Fisiologia generale - Parte 1

Fisiologia

A.A. 2020/2021 docente: Giorgia Sollai

Lezione 1 02/03/2021

Che cos’è la fisiologia? Il termine fisiologia deriva dal greco antico, è una parola composta da phisis che vuol dire “natura, origine” e logia che significa “studio di”, quindi la fisiologia non è altro che lo studio della natura.

Fondamentalmente la fisiologia (come c’è scritto nelle slide) è lo studio dei processi fisici e chimici che avvengono negli organismi affinché possano svolgere tutte le funzioni e le attività associate alla vita. Che cosa vuol dire? Vuol dire associate alla vita nel senso che gli permettano di vivere e che gli permettano di vivere anche in buona salute perché anche una condizione di non buona salute può essere associata alla vita ma usciamo dal campo fisiologico ed entriamo in quello che voi scoprirete nei prossimi anni che è il campo della patologia.

Quindi la fisiologia può essere studiata a diversi livelli: a livello molecolare, a livello cellulare, fino a livello dell’intero organismo. Questo è importante perché noi vedremo già a partire da questo pomeriggio che fondamentalmente noi andiamo a vedere come funziona una cellula per andare a vedere come funziona tutto l’organismo, noi andiamo a vedere come funziona una fibrocellula nel muscolo scheletrico e una volta che capiamo come funziona quella noi capiamo come funziona tutto il muscolo e così via.

Quindi studiare le cellule ci permette di capire come funziona l’intero organo, e studiare quell’organo ci permette di capire come funziona il sistema, e studiare quel sistema e tutti i sistemi ci permette di capire come funzionano tutti quei sistemi integrandosi gli uni con gli altri, perché questa è la cosa importante.

In un organismo complesso come il corpo umano per poter funzionare bene, per poter garantire un buono stato di salute, per permettere all’individuo di svolgere la vita di tutti i giorni in salute come è giusto che sia, deve funzionare in maniera ottimale e il nostro organismo ha tutta una serie di meccanismi che garantiscono questo, ha sviluppato grazie all’evoluzione tutta una serie di meccanismi che garantiscono questo buon funzionamento dalla cellula più piccola fino al sistema più complesso.

Quindi la fisiologia implica lo studio di come funzionano le diverse parti del corpo sia separatamente che insieme, per consentire all’organismo/all’individuo (pensiamo all’uomo un individuo così complesso costituito da miliardi di cellule ognuna che fa una cosa diversa) di funzionare in maniera corretta.

Livelli di organizzazione

Infatti se noi andiamo a vedere in questa slide i livelli di organizzazione, a parte il livello chimico con gli atomi che vanno a formare le molecole poi biologia molecolare con l’organizzazione a livello di cellule e di tutte le strutture all’interno delle cellule, biologia cellulare con la formazione dei tessuti, la fisiologia partendo da queste informazioni di base si occupa di andare a vedere come l’insieme di cellule e tessuti fanno funzionare gli organi, apparati e sistemi, gli organismi e quindi vedere come si va ogni volta ad un livello superiore.

Quindi partendo dalle informazioni di base che voi avete avuto si va a vedere cose sempre più complesse sempre più organizzate.

Infatti se noi andiamo a vedere le cellule hanno tutte delle forme diverse e la forma delle cellule è specializzata per permettere ad ogni singola cellula di compiere una determinata funzione, infatti noi vediamo che le cellule all’interno del corpo umano differiscono per forma, per dimensioni, per struttura interna (non tutte le cellule anche se a grandi linee possono essere viste come organizzate nello stesso modo, con le stesse componenti, in realtà presentano un’organizzazione interna che è variabile perché è diversa la funzione che devono andare a svolgere) e per funzione.

Quindi noi abbiamo che i livelli di organizzazione sono diversi quindi da una cellula attraverso la divisione e l’accrescimento cellulare si vanno a formare cellule specializzate, quindi la differenziazione in tipologie diverse a seconda della funzione che devono svolgere. Le cellule con la stessa funzione si aggregano a formare i tessuti, i tessuti che svolgono una certa funzione si dislocano in diverse regioni del nostro corpo per andare a formare gli organi e gli organi si posizionano e sono organizzati in modo tale con le connessioni giuste per andare a formare i sistemi e quindi un’organizzazione ancora più complessa.

