Appunti Fisiologia umana completi

Fisiologia umana

Introduzione

L’alimentazione influenza molteplici meccanismi omeostatici ed è influenzata da meccanismi

omeostatici, inoltre l’adattamento fisiologico è alla base dello stato di nutrizione.

La fisiologia quindi spiega il funzionamento dell’organismo, a questa appartengono diverse

discipline quali anatomia, biochimica, biologia cellulare, fisica e ingegneria che permettono di

capire come funzionano i sistemi di controllo e di regolazione. Questa fisiologia che spiega il

funzionamento dell’organismo permette di comprendere la fisiopatologia, quindi quando le cose

non vanno come devono, parliamo ad esempio di ipertensione, il sale è importantissimo come

additivo negli alimenti o per conservarli. In passato era facile

disidratarsi a causa delle infezioni alimentari, non c’era acqua

potabile, da qui la necessità di avere un supplemento di sodio, ossia

un catione extracellulare, quando si suda si perde tanto sodio e ci si

disidrata, di conseguenza si ipotende, per risolvere il problema si fa

una fisiologica, si da una soluzione salina (NaCl). Nel momento in cui

abbiamo ridotto il fabbisogno di sodio il nostro organismo ci ha

permesso di selezionare cibi salati come sapore per cui ricerchiamo

gli alimenti, questo fabbisogno poi è venuto meno, ma l’industria

alimentare ha capito che il nostro organismo apprezza il sodio.

La malattia avviene quando la normale regolazione dell’organismo non funziona più, serve

compensare i problemi altrimenti inizia ad insorgere la malattia. Ci si ammala quando l’ambiente

non è perfetto, l’alimentazione è uno dei principali determinanti del cattivo assetto

dell’organismo, quindi diventa più vulnerabili nelle situazioni critiche per cui ci si ammala tutto di

un tratto come l’ictus, l’infarto, ecc. Il primo passaggio per capire la relazione dieta-salute è capire

come funziona l’organismo.

Concetti basilari

Il concetto che sta alla base della fisiologia e della nutrizione è il concetto di omeostasi, la nostra

omeostasi presuppone una capacità di adattamento, un altro concetto importante è

l’organizzazione dell’organismo.

L’omeostasi è come andare in bici, è necessario sapere come sono fatti i pezzi della bici per capire

come funziona, ma se descriviamo tutti i pezzi non possiamo descrivere come una persona va in

bici. È importante capire cos’è l’omeostasi in termini dinamici ossia il mantenimento della stabilità

dell’ambiente interno dell’organismo, non è una stabilità immobile, chiunque di noi se è vivo è in

equilibrio omeostatico, mantiene stabile l’ambiente interno dell’organismo, la pressione non va né

troppo giù, altrimenti il sistema nervoso smette di funzionare, non arriva sangue al cervello, né

troppo su, infatti una pressione elevata può portare emorragia cerebrale, oppure l’ipertensione

porta aterosclerosi, scompenso cardiaco, oppure danni renali, e diverse complicanze

dell’ipertensione. Un’altra variabile è la glicemia, se è troppo bassa si va in coma ipoglicemico, se

invece è troppo alta si sviluppa il diabete, la poliuria, ecc.

Se prendessimo una persona e la mettessimo in un bidone di azoto liquido, questa sarebbe stabile

per l’eternità, ma questa non è l’omeostasi, l’omeostasi è la stabilità dinamica di una persona

continuamente trasgredita, la dinamicità è essenziale, ogni parametro fisiologico ha una stabilità 1

dinamica, infatti l’organismo ha meccanismi di controllo per cui genera instabilità, basta pensare al

ciclo mestruale che non è una situazione continua, ma una situazione in cui ci sono meccanismi

che portano una variazione ormonale che cresce e poi meccanismi di controllo che la spengono.

Se ci tagliamo abbiamo dei sistemi che creano un’instabilità molto forte e generano la

coagulazione, l’occlusione del vaso, ma tutto ciò si deve risolvere, altrimenti si crea un trombo,

una coagulazione intravascolare disseminata.

