Fisiologia: funzionamento degli organismi viventi e controllo motorio

Fisiologia: Funzionamento degli Organismi Viventi

La fisiologia è la scienza che studia come funzionano gli organismi viventi. Analizza i processi fisici, chimici e biologici che permettono alle cellule, ai tessuti e agli organi di svolgere le loro funzioni. Mentre l'anatomia descrive la struttura del corpo, la fisiologia spiega come e perché queste strutture lavorano in un certo modo. Ad esempio, studiare la fisiologia significa capire come il cuore pompa il sangue o come i polmoni scambiano ossigeno e anidride carbonica.

"La fisiologia è la scienza che studia le funzioni degli organismi viventi - animali e vegetali - per conoscere le cause, le condizioni e le leggi che determinano e regolano le funzioni vitali"

Caratteristiche degli Organismi Viventi

Un organismo vivente è un'entità biologica che possiede una serie di caratteristiche fondamentali che la distinguono dalla materia non vivente. Queste caratteristiche permettono agli esseri viventi di mantenere la propria organizzazione, riprodursi e adattarsi all'ambiente nel tempo. Vediamo nel dettaglio i 5 punti principali:

1. Costituita da materia organizzata Ogni organismo vivente è formato da materia, ma non in modo casuale: le sue strutture sono organizzate secondo criteri precisi, stabiliti dal patrimonio genetico (il DNA).
   • Questo patrimonio genetico contiene informazioni codificate che guidano la formazione e il funzionamento delle cellule.
   • Ad esempio, le cellule del nostro corpo sono organizzate in tessuti, organi e sistemi, e questa organizzazione è strettamente controllata.
   • Anche in organismi semplici, come i batteri, esiste un alto livello di ordine e regolazione interna.
2. Sono dotati di un progetto finalizzato al mantenimento dell'organizzazione tra le generazioni (teleonomia) Gli organismi viventi non si limitano a esistere: hanno un fine biologico, che è mantenere e trasmettere la propria organizzazione nel tempo.
   • Questo concetto si chiama teleonomia, cioè il fatto che ogni essere vivente agisce in modo da perpetuare la propria struttura e funzionalità.
   • Le cellule si riparano, gli organi si autoregolano, e gli organismi si adattano per continuare a vivere.
   • Ad esempio, un albero perde le foglie in autunno per sopravvivere all'inverno: questo comportamento ha un "fine biologico".
3. Capacità di conservare questa organizzazione Un organismo vivente riesce a mantenere stabile la propria struttura e le proprie funzioni, anche di fronte a cambiamenti esterni. Questo perché abbiano bisogno di interagire continuamente con l'ambiente esterno per scambiare materia, energia e informazione.
   • Questo avviene grazie a meccanismi di regolazione interna, come l'omeostasi, che mantengono condizioni ottimali (temperatura, pH, livelli di nutrienti, ecc.).
   • Senza questa capacità, l'organismo perderebbe equilibrio e morirebbe.
   • Ad esempio, quando sudi per raffreddare il corpo o quando il tuo fegato regola la glicemia, il tuo organismo sta conservando la propria organizzazione.

Parametri per un Corretto Funzionamento

1. Pressione arteriosa minima: 75-89 mm/Hg Pressione arteriosa massima: 115-139 mm/Hg
2. Temperatura corporea: 36,5-37,5 ℃
3. Concentrazione dello ione Potassio nel plasma: 3,5-4,5 mEq/L
4. Concentrazione dello ione Sodio nel plasma: 136-146 mEq/L
5. Capacità di riprodursi mantenendo l'organizzazione (Invarianza riproduttiva)
6. Capacità di evolvere di generazione in generazione

4) Capacità di riprodursi mantenendo l'organizzazione (invarianza riproduttiva) 5) Capacità di evolvere di generazione in generazione

Feedback Positivo e Negativo

Nel corpo, molti processi sono regolati da meccanismi di feedback, cioè risposte che servono a controllare una certa funzione.

• Feedback negativo: è il tipo di controllo più comune. Quando qualcosa cambia nell'ambiente interno, il corpo risponde annullando o riducendo il cambiamento. Esempio: se la temperatura corporea sale troppo, il corpo suda per raffreddarsi.
• Feedback positivo: è meno comune e amplifica il cambiamento iniziale invece di contrastarlo. Esempio: durante il parto, le contrazioni dell'utero stimolano la produzione di ossitocina, che fa aumentare ulteriormente le contrazioni, fino alla nascita del bambino. Durante l'allattamento, si verifica un perfetto esempio di feedback positivo che coinvolge l'ormone ossitocina: Lo stimolo iniziale (suzione) -> attiva una risposta ormonale (ossitocina) -> che potenzia lo stimolo iniziale (più latte, più suzione).

Omeostasi e Regolazione Feedforward

L'omeostasi è la capacità del corpo di mantenere condizioni interne stabili, anche quando l'ambiente esterno cambia. È fondamentale per la sopravvivenza. Ad esempio, il corpo mantiene costante la temperatura, il livello di zucchero nel sangue, l'equilibrio dei liquidi e il pH del sangue.

Mantenimento dell'Omeostasi

Il mantenimento dell'omeostasi dipende da:

• Recettori, che rilevano i cambiamenti
• Sistema di controllo, come il cervello
• Effettori, come muscoli o ghiandole, che correggono i cambiamenti

Un meccanismo di controllo è la regolazione feedforward che si distingue dal feedback tradizionale grazie al fatto che la correzione avviene in anticipo, prima che si verifichino gli effetti della perturbazione.

Cos'è la Regolazione Feedforward?

