Fisiologia

Fisiologia

Contenuti

• Fisiologia e omeostasi
• Cellula membrana plasmatica
• Sistema nervoso
• Muscolare sensoriale
• Endocrino
• Urinario
• Digerente
• Cardiovascolare
• Sistema respiratorio

La fisiologia (studio della natura) studia il funzionamento degli organismi viventi in condizioni normali. Essa approfondisce i meccanismi di base delle cellule e i sistemi che compongono gli organismi. Studia il perché (scopo) e il come (meccanismo). Mentre l'anatomia studia la struttura, la fisiologia studia le funzioni.

Livelli di organizzazione strutturale

I livelli sono: chimico, cellulare, tessuto (cellule con stesse funzioni e struttura simile), organo, sistema o apparato.

Sistema: organi con la stessa origine embrionale.

Apparato: insieme di organi con diversa origine embrionale.

Tipi di cellule e funzioni

• Collegano parti del corpo: fibroblasti, situati lungo fibre che essi stessi secernono, con reticolo endoplasmatico rugoso e apparato di Golgi che producono e secernono unità strutturali proteiche; eritrociti, trasporto di ossigeno (senza organuli citoplasmatici e nucleo).
• Rivestimento degli organi: cellule epiteliali, forma esagonale che permette alle cellule di unirsi formando lamine.
• Accumulano materiali di riserva: cellule adipose, sferiche e grandi, contengono una grande goccia lipidica nel citoplasma; servono per formazione e immagazzinamento di trigliceridi.
• Difesa contro le malattie: globuli bianchi, funzione di difesa da antigeni.
• Raccolgono informazioni e regolano funzionamento dell'organismo: cellule nervose (neuroni) ricevono e trasmettono messaggi, rilasciano neurotrasmettitori.
• Movimento di organi e corpo: fibre muscolari, scheletriche, cardiache, cellule muscolari lisce con filamenti contrattili, pompano sangue e modificano dimensioni degli organi per muovere sostanze interne al corpo.
• Riproduzione dell'organismo: ovocita e spermatozoo.

Tessuti umani classificati

1. Epiteliale: funzione di rivestimento, secrezione, assorbimento, protezione. Le cellule sono strettamente connesse, presentano una membrana basale, si rinnovano, non hanno vasi sanguigni. Tipi di tessuto: squamoso semplice, cubico semplice, colonnare semplice, colonnare ciliato pseudostratificato.
2. Nervoso: formato da neuroni e cellule gliali (sostengono e nutrono neuroni) nel sistema nervoso. Le cellule gliali/nevroglia includono microglia (fagocita), astrociti (per nutrienti), oligodendrociti e cellule di Schwann (per mielina). Funzione di coordinamento fra le parti del corpo e risposta agli stimoli dell'ambiente.
3. Muscolare: funzione di movimento, cellule di forma allungata (fibre muscolari) che si contraggono e permettono il movimento. Contrazione basata su scorrimento di filamenti di actina e miosina. Tipi di tessuto: scheletrico, cardiaco, liscio.
4. Connettivo: funzione di collegamento fra diversi organi (sostegno e protezione), forma ossa, tendini, cartilagini, legamenti, ecc. Cellule immerse in matrice contenente fibre collagene ed elastina.

Sistemi e apparati del corpo umano

• Tegumentario: capelli, cute, unghie per rivestimento e protezione.
• Scheletrico: cartilagini, articolazione, ossa per sostegno e protezione.
• Muscolare: muscoli scheletrici per contrazione muscoli e movimento.
• Cardiovascolare: cuore e vasi sanguigni per pompa sangue e trasporto.
• Respiratorio: cavità nasale, faringe, laringe, trachea, bronchi, polmoni per scambio di ossigeno.
• Digerente: cavità orale, esofago, intestino tenue e crasso, retto per degrada cibo in nutrienti.
• Endocrino: epifisi, ipofisi, tiroide, timo, ghiandole surrenali, pancreas, testicolo/ovaio per secrezione di ormoni per regolare organismo.
• Riproduttivo: vescica seminale, prostata, pene, testicolo, scroto/ghiandola mammaria, tuba uterina, ovaio, utero, vagina.
• Urinario: rene, uretere, vescica urinaria, uretra per regola equilibri dei liquidi.
• Linfatico e immunitario: linfonodi e vasi linfatici raccolgono liquido per rimetterlo nel sangue mentre l'immunitario è per la difesa.
• Nervoso: encefalo, recettore sensoriale, midollo spinale, nervi per controllo e elaborazione informazioni + risposta.

