Biomeccanica

Biomeccanica cellule

La cellula è l’elemento base della vita, è l’elemento vivente. In essa si svolgono quelle attività che poi insieme generano tutte le attività dei tessuti e organi degli esseri viventi animali e vegetali.

Svolgono tutte le attività chimiche per sostenere la vita, costituiscono le unità funzionali di tutti gli organismi viventi. Sono come dei contenitori che contengono proteine, acidi nucleici, carboidrati, lipidi e altre sostanze varie tra cui H2O.

Non si conoscono da tanto, nel 1838 furono ipotizzate da T. Shwann (zoologo) e M. Schleiden (botanico) che proposero la teoria cellulare: tutti gli organismi sono composti da cellule che possono costituire organismi mono o pluricellulari.

“Tutti gli organismi sono costituiti da cellule e da componenti cellulari”. Tuttavia ancora non si vedevano.

Nel 1860 R. Virkow fece le prime osservazioni sulle cellule in riproduzione ed affermò: “ogni cellula vivente deriva da una cellula preesistente”: deriva da una cellula che già esisteva prima.

La teoria cellulare moderna

La teoria nella sua forma moderna riassume questi concetti in tre enunciati:

• Le cellule sono le unità strutturali degli organismi viventi (sono le unità base che caratterizzano gli organismi).
• Le cellule sono le unità funzionali degli organismi viventi.
• Ogni cellula deriva da un’altra cellula preesistente.

Nel 1850 Schulze definisce la cellula: particella microscopica elementare della sostanza vivente, costituita da una massa mucillaginosa contrattile, ben delimitata, non miscibile con acqua, che contiene un corpicciattolo detto “nucleo”.

Eccezioni alla teoria

• Cellule non microscopiche: non è detto che le cellule debbano essere microscopiche, esistono cellule ben visibili ad occhio nudo, uova degli uccelli (oocita umano al limite della risoluzione).
• Tessuti con elementi extracellulari: tessuto connettivo, in gran parte costituito da elementi extra-cellulari, ma sempre sintetizzate ed assemblate dalle cellule connettivali. Ovvero nei tessuti non abbiamo solo cellule ma anche elementi extra cellulari, il tessuto connettivo costituito da elementi che tengono insieme le cellule e che insieme ad esse caratterizzano il tessuto, inoltre le cellule si possono anche fondere tra loro per sistema cellulare più ampio es. fibre muscolari (anche qualche decina di cm di lunghezza).
• Sincizi: fusione di cellule, estesi citoplasmi plurinucleati (muscolo).
• Plasmodi: moltiplicazione del nucleo senza divisione cellulare (epatociti).
• Virus: parassiti obbligati, al confine tra vivente e non-vivente (non rientrano nella teoria).

Si pensa che i virus siano delle cellule, ma in realtà esso non è propriamente vivente, non si riproduce, in realtà sono le sostanze dove esso è inserito che lo riproducono, il virus non muore ma si disattiva e perde le sue caratteristiche.

• Autonomia delle cellule non assoluta: l’autonomia delle cellule non è assoluta, la riproduzione non è totalmente libera, si riproducono all’interno di uno spazio e quando esso è saturo la riproduzione si arresta.

*Inibizione da contatto. Una volta riempito lo spazio a loro disposizione le cellule smettono di replicarsi e differenziano oppure muoiono.

*Interazione cellula. Scambio di informazioni tra le varie cellule, per cui non completamente indipendenti.

Le Ovocita 200MM dimensioni variabili Umanavovocurlaessono -> :. A grandi linee possiamo distinguere tra cellule procariotiche: non hanno un nucleo, sono più semplici, hanno un contenitore e un citoplasma e dna, poi abbiamo le cellule eucariotiche: hanno il nucleo e altri costituenti come mitocondri, citoplasmi ecc.

Le cellule dotate di nucleo permettono comunicazione tra nucleo e citoplasma. Presenti all’interno anche degli organuli attraverso pori dei dove abbiamo altri elementi presenti all’interno passaggio di sostante = informazioni.

Organuli cellulari

I vari organuli cellulari come: il citoplasma, il nucleo, il nucleolo, il reticolo endoplasmatico liscio e rugoso, l'apparato del Golgi, i ribosomi, i mitocondri, i lisosomi ecc. ecc., possiedono una struttura ed una funzione ben definita e sono presenti sia nelle cellule animali che vegetali.

