Fisiologia generale

Fisiologia:

Organizzazione del corpo umano: organizzazione gerarchica su diversi livelli.

Livello chimico: atomi e molecole

Livello cellulare: unità base funzionale dei viventi

Livello tissutale: gruppi di cellule simili e matrice o ambiente extracellulare che le circonda

Livello di organo: insieme di due o più tessuti

Livello di sistema: gruppo di organi con funzioni comuni

Livello di organismo: insieme unicellulare o pluricellulare

La fisiologia è l’applicazione pratica delle leggi della fisica e della chimica per la comprensione del

funzionamento degli organismi viventi. Ovvero studia come funzioniamo tenendo conto delle leggi

che regolano l’interazione tra sostante.

Il nostro organismo attua molti meccanismi:

Omeostasi = tendenza al mantenimento di un ambiente interno stabile, nonostante la presenza di

influenze perturbatrici dall’esterno e dall’interno. È la migliore condizione per l’organismo rispetto

all’ambiente esterno che si ottiene con dei meccanismi compensatori.

L’adattamento consiste nell’attuare dei meccanismi che consentono al nostro ambiente interno di

continuare a lavorare.

Il concetto di omeostasi è stato coniato nel 1929 da Cannon:

“capacità di un organismo di mantenere condizioni costanti del proprio ambiente interno rispetto

alle variazioni dell’ambiente esterno”.

Mantenere costante l’attività delle cellule significa cercare di regolare i prodotti e i reagenti

necessari alle reazioni chimiche della cellula.

Parametri regolati omeostaticamente:

- Carboidrati

- Proteine

- Amminoacidi

- Lipidi

- O2, CO2

- pH

- Acqua, NaCl, elettroliti

- Volume e pressione

- Temperatura

Tutte le variabili (temperatura, pressione, pH) hanno un set point, ovvero un certo valore, per

consentirci di essere in omeostasi. Piccole variazioni di questo set point (valore basale)

determinano l’ambito di lavoro fisiologico di un sistema di controllo.

Quando una variabile si sposta da un set point, si attivano dei meccanismi che tendono a

ristabilizzare il suo valore base. Ci troviamo in condizioni fisiologiche, ovvero condizioni in cui i miei

parametri vitali variano di un’entità tale che i miei meccanismi sono in grado di riportarmi in una

condizione omeostatica. Si parla quindi di meccanismi di compensazione.

Se le variabili si destabilizzano oltre un certo range, i meccanismi di compensazione non possono

più riportarli ai valori normali. In questo caso si parla quindi di una condizione patologica, ovvero

quando la compensazione fallisce e devo intervenire dall’esterno.

Le variazioni di queste variabili verranno percepite da determinate strutture, da dei sensori che

sono in grado di valutare che un certo parametro si è modificato. Nel momento in cui i sensori

percepiscono una modificazione, vanno ad informare il sistema nervoso (integratore), il quale

attuerà una risposta andando ad attivare dei meccanismi chiamati effettori e si avrà questa

reazione compensativa, grazie alla quale ritorneremo alla condizione omeostatica.

Tutti i nostri meccanismi sono sempre attivi basalmente, mai spenti.

Come si mantiene l’omeostasi?

Il sistema più efficace per mantenere l’omeostasi è l’utilizzo di meccanismi a feedback, negativi o

positivi. Generalmente si tratta di meccanismi a feedback (=riscontro) negativo. Il feedback è un

processo per il quale un organo che si attiva e genera una risposta e produce

contemporaneamente una risposta sul sistema di controllo.

Il feedback negativo impedisce quindi variazioni troppo ampie di una variabile.

Il feedback positivo invece amplifica una risposta e potenzia ciò che ha generato la variazione e

quindi la variazione stessa; quindi, non riusciremo a tornare alle condizioni omeostatiche. Per

interrompere un feedback positivo devo necessariamente agire dall’esterno (processi

infiammatori la cui risposta adattativa porta ad un aggravamento dell’infezione stessa)

Generalmente i feedback positivi fanno parte di processi patologici e non fisiologici.

Controllo anticipatorio, consente all’organismo di prevedere il verificarsi di una variazione e di

avviare il circuito di risposta in anticipo rispetto al cambiamento (riflesso della salivazione).

Quindi noi manteniamo la nostra omeostasi anche attraverso meccanismi che si attivano in

anticipo rispetto alla variazione del parametro (controllo anticipatorio).

Ritmi biologici, le variabili variano in modo prevedibile. Se cambiano in base al ciclo luce-buio si

parla quindi di ritmi circadiani. Variano quindi in un ambito fisiologico.

