LÄÄKETIETEEN ALAN VALINTAKOE VASTAUSANALYYSIT TEHTÄVÄKOHTAISET PISTEET: yhteensä

Transkriptio

1 LÄÄKETIETEEN ALAN VALINTAKOE VASTAUSANALYYSIT TEHTÄVÄKOHTAISET PISTEET: yhteensä Vastausanalyysissä määritellään yleisesti kunkin tehtävän osalta arvostelun perusteena olevat asiasisällöt. Yksittäisiä vaadittavia mainintoja tai niiden pistearvoa ei vastausanalyysista voi päätellä. Yksityiskohtaisesti pisteytettyä mallivastausta ei esitetä, koska asiasisällön esittämisessä voi tehtävän mukaan olla yksilöllisiä vastaustapoja.

2 1 Tehtävä 1 0 pistettä Kirjoita tehtävämonisteessa olevien aineistotekstiotteiden perusteella yhteenveto, jossa vertailet aikuisilla ja lapsilla tapahtuvia muutoksia verenkierrossa ja verenkiertoelimistön toiminnassa saunomisen aikana ja lyhytaikaisesti saunomisen jälkeen. Vastauksen mahtuminen annettuun tilaan edellyttää kokonaisuuden hallintaa: hyvää jäsentelyä, keskittymistä olennaiseen ja harkittua esimerkkien käyttöä. Aikuisilla ja eri-ikäisillä lapsilla tapahtuvien muutosten vertailun on käytävä selkeästi ilmi vastauksesta, eikä sitä voi jättää korjaajan tulkittavaksi. Keskeisten erojen lisäksi on käsiteltävä myös yhtäläisyyksiä. Vastauksesta on käytävä ilmi saunomisen aikaisen lämpökuormituksen yleiset vaikutukset, jotka ovat samankaltaiset sekä lapsilla että aikuisilla: ääreisverenkierron (erityisesti ihon verenkierron) voimakas lisääntyminen, keskeisen verenkierron tilavuuden ja verenpaineen ylläpitämiseksi tapahtuva suolistoalueen ja munuaisten verisuonten supistuminen ja sydämen syketiheyden kasvu. Lisäksi on tarkasteltava lasten aikuisia huonompaa lämmönsietokykyä heidän sydän- ja verisuonijärjestelmänsä rajallisen kapasiteetin vuoksi. Syketiheyden kasvattamisvara on lapsilla pienempi kuin aikuisilla. Vertailun kohteeksi on otettava erityisesti iskutilavuuden sekä syketiheyden nousun yhteys minuuttitilavuuden kasvuun (aikuisilla ja yli 5-vuotiailla lapsilla syketiheyden nousu johti minuuttitilavuuden kasvuun, mutta alle 5-vuotiailla lapsilla iskutilavuus pieneni ja syketiheyden nousun avulla minuuttitilavuus saatiin vain ylläpidettyä). Aikuisilla ja yli 10-vuotiailla lapsilla verenpainetta ylläpitävät mekanismit ovat tehokkaampia kuin alle 10-vuotiailla lapsilla, mikä tuli korostuneesti esiin saunomisen jälkeisessä vaiheessa. Alle 10-vuotiailla lapsilla verenpaine laski syketiheyden nopeasti alentuessa, kun ihoverisuonet olivat vielä laajentuneita. Syyksi heillä ilmenneisiin huimausoireisiin ja jopa pyörtymisiin epäiltiin alentunutta aivoverenvirtausta. Aineisto

3 Tehtävä 9 pistettä a) Mitkä ihon ja ihonalaiskudoksen rakenteet osallistuvat tasalämpöisyyden ylläpitoon aikuisella ihmisellä? (4 p) Ihoverisuonet, pienet hikirauhaset, ihonalainen rasvakerros ja karvapeite (hiukset) b) Millä tavoin nämä rakenteet edistävät tasalämpöisyyden säilymistä? (5 p) Kehonlämmön kohotessa ihoverisuonten laajeneminen ja ihon verenkierron lisääntyminen tehostavat lämmön poistumista kehosta. Kylmässä ympäristössä ihoverisuonten supistuminen ja ihoverenkierron väheneminen vähentävät lämmön poistumista ympäristöön. Kehonlämmön noustessa pienten hikirauhasten erittämän hien haihtuminen iholta sitoo lämpöä. Ihonalainen rasvakudos toimii lämmöneristeenä ja hillitsee elimistön jäähtymistä kylmässä ympäristössä ja lämpenemistä lämpimässä ympäristössä. Karvapeitteen vuoksi lämmin ilmakerros pysyy paikallaan ihon pinnassa ja vähentää lämmönhukkaa. Galenos: 196, 199, 67, 71, 7, , 450 Aineisto

