Definizioni per l'esame di fisiologia

FISIOLOGIA:

STUDIO DEL FUNZIONAMENTO DEGLI ORGANISMI, SI OCCUPA DELL’ASPETTO

FUNZIONALE, CIOE’ DINAMICHE DEL FENOMENO VITA.

La fisiologia si divide in fisiologia della vita vegetativa, funzionalità indipendenti

(viscerali) dalla volontà (p.e. vascolare, renale, respiratoria) e quella della vita di

relazione, cioè parte della fisiologia che pone l’uomo in relazione con il mondo

esterno, attività coscienti.

Tra le cellule si presenta un fluido intracellulare separato da una membrana

plasmatica che la separa dall’ambiente extra cellulare. In un organismo

pluricellulare corrispondono al liquido interstiziale: AMBIENTE INTERNO DEL

MEZZO INTERNO.

CORPO O

OMEOSTASI DEL MEZZO INTERNO: principio fondamentale del benessere o

della stabilità del mezzo interno, ambiente in una sorta di equilibrio dinamico.

Per mantenere l’equilibrio omeostatico sono richiesti:

-SISTEMA DI SENSORI: che misurano la variabile controllata

-CENTRO DI INTEGRAZIONE: dove la misura è paragonata ad un certo valore di

riferimento (set-point), il centro è stato informato della variabile, e al livello del

centro viene elaborata una risposta che poi verrà inviata a:

-UN SISTEMA DI EFFETTORI: capaci di modificare il parametro, riportandolo al

valore di riferimento ogni volta che esso si verifica.

PLASTICITA’ dell’omeostasi, cioè la capacità di cambiare a seguito di esperienze.

I sistemi di controllo sono dati dal sistema ENDOCRINO e NERVOSO, che quindi

sono alla base del mantenimento di equilibrio.

Le cellule dell’organismo formano una struttura integrata dove c’è comunicazione

tra cellule, che può essere :

DIRETTA: avviene tra due cellule adiacenti che comunicano direttamente

• tramite le giunzioni cellulari. Le giunzioni sono di tre tipi e sono: di

ADESIONE, che consentono l’adesione alle cellule e il tessuto sottostante,

consentono al tessuto di poter essere sottoposto a trazione; di

COMUNICAZIONE (gap-giunctions), che sono alla base delle sinapsi

elettriche e sono giunzioni specializzate che consentono la comunicazione

tra cellule come canali per il passaggio di piccole molecole; SERRATE,

giunzioni che sigillanole cellule adiacenti, in modo da non permettere il

passaggio di liquidi tra una cellula e l’altra.

PER VIA ENDOCRINA: le cellule secernono un mediatore tramite esocitosi,

• il mediatore si lega con strutture specifiche (recettori), che riconoscono le

molecole anche a bassissime concentrazioni. Il mediatore può essere

secreto e poi riconosciuto nelle vicinanze e in quel caso si parla di

secrezione autocrina, mentre nel caso in cui successivamente alla

secrezione dovesse andare più lontano si parla di secrezione paracrina e in

quel caso il mediatore viene riversato nel torrente ematico , entrando in

circolo nell’organismo.

NEUROTRASMISSIONE: comunicazione a livello del sistema nervoso che si

• avvale di neurotrasmettitori

NEURORMONALE: le molecole vengono prodotte a livello delle cellule

• nervose e poi riversate in circolo.

LA MEMBRANA PLASMATICA

La membrana plasmatica è costituita da un doppio strato fosfolipidico con

struttura a mosaico fluido dove sono incastrate delle proteine che possono essere

periferiche, ovvero estrinseche, oppure transmembranali, estrinseche.

recettori di

A livello della membana sono presenti sottoforma di proteine dei

membrana.

La membrana ha struttura semipermeabile e presenta principalmente due tipi di

trasporti:

-ATTIVI: cioè trasporti che avvengono con trasferimento di energia (ATP), e si

distinguono in primari e secondari

-PASSIVI: trasporti che non necessitano di energia perché le sostanze possono

attraversare il doppo strato fosfolipidico, possono passare: O2, CO2, urea, etanolo

ormoni steroidei e il glicerolo. I tipi di tasporti passivi sono la diffusione facilitata,

semplice e osmosi. differenza di potenziale:

Ai lati della membrana plasmatica è presente una si

presenta un addensamento di cariche negative all’interno e positive all’esterno.