Effetto sistemico, quando si genera un effetto che agisce su tutti i nostri organi, quindi la risposta

sarà a sua volta sistemica e riguarderà più zone del nostro organismo. Ciò si attua mediante

meccanismi chiamati “riflessi”.

Per meccanismo sistemico intendiamo un meccanismo che riguarda l’intero organismo e non una

zona localizzata o ristretta.

Il nostro organismo è compartimentalizzato, ovvero suddiviso in compartimenti.

Un compartimento è l’interno della cellula (intracellulare). L’ambiente extracellulare è separato

dal liquido circolante, dal sangue. Vi sono quindi zone del nostro organismo con caratteristiche

simili, delimitate da membrane. Queste membrane sono semipermeabili (permeabilità selettiva).

Ciò che entra deve essere uguale a quello che esce.

Una sostanza entra nel nostro organismo o per via nutrizionale o come risultato del nostro

metabolismo, così come l’uscita di una sostanza, che viene escreta o esce a causa del

metabolismo.

Clearance, è la velocità con la quale una sostanza viene rimossa dal sangue tramite escrezione,

metabolismo o entrambi. Quando valutiamo la clearance di una sostanza valutiamo la quantità di

quella sostanza che viene depurata in un certo arco di tempo. Volume di plasma che viene

depurato da una certa sostanza in quell’arco di tempo.

Se ho due soluzioni acquose divise da una membrana e in una di esse ho una proteina che non può

passare dalla membrana, ciò comporta che il compartimento che ha quella proteina tenda ad

assorbire più acqua – pressione osmotica. Quindi in questo caso la proteina è una particella

osmoticamente attiva.

Osmolarità = numero di particelle osmoticamente attive per litro di soluzione espressa in osmoli

(OsM) per litro.

La calcoliamo facendo molarità x numero di particelle per molecola.

L’osmolarità è una proprietà di tutte le soluzioni.

Se due soluzioni contengono lo stesso numero di particelle per unità di volume sono isoosmotiche

Se una soluzione ha osmolarità maggiore rispetto all’altra si dice iperosmotica

Se una soluzione ha osmolarità minore rispetto all’altra si dice ipoosmotica

Si utilizza il termine “tonicità” per descrivere una soluzione e il modo in cui quest’ultima potrebbe

influenzare il volume cellulare se vi ponessimo una cellula dentro.

Se una cellula posta nella soluzione assorbe acqua e si gonfia, la soluzione si dice ipotonica

Se la cellula perde acqua e riduce il suo volume, la soluzione è ipertonica

Se la cellula in soluzione non cambia di volume allora la soluzione è isotonica.

I processi con i quali avvengono gli scambi tra l’interno e l’esterno delle cellule si dicono trasporti.

Il trasporto passivo avviene secondo gradiente di concentrazione e non richiede ATP, mentre il

trasporto attivo avviene contro gradiente di concentrazione e richiede energia derivante dall’ATP.

CANALI IONICI:

Si tratta di un particolare tipo di proteine trans membranali e si distinguono:

- Canali aperti

- Canali a cancello

La comunicazione intercellulare:

il sistema endocrino è quel sistema in cui esistono delle strutture: le ghiandole endocrine, che

producono una sostanza che viene immessa nel circolo sanguigno e da qui raggiungono degli

organi bersaglio.

Due cellule possono mettere in comune proteine presenti sulle loro membrane a formare dei

canali, attraverso i quali le sostanze si trasferiscono da una cellula all’altra rendendo i loro

ambienti omogenei tra loro.

Troviamo situazioni del genere in tessuti come negli epiteli di rivestimento e nel sistema nervoso.

Ad esempio nel sistema nervoso può capitare un attacco epilettico proprio a causa del verificarsi di

queste situazioni.

Azione autocrina = una cellula di fatto controlla attraverso il suo secreto la sua stessa attività o

quella di cellule vicine, in questo caso si parla di azione paracrina.

Ogni volta che viene liberata una molecola o un prodotto da una cellula, perché questo abbia un

effetto sulle altre cellule deve essere presente un recettore.

In genere il recettore è una proteina, che viene collocata in un certo punto in base alla natura della

cellula segnale. Distinguiamo due categorie di molecole:

- Molecole lipofiliche

- Molecole idrosolubili, non lipofiliche

Se la molecola segnale è lipofilica, il recettore si trova nel citoplasma ed è una proteina fatta da

due subunità, una lega la molecola segnale e l’altra trasloca e si trasferisce a livello del nucleo,

dove diventa un regolatore della trascrizione genica.

