Fisiologia: omeostasi, fluidi corporei e sistema gastrointestinale

FISIOLOGIA

OMEOSTASI

L'omeostasi è quell'insieme di meccanismi fisiologici, strutturali e comportamentali che vengono messi in atto dall'organismo vivente per fare in modo che l'ambiente interno al nostro organismo resti costante nonostante ci siano delle variazioni esterne.

Parametri Costanti

I parametri che devono essere mantenuti costanti sono:

• I volumi dei liquidi corporei
• La composizione e concentrazione di sostanze
• Il pH
• La temperatura
• L'osmolarità

Le variazioni possono essere esterne o interne. I due sistemi di controllo dell'omeostasi sono il sistema nervoso e l'endocrino. I meccanismi di controllo operano mediante la modalità della retroazione o feedback: a una determinata variazione della variabile ce una risposta.

Elementi Costitutivi di un Circuito

Gli elementi costitutivi di un circuito sono:

• Un sistema di sensori (recettori) che misura continuamente il valore del parametro controllato.
• Un centro di integrazione, al quale giungono i segnali provenienti dai recettori che vengono confrontati con un valore di riferimento (set point), se il valore si discosta dal range vengono generati dei comandi diretti agli effettori
• Un sistema di effettori che modifica il valore della variabile controllata.

Tipi di Feedback

Esistono due tipi di feedback:

• Negativo: la variazione produce una risposta che attenua o elimina la variazione stessa. L'azione a ritroso evocata dalla perturbazione agisce in modo da contrastare la perturbazione stessa per riportare il sistema a un valore normale. Es: REGOLAZIONE DELLA TEMPERATURA. La temperatura può aumentare o diminuire nell'ambiente esterno ma anche all'interno di un organismo. Nel momento in cui c'è una diminuzione della temperatura corporea si devono attivare dei sensori, i termocettori, che sentono che ce stata la variazione della temperatura corporea e inviano dei segnali a un centro di integrazione. Quest'ultimo manda dei segnali attraverso dei neurotrasmettitori a degli effettori. Gli effettori nel caso della temperatura sono le ghiandole sudoripare, c'è una vasocostrizione e ce quello che viene definito meccanismo di brividi, i brividi sono proprio dei movimenti a livello della muscolatura che generano calore. Gli effettori quindi cercano di contrastare, ma con un blocco cioè hanno contrastato la perturbazione iniziale.
• Positivo: la variazione produce una risposta che amplifica la variazione stessa. Es: IL PARTO Si è al termine della gravidanza e succede che la posizione del feto provoca una distensione della muscolatura dell'utero. Questa distensione va a stimolare il rilascio dell'ossitocina che provoca una distensione della muscolatura dell'utero, c'è un aumento delle contrazioni uterine e cosi il circolo si ripete. La distensione stimola l'ossitocina, questo stimola la distensione e così via. Il circolo vizioso si interrompe quando la distensione dell'utero e le contrazioni uterine sono talmente forti che c'è l'espulsione del feto col parto. L'evento drastico fa si che venga interrotto il circolo vizioso e il feedback positivo si arresta.

COMPOSIZIONE DELL'ORGANSIMO UMANO E COMPARTIMENTI IDRICI

L'acqua costituisce circa il 50-70% del peso corporeo (ACT 42L).L'ACT è distribuita nei due compartimenti idrici dell'organismo:

• Il liquido intracellulare (LIC) 2/3 dell'ACT
• Il liquido extracellulare (LEC) 1/3 dell'ACT
• Un volume piccolo di acqua costituisce il liquido trasnecellulare contenuto nella cavita pleurica, pericardica, peritoneale.

Il LIC e il mezzo in cui avvengono le reazioni chimiche del metabolismo cellulare il LEC circonda tutte le cellule interponendosi tra esse l'ambiente esterno. I soluti hanno concertazioni diverse dall'interno all'esterno della cellula:

• Il principale catione del LEC è il sodio bilanciato dal cloruro e dal bicarbonato
• Il principale catione del LIC è il potassio bilanciato da proteine e fosfati inorganici.

Queste differenze, insieme alla differenza del Calcio più concentrato nel LEC rispetto al LIC, sono alla base dei meccanismi di eccitabilità cellulare. Il LEC a sua volta è suddiviso in:

• Plasma (1/4 del LEC) 3L
• Liquido interstiziale (3/4 del LEC) 11L

Questi due compartimenti sono separati dalla parete dei vasi sanguigni. Le forze che possono provocare flussi di acqua attraverso le membrane che separano i compartimenti idrici sono di due tipi: La presenza a cavallo della membrana di:

• una differenza di pressione osmotica che causa un flusso per osmosi
• Una differenza di pressione idrostatica che provoca filtrazione o assorbimento.

I movimenti di acqua tra LIC e LEC attraverso la membrana cellulare avvengono per osmosi e utilizzano canali selettivi detti acquaporine.

Osmosi

L'osmosi consiste in un trasferimento di acqua attraverso una membrana selettivamente permeabile all'acqua da un ambient a maggiore concentrazione di acqua (potenziale idrico) a un ambiente con potenziale idrico minore. Da una regione a minore concentrazione di soluti a una a maggiore concentrazione di soluti. La forza che fa avvenire il flusso è la differenza di pressione osmotica dovuta dalla differenza di concentrazione dei soluti che non possono diffondere. Soluzioni che hanno uguale osmolarità e quindi lo stesso potenziale idrico sono dette isoosmotiche. Se invece due soluzioni hanno differente osmolarità, quella meno concentrata è detta iposmotica e quella più concentrata e detta iperosmotica. Una soluzione con osmolarità uguale a quella dei liquidi corporei è detta isotonica. Una soluzione con osmolarità minore è detta ipotonica. Una soluzione con osmolarità maggiore è detta ipertonica.

MEMBRANA CELLULARE

in tutti i sistemi viventi la regolazione degli scambi di sostanze fra organismo e ambiente esterno avviene attraverso la membrana plasmatica. La membrana plasmatica ha il ruolo di isolare l'ambiente intracellulare da quello extracellulare e di regolare gli scambi di acqua e sostanze tra i due ambienti. È formata da un doppio strato fosfolipidico.

Proteine di Membrana

Le proteine di membrana sono di due tipi:

• Proteine estrinseche o periferiche: sono inserite su un lato della membrana e non la attraversano. A esse appartengono enzimi e proteine strutturali che ancorano il citoscheletro alla membrana.
• Proteine integrali: sono proteine transmembrana che attraversano la membrana e interagiscono con il doppio strato fosfolipidico. A queste appartengono:
  • Recettori di membrana: proteine che decodificano e trasmettono i segnali chimici. Ogni recettore è selettivo per una determinata molecola definito ligando. Il legame tra recettore e ligando può avviare una serie di reazioni intracellulari che modificano le caratteristiche della cellula (recettore metabotropico) o a modificare lo stato del recettore trasformandolo in un canale ionico (recettore ionotropico).
  • Canali ionici: proteine che formano un poro attraverso la membrana e mettono in comunicazione l'ambiente intracellulare con quello extracellulare permettendo il passaggio di ioni carichi positivamente (Na, K, Ca) o negativamente (Cl). Il flusso netto di ioni attraverso i canali avviene per diffusione passiva sostenuta da una differenza di concentrazione di uno ione o di un potenziale elettrico tra i due lati della membrana. Alcuni canali sono sempre aperti, altri hanno i gates che si aprono solo in seguito a uno stimolo. Tra i canali con gates abbiamo:
    • Canali voltaggio dipendenti: si aprono in seguito a variazione del potenziale elettrico della membrana
    • Canali ligando dipendenti: si aprono in seguito all'azione di segnali chimici
    • Canali a controllo meccanico: aperti dallo stiramento della membrana.
  • Proteine carrier: proteine che legano ioni o molecole su un lato della membrana e li trasportano dall'altro lato. Ciascun carrier trasporta solo specifici ioni o molecole. In alcuni casi il trasporto non consuma energia ma avviene solo se vi è una differenza di concentrazione (diffusione facilitata). In altri casi il trasporto è attuato da pompe ioniche che trasportano ioni contro gradiente di concentrazione (trasporto attivo primario).