Organuli

• Organuli (o organelli) sono parti specializzate della cellula adibiti a compiti specifici.
• Alcuni organelli hanno forme particolari.
• La presenza o assenza di alcuni organelli dipende dalle funzioni principali della cellula: mitocondri, nucleo, Golgi, rER, lisosomi, ecc.

Strutture cellulari

Le cellule animali e vegetali possiedono una struttura di base molto simile. Tale struttura è il risultato delle funzioni metaboliche svolte dalla cellula come la costruzione e il rinnovamento di se stessa e la produzione di energia necessaria al proprio funzionamento.

Tessuto

Il tessuto rappresenta un insieme di cellule specializzate, simili per morfologia e derivazione embrionale e associate per funzioni (possono essere cellule dello stesso tipo o di tipi diversi = tessuti complessi, e queste cellule sono tenute insieme da una sostanza fondamentale.

• Nei tessuti semplici le cellule sono tutte dello stesso tipo (es. t. muscolare liscio).
• Nei tessuti complessi sono presenti più tipi cellulari (es. t. nervoso).

L’organizzazione delle cellule in tessuti è resa possibile grazie alle giunzioni cellulari che regolano il riconoscimento e l’adesione tra cellula e cellula.

Capacità rigenerative dei tessuti

In base alla loro capacità rigenerativa, le cellule che costituiscono un tessuto si possono distinguere in:

• Labili: cellule soggette a continuo rinnovamento per divisione costante (cellule dell’epidermide, del midollo osseo e della mucosa digestiva).
• Stabili: cellule che usualmente non si dividono ma che possono farlo in caso di necessità (cellule epatiche).
• Perenni: cellule che hanno perso, una volta differenziatesi, la capacità di dividersi (neuroni, fibre muscolari striate).

N.B.: Le capacità rigenerative di un tessuto derivano dalla presenza delle cellule staminali.

Le cellule staminali

Le cellule staminali sono cellule non specializzate, dotate della capacità di trasformarsi in diversi altri tipi di cellule del corpo attraverso un processo denominato differenziamento cellulare.

Sono le cellule iniziali, che ancora non si sono specializzate ma hanno la capacità di specializzarsi e diventare un’altra cellula. Può diventare cellula nervosa, muscolare… dipende da condizioni al contorno in cui si troverà, avremo una differenziazione.

Classificazione delle cellule staminali

Classificazione delle cellule staminali differe capacità di. Le cellule staminali vengono classificate in base alla loro potenza, cioè sulla base della potenzialità di differenziarsi nei vari tipi o linee cellulari. (ho vari livelli di differenziabilità).

Totipotenza: la capacità di una singola cellula di dividersi e produrre tutte le cellule differenziate in un organismo, compresi i tessuti extraembrionali (zigote e cellule dei primissimi stadi embrionali che precedono la quarta divisione cellulare) -> si possono differenziare in tutti gli altri tipi di cellule.

Pluripotenza: la capacità di una singola cellula di dividersi e di differenziarsi in uno qualsiasi dei tre foglietti embrionali. Tali cellule non possono per tanto dare origine ad un organismo adulto, perché non hanno il potenziale per contribuire ai tessuti extraembrionali, per esempio nel caso dei mammiferi placentati non possono dare origine alla placenta (tessuto extraembrionale).

Multipotenza: la capacità di differenziarsi in un numero limitato di linee cellulari. Esse sono anche dette «cellule progenitrici». Un esempio di cellula staminale multipotente è la cellula ematopoietica la quale può svilupparsi in diversi tipi di cellule del sangue, ma non può svilupparsi in altri tipi cellulari.

Oligopotenza: la capacità di differenziarsi solo in alcuni tipi di cellule. Esempi di cellule progenitrici oligopotenti sono le cellule staminali vascolari che hanno la capacità di diventare o cellule muscolari lisce oppure endoteliali.

Unipotenza: la capacità di differenziarsi in un singolo tipo di cellula; sono anche dette «cellule precursori». Ad esempio gli epatociti, che costituiscono la maggior parte del fegato, sono unipotenti.

La capacità del fegato di rigenerarsi da un minimo del 25% della sua massa originaria è attribuita a questa Iproprietà; altri esempi sono dati dalle cellule staminali unipotenti cubiche o cilindriche presenti a livello dello strato germinativo dell'epidermide. dispensionipossonosono auRemodiventarestaminali checenule questi attivitàneursolo => non . nicostruiscechegnammi nicostrinedi Tessutoil200riproduttivo questeaua bobianoMoto xcapacitaqueste hanno una . ,Legato riproducibilita sidevonocondizioniinvero di modoriposo possonolavoroun cheaessere aelevata Innon: ,. affiancanyliavenoau Zegato antizicialesoloconcertione disupportoposso=> un

Tessuto

TESSUTO insieme di più cellule correlate dal punto di vista morfologico e funzionale, che costituisce gli organi.

