Fisiologia umana

M.C. FISIOLOGIA

01. Introduzione alla fisiologia; 17. Sistema respiratorio;

02. Concetto di omeostasi; 18. Forze che intervengono nella

03. Meccanismi a Feedback; ventilazione polmonare;

04. Meccanismi di trasporto; 19. Fattori che influenzano la

05. Trasporto epiteliale. ventilazione polmonare;

06. Introduzione ai tipi di comunicazione cellulare; 20. Volumi e capacità polmonare.

07. Comunicazione diretta;

08. Classificazione funzionale dei messaggi chimici;

09. Classificazione chimica dei messaggeri;

10. Meccanismi di trasduzione del segno.

11. Organizzazione del sistema nervoso

12. Sistema endocrino;

13. Sistema motorio;

14. Sistema cardiovascolare;

15. Sistema linfatico;

16. Composizione del sangue 1

M.C. 01. INTRODUZIONE:

La fisiologia è la scienza che studia il funzionamento degli organismi viventi, applicando i

principi stabiliti dalle leggi, tra cui:

- Fisica;

- Chimica;

- Biologia;

- Anatomia.

Un organismo è organizzato a livelli gerarchici sempre più complessi:

- Cellule, tra cui:

• Cellule nervose;

• Cellule muscolari;

• Cellule epiteliali;

• Cellule connettivali.

- Tessuti, composti da cellule riunite:

• Tessuto nervoso;

• Tessuto muscolare;

• Tessuti epiteliali;

• Tessuti connettivi.

- Organi, composti da tessuti organizzati;

- Sistemi o apparati, sono organi che collaborano insieme per svolgere una funzione

superiori.

Esempio/ apparato cardio-circolatore, è rappresentato dal cuore, ma anche

dall’insieme di tutti i vasi. Uno senza l’altro non hanno significato, in termini di

possibilità di svolgere la funzione di far circolare il sangue.

Ad ogni livello gli elementi hanno un’interazione tra di loro che consente il realizzarsi

di una funzione superiore.

Eritrociti (globuli rossi):

Gli eritrociti sono prodotti a livello del midollo osseo, e hanno lo scopo di trasportare

l’ossigeno dai polmoni ai tessuti, e riportare l’anidride carbonica dai tessuti ai polmoni.

L’ormone eritropoietina è un ormone che stimola il midollo osseo nella produzione degli

eritrociti. Questo ormane viene prodotto a livello del rene (se viene prodotto poco ormone si va

incontro ad una anemia, pochi globuli rossi).

Gli eritrociti per svolgere il proprio compito devono essere carichi di ossigeno, quindi è

necessario l’apparato respiratorio. L’apparato respiratorio e composto da muscoli che hanno

bisogno di essere continuamente riforniti di energia, per questo entra in gioco l’apparato

gastrointestinale che processa le sostanze ingerite e fornisce energia ai muscoli. 2

M.C.

Dopo che l’eritrocita è carico di ossigeno deve andare in circolo per raggiungere i tessuti, per

svolgere questa funzione entra in gioco il sistema cardiovascolare, che trasporta gli eritrociti

in giro per il corpo, dai polmoni ai tessuti e viceversa.

Infine, entra in gioco il sistema nervoso, che permette di regolare la quantità corretta di

ossigeno che deve arrivare in quel determinato tessuto in quel determinato momento. 3

M.C. 02. CONCETTO DI OMEOSTASI:

Il termine omeostasi deriva dal greco e significa stessa stabilità.

Nell’ambiente esterno ed interno dell’organismo sono continuamente presenti influenze

perturbatici.

Tende al mantenimento di un ambiente interno stabile, nonostante la presenza di influenze

perturbatici dall’esterno all’interno.

Cenni storici:

Claude Bernard (1813-1878), coniò il termine “mezzo interno”, questo

perché pensava che questo mezzo era sempre stabile (pH, T°). Questi

mezzi cambiano per regolarsi con l’ambiente esterno.

Esempio/ quando fuori fa freddo, il nostro corpo percepisce questa condizione e

inizia a far andare il sangue nelle zone più importanti (cuore, polmoni, cervello), e va

a cercare una vasocostrizione ad esempio nelle dita della mani. Questo e per far

adattare il corpo all’ambiente esterno.

L’omeostasi può essere applicata a livello:

- Microscopico, di singola cellula;

- Macroscopico, dell’intero organismo

Omeostasi a livello microscopico:

Si tratta del mantenimento della concentrazione delle

varie sostanze all’interno della singola cellula entro un

range: se le sostanze sono troppe si devono espellere, se

sono poche si devono assumere dall’esterno. Il tutto per

mantenere la cellula in un ambiente costante.

