Sáu bước logic kết nối phương trình Nernst và ứng dụng lâm sàng

 Han G. Ngo, Chaitu Dandu, Brianna L. Gibney and Serena Y. Kuang

Department of Foundational Medical Studies, William Beaumont School of Medicine, Oakland University, Rochester, Michigan and Department of General Surgery, Wayne State University School of Medicine, Detroit, Michigan

Bạn đang xem: Sáu bước logic kết nối phương trình Nernst và ứng dụng lâm sàng

Dịch bởi: BS. Thành Minh Khánh

nhathuocngocanh. Sáu bước logic liên kết phương trình Nernst và phần mềm lâm sàng

Để vận chuyển tệp tin PDF, hãy click TẠI ĐÂY.

Phương trình Nernst là chiếc chìa khóa nhằm nắm được năng lượng điện tâm sinh lý của màng tế bào và tâm sinh lý dịch của những biểu hiện thất lạc thăng bằng K+ (tăng kali ngày tiết và hạ kali máu). Tuy nhiên, theo dõi tay nghề giảng dạy dỗ SV nó khoa của công ty chúng tôi trong vô số năm vừa qua, nhiều SV bắt gặp trở ngại trong những việc đưa đến ông tơ contact giữa những việc ra mắt sơ lược về phương trình Nernst và phần mềm lâm sàng của phương trình này so với những biểu hiện thất lạc thăng bằng K+. Bài viết lách này nhằm mục tiêu mục tiêu liên kết việc ra mắt phương trình này với việc phần mềm lâm sàng nhằm hiểu về biểu hiện thất lạc thăng bằng K+ bằng phương pháp dùng 06 bước logic tất nhiên những hình hình ảnh minh họa cụ thể gom sự liên kết này rõ nét và với tính kết nối. Trong khi, công ty chúng tôi nêu nhảy một vài ba góc nhìn thông thường bắt gặp tương quan cho tới sáu đoạn này thông thường bị cả giáo viên và SV bỏ dở. Những SV hoàn toàn có thể lý giải rõ nét sự hiểu toàn bộ sáu bước đã và đang được nêu vô nội dung bài viết này tiếp tục đạt được sự thạo của chủ thể này.

TÍNH MỚI VÀ ĐÁNG CHÚ Ý: Bài báo này lấp ăm ắp những khoảng chừng trống trải trong những việc giảng dạy dỗ về phương trình Nernst, một phương trình cần thiết vô tâm sinh lý học tập nó khoa. Sáu bước logic được trình diễn vô bày này liên kết việc ra mắt phương trình Nernst với những phần mềm lâm sàng của chính nó so với biểu hiện tăng kali ngày tiết và hạ kali ngày tiết, nhì biểu hiện hoàn toàn có thể rình rập đe dọa tính mạng của con người còn nếu như không được chữa trị. Chỉ Lúc nhưng mà SV biết áp dụng phương trình này thì việc học tập của mình hoàn toàn có thể gửi kể từ “nông” trở nên thông thuộc.

chemical gradient; equilibrium potential; hyperkalemia; hypokalemia; Nernst equation

