Fisiologia umana

FISIOLOGIA UMANA

ORGANIZZAZIONE ED OMEOSTASI DELL’ORGANISMO UMANO

LA FISIOLOGIA si occupa del funzionamento e dei sistemi di controllo che mantengono l’equilibrio

dinamico in modo ciclico nell’organismo.

L’ OMEOSTASI Presuppone una capacità di adattamento = mantenimento della stabilità dell’ambiente

à

interno dell’organismo capacità di mantenere stabile la condizione di un organismo

à

È una stabilità dinamica, che è continuamente messa alla prova da stimoli esterni ambientali o interni,

quindi, implica la presenza di variabili e livelli che oscillano, ma che vengono regolate. La @siologia ha a che

fare con l’adattamento e con il mantenimento della stabilità tra l’ambiente esterno e l’ambiente interno.

l’organismo ha meccanismi di controllo che regolano l’equilibrio, ad esempio, ciclo mestruale avviene

à

perché all’inizio aumenta la quantità di ormoni che poi decresce

Se l’equilibrio dinamico di un sistema viene alterato e non riesce più a tornare autonomamente al suo

stato @siologico, si entra in uno stato fisiopatologico.

La presenza di stabilità dinamica (omeostasi) implica l’esistenza di variabili regolate (temperatura,

concentrazione plasmatica di soluti, volume e pressione plasmatica, glicemia) per cui esistono anche

SISTEMI DI CONTROLLO.

Gli elementi dei SISTEMI DI CONTROLLO sono:

1. Sensori (es. recettori delle cellule, come i barocettori per il controllo della pressione)

2. Inputs, che veicolano il segnale che viene dai sensori ai centri integrativi (es. flussi ionici, ormoni)

3. Centri integrativi, elaborano i segnali e mandano dei segnali in uscita (es. cellula beta pancreatica,

centri regolatori nel cervello). I centri integrativi ricevono due informazioni e le confrontano, in

particolare confrontano il valore rilevato dal sensore (recettore che percepisce aumento glicemia =

glucosio nel sangue) con il valore medio ed emette un output (manda dei segnali agli elementi

effettori)

4. Outputs (insulina per regolazione glicemia)

5. Elementi effettori (aumento espressione recettori GLUT4 sulla membrana delle cellule di tessuti

insulino sensibili, come fegato e muscolo (sintesi glicogeno muscolare), in modo che assorbano il

glucosio)

Ad esempio, i barocettori registrano la pressione e la distensione dei vasi, quindi mandano dei segnali

nervosi a un centro integrativo (tronco encefalico) che rileva l’aumento di pressione e manda degli output

agli effettori (sistema simpatico e parasimpatico) @no al cuore batticuore aumenta la gittata cardiaca

à à à

arterie periferiche si devono contrarre.

I sistemi di regolazione dell’organismo funzionano attraverso MECCANISMI A FEEDBACK che

utilizzano speci@ci sistemi di controllo per riportare la variabile regolata entro il valore di riferimento,

detto set point.

Meccanismi di regolazione omeostatica il controllo avviene attraverso 2 modalità:

à

• Il FEED-BACK NEGATIVO utilizza set-points e sensori che producono inputs diretti a centri

integrativi che a loro volta emettono output diretti a elementi effettori: quando la variabile regolata

super il set point gli elementi effettori tendono a riportarla entro i limiti. È come se si generasse una

risposta contraria alla variazione che è stata percepita.

Esempio sistema glucosio-insulina (abbassa la glicemia): la glicemia aumentaà si genera

o un output che porta alla produzione e al rilascio di insulina da parte del pancreas i tessuti

à

insulino- sensibili (tessuto adiposo, fegato, muscolo) captano glucosio aumenta la sintesi

à

del glicogeno viene inibita la gluconeogenesi la glicemia torna a valori normali

à à

• IL FEED-BACK POSITIVO tende ad ampli@care il cambiamento della variabile regolata (es.

temperatura, secrezione ormonale) registrato dai sensori. In questo caso, la risposta prodotta va

nella stessa direzione dello stimolo iniziale,

potenziandolo progressivamente @no al

raggiungimento di un evento @nale

Esempio cascata di coagulazione:

o quando si veri@ca una lesione di un

vaso sanguigno vengono attivati alcuni

fattori della coagulazione ciascun

à

fattore attivato attiva a sua volta altri

fattori il processo si ampli@ca

à

rapidamente si forma una grande quantità di trombina la trombina converte il

à à

@brinogeno in @brina formazione del coagulo

→

Ogni passaggio potenzia il successivo, creando un effetto a cascata. Il processo si arresta

solo quando il coagulo è formato e intervengono meccanismi di controllo anticoagulanti

(feedback negativo) che impediscono un’eccessiva coagulazione.

