Membran Potansiyelleri ve Elektrofizyoloji

27 soru

Soru 21Soru →

İstirahat membran potansiyeli −70 mV-70 \, mV olan uyarılabilir bir hücrede, bazı iyonların denge potansiyelleri (EiE_i) şu şekilde hesaplanmıştır: ENa=+60 mVE_{Na} = +60 \, mV, EK=−90 mVE_K = -90 \, mV, ECl=−70 mVE_{Cl} = -70 \, mV ve ECa=+130 mVE_{Ca} = +130 \, mV. Bu hücrenin membran potansiyeli −80 mV-80 \, mV düzeyine hiperpolarize edildiğinde, iyonların üzerindeki elektrokimyasal itici güçler (driving force) ve net hareket yönleri ile ilgili aşağıdakilerden hangisi yanlıştır?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: K+K^+ iyonu üzerine etki eden elektriksel gradiyent kuvveti, kimyasal gradiyent kuvvetinden daha büyüktür.

Cevap

Potasyum iyonu üzerine etki eden elektriksel gradiyent kuvvetinin kimyasal gradiyentten büyük olduğu ifadesi yanlıştır; aksine kimyasal gradiyent daha büyüktür.
Potasyum iyonu için denge potansiyeli (EKE_K) −90 mV-90 \, mV olarak verilmiştir. Bu değer, potasyumun hücre içindeki yüksek konsantrasyonu nedeniyle dışarı çıkma isteğinin (kimyasal gradiyent) tam olarak 90 mV90 \, mV büyüklüğünde bir elektriksel kuvvetle dengelenebileceğini ifade eder. Hücre −80 mV-80 \, mV düzeyindeyken, içeriye doğru çeken elektriksel kuvvet (80 mV), dışarıya doğru iten kimyasal kuvvetten (90 mV) daha küçüktür. Bu nedenle net kuvvet dışarı doğrudur ve kimyasal gradiyent daha baskındır.

Adım Adım Çözüm

1
Potasyum (K+K^+) için itici gücü hesapla ve kuvvetleri karşılaştır.
İtici Güç (Vm−EKV_m - E_K) = −80−(−90)=+10 mV-80 - (-90) = +10 \, mV.
İtici güç pozitif olduğu için net akım dışarı doğrudur. Bu durum, dışarı doğru olan kimyasal gradiyentin (90 mV eşdeğeri), içeri doğru olan elektriksel gradiyentten (80 mV) daha güçlü olduğunu kanıtlar.
2
Klor (Cl−Cl^-) iyonunun hareket yönünü belirle.
İtici Güç (Vm−EClV_m - E_{Cl}) = −80−(−70)=−10 mV-80 - (-70) = -10 \, mV.
Anyonlar için negatif itici güç, iyonun hücre dışına itildiğini gösterir. Çünkü hücre içi (-80 mV), iyonu dengede tutacak olan değerden (-70 mV) daha negatiftir ve anyonu daha fazla iter.
3
Sodyum ve Kalsiyum itici güçlerini karşılaştır.
Na+Na^+ için −140 mV-140 \, mV, Ca2+Ca^{2+} için −210 mV-210 \, mV.
Her iki iyon için de itici güç negatiftir (hücre içine giriş). Kalsiyumun gradiyenti çok daha yüksek olduğu için giriş eğilimi sodyumdan daha fazladır.

Anahtar Kavram

İyonların net hareket yönü ve hızı, membran potansiyeli ile o iyonun denge potansiyeli arasındaki fark olan 'elektrokimyasal itici güç' tarafından belirlenir.

Alternatif Yöntem

Nernst denklemi mantığına göre, iyon her zaman kendi denge potansiyeline ulaşmaya çalışır. Membran potansiyeli hangi iyonun EiE_i değerinden uzaklaşırsa, o iyonun itici gücü o kadar artar.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 22Soru →

Primer hiperparatiroidizm tanısıyla izlenen ve plazma iyonize kalsiyum (Ca2+Ca^{2+}) düzeyi yüksek olan bir hastada, sinir ve kas hücrelerinin uyarılabilirliğinin (eksitabilite) azalmasının temel mekanizması aşağıdakilerden hangisidir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: Eşik potansiyelin istirahat membran potansiyelinden uzaklaşarak daha pozitif değerlere kayması

Cevap

Eşik potansiyelin istirahat membran potansiyelinden uzaklaşarak daha pozitif değerlere kayması uyarılabilirliği azaltır.
Hücre dışı kalsiyum iyonları, voltaj bağımlı sodyum kanalları üzerinde stabilize edici bir etkiye sahiptir. Hiperkalsemi durumunda, bu kanalların açılması için gerekli olan eşik potansiyeli daha pozitif değerlere kayar. İstirahat membran potansiyeli ile eşik potansiyeli arasındaki fark arttığı için, hücrenin aksiyon potansiyeli üretmesi zorlaşır ve uyarılabilirlik azalır.