In un sistema di controllo feedforward, l'organismo (o il sistema) prevede cosa succederà sulla base di esperienze precedenti e agisce preventivamente per evitare squilibri.

Questo è possibile perché il sistema:

• Ha memoria degli eventi passati (è dotato di un "modello interno");
• Conosce la successione temporale degli eventi;
• Genera una risposta anticipata, cioè prima che il disturbo abbia effetti reali sul sistema, questo grazie alle ESPERIENZE PREGRESSE.

Come Funziona la Regolazione Feedforward?

1. Un sensore rileva una condizione che, sulla base dell'esperienza, porta normalmente a uno squilibrio.
2. Il modello interno del sistema prevede le conseguenze future.
3. Viene attivata una correzione preventiva (feedforward) per mantenere l'equilibrio prima che si manifesti la perturbazione.

Esempio: Un esempio di regolazione feedforward è la salivazione prima di mangiare: il solo vedere o annusare il cibo attiva la produzione di saliva prima dell'ingestione, preparando il corpo alla digestione.

La regolazione feedforward è un meccanismo avanzato di omeostasi in cui il corpo non aspetta che si verifichi un problema, ma prevede e interviene in anticipo, grazie alla memoria e all'esperienza. Questo tipo di risposta è fondamentale in molte situazioni fisiologiche per mantenere l'equilibrio interno in modo efficiente.

Sistemi di Controllo

Come sistemi di controllo abbiamo:

• Sistema endocrino
• Sistema nervoso

Il Sistema Nervoso

Il sistema nervoso è composto principalmente da due tipi di cellule:

• i neuroni, che trasmettono impulsi elettrici e comunicano tra loro e con altri tessuti;
• le cellule gliali, che sostengono, nutrono e proteggono i neuroni.

Per svolgere la funzione di sistema di controllo, il sistema nervoso è organizzato in due grandi parti:

1. Sistema Nervoso Centrale (SNC): formato da encefalo e midollo spinale, riceve le informazioni, le elabora e genera le risposte.
2. Sistema Nervoso Periferico (SNP): formato da nervi e gangli, collega il SNC con il resto del corpo, trasmettendo segnali in entrata (afferenti) e in uscita (efferenti).

Questa organizzazione permette al sistema nervoso di agire come un vero sistema di controllo: riceve stimoli (input), li interpreta e invia comandi (output) per regolare rapidamente le funzioni dell'organismo e mantenere l'omeostasi.

Classificazione dei Neuroni

I neuroni sono cellule specializzate del sistema nervoso che trasmettono informazioni attraverso segnali elettrici e chimici. Si classificano secondo due criteri principali:

Struttura (morfologia) dei Neuroni

• Pseudounipolari: un unico processo che viene chiamato ASSONE. Neuroni sensoriali
• Bipolari: hanno due processi che si dipartono dal corpo cellulare. Neurone sensoriale Neuroni sensoriali Interneuroni del SNC Neurone efferente Sensi somatici Neuroni afferenti olfattivi e visivi Dendriti Dendriti Assone Dendriti Nucleo della cellula di Schwann Cellula di Schwann Assone Assone Terminale assonale Assone Pseudounipolare Bipolare Anassonico Multipolare
• ANASSONICO: si trovano nel SNC e non hanno un assone evidente
• Multipolari:
  • Gli interneuroni multipolari del SNC sono altamente ramificati ma non hanno processi lunghi.
  • tipico neurone con 5 o7 dendriti, ciascuno si ramifica da 4 a 6 volte. Il singolo assone può ramificarsi mille volte, poi finisce con delle dilatazioni, i terminai assonali. Neurone efferente

Funzione dei Neuroni

• Neuroni sensoriali (afferenti): trasportano informazioni dagli organi di senso al sistema nervoso centrale (SNC)
• Neuroni motori (efferenti): portano comandi dal SNC a muscoli o ghiandole
• Interneuroni del SNC: collegano neuroni sensoriali e motori all'interno del SNC e sono essenziali per le riflessività e funzioni complesse

Neuroni: Cellule Eccitabili

Sono chiamati cellule eccitabili perché possono generare variazioni rapide e transitorie del potenziale elettrico attraverso la loro membrana cellulare, dette potenziali d'azione. Questi segnali elettrici permettono la comunicazione tra neuroni e tra neuroni e altre cellule, come quelle muscolari.

La membrana dei neuroni contiene canali ionici specifici che regolano il passaggio di ioni (sodio, potassio, calcio, cloro) dentro e fuori dalla cellula. Questi movimenti ionici modificano la carica elettrica ai due lati della membrana, dando origine al potenziale di membrana.

L'equazione di Teroell

L'equazione di Teroell è un modello matematico utilizzato per descrivere il comportamento elettrico delle cellule eccitabili, come i neuroni. Essa si basa sulla dinamica delle correnti ioniche attraverso la membrana e sul bilancio di carica.

In termini generali, l'equazione rappresenta il flusso di corrente attraverso la membrana in funzione della variazione del potenziale elettrico e delle proprietà elettriche della membrana stessa, come la capacità e la resistenza.

La forma base dell'equazione può essere espressa come:

F= k x

• K= costante
• X = Driving force (Forza spingente)

Il Flusso

• Il flusso è la quantità della sostanza che attraversa un' unità di superficie S in un'unità di tempo.
• Il flusso può essere bidirezionale. Il flusso netto globale e uguale alla differenza tra i due flussi
• Il flusso è funzione della forza spingente che lo produce (X) e di una costante di proporzionalità k.

Legge del Flusso di Massa

Fm = km*(Pa-Pb)

km dipende dalla viscosità della soluzione e dalla geometria del condotto