Domande e risposte esame fisiologia e domande fatte negli ultimi esami

Domande di fisiologia

Organizzazione del corpo umano

Cellula: la più piccola struttura in grado di assolvere tutte le funzioni vitali.

Tessuto: aggregazione di più cellule morfologicamente identiche che assolvono la medesima funzione.

Organo: più tessuti che collaborano alla stessa funzione.

Apparato o sistema: aggregazione di più organi che collaborano a una determinata funzione.

Definizione di omeostasi

Meccanismo attraverso il quale l’organismo mantiene variabili ben definite (cosiddette variabili regolate) sostanzialmente costanti.

Tipi cellulari

Cellula nervosa o neurone, cellule capaci di comunicare fra loro e con altri tipi cellulari per mezzo di segnali elettrici che esse stesse generano.

Cellule muscolari o fibre sono in grado di contrarsi (variare la propria lunghezza) in seguito ad uno stimolo.

Cellule del tessuto connettivo, sono di varie morfologie, possono offrire sostegno e/o mediare gli scambi fra un tessuto e l’altro (esempi: tessuto del sottocute, tessuto adiposo che assolve funzione di riserva di energia ma anche di tessuto endocrino secernendo ormoni, sangue, linfa).

Cellule epiteliali costituiscono strati più o meno sottili che separano l’ambiente interno dall’ambiente esterno all’organismo (pelle, endoteli), comprendono cellule specializzate come le ghiandole a funzione di secrezione.

Principali tipi di tessuto

Vedi domanda 3.

Sistemi del corpo umano

• Sistema nervoso (encefalo, midollo spinale, nervi periferici, recettori sensoriali, organi di senso specializzati): coordina le varie parti dell’organismo per mezzo di impulsi elettrici, riceve informazioni dalla periferia che elabora ed è in grado di fornire risposta adeguata.
• Sistema endocrino (ipofisi, epifisi, tiroide, paratiroidi, timo, pancreas, ghiandole surrenali, gonadi): invia messaggeri chimici in risposta a stimoli esterni, media un tipo di comunicazione più lento di quello nervoso, utilizzando il circolo sanguigno.
• Sistema tegumentario (pelle ed annessi cutanei): ha funzione di protezione e di separazione fra ambienti esterno ed interno.
• Sistema immunitario (timo): media gli scambi fra sangue e tessuti.
• Sistema linfatico (vasi linfatici e linfonodi, timo, milza).
• Sistema muscolo scheletrico (ossa, cartilagini, legamenti, tendini): dà sostegno, consente i movimenti volontari ma è anche sede di produzione di globuli rossi (ossa lunghe) e reservoir di calcio.
• Sistema cardiocircolatorio (cuore, vasi sanguigni): consente il trasporto dei nutrienti e il recupero delle sostanze di rifiuto dalle cellule.
• Sistema respiratorio (bocca, naso, faringe, laringe, trachea, polmoni): scambio di gas, equilibrio acido-base del sangue.
• Sistema urinario (rene, ureteri, vescica, uretra): consente il filtraggio del sangue da prodotti di rifiuto, regola il pH del sangue, ha funzione nell’omeostasi del calcio, secerne l’ormone eritropoietina che presiede alla sintesi dei globuli rossi.
• Apparato gastrointestinale (bocca, faringe, esofago, stomaco, fegato, intestino, pancreas, cistifellea): assorbe dall’ambiente esterno acqua e nutrimento, svolge anche funzione secondaria di tessuto endocrino a livello dello stomaco, pancreas ed intestino.
• Apparato riproduttore (gonadi, utero o prostata, genitali esterni).

Distribuzione dell’acqua corporea

Acqua corporea totale (TBW) ammonta al 60% del nostro peso ed è distribuita all’interno delle cellule per i 2/3 del TBW e per 1/3 nel fluido extracellulare.

Barriera fra ambiente interno ed esterno

Epiteli come la pelle ma anche endoteli come quelli dell’apparato gastrointestinale, l’endotelio che delimita il lume degli alveoli polmonari, l’endotelio che delimita il lume dei tubuli renali.

Descrizione di componenti e funzioni di sistemi

Vedi domanda 5.

Feed back negativo

Descrizione ed esempi: meccanismo attraverso cui il nostro organismo riporta una variabile regolata nella direzione opposta a quella che ha generato la variazione (esempio: aumento della glicemia post-prandiale, secrezione di insulina che riporta i valori glicemici allo stato ottimale di set point).