GIỚI THIỆU

Phương trình Nernst, E_ion = (61/z)log₁₀([ion]_ECF/[ion]_ICF), vô cơ z là hóa trị của một ion; [ion] là mật độ ion, ECF là dịch nước ngoài bào và ICF là dịch nội bào, thông thường xuyên được giảng dạy dỗ ở môn tâm sinh lý vô hai năm đầu của ngôi trường nó. Việc nắm được năng lượng điện tâm sinh lý của màng tế bào và nắm rõ về biểu hiện tăng kali ngày tiết và hạ kali ngày tiết là rất rất cần thiết và quan trọng, nhì biểu hiện thất lạc thăng bằng K+ này hoàn toàn có thể thực hiện kết quả gian nguy cho tới tính mạng của con người còn nếu như không được chữa trị. Mặc cho tới vai trò của phương trình này, công ty chúng tôi nhận biết rằng nhiều SV nó khoa thông thường bỏ dở nó vô quá tình tiếp thu kiến thức của mình. Một nguyên nhân tàng ẩn cho tới điều này là sách giáo khoa tâm sinh lý hiện nay hành [ngoại trừ Costanzo’s Physiology (1)] thông thường chỉ ra mắt cụt gọn gàng về phương trình này (2–6). Mối contact với phần mềm lâm sàng của chính nó thông thường thiếu hụt hoặc ko rõ nét hoặc bị phân miếng, điều dẫn theo việc học tập phương trình này chỉ giản đơn ở tại mức “nông”. Kinh nghiệm cho tới công ty chúng tôi hiểu được chỉ Lúc SV biết thực hiện thế này nhằm vận dụng phương trình này thì chúng ta mới nhất hoàn toàn có thể đạt được sự thạo về chủ thể này. Do cơ, vô nội dung bài viết này công ty chúng tôi liên kết việc ra mắt của phương trình Nernst với phần mềm lâm sàng của chính nó, bằng sự việc dùng sáu bước logic cùng theo với những hình hình ảnh minh họa trực quan tiền cụ thể thực hiện cho việc liên kết trở thành rõ nét và kết nối, kể từ cơ tạo ra ĐK tiện lợi cho tất cả việc giảng dạy dỗ và những quy trình tiếp thu kiến thức. Chúng tôi cũng nêu nhảy một trong những góc nhìn thông thường bắt gặp tương quan cho tới sáu bước nhưng mà nghề giáo và SV hoàn toàn có thể bỏ dở Lúc dạy dỗ và học tập chủ thể này.

SÁU BƯỚC LOGIC KÈM MINH HỌA

Khi được vận dụng so với K+, phương trình Nernst (E_K = 61log₁₀[K+]_ECF/[K+]_ICF) đã cho thấy sự mối quan hệ thân thích năng lượng điện thế thăng bằng của K+ (EK) và gradient chất hóa học (như [K+]_ECF/[K+]_ICF), với tỉ số [K+]_ECF/[K+]_ICF là biến hóa số song lập. Cách logic trước tiên thực hiện nổi trội lên sự cần thiết của biến hóa số song lập trong  phương trình này.

Bước 1

Hiểu được gradient chất hóa học K+ ([K+]_ECF/[K+]_ICF) qua quýt màng tế bào bằng phương pháp minh họa một cơ hội trực quan tiền vì thế hình vẽ (Hình. 1A). Mặc mặc dù định nghĩa này còn có vẻ giản dị, nguyên vẹn nhân nhưng mà công ty chúng tôi đòi hỏi những SV nên minh họa theo dõi rất nhiều cách không giống nhau là nhằm đảm nói rằng chúng ta ko bỏ dở đoạn này vô quy trình học tập ban sơ này.

Bước 2

Minh họa phương pháp nhưng mà [K+]_ECF (do tăng kali ngày tiết hoặc hạ kali máu) thực hiện thay cho thay đổi khuôn khổ của gradient chất hóa học của K+ (Hình. 1B). Chú ý rằng tăng kali ngày tiết và hạ kali ngày tiết ko thực hiện thay cho thay đổi phía nhưng mà thực hiện thay cho thay đổi khuôn khổ của gradient chất hóa học của K+.

Tuy nhiên, nên để ý rằng [ion]_ECF/[ion]_ICF ở những ĐK tâm sinh lý thông thường cũng hoàn toàn có thể phản ánh vị trí hướng của gradient:

Xem thêm: 1974 tuổi con gì? Người sinh năm 1974 mệnh gì, hợp màu gì?

• Nếu ion là K+ thì tỉ số [K+]_ECF/[K+]_ICF < 1, với nghĩa làhướng của gradient chất hóa học lên đường kể từ ICF cho tới ECF và thành quả là E_K âm.
• Nếu ion là Na+ thì tỉ số [Na+]_ECF/[Na+]_ICF > 1, Có nghĩa là vị trí hướng của gradient chất hóa học của Na+ lên đường kể từ ECF cho tới ICF và thành quả là E_Na dương.

Do cơ, việc bảo rằng “Cường phỏng và vị trí hướng của năng lượng điện thế thăng bằng của một anion (E_ion) được đưa ra quyết định vì thế độ cao thấp và vị trí hướng của gradient chất hóa học của ion đó” tiếp tục phản ánh sự hiểu thâm thúy rộng lớn về phương trình Nernst chứ không chỉ giản dị bảo rằng E_ion được xác lập vì thế gradient chất hóa học của ion cơ. Theo tay nghề của công ty chúng tôi, sự thiếu hụt sót hoặc ko đầy đủ cụ thể vô đoạn này là vấn đề trước tiên khiến cho SV cảm nhận thấy phương trình Nernt thiếu hụt tài năng phần mềm vô lâm sàng. Tại bước tiếp theo sau, công ty chúng tôi dùng một quy tắc tính nhằm lý giải sự thay cho thay đổi vô gradient chất hóa học của K+ ([K+]_ECF/[K+]_ICF) tác động cho tới E_K thế nào.

Bước 3

Tính toán thứu tự những độ quý hiếm E_K ở biểu hiện thông thường, tăng kali ngày tiết và hạ kali ngày tiết bằng phương pháp dùng phương trình Nernst (Hình. 1C). Cách này hỗ trợ sự nắm rõ mang tính chất lý thuyết hoặc toán học tập về quan hệ trong những biến hóa song lập và dựa vào của phương trình Nernst. Tại bước 4, một hình minh họa ứng được hỗ trợ khiến cho quy tắc SV tưởng tượng trực quan tiền những cường độ không giống nhau của E_K ở một trục tọa phỏng được dựa vào những quy tắc tính này.

Bước 4

Biểu biểu diễn những độ quý hiếm E_K đang được tính được ở bước 3 lên trục tọa phỏng. Như vậy minh họa phương pháp nhưng mà tăng kali ngày tiết và hạ kali ngày tiết thực hiện thay cho thay đổi những nút E_K ứng (Hình 1D). Bây giờ phương trình Nernst trừu tượng đang được với cùng 1 dạng trực quan tiền để giúp đỡ nắm rõ rộng lớn về phương trình này. Cách logic tiếp theo sau hé rời khỏi quan hệ thân thích sự thay cho thay đổi E_K và sự thay cho thay đổi tương ứng  ở năng lượng điện thế nghỉ ngơi màng tế bào (RMP).

Bước 5

Giải mến phương pháp nhưng mà thay cho thay đổi E_K thực hiện tác động cho tới RMP. Trước Lúc hiểu phương pháp nhưng mà những thay cho thay đổi E_K thực hiện tác động cho tới RMP, trước tiên tất cả chúng ta hãy thảo luận về phong thái RMP tạo hình vô ĐK tâm sinh lý thông thường. Hình 2 minh họa 1) cách thức nhưng mà 3 loại ion cơ phiên bản [dòng K+ thất thoát (I_{K- leak})], loại Na+ thất thoát (I_Na-leak) và loại được đưa đến vì thế bơm Na+/K+/ATPase (Ipump) thêm phần vô sự tạo hình RMP, 2) tại sao thay cho thay đổi của RMP luôn luôn trực tiếp nằm trong phía với việc thay cho thay đổi [K+]_ECF. Điều cần thiết là SV nên hiểu đoạn này trước lúc gửi thanh lịch bước sau cùng, bước nhắc đến quan hệ thân thích nút RMP và tài năng kích ứng của một tế bào.