Questa differenza di potenziale è dovuta dal fatto che la membrana innanzitutto

presenta una semipermeabilità agli ioni (p.e. ha una maggiore permeabilità al

potassio e minore al sodio), inotre si ha una differente distribuzione degli ioniai

pompa Na+/K+.

lati della membrana che è dovuta alla presenza della

Quest’ultima è una pompa elettrogenita perché contribuisce alla genesi della

ripartizione delle cariche ai lati della mebrana. La pompa Na+/K+ trasferisce

controgradiente 3 molecole di sodio all’esterno della membrana e 2 di potassio

all’interno.

Schema della pompa Na+/K+:

All’interno della membrana sono presenti dei canali chiamati canali di

dispersione, canali che sono sempre aperti, mentre altri canali (p.e. quello del

potassio) che si aprono solo quando la membrana è a riposo, ovvero quando non

è stimolata.

Ci sono anche canali a cancello, canali che non sono sempre aperti, infatti la loro

apertura dipende da una serie di fattori per esempio se sotto stimolo. Per i canali

a voltaggio-dipendenti è il cambiamento di potenziale della membrana che stimola

la loro apertura. Ci sono altri canali che sono chimicamente stimolati da ligandi o

recettori, si legano alla membrana determinando l’apertura di essi. Questi sono

VOC MOC

canali si possono classificare in canalivoltaggio dipendenti, canali che

ROC,

si aprono chimicamente e canali che si aprono meccanicamente, cioè quelli

che si legano in seguito a uno stimolo mecanico, come per esempio lo stiramento

di una cellula.

TRASPORTO ATTIVO PRIMARIO:

trasferimento dello ione CONTROGRADIENTE DI CONCENTRAZIONE, utilizzando

enegia, ovvero consumanto ATP. La pompa Na+/K+ è sempre attiva e trasferisce il

sodio e il potassio controgradiente. Per ogni mol di ATP vengono portate dentro 2

mol di potassio e fuori 3 mol di sodio. Oltre alla pompa Na+/K+ ci sono le pompe

SERCA e PMCA, entrambe trasportano il calcio; la prima porta il calcio all’interno

dei compartimenti intracellulari, mentre la seconda porta il calcio all’esterno della

cellula.

La concentrazione del calcio intracellulare deve essere necessariamente

mantenuta bassa. Questo perché il calcio potrebbe sintetizzare all’interno della

molecola degli enzimi proteolitici che vanno a demolire la cellula e quindi portrla

alla morte. E’ per questo che nel muscolo, per esempio, durante la contrazione,

che è possibile solo se c’è il calcio nell’ambiente intracellulare, ecco aumenta

repentinamente (grazie alla pompa SERCA), subito dopo la contrazione viene

portato fuori dalla cellula (tramite le pompe PMCA).

TRASPORTO ATTIVO SECONDARIO:

è un trasporto che consente di trasferire controgradiente una molecola aiutandosi

con il trasporto secondo gradiente di un’altra molecola.

Per esempio il trasporto glucosio-sodio dipendente, SGLT, il sodio entra

all’interno della cellula seguendo il proprio gradiente di concentrazione (pompa

Na+/K+) mentre trasferisce controgradiente il glucosio. Nell’immagine

sono

rappresentate i

due trasporti del

glucoso: il SGLT

eil GLUT che

invece non

dipende dal

sodio ed è un

trasporto

passivo.

ESTRACELLULARE INTRACELLULARE

Na+ X

K+ X

Ca²+ X

Cl- X

HCO³- X

pH 7,4 7,1

osmolarità 290 290

Questa è la composizione dei liquidi nei compartimenti interni ed esterni

della cellula.

Maggiore concentrazione di cariche negative intracellulari, esse tendono ad

addensarsi a livello della membrana, adatte all’eccesso delle cariche

positive che si trovano all’esterno della membrana. condensatore.

La membrana plasmatica si comporta come un elettrodo:

Gli addensamenti delle cariche ai lati della membrana fungono da “piastre”

del condesatore, mentre le code idrocarburiche fungono da isolante.

Per convenzione di pone all’esterno della membrana un potenziale pari a 0.

Per questo risulta dunque che all’interno carica negativa.

La capacità delle cellule di modificare il proprio potenziale di membrana

permette loro di eccitarsi e quindi variare la propria permeabilità ionica.

Gli stimoli che si producono all’interno di una cellula possono dare due

potenziali graduati potenziali di membrana.

segnalazioni: e

POTENZIALE GRADUATO

L’arrivo di un mediatore dall’ambiente extracellulare porta a una variazione

del potenziale di membrana (Vm)

DEPOLARIZZAZIONE: diminuizione del potenziale di membrana per

esempio dopo l’apertura di un cancello attraverso il quale sono entrate

cariche positive.

