Domande aperte con risposte che escono sempre all'esame di Fisiologia umana

LEZIONE 1-2

DEFINIZIONE DI OMEOSTASI



L'omeostasi è il mantenimento della stabilità dell’ambiente interno dell’organismo. La

stabilità non viene intesa come stabilità statica, ma dinamica: alcuni esempi sono i

livelli di glicemia o di temperatura corporea, che salgono e scendono di continuo.

ESEMPI E SIGNIFICATO DI FEEDBACK NEGATIVO

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Il feedback negativo è il principale sistema di retroazione dell’omeostasi, permette di

produrre un cambiamento opposto allo stimolo iniziale.

È un feedback molto importante e diffuso nel nostro corpo in quanto permette, ad un

valore che si sta alzando/abbassando troppo, di tornare a livelli fisiologici.

Un esempio di feedback negativo è la regolazione della temperatura: quando

riceviamo uno stimolo di aumento della temperatura corporea, i recettori sensoriali

nel nostro corpo (presenti a livello cutaneo, nell’ipotalamo, nel fegato, muscoli)

rilevano questo aumento ed inviano un segnale (input) al cervello.

I centri termoregolatori del cervello (ipotalamo) riceve il segnale, compara la

temperatura con il set point e invia un segnale (output) agli effettori in modo da

generare un cambiamento.

Gli effettori (ghiandole sudoripare) producono sudore, in modo da dissipare il calore

generando una diminuzione della temperatura (feedback negativo) che la riporta al

set point.

ESEMPI E SIGNIFICATO DI FEEDBACK POSITIVO

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Il feedback positivo è un processo che amplifica un cambiamento registrato dai

sensori; in particolare riguarda eventi ciclici in cui una variabile prima aumenta, e poi

diminuisce fino a tornare al suo set point.

Esempi di feedback positivo possono essere l’instaurarsi del potenziale d’azione in

una cellula o il controllo ormonale delle contrazioni uterine nel parto.

Quando il feto è pronto per essere partorito si dispone in basso nell’utero, esercitando

pressione sulla cervìce (collo dell’utero); questo provoca il rilascio di ossitocina,

ormone responsabile delle contrazioni uterine; le contrazioni uterine fanno in modo

che il feto eserciti ancora più pressione e che quindi venga prodotta più ossitocina.

ESEMPI ED ELEMENTI DI UN SISTEMA A FEEDBACK

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Gli elementi che costituiscono un sistema a feedback sono la variabile regolata (ad

esempio la temperatura); il sensore, ovvero l’elemento che monitora la variabile

controllata (ad esempio i recettori della temperatura della pelle); il sistema di

controllo, che riceve informazioni dai sensori e decide come rispondere per

mantenere la variabile controllata in un certo set point (ad esempio il cervello, che

può decidere di attivare meccanismi di riscaldamento o raffreddamento); l’effettore,

l’elemento del sistema che effettua la risposta per modificare la variabile controllata

(ad esempio, se la temperatura è troppo alta, i vasi sanguigni si dilatano per

aumentare la dispersione di calore attraverso la pelle); il segnale di retroazione,

segnale che viaggia dal sistema di controllo all’effettore in modo che venga attuata la

risposta appropriata (può essere un segnale nervoso oppure un ormone).

ESEMPI DI VARIABILI REGOLATE

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Alcuni esempi di variabili regolate sono la temperatura, la concentrazione plasmatica

di soluti, il volume e la pressione plasmatica.

I PRINCIPALI TIPI DI CELLULE, TESSUTI E SISTEMI NEL COPRO UMANO, DIVERSI

 LIVELLI DI COMPLESSITÀ

Nell'organismo sono presenti 4 tipi di cellule, i neuroni, che producono i potenziali

d’azione per trasmettere i segnali, le cellule muscolari (scheletriche, lisce,

cardiache), le cellule epiteliali, che ricoprono i tessuti e le cellule connettivali,

comprendono cellule sanguigne, ossee e cellule del tessuto adiposo.

I tessuti sono un insieme di cellule con funzione simile e con una comune origine

embrionale, tenute insieme da giunzioni che tengono adese le cellule le une alle altre.

I tessuti primari sono anch’essi 4: tessuto epiteliale, connettivo, muscolare e nervoso.

Nel connettivo, ricco di matrice extracellulare, sono presenti macrofagi, adipociti,

fibroblasti (collagene ed elastina), globuli rossi...

I tessuti si organizzano in organi o apparati e quest’ultimi si organizzano nei sistemi,

che sono 11: tegumentario, muscolare, scheletrico, nervoso, endocrino,

linfatico/immunitario, cardiovascolare, respiratorio, digerente, urinario e riproduttivo.

