Riassunto esame Fisiologia umana, Prof. Megighian Aram, libro consigliato Fondamenti di fisiologia umana, Lauralee Sherwood

Introduzione alla fisiologia

Fisiologia: è lo studio delle funzioni degli esseri viventi. È una materia di sintesi poiché collega tanti aspetti non di nozione ma di ragionamento. Infatti, si basa sul continuo richiamo tra un sistema e l'altro e una disfunzione di un apparato può essere la conseguenza di molti fattori, perciò è necessario capire la causa del problema.

Esempio: per comprendere la fisiologia dell'apparato cardiovascolare è fondamentale sapere la struttura e funzione del cuore, cellule cardiache e la conduzione dell'impulso elettrico per l'attivazione di queste ultime.

La fisiologia è una materia "vecchia", nata nel 1600 tramite l'intuizione. Questo perché è stato necessario misurare la distanza, avere un indice di riferimento, tra una persona sana ed una malata. Esempio: la misura della temperatura.

Patologia e diagnosi

Patologia: è una analisi anatomopatologica delle disfunzioni di una persona. Diagnosi: si effettua il confronto tra la fisiologia e la patologia di una paziente. Esempio: per determinare una diagnosi si effettuano degli esami funzionali, come ad esempio quello della vista o gli esami del sangue. Questi esami valutano le funzioni dell'organismo (renali, epatici…) che sono molto importanti anche per l'aspetto farmacologico. Infatti, un farmaco deve essere presente in una certa quantità limite per avere un effetto terapeutico, altrimenti si andrà ad accumulare e si avrà un effetto tossico.

Livelli di valutazione fisiologica

• Livello chimico: atomi che si combinano fra loro formando molecole che sono essenziali per le funzioni chimiche-biologiche.
• Livello cellulare: organizzazione di molecole ed altri componenti assemblati in modi particolari danno origine alla cellula, ossia l'unità fondamentale sia strutturale che funzionale di un essere vivente. È la più piccola unità capace di attuare processi associati alla vita.

Organismi semplici unicellulari o organismi complessi pluricellulari.

Ogni essere umano si origina quando una cellula uovo e uno spermatozoo si uniscono e formano una nuova singola cellula, questa poi andrà a dividersi e si accrescerà tramite divisione cellulare. Durante lo sviluppo degli organismi pluricellulari complessi come gli esseri umani, ogni cellula si differenzia, ossia si specializza per svolgere una particolare funzione.

Funzioni cellulari fondamentali: funzioni necessarie alla sopravvivenza svolte da cellule con molte caratteristiche in comune. Esempio: ricavare nutrienti, eliminare sostanze di rifiuto e sottoprodotti, sintetizzare macromolecole, regolare gli scambi…

Funzioni cellulari specializzate: funzione specializzata dovuta a una modificazione o elaborazione di una funzione fondamentale della cellula. Esempio: gli enzimi sono proteine specializzate che accelerano alcune reazioni particolari dell'organismo.

• Livello tissutale: cellule con funzioni e strutture specializzate simili che si combinano e formano i tessuti, di questi ne troviamo 4 tipi:
  • Tessuto muscolare: costituito da cellule specializzate nella contrazione. Ci sono 3 tipi di tessuto muscolare:
    • Muscolare scheletrico: muove lo scheletro.
    • Muscolare cardiaco: pompa il sangue dal cuore.
    • Muscolare liscio: controlla il movimento del contenuto dei tubi e organi cavi.
  • Tessuto nervoso: formato da cellule adibite alla generazione e/o trasmissione degli impulsi elettrici. Gli impulsi agiscono come segnali che trasmettono informazioni da una parte all'altra del corpo. Questo tessuto lo troviamo nell'encefalo, nel midollo spinale, nei nervi e in speciali organi di senso.
  • Tessuto epiteliale: costituito da cellule specializzate nello scambio di materiali tra la cellula e il suo ambiente. Questo tessuto è organizzato in 2 principali tipi di strutture:
    • Lamine epiteliali: strati di cellule che rivestono parti del corpo, in generale fungono da barriere che separano il corpo dall'esterno e dal contenuto delle cavità che si aprono verso l'esterno. Queste barriere si occupano del trasferimento selettivo delle sostanze. Esempio: lume del canale alimentare. (Lume: cavità interna ad un organo cavo o un tubo).
    • Ghiandole secernenti: tessuto epiteliale specializzato nella secrezione, ossia il rilascio da parte di una cellula, in risposta ad uno stimolo appropriato, di sostanze specifiche prodotte dalla cellula stessa. Ci sono 2 tipologie di ghiandole:
      • Esocrine: secernono all'esterno del corpo tramite dotti o cavità comunicante con l'esterno. Esempio: ghiandole sudoripare e quelle che producono i succhi gastrici.
      • Endocrine: producono gli ormoni, esse sono prive di dotti e il loro secreto viene rilasciato nel circolo sanguigno. Esempio: l'insulina prodotta dal pancreas.
  • Tessuto connettivo: è formato da poche cellule disperse in molto materiale extracellulare, esso si occupa di connettere, sostenere ed ancorare parti del corpo. Questo tessuto include diversi tipi di strutture:
    • Tessuto connettivo lasso
    • Tessuto connettivo denso
    • Tessuto adiposo
    • Tessuto cartilagineo
    • Tessuto osseo
    • Tessuto ematico
    • Linfa

