Appunti di fisiologia - Funzionamento del corpo umano

Fisiologia Cap.1

La fisiologia è definita come la scienza che studia i meccanismi della vita e non necessariamente che riguardano il corpo umano. L'approccio dello scienziato non sarà mai finalistico, ma sarà quello di descrivere le cause e i meccanismi intrinseci, NO FINI ma CAUSE. Perché? Perché dobbiamo capire i meccanismi base che sottintendono la cellula, di un organo, di un tessuto o organismo → per trovare patologia e poter sapere che ruolo ha la farmacologia.

Fisiologia cellulare

La fisiologia cellulare si occupa della cellula che compone tutti i nostri organi e tessuti e sono diversi da organo e tessuti a loro volta. Le cellule sono in ammollo nel liquido interstiziale → nella cellula abbiamo altro liquido e il 70% di essa è H2O. Il 40% del peso corporeo totale è composto da H2O:

• Il 15% da liquido interstiziale
• Il 5% è costituito da liquido confinato nelle membrane organiche per eliminare l'attrito (per es. polmoni che hanno un foglietto viscerale e uno parietale e in mezzo abbiamo il liquido)

Nel liquido intracellulare ed extracellulare abbiamo diversa concentrazione di soluti e soluzioni → quindi abbiamo diverso pH.

Movimento di ioni, atomi e molecole in un liquido

Gli ioni hanno un movimento browniano → come palline che rimbalzano ovunque. Gli ioni hanno un guscio di protezione → sfera di H2O intorno → perché sono soluto immerso in un solvente e creano una soluzione.

Il processo osmotico

Il processo osmotico avviene in due compartimenti divisi da membrana semipermeabile → H2O andrà verso soluto perché più concentrato. Si ferma quando:

• Equilibrio soluzioni
• Pressione idrostatica → pressione contro la membrana

Passerà solo solvente e NO soluto. Questo processo è importante perché è fondamentale per la sopravvivenza della cellula siccome il doppio strato lipidico della membrana plasmatica è semipermeabile. La concentrazione dei sali NaCl deve essere ISOTONICA cioè = con quella della cellula, se abbiamo una concentrazione più bassa all'interno la cellula assorbe H2O, IPOTONICA = poca. Se mettiamo concentrazione più alta la cellula raggrinzisce IPERTONICA = troppa.

La struttura cellulare (ripasso)

Mitocondri → produzione ATP. RER e REL → serbatoio di ioni Ca+ (muscoli). App. di GOLGI → costituito da doppio strato lipidico e può avere differenti funzioni a seconda dell'organo in cui si trova (neuro trasmettitore, esocitosi, endocitosi...). Nucleo → doppio strato lipidico, sede del DNA.

Fisiologia di membrana

Il doppio strato fosfolipidico (lipidi + gruppo fosfato) dove abbiamo:

• Testa → lipofoba → a contatto con liquido extracellulare e intracellulare
• Coda → idrofoba

Fisiologia cellulare e contatti fra cellule

Esistono zone in cui le cellule hanno degli stretti rapporti fisici quasi a formare una membrana → giunzione stretta. La giunzione stretta o GAP JUNCTION:

• È formata da una emistruttura 1 parte su una cellula e 1 su un'altra cellula adiacente
• È formata da proteine di membrana dette CONNESSINE → 6 subunità = 1 connessone
• Quando 1 connessone incontra un altro connessone abbiamo la giunzione comunicante

Il meccanismo di comunicazione sono proprio i connessoni che ruotando impediscono il passaggio. Per esempio, nell'infarto miocardico abbiamo zone ischemiche, per cui si abbassa il pH acidificandosi, acidifica così anche l'interno della cellula che non permette passaggio di ioni Ca+ e le cellule ancora sane si chiudono facendo ruotare i connessoni.

Trasporto vescicolare

Avviene da parte del RER e REL.

Concentrazione dei soluti nei vari liquidi corporei

Il liquido extracellulare è composto da liquido interstiziale (questo liquido è quello tra una cellula e un'altra) e plasma (parte corpuscolata del sangue). I vasi sanguigni raggiungono tutto il nostro corpo tranne unghie-capelli-corneo → tutto il resto è a 10um da un capillare (Il capillare scambia O2 e nutrienti).