Feed back positivo

Descrizione ed esempi: meccanismo attraverso cui il valore della variabile viene spostato nella stessa direzione in cui è avvenuta la variazione (esempio: propagazione del potenziale di azione nelle cellule nervose).

Elementi del sistema a feed back

Sensore – variabile regolata – via afferente – centro integrativo (confronta la variabile regolata con valori di riferimento detti set point) - via efferente – organo effettore.

Trasporto attivo e passivo

Esempi:

• Trasporto attivo (avviene contro il gradiente di concentrazione, richiede energia): pompa Na/K ATPasi che trasporta 3 ioni di Na all’esterno della cellula e 2 ioni K all’interno, spendendo energia sotto forma di idrolisi dell’ATP. Ciò è reso possibile da un cambiamento conformazionale del trasportatore – cotrasporto (attivo) Na Glucosio nel rene – controtrasporto (attivo) Na/H+ nel rene.
• Passivo (avviene senza consumo di energia, secondo gradiente): diffusione semplice (acqua attraverso le membrana), diffusione facilitata con canali.

Forze che regolano il trasporto di membrana

Forze chimiche determinate dalla concentrazione della sostanza elettricamente neutra sui due lati della membrana.

Forze elettriche che interessano le molecole cariche in funzione delle quali la molecola è richiamata dall’ambiente in cui risiedono le cariche di segno opposto.

Forza elettrochimica che interessa gli ioni ed è al risultante delle prime due. Uno ione è all’equilibrio quando forza elettrica e forza chimica sono uguali e contrarie.

Forze elettrochimiche applicate agli ioni: Ca⁺⁺, Na⁺ e K⁺

Ca⁺⁺ più concentrato all’esterno della cellula è soggetto a forza chimica che lo spinge all’interno e anche il potenziale a cavallo della membrana è negativo per cui la forza elettrica tende a richiamarlo verso l’interno (l’entrata di ioni Ca rende la cellula più positiva) quindi la forza elettrochimica risultante è sicuramente diretta verso l’interno.

Na⁺ più concentrato all’esterno tende a entrare all’interno della cellula per forza chimica e per effetto della forza elettrica tende sempre ad entrare, quindi la risultante è una forza elettrochimica diretta verso l’interno della cellula.

K⁺ più concentrato all’interno della cellula per forza chimica tende ad uscire, ma per forza elettrica tende rientrare. Il potenziale a cavallo della membrana corrisponde all’incirca per la maggior parte delle cellule al potenziale di equilibrio del K (-94 mV) eccetto i neuroni che hanno potenziale di membrana di – 70 mV.

Potenziale di membrana

Deriva dalla distribuzione della cariche a cavallo della membrana; si esprime in mV.

Definizione di potenziale di equilibrio

Il valore a cui non si osservano più movimenti macroscopici dello ione a cavallo della membrana poiché la forza elettrica e quella chimica sono uguali e di segno opposto.

Fattori che influenzano il trasporto attraverso la membrana

• Gradiente di concentrazione.
• Spessore della membrana.
• Superficie della membrana.
• Natura chimica della molecola che attraversa.

Nel caso di diffusione facilitata (con trasportatori) il fattore limitante è la saturazione dei trasportatori, mentre nel caso di trasporti attivi oltre alla saturazione la disponibilità di substrati energetici.

Esempi di trasporto attivo primario

Pompe Na/K ATPasi.

Esempi di cotrasporto

Vedi domanda 12.

Esempi di controtrasporto

Vedi domanda 12.

Forze che regolano il trasporto di acqua nella cellula

Osmolarità: cioè la concentrazione dei soluti non permeanti.

Soluti permeanti e non permeanti

Ioni sono soluti permeanti, proteine sono soluti non permeanti.

Definizione di osmolarità e tonicità

Il fatto che una soluzione non modifichi il volume della cellula dipende dalla conc di soluti non permeanti. In particolare si dice isotonica se ha la stessa conc del fluido cellulare (300 mOsm), ipotonica se è < 300 mOsm e ipertonica se è > 300mOsm.

Modificazioni della cellula in ambiente ipotonico e ipertonico

In ambiente ipotonico la cellula si rigonfia, in ambiente ipertonico si raggrinzisce.

Principali componenti del sistema nervoso

Sistema nervoso centrale: encefalo e midollo spinale, la cui delicatezza è protetta da strutture rigide come le ossa piatte del cranio e le vertebre della colonna.

Sistema nervoso periferico: suddiviso in branca volontaria o somatica (nervi che raggiungono i muscoli volontari) e branca involontaria o autonoma, a sua volta contraddistinta in sistema nervoso simpatico e sistema nervoso parasimpatico.

