2 mmol l -1 Diurese 60 ml time ml time -1 Beregn, med angivelse af nødvendige forudsætninger, den glomerulære filtrationshastighed og clearance for Ca 2+ før og efter behandling med vitamin D3. Redegør kort for resultatets fysiologiske betydning. 5

113 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 20 DEC 2004 ESSAYOPGAVE (spm. 1-3) Spm. 1 Dette tryk-volumen (P-V)-diagram repræsenterer forholdene i venstre ventrikel hos en normal person (grå skravering) og hos en patient med en klaplidelse (rød skravering). (Begge er her vist med samme kontraktilitet). a. Hvilket ostie og hvilken defekt kan give anledning til dette fund? Begrund svaret. b. Redegør for forandringerne i patientens P-V-diagram sammenlignet med den normale persons. Spm. 2 Skitser patientens fonokardiogram sammenholdt med et normalt, og forklar forskellene. Spm. 3 Redegør for hvilke symptomer og fund man kan forvente hos patienten. Spm. 4 Ved diarré forårsaget af for eksempel kolera kan væsketabet behandles med indtagelse af en vandig opløsning af salt og glukose. a) Redegør for de transportprocesser i tarmen, der ligger til grund for denne behandling, og hvordan behandlingen kan føre til en genoprettelse af væskebalancen. b) Hvilke hovedtyper af transportsystemer: primær eller sekundær aktiv transport, uniport, cotransport eller countertransport er der tale om ved de respektive transportprocesser? 1

114 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 20 DEC 2004 Spm. 5. V E (volumen pr. tid) Iltindhold i inspirationsluft (%) Figuren viser effekten af akut nedsat iltindhold i inspirationsluften på lungeventilationens størrelse ( V& E ) hos et menneske i tre forskellige situationer: Nedsat iltindhold alene (kurve 2); nedsat iltindhold, men eksperimentelt fastholdelse af det alveolære CO2-tryk på normalt niveau (kurve 1); nedsat iltindhold efter denervering af karotidlegemerne (kurve 3). a) Beskriv effekten af hypoxi på ventilationen (kurve 2) og forklar, hvorfor responset er kraftigere, når det alveolære CO 2 -tryk fastholdes på den normale værdi (kurve 1 versus kurve 2). b) Redegør for effekten af denervering af karotidlegemerne (kurve 3 versus kurve 2). Spm. 6 Antag at en person i normal vand og saltbalance drikker en liter af en isoosmotisk natriumkloridopløsning, der optages fuldstændigt fra tarmen. a) Hvor i kroppen vil den ekstra vand- og natriumkloridmængde befinde sig efter endt optagelse fra tarmen? Begrund svaret. b) Redegør for de mekanismer via hvilke personens vand- og saltbalance genoprettes. 2

115 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 20 DEC 2004 Spm. 7 En ueftergivelig membran, der er permeabel for Na +, Cl - og vand (men ikke for protein og sukrose), adskiller to lige store rum (1 og 2). Volumen af rum 1 og 2 holdes konstant under hele forsøget. Ved forsøgets start indeholder rum 1 en 2 mm opløsning af natrium-proteinat (Na 10 Pr) og rum 2 indeholder 50 mm NaCl. Begge natrium-salte er fuldt dissocierede, og forsøgstemperaturen er 300 K. a) Beregn koncentrationerne af Na + og Cl - i hvert af rummene ved indtrådt ligevægt. b) Beregn membranpotentialet. For at fjerne den hydrostatiske trykforskel mellem rum 1 og 2 kan man tilsætte sukrose. c) Til hvilket rum skal sukrosen tilsættes, og hvad skal koncentrationen være? Spm. 8 Det er ikke ualmindeligt at opleve nedsat hørelse og smerter fra øret ved en almindelig forkølelse. Redegør for trykændringerne i cavum tympani efter tillukning af tuba auditiva, samt for den forventede indflydelse af trykændringen på hørelsen. Spm. 9 a) Redegør for, hvorledes centralnervesystemet kan regulere styrken og hastigheden af en kontraktion i en skeletmuskel. b) Redegør for forskellen på kontraktionskraften under en enkeltkontraktion (twitch) og en tetanisk kontraktion. Spm. 10 Hvilke hormonelle forstyrrelser kan give anledning til arteriel hypertension? Giv en kort redegørelse for mekanismerne, der ved hver enkelt af de nævnte hormonelle lidelser fører til hypertension. 3

