Corso di Fisiologia Umana: concetti generali e omeostasi

Corso di Fisiologia Umana

Concetti Generali

• Cosa studia la fisiologia
• Il concetto di omeostasi
• Il concetto di feedback (retroazione)
• La struttura della membrana cellulare
• Osmolarità e tonicità di una soluzione

Cosa studia la fisiologia

STUDIA IL FUNZIONAMENTO
DELL'ORGANISMO VIVENTE
E DELLE PARTI CHE LO
COMPONGONO IN
SITUAZIONI NORMALI
(fisiologiche)
STUDIA L'INTEGRAZIONE
FUNZIONALE TRA I VARI
SISTEMI

Sistema tegumentario
Sistema
respiratorio
Sistema
nervoso
Sistema
circolatorio
Sistema
endocrino
Apparato
digerente
Sistema
muscolo-
scheletrico
Sistema
urinario
Sistema
riproduttivo
Questo schema indica le relazioni esistenti
fra i sistemi che costituiscono il corpo umano. Il lume
degli organi cavi (mostrato in bianco) si apre
sull'ambiente esterno.

I principali sistemi dell'organismo

I principali sistemi dell'organismo sono funzionalmente integrati
(da integumentum, copertura) composto
dalla cute
1
Sistema tegumentario
Sistema
respiratorio
Sistema
nervoso
Sistema
circolatorio
Coordinano le
funzioni corporee
Sistema
endocrino
Apparato
digerente
Sostegno e
movimento del corpo
Distribuisce materiali
pompando sangue
attraverso i vasi
(sistema cardio-
vascolare)
Sistema
muscolo-
scheletrico
Sistema
urinario
Sistema
riproduttivo
Sistema immunitario
diffuso (comprende il
sistema linfatico)

Studio delle funzioni a livello cellulare o macroscopico

Cellula uovo
fertilizzata
-
Divisione
e crescita
cellulare
Organo
(rene)
-
-
-
Differenziamento
cellulare
-----
Unità
funzionale
(nefrone)
Tipi cellulari
specializzati
Cuboidi
Colonnari
Squamose
Ciliate (vie respiratorie)
Cellula
epiteliale
Cellula
connettivale
Neurone
Cellula
muscolare
Scheletriche
Cardiache
Lisce
Rene
Uretere
Vescica
Uretra
Tessuto
epiteliale
Tessuto
connettivo
Tessuto
nervoso
Tessuto
muscolare
Semplice
Stratificato
Lasso (epitelio) Cervello
Denso
Midollo
(cartilagine, ossa)
Liquido (sangue)
Matrice Ext Cell
Muscoli volontari
Muscoli involontari (cuore,
condotto esofago etc.).
Apparato
Urinario
Sistemi/apparati: insieme
di organi che
lavorano in sinergia.
Tessuti

Funzione e Meccanismo in Fisiologia

FUNZIONE e MECCANISMO:
due concetti correlati in fisiologia
La fisiologia è la scienza che studia le funzioni degli
organismi viventi.
(funzione: cosa fa un organo ... )
Ha lo scopo di conoscere le cause, le condizioni e le
leggi che determinano e regolano i fenomeni vitali.
(Meccanismo: come funziona ... )

La Fisiologia è una scienza integrata

La Fisiologia è una scienza integrata
È importante riuscire a comprendere come si integrano le funzioni dei
vari sistemi: avere una visione di insieme!
1.
Rapporto struttura-funzione
Interazioni molecolari: capacità di molecole individuali di legarsi o di reagire con
altre molecole
Proprietà meccaniche di cellule, tessuti e organi: capacità di modificare la
propria forma e di ritornare allo stato iniziale
Compartimentalizzazione: divisione di uno spazio in compartimenti separati
2. Utilizzo dell'energia biologica
3. Comunicazione
Flussodi informazioni: segnali chimici ed elettrici; locali e a lunga distanza
Flusso di massa: movimento di sostanze all'interno e fra compartimenti:
seguono gradienti
4. Omeostasi