Le caratteristiche di un tessuto dipendono dagli elementi cellulari che lo costituiscono, dal modo con cui sono associati, dalle modificazioni che subiscono in rapporto alla funzione e dalle caratteristiche delle sostanze intercellulari presenti (matrice extracellulare).

Nell’uomo sono presenti quattro categorie di tessuti:

• Tessuti epiteliali: tessuto che riveste il corpo e gli organi, tessuto di rivestimento, di superficie; forma le ghiandole e le funzioni sensoriali, le unghie i peli i denti -> costituite da cellule molto fitte e compatte di zoema Regolare sono intercellulane sostanza scarsa.
• Tessuti connettivi: grande variabilità: ossa sangue linfa cartilagini endoteli… dipende dalla sostanza fondamentale che tiene insieme le cellule, si può passare dalle ossa al sangue. Caratterizzato da una sostanza fondamentale nella quale sono immerse cellule di vario tipo. Le caratteristiche variano al variare dell’organizzazione della sostanza fondamentale.
• Tessuti muscolari: cellule molto allungate che se stimolate elettricamente hanno capacità di contarsi, cellule specificamente differenziate per la funzione contrattile.
• Tessuto nervoso: è un conduttore elettrico, segnale parte da cervello e si distribuisce per il corpo. È costituito da neuroni che si polarizzano e trasmettono il segnale, sono in grado di condurre impulsi elettrici e da altre cellule di supporto.

ORGANO: struttura differenziata costituita da cellule e da tessuti deputata ad una o più funzioni specifiche nell’ambito di un organismo animale o vegetale. Unità funzionale che svolge una o più ben.

APPARATO: insieme di più organi le cui singole funzioni si sommano dando luogo ad una funzione più generale.

ORGANISMO: essere vivente e, in quanto dotato di strutture ben distinte, con propri caratteri morfologici e funzionali. Si considerano caratteri peculiari degli organismi la capacità di accrescimento, di reagire a determinati stimoli e di riprodursi.

Apparato cardiocircolatorio

Il sistema vascolare è un insieme di condotti (arterie, arteriole, etc.) tra loro connessi all'interno dei quali scorre un fluido particolare che è il sangue.

William Harvey, nel 1628, ha dimostrato l'importanza di conoscere i volumi delle cavità ventricolari per poter valutare la portata cardiaca ed è ragionevole ipotizzare che, a distanza di più di tre secoli, l'architettura del sistema cardiovascolare sia perfettamente definita e le dimensioni dei diversi vasi siano state valutate con una buona approssimazione.

L’acqua è uno dei nostri principali costituenti, tutte le reazioni chimiche avvengono perché c’è acqua in tutti i nostri tessuti, ce n’è una parte importante anche nel sangue.

Inizialmente non si capiva bene da dove partisse e dove arrivasse il sangue, non era chiaro che facesse un circolo, infatti è lo stesso che gira per tutto il corso, ritorna e riparte. Non si capiva come facesse a ritornare indietro.

Quale è il passaggio intermedio? Nell’800 si vide i capillari con la microscopia, solo a quel punto si è capito come circolava il sangue.

Il sistema cardiovascolare è costituito dal cuore, che è la centrale di pompaggio, e da una ramificazione di vasi sanguigni che partendo dal cuore vi ritornano dopo essere aumentati di numero e ridotti di sezione (dalle grandi arterie ai capillari) e successivamente essere ridotti di numero ed aumentati di sezione (dai capillari alle grosse vene).

Sono inoltre riconoscibili due sistemi di circolazione in serie tra loro: il circolo sistemico (che distribuisce il sangue per tutto il corpo) e il circolo polmonare (che porta il sangue all’interno dei polmoni dove viene ossigenato).

Come funziona il meccanismo: il cuore è costituito da due pompe (doppia pompa che lavorano contemporaneamente, sono sincronizzate).