4 Tehtävä 17 pistettä a) Mikäli saunojan ihon lämpötila ei muutu, niin kuinka paljon henkilöstä siirtyy lämpöenergiaa säteilemällä 1 minuutin aikana? (4 p) Q 1,9m 5, W e A Tk 41 K 100,8W 1, 0kW mk Q Q t 100,8W 160s 75000J 0,74MJ e e b) Entä kuinka paljon henkilöön siirtyy lämpöenergiaa säteilemällä samassa ajassa? ( p) Q 1,9m 5, W a A Ts 47 K 085,W,1kW mk Q Q t 085,W 160s J 1,5MJ a a c) Mikä on säteilemällä siirtyvän tehon nettomäärä ja -suunta? ( p) Q r Q e Q a 100,8W 085,W 1065W eli ympäristöstä henkilöön siirtyy lämpöä säteilemällä 1,1 kw teholla. d) Laske lämpöenergian kuljetusteho ilmasta saunojaan käyttäen konvektioyhtälöä ja luonnollisen kuljettumisen laskukaavaa. (4 p) h 0,5,8 1 7 W W 6,651 Km Km ja lämmön siirto konvektiolla Q 6,651W C 1,9m 61K 770,9W 770W Km e) Kuinka suuri henkilön hikoilunopeuden (kg/h) tulee saunassa olla, jotta kehon lämpötila ei nouse, kun oletetaan, että hiki haihtuu kokonaisuudessaan? Oleta hien olevan termodynaamisesti täysin veden kaltaista ja termodynaamisen prosessin saman kuin kiehumisessa. (4 p) Tuotettu lämpö ulos > 0, vastaanotettu lämpö sisään < 0 Q Q r Q C Q S Q S Q Q r Q C 8W 1065W+770,9W=1918,9W Veden (hien) haihduttamiseen saunan lämpöiseksi höyryksi kuluu Q =61K 4,19kJ 60kJ 515,59 kj =515,59 J S kgk kg kg g jolloin hikoilunopeus r on 1918,9 J r= s 0, 76 g 46 g, 7 kg 515,59 J s min h g Galenos: 67-69, 70

5 4 Tehtävä 4 18 pistettä a) Laske sydämen iskutilavuus ennen saunomista (syke 75 lyöntiä minuutissa) ja saunomisen aikana (syke 10 lyöntiä minuutissa). (4 p) Minuuttitilavuus = syke iskutilavuus (sv) 5,1 l/min 9,16 l/min Ennen: sv 0,0708 l 71 ml, aikana: sv 0,076 l 76 ml 75/ min 10/ min b) Laske prosentteina, paljonko sydämen keskimääräinen teho muuttuu suhteessa tilanteeseen ennen saunomista. Käytä laskussa SI-yksiköitä. (6 p),5 7 Sydämen keskimääräinen teho P q p q A 6 kg m Paine pascaleina: p Hg gh1600 9,81 0,101 m 1475 Pa m s, kg/m 5,110 m 7 kg 5,110 m Ennen: P ,419 W 1, 4 W (0,000 m ) 60 s 6 m s 60 s, kg/m 9,16 10 m 7 kg 9,1610 m Aikana: P 1475,545 W,5 W (0,000 m ) 60 s 6 m s 60 s,545 1,419 Muutos-%: 100 % 79,5 % 79 % 1,419 c) Laske tehtävämonisteen kuvassa 1 olevan mallin avulla, paljonko ihonalaiskudoksen virtausvastus muuttuu PRU-yksiköissä (perifeerinen vastusyksikkö) tilanteissa ennen saunomista ja saunomisen aikana. Saunomisen aikana perifeerinen kokonaisvirtausvastus laskee 4 % ja ennen saunomista verenvirtauksesta 6,0 % kulkee ihonalaiskudoksen kautta. Saunomisen aikana muun kehon perifeerinen vastus = 1,1 PRU. Molemmissa tapauksissa keskimääräinen aortta- ja laskimopaineen ero Δp = 98 mmhg. Huomioi miten PRU-yksikkö on määritelty. (8 p) 510 ml ml 98 mmhg Ihonalaiskudoksen virtaus, ennen: 0,06 5,1 eli: PRUiho 18, 456 PRU 60 s s 5,1 ml/s 98 mmhg Muun kudoksen virtaus, aikana: Q muu 89,0909 ml/s 545 ml/min 1,1 PRU Ihon kautta: Q iho 9160 ml/min 545 ml/min 815 ml/min eli: 98 mmhg 60 s PRU iho 1,541 PRU 815 ml PRU iho pienenee 18,456 PRU 1,541 PRU = 16,91 PRU 17 PRU (Tai muu loogisesti etenevä ja oikeaan tulokseen johtava ratkaisutapa) Galenos: 406, 410, 40-4,

