Fisiologia umana

FISIOLOGIA UMANA

CELLULA – STRUTTURA E TIPI DI TRASPORTO

La cellula come ben sappiamo è l’unità essenziale del nostro corpo, ne esistono di 4 tipi: nervose (neuroni),

muscolari (fibre), epiteliali e connettivali. La cellula presenta una membrana plasmatica che ha un ruolo

fondamentale, è definita un mosaico fluido ed è costituita da un doppio strato fosfolipidico, colesterolo,

proteine e carboidrati.

Doppio strato fosfolipidico: Formato da teste idrofile rivolte verso l’interno liquido della cellula (citosol)

- e verso l’esterno liquido (liquido extracellulare) e code idrofobe rivolte l’una verso l’altra.

Proteine di membrana: Queste vengono suddivise in proteine integrali e periferiche di membrana:

- Le proteine integrali di membrana sono immerse nel doppio strato lipidico, si possono dissociare da

questo esclusivamente distruggendo la membrana. Le proteine periferiche di membrana, queste

invece possono essere rimosse senza alcuna ripercussione. Altre proteine definite trans membrana

fanno da ponte tra il citosol ed il liquido extracellulare, adagiandosi sul doppio strato lipidico.

Perciò si vengono a creare 3 differenti ambienti:

Il primo è la membrana stessa che è impermeabile, perciò consente il passaggio solo a molecole non

- polari;

Il 2° è l’ambiente interno, intra cellulare che è negativo;

- Il 3° è l’ambiente esterno, extracellulare che è positivo.

-

Infatti la differenza di concentrazione tra i 2 ambienti stessi mantiene l’omeostasi e quindi quell’equilibrio che

se viene alterato manda in morte cellulare la cellula. L’omeostasi viene mantenuta grazie anche al Potassio e

al Sodio.

K (Potassio): Molto presente nel liquido intra cellulare e poco nell’extra cellulare;

- +

Na (Sodio): Molto presente nel liquido extra cellulare e poco nell’ intra cellulare.

- +

Appunto questa differenza di concentrazione mantiene l’omeostasi.

TRASPORTO DI MEMBRANA

Nella membrana ci sono 2 tipi di trasporto che consento l’entrata o l’uscita di sostanze, i trasporti attivi, quelli

che utilizzano ATP e i trasporti passivi, che non utilizzano ATP, sono più utilizzati e veloci. Questi trasporti di

membrana sono mossi da delle forze, forza chimica, elettrica e quindi elettrochimica.

FORZE AGENTI SULLE MOLECOLE

Forze chimiche: Il passaggio di molecole da un’ambiente all’altro avviene secondo il gradiente di

- concentrazione, una molecola si sposta da un ambiente con alta concentrazione verso un ambiente

con bassa concentrazione, come se dovesse riempire lo spazio che manca per distribuirsi meglio.

Ovviamente tutto ciò può avvenire solo quando è presente una membrana permeabile, per tanto non

avverrà mai nella cellula;

Forze elettriche: In questo caso il passaggio di molecole da un ambiente all’altro avviene secondo il

- potenziale di membrana, ovvero una differenza di potenziale elettrico che troviamo nei 2 ambienti

della membrana, perciò le cariche negative tenderanno ad andare in un ambiente positivo e viceversa.

Anione (negativo) e Catione (positivo);

Forze elettrochimiche: Non è nient’altro che la somma delle 2 forze precedenti, la risultante

- possiamo dire. Se entrambe le forze agiranno nella stessa direzione, anche la forza elettrochimica

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agirà in quella direzione. Se la forza chimica ed elettrica sono opposte, la forza elettrochimica agirà in

direzione della forza maggiore.

TRASPORTO PASSIVO

Come già detto il trasporto passivo non richiede energia (ATP), le molecole si muovono secondo gradiente

chimico o elettrochimico:

Diffusione semplice: Secondo gradiente elettrochimico, passaggio di molecole attraverso il doppio

- strato fosfolipidico di una membrana biologica, ad esempio, quando qualcuno apre una bottiglia di

profumo all’interno della stanza e senza spruzzarla già si sente l’odore, appunto perché le molecole

passano da un ambiente a concentrazione alta (bottiglia di profumo) ad un ambiente a bassa

concentrazione (stanza). 3 fattori influenzano la velocità di tale reazione: L’ampiezza della forza, la

superficie della membrana e la permeabilità della stessa;

Diffusione facilitata: Il passaggio delle molecole avviene attraverso delle proteine trasportatrici

- (carrier) di membrana, che porta le molecole con cui si lega da un lato all’altro della membrana

grazie ai suoi cambiamenti di conformazione. Le molecole entrano nel sito di legame della proteina, in

seguito la proteina cambia la sua conformazione e la molecola è libera di dissociarsi per diffondersi

nell’ambiente. I fattori che influenzano tale trasporto sono: il numero dei carrier, la loro velocità e

l’entità del gradiente elettrochimico della sostanza trasportata;

Diffusione attraverso canali: Il passaggio delle molecole avviene attraverso delle proteine canale o

- poro, che si estendono da lato a lato della membrana, consentendo il passaggio ad acqua

(acquaporine) o a ioni (canali ionici). Queste “porte” si aprono in relazione a certe condizioni della

cellula, facendo passare le sostanze. Nel caso delle acquaporine, appunto i pori consentono il

passaggio dell’acqua.