Concetto importante

Concetto importante
In un individuo sano, i parametri fisiologici (pressione arteriosa, temperatura,
ossigenazione, glucosio) si mantengono stabili all'interno di un range costante.
Questi parametri non sono fissi ma variano costantemente all'interno di quel range
(fluttuazioni).
Quando un parametro viene deviato dal suo valore di riferimento, si attivano meccanismi
compensatori che tendono a riportare quel parametro al suo valore di riferimento.
Classificazione della pressione sanguigna nella popolazione adulta
CATEGORIA
SISTOLICA
(mmHg)
DIASTOLICA
(mmHg)
OTTIMALE
<120
<80
NORMALE
<130
<85
NORMALE-ALTA
130-139
85-89
IPERTENSIONE
Stadio 1
140-159
90-99
Stadio 2
160-179
100-109
Stadio 3
>180
>110

Omeostasi

Omeostasi
(omeo = simile, stasi = condizione)
capacità degli esseri viventi di mantenere il loro ambiente interno
relativamente stabile
Claude Bernard 1865 costanza del milieu intérieur (ambiente interno)
in un organismo sano i parametri fisiologici sono mantenuti in un range di valori stabili
Walter Cannon
1929
omeostasi (condizione di stabilità)
Si tratta di un processo dinamico e non statico che riguarda la capacità di
raggiungere e mantenere uno stato di stabilità delle proprietà chimico-fisiche del
nostro corpo. In altre parole, la capacità dell'organismo di regolare l'ambiente interno.
Quando si verificano alterazioni a seguito di una perturbazione esterna od interna, la
risposta dell'organismo deve essere coordinata al fine di riportare il sistema allo stato
normale.

Omeostasi: un concetto dinamico

L'omeostasi è un concetto dinamico: I parametri fisiologici possono
subire oscillazioni, come ad esempio la variazione di glucosio ematico
durante la giornata.
160
Glucosio nel sangue
140
(mg/dL)
Colazione
Pranzo
Cena
120
>
100
80
60
00:00
6:00
12:00
18:00
24:00
Orario della giornata
Figura 1.4 Variazioni della concentrazione di glucosio ematico
nel normale ciclo di 24 ore. Si noti che la concentrazione di
glucosio aumenta dopo ogni pasto, e maggiormente dopo i pasti
abbondanti, per poi ritornare al livello precedente il pasto in
breve tempo. Le variazioni mostrate nel grafico corrispondono a
quelle di una persona con un normale controllo omeostatico del
livello ematico di glucosio; osservare anche che tale controllo non
impedisce considerevoli variazioni del livello di questo zucchero
nell'arco della giornata.
Meccanismi compensatori
riportano i valori di
glucosio a quelli prima dei
pasti.
Una variabile fisiologica
non è rigidamente
costante nel tempo ma
subisce fluttuazioni
all'interno di un range di
valori.
E.P. Widmaier, H. Raff, K.T. Strang, Vander - Fisiologia, seconda ed. italiana, 2018
978-88-08-28002-2
CASA EDITRICE AMBROSIANA

Il concetto di omeostasi

Il concetto di omeostasi
OMEOSTASI = CAPACITA' DI MANTENERE STABILE L'AMBIENTE
INTERNO DI UN ORGANISMO (pH, temperatura, conc. ionica, acqua)
Organismo in omeostasi
Variazione esterna
Variazione interna
Perdita di omeostasi
Compensazione ?
Quando l'omeostasi
è perturbata,
l'organismo cerca di
compensare
no
si
malattia
benessere
(fisiopatologia)

Meccanismi compensatori per mantenere l'omeostasi

Meccanismi compensatori per mantenere l'omeostasi
I processi fisiologici sono regolati, a ogni livello, da sistemi di controllo a feedback (>)
che permettono all'essere vivente di adattare la propria individualità biologica
all'ambiente esterno.
Feedback
(retroazione negativa)
Stimolo
iniziale
Risposta
Il circuito
di risposta
si inattiva
Stimolo
Esempio: Termoregolazione
Inizio
I Temperatura della stanza
tPerdita di calore corporeo
Temperatura corporea
Risposte
dell'organismo
Processi messi in atto
Vasocostrizione
cutanea
Raggomitolamento
Brividi
4 Perdita di calore corporeo
1 Produzione di calore
Ritorno della temperatura corporea al valore di riferimento
LA RISPOSTA CONTRASTA LO STIMOLO

Feedback (retroazione positiva)

