Harjoituspääsykoe 1
Harjoituspääsykoe 1 Notski.fi
Varaa keskeytymätöntä aikaa kokeen tekemiseen 5 tuntia. Kokeen runkona toimii Helsingin Sanomien 5.3.2008 julkaisema artikkeli, jonka on tarkoitus johdattaa vastauksiin. Itse kokeen kehyskertomus on kuvitteellinen alkuosan artikkelia lukuun ottamatta. Pyri tiiviisiin asiavastauksiin, koska pääsykokeessa tila on erittäin rajallinen. Kokeessa on 15 tehtävää ja maksimipistemäärä on 123. Sallittuja apuvälineitä ovat Notskin kaavakokoelma ja pääsykokeessa sallittu laskin. Harjoituskokeen fysiikan ja kemian osuuksien ratkaisut ovat erillisessä tiedostossaan. Biologian kysymyksien osalta neuvon tarkastamaan omat vastaukset Galenoksen perusteella, koska tällä tavalla saa parhaan käsityksen siitä onko asia jo hallussa.
Onnea matkaan toivottaa, Markus@Notski.fi
1
Harjoitusp채채sykoe 1
2
Harjoituspääsykoe 1 Aivosyöpään sairastuneen ihmisen ennuste on tehokkaimpien hoitojenkin jälkeen valitettavan huono. Keskimääräinen elinikä aggressiivistenkin hoitojen jälkeen on noin puolitoista vuotta. Tyypillisin ensioire on päänsärky, mutta mitä moninaisimpia oireita voi esiintyä. Oirekuva riippuu myös paljolti kasvaimen sijainnista. Esimerkkipotilaamme on 42-vuotias nainen, jonka ensioire oli juuri päänsärky. Sitä hoidettiin tuloksetta mm. ibuprofeenilla ja lopulta päädyttiin tarkempiin tutkimuksiin, kun hän alkoi kärsiä muistihäiriöistä. Hänen lähimuistinsa heikkeni ja vain joitain minuutteja tapahtuneiden asioiden muistamisessa oli vaikeuksia. Tehtävä 1 (6 pist.) a)
Mitä eroa anterogradisella ja retrogradisella amnesialla on?
b)
Millä aivojen alueella epäilet kasvaimen sijaitsevan?
Kasvaimen paikannuttua aloitettiin rankat hoidot, joihin kuului solusalpaajahoitoja, kirurgiaa sekä sädehoitoa. Solunsalpaaja eli sytostaatti on lääke, joka häiritsee tai hidastaa runsaasti jakaantuvien solujen toimintoja. Solunsalpaajia on erilaisia, muun muassa alkyloivat aineet, antimetaboliitit, antibiootit ja ne vaikuttavat eri kohtiin solun kehitysvaiheessa. Useimmat solunsalpaajat tehoavat vain jakautuviin soluihin. Potilaallemme annettiin oraalisesti solunsalpaajana erästä antimetaboliittia. Jotta kyseinen lääkeaine saadaan vesiliukoiseksi oraalisuspensioon, pitää liuoksen pH:ta laskea asidoottiseksi. Kyseisellä lääkeaineella lääketehdas on happamoittanut suspension lisäämällä liuokseen hiilihappoa, jota voidaan turvallisesti annostella kohtalaisiakin määriä. Tehtävä 2 (10 pistettä) Lääkeliuoksen pH on 5,5 ja lämpötila 25 °C. Mikä on siinä olevien hiilihapon ja sen kaikkien anionien prosenttiosuus kahden numeron tarkkuudella suljetussa ilmattomassa lääkepullossa? Hoitojen tehottomuuden vuoksi lääkäri kertoi vaihtoehdosta saada sädehoitoa, joka perustuu ydinvoimaan. Sädehoito reaktorissa neutronisäteily tuotetaan alfa-aktiivisella uraani-235isotoopilla, jonka hajoamistuotteena syntyvistä tuotteista syntyy ns. radioaktiivinen aktiniumsarja. Monet tämän sarjan tuotteista tuottavat edelleen hajotessaan neutronisäteilyä (neutroneista koostuvaa ionisoivaa säteilyä). Säteilyä tuottavan FiR 1 –reaktorin yhden säteilypulssin antoteho on 250 MW, kun