Omeostasi

Il nostro corpo è esposto a variazioni interne ed esterne che possono rompere l'equilibrio e il nostro organismo cerca di compensare e riformare l'equilibrio. Se la compensazione fallisce si ha disordine o malattia, se ha successo si ha benessere. La capacità di reagire ai cambiamenti esterni conservando l'equilibrio interno è essenziale, con tutti i sistemi che lavorano per mantenere l'omeostasi. Il controllo è esercitato dal sistema nervoso ed endocrino, mentre il sistema tegumentario, scheletrico e muscolare forniscono funzioni sensoriali e risposte motorie. Il sistema cardiovascolare e linfatico sono essenziali per il trasporto, e i sistemi riproduttivi maschili e femminili per le funzioni riproduttive.

I meccanismi fisiologici autoregolati, che operano per mantenere condizioni ottimali dell'ambiente interno e per ristabilirle in caso di alterazioni, sono definiti meccanismi omeostatici. Tutte le cellule dell'organismo, nonostante svolgano funzioni diverse, hanno in comune caratteristiche di base:

• Hanno bisogno di ossigeno per produrre energia.
• Quasi tutte si riproducono.
• Tutte sono immerse nel liquido extracellulare, fondamentale per mantenere l'omeostasi, costituito da un vettore acquoso che contiene zucchero, acidi grassi, ecc.

Lo scienziato Bernard parla di costanza dell'ambiente interno, ipotizzando due ambienti: esterno, nel quale è posto l'organismo, e interno, nel quale vivono elementi che costituiscono l'organismo (plasma, liquido extracellulare).

La fisiologia è lo studio di come lavorano e come funzionano il corpo e le sue parti (organi e sistemi) al fine di mantenere l'omeostasi. L'organismo è un sistema aperto che scambia energia e materia con l'ambiente esterno.

Sistema di controllo

Il sistema di controllo deve verificare i valori, come la temperatura, e controllare che siano mantenuti entro limiti prestabiliti. Affinché sia efficace, ha sensori che definiscono lo stato del sistema misurando la variabile controllata. I sistemi di controllo sono:

• Sistema di controllo a feedback, dove una perturbazione esercita effetto sul sistema.
• Sistema di controllo a feedforward, dove viene rilevata una perturbazione specifica dal sensore, che induce effetti sullo stato del sistema (evita che la perturbazione abbia effetto, la anticipa, previene), con modificazione anticipata dello stato del sistema.

I sistemi di controllo omeostatici possono essere:

• Intrinseci, con risposte locali di un organo a un cambiamento.
• Estrinseci, con meccanismi regolatori che cominciano fuori, innescati da fattori esterni attraverso il coinvolgimento del sistema nervoso ed endocrino.

Il sistema controllato manipola e controlla gli ingressi in modo che non determinino variazioni che contrastano con la condizione di equilibrio dell'organismo.

Meccanismi di omeostasi

• Recettore: sensore sensibile a cambiamento o stimolo ambientale.
• Centro di integrazione/regolazione: riceve ed elabora informazioni fornite dal recettore, le confronta con il valore da mantenere, e se riscontra alterazione invia comando a effettore.
• Effettore: rappresentato da cellula/organo che risponde a comando; agisce modificando l'ambiente interno. La risposta a variazioni (dette stimoli) avviene inviando informazioni (input) al centro di controllo, lungo una via afferente. Dal centro escono attraverso una via efferente e arrivano al bersaglio o all'effettore, generando una risposta.

I risultati della risposta influenzano a ritroso (feedback) lo stimolo (cambiamento iniziale), riducendolo, per arrestare il meccanismo di controllo, oppure intensificandolo, per continuare la reazione più velocemente.

Feedback

• Negativo: per riportare la variabile entro l'ambito di valori normali.
• Positivo: la risposta rinforza lo stimolo.

In caso di squilibrio dell'omeostasi

• Disturbo: deviazione dalla norma riscontrabile in una funzione.
• Malattia: disturbo contraddistinto da sintomi e segnali riconoscibili.

Comunicazioni intercellulari

Giunzioni fra membrane plasmatiche

• Giunzioni comunicanti: comunicazione diretta tra due cellule.

Matrice extracellulare

• Comunicazione paracrina: tramite rilascio di sostanze chimiche nel liquido extracellulare che arrivano al recettore.
• Autocrina: quando il bersaglio della sostanza chimica è la cellula stessa.