Claude Bernard e la fisiologia

Il termine fisiologia è stato coniato da Claude Bernard già nel 1865, lui nella sua opera magna a livello dell’introduzione lui scrive:

Cosa vuol dire? Vuol dire che vuole andare a capire che cosa sta accadendo, non basta dire “il cuore batte” vuole andare a vedere: perché il cuore batte? Perché batte in quel modo piuttosto che in un altro? Come quel processo può essere modificato? Che cos’è che interviene per andare ad aumentare o diminuire nel caso del cuore la frequenza cardiaca? Perché uno sportivo è in grado di avere una funzione cardiaca in un modo rispetto ad una persona non sportiva? E così via.

Quindi dopo aver effettuato un’analisi dei fenomeni è necessario che venga sempre compiuta la sintesi fisiologica per poter identificare il fine unico di tutte le parti che abbiamo studiato in maniera isolata. Quello che vi dicevo anche prima cioè il fatto di andare a vedere singolarmente le parti del corpo umano, andare a vedere singolarmente le cellule, andare a vedere singolarmente un tessuto, un organo come funziona, come viene regolato, come può modificarsi etc. etc. per poi capire nell’insieme qual è il loro ruolo.

E quindi a C. Bernard noi dobbiamo anche il secondo principio che accomuna tutti gli organismi cioè:

E questo è molto importante perché il fatto di essere un organismo vivente che mantiene le proprie funzioni e che le mantiene in maniera ottimale a prescindere dalle condizioni ambientali in cui l’individuo si trova è fondamentale, pensate a quando fate il bagno in mare, se noi non avessimo la pelle che impedisce all’acqua del mare di entrare a contatto diretto con i nostri liquidi corporei, noi andremo incontro ad un accumulo di sali, perché? Perché noi andremo incontro a disidratazione, perché trovandoci in un ambiente più salato il nostro corpo perderebbe acqua.

Perché come vedremo nelle prossime lezioni, ma sicuramente l’avete già visto nell’esame di chimica, l’acqua si muove secondo un gradiente osmotico quindi da dove è più concentrata a dove è meno concentrata; questo che cosa vuol dire? Vuol dire che l’acqua si sposta da una soluzione meno ricca di sali ad una soluzione più ricca di sali.

Quindi se noi al mare facessimo il bagno senza avere la protezione che impedisce un contatto diretto tra i nostri liquidi corporei e l’acqua del mare avremo una modificazione della composizione dei liquidi corporei che potrebbe essere incompatibile con la vita. Tant’è che noi vedremo nel nostro corso di fisiologia che quando questo si verifica per un qualunque motivo che può essere fisiologico o più probabilmente una condizione patologica, ci sono una serie di meccanismi compensatori che vengono attivati nel caso per esempio dell’osmolarità dei liquidi corporei quelli che intervengono principalmente sono il sistema renale e il sistema gastro-intestinale e questi intervengono per ripristinare questa composizione, questa osmolarità dei liquidi corporei perché altrimenti tutta la funzionalità delle cellule che sono bagnate dai quei liquidi verrebbe compromessa e questo porterebbe alla morte cellulare e quindi alla morte dell’individuo.

Quindi essere indipendenti dall’ambiente esterno e dai fattori ambientali è fondamentale.

Ambiente esterno e ambiente interno

Come vi dicevo prima, il nostro corpo risulta essere poco a contatto con l’ambiente esterno, ci sono delle cellule che permettono uno scambio tra quello che è nell’ambiente esterno e quello che è contenuto all’interno del corpo umano, quindi tra l’ambiente esterno e il liquido extra-cellulare.

Il nostro organismo qui viene schematizzato in maniera molto semplice:

Quindi questa praticamente sarebbe la pelle, le cellule protettive che formano la cute e che impediscono la comunicazione diretta tra il liquido extracellulare (quindi l’ambiente interno) e l’ambiente esterno, però non è completamente impedito. Se fosse completamente impedito noi non potremo trarre nutrimento dagli alimenti perché questi passano dall’ambiente esterno all’ambiente interno, oppure non potremo respirare, attraverso l’ossigeno eliminare la CO₂ perché i gas passano dall’ambiente esterno all’ambiente interno, non potremo eliminare le sostanze di rifiuto.