Omeostasi a livello macroscopico:

L’organismo (ambiente interno) è rappresentato dal

rettangolo. Si vedono le sue principali funzioni (tubo

digerente, apparato respiratorio, cardio-circolatorio,

funzione renale di filtrazione del sangue e di eliminazione

delle scorie con l’urina).

Ambiente esterno Come per la cellula: è necessario

prendere sostanze dall’esterno (ossigeno e sostanze

nutritive) ed eliminarne altre (sotto forma di feci, urine e

sudore). 4

M.C. 03. MECCANISMI A FEEDBACK:

L’organismo per mantenere l’omeostasi utilizza il meccanismo di Feedback (retroazione), che

si divide in negativo e positivo.

Feedback Negativo:

All’aumentare della variabile in questione si metteranno in atto dei meccanismi volti a ridurre

la variabilità.

Il risultato dell’azione ha un effetto opposto rispetto a quello iniziale.

Meccanismo che contrasta gli stimoli esterni o interni per riportare i parametri corporei a un

valore stabile e di riferimento.

Per far avvenire questo tipo di feedback c’è bisogno di tre passaggi:

- Sensori, sono i sensori della variabile, quindi generalmente

il segnale di input del sistema, segnalando lo stato della

condizione attuale dell’organismo;

- Integratori, le informazioni di input devono essere integrate

da strutture a livello del sistema nervoso. L’ipotalamo, ad

esempio, è un integratore di informazione, paragona le

informazioni che riceve dai sensori con il valore che

dovrebbe essere mantenuto costante. Se il confronto tra

input e situazione ottimale rileva differenze, viene segnalato

un errore e si deve mettere in atto una risposta;

- Effettori, ovvero generatori di risposta in caso di differenza

tra input e valori desiderati: si avrà la generazione di segnali

di uscita dal sistema nervoso (output) diretti agli organi

effettori, che hanno il compito di generare un frecce sottili rappresentano le

comportamento opposto a quello che ha attivato il sistema. informazioni in uscita

Esempio/

- Rilievo, riduzione della temperatura come segnale di input;

- Paragone, segnale di errore;

- Genero, aumento della temperatura, aumento della produzione di calore.

Feedback positivo:

All’aumentare della variabile in questione si metteranno in atto dei meccanismi volti ad

aumentare gli effetti.

Il risultato dell’azione rafforza l’effetto iniziale. Si tratta di un meccanismo quindi opposto, che

va nella direzione opposta all’emostasi. 5

M.C. 04. MECCANISMI DI TRASPORTO:

Ogni cellula ha un ambiente leggermente diverso rispetto:

- All’ambiente di altre cellule appartenenti ad altri tessuti;

- All’ambiente extracellulare.

Per mantenere questa diversità di composizione dei nostri liquidi biologici, le cellule sono

delimitate da membrane e tali membrane devono possedere dei meccanismi in grado di

regolare la tipologia e la quantità di sostanze che possono entrare o meno.

Per regolare questi scambi di sostanze tra interno ed esterno ci sono meccanismi di trasporto.

Le nostre membrane sono costituite da molecole (fosfolipidi), composti

da: - Una parte idrofila (parte gricia, acidi grassi);

- Una parte idrofilia, formata da uno scheletro di glicerolo e dalla

colina fosfato (azzurra).

All’interno del doppio strato lipidico sono inserite diverse proteine. Queste proteine hanno una

serie di funzioni che consentono, tra le altre cose, il passaggio di sostanze.

Meccanismi di trasporto:

Le cellule per spostarsi hanno la possibilità di usare due componenti:

proteine che mi consentono di creare un ambiente, che non è quello della membrana,

- adatto al passaggio delle sostanze;

ricorrere ai meccanismi di esocitosi o endocitosi.

-

per lo spostamento c'è bisogno di energia, ATP.

Il trasporto di molecole attraverso le membrane segue gli stessi principi delle reazioni

chimiche, possiamo individuare due tipi di movimento:

passivo, avvengono da regioni ad alta energia verso regioni a bassa energia;

- attivo, per muovere molecole in direzione opposta c'è bisogno di energia.

-

L'energia dipende da:

concentrazione del soluto;

- dalla carica (se il soluto è uno ione).

-

L'energia cresce all'aumentare della concentrazione del soluto. I soluti si muovono da una

regione ad alta concentrazione ad una a bassa concentrazione in modo passivo, questo è

perché segue il gradiente.

