Appunti Fisiologia Generale

I liquidi presenti nel corpo possono essere di natura intra o extracellulare; i liquidi extracellulari

sono il plasma e il liquido extracellulare propriamente detto.

Il gradiente di concentrazione è la differenza di quantità di un soluto tra dentro e fuori la cellula.

Le differenze di concentrazione sono più importanti delle analogie, in quanto sono queste

differenze che contribuiscono alle caratteristiche della cellula.

Le molecole in acqua tendono a dissociarsi, perché la forza di coesione in acqua diminuisce di

80 volte.

La membrana è costituita da lipidi e proteine; divide il contenuto intra ed extracellulare; è

coinvolta nel passaggio o trasporto di sostanze da una parte all’altra della membrana (svolge un

compito fondamentale).

I lipidi non permetto il passaggio di sostanze non liposolubili (tipo ioni, acqua, proteine e

molecole polari in genere), funge quindi da barriera per acqua e ioni, mentre alcool e gas

respiratori riescono a diffondere attraverso la membrana.

Il problema posto dalle caratteristiche chimiche e fisiche della membrana è il trasporto di

sostanze non liposolubili => studio delle funzioni della membrana.

La teoria cellulare inizialmente prevedeva l’esistenza di pori nella membrana, attraverso cui

passavano le sostanze bloccate dalla membrana fosfolipidica. Solo successivamente si è parlato

di proteine canale, le quali attraversano per tutto il suo spessore la membrana e permettono il

passaggio di sostanze idrosolubili; le proteine canale sono selettive; possono funzionare da

cancelli (si possono aprire e chiudere), regolati da ligandi (regolazione chimica), stato elettrico

(regolazione elettrica), forma (regolazione meccanica).

Il passaggio diretto è detto diffusione.

Le proteine carrier sono proteine che permettono il trasporto di molecole troppo grandi e/o non

liposolubili; modificano la propria forma per far passare la sostanza attraverso la propria struttura;

sono altrettanto selettive. Sfruttano le proteine carrier i gludici, gli aminoacidi e i nucleosidi.

Le proteine sono bloccate all’interno della cellula, non possono uscire in base al loro gradiente,

e questo determina la carica negativa dell’ambiente intracellulare.

I meccanismi di trasporto si dividono quindi in base a:

permeabilità: se la membrana fosfolipidica li lascia passare o meno, in base quindi alla loro

- natura chimica => liposolubili o meno; se sono liposolubili, le sostanze diffondono

passivamente anche in maniera facilitata (attraverso proteine canale)

dispendio energetico: se non c’è spesa di ATP il passaggio si dice passivo, se invece

- richiede la pompa vuole un costante apporto di ATP perché trasporta le molecole da una

parte all’altra contro gradiente di concentrazione; in questo caso si dice attivo, e può essere

primario o secondario.

NB: tendenzialmente è sempre necessario un apporto di energia, anche se nel caso del

trasporto passivo, perché sfrutta comunque l’energia potenziale che una molecola possiede grazie

al gradiente.

Il metabolismo è l’energia spesa dall’organismo per compiere le attività di base necessarie per

la sopravvivenza della cellula (e di conseguenza dell’organismo).

L’energia nell’organismo è conservata e sfruttata sotto forma di ATP, che può essere

considerata la moneta di scambio di tutti i processi energetici; vengono prodotti dai mitocondri;

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possiedono gruppi fosfato PO che formano legami ad alta energia.

Il potenziale di membrana è dato dalla negatività dell’ambiente cellulare, rimane costante per

+ + + +

tutta la vita, richiede energia da parte della cellula e sfrutta la pompa Na /K => 3 Na contro 2 K ,

necessita di 1 ATP per ciclo, 100 cicli/secondo. La pompa serve a mantenere costante il diverso

gradiente di ioni, mantenendo quindi anche il potenziale di membrana. La cellula è

elettronegativamente carica perché possiede al suo interno un maggior contenuto di proteine

rispetto all’esterno (e queste non si possono muovere da lì), e possiedono carica negativa perché il

+ +

pH è basico. Se la pompa Na /K viene bloccata, la cellula si riempie di acqua, determinando un

eccessivo riempimento: scoppio e morte della cellula.

L’acqua fisiologica del nostro organismo non è acqua pura ma una sospensione con una

concentrazione di sali isotonica con la cellula (9 g/L di NaCl in H O).

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Il potenziale di riposo è posseduto da tutte le cellule, ed è diverso dal potenziale d’azione, che

contraddistingue le cellule eccitabili (tipo neuroni e sarcomeri).

Il principio di base della fisiologia è l’OMEOSTASI, definita da Claude Bernard come “la

costanza del mezzo interno”, vale a dire del liquido extracellulare. I valori ottimali (di temperatura,

di pH, ecc) si riferiscono al valore interno dell’organismo.

Il concetto di omeostasi nasce in un momento in cui l’uomo deve garantire la propria

sopravvivenza in un mondo esterno assai variabile.

La vita nacque in acqua, per cui l’ambiente esterno era molto simile a quello interno.

L’omeostasi è l’insieme dei processi attraverso i quali la stabilità del mezzo interno (liquido

extracellulare) è assicurata dall’intervento di meccanismi fisiologici regolati dal sistema nervoso.