Le cellule dei vari tessuti comunicano tra loro attraverso i messaggeri che possono essere di varia natura: neurotrasmettitori, ormoni, citochine, fattori di crescita, amminoacidi, polipeptidi, eicosanoidi e steroidi, che vengono riconosciuti da recettori delle cellule e permettono il passaggio di informazioni tra cellule stesse.

TRASPORTI PASSIVI

Sono trasporti equilibranti che procedono secondo gradiente di concentrazione e gradiente elettrochimico.

DIFFUSIONE SEMPLICE

DIFFUSIONE SEMPLICE -> è un passaggio di molecole lipofile attraverso la membrana semipermeabile secondo gradiente di concentrazione. La velocita del passaggio dipende:

• Dall'ampiezza della forza motrice (differenza di concentrazione)
• Dalla superficie della membrana, più è estesa più molecole si diffonderanno
• Dalla permeabilità a quella molecola, questo dipende dalla solubilità, dalla dimensione e forma, dalla temperatura e dallo spessore della membrana.

CANALI MEMBRANALI

CANALI MEMBRANALI -> nel doppio strato fosfolipidico troviamo delle proteine, alcune di esse sono proteine transmembrana, cioè vanno da un lato all'altro della membrana creando dei pori specifici per il passaggio di specifiche molecole. Ci sono diversi tipi di canali specifici:

• Acquaporine: passa l'acqua e piccole molecole come il glicerolo
• Canali ionici: lasciano passare gli ioni. Possono essere con gate:
  • Voltaggio dipendenti
  • Canali ligando dipendenti
  • Meccanici: es i corpuscoli sulla nostra pelle che si aprono in seguito a digitopressione

Possono essere senza gate e sono definiti di leakegare sono presenti in tutte le cellule e sono sempre aperti.

DIFFUSIONE FACILITATA

DIFFUSIONE FACILITATA -> c'è una proteina transmembrana denominata carrier aperta da un lato e chiusa dall'altro. Essa varia la sia conformazione attraverso un meccanismo denominato flip-flop. Es: un carrier importante è il GLUT4 cioè un trasportatore selettivo per il glucosio a livello extracellulare che lega il glucosio, cambia conformazione e lo libera all'interno della cellula. I fattori che influenzano il legame al carrier sono:

• L'affinità al sito di legame
• Il gradiente di concentrazione

Sono proteine ugualmente selettive su entrambi i lati, la selettività dipende dalla concentrazione della molecola. Questi trasportatori hanno dei siti specifici per una molecola perciò questi siti possono saturarsi.

TRASPORTI ATTIVI

Richiedono energia.

TRASPORTO ATTIVO PRIMARIO

TRASPORTO ATTIVO PRIMARIO -> definiti pompe. Sono selettivi per una determinata molecola o dentro o fuori la cellula contro gradiente di concentrazione. Es: la pompa sodio potassio, produce il 40% dell'energia, ha il compito di portare il sodio dall'interno della cellula dove è poco concentrato all'esterno dove invece è molto concentrato. Quando la pompa di trova aperta dal lato del LIC ha un'alta affinità per il sodio, il quale si lega (3 siti di legame) e la proteina attiva la funziona ATPasica: la proprietà di scindere una molecola di ATP in una molecola di ADP più un gruppo fosforico. Quest'ultimo legandosi alla proteina cambia la sua conformazione e si rivolge all'esterno della cellula. A questo punto butta gli ioni solidi e diventa affine per il potassio. Il potassio si lega (due siti) e viene buttato fuori il gruppo fosforico che permette un cambio conformazionale rivolgendosi all'interno e liberando il potassio.

TRASPORTO ATTIVO SECONDARIO

TRASPORTO ATTIVO SECONDARIO -> utilizzano il gradiente creato da un trasporto attivo primario. Possono essere:

• Uniporto -> un'unica molecola
• Simporto -> due molecole nella stessa direzione
• Antiporto -> due molecole in direzioni opposte