Physiology Cases and Problems FOURTH EDITION Linda S. Professor of Physiology and Biophysics Medical College of Virginia Virginia Commonwealth University Richmond, Virginia LWBK1078-FM_i-x.indd 3 5/16/12 7:05 PM Contents Preface vi Acknowledgments vii 1. CELLULAR AND AUTONOMIC PHYSIOLOGY 1 CASE 1 Permeability and Simple Diffusion 2 CASE 2 Osmolarity, Osmotic Pressure, and Osmosis 7 CASE 3 Nernst Equation and Equilibrium Potentials 13 CASE 4 Primary Hypokalemic Periodic Paralysis 19 CASE 5 Epidural Anesthesia: Effect of Lidocaine on Nerve Action Potentials 24 CASE 6 Multiple Sclerosis: Myelin and Conduction Velocity 28 CASE 7 Myasthenia Gravis: Neuromuscular Transmission 32 CASE 8 Pheochromocytoma: Effects of Catecholamines 36 CASE 9 Shy–Drager Syndrome: Central Autonomic Failure 42 2. CARDIOVASCULAR PHYSIOLOGY 47 CASE 10 Essential Cardiovascular Calculations 48 CASE 11 Ventricular Pressure–Volume Loops 57 CASE 12 Responses to Changes in Posture 64 CASE 13 Cardiovascular Responses to Exercise 69 CASE 14 Renovascular Hypertension: The Renin–Angiotensin–Aldosterone System 74 CASE 15 Hypovolemic Shock: Regulation of Blood Pressure 79 CASE 16 Primary Pulmonary Hypertension: Right Ventricular Failure 86 CASE 17 Myocardial Infarction: Left Ventricular Failure 91 CASE 18 Ventricular Septal Defect 97 CASE 19 Aortic Stenosis 101 CASE 20 Atrioventricular Conduction Block 105 3.
RESPIRATORY PHYSIOLOGY 109 CASE 21 Essential Respiratory Calculations: Lung Volumes, Dead Space, and Alveolar Ventilation 110 CASE 22 Essential Respiratory Calculations: Gases and Gas Exchange 116 CASE 23 Ascent to High Altitude 122 CASE 24 Asthma: Obstructive Lung Disease 128 viii LWBK1078-FM_i-x.indd 8 5/16/12 7:05 PM Contents ix CASE 25 Chronic Obstructive Pulmonary Disease 139 CASE 26 Interstitial Fibrosis: Restrictive Lung Disease 146 CASE 27 Carbon Monoxide Poisoning 153 CASE 28 Pneumothorax 157 4. RENAL AND ACID–BASE PHYSIOLOGY 161 Case 29 Essential Calculations in Renal Physiology 162 Case 30 Essential Calculations in Acid–Base Physiology 169 Case 31 Glucosuria: Diabetes Mellitus 175 Case 32 Hyperaldosteronism: Conn’s Syndrome 181 Case 33 Central Diabetes Insipidus 189 Case 34 Syndrome of Inappropriate Antidiuretic Hormone 198 Case 35 Generalized Edema: Nephrotic Syndrome 202 Case 36 Metabolic Acidosis: Diabetic Ketoacidosis 208 Case 37 Metabolic Acidosis: Diarrhea 215 Case 38 Metabolic Acidosis: Methanol Poisoning 219 Case 39 Metabolic Alkalosis: Vomiting 223 Case 40 Respiratory Acidosis: Chronic Obstructive Pulmonary Disease 230 Case 41 Respiratory Alkalosis: Hysterical Hyperventilation 234 Case 42 Chronic Renal Failure 238 5. GASTROINTESTINAL PHYSIOLOGY 243 CASE 43 Difficulty in Swallowing: Achalasia 244 CASE 44 Malabsorption of Carbohydrates: Lactose Intolerance 248 CASE 45 Peptic Ulcer Disease: Zollinger–Ellison Syndrome 253 CASE 46 Peptic Ulcer Disease: Helicobacter pylori Infection 259 CASE 47 Secretory Diarrhea: Escherichia coli Infection 263 CASE 48 Bile Acid Deficiency: Ileal Resection 267 CASE 49 Liver Failure and Hepatorenal Syndrome 272 6. ENDOCRINE AND REPRODUCTIVE PHYSIOLOGY 279 CASE 50 Growth Hormone-Secreting Tumor: Acromegaly 280 CASE 51 Galactorrhea and Amenorrhea: Prolactinoma 284 CASE 52 Hyperthyroidism: Graves’ Disease 288 CASE 53 Hypothyroidism: Autoimmune Thyroiditis 295 CASE 54 Adrenocortical Excess: Cushing’s Syndrome 299 CASE 55 Adrenocortical Insufficiency: Addison’s Disease 304 CASE 56 Congenital Adrenal Hyperplasia: 21b-Hydroxylase Deficiency 309 CASE 57 Primary Hyperparathyroidism 312 CASE 58 Humoral Hypercalcemia of Malignancy 316 CASE 59 Hyperglycemia: Type I Diabetes Mellitus 320 CASE 60 Primary Amenorrhea: Androgen Insensitivity Syndrome 324 CASE 61 Male Hypogonadism: Kallmann’s Syndrome 329 CASE 62 Male Pseudohermaphroditism: 5a-Reductase Deficiency 332 Appendix 1 337 Appendix 2 339 Index 341 LWBK1078-FM_i-x.indd 9 5/16/12 7:05 PM NGUYỄN THỊ HUỲNH NHƯ – Y2015 – KHOA Y ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 0921201979 https://www.php?id=100016759485424 https://www.com/channel/UCficr5UEhkIxkeR6EtIbOvw/playlists Đây là những case dịch từ quyển sách: https://drive.com/file/d/0BytYFNB2DBkYQzBTbHE5cUNtem8/view Trong quá trình dịch có nhiều chỗ mình thu ngắn và diễn giải theo ý mình.
