Lecture Mosby''s paramedic textbook (4th ed) - Chapter 11: General principles of pathophysiology

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Lecture Mosby''s paramedic textbook (4th ed) - Chapter 11: General principles of pathophysiology

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After completing this unit, you should be able to: Describe the normal characteristics of the cellular environment and the key homeostatic mechanisms that strive to maintain an optimal fluid and electrolyte balance; outline pathophysiological alterations in water and electrolyte balance and list their effects on body functions; describe the treatment of patients with particular fluid or electrolyte imbalances.

9/10/2012 Chapter 11 General Principles of  Pathophysiology Lesson 11.1 Cellular Environment,  Water and Electrolyte  Balance Copyright © 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 9/10/2012 Learning Objectives • Describe the normal characteristics of the cellular  environment and the key homeostatic mechanisms  that strive to maintain an optimal fluid and  electrolyte balance • Outline pathophysiological alterations in water and  electrolyte balance and list their effects on body  functions • Describe the treatment of patients with particular  fluid or electrolyte imbalances.  Cells • Basic unit of higher life forms • Components – Cell membrane • Holds cell together • Separates internal cellular environment from external – Enzymes help biochemical processes – Internal membranes to encapsulate chemicals – Genetic material for replication  Cells • Form four basic types of tissue – Epithelial tissue – Connective tissue – Muscle tissue – Nervous tissue Copyright © 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 9/10/2012 Cellular Environment • Human body cells live in a fluid environment,  consists mainly of water – Body water essential • Medium in which all metabolic reactions occur • Body’s health depends on precise regulation of volume  and composition of this fluid – Body has two fluid compartments • Intracellular fluid (ICF) • Extracellular fluid (ECF) Intracellular Fluid and  Extracellular Fluid  • Intracellular fluid (ICF) – Found in all body cells – 40% of body weight • Extracellular fluid (ECF) – Fluid found outside of cells – 20% of total body weight – Blood plasma composes about 1/3 Copyright © 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 9/10/2012 Interstitial Fluid • Cellular fluid between cells and outside  vascular bed • Includes cerebrospinal and intraocular fluid • Accounts for 15 to 16% of total body weight 10 Aging and Fluid Distribution • Body water accounts for 50 to 60% of the total  weight in adults – With age, distribution and amount decrease to  about 45 to 55% • Increases risk of dehydration, electrolyte abnormalities 11 Based on the causes of dehydration  and your knowledge of anatomy and  physiology, what two age groups do  you think are at highest risk for  dehydration? 12 Copyright © 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 9/10/2012 Water Movement Between  ICF and ECF • Body fluids constantly move from one  compartment to another – Remains about the same in healthy people • To keep volume stable – Osmosis – Diffusion – Mediated transport mechanism 13 Osmosis • For healthy body, molecules must be able to  move within cell/across cell membrane • Semipermeable membranes – Separate fluid compartments – Allow fluid to pass freely – Regulate flow of solutes on the basis of size,  shape, electrical charge • Maintain  homeostasis – Channels within permit solute passage 14 Osmosis • Diffusion or spreading of water molecules  across semipermeable membrane from lower  solute concentration to higher solute  concentration • Separates two solutions of different  concentrations by blocking transport of salts  or other solutes 15 Copyright © 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 9/10/2012 16 Osmosis • Osmotic pressure – Pressure that prevents the flow of fluid across a  semipermeable membrane – Pressure to maintain equilibrium depends on • Number and molecular weight of particles on each side  of the cell membrane  • Membrane permeability to these particles 17 Solutions • Hypertonic solution – When a living cell is placed in solution with a  higher solute concentration, lower water  concentration than that inside the cell – When a cell is in solution, the osmotic pressure  exerted produces net movement of water out of  the cell – Causes cell to dehydrate, shrink, possibly die 18 Copyright © 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 9/10/2012 Solutions • Hypotonic solution – When a living cell is placed in solution with a  lower solute concentration, higher water  concentration than that inside the cell – Osmotic pressure draws water from the solution  into the cell • Net movement of water into the cell • Can swell, possibly burst 19 What happens to a raisin when it is  placed in a cup of water for an hour?  Why does this change occur? Is the  water hypotonic, hypertonic, or isotonic  relative to the inside of the raisin? Does  a concentration gradient exist? 