Fisiologia

La fisiologia

La fisiologia è quel ramo della biologia che studia le funzioni e le attività coordinate delle cellule, dei tessuti e degli organi. È la disciplina che studia le funzioni degli organismi viventi. Data la complessità delle funzioni dei viventi, la fisiologia è stata suddivisa in branche:

• Vegetale
• Animale: generale, comparata, umana

Da quest'ultima derivano:

• Fisiologia medica (orientata alla medicina)
• Fisiologia applicata (ambiente, sport, astronautica, profondità marine…)

Fisiologia generale: studio dei processi elementari comuni a tutti gli organismi nella loro fondamentale unitarietà.

Di cosa si occupa la fisiologia?

La fisiologia si occupa dell’aspetto funzionale, cioè dinamico del fenomeno vita.

Definizione di funzione e processo

La funzione spiega perché un determinato evento si verifica, cioè a che cosa serve. Es: i globuli rossi trasportano ossigeno perché le cellule ne hanno bisogno. Il processo spiega il meccanismo attraverso il quale si verifica l’evento, cioè il “come” (Hb lega O₂).

In definitiva, la funzione è l’insieme di tutti i processi che consentono il raggiungimento di uno scopo ben definito ed utile per l’organismo (significato finalistico).

Cellule, tessuti, organi e sistemi di organi

Il corpo umano e animale è organizzato in maniera molto ordinata. Le cellule sono organizzate in tessuti, che a loro volta si raggruppano per formare gli organi. Gli organi funzionano assieme per formare un sistema di organi.

Omeostasi

Nel 1929, Walter Cannon coniò il termine omeostasi, che rappresenta la tendenza dell’organismo a mantenere lo stato stazionario. Omeostasi è la tendenza naturale al raggiungimento di una relativa stabilità, sia delle proprietà chimico-fisiche interne che comportamentali, che accomuna tutti gli organismi viventi, per i quali tale regime dinamico deve mantenersi nel tempo, anche al variare delle condizioni esterne, attraverso precisi meccanismi autoregolatori. Tuttavia piccole fluttuazioni sono tollerabili.

Il caso della temperatura (animali omeotermi e pecilotermi).

Omeostasi: i processi tramite i quali lo stato stazionario del vivente è mantenuto costante.

Omeostasi cellulare

Esempi di:

• Ioni
• pH
• Acqua
• Glucosio
• Potenziale di membrana

Omeostasi sistemica

Esempi di: temperatura e pressione sanguigna.

Come si realizza l’omeostasi?

Mediante sistemi di controllo:

• Riflessi nervosi ed endocrini (meccanismi a feedback)
• Risposte locali

Il feedback negativo è un sistema di retroazione che ha lo scopo di mantenere l'omeostasi dell'organismo. In tale sistema la risposta agisce sullo stimolo o sul centro di integrazione per far cessare il riflesso (pH, [Ca²⁺], temperatura, pressione arteriosa, osmolarità).

Il feedback positivo interviene nei riflessi non omeostatici. In questo caso la risposta rafforza lo stimolo, e il riflesso continua ad amplificarsi finché non interviene un evento esterno ad interromperlo. Un esempio di circuito a retroazione positiva è il parto (potenziale d’azione, coagulazione del sangue, svuotamento di una cavità corporea), oppure stati patologici che peggiorano nel tempo.

Bilancio totale di una sostanza

Il bilancio totale di una sostanza dipende dall’entità del:

• Guadagno corporeo netto (tratto GI, polmoni, sintesi)
• Perdita netta (catabolismo, escrezione dal corpo via: polmoni, tratto GI, reni, cute, flusso mestruale)
• Scambi all’interno del corpo (depositi di riserva, incorporazione in altre strutture)

Il bilancio può essere positivo, negativo, stabile. La fisiologia studia i meccanismi omeostatici che fanno corrispondere il guadagno alla perdita, per ottenere un bilancio stabile.

Nutrizione

Insieme dei fenomeni biochimici e metabolici che permettono la digestione, assorbimento e utilizzazione del cibo. Assicura all’organismo l’energia necessaria per lo svolgimento di ogni attività vitale (funzione energetica). Fornisce tutte le sostanze indispensabili all’accrescimento, al ripristino e al mantenimento dell’integrità strutturale dell’organismo (funzione plastica). Apporta sostanze regolatrici di tutte le complesse reazioni biochimiche (funzione regolatrice).

Il sistema gastrointestinale fornisce all’organismo i principi nutritivi che sono essenziali per la vita.

