Fisiologia - Appunti
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ossia l'aumento della velocità di conduzione dei potenziali d'azione (infatti si raggiunge più facilmente al
valore soglia)
(*) più alta si intende in senso assoluto, considerando infatti il segno (-) -60 è più basso di -50.
Il sistema nervoso vegetativo parasimpatico, è capace di modificare l'attività cardiaca attraverso i suoi
collegamenti nervosi (nervo vago) che giungono principalmente al tessuto miocardico specifico, e in
particolare al nodo seno-atriale.
Poichè il parasimpatico è antagonista del simpatico, esso originerà effetti inibenti (negativi). L'effetto
maggiore che il parasimpatico ha sul cuore è un effetto cronotropo negativo, a cui si possono aggiungere un
effetto batmotropo negativo ed uno dromotropo negativo, ma di minor entità. Il parasimpatico non crea un
effetto inotropo, poiché non innerva il tessuto miocardico comune, ma solo quello specifico.
Considerando la definizione di riflesso: "atto motorio involontario conseguente ad uno stimolo adeguato",
possiamo considerare le modificazioni della attività cardiaca come dei riflessi. Un riflesso cardiaco è
costituito quindi da:
- vie efferenti orto- e para-simpatiche che vanno dal bulbo al cuore: per la precisione dal bulbo prendono
origine sia vie parasimpatiche (il parasimpatico è localizzato nel bulbo e nel midollo sacrale), sia altre vie che
raggiungono il midollo spinale toracico, dal quale partono verso il cuore le vie orto-simpatiche vere (l'orto-
simpatico è localizzato nel midollo spinale toracico).
- cuore, organo bersaglio o effettore dei comandi ricevuti dal bulbo, e poi - barocettori, che rilevano la
pressione - vie afferenti che portano al bulbo le informazioni dalla periferia dei vasi.
I recettori e le vie afferenti
La pressione sanguigna può essere considerata il parametro principale del sistema cardio circolatorio. La
pressione arteriosa, in particolare, deve poter essere mantenuta costante, aumentata o diminuita a seconda
delle diverse esigenze dell'organismo. I principali "sensori" che controllano la pressione nelle arterie sono
situati nell'arco aortico e alla biforcazione tra carotide esterna ed interna (non sono presenti nel cuore).
Vengono chiamati barocettori, rilevatori di pressione, anche se in realtà rilevano lo stiramento della parete
elastica delle arterie, conseguente (e proporzionale) alla pressione del sangue nelle arterie stesse.
Le informazioni dai barocettori raggiungono il bulbo, che ovviamente riceve molte altre informazioni da tutto il
corpo. Dopo aver valutato tutte le informazioni in suo possesso il bulbo modifica in modo appropriato il
comportamento del cuore, attraverso il sistema vegetativo orto e parasimpatico (meccanismi sopra visti).
I capillari
Lo scambio di gas e di sostanze tra il sangue ed i tessuti avviene tramite i capillari, ed è facilitato sia dal
notevole valore risultante dalla somma di tutti i loro diametri, sia dalla ridotta velocità del sangue. Tutti gli
organi del corpo umano sono irrorati, tranne gli epitelî di rivestimento, la cornea e il cristallino dell'occhio e le
cartilagini completamente sviluppate.
La parete dei capillari è costituita da uno strato di cellule endoteliali e da una lamina basale. In alcuni organi,
per esempio nell'encefalo, si trovano intorno alla parete dei capillari, alcune cellule contrattili che possono
agire sui capillari stessi. Queste cellule sono dette periciti.
Le cellule endoteliali sono generalmente disposte una accanto all'altra. Lo scambio di sostanze avviene in
entrambe le direzioni, attraverso le cellule (scambio transcellulare) oppure fra le cellule (scambio
intercellulare). I capillari di vari organi possono presentare differenze tra loro. Di seguito vengono descritti tre
importanti tipi di capillari.
- capillari con cellule endoteliali senza fenestrature - (muscoli, encefalo, polmoni), gli scambi sono di norma
transcellulari e avvengono tramite pinocitosi
- capillari con cellule endoteliali con fenestrature - negli organi nei quali lo scambio di sostanze è notevole
(anse intestinali, ghiandole endocrine) le cellule endoteliali si presentano in molti punti così assottigliate da
formare delle fenestrature, probabilmente causate da una eccessiva attività di pinocitosi.
- capillari con cellule endoteliali che presentano spazi intercellulari - nei capillari sinusoidi del fegato e dei
glomeruli renali esistono degli spazi tra una cellula e l'altra, in modo che le molecole dalle dimensioni adatte
possono passare direttamente nei tessuti circostanti.