TRASPORTO ATTIVO

Come già detto il trasporto attivo richiede energia (ATP), le molecole si muovono contro gradiente

elettrochimico, ciò richiede apporto energetico affinché le molecole si muovano contro forza elettrochimica che

le spinge in direzione opposta. Si dividono in trasporto attivo primario e secondario:

Il trasporto attivo primario richiede energia direttamente da ATP, le proteine coinvolte vengono

- chiamate “pompe”. Come la pompa sodio – potassio, che utilizza ATP per portare gli ioni sodio Na +

fuori e gli ioni K dentro contro il loro gradiente elettrochimico, tramite l’idrolizzazione dell’ATP, la

+

proteina cambia conformazione, facendo uscire il sodio ed entrare il potassio. Escono 3 ioni sodio Na +

e ne entrano 2 K , mantenendo così la negatività della cellula e quindi l’omeostasi.

+

Il trasporto attivo secondario avviene attraverso una proteina trasportatrice che accoppia 2

- sostanze, una si muove passivamente secondo il suo gradiente elettrochimico, ciò sprigiona energia

che servirà per muovere la seconda sostanza contro gradiente elettrochimico. Consiste in: Co

trasporto e Contro trasporto. Il 1° è il trasporto accoppiato di due sostanze nella stessa direzione (Na

e glucosio = simporto). Il 2° è il trasporto di 2 sostanze in direzione opposta, ad esempio, l’energia

liberata da Na che entra nella cellula, viene utilizzata per far uscire H contro il suo gradiente

+ +

elettrochimico, (antiporto)

IN UNA CELLULA “TIPO” COESISTONO TUTTI I TIPI DI TRASPORTO.

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POTENZIALE DI MEMBRANA, D’EQUILIBRIO E D’AZIONE

ENDOCITOSI ED ESOCITOSI

Questi 2 fenomeni fanno parte di trasporti di materiale all’interno delimitati da membrana:

- Endocitosi: Esistono 3 forme dove il liquido extra cellulare e particelle vengono portate dentro la

cellula:

Fagocitosi: “Cellula che mangia”, la cellula utilizza la sua membrana per accerchiare una particella

che vuole inglobare, una volta accerchiata, la membrana si fonde inglobando la particella;

Pinocitosi: “Cellula che beve”, la membrana si invagina formato una vescicola;

Endocitosi mediata da recettore: Avviene come la pinocitosi ma con la presenza di proteine recettori,

concentrando le sostanze che vanno inglobate.

- Esocitosi: Sostanzialmente è l’opposto dell’endocitosi, una vescicola all’interno della cellula che si

fonde con la membrana rilasciando il suo contenuto nell’ambiente extracellulare.

POTENZIALE DI MEMBRANA

Il potenziale di membrana è dovuto da una differenza di carica tra l’interno e l’esterno della cellula, anche la

polarità della cellula è dovuta a questa differenza. Per tutte le cellule biologiche il potenziale di membrana è di

-70mV, ciò viene chiamato potenziale di membrana a riposo, perché in tali condizioni la cellula non

trasmette alcune segnale. Scendendo sotto i -70mV si parla di iper polarizzazione, se si alza sopra i -70mV si

parla di depolarizzazione. Nel momento in cui il potenziale di membrana supera i 0 mV viene definito

potenziale d’azione, il massimo raggiungibile è di +30mV.

POTENZIALE DI EQUILIBRIO

Il potenziale di equilibrio si ha quando c’è la stessa concentrazione tra interno ed esterno, tutte le sostanze

ioniche tendono a raggiungerlo. Il potenziale di equilibrio è calcolabile attraverso l’equazione di Nerst. Sodio e

Potassio sono 2 sostanze ioniche, Na e K , chi determina il potenziale di membrana? Basta fare una

+ +

comparazione, il potenziale di equilibrio del potassio è -85mV, mentre quello del sodio è +58mV. Quindi il

potenziale di membrana a riposo è determinato dal potassio perché si avvicina di più a -70mV, mentre la

depolarizzazione e il conseguente potenziale d’azione sono determinati dall’entrata di sodio nella cellula

perché il suo potenziale di equilibrio si avvicina di più al potenziale d’azione +30mV.