Bước 6

Minh họa phương pháp nhưng mà thay cho thay đổi RMP tác động cho tới tính kích của một tế bào (một neuron). Khi thông thường, RMP của một neuron xấp xỉ -70 mV, điều này Có nghĩa là Phần bên vô tế bào nhỏ rộng lớn 70 mV đối với phần phía bên ngoài tế bào. Khi với những thay cho thay đổi không giống thông thường (như tăng hoặc hạ kali máu), RMP tiếp tục chuyển dời hoặc là sát rộng lớn hoặc là xa xôi rộng lớn đối với năng lượng điện thế ngưỡng như ở Hình 3. Tăng kali ngày tiết hoàn toàn có thể tạo cho những tế bào trị nhịp trở thành dễ dẫn đến kích ứng rộng lớn, điều này hoàn toàn có thể dẫn theo những sóng T cao nhọn và loàn nhịp tim gian nguy như lúc lắc thất và nhịp thời gian nhanh thất (7). Mặt không giống, hạ kali ngày tiết hoàn toàn có thể khiến cho những tế bào trị nhịp trở thành không nhiều bị kích ứng rộng lớn, điều này hoàn toàn có thể dẫn theo sóng T dẹt, QT kéo dãn dài và thậm chí là là vô tâm thu (8).

Tóm lại, trình tự động cụt gọn gàng tại đây liên kết sáu bước đã và đang được minh họa phía trên theo dõi trật tự logic: 1) gradient chất hóa học của K+ → 2) sự thay cho thay đổi [K+]_ECF → 3) sự thay cho thay đổi E_K được màn trình diễn ở dạng toán học tập → 4) sự thay cho thay đổi RMP → 6) sự thay cho thay đổi về tính chất dễ dẫn đến kích ứng của tế bào.

Các góc nhìn phổ cập thông thường bị bỏ dở vì thế những giáo viên và sinh viên

1. Như đang được nhắc phía trên, bước 2 (Hình 1B) thông thường là vấn đề liên kết giữa những việc ra mắt phương trình Nernst và phần mềm lâm sàng của phương trình này so với những biểu hiện thất lạc thăng bằng K+. Do cơ, điều cần thiết là nên nhấn mạnh vấn đề đoạn này.
2. Sinh viên thông thường không sở hữu và nhận rời khỏi rằng khuôn khổ của E_K rời Lúc được xem vì thế toán học tập Lúc thỏa mãn nhu cầu với tăng [K+]_ECF và thành quả là RMP không nhiều âm rộng lớn bên trên trục tọa phỏng và ngược lại (bước 4 hoặc Hình 1D). lý do của điều này là khuôn khổ của E_K là độ quý hiếm vô cùng của E_K (ví dụ: nếu như E_K = –93 mV thì|E_K |= 93 mV). Do cơ, nếu như |E_K |  bị rời  xuống nút 86 mV (tức là ở tại mức –86 mV ở trục tọa độ), đàng màn trình diễn sự thay cho thay đổi này tiếp tục dịch gửi lên bên trên (gần với năng lượng điện thế ngưỡng hơn) và ngược lại.
3. Khái niệm dường như giản dị về gradient chất hóa học của một ion qua quýt màng tế bào coi dường như giản dị này thông thường ko được nhấn mạnh vấn đề. Để thực hiện rõ ràng rộng lớn định nghĩa này, công ty chúng tôi đang được màn trình diễn gradient chất hóa học K+ trực quan tiền vì thế hình (Hình 1, A và B) và về mặt mày toán học tập [K+]ECF/[K+]ICF hoặc log10([K+]ECF/[K+]ICF). bằng phẳng cơ hội dùng phương trình Nernst nhằm vấn đáp thắc mắc sau, SV tiếp tục khoan sâu sắc nắm rõ của mình về gradient chất hóa học của K+ và Na+ và chân thành và ý nghĩa của bọn chúng so với tính kích ứng của một tế bào:

Các độ quý hiếm thông thường của [K+]_ECF = 4.2 mM, [K+]_ICF = 140 mM, [Na+]_ECF = 142 mM và [Na+]_ICF = 14 mM. Nếu những độ quý hiếm này tăng hoặc rời với và một lượng (ví dụ: ± 2,5 mM), từng một thay cho thay đổi tiếp tục tác động thế nào cho tới tài năng kích ứng của một tế bào?