Ci sono tutta una serie di processi legati ai sistemi del nostro corpo che non sarebbero possibili se in alcuni ambienti ben precisi, ben organizzati, ben strutturati non ci fosse una superficie di scambio, la possibilità di comunicazione tra l’ambiente esterno e l’ambiente interno.

Mantenere stabile la composizione del liquido extracellulare e quindi l’ambiente interno dell’organismo, come vi dicevo prima, è di fondamentale importanza per mantenere stabile il liquido all’interno delle cellule, il liquido intracellulare.

Noi vedremo che tutte le cellule del corpo comunicano con l’ambiente extracellulare, c’è un continuo scambio di informazioni che vengono scambiate sotto forma di ioni, di molecole, di proteine, sotto forma di strutture che possono essere utilizzate dal nostro corpo proprio come scambio di informazioni tra l’interno e l’esterno della cellula.

Il concetto di omeostasi

Quindi questo ci dice che la capacità di mantenere le funzioni indipendenti dall’ambiente esterno è fondamentale per il buon funzionamento dell’organismo e sta alla base del concetto principale della fisiologia che è il concetto di omeostasi, questo è stato coniato da un altro studioso Cannon, che basandosi sulle intuizioni di C. Bernard ha stabilito che l’omeostasi è quella condizione in cui si mantiene una “condizione simile” o “un ambiente interno relativamente costante” cioè le condizioni non si devono modificare, quindi la temperatura corporea deve rimanere costante, la pressione parziale di ossigeno deve rimanere costante, la pressione parziale di CO₂ deve rimanere costante, il pH deve rimanere costante (vedremo che il pH è uno di quei parametri che può variare meno all’interno del nostro corpo perché oscillazioni che matematicamente sono minime per il nostro corpo sono deleterie, cioè portano alla morte sicuramente).

Quindi voi vedete che il mantenimento dell’omeostasi cioè dei parametri all’interno di un valore, di un range, che è definito fisiologico perché ogni parametro ha un valore di riferimento più o meno qualcosa; questo significa che per essere in un buono stato di salute non è necessario rimanere fermi su quel parametro, su quel valore preciso, ci si può spostare poco poco in aumento, poco poco in diminuzione, questa variazione è più o meno ampia in base al parametro che noi stiamo tenendo in considerazione ma al di sopra e al di sotto di quel range (di quella variazione) noi usciamo dal campo fisiologico.

La condizione di omeostasi di qualunque parametro può essere modificata sia attraverso una variazione esterna all’organismo ma anche attraverso una variazione interna. Una variazione esterna quale può essere? Può essere per esempio stare in un ambiente particolarmente freddo per periodi molto lunghi, per periodi prolungati.

Questo può comportare che, nonostante l’organismo cerchi in tutti i modi di fronteggiare il fatto di trovarsi in un ambiente molto freddo, ad un certo punto non ce la può fare e quindi la temperatura corporea può essere modificata. L’organismo quindi tenta di compensare, se la compensazione ha successo torniamo in una condizione fisiologica e quindi in uno stato di benessere, se invece la compensazione fallisce andiamo incontro ad una condizione di disordine o di malattia e quindi usciamo dalla condizione fisiologica ed entriamo in una condizione patologica.

La variazione però può essere anche interna, cioè può succedere che ad un certo punto un organo smetta di funzionare bene, una cellula smetta di funzionare bene e quindi si vada incontro ad una perturbazione di un determinato apparato. Anche qui abbiamo che l’organismo tenta di compensare questa variazione interna, ed ancora una volta se la compensazione fallisce ci troviamo in una condizione patologica, se invece la compensazione ha successo ci troviamo in una condizione fisiologica.

Quindi ricordatevi che uno dei concetti fondamentali della fisiologia è il concetto di omeostasi.

Sistemi e apparati dell’organismo

Quali sono i sistemi e gli apparati del nostro organismo che nell’insieme funzionano e agiscono e tutti i giorni lavorano per mantenere questa condizione di omeostasi? Beh noi possiamo distinguere almeno 10 apparati diversi che sono tutti integrati tra di loro.