Adım Adım Çözüm

1
Kalsiyumun voltaj bağımlı sodyum kanalları üzerindeki etkisini belirleyin.
Hücre dışı kalsiyum iyonları, sodyum kanallarının dış yüzeyindeki negatif yüklere bağlanarak kanal proteininin konformasyonunu stabilize eder.
Kalsiyum düzeyi arttığında (hiperkalsemi), sodyum kanallarının açılması için gereken elektriksel alan şiddeti değişir.
2
Eşik potansiyel değişimini analiz edin.
Kanalların açılması için normalden daha fazla depolarizasyon (daha pozitif voltaj) gerekir.
Stabilize olan kanallar daha 'zor' açıldığı için eşik potansiyel istirahat düzeyinden (örneğin −70 mV-70 \, mV) uzaklaşarak daha pozitif bir değere (örneğin −55 mV-55 \, mV yerine −45 mV-45 \, mV) kayar.
3
Uyarılabilirlik ile eşik potansiyel arasındaki ilişkiyi kurun.
İstirahat potansiyeli ile eşik değer arasındaki fark (voltaj aralığı) arttığı için hücrenin uyarılması zorlaşır.
Aksiyon potansiyeli başlatmak için gereken minimum uyaran şiddetinin artması, eksitabilitenin azaldığı anlamına gelir.

Anahtar Kavram

Hücre dışı kalsiyum konsantrasyonu, voltaj bağımlı sodyum kanallarının 'eşik değerini' belirleyen temel stabilizatördür.

Daha Fazla Pratik

Hipokalseminin neden 'pozitif Chvostek işareti' ve kas spazmlarına yol açtığını sodyum kanalları üzerinden açıklayınız.
Tahmini Süre:1m 15s
Soru 23Soru →

Fizyolojik koşullarda uyarılabilir bir hücrede aksiyon potansiyeli gelişimi sırasında gözlenen mutlak refrakter dönem (absült dirençli evre) boyunca, uyaran şiddetinden bağımsız olarak yeni bir aksiyon potansiyeli tetiklenememesinin temel nedeni aşağıdakilerden hangisidir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: Voltaj bağımlı sodyum (Na+Na^+) kanallarının inaktivasyon kapılarının kapalı olması

Cevap

Voltaj bağımlı sodyum kanallarının inaktivasyon kapılarının (h-kapısı) kapalı olması, hücrenin ikinci bir uyarana yanıt vermesini imkansız kılar.
Aksiyon potansiyelinin tepe noktasından repolarizasyonun yaklaşık 1/3'lük kısmına kadar olan süreçte voltaj bağımlı sodyum kanallarının inaktivasyon kapıları (h kapıları) kapalıdır. Bu kapılar açılmadan (kanal tekrar istirahat formuna geçmeden) hücreye ne kadar güçlü bir uyaran verilirse verilsin sodyum kanalları tekrar açılamaz ve yeni bir aksiyon potansiyeli oluşamaz. Bu durum mutlak refrakter dönemin temelidir.

Adım Adım Çözüm

1
Aksiyon potansiyeli evrelerini analiz et.
Depolarizasyon fazında sodyum kanalları hızla açılır, ardından inaktivasyon kapıları kapanır.
Refrakter dönemlerin hangi kanal dinamiklerine bağlı olduğunu belirlemek gerekir.
2
Mutlak ve rölatif refrakter dönem ayrımını yap.
Mutlak dönemde sodyum kanalları inaktiftir; rölatif dönemde ise kanalların bir kısmı istirahat formuna dönmüştür ancak K+ geçirgenliği yüksektir.
Hücrenin uyarana neden yanıt veremediğinin hücresel temelini bulmak.