pulssin kesto on 30 s. Uraani-235 puoliintumisaika on 7,04·108 vuotta ja yhden hajoamisen vapauttama energia on 4,678 MeV. Säteilytehon oletetaan olevan peräisin vain uraani-235:n fissiosta. Tehtävä 3 (8 pist.) a) Montako moolia uraani-235:ttä täytyy hajota tuottamaan yhden säteilypulssin energia? b) Uraani-235:ttä on reaktoriytimessä nyt 96,512 mol ja reaktori on ollut toiminnassa 46,170 vuotta. Kuinka monta moolia uraania on hajonnut reaktorin valmistumisen jälkeen? 3
Harjoituspääsykoe 1 Potilas suostui hoitoon ja lääkäri kirjoitti lähetteen Espoon Fir-1 hoitoasemalle. Fyysikko kertoi paljon luonnontieteitä lukeneelle naiselle, että aivojen kohdekudoksessa neutronit yhtyvät boori-10 isotooppien ytimeen muodostaen hyvin alfa-aktiivista boori-11-isotooppia. Tehtävä 4 (8 pist.) a) Kirjoita täydellinen boori-11 alfa-hajoamisreaktio. b) Jos syntyvän alfasäteilyn intensiteetti puolittuu 9,0 μm matkalla, kuinka paljon alkuperäisen säteilyn intensiteetistä päätyy aivokasvaimesta 0,10 mm:n päässä olevaan tumakkeeseen? Alfasäteily heikkenee väliaineessa kuten sähkömagneettinen säteily. Edistyksellistä sädehoitoa annettiin aivokudoksen lisäksi vasemman kainalon imusolmukkeisiin. Syövän myöhäisestä diagnoosista johtuen syöpä oli ehtinyt metastasoitua. Metastaasit laskevat taudin ennustetta entisestään. Vasemman kainalon imusolmukkeet olivat tukkeutuneet kasvaimen johdosta ja aiheuttivat merkittäviä kipuja erityisesti rintakehällä ja vasemmassa yläraajassa. Syöpä laskee usein elimistön kykyä puolustautua taudinaiheuttajia vastaan. Myös rankat hoidot alentavat elimistön immuunipuolustusta. Tehtävä 5 (8. pist.) Kerro mistä osista ns. lymfaattinen elinjärjestelmä koostuu. Metastaasit eli etäpesäkkeet mm. maksassa tai luustossakin ovat mahdollisia. Metastaasit haittaavat elinten luonnollista toimintaa ja aiheuttavat oireita sekä erilaisia löydöksiä kuten imusolmukkeidenkin kohdalla huomattiin. Syövän loppuvaiheisiin liittyy usein maksakirroosi, jolle ominaista on maksasolujen tuhoutuminen ja kovettuminen. Oireina maksakirroosille voivat olla esimerkiksi porttiverenkierron häiriintyminen ja proteiinisynteesin häiriöt, jotka johtavat veren proteiinikonsentraation laskemiseen ja turvotuksen eli askiteksen kerääntymiseen perifeerisiin kudoksiin. Ennen ydinsädehoidon aloittamista lääkärin vastaanotolla oli tutkittu potilaan maksaverenkierron tilaa. Radiologian erikoislääkäri tutki ultraäänen avulla porttilaskimonverenkiertoa tehden dopplermittauksen. Dopplermittauksessa käytetään 2,85 MHz:n ultraääntä, jonka nopeus veressä on 1540 m/s. Tehtävä 6 (10 pist.) a) Kuinka suuri taajuuden muutos havaitaan ultraäänen heijastuessa veren soluista, jotka liikkuvat nopeudella 0,42 m/s? Anturiin saapuvan heijastuneen ultraäänen ja veren liikesuunnan välinen kulma on 30 astetta. b) Missä kulmissa tulisi anturista lähtevän ultraäänen suunnan olla veren liikesuuntaan nähden, jotta taajuusmuutos olisi mahdollisimman suuri? Miksi? Käynnillä maksan rakenne ja verenkierto todettiin normaaleiksi. Jo aikaisemmin kainalossa olleiden etäpesäkkeiden lisäksi uusia metastaasejakaan ei löytynyt.