DISTRIBUZIONE DELL’ACQUA CORPOREA

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L'acqua è la molecola più abbondante del nostro organismo, rappresenta circa il 60%

della nostra massa corporea. (circa 42 litri).

Circa 2/3 dell’acqua presente nel nostro corpo è acqua intracellulare, presente

all’interno delle nostre cellule.

Il restante 1/3 è acqua extracellulare, che si divide a sua volta in acqua interstiziale

(circa 10 litri), richiamata nell’acqua plasmatica grazie alla pressione colloidosmotica

delle albumine presenti nel plasma, acqua intravascolare e acqua trans cellulare,

come l’acqua nella cistifellea o il liquido cefalorachidiano.

Il 73% della nostra massa muscolare è composto da acqua, perdite superiori al 15%

possono essere letali.

La perdita d’acqua avviene mediante le urine, traspirazione e sudorazione della pelle

e respirazione.

BARRIERE TRA AMBIENTI INTERNI ED ESTERNI DELL’ORGANISMO

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Le barriere tra ambienti interni ed esterni dell’organismo costituiscono un sistema

difensivo che ha un ruolo critico nel mantenere l’omeostasi e proteggere il corpo dagli

agenti patogeni.

Le principali barriere del nostro organismo sono la pelle, il più grande organo del corpo

umano, il sistema immunitario (che comprende macrofagi, linfociti), le mucose e le

membrane cellulari.

DESCRIZIONE DI COMPONENTI E FUNZIONI DEGLI 11 SISTEMI

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Sistema tegumentario: è costituito dalla cute e da strutture annesse come peli,

unghie, ghiandole sudoripare e sebacee.

La cute a sua volta è suddivisa in epidermide, derma e ipoderma.

Le funzioni della cute sono di protezione meccanica e chimica, di regolazione della

temperatura (le ghiandole sudoripare abbassano la temperatura), eliminazione di

scorie, sintesi della vitamina D, di sensibilità (tattile, dolorosa, termica).

Tessuto muscolare-scheletrico: prevede quei muscoli che sono legati alle ossa, ha

funzione di movimento, postura e generazione di calore.

Tessuto scheletrico: è costituito da ossa e articolazioni, più le cartilagini associate; ha

funzione di supporto e protezione per il corpo, di movimento e postura combinato con

i muscoli, costituisce la riserva di calcio e genere emopoiesi (formazione di cellule di

sangue, all’interno del midollo osseo).

Sistema nervoso: è formato dall’encefalo e dal midollo spinale, oltre che organi di

senso come occhio e orecchio. La funzione del sistema nervoso è quella di generare

dei potenziali d’azione che fungono da messaggi per regolare le attività corporee e

rispondere ai cambiamenti interni, garantendo l’omeostasi.

Sistema endocrino: comprende l’ipotalamo, l’ipofisi, la tiroide, la ghiandola surrenale,

il pancreas, l’ovaio, il testicolo, l’epifisi.

È un sistema strettamente correlato a quello nervoso, in quanto sono entrambi sistemi

di comunicazione; per questa funzione, il sistema endocrino utilizza ormoni e

neurotrasmettitori.

Sistema linfatico/immunitario: comprende vasi linfatici, linfonodi, milza, tonsille e

timo; le funzioni sono di difesa dai patogeni, produzione di cellule immunitarie,

drenaggio dei liquidi, riconoscimento di cellule anomale.

Sistema cardiovascolare: comprende il cuore e i vasi sanguigni. Il cuore pompa il

sangue attraverso i vasi.

Il sistema cardiovascolare permette di portare nutrienti ed ossigeno alle cellule, porta

via metaboliti e anidride carbonica di scarto, permette la regolazione del pH, effettua

termoregolazione, regola il bilancio idrosalino, trasporta le cellule del sistema

immunitario.

Sistema respiratorio: comprende polmoni, laringe, faringe, trachea e bronchi. Le

funzioni sono il trasferimento dell’ossigeno dell’aria al sangue, il trasferimento della

CO2 del sangue all’aria, la regolazione del pH.

Apparato digerente: comprende bocca, ghiandole salivari, esofago, fegato, stomaco,

pancreas, intestino, cistifellea.

La funzione è quella di ricavare i nutrienti e l’energia dal cibo, oltre che eliminare i

prodotti di scarto.

Apparato urinario: costituito dai reni, gli ureteri, la vescica e l’uretra.

I reni svolgono molte funzioni: regolano la pressione tramite il sistema renina-

angiotensina-aldosterone, regolano il pH, regolano il volume ematico, il bilancio

idrosalino, producono eritropoietina che stimola la produzione di globuli rossi, attiva la

vitamina D e produce glucosio.