Principi nutritivi

• Proteine o protidi
• Glucidi o carboidrati
• Lipidi o grassi
• Sali minerali e vitamine
• Acqua

Proteine

Sono formate dagli amminoacidi. Il nostro organismo ne richiede 20 diversi. 8 dei 20 AA non possono essere sintetizzati dal nostro organismo per cui vengono definiti essenziali.

Funzioni:

• Plastica (mantenimento, riparazione cellule e tessuti)
• Sintesi e deposizione nuovi tessuti
• Costituenti di ormoni ed enzimi
• Proteine ematiche e di trasporto di altre sostanze
• Attività immunitaria (anticorpi)
• Possono essere trasformate in lipidi o glucidi in situazioni particolari

Si trovano nella maggior parte dei nostri alimenti sia di origine animale che vegetale. Le proteine di origine animale presenti in uova, latte, formaggio, carne, pollame.

Lipidi

Funzioni:

• Riserva energetica (deposito di energia a lungo termine)
• Componenti fondamentali membrane cellulari
• Precursori di ormoni e prostaglandine
• Trasporto di vitamine liposolubili
• Lipoproteine plasmatiche
• Termoregolazione

I composti maggiormente rappresentati nella nostra dieta sono i trigliceridi nella cui composizione entrano gli acidi grassi. Gli acidi grassi si distinguono in: saturi, monoinsaturi, polinsaturi.

Colesterolo

Funzioni: costituente delle membrane cellulari; componente lipoproteine plasmatiche; precursore di ormoni steroidei, acidi biliari e vitamina D. Presente solo nei cibi di origine animale. Gli alimenti più ricchi di colesterolo: tuorlo d’uovo, burro, lardo, carni, formaggi.

Carboidrati

Si distinguono in: semplici (glucosio, fruttosio, galattosio, saccarosio, lattosio, maltosio) e complessi (amido, glicogeno). Alcuni tessuti come il sistema nervoso, la midollare del surrene e gli eritrociti utilizzano il glucosio come fonte elettiva di energia. La biodisponibilità di glucosio è pertanto essenziale per il corretto funzionamento di tali tessuti e riduzioni della glicemia comportano gravi conseguenze cliniche. Deposito di energia a breve termine – permettono la normale utilizzazione dei lipidi. Se presenti in eccesso si trasformano in lipidi (tessuto adiposo).

Fibra alimentare

Una particolare categoria di carboidrati complessi che l’uomo non può digerire (o digerisce solo in minima parte) è rappresentata da una serie di sostanze presenti soprattutto nelle pareti delle cellule vegetali.

Fibra solubile: pectine, gomme, mucillaggini. Fonti: legumi e frutta

Funzioni (formazione di gel):

• Rallentano i tempi di svuotamento gastrico (senso di sazietà)
• Rallentano/riducono l’assorbimento di glucidi, colesterolo

Fibra insolubile

Cellulosa, emicellulosa, lignina (non carboidrato). Fonti: cereali integrali, verdura

Funzioni (trattengono acqua):

• Aumentano la massa fecale
• Accelerano il transito intestinale
• Riducono i tempi di contatto con sostanze nocive o tossiche

Vitamine

Sono sostanze necessarie alla vita e al benessere dell’organismo in piccole quantità. Funzione regolatrice. Facilitano lo svolgimento di una o più specifiche reazioni biochimiche che avvengono nelle cellule. Idrosolubili e liposolubili. La loro classificazione viene fatta in base alla loro solubilità che influenza la modalità di assorbimento, il meccanismo di azione e la possibilità di accumulo nei tessuti.

Vitamine liposolubili

• Vitamina A: accrescimento, vista, resistenza alle infezioni. Fonti: fegato, latte, provitamina A: carote, peperoni gialli, zucca, albicocche
• Vitamina D: assorbimento di calcio e potassio, mineralizzazione delle ossa. Fonti: fegato, latte, tuorlo d’uovo, provitamina D: luce solare
• Vitamina E: antiossidante. Fonti: oli vegetali, frutta secca, fegato, uova
• Vitamina K: coagulazione del sangue. Fonti: vegetali verdi, fegato, oli vegetali

Vitamine idrosolubili

• Vitamina C: sintesi di ormoni, aumenta le difese immunitarie. Fonti: agrumi, kiwi, fragole, broccoli, pomodori, peperoni
• Vitamine gruppo B: regolano il sistema nervoso e vari metabolismi. Fonti: cereali, latte, frutta, verdura, carne, pesce, lievito di birra

Sali minerali

Sono composti inorganici che non forniscono energia ma che sono necessari all’organismo per lo svolgimento delle sue funzioni vitali.