Esempio: tessuto muscolare, nervoso epiteliale e connettivo sono tessuti primari, ossia che un insieme integrato di cellule con la stessa funzione specializzata.

• Livello di organo: gli organi sono formati da 2 o più tipi di tessuto primario organizzato. Esempio: lo stomaco
• Livello di sistema corporeo: gruppi di organi sono organizzati in sistemi organici. I sistemi svolgono funzioni correlate e interagiscono per realizzare un’attività comune fondamentale per la sopravvivenza dell’organismo. Esempio: apparato digerente.
• Livello di organismo: ogni sistema per assolvere i suoi compiti specifici, dipende dal corretto funzionamento degli altri sistemi. L’intero organismo è formato da vari sistemi organici strutturalmente e funzionalmente collegati come un’entità separata dall’ambiente che lo circonda.

Omeostasi

Un organismo spinto all’estremo attua un adattamento in base agli stimoli ambientali captati. Esempio: a 4000 mt di altezza c’è meno disponibilità di O₂ e quindi c’è un suo minore assorbimento. Omeostasi: mantenimento di un ambiente interno relativamente stabile, ossia, le variabili interne devono rimanere costanti. Esempio: un muscolo con l’esercizio fisico consuma glucosio e O₂; quindi, l’organismo deve adoperarsi per ripristinare i livelli fisiologici di glucosio e O₂.

Un organismo mantiene l'omeostasi grazie a un comportamento adattivo per 2 principali motivi: sopravvivenza e riproduzione. L'omeostasi è essenziale per la sopravvivenza di ogni cellula, e ciascuna cellula attraverso le sue attività specializzate, contribuisce, come componente di un sistema organico, al mantenimento dell'ambiente interno condiviso da tutte le cellule.

Esempi di misura del ciclo cardiaco: analisi continua

• Parte attiva della pompa (ventricolo)
• Volume del ventricolo
• Comportamento elettrico
• Tracciato del rumore cardiaco

Fisiologia generale e specifica

Fisiologia dell’organo: conoscenza della struttura e della funzione dell'organo

• Elettrofisiologia: origine degli impulsi elettrici
• Biofisica del muscolo: aspetto meccanico della contrazione
• Biofisica del trasporto di una membrana: membrana a livello dei reni, barriera ematoencefalica...

Temperatura: (indice) la temperatura fisiologica di una persona è di 37°C, questo perché gli enzimi hanno come temperatura ottimale per il loro funzionamento di 37°C. Esempio: il muscolo consuma energia durante un esercizio fisico, il 20-25% viene trasformato in energia meccanica, il 75-80% dell'energia viene dissipata sottoforma di calore, motivo per cui si suda. La sudorazione permette di contrastare l'innalzamento della temperatura corporea. Il contrario invece avviene quando abbiamo freddo, infatti, si hanno i brividi, ossia delle contrazioni muscolari involontarie che servono a contrastare l'abbassamento della temperatura corporea.