6 5 Tehtävä 5 10 pistettä a) Pohdi mitä fysiologisia vaikutuksia sydämen toiminnan kannalta typpioksidilla voi olla saunomisen aikana. (4 p) Sydämen kuormitus ja energiantarve lisääntyvät saunomisen aikana syketiheyden kasvun ja minuuttitilavuuden kasvun (yli 10-vuotiailla lapsilla ja aikuisilla) vuoksi. Typpioksidin muodostumisen lisääntyminen saunomisen aikana saa aikaan verisuonien, myös sepelvaltimoiden laajenemisen. Sepelvaltimoiden laajeneminen lisää sydänlihaksen energian- ja hapensaantia. Verisuonien laajeneminen vähentää veren virtausvastusta ja pyrkii osaltaan pienentämään sydämen kuormitusta. b) Piirrä täydellinen rakennekaava arginiinin siitä muodosta, joka on vallitseva liuoksessa ph:n arvolla A) 1, B) 7 ja C) 1,5. Vihje: arginiinin sivuketjun protonoituminen tapahtuu kaksoissidokselliseen typpeen. (6 p) A B C Galenos: 15-16, 18-4, 40-4, 5-61, 7, 40, 445, 446, 455, 58 Aineisto

7 6 Tehtävä 6 1 pistettä a) Mitkä tehtävämonisteessa olevan kuvan spirogrammeista 1-6 (ryhmien keskiarvokäyriä) kuvaavat aineistotekstissä mainittujen -5-vuotiaiden lasten hengitystä ennen saunomista ja maksimaalista hengitystä saunomisen aikana? Mitkä ovat vastaavat kuvaajat yli 15-vuotiaiden ryhmälle? Perustele vastauksesi. (6 p) Spirogrammista saadaan hengitystaajuus ja kertahengitysilman tilavuus, joiden tulo on minuuttitilavuus. Aineistotekstin taulukossa 8 annettuja minuuttitilavuuksia vastaavat spirogrammit ennen saunomista ja saunomisen aikana ovat -5-vuotiaille ja 4 ja yli 15-vuotiaille vastaavasti ja 1. Minuuttitilavuudet ennen saunomista ovat näillä ryhmillä lähes samansuuruiset, mutta spirogrammit erottuvat toisistaan hengitystaajuuden ja -tilavuuden mukaan -5 vuotiaiden lasten hengittäessä tiheämmin ja pienemmillä kertahengitysilmatilavuuksilla. b) Mistä syystä saunominen lisää hengitystaajuutta ja/tai kertahengitysilmatilavuutta ja siten keuhkotuuletusta? (6 p) Ympäristön lämmetessä lämpenevien kudosten aineenvaihdunta kiihtyy ja elimistön lämmöntuotto lisääntyy. Tämä lisää hiilidioksidin muodostusta. Hiilidioksidi ja sen muodostaman hiilihapon dissosiaatiossa syntyvät vetyionit stimuloivat hengitystä vaikuttamalla ydinjatkeen ja valtimoiden kemoreseptoreihin. Galenos: 104, 71, 81-84, 90, 91 Aineisto

