Fisiologia

LEZIONE 1 – INTRODUZIONE ALLA FISIOLOGIA,

OMEOSTASI, CELLULA E MEMBRANA

Allora, iniziamo il corso di fisiologia chiarendo innanzitutto che cosa si intende per fisiologia.

La fisiologia è la scienza che studia il normale funzionamento di un organismo e delle parti

che lo compongono, quindi studia come funzionano le cellule, i tessuti, gli organi e i sistemi

quando l’organismo è in condizioni di normalità. Questo è importante perché la fisiologia non

studia la malattia, ma il funzionamento normale. La fisiologia è strettamente collegata

all’anatomia, che invece è la scienza che studia la forma e la struttura degli organismi. È

fondamentale capire che struttura e funzione sono strettamente correlate: una struttura ha

una certa forma perché deve svolgere una certa funzione, e la funzione dipende dalla

struttura.

Un concetto centrale della fisiologia è quello di omeostasi. L’omeostasi è la capacità degli

organismi animali di mantenere costanti, almeno entro certi limiti, molti parametri

chimico-fisici interni. Parliamo, ad esempio, della temperatura corporea, dei livelli di

ossigeno e di anidride carbonica, del pH del sangue, della concentrazione degli elettroliti

come sodio e potassio, della concentrazione dei nutrienti come il glucosio, dei prodotti di

scarto come la CO₂ e del volume dei liquidi corporei. Questo concetto è stato formalizzato da

Walter Cannon nel 1932.

Quando un organismo è in omeostasi significa che tutte queste variabili sono mantenute

entro un intervallo compatibile con la vita. Se c’è una variazione esterna, questa può

determinare una variazione interna. La variazione interna viene percepita come una perdita

di omeostasi e l’organismo tenta di compensare. Se la compensazione ha successo, si

ritorna allo stato di benessere; se la compensazione fallisce, si può andare incontro a una

malattia o a un disturbo.

I sistemi di controllo omeostatico funzionano secondo uno schema ben preciso. Ci sono

innanzitutto dei sensori, che captano i cambiamenti delle variabili rispetto al valore di

riferimento, che viene chiamato set point. Il segnale captato dai sensori viene inviato a un

centro di integrazione, che confronta il valore misurato con il set point ed elabora una

risposta. Il centro di integrazione invia poi un segnale di uscita agli effettori. Gli effettori sono

cellule, tessuti o organi che mettono in atto la risposta finale.

Il tipo di controllo omeostatico più comune è il feedback negativo. Nel feedback negativo la

risposta contrasta lo stimolo iniziale, riducendo la variazione della variabile regolata. Un

esempio classico è la regolazione della glicemia: se la glicemia aumenta, vengono attivati

meccanismi che la fanno diminuire; se la glicemia diminuisce, vengono attivati meccanismi

che la fanno aumentare. Esiste anche il feedback positivo, che è meno frequente. Nel

feedback positivo la risposta rinforza lo stimolo iniziale, portando la variabile ancora più

lontano dal valore di riferimento. Un esempio tipico di feedback positivo è il parto: la

distensione della cervice stimola il rilascio di ossitocina, che aumenta le contrazioni uterine,

che a loro volta aumentano la distensione della cervice, fino alla nascita del bambino. In

questo caso il processo si interrompe solo grazie a un evento esterno, cioè il parto.

Alla base di tutti i processi fisiologici c’è la cellula. La cellula è l’unità strutturale e funzionale

dell’organismo. Ogni cellula è delimitata dalla membrana plasmatica. La membrana cellulare

svolge diverse funzioni fondamentali: fornisce supporto strutturale alla cellula, permette la

comunicazione tra la cellula e l’ambiente esterno, isola fisicamente l’interno della cellula

dall’esterno e regola gli scambi di sostanze.

La membrana separa due compartimenti: il liquido intracellulare, che è il liquido contenuto

all’interno delle cellule, e il liquido extracellulare, che comprende il plasma e il liquido

interstiziale. Questi due compartimenti hanno composizioni ioniche diverse. Ad esempio, il

sodio è più concentrato nel liquido extracellulare, mentre il potassio è più concentrato nel

liquido intracellulare. Questa differenza di concentrazione è fondamentale per molte funzioni

cellulari.

La membrana regola gli scambi attraverso meccanismi di trasporto di membrana. Il trasporto

può essere passivo o attivo. Il trasporto passivo non richiede energia e avviene secondo

gradiente di concentrazione o elettrochimico. Ne fanno parte la diffusione semplice, la

diffusione facilitata e l’osmosi. La diffusione semplice riguarda molecole piccole, apolari o

lipofile, come l’ossigeno, l’anidride carbonica e gli ormoni steroidei. La diffusione facilitata

riguarda molecole più grandi o cariche, che necessitano di proteine di trasporto, ma non

richiede energia.

L’osmosi è il flusso di acqua attraverso una membrana semipermeabile secondo gradiente.

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