Esempio ciclo mestruale: durante la fase follicolare: gli estrogeni prodotti dal follicolo

o ovarico aumentano progressivamente a basse concentrazioni esercitano feedback

à

negativo sull’ipotalamo e sull’ipo@si quando però raggiungono una soglia elevata, il

à

feedback diventa positivo si ha un picco di LH (ormone luteinizzante) il picco di LH

à à

induce l’ovulazione

Dopo l’ovulazione, il sistema torna a un feedback negativo, che ristabilisce l’equilibrio

ormonale: senza questa alternanza ciclica tra feedback positivo e feedback negativo non

sarebbe possibile la ciclicità del sistema, questo equilibrio dinamico permette lo svolgimento

del ciclo ormonale

Esempio potenziale d’azione: af@nché si generi un potenziale d’azione è necessaria

o una piccola variazione iniziale del potenziale di membrana, che nasce dall’interazione tra un

neurone e un neurotrasmettitore (ad esempio l’acetilcolina, non l’acetil-CoA) Il

à

neurotrasmettitore si lega ai recettori sulla membrana postsinaptici si aprono canali ionici

à

(entra Na⁺ lieve depolarizzazione) se la depolarizzazione raggiunge la soglia, si aprono i

→ à

canali del sodio voltaggio-dipendenti l’ingresso massivo di Na⁺ provoca ulteriore

à

depolarizzazione questa nuova depolarizzazione apre ancora più canali del sodio.

à

Si crea quindi un circolo di auto-ampli@cazione: più la membrana si depolarizza, più si aprono

canali, e più la depolarizzazione aumenta.

Il processo si interrompe grazie all’inattivazione dei canali del sodio apertura dei canali del

à

potassio ripolarizzazione

à

Al termine del segnale di feedback positivo, in generale, interviene un feedback negativo che riporta

l’organismo alla situazione iniziale.

Esempio di regolazione a feedback negativo: controllo della temperatura corporea

1. Evento (stimolo): si veri@ca un aumento della temperatura corporea (ad esempio per attività @sica

intensa o temperatura ambientale elevata)

2. Sensori: i termocettori periferici (nella pelle) e centrali (nell’ipotalamo) rilevano l’aumento della

temperatura del sangue o dell’ambiente

3. Input: i termocettori inviano segnali regolatori ai centri termoregolatori del cervello

4. Centri regolativi: i centri regolativi confrontano la temperatura reale con il set point @siologico (circa

36,5-37°C) e, se la temperatura supera il valore di riferimento, attivano risposte correttive

5. Output: i centri regolatori inviano segnali nervosi agli organi effettori

6. Elementi effettori e risposta: le ghiandole sudoripare rilasciano il sudore che, evaporando,

disperde e sottrae calore al corpo), al circolo sanguigno avviene vasodilatazione e ai muscoli

scheletrici che si rilassano. Questi meccanismi permettono di scambiare, ridistribuire e dissipare il

calore

7. Ritorno all’equilibrio dinamico della variabile regolata (temperatura): la T corporea diminuisce

@no al valore normale e, una volta ristabilito il set point, l’attivazione die meccanismi correttivi si

riduce o si interrompe

feedback negativo

à

Le variabili regolate sono grandezze fisiologiche che l’organismo mantiene entro un determinato

intervallo di valori, attraverso specifici meccanismi di regolazione, con l’obiettivo di mantenere

l’omeostasi.

Esempi di variabili regolate sono:

temperatura corporea, mantenuta intorno a un valore compatibile con il corretto funzionamento

• degli enzimi e delle cellule;

glicemia, che viene regolata principalmente attraverso ormoni come insulina e glucagone;

• pressione arteriosa, regolata attraverso meccanismi nervosi, ormonali e renali;

•

In generale, quindi, una variabile è definita regolata quando il suo valore viene continuamente

monitorato e corretto attraverso meccanismi di controllo, generalmente organizzati secondo un

sistema di feedback, per mantenerlo relativamente stabile nonostante le variazioni dell’ambiente

interno o esterno.

Ridondanza nei sistemi di regolazione omeostatica

Nei sistemi @siologici, ridondanza signi@ca che una stessa variabile regolata è controllata da più

meccanismi effettori contemporaneamente. Questo rende il sistema più sicuro, meno vulnerabile ai guasti,

più Une e modulabile, più stabile nel mantenimento dell’omeostasi.

