Appunti completi delle lezioni di Biomeccanica

CELLULE: svolgono tutte le attività chimiche per sostenere la vita, sono le unità funzionali di tutti gli organismi viventi, costituite di carboidrati, lipidi, acidi nucleici, proteine e acqua.

Nel 1838 T. Shwann (zoologo) e M. Schleiden (botanico) proposero la teoria cellulare:

• Tutti gli organismi sono costituiti da cellule e da componenti cellulari.
• Protozoi (organismi monocellulari)
• Metazoi (organismi pluricellulari)

Nel 1860 R Virkow fece le prime osservazioni sulle cellule in riproduzione ed affermò che ogni cellula vivente deriva da una cellula preesistente.

La teoria cellulare moderna riassume questi concetti in tre enunciati:

1. le cellule sono le unità strutturali degli organismi viventi
2. le cellule sono le unità funzionali degli organismi viventi
3. ogni cellula deriva da un’altra cellula preesistente

Nel 1850 Schulze definisce la cellula una particella microscopica elementare della sostanza vivente, costituita da una massa mucillaginosa contrattile, ben delimitata, non miscibile con acqua, che contiene un corpuscolo detto “nucleo”. In realtà adesso sappiamo che non sono tutte microscopiche (ex. uova struzzo che sono organismi monocellulari visibili a occhio nudo).

ECCEZIONI ALLA TEORIA:

• Cellule non microscopiche ⇒ cellule ben visibili ad occhio nudo
• Tessuti con elementi extra-cellulari ⇒ tessuto connettivo, in gran parte costituito da elementi extra-cellulari, ma sempre sintetizzate ed assemblate dalle cellule connettivali
• Sincizi ⇒ fusione di cellule, esiste citoplasmi plurinucleati (muscolo)
• Plasmodi ⇒ moltiplicazione del nucleo senza divisione cellulare (epatociti)
• Virus ⇒ parassiti obbligati al confine tra vivente e non-vivente. Per questo non si possono uccidere ma al massimo eliminare, al contrario dei batteri che invece possono essere uccisi in quanto cellule vive.

Autonomia delle cellule non assoluta:

• Inibizione da contatto
• Una volta riempito lo spazio a loro disposizione le cellule smettono di replicarsi e differenziano oppure muoiono
• Interazione cellula-cellula
• Scambio di informazioni tra le varie cellule, per cui non completamente indipendenti

Organuli cellulari

possiedono una struttura ed una funzione ben definita e sono presenti sia nelle cellule animali che vegetali. Tra gli organuli abbiamo il citoplasma, il nucleo, il nucleolo, il reticolo endoplasmatico liscio e rugoso, l’apparato del Golgi, i ribosomi, i mitocondri, i lisosomi,... Gli organuli (o organelli) sono parti specializzate della cellule adibite a compiti specifici. Alcuni hanno forme particolari e la loro presenza o assenza dipende dalle funzioni principali della cellula.

Le cellule animali e vegetali possiedono una struttura di base molto simile. Tale struttura è il risultato delle funzioni metaboliche svolte della cellula come la costruzione e il rinnovamento di se stessa e la produzione di energia necessaria al proprio funzionamento.

Cellule staminali

sono cellule non specializzate, dotate della capacità di trasformarsi in diversi altri tipi di cellule del corpo attraverso un processo denominato differenziamento cellulare.

Le cellule staminali vengono classificate in base alla loro potenza, cioè sulla base della potenzialità di differenziarsi nei vari tipi o linee cellulari.

• Totipotenza: la capacità di una singola cellula di dividersi e produrre tutte le cellule differenziate in un organismo, compresi i tessuti extraembrionali.
• Pluripotenza: la capacità di una singola cellula di dividersi e di differenziarsi in uno qualsiasi dei tre foglietti embrionali, non possono pertanto dare origine ad un organismo adulto perché non hanno il potenziale per contribuire ai tessuti extraembrionali.
• Multipotenza: la capacità di differenziarsi in un numero limitato di linee cellulari e sono anche dette «cellule progenitrici».
• Oligopotenza: la capacità di differenziarsi solo in alcuni tipi di cellule. Esempi di cellule progenitrici oligopotenti sono le cellule staminali vascolari.
• Unipotenza: la capacità di differenziarsi in un singolo tipo di cellula; sono anche dette «cellule precursori». Ad esempio gli epatociti.