Calcio

Funzioni: denti e ossa, coagulazione del sangue, contrazione muscolare. Fonti: latte e derivati, acqua, alcune verdure.

Ferro

Funzioni: emoglobina (trasporto di ossigeno). Fonti: carne, uova, frutta secca, alcune verdure.

Sodio

Funzioni: equilibrio idrico, funzione nervosa. Fonti: sale da cucina, salumi, formaggi.

Potassio

Funzioni: funzione nervosa e muscolare. Fonti: frutta fresca e secca, vegetali, latticini.

Sistema digerente

Il sistema gastrointestinale è costituito da molti organi con funzioni distinte. Comprende:

• Tratto gastrointestinale
• Organi accessori

Il tratto gastrointestinale

• Cavità orale
• Faringe
• Esofago
• Stomaco
• Fondo
• Corpo
• Antro
• Piloro
• Intestino tenue (duodeno, digiuno, ileo)
• Intestino crasso (colon: cieco, ascendente, traverso, discendente, sigmoideo)
• Retto
• Ano

Gli organi accessori

• Ghiandole salivari
• Pancreas
• Fegato
• Cistifellea

I processi fondamentali nel tratto gastrointestinale

• Motilità
• Secrezione
• Digestione
• Assorbimento

Tali processi sono strettamente correlati e coordinati da influenze nervose e ormonali.

Struttura del tubo digerente

Nonostante sia formato da porzioni diverse dal punto di vista strutturale e funzionale, le pareti del tubo digerente presentano una struttura caratteristica, comune ai diversi segmenti.

Partendo da lume si trovano:

• La tonaca mucosa: è formata da uno strato di tessuto epiteliale, uno strato di connettivo e un sottile strato muscolare (muscularis mucosae)
• La tonaca sottomucosa: è uno strato di connettivo in cui decorrono nervi e vasi sanguigni e linfatici
• La tonaca muscolare: è formata da due strati di muscolatura liscia; nel primo le fibre hanno disposizione circolare, nel secondo longitudinale. Le contrazioni di queste fibre muscolari permettono l’avanzamento del cibo nel tubo digerente (peristalsi)

La mucosa è la tonaca che partecipa direttamente ai processi di secrezione e assorbimento ed è quindi lo strato che presenta le maggiori modificazioni nei vari tratti del tubo digerente.

Ha funzione protettiva nell’esofago e nel canale anale; digestiva nello stomaco e nel duodeno; di assorbimento nell’intestino. Esternamente alla tonaca muscolare si trova una sottile membrana: il peritoneo viscerale.

Il peritoneo

È un sottile strato di tessuto, formato da due foglietti, il parietale e il viscerale, che rivestono rispettivamente la parete dell’addome e quasi tutti gli organi addominali: stomaco, fegato, milza, intestino tenue e crasso (organi intraperitoneali).

Tipo di motilità – 3 tipi di attività motoria del tubo gastroenterico

Peristalsi

Sede: esofago, stomaco distale, intestino tenue, intestino crasso

Funzione principale: propulsione. La peristalsi è un’onda di contrazione che normalmente si sposta nel tubo digerente in direzione aborale.

Segmentazione ritmica

Sede: intestino tenue, intestino crasso

Funzione principale: rimescolamento. I movimenti di segmentazione o movimenti di rimescolamento sono contrazioni ritmiche dello strato circolare che hanno lo scopo di rimescolare e frammentare i contenuti intestinali. Non si verificano nell’esofago e nello stomaco.

Contrazione tonica

Le contrazioni toniche, che sono contrazioni relativamente prolungate, sono presenti a livello della parte prossimale dello stomaco e degli sfinteri. Le funzioni delle contrazioni toniche degli sfinteri sono quelle di bloccare il passaggio di materiale, di separare un compartimento dall’altro e di prevenire il reflusso dei contenuti luminali.

Attività secretoria

Nel tratto gastrointestinale le ghiandole secretorie hanno due funzioni fondamentali:

• Secernono enzimi digestivi lungo tutto il tratto, dalla bocca all’intestino
• Secernono muco a funzione lubrificante

In generale le secrezioni digestive avvengono solo in presenza di cibo e sono differenti a seconda del tipo di cibo presente.

Attività digestiva

Consiste nella trasformazione delle grosse molecole organiche contenute nel cibo in molecole più piccole.

Attività assorbente

Meccanismi con cui i prodotti della digestione passano attraverso la parete dell’intestino al sangue e alla linfa che a loro volta li trasportano alle cellule dei tessuti.