Componenti afferenti del sistema nervoso

Nervi che portano informazioni dalla periferia verso il centro dai recettori sensoriali con un primo nervo che giunge alle corna dorsali del midollo spinale, fa sinapsi con un secondo neurone o neurone di second'ordine che incrocia e risale lungo il tratto spinotalamico sino al talamo; dal talamo parte il neurone di terz'ordine che raggiunge la corteccia cerebrale (sensazioni somoestesiche). Nel caso delle sensazioni tattili discriminative il neurone di prim'ordine entra nelle colonne dorsali del midollo, sale ipsolateralemente fino al talamo (via lemnisco-mediale) e qui avviene la sinapsi con il neurone di second'ordine che è il primo neurone del SNC.

Componenti efferenti

Nervi dei tratti piramidali ed extrapiramidali scendono lungo il midollo spinale e fanno sinapsi nelle corna ventrali del midollo spinale con motoneuroni (sistema nervoso volontario o somatico). Nel sistema nervoso autonomo si susseguono due nervi ad eccezione del sistema nervoso simpatico nel caso di innervazione della midollare del surrene. Il primo nervo del sistema nervoso autonomo è sempre colinergico.

Nel sistema nervoso simpatico vi sono 3 possibili vie:

• Il nervo pregangliare fuoriesce dal midollo spinale (corna ventrali) come nervo spinale, fuoriesce dal nervo spinale come ramo bianco e si innesta in un ganglio simpatico dove fa sinapsi con molti altri neuroni e di qui agli organi effettori (quindi si spiega l’azione diffusa) poi rientra nel nervo spinale con il ramo grigio.
• Il primo nervo può terminare in un ganglio più prossimale all’organo bersaglio (quindi l’azione è meno diffusa).

Componenti di un neurone

Corpo cellulare - dendriti – assone - bottone sinaptico.

Funzioni dell'assone, dei dendriti e delle sinapsi

Assone: conduzione del segnale elettrico lungo lo stesso neurone.

Dendriti: ricezione del segnale elettrico dalle terminazioni afferenti.

Sinapsi: trasmissione del segnale elettrico fra un neurone e l’altro.

Funzioni delle cellule gliali

• Astrociti: consentono le giunzioni strette fra le cellule della barriera ematoencefalica, presiedono agli scambi fra sangue e cellula nervosa.
• Cellule di Schwann: nel sistema nervoso periferico costituiscono il rivestimento mielinico.
• Microglia: rimuovono i detriti.
• Ependimali: sono responsabili dell’avanzamento del liquido cerebrospinale.

Funzione dei nodi di Ranvier

Consentono la conduzione del segnale elettrico di tipo saltatorio tipica degli assoni mielinici, più rapida per effetto della mielina che è isolante ed evita la dispersione di corrente.

Tipi di potenziale del neurone

• Potenziale di azione: rapida inversione del potenziale a cavallo della membrana per un evento esterno che apre i canali per il Na voltaggio dipendenti, con ritorno allo stato di riposo mediante ripolarizzazione mediata dall’apertura dei canali per il K voltaggio dipendenti. Una volta generato per superamento del valore soglia di -56mV si propaga alle porzioni adiacenti della membrana neuronale (autorigenerativo), in avanti, mantenendo una stessa ampiezza. È un esempio di feed back positivo.
• Potenziale graduato: si genera solitamente a livello dei recettori sensoriali è un’inversione del potenziale di membrana la cui ampiezza diminuisce al progredire della distanza dal punto di origine.
• Potenziale di riposo: stato in cui il neurone mantiene una lieve depolarizzazione della membrana (-70 mV rispetto ai -90 mV delle altre cellule), uno stato di instabilità e che gli consente all’arrivo di uno stimolo di generare potenziali graduati e/o d’azione. Non vi è movimento di cariche fra i due lati della membrana.

Fasi del potenziale di azione

Depolarizzazione: inversione rapida del potenziale a cavallo della membrana per aumento della permeabilità al Na.

Ripolarizzazione: ritorno alle condizioni di riposo per effetto dell’apertura dei canali per il K⁺.

Iperpolarizzazione postuma: breve lasso di tempo in cui la membrana diviene lievemente più positiva perché la permeabilità al K rimane elevata.

Soglia del potenziale di azione

-56 mV.