Apparato riproduttivo: comprende le gonadi (ovaie/testicoli), epididimo, tubo

deferente e pene, tubo uterino, utero e vagina.

La funzione è quella di produrre gameti e rilasciare ormoni, estrogeni, androgeni,

progestinici.

Riceve segnali dal sistema nervoso ed endocrino.

LEZIONE 3-4

PASSAGGIO DI SOLUTI ATTRAVERSO LA MEMBRANA

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L'acqua è in grado di passare liberamente e spontaneamente attraverso le

membrane; non esistono trasportatori per essa, passa la membrana passivamente.

(solo a volte ci sono specifici trasportatori, le acquaporine, ad esempio nei reni,

facilitano il riassorbimento idrico mediato da ADH).

Le cellule non si svuotano dell’acqua perché sono presenti soluti che regolano e

determinano la quantità e distribuzione dell’acqua nell’organismo.

Ad esempio, i capillari sono permeabili all’acqua, ma l’acqua non fuoriesce perché è

presente l’albumina che esercita forza osmotica e trattiene l’acqua nei vasi.

Nella ambiente intracellulare sono presenti poco sodio e tanto potassio; nello spazio

extracellulare sono presenti tanto sodio e poco potassio (DENTRO POTASSIO, FUORI

SODIO).

Questo gradiente di concentrazione è dovuto all’attività della pompa sodio potassio,

che ad ogni ciclo porta 3 ioni sodio all’esterno e 2 ioni potassio all’interno.

Il fatto che vengono trasportate 3 cariche positive Na+ all’esterno e solo 2 cariche

positive K+ verso l’interno contribuisce alla creazione del potenziale di membrana

negativo delle cellule.

Il sodio poi non potrà rientrare, mentre il potassio può uscire (gradiente elettrico).

Le proteine non sono presenti nel fluido interstiziale ma nelle cellule e nel plasma

(albumine); per questo motivo, il fluido tende ad essere prosciugato di liquidi, perché

le proteine “tirano” l’acqua verso questi due compartimenti (plasma e ambiente

intracellulare).

Il cloro si trova principalmente nei fluidi extracellulari.

I fosfati inorganici si trovano nell’ambiente intracellulare, dove vengono utilizzati per

la produzione di ATP.

Il calcio si trova quasi tutto nelle ossa (1kg).

FORZE CHE REGOLANO IL TRASPORTO DI MEMBRANA (CHIMICHE ED

 ELETTRICHE)

Le forze che regolano il trasporto di membrana possono essere chimiche o elettriche.

La forza chimica agisce quando la concentrazione di molecole o ioni è maggiore da un

lato della cellula e minore in un altro.

Se la concentrazione di ioni è maggiore all’interno, la direzione della forza chimica

sarà verso l’esterno. (e viceversa).

La forza elettrica prevede che la cellula abbia la membrana carica negativamente; in

questo caso, si genere una forza elettrica che attrae all’interno le cariche positive

(come K) e verso l’esterno le cariche negative.

POTENZIALE DI MEMBRANA



Per potenziale di membrana si intende la differenza di potenziale elettrico, misurabile

in una cellula, tra il citosol, che presenta cariche negative, e lo spazio extracellulare,

che presenta cariche positive.

Il potenziale di membrana è determinato dai gradienti di concentrazione di ioni come

gli ioni sodio, potassio, cloro e calcio.

L'attività delle pompe ioniche, come la pompa sodio-potassio, permette di stabilizzare

il potenziale di membrana.

È un valore negativo in quanto l’ambiente intracellulare è più elettronegativo rispetto

all’esterno, che presenta molto sodio.

FORZE ELETTROCHIMICHE APPLICATE AGLI IONI



Gli ioni sono soggetti a forze elettriche e forze chimiche.

Le forze elettriche dipendono dal voltaggio di membrana (più è negativo più attrae

uno ione positivo) e dalla carica dello ione stesso (maggiore è la carica dello ione,

maggiore sarà la forza con cui viene attratto o respinto).

Il voltaggio di membrana è di –90mV per le cellule eccitabili e di –30mV per le cellule

non eccitabili.

Gli ioni sono soggetti anche a forze chimiche che dipendono dal gradiente di

concentrazione; può capitare (ad esempio con Na e K) che la forza chimica e quella

elettrica spingano gli ioni in direzioni opposte.

Il potassio è più concentrato all’interno e quindi la forza chimica spinge all’esterno; in

condizioni normali le cellule hanno potenziale di membrana di –94mV: il potassio

tende ad uscire dalla cellula finché non si sviluppa sulla membrana differenza di carica

(con l’interno negativo) responsabile di una forza elettrica che riporta dentro il

potassio.