POTENZIALE D’AZIONE

Il potenziale d’azione è la risposta ad uno stimolo depolarizzante che possono avere le cellule elettricamente

eccitabili come le fibre muscolari, i neuroni e il muscolo cardiaco. Tutto ciò avviene attraverso dei canali ionici

voltaggio dipendenti da K e Na .

+ +

Quindi le cellule che hanno un potenziale d’azione sono quelle che, hanno la capacità di passare da uno stato

di riposo ad uno stato d’azione in relazione ad uno stimolo datogli. Lo stimolo è un vero e proprio cambio di

voltaggio (polarità) che cambia il potenziale di membrana da -70mV a +30mV.

Ogni contrazione del muscolo scheletrico viene preceduta da un attività elettrica che innesca la

depolarizzazione.

UN POTENZIALE D’AZIONE NON PUO’ (ovviamente) ESSERE MAI IPER POLARIZZANTE, UN

POTENZIALE D’AZIONE E’ DEPOLARIZZANTE.

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Si distinguono fasi determinate dallo stimolo:

- Fase di depolarizzazione, fase 1 = da -70mV a +30mV, apertura dei canali sodio, questi entrano nella

cellula positivizzandola, c’è anche una lenta apertura dei canali del potassio;

- Fase di ripolarizzazione, fase 2= da +30mV a -70mV, chiusura dei canali del sodio

- Fase di iper polarizzazione, fase 3 = dove il potenziale scende al di sotto dei -70mV, causata dalla

apertura dei canali del potassio e fuoriuscita di questi dalla cellula secondo gradiente di

concentrazione.

- Abbiamo una fase dove c’è un equilibrio di gradiente elettrico, ma una differenza di gradiente chimico

che va ristabilita, l’attivazione della pompa sodio potassio porterà l’equilibrio riportando dentro gli ioni

potassio e facendo uscire gli ioni sodio Il tempo di attivazione di un neurone è 1,2 ms, quello

di una fibra muscolare è 5,10ms, quello del muscolo

cardiaco è 200ms.

Aprendosi i canali ionici e facendo positivizzare

la cellula si genera un potenziale d’azione

appunto perché abbiamo fornito uno stimolo

sufficiente.

Soglia = Equivale all’inizio della

depolarizzazione, avviene grazie all’apertura

dei canali ionici, il sodio (che determina la

depolarizzazione) entra e porta il potenziale di

membrana da -70mV a -55mV.

Mentre la ripolarizzazione avviene perché i canali del sodio si chiudono, in modo da negativizzare l’interno, si

aprono i canali del potassio e uscendo il potassio si negativizza la cellula, arrivando a -70mV dove si chiudono

tutti i canali.

Una volta finita la ripolarizzazione e quindi la fase 2, arrivando alla soglia (-55mV) c’è un piccolo periodo di

refrattarietà relativa che permette solo ad uno stimolo abbastanza intenso di ricominciare il potenziale

d’azione. Oppure si può avere un periodo di refrattarietà assoluta dove non sarà possibile attivare nuovamente

il potenziale d’azione.

CARATTERISTICHE GENERALI DEL POTENZIALE D’AZIONE

- La soglia (-55mV): Stimolo depolarizzante di minima intensità in grado di generare un potenziale

d’azione, se una persona parla noi la sentiamo, se una persona non parla non c’è alcuno stimolo e

non si può attivare il potenziale d’azione per la ricezione dei suoni, se una persona parla piano

possiamo sentirla o non sentirla in base all’intensità dello stimolo;

- Legge del tutto o nulla: Uno stimolo sotto soglia non genera un potenziale d’azione, ma i vari stimoli

sotto soglia possono sommarsi generando un potenziale d’azione (sommazione temporale), invece

uno stimolo sopra soglia genererà sicuramente un potenziale d’azione;

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- Refrattarietà: Un neurone, una volta generato un potenziale d’azione viene a trovarsi in uno stato di

refrattarietà, che può essere assoluta: dove nessuno stimolo, neanche il più intenso riuscirà a

generare il potenziale d’azione; Invece la refrattarietà relativa: Uno stimolo sufficientemente intenso da

superare la soglia genererà un potenziale d’azione. I 2 periodi di refrattarietà coesistono, prima viene

l’assoluto, poi il relativo.

Ogni neurone presenta una zona di innesco: Zona dove troviamo un’alta concentrazione di canali sodio

voltaggio dipendenti. I 3 tipi di neuroni presentano una zona d’innesco in zone diverse dell’assone.

Potenziale graduati, potenziale locale e potenziale sotto soglia sono la stessa cosa. Potenziale locale =

fibrocellule muscolari – Potenziale graduato = Neurone. Possono sommarsi tra loro formando la

sommazione temporale

I potenziali d’azione invece non si possono sommare, ognuno è un potenziale singolo.