8 7 Tehtävä 7 16 pistettä a) Kuvaa reaktioyhtälöiden ja kaavioiden avulla kudoksessa muodostuneen CO :n muuntuminen veriplasman vetykarbonaatti-ioniksi. Nimeä reaktiosarjan osareaktioita mahdollisesti katalysoivat entsyymit. Kuvaa myös, mitkä reaktiosarjan aineet siirtyvät solukalvon läpi ja millä tavoilla nämä siirtymiset tapahtuvat. (10 p) b) Tehtävämonisteen kuvassa on esitetty oksihemoglobiinin dissosiaatiokäyrät kehon lämpötiloissa 7 C ja 4 C. Koska saunomisen aikana kehon lämpötila kohoaa, niin mitä dissosiaatiokäyrien perusteella voidaan päätellä saunomisen vaikutuksesta hapen sitoutumiseen keuhkoissa ja siirtymiseen kudoksiin verrattuna tilanteeseen, jossa kehon lämpötila on normaali? (6 p) Keuhkojen happiosapaineessa (n. 100 mmhg) hemoglobiiniin sitoutuu hieman vähemmän happea korkeammassa lämpötilassa, mutta ero on kuitenkin pieni eikä merkittävästi alenna kudoksiin kulkeutuvaa happimäärää. Kudosten happiosapaineessa ( n. 40 mmhg) oikeanpuoleinen käyrä kulkee huomattavasti alempana, joten hemoglobiini on luovuttanut suuremman osuuden kuljettamastaan hapesta korkeammassa lämpötilassa. Saunomisen aiheuttama lämmönnousu parantaa siten hapen siirtymistä kudoksiin. Galenos: 58, 96, 87-89, 89-9

9 8 Tehtävä 8 11 pistettä Normaalisti valtimoveren hiilidioksidiosapaine (pco ) on 5, kpa, ph 7,40 ja vetykarbonaatti-ionin konsentraatio 6,6 mmol/l. Saunomisen aikana hiilidioksidin osapaine voi kohota kapillaariveren plasmassa arvoon 7,15 kpa ja veren ph laskea arvoon 7,6. Mitkä ovat tällöin kapillaariveren plasmaan liuenneen hiilidioksidin ja vetykarbonaatti-ionin konsentraatiot (mmol/l)? Muita mahdollisia veren pharvoon vaikuttavia tekijöitä ei oteta huomioon. pk a -arvo hiilidioksidi-vetykarbonaattipuskurijärjestelmälle voidaan ratkaista sijoittamalla normaalitilanteen arvot yhtälöön: ph pk pk a a A log HA A ph log pco H 6,6 7,40 log 6,10 (5, 0,5) Saunomisen aikana liuenneen CO :n konsentraatio kapillaariveressä: c CO = p CO H (Henryn vakio) c CO = 7,15 kpa 0,50 mmol/(l kpa) c CO = 1,79 mmol/l HCO : 7,6 6,10 log log HCO 1, 16 1,79 HCO 14, 45 1,79 HCO 1,79 [HCO ] = 5,9 mmol/l Galenos: 59, 19, 90, 9

10 9 Tehtävä 9 Millä mekanismeilla elimistö pyrkii kompensoimaan saunomisen yhteydessä tapahtuvaa suolanmenetystä? 14 pistettä Vastauksessa tulee yksityiskohtaisesti kuvata reniini-angiotensiini-aldosteronijärjestelmän toiminta suolanmenetyksen yhteydessä: reniinin aktivoituminen ja angiotensiinin muodostuminen sekä aldosteronin vapautuminen lisämunuaisten kuorikerroksesta ja vaikutusmekanismi munuaisissa. Lisäksi vastauksessa tulee käydä esiin atriopeptidierityksen vähenemisen vaikutus. Galenos: 499, 514, 516, 518 Aineisto