L’omeostasi quindi prevede il mantenimento della stabilità dinamica dell’ambiente interno

dell’organismo, l’oscillazione è fondamentale per il mantenimento di questi sistemi. Il

mantenimento della stabilità dell’ambiente interno dell’organismo si comprende sulla base di

alcuni elementi che sono fondamentali: ci sono delle variabili regolate come temperatura,

concentrazione plasmatica di soluti (calcio, cloro, glucosio, trigliceridi, amminoacidi, ecc.), il

volume e la pressione del sangue, sono variabili per cui esistono sistemi di controllo. L’organismo

per controllare le variabili regolate usa cinque elementi: dei sensori, degli input che veicolano il

segnale che viene dai sensori ai centri integrativi, questi sono quei centri che elaborano i segnali

che vengono dai sensori e mandano segnali in uscita, degli output a degli elementi effettori.

Se guardiamo la regolazione a breve termine della pressione quando ci alziamo in piedi questa

avviene per opera dei barocettori, ossia delle cellule che registrano la pressione delle arterie, se

c’è tanta pressione il vaso sanguigno, che è elastico, si dilata, la distensione di alcune cellule

muscolari che stanno nella parete dei vasi danno il segnale di aumento di pressione e i recettori,

che sono recettori di allungamento sono i barocettori. I barocettori mandano segnali nervosi ad un

centro integrativo nel tronco encefalico che rileva che la pressione è aumentata, questo manda

segnali nervosi, degli output, agli elementi effettori, questi segnali nervosi viaggiano attraverso il

sistema nervoso simpatico, raggiungono il cuore a livello del nodo senoatriale che aumenta la

frequenza cardiaca, c’è un aumento della forza di contrazione cardiaca, un aumento della gittata

cardiaca, poi i segnali nervosi arrivano alle arterie periferiche facendole contrarre e facendo

aumentare la pressione del sangue che quindi arriva al cervello.

Anche quando mangiamo abbiamo dei sensori nell’intestino che rilevano la presenza di materiale

alimentare che è nello stomaco, c’è un sensore che rileva la distensione gastrica, segno che c’è del

cibo nello stomaco, quando poi lo stomaco si distende c’è una cellula endocrina che normalmente

produce grelina, che quando arriva il cibo smette di produrre grelina, quindi c’è un input che è un

segnale sempre attivo, quindi la grelina a digiuno è elevata, quindi poi questo segnale si riduce, la

grelina si abbatte, dove il sensore è la cellula endocrina che produce la grelina. L’input è costituito

da un ormone che arriva all’ipotalamo dove c’è un centro integrativo che aumenta la fame e la

sazietà, arrivando ai centri integrativi l’input porta ad un aumento di sazietà e diminuzione

dell’appetito, l’output poi va alla corteccia dove cambia il nostro comportamento alimentare.

A tutti i livelli ci sono gli elementi che permettono il controllo di variabili regolate, controllo che

avviene con due modalità: una che produce, sulla variabile regolata, un effetto contrario a quello

che è stato rilevato, si tratta di un sistema di controllo a feedback negativo, è molto comune. Si

tratta di un sistema di controllo in cui se ad esempio vediamo la glicemia che sale, i sensori

arrivano al centro integrativo che genera un output che porta ad un rilascio di insulina. L’insulina

di per sé non fa nulla, è un segnale che arriva ad elementi effettori come i tessuto insulino-

sensibili, quindi tessuto adiposo, muscolo e fegato e qui realizza quelle azioni metaboliche che

portano ad esprimere trasportatori del glucosio (GLUT4) sulle cellule, viene sintetizzato glicogeno,

e viene inibita la gluconeogenesi, quindi la glicemia si è alzata e il sistema a feedback negativo 2

produce un effetto contrario alla variazione vista, riporta l’oscillazione verso il valore di

riferimento, verso il set point.

Ci sono anche dei feedback positivi che tendono ad amplificare il cambiamento registrato dai

sensori, ne è un esempio la cascata della coagulazione: il sangue in un punto piccolo è

direttamente esposto al collagene sotto all’endotelio, una rottura di questo strato di cellule porta

ad una cascata della coagulazione che si amplifica. Anche nel neurone abbiamo una

depolarizzazione della radice dell’assone, poi c’è un fenomeno tutto o nulla, la cellula cambia la

polarità e si scatena il potenziale d’azione, poi c’è un feedback negativo.

Abbiamo quindi una variabile regolata per cui esiste un set point, un riferimento dell’intervallo in

cui deve stare la variabile, c’è poi un sistema di controllo per la variabile regolata, servono dei

sensori, ma anche degli input perché possiamo avere tanti sensori disseminati nell’organismo che

mandano gli input ad un centro integrativo che interpreta la situazione e elabora una risposta che

viaggia attraverso degli output verso degli elementi effettori che generano poi la risposta che fa

variare la variabile regolata.