Ruolo dei canali ionici nel potenziale di azione

• Canali per il Na voltaggio dipendenti: si aprono sotto effetto di un evento elettrico, consentono l’ingresso degli ioni Na⁺ all’interno della cellula, depolarizzando la membrana, sono caratterizzati da due porte di cui una a tempo che determina il periodo refrattario assoluto.
• Canali per il K voltaggio dipendenti: si aprono a seguito dell’inversione del potenziale di membrana, consentono la fuoriuscita degli ioni K⁺ e il ristabilirsi delle condizioni di potenziale di riposo (fase di ripolarizzazione).
• Canali ionici voltaggio dipendenti per il Ca: si aprono a livello della sinapsi fanno entrare massivamente ioni Ca⁺⁺ e mediano in questo modo la traslocazione delle vescicole contenenti neurotrasmettitore.
• Canali ligando dipendenti: innescano fenomeni elettrici nella cellula post sinaptica a seguito del legame con il neurotrasmettitore (recettore canale o ionotropo).

Periodo refrattario

Assoluto: si verifica immediatamente dopo il passaggio del potenziale di azione in un tratto di membrana; è la frazione di sec in cui non si può generare un nuovo potenziale di azione, per effetto della chiusura della porta a tempo dei canali per il Na.

Relativo: si può generare un nuovo potenziale di azione solo se lo stimolo innescante è maggiore sovrasoglia (alcune porte a tempo dei canali per il Na si sono riattivate mentre sono ancora aperti i canali voltaggio dipendenti per il K⁺). Il significato del periodo refrattario assoluto è che il potenziale di azione può procedere solo in avanti.

Flussi ionici durante il potenziale di azione

Vedi risposte precedenti.

Eventi che permettono la propagazione del potenziale di azione

Periodo refrattario assoluto e conduzione saltatoria negli assoni mielinici e conduzione negli assoni non mielinici. Nel potenziale di azione, una volta generata la depolarizzazione è sufficiente a depolarizzare i tratti di membrana successivi.

Eventi che permettono l’interruzione del potenziale di azione

Periodi refrattari assoluto e relativo.

Elementi di una sinapsi chimica

• Vescicole contenenti neurotrasmettitore.
• Membrana presinaptica.
• Canali per il Ca⁺⁺ voltaggio dipendenti.
• Fessura sinaptica.
• Membrana postsinaptica.
• Recettori per neurotrasmettitore (ionotropi – metabotropi).
• Enzima che degrada il neurotrasmettitore.

Ruolo delle porte per il Ca⁺⁺ nelle sinapsi

L’entrata massiva del Ca⁺⁺ a seguito dell’arrivo del potenziale di azione consente la traslocazione delle vescicole presinaptiche contenenti il neurotrasmettitore.

Tappe della trasmissione del segnale nelle sinapsi chimiche

• Arrivo del PA.
• Depolarizzazione della membrana.
• Apertura dei canali voltaggio dipendenti per il Ca⁺⁺.
• Entrata del Ca⁺⁺ nel citoplasma della cellula presinaptica.
• Fusione delle vescicole contenenti neurotrasmettitore con la membrana presinaptica.
• Fuoriuscita per esocitosi del NT.
• Legame del NT con il recettore post sinaptico (reversibile).
• Idrolisi del NT.
• Riassorbimento dei prodotti di idrolisi per nuova sintesi o rimozione da parte delle cellule gliali.

Meccanismi di rimozione del NT dalle sinapsi

Vedi domanda 42.

Risposte sinaptiche veloci e lente

• Recettori ionotropi: associati a proteine canale cambiano la permeabilità per gli ioni Na⁺.
• Recettori metabotropi: innescano un meccanismo di secondi messaggeri che ha come effetto finale una variazione della permeabilità di membrana a livello di canali (per esempio fosforilando/defosforilando la proteina canale) o altri effetti cellulari.

Sinapsi eccitatorie e inibitorie

Eccitatorie: avviene sempre depolarizzazione della membrana postsinaptica.

Inibitorie: il potenziale di membrana viene riportato al valore di riposo, quindi il neurotrasmettitore può intervenire nell’apertura di canali per il K o per il Cl^-, entrambi ad effetto ripolarizzante. Il Cl^- è più concentrato all’esterno, se si aprono canali entra e per effetto della carica ha effetto ripolarizzante. Potenziali postsinaptici sono sempre potenziali graduati.

Sommazione temporale e spaziale

Temporale: il neurone postsinaptico integra i segnali provenienti da diversi neuroni che possono inviare più segnali diluiti nel tempo; in questo modo il neurone presinaptico comunica l’intensità dello stimolo con un codice di frequenza.

Spaziale: il neurone postsinaptico integra i potenziali di azione provenienti da diverse sinapsi; l’effetto finale potrà essere eccitatorio o inibitorio. Eccitatorio se la sommazione raggiunge...