Feedback
(retroazione positiva)
Stimolo
iniziale
Risposta
+
Circuito a feedback
+ Stimolo
Esempio: Contrazioni uterine durante il parto
Distensione
della cervice
uterina
causa
stimola
Pressione
del feto contro
la cervice
2
Rilascio
di ossitocina
Circuito a retroazione positiva
causa
Contrazioni
uterine
LA RISPOSTA POTENZIA LO STIMOLO
Il parto
termina il
ciclo

Sistemi di regolazione

Sistemi di regolazione
Feedback (regolazione retroattiva)
si ha quando la risposta torna ad
agire sullo stimolo che lo ha
provocato. Il feedback può essere
negativo o positivo
Inizio
Temperatura della stanza
Perdita di calore corporeo
Ritorno della temperatura corporea al valore di riferimento
¿Temperatura corporea
Risposte
dell'organismo
Vasocostrizione
cutanea
Raggomitolamento
Brividi
Perdita di calore corporeo
1 Produzione di calore
- Diminuzione della
temperatura
Aumento
della temperatura
Rilevata da
Termorecettori
Brivido
A
Sensore
Fibre motrici
Cute -
Arteria
Vena
Valore
Valore
normale attuale
\Fibre
sensitive
Segnali di correzione
per mezzo di fibre nervose
Ipotalamo
L'informazione è inviala
per mezzo di fibre ner-
vose all'integratore
(ipotalamo)
Integratore
Feedforward (anticipatoria)
il sistema di controllo «conosce» la
dinamica temporale di un processo,
ne ha una rappresentazione interna
e la
utilizza
per
anticipare
l'evoluzione del processo stesso,
applicando i segnali di correzione
prima di conoscere l'output del
processo stesso.
Quando la temperature esterna scende, le risposte di
compensazione vengono attivate in anticipo rispetto alla
diminuzione della temperatura corporea interna
Feedback Negativo
Muscoli
Effettore

La struttura della membrana cellulare

La struttura della membrana cellulare
Membrana
cellulare
mM
[Na+] = 12
[K+] = 140
[Ca2+] <0,0001
[Mg2+] = 1,6
[C]]] = 4
[HCO3] = 12
[A ]= 138
Liquido intracellulare
Catene di carboidrati
legate a lipidi
Catene di carboidrati
legate alle proteine
Glicolipidi
Glicoproteina
Molecole di colesterolo
Proteine integrali
di membrana
Teste fosfolipidiche (polari)
Code di acidi grassi
(non polari)
Doppio
strato
lipidico
Proteine periferiche
di membrana
Teste fosfolipidiche (polari)
-
Filamenti
di citoscheletro
Citosol
Figura 1.1 Modello di membrana cellulare a mosaico liquido. La membrana è formata da un doppio strato lipidico molto fluido in cui sono immerse pro-
teine di membrana. Si possono notare i singoli componenti del doppio strato (i fosfolipidi e il colesterolo), le proteine integrali, le proteine periferiche che
contribuiscono alla formazione del citoscheletro e le catene di carboidrati legati alle proteine o ai lipidi.
EdiSES
Carbone, Cicirata, Aicardi
Fisiologia: dalle molecole ai sistemi integrati
EdiSES
Fluido extracellulare

Struttura della Membrana Plasmatica

Struttura della Membrana Plasmatica
Tutte le cellule sono circondate da membrane plasmatiche.
La membrana plasmatica costituisce e delimita la superficie esterna della cellula: separa
l'interno dall'esterno. La membrana plasmatica agisce da barriera al movimento di molecole.
Fosfolipidi, tutte le membrane sono costituite da un doppio strato di fosfolipidi dalle
caratteristiche anfipatiche ovvero costituiti da teste polari (idrofile) rivolte verso
l'esterno e l'interno della cellula, e code non polari (idrofobe) rivolte verso l'interno.
FGruppo
forstato
giperoto)
acido grasso
ossRibi opne
Colesterolo una molecola per ogni fosfolipide con funzione di stabilizzazione, aiuta a
mantenere la fluidità di membrana soprattutto a basse temperature
Proteine (eventualmente in forma di glicoproteine) con varie funzioni.
Regione idrofila
di proteina
Regione idrofoba
di proteina
Doppio strato
fosfolipidico
Proteine
Doppio
strato
fosfolipidico
Proteina
periferica
Proteina integrale
(transmembrana)
Colesterolo
Modello a Mosaico Fluido