ESEMPI DI GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE



A cavallo della membrana si creano dei gradienti di concentrazione, ovvero delle

differenze di concentrazione tra l’interno e l’esterno, e gradienti elettrici dovuti alla

differenza fra cariche positive e negative fra l’interno e l’esterno della membrana.

DEFINIZIONE DI POTENZIALE DI EQUILIBRIO

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Il potenziale di equilibrio rappresenta il potenziale per cui la forza chimica e quella

elettrica si annullano a vicenda, sono uguali e contrari.

POTENZIALE DI EQUILIBRIO PER IL SODIO Na



Per il Na il potenziale di equilibrio è di +60 mV. È positivo in quanto il sodio è soggetto

ad una forza chimica diretta verso l’interno della cellula (perché è più abbondante

all’esterno); il potenziale di membrana dovrà essere quindi positivo in modo da

generare una forza elettrica verso l’esterno

POTENZIALE DI EQUILIBRIO PER IL POTASSIO K



Per il K il potenziale di equilibrio è di –94 mV.

DIFFUSIONE SEMPLICE



La diffusione semplice è il passaggio di soluti direttamente attraverso la membrana

lungo gradiente elettrochimico.

La velocità della diffusione semplice dipende dall’entità del gradiente, dalla superficie

e dalla permeabilità della membrana.

Riguarda gas come ossigeno e anidride carbonica, acidi grassi, etanolo, urea.

Si differenzia dal trasporto mediato che invece necessita di proteine di trasporto dal

momento che si trasportano molecole idrofiliche.

Non richiede energia.

Muoversi CONTRO gradiente = da zone a minor concentrazione a zone a

maggior concentrazione.

LUNGO = dalla zona a maggior concentrazione a minor concentrazione.

Gradiente = differenza di concentrazione

TRASPORTO MEDIATO



Il trasporto mediato è un processo che necessita la presenza di una proteina di

trasporto. Può essere trasporto passivo (secondo gradiente) o trasporto attivo (contro

gradiente, richiede ATP).

Le proteine che mediano questo trasporto sono carrier o canali ionici.

I carrier trasportano con diffusione facilitata le molecole organiche come il glucosio,

secondo gradiente. Un esempio è il GLUT4, un trasportatore del glucosio che viene

espresso sui tessuti periferici per azione dell’insulina, quando i livelli di glicemia sono

alti.

Un altro esempio sono le acquaporine, canali presenti soprattutto nel rene dove

permettono il passaggio dell’acqua attraverso le membrane in modo da favorire il

riassorbimento mediato dall’azione di ADH.

I canali ionici trasportano ioni e possono essere ligando-dipendenti o voltaggio

dipendenti, ovvero si aprono e si chiudono – rispettivamente – in base al legame con

un ligando o in base al potenziale di membrana.

Il trasporto mediato ha un andamento inizialmente lineare, che raggiunge poi un

plateau; maggiori sono i trasportatori esposti, più il plateau si raggiungerà a gradienti

di concentrazioni maggiori.

TRASPORTO ATTIVO E PASSIVO ATTRAVERSO LA MEMBRANA CELLULARE

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Il trasporto attivo permette di trasportare una molecola contro gradiente spendendo

energia sottoforma di ATP. È detto primario quando la pompa è accoppiata ad attività

ATPasica.

Un esempio di trasporto attivo è la pompa sodio-potassio.

Il trasporto passivo è invece un processo mediante il quale delle sostanze si muovono

attraverso la membrana cellulare senza richiedere energia sotto forma di ATP.

Il trasporto passivo può avvenire tramite diffusione facilitata o grazie a canali.

POMPA SODIO-POTASSIO



La pompa sodio-potassio è una proteina di membrana che svolge un ruolo

fondamentale nel mantenere il potenziale di riposo della cellula e nel regolare il

volume cellulare.

Questa pompa è uno dei principali esempi di trasporto attivo primario, utilizza

l’energia derivante dall’idrolisi dell’ATP per spostare ioni sodio e potassio contro i loro

gradienti di concentrazione.

Per quanto riguarda il funzionamento: 1) la pompa sodio-potassio lega tre ioni sodio

dalla parte interna della cellula; 2) l’ATP viene idrolizzato ad ADP e Pi, fornendo

l’energia necessaria per il trasporto attivo; 3) la proteina viene fosforilata e cambia la

sua conformazione, rilasciando i tre ioni sodio (legati in precedenza) all’esterno della

cellula; 4) due ioni potassio dall’esterno si legano alla pompa; 5) la proteina viene

defosforilata, ritorna alla sua conformazione originale e rilascia i due ioni K all’interno

della cellula.

L'importanza fisiologica della pompa sodio-potassio è rappresentata dal

ma