4
Harjoituspääsykoe 1 Säteilyhoidossa boorin kantajana toimiva fenyylialaniini liitetään fruktoosiin boorin toisen hydroksyyliryhmän välityksellä, jolloin muodostuvan boorifenyylialaniini-fruktoosi-kompleksin vesiliukoisuus lisääntyy. Fenyylialaniini on yksi luonnon 20 yleisimmästä aminohaposta ja se on myös mukana ensivaiheen proteiinisynteesissä. Huoneenlämpötilassa se on valkoista, hajutonta ja heikkoliukoista kiteistä ainetta. Fenyylialanyylin systemaattinen nimi on 2-amino-3-fenyylipropionihappo. Tehtävä 7 (8 pist.) a) Nimeä boorifenyylialaniinin ionisoituneet funktionaaliset ryhmät 1) fysiologisessa pH:ssa 2) pH:ssa 0. b) Boorifenyylialaniinin (BPA) molekyylikaava on C9H12BNO4 ja se dissosioituu aivoissa booriksi ja fenyylialaniiniksi. 1 mooli aspartaamia C14H18N2O5 muodostaa hajotessaan mm. 1 moolin fenyylialaniinia C9H11NO2. Jos pullollisessa virvoitusjuomaa on aspartaamia 2,65 mg, kuinka moninkertaisesti fenyylialaniinia potilas saa boorifenyylialaniiniannostelun vuoksi, kun kerta-annos BPA:ta on 50 grammaa? Potilasta tutkittaessa säteilytyksen jälkeen lääkärin vastaanotolla hänestä määritettiin tavallisia laboratorioarvoja muun muassa perusverenkuva sekä joitain humoraalisia tekijöitä. Pitkälle edenneen syövän vuoksi potilaan ruokahalu oli heikentynyt ja hän oli alkanut kärsiä mm. raudanpuuteanemiasta, jonka vuoksi hänen verestään määritettyjen punasolujen keskitilavuus oli laskenut (MCV=57 fl). Laboratoriovastauksesta saatiin myös punasolujen keskimassaksi 140 pg. Tehtävä 8 (10 pist.) a) Kun plasman tiheys on 1050 kg/m3 ja viskositeetti 1,1 mPas, mikä on potilaan lasko? b) Mitkä humoraaliset tekijät säätelevät verenkiertoa? Potilas ihmetteli näytteidenoton yhteydessä sairauttaan, koska kertoi aina olleensa täysin terve. Suvussakaan mitään merkittäviä sairauksia ei ollut esiintynyt. Siskon verenpainetasot olivat tosin olleet hieman koholla ja äidinäiti oli sairastanut melanooman viimeisinä elinvuosinaan. Äidinäiti oli muuttanut Espanjan aurinkoon hikoilemaan eläkepäiviään. Potilaamme pohtikin olisiko melanoomalla ja hänen aivokasvaimella yhteyttä. Tehtävä 9 (10 pist.) a) Kuinka iho toimii lämmönsäätelyssä? b) Kuinka melanoomaa voi ennaltaehkäistä? Lääkäri rauhoitteli potilasta melanooman tuomasta sukurasitteesta. Lääkäri kertoi, että vaikka syöpien välillä havaitaankin usein perinnöllisyyttä, ei melanoomalla ja aivosyövällä ole suoraa yhteyttä toisiinsa. Näytteenottoa jatkettiin ja potilaasta otettujen näytteiden joukossa oli myös veriplasman proteiinimääritys, jota varten kokoverinäytettä sentrifugoitiin ultrasentrifugissa, 5
Harjoituspääsykoe 1 jolloin edellä mainitut punasolut (tilavuus 57 fl, massa 140 pg) alkoivat sedimentoitua veressä (tiheys 1050 kg/m3). Punasolujen kitkakerroin nesteessä on 0,45·10-6 kg/s. Laboratorion sentrifugi saavuttaa kierrostaajuuden 70000 rpm. Roottorin säde on 23 cm, massa 12 kg ja hitausmomentti 1/2mR2. Tehtävä 10 (8 pist.) a) Mikä on sentrifugin pyörimisenergia? b) Mikä on koeputkessa olevan punasolun ratanopeus roottorin ulkoreunalla? Tehtävä 11 (5 pist.) Mikä on punasolujen sedimentoitumisnopeus sentrifugissa? Kuten potilaammekin kohdalla ruokahaluttomuus ja painonlasku ovat usein tyypillisiä oireita lähes kaikilla syöpäpotilailla. Syöpäpotilaan oirekuvastoon liittyykin usein myös erilaisia ruuansulatuskanavan ongelmia. Meidänkin potilaamme kertoi kärsivänsä lievästä ummetuksesta eikä suoli ollut ”oikein toiminut” viime päivien aikana. Suolen ”oikein toimimisella” potilas viittasi ilmeisesti ulostamisen eli defekaation olleen vaikeaa ja vajavaista. Lääkäri kuunteli potilaan suoliäänet ja suoliäänet todettiin vaimentuneiksi. Suurin osa suoliäänistä