Mediatori chimici

• Endocrina: tramite ormoni.
• Sinaptico: trasmissione nervosa.

Sistemi di comunicazione cellulare

Endocrino: tramite ormoni che agiscono su cellule con recettori specifici.

Nervoso: tramite segnali chimici/elettrici che percorrono l'assone e vengono rilasciati.

Teoria cellulare

Le proteine di membrana possono essere integrali (o transmembrana), che non possono essere rimosse facilmente senza danneggiare la cellula, o periferiche, legate alla superficie interna o esterna e separate facilmente. I carboidrati di membrana, solitamente associati a lipidi e proteine (glicolipidi e glicoproteine), contengono una parte zuccherina che si estende oltre la membrana, formando il glicocalice, che può favorire l'ancoraggio della cellula a un sito, funge da recettore, lubrificazione e protezione della membrana. Il colesterolo aiuta a mantenere in posizione stabile e ordinata le code lipidiche.

Fluido

Può essere intracellulare, contenuto dentro le cellule quindi nel citosol, oppure extracellulare, negli spazi tra le cellule adiacenti, detto anche interstiziale.

Componenti della cellula

• Centrosoma e centrioli: regione del citoplasma, situata vicino al nucleo, dalla quale prende avvio la divisione cellulare. I microtubuli si originano dal centrosoma e si irradiano verso il citoplasma, circondano una coppia di strutture cilindriche, centrioli (composti da corti microtubuli).
• Proteasomi: contengono enzimi che degradano e distruggono proteine del citoplasma.
• Ribosomi: RNA+ proteine, fissi legati al reticolo endoplasmatico rugoso o liberi sparsi in citoplasma; sintesi proteica.
• Perossisomi: vescicole con enzimi litici; catabolismo di grassi e altri composti, neutralizzano composti tossici.
• Apparato di Golgi: membrane appiattite e cave; deposito, modifica e impacchetta prodotti di secrezione.
• Mitocondri: doppia membrana con pieghe interne con enzimi per produzione di ATP.
• RE (Reticolo Endoplasmatico):
• RE rugoso: con ribosomi, modifica e impacchetta proteine di secrezione.
• RE liscio: sintetizza lipidi e carboidrati.
• Nucleo: DNA, controllo metabolico, deposito, nuova sintesi, elaborazione informazioni, controllo sintesi proteica.

Differenze tra liquido intracellulare ed extracellulare

• Concentrazione iodio/potassio: il potassio è maggiore nel citosol rispetto al liquido extracellulare, mentre il sodio è più basso nel citosol e maggiore nell'extracellulare (K+ maggiore in citosol, Na+ maggiore in extra).
• Concentrazione di proteine in sospensione: più alta nel citosol rispetto all'extracellulare.
• Concentrazione di nutrienti: il citosol contiene piccole quantità di carboidrati, lipidi e proteine rispetto all'extracellulare, che è un mezzo di trasporto e non un deposito.

Organuli citoplasmatici

Possono essere membranosi (non a contatto diretto con il citosol, es. nucleo, circondato da rivestimento membranoso) o non membranosi, a diretto contatto con il citosol, non racchiusi da membrane.

Centrosoma

Regione del citoplasma situata vicino al nucleo dalla quale prende avvio la divisione cellulare. Centro di organizzazione microtubulare delle cellule. I microtubuli si originano dal centrosoma e si irradiano verso il citoplasma. Circonda una coppia di strutture cilindriche, centrioli (composti da corti microtubuli).

Proteasomi

Contengono enzimi che degradano e distruggono proteine del citoplasma. Proteine e lipidi, inglobati all’interno di vescicole di trasporto e diretti all’apparato del Golgi (che ne consente il trasporto tramite vescicole). Lisosomi contengono enzimi in grado di distruggere molecole.

Trasporto delle sostanze attraverso la membrana cellulare

Può essere passivo o attivo.

• Trasporti passivi: spostano ioni o molecole attraverso la membrana cellulare senza consumo di energia da parte della cellula. Esempio: diffusione e osmosi.
• Trasporti attivi: richiedono che la cellula consumi energia, generalmente sotto forma di ATP. Esempio: il trasporto vescicolare.

Tre termini per descrivere possibili situazioni

1. Isotonica: le due soluzioni confrontate hanno uguale concentrazione di soluti.
2. Ipotonica: minore concentrazione di soluti.
3. Ipertonica: alta concentrazione di soluti.