Esempio diminuzione della temperatura corporea: La T corporea diminuisce e i termocettori

- cutanei e centrali rilevano tale variazione, generando input che arrivano ai centri regolatori del

cervello vengono generati 3 output = ridondanza: blocco della sudorazione (per evitare

à

ulteriore perdita di calore), vasocostrizione cutanea (meno sangue in periferia e minore

dispersione di calore), brivido (contrazione dei muscoli scheletrici) che genera calore. Tutti questi

meccanismi agiscono nella stessa direzione, cioè aumentare o conservare il calore, di modo che, se

uno di questi meccanismi fosse inef@cace, gli altri potrebbero compensare.

Esempio regolazione della glicemia: In caso di ipoglicemia ci sono più ormoni che fanno

- aumentare la glicemia: catecolamine, cortisolo, glucagone, adrenalina, ormone della crescita, al

contrario, contrario abbiamo solo l’insulina che abbassa la glicemia, quindi, è più facile avere

problemi in questo caso perché non abbiamo ridondanza. Il sistema che abbassa la glicemia è

incardinato su un unico effettore (l’insulina), infatti, è più frequente l’iperglicemia e il diabete, rispetto

alla ipoglicemia. Più un sistema è ridondante (ipoglicemia), più è facile il suo controllo.

à

Le risposte sono ridondanti, perché se ci fosse una sola risposta ci sarebbe una vulnerabilità

nell’organismo. Inoltre, in questo modo con più risposte c’è un maggior controllo della risposta. à

un’unica variabile genera diverse tipologie di risposte rispetto ad un certo stimolo

Le risposte non sono istantanee, tra la variazione della variabile regolata e l’attivazione completa degli

effettori esiste sempre un ritardo fisiologico (tempo di latenza). Durante questo intervallo possono

veri@carsi piccole oscillazioni attorno al set point, momentanee instabilità e superamento temporaneo del

valore ideale.

I sistemi di controllo hanno bisogno di tempo per smorzare l’oscillazione e ristabilire l’equilibrio dinamico.

il set point non è sempre @sso: può essere modi@cato da condizioni patologiche

à

Ad esempio, in caso di infezione (febbre) vengono prodotti dei pirogeni (sostanze rilasciate dai batteri o dal

sistema immunitario) che agiscono sui centri ipotalamici. Il centro termoregolatore innalza il setpoint da

37°C a 40°C. A questo punto, anche se la temperatura corporea è 37°C, il corpo la percepisce come troppo

bassa rispetto al nuovo set point. Per questo motivo, la persona con febbre avverte freddo, ha brividi e

presenta vasocostrizione elevata. Nonostante la temperatura sia normale o già elevata, l’organismo attiva

à

meccanismi per aumentarla, perché sta seguendo il nuovo set point impostato dall’ipotalamo. Quando

l’infezione si risolve, il set point torna normale, si attivano sudorazione e vasodilatazione e la T si abbassa.

Un altro esempio di controllo a feedback è la sensazione di cadere nel vuoto durante il sonno: questo è

dovuto al fatto che, durante la giornata, i muscoli antigravitari (come il quadricipite) sono costantemente

attivi per mantenere la postura mentre, quando ci si addormenta, il tono muscolare diminuisce rapidamente

e il sistema nervoso può interpretare questo improvviso rilasciamento come una perdita di equilibrio à

viene attivata una contrazione riflessa brusca dei muscoli. Non è un vero feedback omeostatico come la

termoregolazione, ma è un esempio di meccanismo di controllo neuromotorio che interviene per

correggere una variazione percepita come potenzialmente pericolosa.

ORGANIZZAZIONE GENERALE DELL’ORGANISMO

L’organismo umano presenta diversi livelli di organizzazione, organizzati in modo gerarchico, dai

componenti più semplici @no all’organismo completo. Ogni livello contribuisce al funzionamento del livello

superiore.

1. Atomi e Molecole

®

2. Cellule la più piccola unità strutturale e funzionale dell’organismo

®

3. Tessuti cellule simili e specializzate si organizzano in tessuti

®

4. Organi diversi tessuti si organizzano formando gli organi

5. Apparati e sistemi

6. Organismo

La @siologia spiega i livelli di organizzazione del nostro organismo:

chimico, cellulare, tissutale, organi, sistemi, organismo per intero.

La grande dif@coltà di comprensione dell’organismo è che bisogna

riuscire a capire come comunicano orizzontalmente i sistemi e che

relazione c’è tra il livello di comprensione più semplice e quello più

complesso.