Anahtar Kavram

Mutlak refrakter dönem, voltaj bağımlı Na+ kanallarının inaktivasyonu (h-kapısı kapalılığı) ile belirlenir.
Soru 24Soru →

Bir nöronda aksiyon potansiyeli oluştuktan kısa bir süre sonra, repolarizasyonun son aşamasında (ard-hiperpolarizasyon dönemi) uygulanan eşik üstü çok güçlü bir uyarının, normalden daha düşük genlikli (amplitüdlü) bir aksiyon potansiyeli tetiklediği gözlenmiştir. Ayrıca bu dönemde yeni bir yanıt oluşturmak için gereken akım şiddetinin istirahat dönemindekine göre daha yüksek olduğu saptanmıştır.

Bu nöronda gözlenen rölatif refrakter dönemin hücresel mekanizmasıyla ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: Sodyum kanallarının bir kısmının inaktivasyondan kurtulmuş olması ve yüksek potasyum geçirgenliğinin (gK+gK^+) devam etmesidir.

Cevap

Sodyum kanallarının bir kısmının inaktivasyondan kurtulmuş olması ve yüksek potasyum geçirgenliğinin (gK+gK^+) devam etmesi.
Rölatif refrakter dönemde (RRP), voltaj bağımlı sodyum kanallarının bir kısmı inaktivasyondan kurtularak (hh kapıları açılarak) yeniden uyarılabilir hale gelmiştir; ancak gecikmeli doğrultucu potasyum kanalları halen açık olduğu için membran hiperpolarize durumdadır. Bu hiperpolarizasyon, hücreyi eşik değerden uzaklaştırarak daha güçlü bir uyaran gereksinimi yaratır. Ayrıca tüm sodyum kanalları henüz istirahat formuna dönmediği için oluşan aksiyon potansiyelinin genliği normalden düşüktür.

Adım Adım Çözüm

1
Dönemin belirlenmesi
Repolarizasyonun sonu ve ard-hiperpolarizasyon dönemi 'rölatif refrakter dönem' (RRP) olarak tanımlanır.
Bu dönemde hücre henüz tam olarak istirahat düzeyine dönmemiş olsa da, çok güçlü bir uyaranla yeni bir aksiyon potansiyeli üretilebilir.
2
Sodyum kanallarının durumunun analizi
Voltaj bağımlı sodyum kanallarının inaktivasyon (hh) kapılarının bir kısmı açılmıştır (inaktivasyondan çıkış).
ARP'den RRP'ye geçişi belirleyen temel olay, sodyum kanallarının inaktivasyon kapılarının yeniden açılmaya başlamasıdır. Ancak tüm kanallar henüz açılmadığı için oluşan aksiyon potansiyelinin amplitüdü düşüktür.
3
Potasyum kanallarının durumunun analizi
Gecikmeli doğrultucu potasyum kanalları halen açıktır ve membranı K+K^+ denge potansiyeline (EKE_K) doğru çeker.
Yüksek gK+gK^+ nedeniyle membran hiperpolarize durumdadır. Bu durum, hücreyi eşik değerden uzaklaştırır ve yeni bir aksiyon potansiyeli başlatmak için normalden daha fazla içe yönelik akım (daha güçlü uyaran) gerektirir.

Anahtar Kavram

Rölatif refrakter dönemde uyarılabilirliğin azalması, hem sodyum kanallarının tam toparlanmaması hem de yüksek potasyum iletkenliğine bağlı hiperpolarizasyon ile ilişkilidir.
Tahmini Süre:1m 30s
Soru 25Soru →

Gelişmekte olan nöronlarda, hücre içi klor (Cl−Cl^-) konsantrasyonunu artıran NKCC1NKCC1 taşıyıcılarının aktivitesinin yüksek olması nedeniyle klorun denge potansiyeli (EClE_{Cl}), istirahat membran potansiyeline göre daha pozitif bir değerdedir. Örneğin; istirahat membran potansiyelinin −70-70 mVmV, klorun denge potansiyelinin ise −50-50 mVmV olduğu bir hücrede GABAGABA reseptörlerinin aktivasyonu sonucu klor kanallarının açıldığı gözlenmiştir. Buna göre, klor iyonunun net hareket yönü ve membranda oluşacak elektriksel değişim aşağıdakilerin hangisinde doğru verilmiştir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: Hücre dışına çıkar - Depolarizasyon

Cevap

Klor iyonu hücre dışına çıkar ve hücrede depolarizasyon meydana gelir.
Hücrenin istirahat membran potansiyeli (−70-70 mVmV), klorun denge potansiyelinden (−50-50 mVmV) daha negatiftir. Bu durum, hücre içindeki negatif yüklerin klor iyonlarını dışarı doğru iten elektriksel kuvvetin, kloru içeri çekmeye çalışan konsantrasyon gradiyentinden daha baskın olduğu anlamına gelir. Sonuç olarak klor kanalları açıldığında klor iyonları hücre dışına çıkar. Hücreden negatif yük çıkışı, hücre içini daha pozitif yaparak depolarizasyona yol açar.