Il funzionamento dei capillari: l'ipotesi di Starling
Si può schematizzare il sistema arterìola - capillare - venula con una "U " (vedi figura 1). In un sistema di tal
genere alcune sostanze escono e diffondono negli interstizi tessutali. Altre sostanze invece entrano nel
capillare per essere drenate verso le vene. Il meccanismo con cui avvengono questi movimenti è spiegabile
mediante diverse ipotesi. L'ipotesi che si basa sulle diverse pressioni nell'arterìola, nel capillare e nella
venula è detta ipotesi di Starling.
Il sangue percorre l'arterìola con una pressione circa pari a 32 mmHg. Questa pressione fa muovere il
sangue attraverso l'ansa capillare verso la venula. Questa stessa pressione fa uscire le sostanze appropriate
dal capillare (pressione di filtrazione). La pressione di filtrazione è ostacolata dalla pressione oncotica, pari a
circa 25 mmHg verso l'interno del capillare. La pressione di filtrazione risultante verso l'esterno quindi è data
da 32-25 = 7 mmHg verso l'esterno del capillare.
Man mano che il sangue procede, essendo il suo flusso viscoso, incontra una resistenza R il cui valore è
dato da: 8 v l/* r^4.
v = velocità, può avere piccole variazioni, la consideriamo costante l = lunghezza o distanza dal cuore,
aumenta man mano che il sangue procede nei capillari r = raggio del capillare, può presentare piccole
variazioni, lo consideriamo costante.
Poichè l'unica variabile è la lunghezza si ha che la resistenza aumenta mentre il sangue procede nel
capillare.
Poichè il flusso F del sangue è definito come ÆP/R, affinché resti costante, all'aumentare di R deve
aumentare anche ÆP (definita come pressione all'inizio del capillare meno pressione alla fine del capillare).
L'incremento di ÆP è dato dalla diminuzione della pressione alla fine del capillare (tra capillare e venula vale
circa 12 mmHg, nella vena cava vale 1 o 2 mmHg).
Considerando che tra capillare e venula la pressione verso l'esterno è di circa 12 mmHg, e che la pressione
oncotica, che rimane costante, è di 25 mmHg verso l'interno, si ha una pressione di filtrazione risultante di
25-12 = 13 mmHg verso l'interno del capillare. Si può spiegare così sia l'espulsione delle sostanze utili ai
tessuti da parte del capillare "arterioso" sia l'assorbimento delle sostanze da asportare da parte del capillare
"venoso".
Tutte le sostanze che non vengono assorbite dalla rete capillare venosa vengono prelevate dai capillari
linfatici. Essi quindi drenano liquidi e grosse molecole, operando a pressioni molto basse (12 mmHg circa, a
livello dei capillari, 1 o 2 mmHg a livello dei grossi dotti linfatici).
Un eventuale aumento di pressione a livello dei capillari venosi può rendere nullo il ÆP verso l'interno del
capillare, e ciò impedirà l'assorbimento dei liquidi interstiziali (edema).
I limiti quantitativi dell'irrorazione
Nella Introduzione al Sistema Cardiocircolatorio abbiamo visto che, a proposito dei princìpi di economia da
rispettare, è necessario far uso del minor volume di sangue possibile, ossia: il sangue che un individuo
possiede non è mai in grado di irrorare in maniera ideale tutti i distretti contemporaneamente.
NB: sebbene nel paragrafo precedente abbiamo semplificato il sistema arterìola - capillari - venula con una
"U ", in realtà tra una arterìola ed una venula ci sono molti capillari, una vera e propria arborizzazione, che
può essere più o meno chiusa. Nel caso essa sia completamente chiusa entra in funzione un canale
(anasotomosi artero-venosa) che porta il sangue dall'arterìola direttamente nella venula, bypassando
l'arborizzazione capillare.
L'equilibrio nella irrorazione di diversi distretti è reso possibile dalla capacità delle arterìole di impedire o
permettere il passaggio del sangue verso i capillari che da esse si originano. Le arterìole infatti sono dotati di
sfinteri pre-capillari, ossia ingrossamenti dello strato muscolare (liscio) innervati dall'ortosimpatico, che
hanno la funzione di restringere i capillai, se necessario (l'allargamento avviene passivamente con la
pressione sanguigna).
In ogni momento quindi molti capillari sono chiusi, ed una loro eventuale apertura (per motivi patologici o
altro) causa una deficienza di sangue innanzitutto nelle strutture situare più in alto del cuore, ossia quelle
che ricevono il sangue contro la forza di gravità.