20 Solutions • Isotonic solution – When a cell is placed in solution with the same  solute and water concentration as the solution  inside the cell • No net movement of water molecules 21 Copyright © 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 9/10/2012 22 Diffusion • Result of constant motion of all atoms,  molecules, or ions in a solution • Passive process – Molecules or ions move from an area of higher  concentration to an area of lower concentration   – Area of high concentration has more solute  particles than area of low concentration 23 Diffusion • Passive process – More solute particles move from higher  concentration to lower one – Once at equilibrium, movement of solutes in one  direction is balanced by equal movement in  opposite direction 24 Copyright © 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 9/10/2012 25 Diffusion • Concentration gradient – When the concentration of the solute is greater at  one point in the solvent than at another point • Solutes diffuse down their concentration gradients  from high to low concentration until equilibrium  is achieved • Some nutrients enter and some waste products leave  the cell by diffusion – Maintenance of proper intracellular  concentrations of certain substances depends on  this process 26 Mediated Transport Mechanism • Required to move large, water‐soluble molecules,  electrically charged molecules across cell  membranes – Some vital molecules (glucose) cannot enter by diffusion – Some products (proteins) cannot exit by diffusion • Use carrier molecules – Proteins combine with solute molecules on one side of  the membrane – Change shape, pass through the membrane, release solute  molecule on other side 27 Copyright © 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 9/10/2012 28 Carrier‐Mediated Transport • Two types – Active transport – Facilitated transport 29 Carrier‐Mediated Transport • Active transport – Moves substances against concentration gradient,  from areas of lower concentration to areas of  higher concentration • Cell must expend energy to work against this  concentration gradient • Occurs at faster rate than diffusion 30 Copyright © 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 10 9/10/2012 Neuroendocrine Regulation of Stress • Stress causes adrenal glands to release  catecholamines, epinephrine, norepinephrine,  dopamine into bloodstream – Hypothalamus stimulates pituitary gland to  release ADH, prolactin growth hormone,  adrenocorticotropic hormone (ACTH) – ACTH stimulates cortex of adrenal gland to  release cortisol 301 Catecholamines • Stimulate two major classes of receptors – Alpha‐adrenergic receptors • Alpha‐1 receptors: postsynaptic, located on effector  organs, stimulate contraction of smooth muscle • Alpha‐2 receptors: located on presynaptic nerve  endings, stimulation serves as negative feedback  mechanism, inhibits further release of norepinephrine 302 Catecholamines • Stimulate two major classes of receptors – Beta‐adrenergic receptors • Beta‐1 receptors: located mainly in the heart • Beta‐2 receptors: located primarily in bronchiolar,  arterial smooth muscle • Beta receptors stimulate the heart, dilate bronchioles,  blood vessels in skeletal muscle, brain, heart, aid  glycogenolysis • Epinephrine excites alpha receptors 303 Copyright © 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 101 9/10/2012 Cortisol • Circulates in plasma • Mobilizes substances needed for cellular  metabolism • Main metabolic effect is stimulation of  gluconeogenesis • Enhances elevation of blood glucose – Reduces glucose utilization 304 Cortisol • Immunosuppressant, reduces reproduction of  lymphocytes, particularly among  T lymphocytes – Leads to decrease of cellular immunity • Reduces macrophage migration into  inflamed area • Reduces phagocytosis by stabilizing  lysosomal membranes 305 Cortisol • Decrease in immune cell activity may  be beneficial – Prevents immune‐mediated tissue damage • Factors determine whether effects are  adaptive or destructive – Stress event type – Stress exposure length 306 Copyright © 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 102 9/10/2012 Immune System Role • Believed immune, nervous, endocrine systems  communicate through complex pathways,  affected factors involved in stress reaction 307 Interrelationship of Stress,  Coping, Illness • Stress damage determined by nature,  intensity, duration of stressors – Also affected by way person perceives  stressors, coping • Spotting signs of symptoms of stress is crucial  to good health 308 Interrelationship of Stress,  Coping, Illness • Stress reduction techniques help prevent  harmful physiological, psychological illness  from arising – Meditation – Exercise – Imagery 309 Copyright © 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 103 9/10/2012 Genetics, Familial Diseases • Born with genetic predisposition to  development of certain diseases – Genetics of some diseases well understood  (hemophilia, sickle cell anemia) – Patients either • Have no genetic predisposition • Are carriers of disease • Have disease – Other disease processes genetically linked but  strongly associated with environmental factors 310 Factors Causing Disease • Genetic and environmental; have strong  interaction – Genes cannot exert effects without  environment to operate – Factors act differently on different people – Conversely, environment may be the same, people  have unique genetic makeups 311 Factors Causing Disease • Genetic factors – Heredity, laws of chance, probability – Each pair of chromosomes randomly sorted when  packaged into eggs, sperm – More than 100,000 genes involved in  genetic makeup – Genetic diseases arise because of individual  genetic changes, abnormalities involving entire  chromosome 312 Copyright © 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 104 9/10/2012 Factors Causing Disease • Genetic factors – Entire chromosomal abnormalities lead to  diseases • Down syndrome • Turner syndrome – More often, single chromosome gene is