Importante → se infondiamo una flebo ipertonica → morte paziente perché? Perché aumenterebbe la concentrazione nel liquido interstiziale che è molto a contatto con le cellule e influenza il loro comportamento. La membrana cellulare → è composta da canali, pori, pompe, capaci di decidere chi entra e chi esce. Dentro la cellula abbiamo:

• > proteine, potassio, fosfati
• <sodio, cloro

Pompa sodio-potassio (Atp-asi)

È un trasporto attivo primario → trasporta fuori 3 ioni sodio e porta dentro 2 ioni potassio, diminuendo la carica negativa della cellula.

Trasporto attivo secondario

Sfrutta il gradiente di concentrazione perché fuori dalla cellula abbiamo più sodio e dentro meno sodio.

• Simporto → molecole trasportate nello stesso senso
• Antiporto → molecole trasportate in senso opposto

Canali di membrana

Sono sistemi di diff. Facilitata e sono specifici per una sostanza per es. K+ porta aperta esce perché fuori ce n'è di meno.

Tipi di canali di membrana

• Si aprono e si chiudono per gradiente elettrochimico
• Si aprono e si chiudono per presenza di una molecola specifica
• Canali dimeri → formati da unione di 2 subunità → 2 fori
• Canali tetrameri → con 1 foro per passaggio ioni

Cosa attiva o disattiva i canali x det. apertura/chiusura V

• OC → canali voltaggio dipendenti → sensibili alla variazionedi potenziale così il ligando ne determina l'apertura.

In condizioni normali, il potenziale di membrana è a -70mV! L'interno della cellula è negativo. Na+ → è più concentrato all'esterno della cellula e per gradiente dovrebbe entrare, ma ciò viene impedito dalla differenza di potenziale -70mV. Abbiamo quindi una carica positiva fuori e negativa dentro e i canali ionici sono chiusi. K+ → è più concentrato all'interno e dovrebbe uscire sempre per concentrazioni diverse, ma ciò non avviene per differenza di potenziale e per canali k+ chiusi.

I sistemi che trasportano ioni

• Cotrasporto → sfrutta ingresso di Na per fare entrare K
• Antiporto → sfrutta ingresso Na per fare uscire idrogenioni per es. nei tubuli renali, sfrutta potassio in uscita per buttare fuori Na.

Potenziale di membrana

La differenza di carica elettrica tra versante interno e quello esterno → cioè differenza di potenziale di vitale importanza perché serve per:

• Regolare flussi ionici
• Controllare pressione osmotica
• Trasmettere impulsi elettrici

Potenziale di equilibrio

Valore di potenziale in cui lo ione si può trovare in equilibrio tra i 2 ambienti:

• Na + → + 60/+65 mM
• Cl - → -60/-65 mM
• K+ → -90 mM

Potenziale a riposo

Valore del potenziale nel periodo in cui le cellule non trasmettono impulsi.

Cap.2

I tessuti eccitabili sono:

• Cellule recettoriali: fotorecettori-recettori
• Cellule nervose: neuroni
• Cellule muscolari: lisce, striate, muscolo cardiaco, striato scheletrico

Nei tessuti eccitabili il potenziale trans-membrana non è costante ma cambia valore improvvisamente. La differenza di potenziale è importante nei tessuti eccitabili perché vanno incontro a potenziale d'azione. Nelle cellule invece la permeabilità di Na+ e K+ NON VARIANO NEL TEMPO. La capacità di permeabilità è la forza di lasciarsi attraversare da ioni gradiente → possono essere:

• Chimico → concentrazione
• Elettrico → cariche

Equazione di Nernst (chimico) → il potenziale di equilibrio di uno ione dipende dalla costante e dal logaritmo del rapporto tra la concentrazione esterna e quella interna. Equazione di Goldman (elettrico) → il potenziale di equilibrio di uno ione dipende dalla costante e dal logaritmo del rapporto tra la concentrazione interna e quella esterna. Entrambe le equazioni insieme ci danno il potenziale di membrana.

Tessuti eccitabili e potenziale d'azione

Le cellule B pancreatiche richiedono 2s, le cellule muscolari lisce 500 ms con -80mV, gli assoni 1ms con -60/-70 mV e le cellule cardiache durano 100 ms con -90mV. Es. Cosa succede se infondiamo il KCL? Interno 150mM esterno 4 mM → 150-4=146mV potenziale di membrana a riposo ok! Quando infondo, aumento k+ nel liquido interstiziale e quindi avrò Interno 150 mM esterno 40mM → 150-40=110mM potenziale membrana a riposo basso PER CUI → la cellula miocardiocita non raggiungerà più la soglia e il cuore si ferma in diastole.