116 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 20 DEC 2004 Spm. 11 I forbindelse med en nyrefunktionsundersøgelse fandt man følgende: Væskeart Mængde passeret pr. tid ml/minut PCO 2 mmhg Ultrafiltrat , ,80 Tublusvæske ved starten af samlerørene a) Hvor stor en mængde bicarbonat udfiltreredes pr. minut, og hvor mange procent af denne mængde nåede frem til samlerørene per minut? b) Redegør for mekanismerne bag reabsorptionen af bikarbonat i de proximale tubuli. ph Spm. 12 To personer (A og B) bruger begge briller, når de i akkommodationshvile skal betragte genstande der er meget langt væk (her kaldt for afstandsbriller). De er begge presbyope, således at akkommodationsevnen er nedsat til 1 D. I akkommodationshvile, uden afstandsbriller og med et øje tildækket kan A læse i en afstand på højst 30 cm, mens B for at læse i samme afstand skal have en samlelinse med styrken +5 D. a) Hvilke refraktionsanomalier (myopi, fakultativ eller absolut hypermetropi) kan man ud fra ovenstående oplysninger slutte at A og B kan have? b) Hvilken styrke har afstandsbrillerne, som A bruger? c) Hvilken styrke har afstandsbrillerne, som B bruger? Spm. 13 En astmatisk patient indlægges på et hospital. Ved indlæggelsen måles følgende værdier: PAO 2 PaO 2 ph a PaCO mmhg 57 mmhg mmhg Redegør ud fra de målte værdier for de(n) sandsynligste årsag(er) til såvel den påviste hypoxæmi som den påviste hypokapni. 4

117 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 20 DEC 2004 Spm. 14 Som led i en bestemmelse af standardenergiomsætningen får en studine målt sit O 2 forbrug v.h.a. Douglas sæk metoden i et rum, hvor lufttrykket er 101,3 kpa og temperaturen er 20 o C. Udåndingsluften, der opsamles under forsøget, har en iltfraktion på 16,9%. Studinens indåndingsluftvolumen, V & I, og udåndingsluftvolumen, V & E, er under forsøget 6 l/min. O 2 kaloriske koefficient antages at være 4, J mol 1. a) Beregn studinens energiomsætningshastighed. Angiv forudsætningerne herfor og vurder resultatet. Studinen, der vejer 60 kg, arbejder i en time. Under arbejdet er hendes energiomsætningshastighed 600 W, bruttonyttevirkning 20% og hun afgiver varme med en hastighed på 420 W. b) Beregn ændringen i kropstemperaturen efter en times arbejde. Spm. 15 En ældre kvinde klager over vægttab, træthed, irritabilitet 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

118 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 25 MAJ 2004 ESSAYOPGAVE (SPM. 1-3) Spm. 1 Tværstribede muskler indeholder to hovedtyper af sanseorganer: muskeltenen og senetenen. Redegør for hvordan disse sanseorganer formidler oplysninger om: i. musklens forkortningshastighed ii. musklens længde iii. kontraktionskraft (styrke) Spm. 2 Når man ønsker at belyse excitabilitetsniveauet i en pulje α-motoneuroner uden påvirkning fra muskeltenene, stimuleres nerven ved direkte strømstød, imens muskelaktivitet (EMG) optages v.hj.a. elektroder anbragt direkte på den pågældende muskel. Opstillingen for et forsøg udført på m. soleus vises i figur 1. Figur 2 a Figur 1 m. soleus b EMG optages n. tibialis stimuleres i knæhasen c d Stimulationintensitet øges e 2 mv 10 ms 1