Gli sfinteri pre-capillari sono sensibili anche a sostanze prodotte dagli interstizi del tessuto. Queste sostanze
agiscono modificando la sensibilità dei capillari agli stimoli del sistema nervoso autonomo, cosicché si abbia
un comportamento adeguato alla situazione "locale" (es: vasodilatazione locale). Quindi la situazione locale
ha priorità sugli "ordini" mandati dal sistema nervoso, nel senso che può renderli più o meno efficaci.
Esempio: le sostanze presenti nell'apparato digerente in fase di assorbimento hanno proprietà vaso-
dilatatrici, per facilitare l'assorbimento stesso. L'orto- ed il para-simpatico in questa situazione "controllano"
che l'apparato digerente non convogli verso di se troppo sangue. Ci si può accorgere di una vasodilatazione
locale tramite i barocettori, che rilevano nell'atrio destro una diminuzione del flusso di ritorno venoso.
Una variazione di questo genere viene comunicata al bulbo, che promuove essenzialmente una vaso-
costrizione splancnica (il distretto splancnico è rappresentato dalla zona occupata dai visceri).
Successivamente può essere aumentata la frequenza cardiaca e infine si può comandare una vaso-
costrizione periferica in distretti che in quel momento non stanno "lavorando". Ricordiamo che la
vasocostrizione non può essere attuata nella zona interessata alla vaso-dilatazione locale poiché lì le fibre
muscolari sono state rese insensibili.
In casi particolari, quando due o più distretti impongono una vasodilatazione locale, il sangue può non
essere sufficiente, e anche i meccanismi di equilibrio organizzati dal bulbo possono non bastare. Il primo
distretto a risentire di questa situazione è il cervello, l'organo con la minor riserva ischemica. Ciò può
provocare per esempio uno svenimento.
I capillari, il piccolo circolo ed il ritorno venoso
Il piccolo circolo (circolo polmonare) ha la funzione di ossigenare il sangue venoso, e di espellere l'anidride
carbonica. Il nutrimento dei polmoni è assicurato invece dalle arterie polmonari, estranee al piccolo circolo. Il
piccolo circolo è costituito da un vasto letto capillare e da piccole distanze: da ciò segue (si può applicare la
formula della resistenza R e la definizione di flusso = ÆP/R) che esso è un circolo a bassa pressione e privo
di pulsazioni.
Il sangue dai capillari torna alle vene e all'atrio destro perché viene spinto da varie forze, che in ordine di
importanza sono:
- vis a tergo: ciò che rimane della spinta data dal ventricolo sinistro, tra capillari e venule ha un valore di circa
4 o 5 mmHg.
- vis a latere: forza originata principalmente dalla contrazione di venule e vene per mezzo dei muscoli che le
circondano, ed originata in misura minore dagli accoppiamenti artero-venosi (le pulsazioni arteriose aiutano il
sangue della vena adiacente a risalire)
- vis a fronte: forza di "aspirazione" esercitata dai polmoni: durante l'inspirazione l'abbassamento del
diaframma causa nella cassa toracica una pressione negativa (minore di quella atmosferica). Le grosse
vene che stanno nella cassa toracica, che lo ricordiamo hanno un lume che può essere allargato, risentono
di questa differenza di pressione, e si verifica una "aspirazione". Contemporaneamente sotto la cassa
toracica (sotto il diaframma) si ha un aumento della pressione, che spinge il sangue venoso verso il cuore.
Fisiologia dell'Apparato Respiratorio
Introduzione
La funzione principale dell'apparato respiratorio è di arricchire il sangue di ossigeno O2 e di eliminare
l'anidride carbonica CO2. Esso contribuisce anche al mantenimento del PH del sangue (vedi il (**) nel §
Introduzione del Sistema Cardiocircolatorio). I principali stadi implicati nel passaggio di O2 dalla atmosfera ai
tessuti dell'individuo sono:
- ventilazione dell'alveolo polmonare. Poichè l'alveolo si trova all'interno del corpo (lontano dall'atmosfera) è
necessario ricambiare attivamente l'aria negli alveoli. Questa attività si chiama ventilazione, mentre è
improprio chiamarla respirazione.
- diffusione, ossia passaggio di O2 dall'alveolo al capillare e passaggio di CO2 dal capillare all'alveolo,
avviene passivamente
- accoppiamento ventilazione/ flusso ematico: gli alveoli, oltre che ventilati, devono essere anche irrorati.
Esistono però anche situazioni (non patologiche) nelle quali si può avere sono ventilazione o solo
irrorazione.
- trasferimento di sostanze dai capillari alle cellule e viceversa, ciò avviene passivamente.
Durante lo studio dell'apparato respiratorio è bene ricordare che gli scambi respiratori sono passivi, ossia
avvengono in seguito a determinate variazioni di pressione, mentre il trasporto dei gas (O2 e CO2) avviene
attivamente. Tutti i meccanismi degli scambi respiratori possono essere descritti da alcune leggi dei gas, tra
le quali:
- la legge dei gas ideali: Pressione * Volume = numero di moli * R (costante) * Temperatura - la legge di
Dalton: pressione parziale = frazione molare * pressione totale, pi = xi * P - la legge di Henry: la
concentrazione di un gas x disciolto in un liquido è direttamente proporzionale alla pressione del gas x
soprastante il liquido.
La ventilazione polmonare
I polmoni non sono in grado di muovesti autonomamente. La cassa toracica ed i muscoli respiratori* hanno il
compito di contrarre e distendere i polmoni. La cassa toracica è costituita da uno scheletro osseo (parte
della colonna vertebrale, costole e sterno, quest'ultimo cartilagineo). Lo spazio intercostale è chiuso da
muscoli intercostali, la parte inferiore è chiusa dal diaframma, quella superiore dai muscoli del collo, della
trachea, dall'esofago e dai fasci vascolosi. L'unica apertura della cassa toracica è costituita dalla trachea.
(*) I muscoli respiratori possono essere divisi in muscoli obbligatori (vitali ) della ventilazione e accessori
(non vitali). Fanno parte del primo gruppo il diaframma e gli intercostali. Fanno parte del secondo tutti i
muscoli con una inserzione sulla gabbia toracica.
Il diaframma è necessario alla inspirazione, mentre non prende parte al processo di espirazione. E' formato
da una lamina sottile, ed è inserito nella parte bassa della gabbia toracica. Ha la forma di una cupola rivolta
verso l'alto, e centralmente possiede una zona tendinea, detta centro frenico, attraversata dall'esofago, dai
grandi vasi eccetera. Il diaframma è innervato dal nervo frenico, che origina dai primi segmenti cervicali (i
nervi dei muscoli intercostali invece escono dal midollo all'altezza dei muscoli stessi).
Il diaframma, nella ventilazione normale (eupnoica) contraendosi si abbassa di 2-3 cm, consentendo così un
aumento del volume della cassa toracica pari a 250 ml circa.
Nella ventilazione il compito dei muscoli intercostali è quello di muovere le costole. Le costole sono articolate
posteriormente con le vertebre, e anteriormente con lo sterno, e sono orientate verso l'avanti e verso il
basso. L'articolazione costola-vertebra è una doppia articolazione, ossia una articolazione che permette
quattro movimenti, che avvengono a due a due sempre insieme: apertura (= espansione
toracica)/innalzamento e chiusura/abbassamento. Questi movimenti sono resi possibili dai muscoli
intercostali e dal fatto che lo sterno è costituito da cartilagine, cosicché la parte anteriore delle costole risulta
parzialmente mobile. I muscoli intercostali esterni sono responsabili dell'innalzamento delle costole, durante
l'inspirazione, mentre gli intercostali interno sono responsabili dell'abbassamento delle costole, durante
l'espirazione (ma come vedremo nel prossimo paragrafo il loro compito è solo parziale).
Meccanica dell'inspirazione
Le costole si alzano, sotto l'azione dei muscoli intercostali esterni, poiché:
- la prima costola è fissa alla clavicola, e quindi non può essere nè sollevata nè abbassata - i muscoli
intercostali esterni, per questioni meccaniche di leve, nella loro contrazione tirano in sù con più forza le
costole inferiori e tirano in giù con meno forza le costole superiori alle quali sono legati, cosicché si ha un
movimento risultante verso l'alto. Ciò accade perchè i muscoli intercostali esterni presentano una inserzione
indietro e in alto rispetto alle costole alle quali giungono con l'altra inserzione, cosicché presentano una leva
migliore sulla costola più lontana, ossia quella inferiore, ciò causa un movimento risultante verso l'alto.
Quando si contrae il muscolo intercostale situato tra la prima e la seconda costola, essendo la prima costola
bloccata, esso non può far altro che sollevare e bloccare la seconda. Il secondo muscolo intercostale, situato
tra la seconda e la terza costola, essendo la seconda bloccata non può far altro che sollevare la terza e così
via.
L'allargamento/innalzamento delle costole crea un aumento di volume pari a 250 ml circa. In particolare
l'allargamento aumenta il diametro laterale, e l'innalzamento aumenta il diametro antero-posteriore della
cassa toracica. Considerando sia l'effetto del diaframma, sia quello dei movimenti delle vertebre, si ha un
aumento di volume totale di 500 ml. L'aumento di volume crea una conseguente diminuzione di pressione,
cosicché l'aria viene "aspirata" dall'esterno verso l'interno. (La quantità d'aria inspirata con una inspirazione
normale viene detta volume corrente).
I polmoni e la gabbia toracica, l'espirazione
I polmoni sono rivestiti dalla pleura, che possiede due strati, tra i quali è contenuta una quantità minima di
liquido pleurico, che ha la funzione di tenere attaccati i due foglietti pleurici, che a loro volta sono attaccati
uno alla parete del polmone, e l'altro alla parete della gabbia toracica. Inoltre il liquido pleurico distribuisce la
pressione della gabbia toracica in maniera uniforme su tutta la superficie polmonare (Legge di Pascal: la
pressione applicata sulla superficie libera di un fluido si propaga su tutte le pareti del contenitore in maniera
uguale )
Un'eventuale entrata di aria tra i due foglietti della pleura li separerebbe ed essa non sarebbe più in grado di
far aderire il polmone alla cassa toracica. I polmoni quindi si ripiegherebbero su loro stessi.
I polmoni infatti tendono a collassare, mentre la cassa toracica tende ad allargarsi. Polmoni e cassa toracica
sono in equilibrio soltanto nell'attimo in cui si termina di espirare l'aria, in condizioni normali (dopo una
espirazione forzata non è una condizione di equilibrio). Ciò è importante, poiché significa che l'espirazione è
un fatto "spontaneo", infatti tende all'equilibrio, mentre l'inspirazione richiede un notevole lavoro muscolare.
Proprio per questo i muscoli intercostali interni, deputati all'abbassamento delle vertebre durante
l'espirazione, devono svolgere un compito minimo, poiché il sistema tende spontaneamente alla condizione
post-espiratoria. Essi invece sono importanti nella espirazione forzata.
Durante la fase della inspirazione il diaframma si contrae e le costole si allagano e si sollevano. Siccome il
torace e i polmoni possiedono differenti raggi di curvatura essi scivolano sull'interno della cassa toracica; lo
scivolamento è reso possibile dal liquido pleurico. Alla fine di una inspirazione in condizioni normali il
diaframma e gli intercostali esterni finiscono di contrarsi, e dopo l'espirazione si torna alla condizione di
equilibrio, senza dispendio di energia.
Nel caso di inspirazione o espirazioni forzate aumenta il volume dell'aria ispirato o espirata. Questi volumi
possono essere misurati con lo spirometro (fig. 1).
Tutte le sostanze che non vengono assorbite dalla rete capillare venosa vengono prelevate dai capillari
linfatici. Essi quindi drenano liquidi e grosse molecole, operando a pressioni molto basse (12 mmHg circa, a
livello dei capillari, 1 o 2 mmHg a livello dei grossi dotti linfatici).
Un eventuale aumento di pressione a livello dei capillari venosi può rendere nullo il ÆP verso l'interno del
capillare, e ciò impedirà l'assorbimento dei liquidi interstiziali (edema).
I limiti quantitativi dell'irrorazione
Nella Introduzione al Sistema Cardiocircolatorio abbiamo visto che, a proposito dei princìpi di economia da
rispettare, è necessario far uso del minor volume di sangue possibile, ossia: il sangue che un individuo
possiede non è mai in grado di irrorare in maniera ideale tutti i distretti contemporaneamente.
NB: sebbene nel paragrafo precedente abbiamo semplificato il sistema arterìola - capillari - venula con una
"U ", in realtà tra una arterìola ed una venula ci sono molti capillari, una vera e propria arborizzazione, che
può essere più o meno chiusa. Nel caso essa sia completamente chiusa entra in funzione un canale
(anasotomosi artero-venosa) che porta il sangue dall'arterìola direttamente nella venula, bypassando
l'arborizzazione capillare.
L'equilibrio nella irrorazione di diversi distretti è reso possibile dalla capacità delle arterìole di impedire o
permettere il passaggio del sangue verso i capillari che da esse si originano. Le arterìole infatti sono dotati di
sfinteri pre-capillari, ossia ingrossamenti dello strato muscolare (liscio) innervati dall'ortosimpatico, che
hanno la funzione di restringere i capillai, se necessario (l'allargamento avviene passivamente con la
pressione sanguigna).
In ogni momento quindi molti capillari sono chiusi, ed una loro eventuale apertura (per motivi patologici o
altro) causa una deficienza di sangue innanzitutto nelle strutture situare più in alto del cuore, ossia quelle
che ricevono il sangue contro la forza di gravità.
Gli sfinteri pre-capillari sono sensibili anche a sostanze prodotte dagli interstizi del tessuto. Queste sostanze
agiscono modificando la sensibilità dei capillari agli stimoli del sistema nervoso autonomo, cosicché si abbia
un comportamento adeguato alla situazione "locale" (es: vasodilatazione locale). Quindi la situazione locale
ha priorità sugli "ordini" mandati dal sistema nervoso, nel senso che può renderli più o meno efficaci.
Esempio: le sostanze presenti nell'apparato digerente in fase di assorbimento hanno proprietà vaso-
dilatatrici, per facilitare l'assorbimento stesso. L'orto- ed il para-simpatico in questa situazione "controllano"
che l'apparato digerente non convogli verso di se troppo sangue. Ci si può accorgere di una vasodilatazione
locale tramite i barocettori, che rilevano nell'atrio destro una diminuzione del flusso di ritorno venoso.
Una variazione di questo genere viene comunicata al bulbo, che promuove essenzialmente una vaso-
costrizione splancnica (il distretto splancnico è rappresentato dalla zona occupata dai visceri).
Successivamente può essere aumentata la frequenza cardiaca e infine si può comandare una vaso-
costrizione periferica in distretti che in quel momento non stanno "lavorando". Ricordiamo che la
vasocostrizione non può essere attuata nella zona interessata alla vaso-dilatazione locale poiché lì le fibre
muscolari sono state rese insensibili.
In casi particolari, quando due o più distretti impongono una vasodilatazione locale, il sangue può non
essere sufficiente, e anche i meccanismi di equilibrio organizzati dal bulbo possono non bastare. Il primo
distretto a risentire di questa situazione è il cervello, l'organo con la minor riserva ischemica. Ciò può
provocare per esempio uno svenimento.
I capillari, il piccolo circolo ed il ritorno venoso
Il piccolo circolo (circolo polmonare) ha la funzione di ossigenare il sangue venoso, e di espellere l'anidride
carbonica. Il nutrimento dei polmoni è assicurato invece dalle arterie polmonari, estranee al piccolo circolo. Il
piccolo circolo è costituito da un vasto letto capillare e da piccole distanze: da ciò segue (si può applicare la
formula della resistenza R e la definizione di flusso = ÆP/R) che esso è un circolo a bassa pressione e privo
di pulsazioni.
Il sangue dai capillari torna alle vene e all'atrio destro perché viene spinto da varie forze, che in ordine di
importanza sono:
- vis a tergo: ciò che rimane della spinta data dal ventricolo sinistro, tra capillari e venule ha un valore di circa
4 o 5 mmHg.
- vis a latere: forza originata principalmente dalla contrazione di venule e vene per mezzo dei muscoli che le
circondano, ed originata in misura minore dagli accoppiamenti artero-venosi (le pulsazioni arteriose aiutano il
sangue della vena adiacente a risalire)
- vis a fronte: forza di "aspirazione" esercitata dai polmoni: durante l'inspirazione l'abbassamento del
diaframma causa nella cassa toracica una pressione negativa (minore di quella atmosferica). Le grosse
vene che stanno nella cassa toracica, che lo ricordiamo hanno un lume che può essere allargato, risentono
di questa differenza di pressione, e si verifica una "aspirazione". Contemporaneamente sotto la cassa
toracica (sotto il diaframma) si ha un aumento della pressione, che spinge il sangue venoso verso il cuore.
Lo spazio morto
Il volume dello spazio morto è il volume dell'apparato respiratorio che non partecipa allo scambio gassoso.
Si può dividere in spazio morto anatomico (bronchi fino agli alveoli, trachea, laringe, bocca): non prende
parte allo scambio gassoso perché la sua costituzione anatomica glielo impedisce e in spazio morto
fisiologico (alveoli non funzionali): potrebbero prendere parte agli scambi gassosi ma l'assenza momentanea
di sangue e/o ventilazione non glielo permettono.
La presenza del volume residuo e dello spazio morto comportano una diversa composizione tra l'aria che si
trova all'interno del polmone e quella che si trova all'esterno.
Dopo una espirazione eupnoica lo spazio morto è occupato dal volume residuo (150 ml) di aria che ha
partecipato agli ultimi scambi (aria povera di ossigeno). La successiva inspirazione, oltre a portare
dall'esterno aria ricca di ossigeno (450 ml circa), riporta nel polmone i 150 ml dello spazio morto, mentre la
trachea si riempie di 150 ml di aria atmosferica.
Nella espirazione la prima aria ad uscire è quella atmosferica situata nella trachea, poi esce l'aria polmonare,
e alla fine della espirazione restano nella trachea 150 ml di aria alveolare povera di ossigeno. Lo spazio
morto serve a scaldare e umidificare l'aria prima che essa raggiunga gli alveoli, in modo che non sottragga
loro calore e umidità.
I gradienti di concentrazione dei gas respiratori
L'aria atmosferica possiede le seguenti pressioni parziali:
O2 160 mmHg CO2 1 o 2 mmHg Azoto e vapor acqueo 500 mmhg
A livello alveolare, dopo che l'aria atmosferica è stata mischiata all'aria povera di ossigeno che stava nello
spazio morto, si riscontrano i seguenti valori:
O2 100 mmHg CO2 40 mmHg
Il sangue venoso che arriva agli alveoli presenta:
O2 40 mmHg CO2 46 mmHg
O2 ha un gradiente di 100-40 = 60 mmHg verso i capillari CO2 ha un gradiente di 46-6 = 6 mmHg verso gli
alveoli
Gli scambi gassosi avvengono tutti passivamente, seguendo il gradiente di concentrazione. La struttura
capillare ed alveolare permette di raggiungere l'equilibrio tra le concentrazioni di O2 e CO2 di alveoli e
sangue venoso.
Gli scambi avvengono attraverso l'endotelio e la membrana basale capillare e dell'alveolo e l'epitelio
dell'alveolo. Gli alveoli, oltre che dalla membrana basale, sono ricoperti dal liquido alveolare che ne
impedisce la disidratazione. In questo liquido si scioglie e si diffonde l'ossigeno, che successivamente viene
"catturato" dall'emoglobina. Il liquido alveolare poi contiene delle sostanze tensioattive, dette surfactanti, che
hanno il compito di regolare la tensione superficiale degli alveoli.
L'ossigeno, subito dopo il passaggio alveolare, come abbiamo visto, raggiunge una pressione parziale di 100
mmHg. Nell'atrio sinistro, a causa di anastomosi tra il distretto polmonare e quello bronchiale, raggiunge
pressioni parziali un pò inferiori.
Infatti la vascolarizzazione dei bronchi è assicurata dalle arterie e dalle vene bronchiali. Queste, dopo aver
nutrito il tessuto polmonare immettono parte del sangue povero di ossigeno nelle vene polmonari, perché
esse hanno una pressione minore. Il sangue delle vene polmonari, ricco di ossigeno viene quindi
parzialmente "sporcato", ma ciò non provoca inconvenienti.
Alcune informazioni in più
- Se si respirasse solo O2 in breve tempo si avrebbe un aumento del PH del sangue o alcalosi (diminuzione
della concentrazione di CO2). Il rene non riuscirebbe a compensare questa situazione, e si avrebbe un
avvelenamento da O2, consistente in vari disturbi metabolici ed errori di regolazione (tra i quali diminuzione
dell'irrorazione sanguigna). Nei neonati una prolungata respirazione di O2 puro è casua di cecità.
- L'emoglobina è costituita da un gruppo eme e dalla globina, capace di legare quattro molecole di O2.
Queste molecole non si legano tutte con la stessa facilità: più è l'ossigeno legato all'emoglobina più sarà
facile legare le molecole successive (non si tratta però di una relazione lineare). Il fatto che la capacità di
legarsi sia facilitata dalla quantità di molecole già legate è detto effetto allosterico.
La relazione tra la p. parziale di O2 e la saturazione dell'emoglobina è di tipo sigmoide:
1) inizialmente è necessario aumentare notevolmente la pressione parziale dell'ossigeno per ottenere una
certa percentuale di emoglobina saturata
2) Successivamente anche con un piccolo aumento di pressione parziale si ha un grande aumento della
percentuale di molecole di emoglobina saturate. Questa situazione (pressione parziale compresa tra 15 e 45
mmHg) può essere ben sfruttata a livello dei capillari e dei tessuti, dove a piccole diminuzioni di pressione
parziale seguono grandi liberazioni di O2 dall'emoglobina.
(a 20 mmHg di pressione parziale l'emoglobina è saturata al 40% a 40 mmHg di pressione parziale
l'emoglobina è saturata all'80 %)
Nel caso un tessuto lavori molto la pressione parziale di O2 diminuisce velocemente e l'emoglobina lo
rilascia con sempre più parsimonia. Se ci si trova in un muscolo scheletrico in In tal caso può intervenire la
mioglobina, che possiede una forte affinità per l'ossigeno. Se il lavoro è così intenso da consumare anche
l'ossigeno unito alla mioglobina, si va incontro ad un debito di ossigeno, da pagarsi dopo lo sforzo attraverso
una respirazione affannosa.