passed  on, resulting in abnormal protein • Sickle cell anemia • Hemophilia 313 Factors Causing Disease • Genetic factors – Polygenic: conditions involving more than one  gene, may have strong inherited component • Coronary artery disease • Hypertension • Cancer 314 Factors Causing Disease • Environmental factors – Common chronic diseases result in mismatch  between genetic and environmental factors – Important environmental factors • • • • • Microorganisms, immunological exposure Personal habits, lifestyle Chemical substances Physical environment Psychosocial environment 315 Copyright © 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 105 9/10/2012 Factors Causing Disease • Environmental factors – Disease prevention goal is to find genetic,  environmental influences leading to major  diseases, help susceptible people – Change environmental factors, lessen risk 316 Think about how many risk factors  you have for heart disease. Which of  these factors are genetic, and which  could you eliminate by modifying  your habits or environment? 317 Factors Causing Disease • Age, gender – Play role in incidence of hereditary disease – Especially true for diseases not caused by single  genetic defect – In polygenic disorders, combined effects of genes  and environment play a role over time • Age‐related metabolism changes • Heart disease, hypertension, cancer seen more over  age 40 318 Copyright © 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 106 9/10/2012 Factors Causing Disease • Age, gender – Gender associated to sex‐specific diseases arising  from hormonal, anatomical differences • Breast cancer, women • Testicular cancer, men – Lifestyle, environmental differences also play  a role • Differences may be responsible for predisposition to  some diseases • Higher rate of lung cancer, coronary artery disease in  male smokers 319 Disease Rates • Commonly used statistics assess society disease  impact – Incidence rate • Number of new cases detected during given time period per  number of people surveyed, usually 1 year – Prevalence rate • Number of people living with disease per number of  people surveyed – Mortality rate • Number of people who died from disease during given time period  per number of people surveyed, usually 1 year 320 Disease Rates • Risk factor analysis – Causal, noncausal risk factors – Causal risk factors • Removal, elimination of risk factors delays or prevents  disease – Noncausal risk factors • Help predict chances of developing disease • No direct effect on underlying cause 321 Copyright © 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 107 9/10/2012 322 Familial Disease Tendency • In some cases, family members are more  prone to some diseases than the general  population – Risk factors: genetic or shared environmental  factors • Heart disease, pulmonary disease from smoking,  dietary fat 323 Familial Disease Tendency • Aging, age‐related disorders – Advanced age is risk factor for many diseases • Heart attack • Stroke • Cancer – Represents cumulative effects of genetics, environmental  factors – Disorders such as dental cavities, strep throat, more  common in younger ages – Degenerative disorders, arthritis, more common in older  ages 324 Copyright © 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 108 9/10/2012 Familial Disease Tendency • Common familial diseases, associated  risk factors – High‐risk individuals, take steps to avoid familial  diseases • Coronary heart disease • Colorectal cancer 325 Summary • Two facts illustrate importance of body water – Is medium in which all metabolic reactions occur – Precise regulation of volume and composition of  body fluids is essential to health • Water follows osmotic gradients established by changes  in sodium concentrations • Sodium and water balance are closely related 326 Summary • Two abnormal states of body‐fluid balance can  occur – If water gained exceeds water lost, a state of  water excess, or overhydration, exists – If water lost exceeds water gained, a state of  water deficit, or dehydration, exists 327 Copyright © 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 109 9/10/2012 Summary • Disturbances in the balance of electrolytes  (other than sodium) may occur – These electrolytes include potassium, calcium,  and magnesium – Imbalances can interfere with neuromuscular  function • May cause cardiac rhythm disturbances 328 Summary • Treatment of isotonic dehydration may include  volume replacement with isotonic or occasionally  hypotonic solutions – Treatment of hypotonic dehydration may involve IV  replacement with normal saline or lactated Ringer’s  solution – Occasionally, hypertonic saline (e.g., in seizures caused by  hyponatremia) is used – Interventions for overhydration depend on cause • May include water restriction, administration of a diuretic, or, if  hyponatremia is present, administration of saline 329 Summary • In‐hospital treatment of hypokalemia involves  IV or oral potassium replacement • Management of hyperkalemia may involve  potassium restriction, enteral administration  of a cation exchange resin, or intravenous  administration of glucose and insulin, sodium  bicarbonate, or calcium 330 Copyright © 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 110 9/10/2012 Summary • Treatment of hypocalcemia involves IV  administration of calcium ions • Management of hypercalcemia may include  controlling the underlying disease, hydration,  and, occasionally, drug therapy such as with  furosemide and other calcium‐lowering drugs 331 Summary • Hypomagnesemia typically