119 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 25 MAJ 2004 N. tibialis indeholder såvel efferente som afferente fibre til/fra m. soleus, og det antages at de største myeliniserede fibre har den laveste tærskel. Nerven stimuleres med enkelte stød hvis styrke øges trinvis i optagelserne vist i panelerne a-e i figur 2. Stimulationen angives af pilene ( ). Som det ses i panelerne a-e, udløses to særskilte responser på EMG et med henholdsvis kort og lang latenstid. Kortlatens responset tiltager med øget stimulationsstyrke, samtidig med at langlatens responset formindskes, for til sidst at forsvinde helt (panel e). Redegør for ovennævnte ændringer i de to responser. Spm. 3 Præsynaptisk hæmning er en meget udbredt mekanisme hvorved refleksfunktionen i rygmarven kontrolleres af aktivitet i descenderende baner. a. Forklar hvordan præsynaptisk hæmning indvirker på en synapse, der anvender glutamat som transmittersubstans. Ved at foretage en generel kontraktion af overekstremiteternes muskler ved f.eks. håndgreb (såkaldt Jendrassiks manøvre), forekommer generelt en reduktion i præsynaptisk hæmning i rygmarven, herunder af glutamaterge synapser mellem underekstremiteternes Ia fibre og α-motoneuroner. b. Hvilke(n) ændringer i amplitude(r) af responserne vist i panel c. (i spm. 2) forventes under udførsel af denne manøvre? Spm. 4 0,2 s 1 mv Dette EKG er registreret i standard ekstremitetsafledning II og kalibreret som det fremgår. Der ønskes en begrundet vurdering af hosstående EKG. Spm. 5 a. Redegør for ændringerne i R (V& / V & ) ved overgangen fra hvile til kraftigt arbejde, samt i restitutionsperioden herefter. CO 2 O 2 b. Vil R være lig med RQ i nogen af disse perioder? Begrund svaret. 2

120 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 25 MAJ 2004 Spm. 6 Glukose kan, energetisk set, transporteres både med og mod en koncentrationsgradient over cellemembranen. a. Redegør for de to transportformer. b. Giv to eksempler på celler, hvor begge transportformer forekommer og beskriv deres cellulære lokalisering. Hvilken betydning har denne lokalisation? Spm. 7 a. Hvilke særlige egenskaber ved inulin gør stoffet velegnet til bestemmelse af GFR? b. Redegør for eventuelle fordele eller ulemper ved at anvende creatinin frem for inulin til bestemmelse af GFR. Spm. 8 Hos en patient findes følgende: Hæmoglobin: 100 g. l -1 p a O 2 : 10 kpa (75 mm Hg) ph a : 7,35 a-v O 2 differens: 52 ml O 2. l blod -1 Hjertets minutvolumen: 6,2 l. min -1 Beregn størrelsen af den pulmonale shunt i l. min -1. Nødvendige forudsætninger for beregningen skal anføres. 3

121 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 25 MAJ 2004 Spm. 9 Hos en mand med en masse på 80 kg måles energiomsætningshastigheden (EOH) til 6700 kj pr. døgn (i hvile). Under hårdt muskelarbejde kan EOH øges med en faktor 13. Bruttonyttevirkningen sættes til 20 %. Manden skal bære en kuffert på 20 kg 50 m op til en taglejlighed i et højhus. a. Beregn den minimale tid det vil tage at bære kufferten op. Manden udfører arbejdet i varmt vejr, således at varmeafgivelse kun kan ske ved fordampning. b. Beregn hvor meget vand der skal fordampes mens han flytter kufferten, hvis kropstemperaturen skal holdes konstant. Spm. 10 Redegør for calciums rolle i excitations-kontraktionskoblingen i skeletmuskulatur og for, hvorledes ændringer i den intracellulære Ca 2+ -koncentration tilvejebringes i forbindelse med kontraktion og efterfølgende relaksation. Spm. 11 Redegør for hvordan en lyds intensitet og frekvens bliver kodet i n. acusticus. Spm 12. Beskriv ændringerne i standardenergiomsætningshastighed, vækst og udvikling ved bortfald af thyreoideafunktionen dels tidligt i livet og dels hos udvoksede individer. Spm. 13 På en arteriel blodprøve finder man følgende værdier angivet i forhold til normal: ph: indenfor normalområdet PaCO 2 : nedsat Standard- HCO 3 - : nedsat Base-Excess (BE): nedsat. a. Angiv mulige klassificeringer af tilstanden, og begrund svaret. b. Redegør for principielt mulige årsager til tilstanden. 4