Nếu SV bắt gặp trở ngại, Hình 2 hoàn toàn có thể gom chúng ta tạo hình một nắm rõ trực quan tiền về định nghĩa này và những đo lường và tính toán sau hoàn toàn có thể gom chúng ta tạo hình sự nắm rõ bên trên mặt mày lý thuyết:

Bằng cơ hội triển khai những đo lường và tính toán bên trên, những SV tiếp tục hiểu rằng sự thay cho thay đổi ở [K+]_ECF sẽ có được tác động đáng chú ý lên E_K và tiếp Từ đó là RMP và tính kích ứng của tế bào. Mặt không giống, và một lượng thay cho thay đổi ở [Na+]_ECF với tác động ko xứng đáng nói đến RMP và tài năng kích ứng của tế bào chính vì I_{Na_leak} ở năng lượng điện thế nghỉ ngơi của màng tế bào là quá nhỏ và [Na+]_ECF (142 mM) to hơn nhiều đối với [K+]_ECF (4.2 mM).

Xem thêm: Top những hình xăm đại bàng mini đẹp nhất năm 2024

KẾT LUẬN

• Sáu bước được trình diễn vô nội dung bài viết này liên kết việc ra mắt phương trình Nernst với phần mềm lâm sàng của chính nó một cơ hội kết nối và rõ nét, điều này tạo ra ĐK cho tới dạy dỗ và học tập hiệu suất cao.
• Các minh họa trực quan tiền của sáu bước vào vai trò quan trọng và uy lực trong những việc tạo ra ĐK tiện lợi cho tới quy trình trí tuệ của SV nhằm lập luận và nắm rõ nội dung.
• Một số góc nhìn phổ cập tương quan cho tới sáu bước logic thông thường bị bỏ dở vì thế những nghề giáo và SV đã và đang được thực hiện rõ ràng, điều này sẽ hỗ trợ gia tăng tăng việc tiếp thu kiến thức của SV về phương trình

NHÌN NHẬN

Các người sáng tác giãi tỏ sự Reviews cao so với họa sỹ minh họa nó khoa của công ty chúng tôi, Audrey Bell, vì thế đang được vẽ toàn bộ những hình vô nội dung bài viết này.

CÔNG KHAI

No conflicts of interest, financial or otherwise, are declared by the authors.

CÁC ĐÓNG GÓP

S.Y.K. conceived and designed research; S.Y.K. prepared fig- ures; H.G.N. and S.Y.K. drafted manuscript; H.G.N., C.D., B.L.G., and S.Y.K. edited and revised manuscript; H.G.N., C.D., B.L.G., and S.Y.K. approved final version of manuscript.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Costanzo Physiology (6th ed.). Philadelphia, PA: Elsevier, 2018, p. 16–23.
2. Barrett KE, Barman SM, Brooks HL, Yuan General principles & energy production in medical physiology. In: Ganong’s Review of Medical Physiology (26th ed.). New York: McGraw Hill Education, 2019, ebook version 1.0, p. 36–38.
3. Koeppen BM, Stanton BA (Editors). Berne & Levy Physiology (7th ed.). Philadelphia, PA: Elsevier, 2018, 11–12.
4. Moczydlowski EG. Electrophysiology of the cell membrane. In: Medical Physiology (3rd ed.), edited by Boron WF, Boulpaep EL. Philadelphia, PA: Elsevier, 2017, 141–153.
5. Hall JE, Hall ME. Membrane potentials and action potentials. In: Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology (14th ed.). Philadelphia, PA: Elsevier, 2021, 63–76.
6. Lemieux JE, Edelman ER, Strichartz GR, Lilly LS. Normal cardiac structure and function. In: Pathophysiology of Heart Disease: a Collaborative Project of Medical Students and Faculty (6th ed.)., edited by Lilly LS. Philadelphia, PA: Lippincott Williams & Wilkins, 2003, p. 15–16.
7. Mattu A, Brady WJ, Robinson Electrocardiographic manifesta- tions of hyperkalemia. Am J Emerg Med 18: 721–729, 2000. doi:10.1053/ajem.2000.7344.
8. Levis JT. ECG diagnosis: hypokalemia. Perm J 16: 57, 2012. doi:7812/tpp/12-015.
9. Ngo H, Dandu C, Gibney B, Kuang Nernst equation and its clinical correlation.FASEBJ 35: 2021. doi:10.1096/fasebj.2021.35.S1.04127.