Mọi góp ý vui lòng nhắn tin qua điện thoại hoặc facebook. Xin cám ơn! CASE 1: TÍNH THẤM VÀ SỰ KHUẾCH TÁN ĐƠN GIẢN Bốn chất tan được học tương ứng với tính thấm và tỉ lệ khuếch tán của nó qua qua một lớp lipid kép. Bảng 1-1 cho thấy bán kính nguyên tử và hệ số phân chia dầu – nước của mỗi chất tan. Sử dụng thông tin đã cho trong bảng để trả lời các câu hỏi bên dưới về hệ số khuếch tán, tính thấm và tỉ lệ khuếch tán.
1, Phương trình mô tả hệ số khuếch tán cho một chất tan là gì? Mối liên hệ giữa bán kính nguyên tử và hệ số khuếch tán? Phương trình mô tả hệ số khuếch tán là phương trình Stokes – Einstein: Với: D là hệ số khuếch tán; K là hằng số Boltzmann; T là nhiệt độ tuyệt đối (K); r là bán kính nguyên tử; ῃ là độ nhớt. Công thức cho thấy quan hệ tỉ lệ nghịch giữa bán kính nguyên tử và hệ số khuếch tán. Thật vậy, chất tan nhỏ có hệ số khuếch tán cao và ngược lại, chất tan lớn có hệ số khuếch tán thấp. 2, Phương trình nào liên hệ tính thấm và hệ số khuếch tán? Mối liên hệ giữa bán kính nguyên tử và tính thấm? Với P là tính thấm; K là hệ số phân chia; D là hệ số khuếch tán; delta(x) là độ dày của màng Công thức cho thấy tính thấm tỉ lệ trực tiếp với hệ số khuếch tán D.
Sâu hơn nữa, bởi vì hệ số khuếch tán tỉ lệ nghịch với bán kính nguyên tử => tính thấm cũng tỉ lệ nghịch với bán kính nguyên tử. Khi bán kính nguyên tử tăng, cả hệ số khuếch tán và tính thấm đều giảm. 3, Mối liên hệ giữa hệ số phân chia dầu – nước và tính thấm? Đơn vị của hệ số phân chia là gì? Đo hệ số phân chia bằng cách nào? 1 NGUYỄN THỊ HUỲNH NHƯ – Y2015 – KHOA Y ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 0921201979 https://www.php?id=100016759485424 https://www.com/channel/UCficr5UEhkIxkeR6EtIbOvw/playlists Hệ số phân chia dầu – nước (K) mô tả mối liên hệ giữa khả năng hòa tan của một chất tan trong dầu và khả năng hòa tan của nó trong nước. Hệ số phân chia cao hơn, chất tan trong dầu hay tính thấm qua màng lipid cao hơn và khuếch tán dễ dàng hơn qua màng đôi lipid.
Mối liên hệ giữa hệ số phân chia dầu – nước và tính thấm được mô tả trong câu trả lời câu hỏi số 2: K cao hơn => tính thấm cao hơn. Hệ số phân chia là một con số không có đơn vị. Nó được đo bằng cách xác định mối liên quan nồng độ của chất tan trong pha dầu và nồng độ của chất tan trong pha nước, mô tả bằng tỉ lệ hai nồng độ. Khi được mô tả như một tỉ lệ, đơn vị của nồng độ triệt tiêu nhau.
Một điểm tiềm ẩn nhầm lẫn là trong phương trình tính thấm, K hiện diện là hệ số phân chia (bàn luận câu hỏi 4); trong phương trình hệ số khuếch tán, K hiện diện cho hằng số Boltzmann. 4, Dựa vào bốn chất tan trong bảng 1-1, chất nào có tính thấm cao nhất qua màng đôi lipid? Tính thấm qua màng đôi lipid tỉ lệ nghịch với kích thước phân tử và tỉ lệ thuận với hệ số phân chia. Thật vậy, một phân tử nhỏ với hệ số phân chia cao (chất có khả năng tan nhiều trong lipid) có tính thấm cao nhất, và một chất tan lớn với hệ số phân chia thấp có tính thấm thấp nhất. Dựa vào bảng 1-1: chất tan B có tính thấm cao nhất vì nó có kích thước nhỏ nhất và hệ số hân chia cao nhất.