Tessuto

rappresenta un insieme di cellule specializzate, simili per morfologia e derivazione embrionale e associate per funzioni, l’insieme di più tessuti costituisce un organo. Nei tessuti semplici le cellule sono tutte dello stesso tipo e nei tessuti complessi sono presenti più tipi cellulari. L’organizzazione delle cellule in tessuti è resa possibile grazie alle giunzioni cellulari che regolano il riconoscimento e l’adesione tra le cellule.

L'acqua rappresenta il principale costituente di un corpo e la sua quantità, nell'uomo dipende molto dal contenuto di grassi del soggetto quindi risulta variabile da individuo ad individuo. Tale contenuto di acqua è normalmente inteso distribuito in tre compartimenti principali: plasma, fluido interstiziale e fluido intracellulare.

Il plasma rappresenta la frazione più piccola mentre il fluido intracellulare costituisce la frazione maggiore dei fluidi presenti in un individuo.

Sangue: è un tessuto fluido in cui avvengono la maggior parte dei processi chimici dell'organismo. È composto da cellule specializzate e da una matrice extracellulare liquida, detta plasma, che ha la funzione principale di veicolare i diversi componenti nell'organismo.

Il sangue non è da considerare di per sé un compartimento ma una sospensione nel plasma di una parte corpuscolata, di cui i globuli rossi oltre ad essere il principale costituente sono considerati fluido intracellulare. La parte corpuscolata del sangue è composta da:

• Eritrociti = globuli rossi
• Leucociti = globuli bianchi
• Trombociti = piastrine

ERITROCITI (Globuli rossi):

costituiscono una classe autonoma di particelle che durante il loro corso vitale modificano le loro caratteristiche reologiche, rappresentano il componente principale per numero e in percentuale di volume del sangue. Sono dischi biconcavi delimitati da una membrana (stroma) con all'interno una soluzione contenente emoglobina, la proteina in grado di legare l'ossigeno in maniera reversibile.

I globuli rossi nella dimensione maggiore hanno: _E ≈ 8μm ^E ≈ 85 - 90μm³

Popolazione media: _B ≈ 5 × 10⁶ mm^-3

Vita media: ^IE ≈ 125 gg ⇨ ogni giorno vengono ricambiati circa 0.8% degli eritrociti

Funzione principale: sono composti da emoglobina, Hb, una molecola formata da una proteina ed una parte non proteica che è responsabile dell'ossigenazione del sangue.

Alcuni indici sono usati per definire la popolazione degli eritrociti, oltre al già citato ematocrito:

• volume corpuscolare medio: ⁼ N
• contenuto medio di emoglobina: ⁼

Il potenziale d’azione

I neuroni comunicano a livello delle sinapsi. La cellula che manda il segnale è definita presinaptica, quella che riceve il segnale è detta postsinaptica. Le sinapsi possono essere:

• elettriche ⇒ quando i neuroni sono connessi tra loro mediante giunzioni serrate
• chimiche ⇒ se il segnale passa attraverso un neurotrasmettitore

Le ossa degli arti

Arto superiore

• Spalla (clavicola, scapola, testa dell'omero)
• Braccio (omero)
• Avambraccio (radio, ulna)
• Mano (carpo, metacarpo, falangi)

Arto inferiore

• Bacino (ileo, ischio, pube, anca)
• Coscia (femore, rotula)
• Gamba (tibia, perone)
• Piede (tarso, metatarso, falangi)

Le articolazioni possono essere:

• Fisse (sinartrosi): non consentono alcun movimento.
• Semi mobili (anfiartrosi): permettono piccoli movimenti in tutte le direzioni (dischi intervertebrali)
• Mobili (diartrosi): sono le più diffuse nel corpo umano, consentono grande possibilità di movimento, a scapito però della stabilità (spalla, gomito, polso)

La struttura di un’articolazione mobile: