Fisiologia

Fisiologia lezione 1

Lunedì 1 marzo

Il nutrizionista affronta la nutrizione per mantenere la salute umana o promuovere una terapia di primo livello di patologie come l'ipertensione. È necessario studiare come funziona l’organismo e capire la complessità dell’organismo umano. Si studiano le cellule e si scopre che molte patologie come tumori, cardiopatia ischemica o malattie cronico-degenerative coinvolgono dei meccanismi infiammatori. La dieta è ricca di composti anti-infiammatori come il resveratrolo. Se consumo alimenti con resveratrolo, riduco lo stato infiammatorio che media lo sviluppo di patologie? Ciò non significa che il consumo di vino rosso sia benefico per via del resveratrolo.

La curcuma ha un effetto antinfiammatorio. Diamo alle donne gravide curcuma per fare bene? C’è una grande radice biologica, ma conoscere il meccanismo non ci permette di capire se ciò farà bene o male all’organismo. Il consumo di vino rosso con resveratrolo si associa ad etanolo, che porterà dei problemi epatici. È importante comprendere come funziona l'organismo per capire come l'assunzione di alimenti può modificare un organismo nella sua complessità.

Nozioni di base

La fisiologia spiega il funzionamento dell’organismo e presuppone nozioni di:

• Biochimica
• Anatomia
• Biologia cellulare
• Fisica ingegneria

Spiegare il funzionamento dell'organismo ci serve per relazionarlo con la fisiopatologia. Si è in salute quando l’organismo funziona normalmente. Quando succede qualcosa per cui l’organismo non riesce più ad adattarsi all’ambiente e si altera il funzionamento interno, allora si ha un'alterazione definita fisiopatologia. Il funzionamento fisiologico diventa patologico. Questo ci serve per comprendere l’ambito della nutrizione. Ci fa capire come mai non ci focalizziamo tanto sulla fisiologia della nutrizione, ma su come quelle funzioni si relazionano al funzionamento normale dell’organismo.

Ambito nutrizionale

Ci interessa l’ambito nutrizionale, ma dobbiamo comprendere il funzionamento a tutto tondo perché la nutrizione influenza tutti i sistemi. Il libro di testo utilizzato è Stanfield. L'esame sarà orale in cui viene posta una domanda per ogni tema da 1 a 9 del programma.

Concetti basilari

Cosa significa omeostasi e livelli di comunicazione. Omeostasi - Cos’è e come sono fatti i meccanismi di regolazione omeostatica. La fisiologia si occupa di omeostasi e di sistemi omeostatici. Studiare fisiologia è come studiare come si va in bicicletta. La fisiologia ha a che fare con il funzionamento e il processo per cui ci adattiamo alle situazioni. Siamo sempre in movimento con perturbazioni dell'equilibrio a cui rispondiamo transitoriamente e dinamicamente.

Comprendere il meccanismo di funzionamento ci consente di capire per quale motivo si hanno dei problemi e si ha fisiopatologia. Posso controllare la mia pressione entro certi limiti, ma quando si verificano certe condizioni come un’alimentazione troppo ricca di sodio, i meccanismi omeostatici che sono deboli si ha una problematica. Omeostasi è il mantenimento della stabilità dell’ambiente interno dell’organismo.

Sistemi di controllo

Questa stabilità ha una caratteristica molto importante. La stabilità è dinamica, sempre in movimento, che implica l'esistenza di variabili regolate come la temperatura che oscilla in continuazione e si innescano meccanismi per mantenerla in valori ottimali.

• Concentrazione plasmatica di soluti come glicemia
• Volume e pressione plasmatica

Per queste variabili regolate ci sono dei sistemi di controllo. Studeremo sistemi di controllo delle variabili regolate più importanti. Per ogni sistema di regolazione dobbiamo capire la variabile regolata di cui ci occupiamo e poi prendiamo a prestito dalla fisica il linguaggio dei sistemi di controllo. Gli elementi del sistema sono:

• Sensori (barocettori per la pressione che stanno nelle arterie. Valutano come si estendono le arterie ad ogni battito cardiaco) registrano il valore della variabile regolata ed inviano input ai centri integrativi. I barocettori, per esempio, mandano segnali nervosi a centri integrativi nel tronco encefalico. Il rene, quando avverte che la pressione di perfusione è troppo bassa, manda un input che è la renina che attiva un sistema a cascata dell’angiotensina.
• Inputs
• Centri integrativi: confronta il valore della variabile regolata con un certo set-point. Così il centro integrativo manda un output ad un elemento effettore.
• Outputs: barocettori mandano input al centro integrativo che manda output con il sistema nervoso simpatico a degli elementi effettori che sono centri che decidono ritmo del cuore e muscolatura del cuore stesso. Questi output aumenteranno la frequenza cardiaca e la contrazione cardiaca per far aumentare la gittata cardiaca. La gittata cardiaca è uno degli elementi che controllano la pressione.
• Elementi effettori

Il meccanismo di controllo così esposto si chiama feedback negativo. È un sistema di controllo che utilizza dei set-points e dei sensori che producono input diretti a centri integrativi (confrontano valore pervenuto) che emettono output diretti ai centri effettori: quando la variabile regolata supera il set-point gli elementi effettori tendono a riportarla entro i limiti. Sistema di controllo che produce una risposta opposta alla variazione di un parametro regolato che ha originato questa risposta. Questo mantiene la stabilità del nostro ambiente interno.

La maggior parte dello studio della fisiologia studia questi sistemi di controllo. Diverso stato di nutrizione influenza la capacità di comprendere questi meccanismi omeostatici. Questa stabilità dell’ambiente interno dell’organismo non è statica, ma dinamica. La variazione delle variabili regolate è fondamentale. Il nostro organismo getta benzina sul fuoco e a volte mette in atto sistemi a feedback positivo che tendono ad amplificare cambiamento registrato dai sensori. Si creano delle risposte a valanga che fanno creare loro stesse instabilità. Poi queste risposte a feedback positivo sono riportate nella normalità grazie al feedback negativo.

Per esempio: un neurone mantiene la propria polarizzazione di membrana in un equilibrio che è instabile. Quando al neurone arrivano dei segnali, questo deve decidere se lasciarle perdere oppure se sono sufficienti da far sì che si crei un potenziale di membrana, che viene incrementato da un feedback positivo. Si origina così un segnale che è il modo con cui i neuroni funzionano. Dopodiché un feedback negativo porta tutto alla situazione di prima. Una volta che un feedback positivo agisce, ci devono essere dei fenomeni di negativo che vanno a controllare il fenomeno, come nel caso della coagulazione.

Eventi del ciclo mestruale: degli ormoni promuovono l’ovulazione così l’ovulo stesso comincia a produrre ulteriori quantità di ormoni con un’amplificazione di ormoni che tende ad amplificare il cambiamento e spingere l’attività. I meccanismi a feedback negativo riportano tutto nella norma. L'instabilità dell’organismo è quindi legata a dei cicli che coinvolgono sia feedback negativo che positivo. Il positivo è un meccanismo di controllo in cui si produce una variazione che va nella stessa direzione in cui è cambiata la variabile regolata. Il negativo invece si oppone al cambiamento registrato.

Sistema a feedback

La temperatura ambientale può variare molto anche ad onda quadra. La mia temperatura corporea però scende con un certo ritardo. L'ambiente esterno può far variare il parametro in maniera molto veloce, ma nell’organismo deve seguire una certa cinetica. Grazie al feedback negativo la variabile ritorna su. In realtà il parametro non è mai perfettamente sul set-point.

Mangio —> un sensore capisce questo aumento —> sale la glicemia —> cellula pancreatica produce insulina che è un output —> effettori sono tessuti insulino-sensibili come fegato e muscolo. Tali effettori agiscono in modo diverso:

• Muscolo: aumento uptake di glucosio
• Fegato: aumenta uptake e riduce output di glucosio

La glicemia così scende e torna al valore normale, ma non esattamente al set-point. Insulinoresistente resiste ad azione di insulina e così il pancreas rovescia molta insulina in circolo. La glicemia scende così tanto che si può giungere ad una ipoglicemia postprandiale. La glicemia si alza tanto e l'insulina si alza proporzionalmente. Dopo pasto ad alto indice glicemico la persona che soffre di iperglicemia allora va incontro ad ipoglicemia postprandiale perché il sistema di controllo della glicemia è diventato instabile.

Nei sistemi fisiologici reali ci sono sempre delle oscillazioni. Può accadere che non venga immediatamente smorzata. I sistemi sono ridondanti. Sono tre. Il numero di sistemi di regolazione è critico: consideriamo il sistema di regolazione della glicemia. La glicemia normale a digiuno è di 80 mg/dl. Se la faccio scendere di 60 mg/dl ottengo 20 mg/dl, che è una situazione critica. I neuroni hanno continuo bisogno di energia e se hanno poca energia muoiono. Si perde lo stato di coscienza. Con 20 di glicemia si va in coma ipoglicemico e i neuroni muoiono. La glicemia che scende verso il basso è controllata da glicogenolisi, gluconeogenesi che sono output come glucagone, adrenalina, cortisolo, GH (alzano la glicemia). Ci sono tante risposte ridondanti. Ammalarsi di ipoglicemia è raro in assenza di diabete. Persone non diabetiche che hanno ipoglicemia sono rare.