Parte sinistra: il sangue arriva dai polmoni nell’atrio sinistro poi passa al ventricolo sinistro con una contrazione e viene spinto in aorta (la più grossa arteria) che si dirama e porta sangue verso la testa, la periferia o gli organi interni. I vasi arteriosi si diramano durante il loro percorso, da un vaso ne partono altri e così via. Vasi e arterie diventano sempre più piccoli, diventano arteriole, e poi capillari -> che portano sangue ovunque nel nostro corpo e lo raccolgono anche, cede ossigeno alle cellule, poi viene raccolto da capillari venosi, con le vene che si riuniscono fino a portare il sangue nuovamente al cuore, ma al cuore destro, il sangue viene spinto nel circuito polmonare, nei polmoni c’è lo scambio, viene rilasciata anidride poi il sangue ritorna.

Circolo sistemico

Il circolo sistemico. Apparato cardiovascolare.

Il sangue arterioso dal ventricolo sinistro (1) viene immesso nell’arteria aorta (2) e quindi trasportato in ogni distretto dell’organismo.

Giunto nei capillari periferici si raccoglie nel sistema vasale venoso e, attraverso le vene cave superiore (3) e inferiore giunge all’atrio e quindi al ventricolo destro (5).

Viene poi immesso nei capillari polmonari fino all’atrio e poi al ventricolo sinistro.

L’apparato cardiovascolare si configura quindi come un circuito chiuso di condotti provvisto di una pompa: il cuore. Il sangue parte e va subito in salita, ascendente, poi c’è subito una diramazione, le due carotidi che portano sangue a cervello, poi discende e inizia a distribuire il sangue.

L’arteria principale, l’aorta, è una struttura che ha una sezione conica (parte diametro 25 mm poi si riduce), che termina con una sezione che è circa un sesto della sezione iniziale.

Alcuni studi angiografici hanno mostrato che l'aorta umana ha un diametro di 25 mm a livello della V vertebra toracica e di 15.5 mm a livello della IV vertebra lombare.

Legge di tipo esponenziale: per descrivere la variazione di sezione nelle arterie si assume una kx/ro)e (A Ao -= dove A0 ed r0 sono l'area ed il raggio in una data sezione, e A è l'area in una sezione a valle ad una distanza x.

Il valore di k (costante che varia da individuo a individuo) varia nelle grosse arterie da 0.01 a 0.05.

In una biforcazione o diramazione, il rapporto tra la sezione complessiva dei vasi a valle della diramazione (A) e la sezione del vaso a monte della diramazione (A0) è detto K coefficiente d'area: AO.

Ogni volta che c’è una biforcazione, l’area totale a valle della biforcazione =FoKA è maggiore di quella a monte, coefficiente di area maggiore di 1.

Le biforcazioni sono comuni nel sistema arterioso, ma i rami hanno raramente sezioni uguali tra loro.

Il coefficiente d'area normalmente assume un valore compreso tra 1.1 e 1.4, sebbene divenga più grande nel caso delle arterie più piccole (all’aumentare delle biforcazioni aumenta l’area globalmente disponibile per il sangue, c’è sempre più spazio per il sangue).

Il continuo aumento della sezione di passaggio ad ogni giunzione arteriosa, che può essere osservato sia macroscopicamente nelle arterie che microscopicamente a livello capillare, dimostra che la sezione complessiva di passaggio del sangue aumenta a mano a mano che ci si avvicina alla periferia. · 2

Le vene sono generalmente più grandi delle rispettive arterie e questo comporta un numero maggiore di vasi rispetto alle arterie. (hanno un volume maggiore complessivamente delle arterie, fluid c’è poi sangue nelle vene che nelle arterie).

L'aumento in numero si ha già nella regione postcapillare in cui si ha un numero di vene che è da 2 a 20 volte il numero delle arterie nella regione precapillare.

Di conseguenza la sezione complessiva di passaggio è più grande di quella arteriosa allo stesso livello. Se ne conclude quindi che nel circolo venoso è presente una maggiore quantità di sangue (67%).

Circolo polmonare

Il circolo polmonare aumenta la sezione complessiva di passaggio del sangue mano a mano che dall'arteria polmonare ci si avvicina alla rete capillare.

Unica eccezione è la prima biforcazione del tronco comune dell'arteria polmonare per il quale si ha KA = 0.8. (Solo qui eccezione alla regola della biforcazione, la prima ha un coefficiente di area <1 ma poi si ripristina).

In tutte le successive divisioni il coefficiente d'area è maggiore dell'unità con un valore medio per le prime biforcazioni KA = 1.08 mentre per le arterie distali si ha KA = l. 15 - 1.30.

La principale differenza tra le maggiori arterie