Lezioni di Fisiologia

Tema chiave e anche filo conduttore dello studio della fisiologia è

l’Omeostasi.

L’omeostasi è fondamentale per la sopravvivenza delle cellule che

a loro volta costituiscono gli organi, indispensabili per il

funzionamento del organismo che manterrà a sua volta l’omeostasi

del sistema interno.

La definizione di omeostasi viene fuori dal concetto di ambiente

interno, definito da Claude Bernard (considerato il padre della

medicina moderna ) il quale ha evidenziato la necessità che

l’ambiente interno del organismo sia mantenuto costante al variare

del ambiente esterno;questa è una condizione fondamentale della

vita indipendente.

“Tutti i meccanismi vitali, per quanto possano essere vari, non

hanno che un’unica funzione: quella di mantenere costanti le

condizioni della vita nell’ambiente interno dell’organismo”

Il termine Omeostasi è stato coniato da un americano Walter B.

Cannon e deriva dal greco ómoios’, simile e ‘stasis’, posizione . Per

omeostasi si intende quindi la capacità di un organismo di

mantenere costanti le condizioni chimico fisiche interne anche al

variare delle condizioni ambientali esterne. Quindi l’ambiente

interno è mantenuto costante a differenza di quello esterno che

cambia nel tempo .

L’organismo vivente è un sistema termodinamico aperto , nel senso

che è capace di scambiare sia energia che materia con l’esterno.

Per mantenere costante il sistema l’energia (o la materia) che entra

deve essere uguale a quella che esce ,per far questo ecco che

abbiamo il così detto principio della

COMPARTIMENTALIZZAZIONE:

un principio generale in fisiologia.

E’ ottenuta tramite barriere selettive che regolano cosa e quanto

può passare. Tale barriera è la membrana cellulare .

L’organismo più semplice è quello unicellulare ,in cui abbiamo

l’ambiente interno detto intracellulare e la membrana che lo separa

dall’ ambiente esterno. Per mantenere l’omeostasi e quindi

assicurarsi la sopravvivenza ,questa cellula deve assumere

materia ,ricavarne energia e allontanare i prodotti di rifiuto ;questo

è possibile attraverso una selezione delle molecole e dei gas che

attraversano la membrana . Inoltre una cellula deve essere in grado

di rispondere a determinati segnali che arrivano dal esterno.

Quando un organismo da unicellulare diventa pluricellulare abbiamo

un insieme di cellule ,le quali singolarmente presentano anch’esse

una membrana e un ambiente interno ma non

“vagano”liberamente nel ambiente esterno ;esse sono circondate

da una specie di cuscinetto tampone che è caratterizzato a sua

volta da un ambiente interno (che conterrà il liquido

extracellulare) ,queste cellule formano lo strato epiteliale esterno e

svolgono una funzione protettiva contro tutti gli agenti che arrivano

da fuori.

Gli ambienti di un organismo pluricellulare (noi siamo formati al

60% di acqua ) sono ambienti liquidi ,separati da membrane come

quella presente tra ambiente intracellulare ed extracellulare .

L’ambiente extracellulare è a sua volta diviso in due ambienti :

-uno statico : liquido extracellulare

-uno dinamico :ovvero il sangue che circola in tutto il corpo

tra il sangue e l’ambiente interstiziale avremo una parete di

scambio .

L’ambiente extracellulare che si pone come cuscinetto tampone è

l’ambiente tramite il quale agiscono i sistemi per mantenere

l’omeostasi ( Anche se varia un poco l’ambiente extracellulare

quello intracellulare si mantiene costante).

Ad

esempio un animale in mare a livello esterno subisce grandi

variazioni di ossigeno ,se queste si ripercuotessero sul ambiente

interno si vedrebbe oscillare molto la quantità di Ossigeno cellulare,

necessario per la vita della cellula. La compartimentalizzazione

degli ambienti fa si che questo scompenso non si verifichi ,tramite

sistemi di controllo che minimizzano le oscillazioni ,lasciando il

parametro (in questo caso l’ossigeno) costante.

A seconda del parametro abbiamo la possibilità che questo vari a

seguito della variazione del parametro esterno e questo principio è

detto Conformità. Mentre se il fattore interno è mantenuto

costante anche quando si hanno delle variazioni del fattore esterno

si ha la Regolazione. Se facciamo un grafico che ha sul asse delle

ascisse il nostro parametro esterno e alle ordinate il parametro

interno vedremo che, negli animali conformi i due variano

proporzionalmente. Mentre negli animali Regolatori ,per un range

di

variazione del parametro esterno il parametro dell’ ambiente

interno viene mantenuto costante.

L’esempio più comune è la temperatura corporea ,gli anfibi per

esempio non sono in grado di regolarla e per questo vengono

chiamati pecilotermi, mentre gli animali che sono in grado di

regolarla vengono detti omeotermi .

Questo mantenimento del parametro interno può avvenire

ovviamente finché le condizioni del ambiente esterno non sono

estreme sia in difetto che in eccesso.

Se facciamo un’analisi dei tempi di sopravvivenza vediamo che per

dei valori o troppo bassi o troppo alti l’individuo non sopravvive. Nel

grafico possiamo osservare che vi sono dei punti detti limiti di

tolleranza (L.T.) dove la curva di sopravvivenza diventa costante e

l’animale vive bene .