Potenziale d'azione

Il potenziale d'azione è uguale sempre, cambia solo la frequenza di scarica e la sua velocità in base alla fibra in cui viene condotto. Il potenziale d'azione è un fenomeno elettrico:

• Parte → dal monticolo assonico/assonale
• Corre → lungo l'assone
• Termina → nei bottoni sinaptici

Conduzione del segnale

Arriva l'impulso → raggiungo la soglia (depolarizzando la membrana) di -55mV

• Canali Na+ aperti

Fase di depolarizzazione → apertura canali Na+ ed entra per gradiente elettrico e di concentrazione. Si ferma quando raggiunge il suo potenziale di equilibrio +60+65 mV.

OVERSHOOT → perché si è apportato troppe cariche + all'interno, e quindi avremo una polarità invertita (esterno- interno+).

Fase di ripolarizzazione → per ristabilire la polarizzazione negativa, abbiamo apertura canali k+ (concentrato all'interno in cui vi è carica+) tende ad uscire secondo gradiente chimico ed elettrico e riesce a far tornare la polarità di membrana a -70mV.

Iperpolarizzazione postuma → l'interno della cellula per pochi ms è più elettronegativo che a riposo, dovuto al mantenersi aperto dei canali K+ perché K+ tenta di raggiungere valori di equilibrio.

Non avviene nei miocardiociti perché k+ è già all'equilibrio. Anche se i canali non sono aperti K+ non esce.

Ripristino → pompa Na+K+ chiude canali riporta alla normalità la concentrazione ionica. Durante queste fasi:

• Abbiamo un aumento veloce della permeabilità al Na+ (dovuta all'apertura dei canali Na+)
• I canali Na+ si inattivano
• Si aprono i canali K+

Abbiamo variazione del potenziale di membrana. Nei tessuti eccitabili abbiamo abbondanza di canali per il sodio voltaggio-dipendenti. Raggiunge la soglia di -55 mV, e la porta si apre e il Na+ passa per gradiente elettrochimico. Quando il potenziale di membrana riscende sotto i -55 mV il canale si chiude e può essere riattivato. In diversi casi (secondo probabilità) quindi avremo:

• Durante la fase di depolarizzazione > di canali saranno aperti
• Durante la fase di riposo canali sono chiusi
• Durante la fase di ripolarizzazione la > sono inattivi

Periodi del potenziale d'azione

Periodi refrattari → in seguito al potenziale d'azione, la membrana diventa meno eccitabile e non è più in grado di generare altri potenziali d'azione. La probabilità che si generi un altro segnale dipende dal tempo che passa dal periodo assoluto a quello relativo:

• Assoluto → Nella prima fase del potenziale d'azione non posso stimolare la fibra perché i canali Na+ sono inattivi
• Relativo → 1 o 2 ms dopo che è partito il potenziale d'azione, se mando lo stimolo sopra la soglia ho bisogno di uno stimolo maggiore di quello con cui ho mandato il potenziale d'azione. La fibra è refrattaria relativamente nel farsi stimolare se aumento l'intensità posso comunque dare un potenziale d'azione ma con difficoltà. K+ tutti chiusi allora si.

Il potenziale d'azione si propaga perché:

• Ho l'overshoot → carica negativa esterna attrae cariche positive vicine e così via fino ad avere una conduzione elettrotonica
• Ho depolarizzazione → quindi il potenziale si allontana dove ho già avuto stimolazione e non torna indietro

Fibre

Le fibre muscolari hanno asse maggiore di qualche cm e diametro di 50-100 micrometri. Se sono fibre nervose hanno asse maggiore di 10 micrometri e lunghezza che arriva anche a più di 1 metro. Un fatto discriminante per il propagarsi di potenziale d'azione tra un tessuto eccitabile e uno non eccitabile è la presenza o meno di canali voltaggio-dipendenti. Il monticolo assonale è il primo punto in cui possiamo registrare un potenziale d'azione perché è il primo punto dove c'è un numero sufficientemente elevato di canali.