Controllo nervoso

Il sistema nervoso enterico svolge un ruolo di primaria importanza nel coordinare le attività del tubo gastroenterico.

• Plesso sottomucoso – controlla secrezioni
• Plesso mienterico – controlla motilità gastrointestinale

Controllo ormonale

• Gastrina: secreta dallo stomaco, gioca un ruolo importante nel controllo della secrezione gastrica acida
• Colecistochinina (CCK): secreta dall’intestino tenue, stimola la secrezione degli enzimi pancreatici e della bile
• Secretina: secreta dall’intestino tenue, stimola la secrezione di fluidi ricchi di bicarbonato dal pancreas e dal fegato
• GIP (peptide insulinotropico glucosio-dipendente): secreto dall’intestino tenue

Bocca o cavità orale

La bocca è il primo tratto dell’apparato digerente, il luogo in cui vengono introdotti gli alimenti e inizia la digestione meccanica e chimica del cibo. La digestione meccanica consiste nella rottura delle grosse particelle di cibo in pezzi più piccoli attraverso l’azione di masticazione dei denti. Masticare non crea cambiamenti nella composizione chimica nel cibo, ma ha la funzione di rendere più rapida ed efficace la successiva digestione chimica, cioè la demolizione delle macromolecole in molecole più piccole operata da enzimi digestivi.

In bocca, la digestione chimica è effettuata dalla saliva, prodotta dalle ghiandole salivari e contenente l’enzima ptialina (amilasi salivare), che idrolizza l’amido formando il disaccaride maltosio.

• Amido (carboidrato complesso, formato da molte catene lineari e ramificate del monosaccaride glucosio).

Lingua

La funzione principale della lingua è:

• Processamento meccanico
• Assistenza alla masticazione e alla deglutizione
• Analisi sensoriale mediante recettori del tatto, della temperatura e del gusto

Funzioni della saliva

• Bagna la cavità orale e facilita la deglutizione
• Agisce come solvente per le molecole che stimolano gli organi del gusto
• Lubrifica lingua e labbra e quindi è importante per la fonazione
• Partecipa alla pulizia della lingua e dei denti
• Ha azione antibatterica perché contiene lisozima e IgA
• Partecipa alla digestione dell’amido perché contiene amilasi

Muco

Il muco è composto da acqua, elettroliti, glicoproteine. È leggermente differente nelle varie porzioni del tratto gastrointestinale, ma ha comunque le stesse funzioni:

• Proprietà adesive che fanno aderire il cibo alle pareti dell’organo
• Protegge la mucosa dall’azione degli enzimi digestivi
• Azione lubrificante per far scorrere il cibo
• Forma la massa fecale facendo aderire le particelle
• Le glicoproteine svolgono un’azione protettiva contro variazioni del pH (in genere è presente bicarbonato)

Faringe

La faringe fa parte anche dell’apparato respiratorio ed è la via attraverso cui l’aria entra nella laringe. Durante la deglutizione, la respirazione viene inibita e l’entrata della laringe è coperta da un lembo di cartilagine detto epiglottide, in modo che il bolo imbocchi la via giusta cadendo nell’esofago.

Esofago e digestione - deglutizione

Guarda “Fisiologia – Sistema digerente (2)”

Processo della deglutizione

Fase orofaringea

Il bolo viene spinto in alto e indietro nella bocca per effetto dell’azione esercitata sul palato duro dalla lingua;

• Il passaggio del bolo nella faringe stimola recettori tattili (sensibili alla distensione delle pareti) che danno inizio al riflesso della deglutizione
• Il palato molle viene spinto verso l’alto impedendo il riflusso del cibo nelle cavità nasali
• Le corde vocali vengono stirate e l’epiglottide chiude la laringe impedendo l’ingresso del cibo in trachea
• Lo sfintere esofageo superiore si rilascia per ricevere il bolo
• I muscoli costrittori della faringe si contraggono e si origina un’onda peristaltica che spinge il bolo nell’esofago

Fase esofagea

Appena il bolo è entrato nell’esofago, lo sfintere esofageo superiore si contrae e inizia un’onda peristaltica che si propaga lungo l’esofago. Durante la fase esofagea il cibo passa nell’esofago attraverso lo sfintere esofageo superiore (SES).

Nell’esofago si trovano due tipi di peristalsi:

Peristalsi primaria: è una continuazione dell’onda peristaltica iniziata nella faringe. Il cibo passa attraverso l’esofago e arriva allo stomaco in 4-5 secondi aiutato anche dalla forza di gravità.