Il

concetto di regolazione determina l’esistenza di sistemi di

controllo .Questi sistemi di controllo possono essere a circuito

aperto o a circuito chiuso.

Circuito aperto : il controllore in base all’ ingresso dell’

• informazione determina l’azione sul sistema da attenzionare e

all’uscita l’informazione non è più soggetta a controllo. E’ un

sistema la cui azione avviene prima ,anche detti sistemi

anticipatori

Circuito chiuso: è un sistema regolato dall’uscita stessa del

• informazione ,che viene rimandata al controllore e retroagisce

sul sistema da controllare.

In tutti i circuiti sia aperti che chiusi dobbiamo avere i segnali di

ingresso ,sistemi di controllo,segnale d’uscita e una risposta.

Sono importanti in un organismo i parametri che danno la

concentrazione di glucosio nel sangue, poiché è il principale

fornitore di energia delle cellule.

Vi sono diversi ormoni che regolano l’assorbimento del glucosio tra

cui l’insulina ,questa viene rilasciata quando la concentrazione di

glucosio è troppo alta e serve a dare un segnale al organismo per

fornire alle cellule il glucosio di cui hanno bisogno e immagazzinare

quello in eccesso nel tessuto adiposo ,per momenti in cui si avrà

bisogno di energia. Il nostro organismo non ha bisogno di aspettare

che la digestione sia completa ma appena il cibo arriva nel intestino

viene rilasciato un ormone che induce immediatamente il rilascio di

insulina, in modo che intervenga rapidamente. Questo processo è

un esempio di circuito aperto.

In tutte le diete sono infatti suggeriti cinque piccoli pasti per

mantenere costante il rilascio di insulina in modo tale che il glucosio

non si accumuli subito nel tessuto adiposo.

Un altro esempio di circuito aperto è il livello del controllo del

movimento , un giocatore che programma il tiro della palla ,modula

la forza e la sua direzione in anticipo . Una volta che il sistema (la

palla) è messo in movimento non può più essere controllato, perchè

il sistema essendo aperto non regola l’uscita.

Nel sistema a circuito chiuso invece il segnale viene captato

all’uscita e determina nuovamente un effetto sul sistema che

stiamo controllando :questo effetto può rinforzare il segnale in

uscita e questo è detto feedback positivo oppure abbiamo un

amplificatore differenziale che è in grado di trascrivere il segnale

in uscita paragonandolo ad un valore di riferimento ,a questo

punto il segnale d’errore viene rimandato indietro e contrasterà il

segnale in uscita e questo è il feedback negativo

il

feedback negativo è stabilizzante poichè la variazione di un

parametro da controllare attiva una risposta che contrasta la

perturbazione iniziale, riportando il parametro al valore originale .

Ad esempio se abbiamo una riduzione nella risposta il segnale a

feedback negativo darà un aumento per mantenere costante il

valore di riferimento. Il feedback positivo è destabilizzante perché

potenzia troppo ,infatti in natura è poco diffuso. Il feedback

negativo stabilizzante è in grado di mantenere l’omeostasi .

L’organismo per accorgersi che il segnale è cambiato e rispondere

con uno dei due feedback ha bisogno di alcuni sensori (ambito

ingegneristico) che in (ambito biologico) sono detti recettori. I

recettori sono in grado di inviare le informazioni di questo

cambiamento al centro di controllo il quale le interpreta e definisce

una risposta adeguata a riportare la nostra variabile a valore

costante .

Un esempio di feedback negativo non biologico è il termostato su

cui viene fissata una temperatura di riferimento , un recettore

quando vedrà variare la temperatura esterna da quella fissata

procederà all’accensione dei termosifoni fino a quando la

temperatura non tornerà a quella predisposta .

Quindi noi abbiamo un parametro che si deve mantenere costante a

un certo valore ,con al più un piccolo margine di errore (positivo o

negativo) . La variazione del errore è dettata dalla sensibilità dei

sensori . Ad esempio la temperatura corporea è in media 37 gradi

,con piccole differenze da individuo a individuo.

Il PH (fondamentale per il funzionamento degli enzimi) è una delle

costanti chimico fisiche più controllate con un alta sensibilità perché

una sua piccola variazione causa forti scompensi .

Se la temperatura corporea aumenta i recettori avvisano il sistema

di controllo ,in questo caso il sistema nervoso, che reagisce

portando il corpo a produrre sudore e facendo dilatare i vasi

sanguigni e quindi a riabbassare la temperatura.

Se si ha un abbassamento di temperatura invece si ha una vaso

costrizione ,per evitare l’afflusso di sangue in zone fredde del corpo

e si attivano delle contrazioni muscolari non finalizzate al

movimento ma alla produzione di calore,ovvero i brividi, cercando di

disperdere meno energia possibile e di innalzare la temperatura.

Nel feedback positivo ,in cui la componente d’uscita rinforza

l’entrata, è necessario che ci sia un segnale di stop .Sono pochi gli

esempi in natura per il feedback positivo alcuni potrebbero essere

il processo di c