Quindi le molecole lipofiliche in genere inducono sintesi proteica. La loro azione si esplica in un

tempo relativamente lungo.

Una sostanza invece lipofilica ha bisogno di una struttura che la riconosca per oltrepassare il

doppio strato fosfolipidico, avremo quindi dei recettori. Potremmo avere un canale ionico

sostanza-dipendente, un recettore che nella parte esterna raccoglie il segnale mentre nella parte

interna possiede una struttura a funzione enzimatica, rappresentata da Tirosine che assumono

l’attività chinasica, ovvero che a livello di queste tirosine il recettore è in grado di togliere un

gruppo fosfato all’ATP, attaccarlo ad una proteina preesistente all’interno della cellula facendola

diventare una proteina fosforilata, che in questa condizione assumerà una funzione

completamente diversa.

La maggior parte dei recettori per le sostanze idrofiliche sono proprio recettori accoppiati alle

proteine G.

Ci sono poi delle proteine che raccolgono un segnale esterno e il loro cambio di conformazione

determinerà un cambio di forma della cellula stessa.

Le proteine G sono in grado di interagire con altre proteine trans membranali come la fosfolipasi

C.

Queste proteine ciclizzano l’ATP o il GDP staccandone gli acidi fosfati e facendone una molecola

ciclica, le quali saranno in grado di attivare le chinasi.

La chinasi è una proteina in grado di togliere un fosfato dall’ATP e attaccarlo ad altre proteine

preesistenti nella cellula, cambiando così completamente la sua funzione.

Si tratta di un meccanismo di trasduzione di un segnale esterno.

In questo processo avremo la molecola segnale extracellulare (primo messaggero), avremo poi un

secondo messaggero intracellulare.

PL-C = fosfolipasi C

Il sistema endocrino:

L’ipofisi si trova tra il midollo allungato e le altre strutture sovrastanti ed è una ghiandola.

La ghiandola pineale è l’epifisi e produce la melatonina, ovvero quel segnale che coordina il ciclo

luce-buio dell’ambiente esterno con il nostro orologio biologico.

Come agiscono gli ormoni?

L’ormone deve essere prodotto e immesso nel circolo sanguigno.

A livello dell’apparato digerente si utilizza una via paracrina per immettere gli ormoni prima nel

circolo sanguigno e poi sull’organo bersaglio.

Ciò che caratterizza un ormone è quindi il passaggio dalla circolazione sanguigna.

L’ipotalamo è una porzione di encefalo con un ruolo fondamentale, in quanto regola la vita

vegetativa e funge da raccordo tra l’attività della vita di relazione e quelle della vita vegetativa.

Qui sono contenuti dei gruppi di neuroni che rilasciano il loro secreto direttamente in circolo, il

quale diventa così un ormone. Parte di questi secreti influenzano l’attività di un’altra struttura:

l’ipofisi (una ghiandola).

L’ipofisi è una struttura con una porzione posteriore: la neuroipofisi, e una anteriore:

l’adenoipofisi. La neuroipofisi presenta delle striature, che indicano gli assoni di quei neuroni

ipotalamici i cui neurosecreti verranno poi liberati proprio qui, a livello della neuroipofisi.

La neuroipofisi è quindi la sede in cui vengono liberati gli ormoni ipotalamici.

L’adenoipofisi è costituita invece da varie cellule, ciascuna delle quali libera un determinato

ormone:

- Ormone della crescita

- Ormone tireotropo

Ormone adrenocorticotropo

- Ormone luteinizzante

- Ormone follicolo stimolante

- Prolattina

In questo sistema esiste una sorta di asse ipotalamo-adenoipofisi-cellule-organi bersaglio

(ghiandole endocrine). Si parla quindi di asse ipotalamo-ipofisario.

Dall’ipotalamo vengono liberate delle proteine, le quali giungono all’adenoipofisi e stimolano il

rilascio di uno dei sei specifici ormoni.

Ciascuno di questi ormoni poi avrà un organo bersaglio specifico.

Questo sistema è regolato da meccanismi di controllo a feedback negativo.

Il feedback negativo è una risposta che va ad inibire le cause che hanno provocato tale risposta e

consiste nel fatto che l’ipotalamo libera dei fattori di rilascio, che stimolano l’adenoipofisi a

produrre ormoni, i quali agiscono su un organo bersaglio, i quali a loro volta producono ormoni,

che attraverso un feedback vanno ad inibire sia i neuroni ipotalamici sia le cellule presenti

nell’adenoipofisi. Il livello basale di questi ormoni è quindi regolato.