tulee ohutsuolen alueelta. Suoliäänten vaimenemisen takia lääkäri määräsi potilaalle laktuloosi-valmistetta ummetuksen hoitoon. Parenteraalisesta eli suoraan suoneen annettavasta ruokinnasta käytiin pitkä keskustelu, mutta toistaiseksi siihen ei ryhdytty. Tehtävä 12 (10 pist.) a) Millaisia liikkeitä ohutsuolen alueella esiintyy? b) Kuinka defekaatiorefleksi toimii? Näytteidenoton yhteydessä lääkäri oli tilannut sairaalalaboratoriolta erään proteiinin konsentraation määrityksen plasmanäytteestä. Konsentraation suora spektrofotometrinen mittaus ei kuitenkaan ollut mahdollista, vaan proteiini piti ensin entsymaattisesti muuttaa fluoresoivaan muotoon. Kyseiselle entsyymireaktiolle Michaelis-Mentenin vakion arvo oli 2,476 mM. Laboratorioteknikko tiesi kokemuksesta, että kyseisen reaktion maksimaalinen reaktionopeus on 6,92 μmol/s. Entsyymireaktion jälkeen laborantti laittoi näytteen nollattuun absorptiospektrofotometriin. Tällöin aallonpituudella 270 nm saatiin absorbanssin arvoksi 0,042. Mittauksessa käytettiin poikkeuksellisesti 5,0 cm paksua kyvettiä ja kyseisen tunnetun proteiinin moolinen absorptiokerroin eli moolinen absorptiviteetti on 198 l/(mol·cm). Tehtävä 13 (8 pist.) a) Mikä olisi reaktion etenemisnopeus substraattikonsentraation ollessa 1,0 mM? b) Mikä oli proteiinista entsyymireaktiossa syntyneen tuotteen konsentraatio näytteessä?
6
Harjoituspääsykoe 1 Potilaan verinäytteestä todettiin, että hänen albumiinikonsentraationsa oli laskenut. Albumiini on maksan syntetisoima ja kvantitatiivisesti tärkein plasman proteiini. Albumiini ylläpitää plasman kolloidiosmoottista painetta. Näin se osaltaan säätelee nesteen jakautumista plasman ja intrasellulaarisen tilan välillä ja estää ödeeman syntyä. Albumiini on myös kuljetusproteiini. Se sitoo mm. vapaita rasvahappoja, bilirubiinia ja kalsiumia. Erittäin monet sykliset lääkeaineet sitoutuvat albumiiniin. Sitomiskapasiteetti on kuitenkin rajoitettu, ja kun käytetään useita lääkeaineita, ne kilpailevat toistensa kanssa albumiiniin sitoutumisesta. Albumiinikonsentraatioita määritetään yleensä, kun halutaan arvioida neste- ja proteiinitasapainoa tai munuais- ja maksafunktioita (toimintaa). Albumiinin moolimassa on 66500 g/mol. Plasman albumiinikonsentraatio oli potilaalla alentunut arvoon 18 g/l, kun verisuonten ulkopuolella interstitiumissa konsentraatio oli 4,1 g/l. Albumiinin permeabiliteetti hiussuonista interstitiumiin on 2,2 mm/s. Tehtävä 14 (8 pist.) a) Määritä albumiinin molekyylivuontiheys hiussuonista interstitiumiin. b) Kuinka monta kilogrammaa albumiinia vuotaisi sekunnin aikana interstitiumiin hiussuonista ilman kompensaatiomekanismeja, kun elimistön hiussuonien yhteismitta on 80000 km ja halkaisija 0,0070 mm? Hoidoista huolimatta potilaan olo heikkeni vähitellen. Parenteraalinen ruokinta jouduttiin aloittamaan ruokahalun hävittyä ja painon pudottua useita kiloja. Lääkäri keskusteli potilaan kanssa saattohoidon mahdollisuudesta. Saattohoidon tavoitteena on antaa mahdollisimman arvokas kuolema kuolevalle potilaalle. Saattohoidossa olevalle potilaalle ei enää myöskään anneta varsinaisia parantavia hoitoja, mutta kivunhoitoon keskitytään normaalia enemmän. Varsinaisia saattohoitokoteja ei ole maassamme montaa, mutta lääkäri tiedusteli potilaalle paikkaa. Potilaamme saikin paikan saattohoitokodista. Tehtävä 15 (6 pist.) Tapauksessa lääkärin vuorovaikutustaidot korostuvat. Millaisiin vuorovaikutustapoihin kiinnittäisit huomiota esimerkkitapauksessamme? Potilas saapui saattohoitokotiin ja muutama viikko saapumisen jälkeen hän menehtyi. Potilas sai arvokkaan ja kivuttoman kuoleman osaavan hoitohenkilökunnan sekä omaisten ympäröimänä.
7