5, Dựa vào bốn chất tan trong bảng 1-1, chất nào có tính thấm thấp nhất qua màng đôi lipid? Chất tan D có tính thấm thấp nhất vì nó có kích thước lớn nhất và hệ số phân chia thấp nhất. 6, Hai dung dịch chất tan với nồng độ khác nhau của chất tan A được phân chia bởi màng đôi lipid có diện tích bề mặt 1cm2. Nồng độ của chất tan A ở một dung dịch chất tan là 20 mmol/mL, nồng độ của chất tan A trong dung dịch chất tan còn lại là 10 mmol/mL, và tính thấm của màng đôi lipid với chất tan A là 5x10-5 cm/giây. Cái gì trực tiếp và tỉ lệ và tỉ lệ khuếch tán thực của chất tan A qua màng đôi lipid? Công thức tính tỉ lệ khuếch tán thực của chất tan theo định luật khuếch tán Fick: Với: J là tỉ lệ khuếch tán thực (mmol/s); P là tính thấm (cm/s); A là diện tích bề mặt (cm2); C1 là nồng độ trong dung dịch chất tan 1 (mmol/mL); C2 là nồng độ dung dịch chất tan 2 (mmol/mL).
Tỉ lệ khuếch tán thực tỉ lệ thuận với tính thấm của chất tan qua màng, diện tích bề mặt, và sự khác biệt về nồng độ qua màng. Tỉ lệ khuếch tán thực của chất tan A: 2 NGUYỄN THỊ HUỲNH NHƯ – Y2015 – KHOA Y ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 0921201979 https://www.php?id=100016759485424 https://www.com/channel/UCficr5UEhkIxkeR6EtIbOvw/playlists 7, Nếu diện tích bề mặt của màng đôi lipid trong câu 6 tăng gấp đôi, thì tỉ lệ khuếch tán thực của chất tan A là? Nếu diện tích bề mặt tăng gấp đôi, tất cả các thông số khác không đổi thì tỉ lệ khuếch tán thực cũng tăng gấp đôi. 8, Nếu tất cả điều kiện được nhận định giống với điều kiện được mô tả trong câu hỏi 6, ngoại trừ chất tan A được thay thế bằng chất tan B, tỉ lệ khuếch tán thực của chất tan B là? Bởi vì chất tan B có cùng bán kính nguyên tử như chất tan A, nhưng hai lần hệ số phân chia dầu – nước, tính thấm và tỉ lệ khuếch tán thực của chất tan B phải gấp hai so với chất tan A. Do đó, tính thấm của chất tan B là 1x10-4 cm/s và tỉ lệ khuếch tán thực của chất tan B là 1x10-3 mmol/s.
9, Nếu tất cả điều kiện được nhận định giống với điều kiện được mô tả trong câu hỏi 8, ngoại trừ nồng độ của chất tan B trong 20 mmol/mL chất tan gấp đôi lên là 40 mmol/mL, tỉ lệ khuếch tán thực của chất tan B là? Nếu nồng độ cao hơn của chất tan B là gấp đôi, tỉ lệ khuếch tán thực tăng 3x10-3 mmol/s (gấp 3 lần): Nếu bạn nghĩ rằng tỉ lệ khuếch tán sẽ gấp đôi, nên nhớ rằng tỉ lệ khuếch tán tỉ lệ thuận với sự khác biệt nồng độ qua màng, sự khác biệt nồng độ là gấp ba. 3 NGUYỄN THỊ HUỲNH NHƯ – Y2015 – KHOA Y ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 0921201979 https://www.php?id=100016759485424 https://www.com/channel/UCficr5UEhkIxkeR6EtIbOvw/playlists CASE 2: Osmolarity, osmotic pressure and osmosis 1, Osmolarity là gì? Nó được tính bằng cách nào? Osmolarity là nồng độ của các hạt vận động osmotically (xu hướng của chất lỏng) trong dung dịch chất tan. Nó được tính như kết quả của nồng độ chất tan (mmol/L) nhân cho số hạt trên mỗi mol của dung dịch chất tan. Mức độ phân li được mô tả bằng hệ số thẩm thấu (osmotic coefficient – g).
Nếu chất tan không phân ly, g = 1. Nếu chất tan phân li thành hai hạt thì g = 2. Ví dụ, với chất tan là ure hoặc đường saccarozo, g = 1.0 vì chất tan không phân li trong dung dịch. Mặt khác, cho NaCl, g = 2.0 vì NaCl phân li thành hai hạt trong dung dịch, Na+ và Cl-.
Ví dụ cuối cùng, nó quan trọng để chú ý rằng ion Na+ và Cl- có thể tương tác trong dung dịch, làm g hơi thấp hơn lý thuyết.