RIPOLARIZZAZIONE: ritorno dei livelli iniziali dei potenziali di membrana

IPERPOLARIZZAZIONE: aumenta la negatività, l’evento accaduto può

essere dovuto all’aumentato del Cl- oppure dall’uscita delle cariche

positive, per esempio il K+. sotto soglia.

I potenziali graduati sono variazioni di potenziale La

variazione di potenziale è proporzionale allo stimolo ricevuto. Sono

potenziali che man a mano che ci si allontana dal punto dove sono iniziati

si dissolvono, decrementano. Questo perché la membrana non è un

isolante perfetto, presenta dei canali dove l’enegia viene dissipata.

Normalmente la membrana è più permeabile al potassio, il potenziale della

membrana a riposo (ripolarizzazione) è la sommatoria di concentrazione

ionica, diversa permeabilità ionica, ed è così perché lo ione più permeabile

ovvero lo ione K+ è quelllo che più influisce nel potenziale, questo perché il

suo potenziale di equilibrio è quello più vicino al potenziale di membrana.

POTENZIALI D’AZIONE

Il potenziale d’azione scaturisce da uno stimolo che ha un’intensità

sufficientemente elevata da superare la soglia e modificare il potenziale di

membrana fino a generare un’inversione della polarità della membrana.

Il potenziale può sorgere solo nelle cellule eccitabili. E’ un fenomeno

autorigenerativo.

esplosivo,

E’ causato da un entrata repentina del sodio che va a raggiungere il proprio

potenziale di equilibrio (+55mV), ma si ferma prima perché per il sodio i

canali voltaggio dipendenti sono dotati di un secondo cancello che è di

inattivazione, si aziona durante la depolarizzazione e porta la impervietà al

Na+. Quando il Na+ entra si ha un’inversione della polarità, si raggiunge

un picco a

+30mV, perché

poi il Na+ non

può più

passare.

1. DEPOLARIZZAZIONE: molto rapida, entrata del calcio all’interno della

cellula

2. RIPOARIZZAZIONE: esce anche il potassio, quindi la molecola si

ripolarizza

3. IPERPOLARIZZAZIONE POSTUMA: il potenziale di equilibrio del

potassio è più negativo e quindi cala, ma poi ritorna quello che era

inzialmente.

IL POTENZIALE DI EQUILIBRIO: di

Il potenziale di equilibrio di uno ione viene definito dall’equazione

Nernst, scaturisce da un’uguaglianza che porta il lavoro necessario per

trasferire una mole di ione controgradiente elettrico contro il lavoro

necessario per trasferire una mole di ione secondo gradiente elettrico.

Con la concentrazione itra ed extra

cellulare si può risolvere il

potenziale di equilibrio

Il potenziale di membrana a riposo tiene conto di tutti gli ioni che

permeano la membrana (K+, Na+, Cl-) della loro concentrazione e della loro

permeabilità.

Quando il potenziale di membrana è determinato da più specie ioniche:

potenziale di diffusione, equazione di Golman:

Il potenziale di membrana a riposo è determinato da :

elevata permeabilità della membrana al potassio, dovuta alla

➔ presenza di canali passivi, che consentono l’uscita di esso sotto la

spinta di un forte gradiente di concentrazionecontrastato dal

gradiente elettrico

impermeabilità della membrana agli anioni proteici, che rimamendo

➔ all’interno della cellula determinano in parte la polarizzazione

negativa di essa

scarsa permeabilità alla membrana al sodio, che ne riducel’ingresso

➔ nonostante una forte spinta dovuta dal gradiente elettrochimico

azione pompa Na+/K+ che contrasta il modesto flusso entrante di

➔ Na+ e la conseguente uscita del K+, mantenendo inalterati i rapprti di

concentrazione degli ioni a cavallo della membrana.

L’informazione nervosa si basa sulla capacità dei neuroni di generare

correnti elettriche, in seguito a modificazioni del potenziale di riposo che

risultano dall’apertura o chiusura di canali ionici.

I segnali elettrici generati sono di due tipi:

-POTENZIALI GRADUATI: possono essere modulati in ampiezza, ma

agiscono a breve distanza, perché subiscono decremento man a mano che

si allontanano dal punto in cui si sono generati.

-POTENZIALI D’AZIONE: fenomeno non degradabile in apiezza, ma

modulabile in frequenza, si propaga a distanza senza decremento.

Per discriminare due stimoli (dove uno è più potente) sovrasoglia: bisogna

guardare l’intensità dello stimolo, perché danno lo stesso risultato, ma la

frequenza di scarica è diversa.