Le variabili delle varie caratteristiche (temperatura, pH, ecc) non sono mai mantenute

perennemente fisse, ma oscillano intorno ad un ambito ristretto di valori, detto ambito fisiologico. Il

nostro organismo si regola sfruttando meccanismi di feedback positivi (rari) e negativi (più

frequenti); scopo del feedback è riportare in ingresso la variabile in uscita. Nella retroazione

negativa, la risposta contrasta lo stimolo, controbilanciando la perturbazione iniziale; nella

retroazione positiva, la risposta rinforza lo stimolo, spingendo la variabile ancora più lontano dal

proprio valore di riferimento (necessita quindi di un fattore esterno per far cessare l’attivazione).

I sistemi di controllo possono essere aperti (no feedback) o chiusi (sensore ed effettore=>

feedback).

I recettori sono tanti, tendenzialmente c’è un solo effettore (il muscolo).

Uno stimolo è una modificazione che scaturisce da un cambiamento dell’ambiente esterno, e

per avere senso deve incontrare un recettore adeguato. L’effettore determina la risposta che viene

poi confrontata tramite feedback con lo stimolo iniziale.

Via afferente: stimolo – recettori – sistema nervoso.

Via efferente: sistema nervoso – effettori – risposta.

Il sistema nervoso funge da sistema di comunicazione.

Nel corpo umano la risposta scatta in entrambe le direzioni rispetto alla condizione ideale

(analogia col termostato non è completamente adatta).

Esempi di feedback positivo sono:

parto (le contrazioni stimolano altre contrazioni più forti

- potenziale d’azione (inizio è feedback positivo), perché il potenziale di membrana alterato

- stimola ulteriormente l’alterazione nella direzione di propagazione, e la cellula acquista

carica sempre più positiva fino a che non raggiunge un voltaggio tale da chiudere le pompe

del sodio.

Lo stato di malattia è dato da una fallita compensazione dello stimolo.

Una cellula normale che va incontro a una deviazione dell’omeostasi acquista una deviazione

permanente (adattamento), riesce a rispondere in maniera efficace (guarigione), oppure non riesce

a rispondere correttamente; col tempo questa situazione può guarire o portare a morte.

Velocità di propagazione del sangue: 28/30 cm/sec.

Velocità del potenziale d’azione: fino a 120m/sec.

Esistono due mezzi di comunicazione all’interno dell’organismo, ma verificato (controllando le

velocità di propagazione) che il sistema circolatorio è troppo lento per comunicare informazioni

all’organismo (come allontanarsi nel minor tempo possibile da una fonte di stimoli nocicettivi), il

miglior sistema di comunicazione è il sistema nervoso. Il potenziale d’azione viaggia veloce e non

lascia tracce dietro di sé.

Galeno: ipotizza l’esistenza di sistema nervoso.

Vesalio: trattato di anatomia tramite dissezione.

Galvani: dimostra l’eccitabilità elettrica.

Golgi: evidenza neuroni grazie a colorazione.

Cajal:

Sherrington: definizione di neurone e sinapsi.

La membrana cellulare è composta da:

70% di fosfolipidi

- 15% di colesterolo

- 10% di glicolipidi

- proteine (intrinseche o estrinseche)

-

Il potenziale di membrana dei neuroni è di –70 mV (nel senso che la cellula è più negativa del

liquido extracellulare di 70 mV).

L’entrata del sodio depolarizza la cellula, se non entra più sodio, la cellula si ripolarizza.

I canali si aprono per la presenza di un segnale.

La diffusione presenta un grafico lineare, mentre il trasporto facilitato mediato da proteine è a

saturazione (quanto tutti i carrier sono occupati, la velocità di trasporto non aumenta con la

quantità di soluto da trasportare.

Non tutto il glucosio ingerito viene assorbito se questo supera il livello di saturazione per il

trasporto di glucosio all’interno della cellula.

+ +

La pompa Na /K è elettrogenica. 2 marzo 2010

Nella diffusione, il passaggio di sostanze avviene anche quando si è raggiunto l’equilibrio di

concentrazione, semplicemente c’è uguale movimento in entrata e in uscita alla cellula. Il flusso

netto è direttamente proporzionale al gradiente di concentrazione. Il coefficiente di diffusione è

dotato di segno meno in quanto la direzione del flusso è opposta al gradiente (il coefficiente è 0 nel

caso delle proteine perché non si spostano). Il processo di diffusione avviene fino a che non c’è

esaurimento di gradiente di concentrazione.

Prima legge di Fick: J = -D A dc/dx dove

J: velocità di diffusione (cm/sec).

A: area.

Dc/dx: gradiente di concentrazione. δ,

Tenendo conto dello spessore di membrana P = D/δ, vale a dire che la permeabilità della

membrana per un certo soluto è data dal rapporto tra la diffusione e lo spessore della membrana.

A riposo, P >>P (i canali del potassio sono tutti aperti, quelli del sodio sono quasi tutti chiusi).

K+ Na+

Durante l’eccitazione cellulare, si inverte la tendenza, si aprono i canali del sodio.

L’ATP viene prodotto esclusivamente dai mitocondri, in tutti gli altri casi viene solo ricostituito.

ATP -> ADP + Pi + 7kcal (reazione esoergonica, cioè libera energia). La reazione endoergonica

inversa è la respirazione cellulare. La quantità di ATP nella cellula deve rimanere costante.

La diffusione sfrutta l’energia potenziale di natura chimica.