Meccanismi di trasporto passivi:

I meccanismi di trasporto passivi non richiedono energia, però alcuni dei suoi componenti

necessitano di proteine. Il trasporto passivo è composto da: 6

M.C.

DIFFUSIONE SEMPLICE:

La diffusione semplice non necessità dell’utilizzo di proteine.

È un tipo di trasporto passivo, che obbedisce alla legge della diffusione di Frick. Questo tipo di

diffusione funziona per:

Gas;

- Molecole idrofobiche;

- Piccole molecole polari.

-

Due componenti (interno o esterno), o artificialmente creati, divisi da una barriera permeabile alla

sostanza in questione. Possiamo individuare 3 condizioni:

a. sostanza tutta nel lato 1;

b. con il tempo la sostanza si muoverà e casualmente urterà la

barriera spostandosi verso il lato 2. Questo fenomeno, all'inizio, è

molto spiccato. Infatti, nel lato 2, all'inizio non si ha nessuna

molecola che casualmente si muove, urta la membrana e passa

nel lato 1;

c. le molecole che passano da 1 a 2 sono uguali alle molecole che

da 2 vanno ad 1. il flusso netto è zero.

Flusso netto, sarebbe il numero di molecole che da un lato vanno

all'altro, molecole che si muovono nella direzione opposta.

La quantità di sostanza che passa nell'unità di tempo (F) dipende da quanto è facile il passaggio

della sostanza (P), dell'area di superficie delle membrane (A) e dal gradiente di concentrazione

(delta C).

Tutto questo dipende dalle caratteristiche chimiche sia della sostanza sia della membrana.

A parità di membrana e sostanza è una costante, cioè non varia a parità di condizione.

OSMOSI:

L'osmosi non necessita di proteine.

Per osmosi si intende il passaggio di acqua (solvente) attraverso una membrana

semipermeabile.

Se due ambienti contengono una soluzione a diversa concentrazione sono separati da una

membrana semipermeabile, il solvente si muoverà dall'ambiente con soluzione meno

concentrata a quello con soluzione più concentrata, tendendo così ad equilibrare la

concentrazione del solvente stesso. 7

M.C.

Si parla di tonicità quando si confronta la forza di richiamo dell'acqua, quindi la forza osmolare,

di due soluzioni diverse messe vicine considerando la quantità di soluto non permanente.

Si ha una cellula immersa in un liquido con una concentrazione diversa di soluti. Fuori c'è una

soluzione con dei soluti che tenderanno a richiamare acqua dal globulo rosso, con una forza

decisamente più forte. Il globulo rossi si raggrinzisce fino ad arrivare, se possibile, alla metà del

suo volume.

Compartimenti liquidi nell’organismo:

L’acqua contenuta dento la cellula è separata dall’acqua contendete fuori dalle cellule. Questi

compartimenti devono essere tenuti in equilibrio.

L’acqua totale (su 70 kg) è di 42 litri. L’acqua che troviamo dento le cellule è di circa 28 litri. La

rimanente parte, ovvero 14 litri, sono liquido extracellulare.

L’acqua extracellulare si può ulteriormente suddividere in 3 litri a livello del plasma, e 11 litri di

acqua nel liquido interstiziale, ovvero quel liquido in cui sono immersi le cellule dei nostri

tessuti.

DIFFUSIONE FACILITATA:

La diffusione facilitata è caratterizzata dalla necessità di proteine di membrana. Sono dei

meccanismi di trasporto estremamente semplici.

Si ha un passaggio di sostanza secondo gradiente, da dove la sostanza è più concentrata

(alta) a dove è meno concentrata (bassa), senza richiesta di energia.

C’è la necessità di un facilitatore: infatti le sue caratteristiche fisico-chimiche della specifica

sostanza non sono idonee al passaggio attraverso la membrana. 8

M.C.

All’inizio, con l’aumentare del gradiente di concentrazione aumenta il flusso. Poi questa

relazione si blocca ed il flusso netto rimane costante.

Questo avviene perché si va incontro a saturazione: ognuno di questi trasportatori oscilla e

può trasportare una certa quantità di sostanza. Quando lavora al massimo, anche se il

gradiente di concentrazione aumenta, non può lavorare di più.

Il trasportatore legherà una sostanza con cui ha affinità, questa e detta specificità chimica.

Riassumendo le sue caratteristiche sono:

Trasporto lungo gradiente;

- Passività;

- Utilizzo di proteine trasportatrici;

- Saturabilità;

- Specificità chimica;

- Competizione.

-

PASSAGGI ATTRAVERSO CANALI:

Necessità dell’utilizzo di proteine.