Se abbiamo freddo i sensori sono termocettori che segnalano un abbassamento della temperatura

non solo perché ci vengono i brividi, non sono solo i termocettori di una zona ad elaborare la

risposta, ma c’è un insieme di termocettori che mandano input ai centri integrativi nel tronco

encefalico che poi manda degli output a degli elementi effettori che sono piccoli muscoli alla base

dei peli, a questo punto abbiamo i brividi. I brividi sono piccoli rigonfiamenti causati dalla

contrazione dei muscoli pilo-erettori.

Se sale la temperatura corporea i sensori, i

termocettori mandano input ai centri

termoregolatori del cervello, comparano la

temperatura al set point, mandano i segnali

agli effettori, c’è una comparazione tra ciò che

è giunto dalla temperatura corporea e i set

point, poi c’è un output che va alle ghiandole

sudoripare, al circolo sanguigno e ai muscoli

scheletrici che si rilassano, il circolo sanguigno porta ad un rilassamento dei vasi che portano il

sangue alla pelle, si disperde calore e le ghiandole sudoripare entrano in azione e il sudore

evaporando sottrae calore al corpo, cosa che fa ridurre la temperatura corporea.

Quando in questo sistema viene alterato il set point, magari a causa di un’infezione, questa manda

delle sostanze, dette pirogeni, che arrivano ai centri ipotalamici di regolazione della temperatura e

cambiano il set point portandolo da 37° a 40°, cambiamo quindi il nostro giudizio sull’ambiente. La

persona che sviluppa la febbre inizia a dire che fa freddo, quando abbiamo la febbre abbiamo i

brividi, il nostro giudizio sull’ambiente non è più così oggettivo, sentiamo il freddo anche se fa

caldo, il cervello giudica le situazioni sulla base delle retroazioni, variando il set point mettiamo in

atto delle regolazioni inconsce come brividi, chiusura del circolo sanguigno periferico; la nostra

corteccia cerebrale è in grado di decodificare le situazioni imparando che c’è una certa situazione

sulla base del controllo a retroazione, se quando fa freddo il nostro sistema mette in atto

contromisure come i brividi e la vasocostrizione, il nostro cervello vedendo quella retroazione

interpreta che fa freddo, non che qualcuno ha cambiato il set point. Il nostro cervello impara la

reazione sulla base della nostra risposta abituale. 3

I sistemi sono ridondanti, se la temperatura scende ci sono

termocettori cutanei, la temperatura scende a onda quadra, in

questo caso ci sono input che vanno ai centri termoregolatori del

cervello che mandano output ridondanti che danno una risposta

equilibrata, ad esempio c’è una riduzione della produzione di

sudore, la vasocostrizione dei vasi che portano sangue alla cute,

riducendo la perdita di calore, la stimolazione di muscoli

scheletrici che portano brividi e aumento della temperatura

corporea. Questo crea una vulnerabilità nell’organismo, la

glicemia ad esempio normalmente oscilla, è più facile che scenda

quando siamo a digiuno, ma i sistemi di controllo per alzare la

glicemia che scende sono molti: intervengono glucagone,

adrenalina, cortisolo, ormone della crescita, ecc. L’insulina invece

è l’unico ormone che abbassa la glicemia che sale, la ridondanza

del feedback negativo permette un controllo più modulato e più

sicuro, infatti noi abbiamo solo sistemi stereotipati e sovrapposti

che permettono di dare una risposta modulata che smorza le

reazioni. Se diamo dell’adrenalina perché abbiamo freddo e dobbiamo costringere i vasi sanguigni

cutanei, mobilizzare delle scorte per finanziare l’aumento di dispendio dato dall’aumentata attività

dei muscoli scheletrici, l’adrenalina fa anche alzare la pressione; sono sistemi integrati che fanno

molte cose, le risposte sono complesse, spesso ridondanti. Le risposte inoltre non sono istantanee,

serve tempo per tornare al punto di partenza, in questo tempo ci sono instabilità, è vero che la

temperatura torna su, ma in realtà la temperatura eccede il set point fino a quando una risposta a

feedback negativo riduce l’oscillazione, i nostri sistemi di controllo devono smorzare il segnale

oscillatorio. Alcune volte ci sono instabilità nel sistema nervoso simpatico e parasimpatico per cui

sentiamo prima caldo e poi freddo, alcune volte impazzisce il sistema neurovegetativo a creare

oscillazioni, è una regolazione divergente.