Il primo che viene rappresentato in questo schema è il sistema tegumentario (cioè la pelle) che come dicevamo prima serve per proteggere l’ambiente interno dall’ambiente esterno e dalle variazioni legate alle variazioni dell’ambiente esterno. Tra gli altri sistemi abbiamo il sistema muscolare, scheletrico che è quello che permette i movimenti, poi abbiamo il sistema cardiocircolatorio che ha un ruolo molto importante perché è quello che porta in circolo a tutte le cellule tutte le sostanze necessarie per la sopravvivenza e porta via tutte le sostanze che sono di rifiuto e che devono essere eliminate dall’organismo.

Poi ci sono due sistemi che sono il sistema nervoso ed il sistema endocrino che hanno fondamentalmente il compito di controllare la funzione di altri sistemi ed apparati, di inviare dei segnali, di fornire delle informazioni, di attivare quei sistemi compensatori che servono per il mantenimento dell’omeostasi, per il mantenimento del benessere, e quindi per il mantenimento dell’organismo in una condizione fisiologica.

Questi due sistemi (nervoso ed endocrino) attualmente è molto complicato considerarli come due sistemi separati perché c’è una grande integrazione tra il sistema nervoso e il sistema endocrino per cui forse sarebbe più opportuno parlare di sistema neuro-endocrino, e noi vedremo che esiste un sistema neuro-endocrino propriamente detto.

A questi sistemi che qui non sono rappresentati si aggiunge il sistema immunitario. Il sistema immunitario ha la grande funzione di proteggerci, di difenderci quindi diciamo che si aggiunge al sistema tegumentario. Perché abbiamo bisogno di un sistema immunitario se comunque c’è un sistema tegumentario che ci protegge dall’ambiente esterno? Perché comunque sostanze tossiche, patogeni in qualche modo riescono ad entrare all’interno dell’organismo e noi ci dobbiamo difendere.

Voi che state studiando in un corso di farmacia questo lo sapete molto bene, tant’è che quando non siamo in grado di farlo da soli, quando i nostri sistemi compensatori non sono sufficienti, si interviene con delle sostanze dall’esterno per ripristinare la condizione di salute e di benessere.

E perché è possibile che alcune sostanze dannose, ma anche cellule del nostro corpo stesso che possono in qualche modo impazzire e diventare dannose, ma ritorniamo al discorso del perché alcuni patogeni, alcune sostanze possono in qualche modo entrare all’interno dell’organismo? Beh questo è possibile perché noi abbiamo 4 sistemi i cui lumi sono esterni all’organismo, sono internalizzati ma sono esterni all’organismo.

E quali sono?

• Sono il sistema respiratorio (rappresentato nella foto a destra in alto) perché se noi ci pensiamo le vie aeree (la faringe, la laringe, la trachea, i bronchi, i bronchioli, fino alle terminazioni più piccole alveolari all’interno dei polmoni) sono a diretto contatto con l’ambiente esterno, noi introduciamo l’aria dentro i polmoni e poi dai polmoni attraverso delle cellule specializzate l’aria passa all’interno dell’organismo, ma tutti quei tubi che permettono all’aria di arrivare dentro ai polmoni presentano il lume esterno all’organismo. Quindi noi dall’ambiente esterno facciamo entrare aria che poi può passare all’interno dell’organismo con tutto quello che contiene.
• Un altro sistema di cui il lume è esterno all’organismo è il sistema digerente, il tratto gastro-intestinale. Pensate a quando voi mentre state prendendo appunti o siete distratti e vi ritrovate con la penna tra i denti oppure vi state morsicando le unghie oppure pensate ai bambini che si mettono il dito in bocca stiamo portando all’interno dell’organismo delle sostanze, e queste sostanze poi vengono ingoiate, raggiungono il tratto intestinale e da qui possono passare all’interno dell’organismo. Quindi questo è un altro modo in cui sostanze nocive, patogene e chi più ne ha più ne metta possono entrare all’interno dell’organismo.
• Ancora abbiamo il sistema urinario anche il sistema urinario è costituito da dei lumi che comunicano direttamente con l’ambiente esterno e infine abbiamo il sistema riproduttivo, anche il sistema riproduttivo comunica direttamente con l’ambiente esterno.

Questi quattro sistemi che sono fondamentali perché svolgono delle funzioni fondamentali per il benessere dell