Adım Adım Çözüm

1
İyonun denge potansiyeli (EClE_{Cl}) ile mevcut membran potansiyeli (VmV_m) arasındaki ilişkiyi analiz et.
Vm=−70V_m = -70 mVmV, ECl=−50E_{Cl} = -50 mVmV olarak verilmiştir. Vm<EClV_m < E_{Cl} olduğu görülür.
Bir iyonun hareket yönünü belirleyen temel faktör, mevcut potansiyelin denge potansiyeline olan uzaklığı ve yönüdür.
2
Elektrokimyasal itici gücü (Vm−EClV_m - E_{Cl}) ve iyonun hareket yönünü belirle.
İtici güç = (−70)−(−50)=−20(-70) - (-50) = -20 mVmV. Anyonlar (Cl−Cl^-) için negatif itici güç, iyonun hücre dışına çıkacağını gösterir.
Hücre içi (-70 mV), klorun dengede olmak istediği değerden (-50 mV) daha negatiftir. Bu fazla negatiflik, negatif yüklü kloru elektriksel olarak dışarı iter.
3
İyon hareketinin membran potansiyeli üzerindeki etkisini değerlendir.
Negatif yüklü klor iyonlarının hücre dışına çıkması, hücre içinin negatif yük kaybetmesine ve potansiyelin −70-70 mVmV'dan −50-50 mVmV'a doğru (daha pozitif) kaymasına neden olur.
Negatif yük kaybı hücreyi daha pozitif hale getirdiği için bu olay bir depolarizasyondur.

Anahtar Kavram

Nernst potansiyeli ve elektrokimyasal itici güç analizi

Alternatif Yöntem

İyonun 'dengeye ulaşma isteği' prensibi kullanılabilir: Klor kanalları açıldığında membran potansiyeli klorun denge potansiyeline (-50 mV) yaklaşmaya çalışır. -70'den -50'ye gidiş matematiksel olarak bir artış (depolarizasyon) demektir. Bu artışın sağlanması için negatif yüklerin dışarı çıkması gerekir.
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 26Soru →

Klinik muayene sırasında plazma potasyum (K+K^+) konsantrasyonu 44 mEq/LmEq/L'den 88 mEq/LmEq/L'ye yükselen (orta dereceli hiperkalemi) bir hastada, uyarılabilir hücrelerin membran potansiyellerinde ve iyonik gradiyentlerinde meydana gelen değişimlerle ilgili aşağıdakilerden hangisi doğrudur? (log⁡(2)≈0.3\log(2) \approx 0.3 ve Nernst katsayısı 6161 olarak kabul edilecektir.)

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: Potasyumun denge potansiyeli (EKE_K) yaklaşık olarak 1818 mVmV daha pozitif (daha az negatif) bir değere kayar.

Cevap

Potasyumun denge potansiyeli (EKE_K) yaklaşık olarak 1818 mVmV daha pozitif (daha az negatif) bir değere kayar.
Nernst denklemine (E=61×log⁡([K]dıs\c/[K]ic\c)E = 61 \times \log([K]_{dış}/[K]_{iç})) göre, dış konsantrasyonun 44 mEq/LmEq/L'den 88 mEq/LmEq/L'ye çıkması oranı iki katına çıkarır. log⁡(2)≈0.3\log(2) \approx 0.3 olduğu için bu durum denge potansiyelini 61×0.3≈18.361 \times 0.3 \approx 18.3 mVmV kadar değiştirir. Logaritma içindeki pay (dış konsantrasyon) arttığı için sonuç daha pozitif (daha az negatif) bir değere kayar.