122 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 25 MAJ 2004 Spm. 14 En skolelærer lægger mærke til, at en af eleverne ikke kan læse, hvad der står på tavlen. Det viser sig, at en brille med styrke på 4D er nødvendig for at eleven kan se Snellens tavles linie 6/6 klart. a. Hvad er elevens fjernpunkt? Kan eleven læse i en bog med disse briller på? Med alderen falder den nu forhenværende elevs akkommodationsbredde til 1 D, mens hans refraktionsanomali er uændret. b. Kan han nøjes med at tage brillerne af når han læser? Hvilken slags briller skal han have for tydeligt at kunne se både fjerne genstande og genstande i normal læseafstand? Begrund svarene med beregning. Spm. 15 a. Skitser trykkurverne målt i hhv. aorta og a. pulmonalis under en enkelt hjertecyklus med angivelse af trykværdierne. Forklar evt. forskelle mellem de to kurver. b. Hvilke ændringer vil forventes i de to trykkurver i de første par sekunder efter overgang fra stående til liggende stilling? 5

123 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 19 DEC 2003 ESSAYOPGAVE (spm. 1-3) Spm. 1 FIGUR MED PACEMAKERPOTENTIALER Ovenstående figur viser pacemakerpotentialet registreret fra sinusknuden, dels under kontrolomstændigheder og dels under tre isolerede påvirkninger (fig. A - C), der alle bevirker ændringer i pacemakerfrekvensen. Pacemakerpotentialet under kontrolomstændigheder (Control) er vist i de 3 grafer (fig. A - C). a. Redegør for ændringerne i ionpermeabiliteterne i pacemakercellerne i løbet af een hjertecyklus under normale omstændigheder. b. På basis af ovenstående redegør for hvilke ionkanaler, der må være påvirkede i de tre viste eksempler (fig. A - C). Spm. 2 FIGUR MED RELATIONEN MELLEM VENEPULSENOG HJERTELYDENE Tryksvingningerne i højre atrium under en hjertecyklus forplanter sig til indløbsvenerne og kan ofte observeres på vene jugularis. Ovenstående figur stammer fra Medicinsk kompendium 15. udg., Her ses de normale tryksvingningerne i højre atrium i relation til tiden. På aksen er markeret 1. og 2. hjertelyd (S1 og S2). Redegør for de tre takker (a, c, v) og vurder om markeringerne S1 og S2 er korrekt placerede i forhold til trykkurven. Spm. 3 Hvilke forventninger vil du have til en hjertetransplanteret patients hjertefrekvens og slagvolumen i hvile og under moderat arbejde sammenlignet med normalpersonværdierne? Det transplanterede hjerte er totalt denerveret. Begrund svaret. Spm. 4. Vandige diarreer kan overordnet inddeles i sekretoriske og osmotiske typer. Redegør for årsagen til dette og giv et eksempel på hver af disse tilstande. Spm. 5 Redegør for hvordan HCO 3 - reabsorberes i nyrerne. 1

