Compendio di fisiologia - Appunti

Fisiologia

Barriere fisiche nei sistemi biologici e fenomeni di trasporto

La fisiologia è una scienza integrata che studia il funzionamento degli organismi viventi a partire dai meccanismi molecolari per passare alle funzioni di cellule, organi e all'integrazione delle funzioni d'organo nell'organismo.

La fisiologia più semplice è quella cellulare.

Un sistema biologico può essere considerato come un sistema termodinamico aperto cioè in grado di scambiare energia e materia con l'ambiente.

Un sistema termodinamico si definisce una quantità di materia ed energia contenuta in uno spazio fisico definito da una barriera fisica.

Nel caso di un sistema cellulare la barriera fisica è la membrana e lo studio della fisiologia a questo livello equivale allo studio della permeabilità di barriere cellulari ed epiteliali e al trasporto di soluti.

Per studiare questi fenomeni bisogna, oltre a, considerare un sistema biologico come una termodinamico, anche trattare soluzioni biologiche come soluzioni ideali nelle quali in soluzione una soluzione, l'approssimazione di un gas che diffonde fino a occupare tutto il volume di solvente a sua disposizione.

Queste assunzioni ci permettono di adottare un approccio idrostatico (termodinamico) laddove l'approccio cinetico non è obbligatorio ed applicare le leggi per ogni singola molecola considerando che una mole di soluto contiene 10^23 molecole, le leggi delle cinetiche risultano inservibili.

In un sistema termodinamico possiamo dire che esso evolve spontaneamente nella direzione di ΔG' ₂ [ΔG₁ = G_B - G_A] perché tra i compartimenti A e B in A esiste una differenza di potenziale chimico del soluto a cui è associabile una forza di tipo chimico che è responsabile dell'evoluzione del sistema

Possiamo descrivere quindi un flusso come φ _<mol e limitato ad una porzione della superficie J = mol / (s * cm²) detta flusso normalizzato.

Possiamo anche intuitivamente dire che un flusso è direttamente proporzionale alla forza che lo genera (è quindi ed al potenziale termodinamico esistente).

Questa affermazione deriva dall’osservazione diretta del fenomeno ed è detta equazione fenomenologica.

Può essere espressa come:

φ = ^dn/_dt = k * AF _where φ ^t σ _{→ A = area}

φ = kF ^constant oppure φ=U c F_F^F′

Equazione di Teorell:

U = coefficiente di mobilità c = concentrazione F_effetto= forze coniugate per mole di soluto

FISIOLOGIA

▲ BARRIERE FISICHE NEI SISTEMI BIOLOGICI E FENOMENI DI TRASPORTO

La Fisiologia è una scienza integrata che studia il funzionamento degli organismi viventi, a partire dai meccanismi molecolari per passare alle funzioni di cellule, organi e all'integrazione delle funzioni d'organo nell'organismo.

La fisiologia più semplice è quella cellulare.

Un sistema biologico può essere considerato come un sistema termodinamico aperto cioè in grado di scambiare energia e materia con l'ambiente.

Un sistema termodinamico si definisce una quantità di materia ed energia contenuta in uno spazio fisico definito da una barriera fisica.

Nel caso del sistema cellulare la barriera fisica è la membrana e lo studio della fisiologia a questo livello equivale allo studio della permeabilità di barriere cellulari ed epiteliali e al trasporto di soluti.

Per studiare questi fenomeni bisogna, oltre a considerare un sistema biologico come una termodinamico, anche trattare soluzioni biologiche come soluzioni ideali nelle quali in soluzione, l'approssima di un gas che diffonde fino a occupare tutto il volume di solvente a sua disposizione.

Queste assunzioni ci permettono di adottare un approccio riduttivo (termodinamica) laddove l'approccio cinetico-molecolare ed applicare le leggi per ogni singola molecola considerando che una mole di soluto contiene 10^23 molecole e leggi della cinetica risultano inverosimil.

Possiamo descrivere quindi un flusso come φ mol e limitato ad una porzione delle superficie J = mol/(s·cm²) detta flusso normalizzato.

Possiamo anche intuivamente dire che un flusso è direttamente proporzionale alla forza che lo genera (φ quindi al potenziale termodinamico esistente).

Questa affermazione deriva dall'osservazione diretta del fenomeno ed è detta equazione fenomenologica.

Può essere espressa come:

φ = _dn/_dt = k AF

EQAUZIONE DI TEORELL

J = kF oppure J = UC_.F_m

Ma come esprimere F_M?

Così come in cinematica, una forza può essere espressa come F = -dW/dz

La forza coniugata al flusso di soluto, può essere espressa come F_M = -dμ/dx

ovvero come la derivata del potenziale termodinamico rispetto alla direzione del flusso stesso implicante

J = -Uc dμ/dx

EQIAZIONE DI TEOREL

Questo potenziale termodinamico μ_i si definisce per

• anElettroliti: μ_i = μ₀(T) + RT ln c_i
• elettroliti: μ_i = μ₀(T) + RT ln c_i +