Potenziale transmembrana

Il versante interno della membrana cellulare ha una leggera carica negativa rispetto all’esterno. La carica negativa sul lato citoplasmatico della membrana è dovuto a proteine anioniche cariche negativamente che sono troppo grosse per passare attraverso i canali ionici di membrana. L’eccesso di cariche positive sul versante esterno è dovuto a cationi, soprattutto sodio. Quando le cariche positive e negative sono tenute separate, tra loro esiste una differenza di potenziale. Il potenziale di membrana in una cellula non sollecitata viene definito potenziale di riposo.

Sistema nervoso

Raccoglie informazioni, le elabora e attiva le risposte adeguate agli stimoli ricevuti.

Funzioni del sistema nervoso

1. Sensoriale: recettori sensoriali rilevano stimoli e li trasmettono attraverso neuroni sensoriali o afferenti.
2. Di integrazione: elabora informazione e predispone la risposta attraverso interneuroni.
3. Motoria: risposta motoria determinata da neuroni motori o efferenti, che trasportano informazione dall'encefalo al midollo spinale e da qui agli effettori, attraverso nervi cranici e spinali.

Sistema nervoso centrale e periferico

• Centrale: costituito da encefalo e midollo spinale.
• Periferico: nervi cranici e spinali e recettori sensoriali.

Dalla base dell'encefalo partono 12 nervi cranici. Dal midollo spinale emergono 31 paia di nervi spinali. La polimerizzazione del neurone (comunicazione fra neuroni): i dendriti ricevono informazione e la conducono al corpo cellulare, poi gli assoni conducono i segnali verso i neuroni contigui.

Tessuto nervoso

Costituito da neuroni e cellule gliali. I neuroni sono costituiti da:

• Dendriti: prolungamenti che ricevono segnale e lo conducono verso corpo cellulare.
• Corpo cellulare: è presente il nucleo.
• Assone: prolungamento che conduce gli impulsi in uscita dal neurone.

Nevroglia include:

• Microglia: fagocita batteri e scarti cellulari.
• Cellule ependimali: compongono l’ependima, sottile epitelio cubico che riveste i ventricoli cerebrali e il canale centrale del midollo spinale. Esse producono liquido cerebrospinale, le ciglia aiutano la circolazione del liquido.
• Cellule satellite: regolano O2, CO2 e nutrienti intorno ai neuroni gangliari.
• Oligodendrociti (SNC) e cellule di Schwann (SNP): formano mielina, che circonda le fibre nervose e accelera la velocità degli impulsi, permettendo la propagazione saltatoria dell’impulso.

La demielinizzazione è la perdita o distruzione della guaina mielinica, causando malattie come la sclerosi multipla, una malattia autoimmune in cui il sistema immunitario del corpo non riconosce come propria la guaina mielinica e la danneggia, provocando il rallentamento e il blocco della propagazione dell’impulso nervoso.

Astrociti

Gli astrociti, a forma di stella, mediano il passaggio di nutrienti fra i vasi sanguigni e il neurone. Possono formare tessuto cicatriziale dove i neuroni vengono danneggiati, un processo noto come astrocitosi. L'astrocitoma è un rigonfiamento (edema) di cellule gliali che danneggiano i neuroni, responsabili dei sintomi dei danni cerebrali. Gli oligodendrociti nel SNC e le cellule di Schwann nel SNP formano la mielina, uno strato isolante che consente la propagazione veloce.

Componenti dei neuroni

1. Principali componenti cellulari:
• Mitocondri: forniscono energia metabolica per i processi cellulari.
• Nucleo cellulare: contiene le istruzioni genetiche.
• Ribosomi: traducono le informazioni genetiche in proteine.
2. Parti strutturali specifiche correlate all’elaborazione delle informazioni:
• Corpo cellulare (o soma), detto pirenoforo.
• Prolungamenti cellulari: dendriti (ricettivi, a volte con spine dendritiche per aumentare superficie di contatto) e assoni (trasmittenti), con telodendri (ramificazioni terminali dell’assone).

Gli assoni possono non essere mielinizzati oppure sì, con nodi di Ranvier tra le capsule di mielina. La comunicazione tra neuroni avviene grazie a un impulso di natura elettro-chimica, tramite membrana presinaptica (assone neurone presinaptico), fessura sinaptica (che separa le membrane) e membrana post sinaptica (dendrite del neurone post sinaptico).