Adım Adım Çözüm

1
Nernst denklemi kullanılarak potasyumun denge potansiyelindeki (EKE_K) değişim hesaplanır.
ΔEK=61×log⁡(8/4)=61×log⁡(2)≈61×0.3=18.3\Delta E_K = 61 \times \log(8/4) = 61 \times \log(2) \approx 61 \times 0.3 = 18.3 mVmV.
Bir iyonun hücre dışı/içi konsantrasyon oranındaki değişim, o iyonun denge potansiyelini logaritmik olarak etkiler.
2
Hücre dışı iyon artışının denge potansiyelinin yönü üzerindeki etkisi değerlendirilir.
Denge potansiyeli sıfıra yaklaşır, yani yaklaşık −94-94 mVmV değerinden yaklaşık −76-76 mVmV düzeyine çıkar (daha pozitif olur).
Hücre dışı potasyum arttığında, iyonun hücre dışına çıkma eğilimi azalır ve onu dengede tutmak için gereken elektriksel çekim (içerinin negatifliği) azalır.
3
Membran potansiyeli ve iyon kanalları üzerindeki ikincil etkiler analiz edilir.
İstirahatte potasyum geçirgenliği yüksek olduğu için membran depolarize olur; bu durum sodyum kanallarının hh kapılarını kapanma (inaktivasyon), mm kapılarını ise açılma eğilimine sokar.
Membran potansiyeli, geçirgenliği en yüksek olan iyonun denge potansiyelini takip eder.

Anahtar Kavram

Nernst Denklemi ve İyonik Denge Potansiyeli
Tahmini Süre:1m 30s
Soru 27Soru →

Kronik böbrek yetmezliği tanısıyla takip edilen bir hastada plazma potasyum düzeyi 7,5 mEq/L7,5 \, mEq/L (Normal:3,5−5,0 mEq/LNormal: 3,5 - 5,0 \, mEq/L) olarak ölçülmüştür. Bu hastada istirahat membran potansiyeli normalden daha pozitif (hipopolarize) olup eşik değere yaklaşmasına rağmen, çizgili kaslarda halsizlik ve paralizi görülmesinin temel elektrofizyolojik nedeni aşağıdakilerden hangisidir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: Voltaj bağımlı sodyum (Na+Na^+) kanallarının inaktivasyon kapılarının (h-kapıları) kapalı kalması

Cevap

İstirahat membran potansiyelinin sürekli depolarize durumda kalması sonucunda voltaj bağımlı sodyum kanallarının inaktivasyon kapılarının (h-kapıları) kapalı kalmasıdır.
Şiddetli hiperkalemide istirahat membran potansiyeli depolarize olur. Normalde bu durumun uyarılabilirliği artırması beklenir (eşik değere yaklaşma). Ancak membran potansiyeli sürekli olarak eşik değer civarında veya üzerinde kalırsa, voltaj bağımlı sodyum kanallarının inaktivasyon (h) kapıları kapanır ve yeni bir aksiyon potansiyeli başlatılamaz. Bu duruma depolarizasyon bloğu denir ve klinik olarak paralizi ile sonuçlanır.

Adım Adım Çözüm

1
Hiperkaleminin istirahat membran potansiyeli (İMP) üzerindeki etkisini değerlendir.
Hücre dışı K+K^+ artışı, Nernst denklemine (EK=61⋅log⁡([K]dıs\c/[K]ic\c)E_K = 61 \cdot \log([K]_{dış}/[K]_{iç})) göre EKE_K değerini daha pozitif yapar, bu da İMP'yi eşik değere yaklaştırır (depolarizasyon).
Membran potansiyeli istirahatte potasyum geçirgenliğine bağlı olarak potasyum denge potansiyeli tarafından belirlenir.
2
Sürekli depolarizasyonun voltaj bağımlı sodyum kanalları üzerindeki etkisini analiz et.
Sodyum kanallarının tekrar uyarılabilir hale gelmesi için membranın repolarize olması gerekir. Sürekli depolarizasyon, inaktivasyon (h) kapılarının kapalı kalmasına neden olur.
Aksiyon potansiyeli tetiklenmesi için sodyum kanallarının 'kapalı ama uyarılabilir' (m kapalı, h açık) durumda olması şarttır.
3
Klinik belirti ile hücresel mekanizmayı ilişkilendir.
Sodyum kanalları inaktif kaldığı için yeni aksiyon potansiyeli oluşamaz, bu da kasta paraliziye yol açar.
Buna elektrofizyolojide 'depolarizasyon bloğu' veya 'akomodasyon' denir.

Anahtar Kavram

Depolarizasyon Bloğu ve Sodyum Kanal İnaktivasyonu
Tahmini Süre:1m 30s
ÖncekiSayfa 2 / 2
Membran Potansiyelleri ve Elektrofizyoloji Alıştırma Soruları — TUS - Tıpta Uzmanlık Sınavı — Sayfa 2 | Examkin