Oltre all’individuo, c’è un ulteriore livello di complessità: la

popolazione.

LIVELLO CELLULARE:

A livello cellulare abbiamo moltissimi tipi di cellule, che si possono dividere in 4 macro-gruppi:

1. NEURONI: cellule eccitabili specializzate nella trasmissione e elaborazione degli impulsi nervosi

2. CELLULE MUSCOLARI: specializzate nella contrazione e quindi nel movimento

3. CELLULE EPITELIALI: hanno delle funzioni varie, queste cellule coprono tutta la super@cie dei vari

apparati, molte di queste sono ciliate, come quelle del tratto respiratorio, e quindi fanno

movimentare il muco permettendo una difesa molto attiva nei confronti delle infezioni.

4. CELLULE DEL TESSUTO CONNETTIVALE: sono molto varie tra di loro. Quelle del sangue sono

piastrine, poi abbiamo osteoblasti e osteoclasti nelle ossa, i @broblasti nella pelle e nei tessuti

(costituenti delle cicatrici quando si addensano) e ci sono anche, ad esempio, gli adipociti.

Le cellule si organizzano in tessuti, ma ci sono dei tessuti come il sangue in cui le cellule non sono unite tra

di loro, mentre in altri tessuti le cellule sono strettamente connesse tramite delle giunzioni (ancoraggi o

comunicazioni).

Gruppi di cellule simili possono:

derivare dalla stessa origine embrionale

- avere la stessa funzione

- essere connesse tra di loro tramite sostanze intracellulari

-

I TESSUTI

I tessuti primari sono:

• Epiteliale con funzione di rivestimento, protezione, assorbimento e secrezione.

• Connettivale che sostiene, collega e protegge le strutture dell’organismo; comprende, tra gli

altri, tessuto adiposo, osseo, cartilagineo e sangue.

• Muscolare responsabile della contrazione e del movimento; si distingue in muscolo scheletrico,

cardiaco e liscio

• Nervoso formato principalmente da neuroni e

cellule gliali, permette di ricevere, elaborare e

trasmettere informazioni.

Questi tessuti hanno origine a partire da 3 tipi di foglietti

embrionali, ossia ectoderma, mesoderma ed

endoderma.

Dopo la fertilizzazione del gamete si forma lo zigote

tramite le prime divisioni morula blastula che si

à à

impianta nell’utero polarizzazione con 2 cavità, una

à

formata dalle cellule che formeranno la placenta e l’altra

formata da:

Ectoderma, da cui originerà l’apparato nervoso e il tessuto epiteliale

- Endoderma, dà origine al tessuto epiteliale

- Esoderma, dà origine al tessuto epiteliale e connettivale

-

La nutrizione ha un ruolo cruciale in questi processi perché se mancano alcuni nutrienti, come l’acido folico,

possono esserci complicazioni nella formazione del tubo neurale (una delle conformazioni del midollo

spinale) con formazione della spina bi@da.

I TESSUTI CONNETTIVALI sono particolari, perché le cellule in generale sono adese ma rilasciano una

matrice extracellulare che può essere liquida, gel, solida e hanno la funzione di supportare,

proteggere e isolare gli altri tessuti. Sono presenti fibroblasti (producono collagene e @bre elastiche),

adipociti, globuli bianchi, mastociti (contengono istamina), plasmacellule, macrofagi.

Anche i tessuti connettivi sono innervati e vascolarizzati, quindi ricevono stimoli nervosi e nutrienti dal

sangue. Il tessuto adiposo ricco principalmente di adipociti fa parte dei tessuti connettivali.

L’organismo ha dei con@ni, proprio il tessuto epiteliale crea una continua separazione tra lo spazio interno

del corpo e quello esterno, ad esempio il lume del canale gastro-intestinale, del tratto momento in cui

avviene una lesione di questa barriera epiteliale, oppure si altera la permeabilità delle cellule, si veri@ca

in@ammazione e anche patologie.

Altri spazi interno, sono però a contatto con liquidi come il sangue (sistema circolatorio) e linfa (sistema

linfatico) che assicurano il trasporto di sostanze e liquidi nell’organismo.

All’interno di questi con@ni, troviamo le cellule muscolari, nervose, connettivali ecc. che formano gli organi e

i gruppi di cellule che formano l’organismo.

I SISTEMI

Magari una domanda può riguardare i sistemi. Noi dobbiamo saper nominare e riassumere di cosa sono

composti i principali sistemi, quali cellule e che funzioni svolgono: componenti e funzioni.

Gli organi, molecole ecc. presenti nel nostro organismo so