Il rilascio porta ad un’inibizione del rilascio.

Molti di questi ormoni seguono anche un ritmo circadiano e la loro quantità in circolo dipende

dalle ore del giorno in cui andiamo a rilevarli.

Troveremo una quantità maggiore di questi ormoni quando su questo sistema interviene uno

stimolo che determina una maggiore produzione o la blocca.

Ma anche quando varia qualcosa nel meccanismo di controllo a feedback.

Alcuni ormoni dell’adenoipofisi hanno anche un fattore inibente, e non solo di rilascio; quindi, il

loro livello basale dipende dall’equilibrio che si instaura tra fattore di rilascio e fattore inibente.

Neuroipofisi:

Nei centri ipotalamici, i neuroni dirigono i loro assoni direttamente nella neuroipofisi.

I neuroni ipotalamici più piccoli invece dirigono i loro assoni in una zona particolarmente

vascolarizzata: tra l’ipotalamo e l’ipofisi troviamo il peduncolo, costituito da assoni e da un

groviglio di capillari che deriva da arteriole e dà origine ad altre arteriole, che origineranno altri

capillari che circondano l’adenoipofisi.

Il fattore di rilascio o inibente viene liberato proprio qui, e attraverso la circolazione sanguigna

raggiunge l’adenoipofisi.

Ciascuno dei neuroni ipotalamici produce un solo tipo di ormone tra due possibili:

- Ossitocina, si tratta di un ormone che agisce in momenti e in zone specifici, è presente sia

nell’uomo sia nella donna, a bassi livelli. L’ossitocina aumenta la produzione di latte

mammario e aiuta la contrazione dei muscoli uterini; quindi, ce ne sarà bisogno durante il

parto e durante l’allattamento. Avremo quindi degli stimoli meccanici che si attivano in

quel momento: come la distensione del canale dell’utero nel momento in cui inizia il parto,

avremo quindi un segnale meccanico che attraverso una via sensoriale raggiunge i neuroni

ipotalamici, stimolandoli a rilasciare ossitocina (si parla di risposta a feedback positivo).

Analogamente l’azione sulla ghiandola mammaria si attiva grazie ad uno stimolo

proveniente dal capezzolo.

- Antidiuretico (ADH) o vasopressina, agisce a livello del rene e determina una riduzione

della quantità di urine espulse all’esterno, è quindi legato all’omeostasi dell’acqua e ha

come organo bersaglio il dotto collettore del tubulo renale, dove favorisce il

riassorbimento di acqua. Se ne è presente troppo può ridurre il volume di urine fino a zero.

Avrò bisogno di risparmiare acqua per una variazione dell’osmolarità del plasma sanguigno,

o nel caso di un’emorragia. Nel primo caso esistono dei neuroni (osmocettori) situati a

livello ipotalamico, che, quando l’osmolarità del plasma aumenta, stimolano i neuroni

ipotalamici a produrre ADH. I neuroni che producono ADH però sono anche sotto il

controllo di recettori presenti nell’atrio destro del cuore, dove arrivano la vena cava

inferiore e la vena cava superiore; quindi, esso rappresenta una struttura in grado di

valutare il volume complessivo di liquido presente nel nostro organismo. A livello dell’atrio

destro vi sono dei recettori detti tensocettori che percepiscono la pressione della parete

dell’atrio. Quando questi recettori sono stimolati, significa che l’atrio destro ha ricevuto

molto sangue, fatto interpretato come una grande quantità di liquido presente nel nostro

organismo. Quindi questi recettori vanno a inibire (bloccare) la liberazione di ADH.

Al contrario in caso di emorragia, questi recettori sono poco stimolati, e di conseguenza vanno a

stimolare la produzione di ADH per preservare i liquidi corporei.

Adenoipofisi:

Ogni ormone prodotto dall’adenoipofisi agisce su un organo bersaglio.

Gli ormoni prodotti dall’adenoipofisi sono sei, ma abbiamo anche un ormone, un coprodotto detto

MSH che stimola produzione di melatonina, liberato insieme a delle endorfine e all’ACTH.

La prolattina lavora in sinergia con l’ossitocina e a differenza degli altri ormoni ipofisari ha un

fattore di rilascio e soprattutto un fattore inibente: la dopamina. Ciò significa che le cellule

ipotalamiche sono mantenute inibite dalla dopamina, un neurotrasmettitore.

Un determinato livello basale di questo neurotrasmettitore consente ai neuroni di funzionare al

meglio. Molte malattie neurologiche sono legate alla minor quantità di questi neurotrasmettitori

(depressione> serotonin