Febbre: è un cambio di temperatura (possiamo considerare l'omeostasi della temperatura, regolata dall'ipotalamo, come un termostato) che ha lo scopo di contrastare l'azione di agenti patogeni nell'organismo. Si agisce con la somministrazione di farmaci quando questo meccanismo omeostatico non è più funzionante (colpo di calore)

Ritmi circadiani: alternanza di sonno-veglia. Il sonno è un processo omeostatico molto importante, infatti, se si depriva un organismo di sonno, nei giorni successivi dormirà sicuramente di più. Esempio: quando si fa un viaggio e si va in un paese con un fuso orario di molte ore, l'uomo nel giro di 2 settimane riesce ad adattarsi al nuovo fuso orario, questo è dovuto a qualcosa di intrinseco nell'organismo.

Sistemi di regolazione omeostatica

• Regolazioni intrinseche o locali: sono proprie di un organo. Queste regolazioni sono utili solo all'organo in cui avviene.
• Regolazioni estrinseche o sistematiche: sono meccanismi di regolazione iniziati all'esterno dell'organo per alterarne l'attività. Queste regolazioni vengono effettuate dal sistema endocrino e dal sistema nervoso, e insieme permettono una regolazione coordinata di diversi organi per raggiungere un obiettivo comune.

Regolazione omeostatica di una sostanza: l'organismo è in grado di mantenere dei livelli costanti di molte sostanze, come gli ormoni. Ciò è importante anche per i farmaci quando la loro somministrazione avviene solo ai soggetti non sani, il loro mantenimento a livello terapeutico è determinato sia dalla fisiologia, sia dalla farmacodinamica. Esempio: molte forme di obesità sono dovute a problemi di tipo omeostatico, per esempio quando non si ha la produzione dell'ormone della sazietà, causando un disquilibrio metabolico.

Regolazione omeostatica generale:

• Segnali nervosi: impulsi elettrici da cellule nervose
• Segnali di natura chimica: ormoni e altri fattori il sistema endocrino è una parte molto importante del sistema nervoso

Il sistema nervoso è l'organo più importante (è l'ultimo a morire) per quanto riguarda i nostri comportamenti, infatti, è lui stesso che ci permette di adottare certi comportamenti in funzione delle nostre necessità (alcuni organismi non ce l'hanno perché superfluo poiché conducono una vita lavarle su rocce)

Feedback negativo: una variazione nel parametro controllato omeostaticamente stimola una risposta che tende a ricondurre il parametro alla normalità facendolo variare nel verso opposto a quello della sua variazione iniziale.

Feedback positivo: la risposta amplifica una variazione in modo tale che la variabile regolata continui a muoversi nella direzione della variazione iniziale.

Idratazione corporea

Uno dei sistemi omeostatici più importanti per l’uomo. L’uomo è composto per il:

• 40% da solidi
• 60% da liquidi/fluidi (circa 40 L di acqua)
  • 28 L sono di liquido intracellulare
  • 14 L di liquido extracellulare
    • 80% sono fluidi interstiziali
• 20% è plasma del sangue flusso di sangue ≠ gittata cardiaca

Tabella dei liquidi:

• Liquidi ingeriti: 2,5 L
• Liquidi persi da:
  • Polmoni durante la respirazione evapora molta acqua
  • Sudorazione fino a 5 L se sottoposti ad esercizio fisico
  • Urine 1,5 L normalmente, con l’esercizio fisico se ne perde meno
  • Totale di liquidi persi in condizioni normali: 2,5 L
  • Totale di liquidi persi se sottoposti ad esercizio fisico: quasi 7 L

Fisiologia cellulare

Membrana plasmatica: componente importante della cellula a livello strutturale, essa racchiude la cellula ed è una sottile struttura membranosa costituita principalmente da lipidi e proteine. Le membrane plasmatiche delle varie cellule sono caratterizzate da proprietà chimico-fisiche che variano nelle varie cellule dei diversi tessuti. Esempio: la membrana dei neuroni possiede proprietà elettriche, mentre quella delle cellule dell’intestino hanno proprietà di assorbimento. Queste ultime impediscono di far passare i liquidi liberamente grazie alle giunzioni strette, assorbono sostanze dall’interno, tramite i microvilli, e le trasportano da un’altra parte dell’organismo, tramite dei trasportatori presenti in aree specifiche. Simili trasportatori li troviamo anche a livello del rene, che è un filtro selettivo con dei pori, i quali quest’ultimi, se lievemente alterati, determinano il passaggio delle proteine plasmatiche causando la sindrome nefrosica. Di cellule nervose ne sono state identificate 40.000 tipi di forme diverse, questo perché la membrana può assumere dimensioni (10-20 μm) e forme diverse (stellate, sferiche, fusiforme, neuroni con assoni lunghissimi…).