11 10 Tehtävä pistettä Laske tehtävämonisteessa mainitussa koetilanteessa olevien vakioiden ja mittaustulosten perusteella alkuperäisen näytteen hormonikonsentraatio. Oleta, että vapaiden hormonien (Hor ja Hor ) konsentraatio reaktioseoksessa ei muutu merkittävästi niiden sitoutuessa A:han (ylimäärä Hor :a ja Hor:a suhteessa A:han) eli C Hor [Hor ] ja C Hor [Hor]. Vihje: ratkaisu saadaan C A :n lausekkeesta. K 1 Hor A Hor A A HorA Hor Hor A A Hor K1 HorA K HorA K Yllä olevan perusteella saadaan HorA K HorA K HorHor A Hor K 1 Hor Hor A Hor Sijoitetaan yhtälöön C A Hor A A Hor A HorA CA Hor K1 CA Hor 1 Hor Hor Hor A K 16 1,00 10 mol l,00 10 Hor 17,74 10 mol l 10 Hor 1,69 10 mol l 1 10 Hor Hor A Hor A Hor mol l 1, ,00 10 l mol 10 mol l Näyte laimeni, kun sitä lisättiin reaktioseokseen: alkuperäisen näytteen hormonikonsentraatio = 1,000 ml/0,00 ml [Hor] = 1,000/0,00 1, mol/l = 8, mol/l Galenos: 5-54, 75, 14, 1

12 11 Tehtävä pistettä a) Kiuas korvataan sähkökiukaalla, jossa kolme identtistä vastusta on kukin erikseen kytketty 0 V teholliseen jännitteeseen. Kuinka suuri pitää kunkin vastuksen resistanssin olla, jotta lämmitysaika pysyisi samana? (5 p) P = UI, U = RI I = U/R, P = U /R, E/ = Pt = U t/r R = 6 E = MJ = 10 J, U = 0 V. t = 65 min = s (0V) 6065 s R = = 8, J U t/e b) Jos saunan ilma on täysin kuivaa ja ilmanpaine saunassa on 105 kpa kun saunomislämpötila saavutetaan, niin kuinka suuri osuus lämmitykseen käytetystä energiasta on kulunut sillä hetkellä saunassa olevan ilman lämmittämiseen? Tässä oletetaan, että ilman lämpötila on kaikkialla saunassa sama. c p,ilma = 1,0 kj/(kg K), ρ ilma (85 ºC) = 1,0 kg/m (5 p) W = E, W = c T c m T c V T p, ilma ilma p,ilma ilma ilma = 85 C - C = 6 K, E = MJ = c p,ilma = 1,0 kj/ (kg K) = 1,0 10 J/ K) 6 10 J, V ilma = 7,8 m (85 C ) = 1,0 kg/ m (kg, ilma E V p, ilma ilma ilma 1,0 10 J/(kg K) 1,0 kg/m 7,8 m 6 K = 0,016 0,01,1 % 6 10 J c) Mikäli kiukaalle heitetään,5 dl vettä ( ºC), joka höyrystyy kokonaan, ja oletetaan, ettei ilma (hetkellisesti) pääse poistumaan saunasta sekä odotetaan, kunnes lämpötila ja ilmankosteus saunan sisällä ovat tasaantuneet, niin kuinka paljon ilmanpaine saunassa on noussut löylynheittoa edeltävään hetkeen verrattuna? Voit käsitellä sekä ilmaa että höyryä ideaalikaasuina ja voit olettaa niiden olevan kaikkialla saunassa 85 ºC lämpötilassa. (8 p) Dalton n höyry = p m M tot pilma p höyry p = p höyry, phöyry V höyry = nhöyry RT m V M M höyry höyry T = 85 C = (85+7,15) K = 58,15 K, R = 8,14 J/( mol K ), V höyry = 7,8m V =,5 dl = 0,5 10 m, ( C ) = 1,0 10 kg/ m M = M H + 1 M O = 1, 0 g/mol , 0 g/mol = 18,0 p p höyry = M = 5, J/ V V R T höyry m 5,7 kpa 1,0 10 kg/m 0,510 18, kg/mol m 8,14 J/(mol K) 58,15 K kg/mol7,8 m = T Galenos: 17, 16, 75, 76, 79, 51, 5