PERIODO REFRATTARIO può essere:

ASSOLUTO: periodo durante il quale si manifesta l’azione del

• potenziale di azione del potenziale di membrana, se durante questo

periodo dovesse arrivare uno stimolo (anche potentissimo) la

membrana non subisce variazioni, dato che è ineccitabile. Questo

avviene perché i canali sono già impegnati e quindi la membrana non

è responsiva.

RELATIVO: è il periodo che segue, dove un secondo stimolo che è di

• intensità superiore al primo e genera un secondo potenziale di azione.

Le caratteristiche della frequenza di scarica sono molto variabili da un

neurone all’altro in quanto ciascun neurone possiede un diverso corredo di

canali ionici voltaggio dipendenti.

Il potenziale d’azione nasce nella zona trigger o nel cono d’emergenza. I

potenziali a monte della zona trigger si propagano secondo il modello di

conduzione assonale passiva. Il potenziale d’azione una volta superata la

zona trigger si propaga sfruttando la fibra nervosa (assone) come se fosse

un cavo, attraverso correnti che vengono definite elettrotopiche, dove

avviene un trasferimento di carica sia intra che extracellulare.

SINAPSI: punto di contatto tra cellula nervosa ed effettore. Tra le cellule

nervose c’è contiguità e non continuità, ovvero la comunicazione è dovuta

alle sinapsi. elettriche chimiche.

Le sinapsi possono essere o

I protagonisti delle sinapsi sono l’elemento presinaptico (cellula dalla quale

parte il messaggio) e postsinaptico (cellula che riceve il messaggio), tra i

quali c’è il vallo sinaptico.

SINAPSI ELETTRICHE

Dalla prima alla seconda cellula la trasmissione avviene senza dispersione

nello spazio extrasinaptico, impulso.

Questa vicinanza è data dalla connessione di due emicanali a cavallo tra le

membrane delle cellule (come un tunnel che fa da connessione tra

l’elemento pre e post sinaptico). Tali canali sono costituiti da 6 connessine

(proteine) attraverso le quali, essendo aperte la maggior parte delle volte,

passano piccole molecole e ioni a correnti.

Si trovano anche a livello del tessuto muscolare, cellule cardiache e hanno

la caratteristica dell’organo dove si trovano: si comportano come un’unica

cellula senza dispersione di cariche.

La connessione è bidirezionale.

eccitatorio,

Le sinapsi sono di tipo la trasmissione avviene attraverso

fenomeni di depolarizzazione della membrana.

SINAPSI CHIMICHE

Si parla di sinapsi chimiche perché la cellula nervosa e il suo effettore

comunicano attraverso sostanze chimiche.

Molecola chimica: neurotrasmettitore che viene lasciato nello spazio

sinaptico, per poi riandare a legarsi con recettori dell’elemento post-

sinaptico, a seguito del legame della molecola chimica con i recettori:

variazione permeabilità ionica che porta a una variazione di potenziale di

membrana, da qui sorge il segnale elettrico.

Le sinapsi a livello nervoso possono essere: assosomatiche, assodendritiche

e assoassoniche. -tipo di sinapsi chimica

Il neurotrasmettitore deve soddisfare una serie di caratteristiche:

si deve trovare nella cellula nervosa, precisamente nell’elemento

• presinaptico

è confezionato all’interno vescicole sinaptiche, ricoperte da

• membrane, sono celle all’interno delle quali è contenuto il

neurotrasmettitore

RILASCIO DEL NEUROTRASMETTITORE DA PERTE DELLE VESCICOLE

SEGNALE il segnale che libera il neurotrasmettitore è l’arrivo del

1. potenziale di azione che porta alla depolarizzazione della membrana a

livello presinaptico, attiva dei canali Ca²+ voltaggio-dipendenti

(presenti a livello dell’elemento preseinaptico.

ENTRATA CALCIO, con la depolarizzazione c’è l’apertura del canale,

2. l’entrata del calcio è fondamentale per il rilascio del

neurotrasmettitore

RILASCIO NEUROTRASMETTITORE

3.

L’ingresso del Ca²+ lavora su più punti:

favorisce la fusione della membrana con le vescicole delle zone attive

• tanto più calcio entra tanto più sarà numerosa la fuoriuscita dei

• neurotrasmettitori

il calcio si lega al calmodulina (proteina legante il calcio), complesso

• protein chinasi calcio-calmodulina

che formandosi attiva la

dipendente, che va a fosforlare la sinaspina.

La sinapsina fosforilata rilascia le vescicole e da qui intervengono le

proteine che: indirizzano la vescicola a livello della zona attiva e favoriscono

l’aggancio tra membrana e zona attiva.

Tipi di recettori post-sinaptici:

IONOTROPICI: sono recettori le cui subunit&