Si possono individuare due tipi di canali per il passaggio di sostanze:

Acqua, passa attraverso dei canali che si chiamano acquaporine.

- Questi canali sono costituiti da una proteina con un foro centrale, un

canale, da cui possono passare le molecole di acqua. Il passaggio è

di tipo passivo, è governato dall’osmosi; quindi, l’acqua segue il

gradiente e va dove ci sono più soluti che esercitano una forza

attrattiva.

Ioni, si tratta di canali, quindi di proteine che fanno passare ioni. I canali

- ionici sono alla base del funzionamento del nostro sistema nervoso. I

segnali nervosi sono possibili perché si hanno delle correnti elettriche

veicolate da ioni che si spostano dentro e fuori delle cellule. Si possono

classificare a seconda:

Meccanismi di apertura e chiusura, a seconda della

▪ differenza di protezionale elettrico tra interno ed esterno della cellula,

oppure attraverso stimoli meccanici, o stimoli chimici;

Della selettività ionica.

▪

Meccanismi di trasporto attivo:

I meccanismi di trasporto attivi richiedono energia, e sono componenti che necessitano di

proteine. Il trasporto attivo è composto da: 9

M.C.

POMPE:

È una proteina di membrana che sposta sostanze contro

gradiente, da dove ci sono meno sostanze a dove sono

maggiormente concentrate. Di conseguenza consuma energia ad

ogni ciclo.

Questo consumo di energia, da parte della pompa, viene effettuato in modo diretto, si parla di

trasporto attivo primario. La stessa proteina di membrana che sposta la sostanza contro il suo

gradiente è in grado di rompere l’ATP, prende l’energia e sposta la sostanza.

COTRASPORTATORI E CONTRO-TRASPORTATORI:

Sono meccanismi attivi secondo, spostano sostanze

contemporaneamente: una contro gradiente una lungo gradiente.

Possono essere:

Stessa direzione, si parla di cotrasporto o simporto;

- Direzione opposte, si verifica un flusso opposto di sostanze

- contro-trasporto o antiporto.

ENDOCITOSI/ESOCITOSI:

Le macromolecole hanno dimensioni tali che non possono attraversare la membrana

plasmatica neanche con l’aiuto di proteine trasportatrici. Perciò riescono ad attraversare la

membrana plasmatica solo se inglobate in vescicole.

Endocitosi, le molecole presenti nel liquido extracellulare entrano nelle cellule tramite la

formazione di vescicole, che si originano a livello della membrana plasmatica, denominate

endosomi. Ci sono tre tipi di endocitosi:

Fagocitosi, molecole di dimensioni maggiori (a);

- Pinocitosi, molecole di piccole dimensioni (b);

- Mediata da recettori, vengono internalizzate molecole specifiche riconosciute da

- recettori (c). c

a b 10

M.C.

Esocitosi, le macromolecole presenti all’interno delle cellule vengono impacchettate in

vescicole secretorie che fondendosi con la membrana plasmatica

rilasciano il loro contenuto nel liquido interstiziale.

Contrario dell’endocitosi: una vescicola all’interno della cellula si

fonde con la membrana plasmatica e libera il suo contenuto

nell’ambiente extracellulare.

Ha tre funzioni:

Aggiunge componenti alla membrana plasmatica;

- Riciclare recettori precedentemente rimosso dalla membrana plasmatica mediante

- endocitosi;

Secernere specifiche sostanze all’esterno della cellula, nell’ambiente extracellulare.

-

Esempio/ i vasi sanguini sono delimitati, anche i piccoli capillari, da almeno uno strato di cellule

che regola la modalità con cui le sostanza possono entrare ed uscire dai capillari stessi. 11

M.C. 05. TRASPORTO EPITELIALE:

Molte cellule sono organizzate insieme a formare dei tessuti (tessuto epiteliale, epitelio),

cellule specifiche, fittamente addensate e legate “orizzontalmente” tar di loro.

Questo ha lo scopo di:

Separare gli ambienti;

- Meccanismi per il trasporto di materiali, e può essere:

- Assorbimento (esterno interno);

→

▪ Secrezione (interno esterno).

→

▪

Ogni compartimento è delimitato da file di cellule.

La struttura di un epitelio è costituita da diverse cellule legate tra di loro in particolari punti. Il

fatto che vi siano queste giunzioni tra una cellula e l’altra fa sì che quella che è la parte della

membrana cellulare rivolta da un lato (ad esempio il lume, la cavità dello stomaco o del tubulo

renale) abbia delle caratteristiche e sia completamente separata rispetto alla parte di

membrana rivolta dall’altro lato.

In uno strato cellulare epiteli