Se la glicemia sale da 80 a 140? Se sono a digiuno allora ho diagnosi diabete. Se sale molto si ha poliuria, calo ponderale e polidipsia. La persona muore se la glicemia va oltre 800. Quattro sistemi di controllo alzano la glicemia che scende. Per abbassare la glicemia che sale quanti ce ne sono? Solo l’insulina. Esistono dei problemi alle cellule alfa che secernono glucagone, problemi sulla secrezione di cortisolo, problemi sulla secrezione di catecolamine o di GH, però se uno di questi sistemi fallisce gli altri vicariano. L'ipoglicemia si determina se una persona è a digiuno. Selettivamente sono evoluti molti sistemi che creano dei feedback negativi sulla glicemia che scende. Ci sono molteplici meccanismi di controllo, dobbiamo capire le potenziali fragilità dei sistemi di controllo.

Chi si allena usa feedback negativo. Finite le prime sessioni di allenamento siamo debilitati, si mettono in atto dei meccanismi omeostatici che potenziano i muscoli e ci permettono di adattarci alle risposte vascolari e all'esercizio fisico. Bisogna dare una perturbazione sostenibile a cui ci si possa adattare. L'allenamento va calibrato in modo opportuno. Atleti che fanno sovra-allenamento si affaticano troppo e la performance si riduce. Si ha una pressione allostatica troppo forte per i meccanismi di adattamento.

Concetti spiegati

• Omeostasi
• Linguaggio

Fisiologia lezione 2

Martedì 2 marzo

Vediamo ancora alcuni concetti introduttivi. Importanti sono i sistemi di controllo a feedback positivo e negativo. Vediamo livelli di analisi dei sistemi fisiologici. Possiamo identificare cellule che sono fatte di molecole. Si raggruppano in tessuti, organi, sistemi. La comprensione del funzionamento dell’organismo deve tenere conto del fatto che lo si può analizzare a diversi livelli. Importante capire il dialogo tra diversi organi.

Per esempio, il fegato produce glucosio che va al cervello e altri tessuti e anche al muscolo. Nel muscolo gli scheletri carboniosi del glucosio danno luogo a piruvato e alfachetoglutarato. Questi sono considerabili dei chetoacidi. Piruvato è chetoacido di alanina e alfabeto del glutammato. Il muscolo prende gli scheletri carboniosi e carica su questi dei gruppi amminici, che derivano dal catabolismo muscolare degli AA. Il muscolo esporta così alanina e glutamina. Alanina direttamente va al fegato per rifare glucosio e urea. Glutamina va in intestino che rilascia alanina che va ancora al fegato. Il rene in condizioni di digiuno prende la glutamina e fa glucosio per il resto dell’organismo: organo glucogenetico di emergenza. Possiamo quindi studiare le reazioni biochimiche, ma poi nella dinamica dobbiamo immaginarci come si realizzano situazioni nella fisiologia normale.

L’organismo si può analizzare a più livelli: si può studiare la composizione corporea. Possiamo analizzare il corpo a livelli diversi, più semplificati o più complessi. L’effetto di trasferire qualcosa visto in uno studio a livello tissutale o cellulare fino a portarlo a livello sistemico spesso è sbagliato. Attenzione ai vari livelli di complessità a cui si fanno le analisi e poi si traggono evidenze.

Tipi di cellule

Nell’organismo a livello cellulare ci sono quattro principali tipi di cellule che fanno cose differenti:

• Neuroni: cellule del sistema nervoso; hanno la caratteristica di produrre potenziale d’azione; trasmettono segnali generati da improvviso rovesciamento del potenziale di membrana.
• Cellule muscolari: muscolo scheletrico (si contraggono se arriva impulso nervoso da parte di un neurone); muscolo liscio (più piccole, tipiche delle visceri come intestino, vie urinarie, muscolatura delle arterie); muscolo cardiaco (cellule modificate per stare nel cuore; il cuore batte da solo, ha un sistema di conduzione intrinseco che genera il ritmo). Queste cellule hanno capacità di contrarsi.
• Cellule epiteliali: ricoprono i confini di organismo tra ambiente esterno e interno. Epidermide, mucose degli apparati.
• Cellule connettivali: sono diverse tra di loro; cellule del sangue, delle ossa (osteoclasti e osteoblasti), fibroplasti, adipociti.