124 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 19 DEC 2003 Spm. 6 En person (70 kg) gennemfører et marathonløb (42,2 km) på 150 minutter med en pulsfrekvens på 160 min 1, et cardialt slagvolumen på 140 ml, et arterielt og venøst iltindhold på henholdsvis 200 og 120 ml O 2,(STPD) /liter blod. a. Med hvilken energiomsætningshastighed (udtrykt i Watt) gennemfører personen løbet? Efter løbet er legemstemperaturen steget 1,5 o C. Antag at løbet gennemføres med en nyttevirkning (brutto) på 20 % og at der under dette afgives 200 W til omgivelserne ved konduktion, konvektion og stråling. b. Hvor meget vand må løberen under disse forudsætninger have fordampet i forbindelse med svedproduktion og fordampning fra lungerne? Spm. 7 En ældre herre får hos sin læge skyllet venstre øre med vand, som forekommer ham ret koldt. Umiddelbart herefter føler han sig svimmel og har vanskeligt ved at holde balancen. Hvad kan være årsag til disse symptomer? Begrund svaret. Spm. 8 Beskriv hvordan funktionel residualkapacitet (FRC) kan bestemmes ved hjælp af spirometri og gasanalyse, herunder redegør for relevante forudsætninger og beregninger. Spm. 9 En student skal akkommodere med 4 D for at se tal på auditoriets tavle skarpt. Studenten sidder 8 m fra tavlen. a. Hvilken type af refraktionsanomali er der tale om og hvilke synsmæssige konsekvenser kan studenten forvente med alderen? b. Det viser sig at studenten har svært ved at skelne figur-symboler med rød farve på grøn baggrund, men ser tilsvarende blå symboler uden problemer. Redegør for det normale farvesyn og forklar herudfra studentens defekt. 2

125 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 19 DEC 2003 Spm. 10 Ved spinalanæstesi blokeres de sympatiske tråde til karrene også. Efter anlæggelse af spinalanæstesi fra 7. thorakalsegment og caudalt ses ændringer i det arterielle blodtryk og karmodstanden i både arme og ben. Redegør for disse ændringer. Spm. 11 Redegør for hvordan diffusionen af ilt over alveolemembranen kan øges under muskelarbejde. Spm. 12 I den apikale membran af tarmcellen sker der en glukosetransport ind i cellen, der energetisk set er op ad bakke idet energien i Na + -gradienten over cellemembranen udnyttes via en Na + /glukose co-transporter. Følgende koncentrationer af Na + og glukose findes : [Na + ] inde = 10 mm, [Na + ] ude = 140 mm, [glukose] inde = 2 mm, [glukose] ude = 0,05 mm. Membranpotentialet er 40 mv, temperaturen er 310 K. a. Hvor stort et arbejde kræves der for at transportere glukose ind i cellen? b. Beregn hvor mange glukosemolekyler der maksimalt kan transporteres med Na + /glukose co-transporteren for hver Na + der transporteres. 3

126 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 19 DEC 2003 Spm. 13 Figuren viser kraftudviklingen i en skeletmuskel ophængt i en isometrisk myograf og badet i en Ringeropløsning. Muskelkontraktionerne udløses henholdsvis ved nervestimulation og direkte stimulering af muskelen. Efter en kontrolperiode tilsættes stoffet A til badet. Ved V startes udvask af stoffet A og efter at kraftudviklingen er vendt tilbage tilsættes stoffet B til badet. Redegør for de mulige virkningsmekanismer af henholdsvis stoffet A og stoffet B. 4

127 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 19 DEC 2003 Spm. 14 Figuren viser en skitse af blodkredsløbet med hjerte, H, middeltrykkene i aorta (113 mm Hg) og lungearterien (19 mm Hg), samt indløbstrykkene i højre (3 mm Hg) og venstre atrium (0 mm Hg). Lungekredsløb 19 H Systemiskkredsløb En mands hjerte slår med en frekvens på 72 slag i minuttet. Hjertets slagvolumen findes til 70 ml. a. Hvor stor en effekt yder hvert hjertekammer? Manden begynder nu at arbejde, hvorved blodets volumenhastighed fordobles, mens middeltrykket i aorta øges til 150 mm Hg. Indløbstrykket i højre atrium er stadig 3 mm Hg. b. Med hvilken faktor ændres den hydrodynamiske modstand i det systemiske kredsløb ved overgang til arbejde? 5

128 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 19 DEC 2003 Spm. 15 En 20-årig mand indlægges akut af egen læge på mistanke om nyopstået diabetes mellitus. Han behandles intravenøst med hurtigtvirkende insulin og isoton NaCl 1500 ml den første time, herefter 250 ml/time. Følgende værdier er målt ved indlæggelsen og 9 timer senere: Ved indlæggelsen 9 timer senere ph a 7,20 7,29 P a CO 2 (kpa) 2,5 4,5 Base-excess (BE) (mmol/l) -20,0-9,5 a. Karakteriser patientens syre-base status ved indlæggelsen. b. Gør rede for forandringerne i ph, P a CO 2 og BE mellem 1. og 2. måling. 6

129 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 28 MAJ 2003 ESSAYOPGAVE (Spm. 1-3) Patienter, der klager over åndenød (dyspnoe), vil ofte blive undersøgt med henblik på cyanose, hypoxæmi og hypoxi. Spm. 1 Definer disse begreber (dyspnoe, cyanose, hypoxæmi og hypoxi). Spm. 2 Inddel hypoxi i tre principielt mulige årsager og redegør ved hver af disse (årsager) for, om man vil forvente at finde dyspnoe, cyanose respektive hypoxæmi. Spm. 3 Hos en patient med dyspnoe har man fundet. PaO 2 = 55 mm Hg, ph a = 7,30, Hæmoglobin (Fe) = 9,8 mmol/l. Det oplyses desuden, at oxygenmætningen (O 2 -saturationen) = 52% i blod udtaget fra højre ventrikel. Redegør for, om der hos denne patient foreligger henholdsvis cyanose, hypoxæmi og hypoxi. Spm. 4 Du bliver kaldt til skadestuen, hvor en tidligere rask person har fået et krampeanfald. Patienten angiver at have smerter uden at vide hvorfor. Du finder patienten meget urolig og overdrevent nervøs, grænsende til det hysteriske. Objektivt findes en dyb og frekvent respiration. a. Hvad er den mest sandsynlige årsag til kramperne? b. Hvordan vil du behandle patienten akut med henblik på kramperne? Begrund svarerne. Spm. 5 Præparater med virkning som oxytocin, prostaglandiner og progesteron-receptorblokkere anvendes til igangsætning af fødsel og som vestimulerende middel. Bekriv disse tre præparaters betydning for fødselsforløbet. 1

130 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 28 MAJ 2003 Spm. 6 V. Figuren viser et stykke af et blodkar, der perfunderes med en 120 mm sukroseopløsning vha. en pumpe og nogle rør. Blodkarret er anbragt i et vandbad, der indeholder en 100 mm sukroseopløsning. Perfusionsvæsken og væsken i vandbadet har en temperatur på 27 o C og en massefylde på 1060 kg m -3. Viskositeten af perfusionsvæsken er 1, kg m -1 s -1. Lufttrykket over væsken i karret, p o = 101,3 kpa. Blodkarret er cylindrisk og dets radius og længde er hhv. 0,5 mm og 10 mm, og dets dimensioner er konstante under forsøget. Det er placeret vandret 10 cm under væskeoverfladen i vandbadet. Det kan antages at blodkarret er impermeabelt for sukrose. a. Vis at strømningen er laminar og beregn trykfaldet fra A til B, når volumenhastigheden af perfusionsvæsken er 1,0 ml s -1. b. Beregn det indre hydrostatiske tryk i blodkarret midt mellem A og B, når nettotransporten af vand over blodkarret er nul. Spm. 7 En isoleret soleus-muskel fra en rotte anbringes i en isometrisk myograf i en Krebs-Ringer buffer med normalt kaliumkoncentration. Musklen stimuleres supramaksimalt med en frekvens på 12 Hz og spændingsudviklingen registreres i form af en takket tetanus. Derefter skiftes til en buffer med kaliumkoncentration på 12,5 mm og efter ca 15 min. stimuleres musklen som før, men nu uden nogen effekt. a. Hvad forstår man ved isometrisk kontraktion og takket tetanus? b. Hvorfor reagerer musklen ikke på stimulationen i bufferen med 12,5 mm K +? Begrund svaret. 2

131 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 28 MAJ 2003 Spm. 8 Middelblodtrykket i aorta (radius 8 mm) er hos en person 14,0 kpa (105 mmhg). Blodets middelhastighed er her 0,4 m s -1 og iltindholdet 0,2 m 3 (STPD) m -3. Middelblodtrykket ved indløb til venstre ventrikel er 0,67 kpa (5 mmhg) og iltindholdet ved indløb til højre atrium er 0,15 m 3 (STPD) m -3. a. Beregn venstre ventrikels effekt. b. Beregn personens energiomsætningshastighed. Spm. 9 Redegør ud fra kendskabet til den normale impulsdannelse og -udbredning for hvorledes EKG ets R- og T-tak opstår herunder, hvorfor de begge er positive i standardafledning II hos normale. Spm. 10 FIGUR Ved kraftigt muskelarbejde (fx vægtløftning) eller ved brug af bugpressen (fx under fødsel eller defækation) foretager man en forceret eksspiration mod lukket glottis, - en såkaldt Valsalvamanøvre. En normal person udfører en sådan Valsalva manøvre (mellem start og stop). Ovenstående figur viser resultatet heraf dels på øsophagustrykket, som repræsenterer det intrathorakale tryk og dels på arterietrykket. Redegør for ændringerne i pulstrykkets størrelse a. under Valsalva manøvren, og b. efter Valsalva manøvren. 3

132 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 28 MAJ 2003 Spm. 11 En person ønsker sig et par kontaktlinser, fordi han ikke kan se genstande skarpt, når de befinder sig i større afstand end 1 m. a. Hvilken type refraktionsanomali har personen? Begrund svaret. b. Beregn forreste krumningsradius for en kontaktlinse med brydningsindeks på 1,45 som skal passe til hornhindens krumningsradius på 8 mm. Spm. 12 Para-aminohippurat (PAH) indgives intravenøst i en kvindelig forsøgsperson med en hastighed, der sikrer at der er opnået steady state. Infusionsvæskens PAH koncentration varieres og efter opnået steady state måles plasmakoncentrationen og udskillelseshastigheden af PAH. De sammenhørende værdier er vist i ovenstående figur. a. Definer T max og tærskelværdi samt redegør for splay fænomenet. b. Udfra ovenstående figur bestem T max, GFR samt den renale gennemblødningshastighed, når det oplyses at forsøgspersonens hæmatokrit er 0,43. De nødvendige forudsætninger angives. 4

133 FYSIOLOGI OG BIOFYSIK 28 MAJ 2003 Spm. 13 En ung mand har lidt af inflammation af tarmvæggen (Crohn s sygdom) gennem længere tid. Som led i behandlingen fjernes den nederste tredjedel af ileum. Redegør for hvilke funktionsforstyrrelser, der efterfølgende kan forventes at optræde hos den unge mand. Spm. 14 I 1995 blev Tokyos undergrundsbane ramt af et terrorangreb hvorunder der blev anvendt nervegassen sarin. Blandt de 641 ofre som blev indlagt på St. Luke s International Hospital, var de fremtrædende symptomer og fund: synsforstyrrelser, dyspnoe, øget tåreflåd, øget næse- og spytsekretion, faldende puls og blodtryk, kvalme, opkast, mavesmerter og diarreer, intens svedsekretion. Senere kom der muskelsitren omkring øjnene og i tungen, som senere breder sig til flere muskelgrupper. Enkelte patienter fik krampeanfald. a. Hvad er sarin s sandsynlige virkning? Begrund svaret på basis af de enkelte symptomer. b. Kom med et begrundet forslag til en akut behandling af ofrene. Spm. 15 Gør rede for hvordan membranegenskaber og membrankomponenter i cellemembranen er ansvarlige for cellens hvilemembranpotentiale. 5