Quindi i neuroni comunicano attraverso 2 tipi di segnali elettrici: Potenziali graduati (che sono piccole

modificazioni del potenziale di membrana) e potenziali d’azione.

Partendo dallo stimolo la cosiddetta corrente elettrotonica ha una diminuzione d’ampiezza del potenziale

graduato, cioè nel punto in cui si verifica lo stimolo ci sarà una corrente elettrotonica di – 60mV e man mano

che si allontana si andrà a diminuire, tornando a -70mV. Se una corrente elettrotonica sarà abbastanza

intensa (-55mV) questa raggiungere il monticolo assonale e potrà generare un potenziale d’azione.

Per quanto riguarda la somma dei potenziali locali, graduati, si sommano in maniera temporale (sommazione

temporale) se avvengono in un arco di tempo breve tale da potersi sommare, invece si parla si sommazione

spaziale se avvengono nello stesso punto tale da potersi sommare.

5 FASI NELLA VENTRICOLAZIONE CARDIACA

Per quanto riguarda il muscolo cardiaco, nelle sue fibrocellule rileviamo 5 fasi:

- Fase 0= Depolarizzazione rapida (1-3ms)

- Fase 1= Ripolarizzazione rapida iniziale (6-15ms);

- Fase 2= Ripolarizzazione lenta, plateau, qui corrisponde il periodo di refrattarietà assoluto (90-100ms)

- Fase 3= Ripolarizzazione rapida finale, corrisponde al periodo refrattario relativo (100 – 150ms

complessivamente);

- Fase 4= Diastolica, corrispondente al periodo diastolico e della stessa durata, ritorno alla fase di

riposo.

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TESSUTO NERVOSO – NEURONI

Il tessuto nervoso è formato da cellule nervose (i neuroni) e le cellule gliali (cellule principalmente di sostegno)

I neuroni sono caratterizzati da eccitabilità, rispondere agli stimoli e convertirli in impulsi nervosi.

Dendriti: Prolungamenti

citoplasmatici brevi che

ricevono i segnali in entrata e li

trasmettono al soma,

conduzione cellulipeta;

Assone: Prolungamento

unico, conduce gli impulsi in

uscita fino al bersaglio,

conduzione cellulifuga.

Quindi il potenziale di riposo passa per i dendriti la cui la loro funzione è proprio quella di ricevere gli impulsi,

qui una volta diventato potenziale locale, questo, passa per il corpo o per il pirenoforo, una volta diventato

potenziale d’azione, questo passa per l’assone che lo conduce verso le terminazioni sinaptiche che

dovranno trasmettere il potenziale d’azione ad altri neuroni o cellule. Il potenziale locale e successivamente

d’azione segue una strada unica, unidirezionale, va dai dendriti alle terminazioni sinaptiche.

Esterno = Informazioni afferenti – Interno = Informazioni efferenti

→Interno →Esterno

TIPI DI NEURONI

I neuroni li classifichiamo o per la loro funzione o per la ramificazione dei loro prolungamenti. Ecco la

classificazione per la ramificazione dei loro prolungamenti:

- Multipolare: Tipico delle efferenze, corpo o dendriti ravvicinati, lungo assone che porta dal corpo ai

bottoni sinaptici;

- Bipolare: Tipico afferenze, corpo in posizione centrale, da una parte un lungo dendrite che porta alle

ramificazioni di dendriti e dall’altra l’assone che porta ai bottoni sinaptici;

- Pseudounipolare: Sono delle sottoclassi dei bipolari, tipico neurone sensitivo.

Classificazione funzionale:

- Sensitivi o afferenti: Trasmettono al SNC informazioni ricevendole dai recettori sensoriali

(dall’ambiente esterno) sia dai recettori viscerali (dagli organi interni);

- Motori, efferenti o motoneuroni: Trasportano informazioni di tipo motorio dal SNC agli organi

effettori;

- Inter neuroni: Rappresentano il 99% dei neuroni e integrano le informazioni dei sensitivi

trasmettendole ai motori, adattano le risposte in base all’ambiente;

I gangli sono agglomerato dei corpi dei neuroni fuori dal SNC.

I neuroni motori sinaptici passano dal SNC al SNP ed infine arrivano al muscolo scheletrico senza passare dai

gangli. I neuroni simpatici e parasimpatici passano prima ad un ganglio simpatico o para simpatico per poi

arrivare alla muscolatura liscia.

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CONDUZIONE DEL SEGNALE IN BASE ALLA MIELINIZZAZIONE DELL’ASSONE

- MIELINIZZATI: Questi assoni si definiscono mielinizzati perché hanno un