Le fibre nervose sono diverse in base alla velocità di conduzione → la maggiore è di 120 m/s. Gli assoni sono circondati da guaina mielinica → isolano l'assone elettricamente lasciando uno spazio o intervallo (nodi di ranvier) → così abbiamo una conduzione saltatoria e l'impulso viaggia più velocemente. Il neurone trasforma il potenziale d'azione in un messaggio → sinapsi elettrica. Senza interesse fisiologico → potenziale d'azione arriva ai bottoni e non trova nulla a cui trasmettere. Attraverso le gap junction → mettono in comunicazione 2 cellule con la carica elettrica permettendone il passaggio e quindi nella ricevente supererà la soglia e si attiverà il potenziale d'azione. Sinapsi chimica.

Cap.3

La sinapsi

La sinapsi elettrica avviene tramite le gap junction → per es. nel cuore noi abbiamo tante cellule mononucleate una a fianco all'altra (miocardiociti) uniti da dischi intercalari, tra un disco intercalare e l'altro troviamo le gap junction che permettono una contrazione efficace del miocardio. La sinapsi elettrica è bidirezionale (non esiste qui pre sinapsi e post sinapsi) e non è regolabile. È più veloce di quella chimica perché le gap junction garantiscono continuità.

La sinapsi chimica è una trasmissione modulata dai potenziali post-sinaptici. È unidirezionale. Abbiamo la fessura sinaptica tra pre e post sinapsi → non abbiamo continuità. È definita chimica perché nella fessura sinaptica abbiamo rilascio di sostanza neurotrasmettitrice. È più lenta perché deve aprire i canali di Ca+ per fare entrare il messaggio.

Descrizione passaggi di una sinapsi chimica

Arriva impulso su terminale assonico:

• Diminuzione canali Na+ voltaggio-dipendenti
• Aumento canali Ca+ voltaggio-dipendenti
• Ca+ entra secondo gradiente (perché meno concentrato internamente) e si lega con fosfati inorganici della cellula = sale
• Liberazione da parte dei bottoni sinaptici del neurotrasmettitore nel vallo sinaptico

Come fa il neurotrasmettitore a determinare una variazione di potenziale sulla cellula post-sinaptica?

Sappiamo che il neurotrasmettitore porta con sé una variazione del potenziale sulla membrana post-sinaptica → ma su di essa abbiamo 2 tipi di recettori transmembrana:

Ionotropico

Ligando dipendente, è un canale operato dal ligando, veloce azione che dipende da ioni. Per cui: il recettore si lega alla proteina → la quale si lega al ligando → causa apertura canale ionotropico = accoppiamento tra neurotrasmettitore e recettore ionotropico. Per es. Acetilcolina → il suo recettore ionotropico è la nicotina la quale si lega all'acetilcolina e causa apertura canali Na+ e chiusura canali K+.

Metabotropico

Non è un canale. È lento e dipende dall'azione dei metaboliti. Determina effetti chimici all'interno del neurone. Per cui: il recettore si lega al ligando (che è il primo messaggero solitamente proteina G3 subunità) → genera così una cascata di reazioni intracellulari mediata dal 2 messaggero che è un metabolita. Per es. Acetilcolina → il suo recettore metabotropico è il muscarinico. Acetilcolina, adrenalina, noradrenalina → hanno sia recettori ionotropici che metabotropici.

Potenziale post sinaptico

Eccitatorio → depolarizza la cellula, la porta vicino alla soglia -55mV

• EPSP (excitatory postsynaptic potential) da 1 a 20 mV

Inibitorio → iperpolarizza la fibra (la rende più elettronegativa) allontanandola dal potenziale d'azione.

• IPSP (inhibition postsynaptic potential) da 1 a 15 mV

Entrambi i potenziali post sinaptici → portano la fibra o più vicino o più lontano dalla soglia (durata di 10 o 100 msec modulando così la sua intensità → detti anche potenziali post sinaptici graduati).

Sinapsi chimica neuromuscolare/mioneurale

Questo tipo di sinapsi trasmette da un alfa motoneurone ad un muscolo scheletrico. Gli alfa motoneuroni sono neuroni mielinizzati e di grosso calibro, hanno il loro soma nelle corna anteriori del midollo spinale. L'alfa motoneurone in prossimità del muscolo da innervare perde la guaina mielinica e appoggia un bottone sinaptico al vallo sinaptico. La fibra muscolare è composta da sarcomeri che sono la sub-unità dell'insieme delle proteine. La fibra muscolare è composta in superficie da tanti recettori per l'acetilcolina che è la zona specializzata per la trasmissione dell'impulso da nervo a muscolo. Nell'alfamotoneurone il potenziale d'azione c'è, mentre nel muscolo più ci allontaniamo più il potenziale si... (testo incompleto).