I nostri sistemi di regolazione a feedback negativo devono smorzare l’oscillazione senza

amplificarla perché la risposta non è istantanea, quando facciamo un pasto ricco di carboidrati le

persone insulino resistenti vanno in ipoglicemia, le presone insulino resistenti, le persone obese

che compensano la glicemia che tende ad aumentare con un’aumentata secrezione insulinica

hanno una potente risposta glicemica, quindi il pancreas porta una

risposta insulinica potente che fa scendere la glicemia, ma poi serve

rallentare perché la glicemia continua a scendere, l’insulina è stata

secreta in grande abbondanza in maniera ritardata, quindi la persona

tende ad andare in ipoglicemia post prandiale e avverte i sintomi di

ipoglicemia che poi porta a far salire nuovamente la glicemia.

Questo concetto di feedback si applica anche a qualcosa di più

complesso, l’attività fisica richiede allenamento, quando ci si allena

inizialmente siamo debilitati, poi torniamo in buone condizioni, poi

facciamo ancora esercizio e quindi si continuano a creare temporanee

condizioni di debilitazione che fanno funzionare sistemi di feedback che ci

fanno adattare ad un livello superiore, la performance cambia quando

creiamo situazioni che ci fanno adattare ad un livello superiore. 4

Livelli di analisi dei sistemi fisiologici

Ci sono delle parti che dialogano tra loro nell’organismo, ci sono

infatti tantissimi ormoni che viaggiano nel nostro corpo e

mandano informazioni. Nel fegato ci sono diversi processi

metabolici, come quelli che demoliscono gli amminoacidi che

prima cedono i gruppi amminici che vengono incorporati nell’urea

e diventano chetoacidi, poi i chetoacidi gluconeogenici si

trasformano in piruvato che permette di formare di glucosio, il

fegato quindi è un esportatore netto di glucosio che può essere

trasformato in piruvato attraverso la glicolisi. I processi possono

andare avanti o indietro in diversi organi, sono sempre le stesse reazioni biochimiche, ma vanno in

direzioni diverse, da un lato nel fegato catabolizziamo gli amminoacidi per produrre glucosio che

va nel muscolo, qui dal glucosio passiamo a piruvato che si carica di gruppi aminici, prodotti dal

catabolismo locale degli amminoacidi, e l’alpha chetoglutarato diventa glutammato, mentre il

piruvato diventa alanina. Il fegato quindi manda scheletri carboniosi come il glucosio al muscolo

che carica a sua volta su questi scheletri dei gruppi amminici che permettono di essere esportati

come alanina e glutammina che vanno l’una direttamente al fegato dove scarica il gruppo

amminico e rimanda i gruppi carboniosi al mittente, mentre la glutammina va all’intestino dove

diventa glutammato, i gruppi amminici vanno sul piruvato e poi si forma alanina che va al fegato.

Il rene è molto importante, in assenza di fegato le concentrazioni di alanina salgono mentre le

concentrazioni di glucosio non scendono, quindi non tutto il glucosio a digiuno viene dal fegato,

dando molecole di alanina e glutammina marcate con isotopi stabili, si vede che in assenza di

fegato appare del glucosio con carbonio derivante dalla glutammina, quindi questa via dove la

glutammina è catabolizzata per portare via ammoniaca, porta alla gluconeogenesi renale. Nel rene

quindi c’è una via che permette di fare una gluconeogenesi renale, normalmente invece il rene

produce glucosio, ma rilascia anche dell’alanina che va poi al fegato.

Importante è come possiamo interpretare la stessa composizione

corporea e gli stessi stati di nutrizione a diversi livelli di complessità,

quindi possiamo studiare la composizione corporea come atomi, come

molecole, come cellule, come massa cellulare o extracellulare, come

tessuti o come corpo intero.

La fisiologia spiega questa organizzazione, possiamo vedere la

composizione chimica e quella cellulare, ma anche quella del tessuto, o

dell’organo che è fatto da diversi tessuti; gli organi però lavorano in un

sistema o in un apparato che sono un insieme di organi che lavorano

coordinatamente, ciascuno fatto di diversi tessuti. Questo livello più

complesso è uno dei diversi componenti dell’organismo in toto, la persona presenta diversi

sistemi. Serve capire come dialogano i sistemi, come dialogano i singoli componenti e che

relazione c’è tra i diversi livelli di comprensione, dal più semplice al più complesso.

L’infiammazione è un meccanismo di