Il ruolo cellulare della membrana plasmatica è:

• Dividere i 2 ambienti cellulari intracellulare ed extracellulare
• Mantenere un equilibrio dell’ambiente intracellulare tramite regolazione omeostatica

La membrana plasmatica non è solamente una membrana formata da un doppio strato fosfolipidico, ma è molto più complessa. Essa, infatti, presenta altri tipi di lipidi come sfingolipidi e colesterolo, quest’ultimo molto importante per quanto riguarda la flessibilità. Esempio: come il colesterolo “modifica” la membrana rendendola più flessibile, anche altre sostanze possono modificarne le proprietà. Un esempio è l’etanolo, in particolare l’alcol, questo infatti facilita la fusione della membrana nel fenomeno dell’esocitosi (la membrana della vescicola che si fonde con la membrana della cellula). Questa modificazione la percepiamo quando si assume alcol, esso in dosi piccole è un euforizzante e rende le cellule nervose iperattive attuando questa modifica alla membrana, mentre in dosi superiori diventa un deprimente. Queste modificazioni a livello della membrana plasmatica sono importanti anche da un punto di vista farmacologico, per esempio quando si utilizzano degli anestetici locali, questi vanno a modificare i lipidi degli assoni sensitivi del dolore delle cellule nervose. L’equilibrio omeostatico della membrana viene mantenuto grazie alla solubilità dei gas come O₂, CO₂ e CO. La CO₂ e il CO sono entrambi molto più solubili dell’O₂ e quindi passano più facilmente attraverso la cellula.

Struttura tridimensionale della membrana: la membrana presenta una struttura asimmetrica dovuta alla presenza dei vari canali e trasportatori di sostanze e dalla presenza di giunzioni strette. Queste ultime sono dei punti di ancoraggio che regolano i trasporti attraverso l’epitelio, obbligando il passaggio della sostanza attraverso la cellula. Le Giunzioni strette possono avere anche caratteristiche elettriche, queste infatti le troviamo a livello del cuore, e permettono la contrazione delle cellule cardiache. Quando le contrazioni non sono regolate si va incontro a fibrillazione ventricolare. La membrana impedisce il passaggio di molte sostanze, però alcune devono poter entrare nell’ambiente intracellulare, queste lo fanno tramite dei trasportatori o canali:

• Gas: entrano per diffusione o si affidano a dei trasportatori come l’emoglobina e proteine plasmatiche per l’O₂ e la CO₂.
• Lipidi: si associano a proteine plasmatiche prodotte dal fegato. Esempio: la mancata produzione di queste proteine non determina il trasporto di sostanze come il cortisolo o di aldosterone.
• Sostanze idrosolubili: trasportate tramite diffusione semplice ad opera di trasportatori specifici, queste sostanze sono molto piccole e quindi facilitate nel passaggio. Esempio: in caso di diabete si verifica la presenza di glucosio nelle urine. Questo avviene perché i trasportatori sono saturi e quindi lo “perdono” nelle urine; perciò, i trasportatori incidono sul trasporto delle sostanze.
• Ioni: attraversano la membrana attraverso dei canali proteici, essi sono specifici per ogni ione.
  • Canali passivi o di fuga: questi canali non sono soggetti a regolazione e/o sfruttano il gradiente di concentrazione, ossia il flusso va da una zona più concentrata a una meno concentrata spontaneamente; il trasporto in questo caso dipende dalla concentrazione.
  • Canali "a cancello": questi canali possono aprirsi e chiudersi nei confronti dello ione specifico e in conseguenza a variazioni della forma del canale in seguito a un meccanismo di regolazione.

Altri canali invece mediano il trasporto attivo: il trasporto avviene contro gradiente di concentrazione e quindi è necessario un dispendio di energia (ATP). Esempio: la pompa Na-K è un esempio di trasporto attivo in cui si ha lo scambio di 3 ioni Na⁺ con 2 ioni K⁺ che mantiene la differenza di concentrazione dei 2 ioni tra interno ed esterno della cellula. Questa pompa genera una differenza di potenziale fondamentale.