is corrected by  administration of IV magnesium sulfate • Most effective treatment for  hypermagnesemia is hemodialysis – Calcium salts that antagonize magnesium may also  be given 332 Summary • Healthy body is sensitive to changes in  concentration of hydrogen ions (pH) – Tries to maintain pH of extracellular fluid at 7.4 • Accomplished through three interrelated compensatory  mechanisms: carbonic acid–bicarbonate buffering,  protein buffering, and renal buffering 333 Copyright © 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 111 9/10/2012 Summary • Metabolic acidosis occurs when amount of  acid generated exceeds body’s buffering  capacity – Four most common forms of metabolic acidosis  encountered in the prehospital setting are lactic  acidosis, diabetic ketoacidosis, acidosis resulting  from renal failure, and acidosis caused by  ingestion of toxins – Treatment for metabolic acidosis is aimed at  correcting underlying cause 334 Summary • Loss of hydrogen is initial cause of  metabolic alkalosis – May be caused by vomiting (hydrochloric acid  loss), gastric suction, or increased renal excretion  of hydrogen ion in the urine – Treatment is directed at correcting underlying  condition – Volume depletion, if present, should be corrected  with isotonic solutions 335 Summary • Respiratory acidosis is caused by retention of  carbon dioxide – Leads to increase in Pco2 – Condition usually is caused by an imbalance in   production of carbon dioxide and its elimination  through alveolar ventilation – Treatment involves improving ventilation quickly  to eliminate carbon dioxide 336 Copyright © 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 112 9/10/2012 Summary • Hyperventilation may produce respiratory  alkalosis by decreasing Pco2 – Treatment is directed at correcting underlying  cause of hyperventilation – Initial approach is to place patient on low‐ concentration oxygen • Another is to provide calming measures to assist  patient with slow, controlled breathing 337 Summary • An understanding of the processes of disease  is crucial – Requires knowledge of structural and functional  reactions of cells and tissues to injurious agents – Changes in cells and tissues can be caused by  adaptation, injury, neoplasia, aging, or death • An injured cell may have an abnormal physical  shape or size – Cell injury has both cellular and systemic  indications 338 Summary • Certain factors cause disease Thesefactorsmaybeclassifiedasgeneticor environmental ã Stronginteractionoccursbetweenthetwo 339 Copyright â 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 113 9/10/2012 Summary • The term hypoperfusion is used to describe  inadequate tissue circulation – May result from decreased cardiac output – Decreased cardiac output can lead to shock, multiple  organ dysfunction syndrome, and other disease states  associated with impaired cellular metabolism – Negative feedback mechanisms important in maintaining  cardiac output and tissue perfusion are baroreceptor  reflexes, chemoreceptor reflexes, the central nervous  system ischemia response, hormonal mechanisms,  reabsorption of tissue fluids, and splenic discharge of  stored blood 340 Summary • External barriers are body’s first line of defense  against illness and injury – These barriers include skin and mucous membranes of the  digestive, respiratory, and gastrointestinal tracts • When barriers are breached, chemicals, foreign bodies, or  microorganisms are allowed to penetrate cells and tissues • Then the second and third lines of defense are activated • These are inflammatory response and immune response • Both external barriers and inflammatory response respond to all  organisms using the identical nonspecific mechanism • Immune response is specific to individual pathogens 341 Summary • Immune responses usually are protective – Help to protect body from harmful  microorganisms and other injurious agents – At times responses may be inappropriate • May even have undesirable effects • Examples of inappropriate responses include  hypersensitivity and immunity or inflammation  deficiencies 342 Copyright © 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 114 9/10/2012 Summary • Many immune‐related conditions and diseases  are associated with stress – Exact mechanisms causing these illnesses have  not yet been clearly defined • Believed that the immune, nervous, and endocrine  systems communicate through complex pathways and  that they may be affected by factions involved in the  stress reaction 343 Summary • Factors that cause disease are complex – May involve genetic or environmental factors or a  combination of both – Age and gender also influence illness 344 Questions? 345 Copyright © 2013 by Jones & Bartlett Learning, LLC, an Ascend Learning Company 115 ... fluids to leak out? ?of? ?the blood  vessels more freely. How could that  affect cardiac output? 65 Pathophysiology? ?of? ?Edema • Clinical manifestations? ?of? ?edema – Generalized  • In industrialized countries, most often caused by heart, ... 52 Pathophysiology? ?of? ?Edema • Factors? ?of? ?normal fluid flow through  interstitial spaces  – Permeability? ?of? ?capillaries, determines how easily  fluid can pass through capillary wall – Presence? ?of? ?open lymphatic channels, which ... Molecules or ions move from an area? ?of? ?higher  concentration to an area? ?of? ?lower concentration   – Area? ?of? ?high concentration has more solute  particles than area? ?of? ?low concentration 23 Diffusion

Ngày đăng: 20/01/2020, 01:31

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