Le cellule simili con comune origine embrionale e funzione sono tenute insieme da sostanza intercellulare a formare tessuti. I tessuti in generale sono tutti abbastanza coerenti e le cellule sono simili tra di loro, legate da dei ponti e giunzioni di vario tipo.

Tessuti primari

Ci sono quindi quattro tipi di tessuti primari:

• Tessuto epiteliale
• Tessuto connettivale
• Tessuto muscolare
• Tessuto nervoso

Da dove originano? Le cellule dei tessuti hanno origine embrionale simile. Da un'unica cellula fertilizzata si arriva all’organismo completo maturo con la sua fisiologia. Fertilizzazione - zigote- morula- blastula- gastrula. In pochi giorni si ha una polarizzazione dell’organismo in sviluppo e tale polarizzazione forma una specie di disco, da cui si specializzano tre tipi diversi di tessuti:

• Mesoderma
• Ectoderma
• Endoderma

Come si fa con tre foglietti a creare l’organismo nella sua complessità? Il sistema nervoso nasce dal foglietto ectoderma. Il foglietto dà origine ad un tubo neurale, che si chiude male se manca l’acido folico e si hanno difetti del tubo neurale, spina bifida per esempio, classica patologia dello sviluppo del feto quando manca acido folico.

Tessuto connettivale

Esiste un’abbondante quantità di materiale intercellulare chiamato matrice extracellulare che viene prodotta e secreta dalle cellule. Ci sono macrofagi, fibre reticolari, adipociti, fibre collagene, fibroblasti, fibre elastiche, plasma cellule, neutrofili, eosinofili, mastociti (pieni di granuli di istamina —> reazioni allergiche).

Le cellule si organizzano in tessuti —> organi —> sistemi. I sistemi del corpo umano sono 11 e dobbiamo conoscerli. Sono molto importanti per poter comprendere moltissime funzioni fondamentali dell’organismo. In realtà non sono così facili da distinguere tra di loro. Il sistema riproduttivo coinvolge degli organi come l’ovaio, che appartiene al sistema endocrino in quanto produce ormoni. Se guardiamo il sistema endocrino, vediamo che la midollare del surrene produce l’adrenalina, che sono dei neurotrasmettitori, quindi fanno parte del sistema nervoso.

Sistema tegumentario

Ha lo scopo di protezione. Fatto da cute e strutture da essa derivate, come peli, ghiandole sudoripare e sebacee. Epidermide, sotto al quale si ha tessuto connettivale ricco di cellule connettivali, tra cui cellule del tessuto adiposo. I sistemi di organi sono fatti quindi di tanti tessuti.

Le funzioni:

• Protezione del corpo a livello meccanico e chimico. La cute ci separa dall’esterno.
• Regolazione della temperatura: ghiandole sudoripare fanno abbassare la temperatura, alta vascolarizzazione.
• Eliminazione di scorie: eliminiamo parte dell’acqua con la cute in due modi. Con la sudorazione e inoltre perdiamo vapore. Sia sudorazione che traspirazione. In un ambiente molto secco noi ci disidratiamo facilmente. Eliminiamo acido urico e sali attraverso la cute.
• Importante nella sintesi della vitamina D con esposizione alla luce solare. Quando le persone non possono essere sottoposte alla luce solare si ha una carenza di vitamina D. Quindi essenziale per il funzionamento del sistema endocrino. Vitamina D va considerata come un ormone.
• Importante per la relazione con il mondo esterno. Riconosce sensazioni tattili, dolorose e termiche. Malattia epidemica legata allo stato di nutrizione è il diabete e tra le complicanze croniche si ha la neuropatia, ovvero l’ammalarsi del sistema nervoso che innerva la cute. Incapacità di riconoscere anche piccole ulcere che si formano.
• Termoregolazione: capacità di riconoscere caldo e freddo.

Sistema muscolare

Composto da tessuto muscolare scheletrico. Generalmente i muscoli scheletrici sono attaccati alle ossa. La funzione del muscolo scheletrico è quella di produrre movimenti corporei, ma anche di mantenere la postura e di generare calore (spendendo energia).

Sistema scheletrico

Formato di ossa, articolazioni e cartilagini associate. Il rachitismo è una patologia ossea di mancanza del calcio. Al sistema scheletrico appartengono anche le articolazioni. Le persone con obesità hanno delle patologie articolari più frequenti per carico meccanico e aumento dello stato infiammatorio che favorisce la più veloce rarefazione dell’osso e insorgenza di osteoporosi. Lo stato infiammatorio sta alla base dell’artrite reumatoide: patologia infiammatoria di articolazioni e anche sistemica.