3) Un ulteriore aumento di pressione non produce grandi cambiamenti nella percentuale di emoglobina
saturata (ci si avvicina in modo asintottico al 100% di saturazione)
Mobilità della curva di dissociazione dell'emoglobina: un aumento della temperatura e un abbassamento del
PH (causato dai metaboliti intermedi del catabolismo energetico) "spostano" la curva verso destra (viene
facilitata la liberazione di O2): ciò può avvenire a livello muscolare. A livello polmonare invece la temperatura
è più bassa (inspirazione di aria dall'esterno) e non c'è abbassamento del PH, quindi a parità di pressione
parziale c'è più emoglobina satura nel polmone che nei muscoli.
Il volume corrente è di 500 ml. In condizioni normali si compiono 15 atti respiratori al minuto. La ventilazione
polmonare ha quindi un valore di 500ml * 15 = 7.5 litri/min. Se togliamo 150ml * 15 = 2.25 litri di spazio morto
otteniamo una ventilazione efficace di 7.5 - 2.25 = 5.25 l/min. Ai capillari alveolari giungono circa 5 l/min di
sangue. Il rapporto ventilazione/irrorazione è quindi praticamente 1:1.
Le regolazioni dell'attività polmonare
Il polmone deve garantire un adeguato apporto di O2 ed una adeguata rimozione di CO2. Per far fronte a
questi compiti c'è bisogno di alcuni recettori che iniviino ai centri coordinatori informazioni sulla situazione
ematochimica. Questi recettori sono:
- chemocettori periferici situati nell'arco aortico e nella carotide (glomi aortici e carotidei); si tratta di recettori
del secondo tipo, sensibili ai cambiamenti di pressioni parziali (O2 e CO2). Giungono al bulbo come rami del
nervo vago e del glossofaringeo.
- chemocettori centrali (nel bulbo) sono situati presso i centri respiratori (uno inspiratorio e uno espiratorio).
Questi sono coordinati da un centro del ponte detto centro apneustico, a sua volta controllato dal centro
pneumotassico, situato tra ponte e mesencefalo. Quest'ultimo riceve istruzioni da altre strutture superiori tra
le quali c'è la corteccia.
I centri apneustico e pneumotassico ricevono informazioni dai chemocettori e dai meccanocettori (lenti e
veloci) del parenchima polmonare e toracico, che registrano gli stiramenti che avvengono in loco.
I meccanocettori a rapido adattamento (veloci) scaricano non appena il polmone si dilata, e la scarica è tanto
più notevole quanto più è ampia l'inspirazione, possiedono sinapsi eccitatorie col centro bulbare inspiratorio.
Quindi una inspirazione ampia sarà naturalmente più veloce (aumenterà la frequenza delle inspirazioni), e
solo con la volontà si riesce a fare una inspirazione ampia e lenta.
I meccanocettori a lento adattamento scaricano durante tutto il tempo della inspirazione, e più l'inspirazione
è lunga più è notevole la scarica. Possiedono sinapsi inibitorie con il centro bulbare inspiratorio, presso il
quale essi promuovono la fine della inspirazione.
La muscolatura della cassa toracica è normale muscolatura scheletrica, innervata da alfa-motoneuroni che
escono a livello toracico (intercostali) o bulbare (diaframma). L'alternanza delle contrazioni dei muscoli
inspiratori ed espiratori è resa possibile da adeguate sinapsi eccitatorie ed inibitorie che collegano i centri
espiratori ed inspiratori.
Quando, durante l'inspirazione, i neuroni del centro inspiratorio scaricano sugli alfa-motoneuroni dei muscoli
inspiratori (tramite vie ponto-spinali), contemporaneamente mandano ai neuroni del centro espiratorio delle
sinapsi inibitorie e eccitatorie. All'inizio della inspirazione le sinapsi inibitorie sono la maggioranza, ma man
mano che l'inspirazione si compie le sinapsi eccitatorie diventano sempre più importanti fino a che, a
inspirazione completata, scatta l'espirazione. (durante l'espirazione gli alfa-motoneuroni del centro
espiratorio compiono un lavoro concettualmente identico su quelli del centro inspiratorio).
Alterazioni dei ritmi respiratori
Un respiro non regolare, in condizioni patologiche, è segno che le strutture superiori al bulbo sono state
danneggiate, poiché esse sono indispensabili alla regolazione precisa dell'alternanza
espirazione/inspirazione. Il centro apneustico possiede neuroni che attivano il centro inspiratorio. Il centro
pneumotassico possiede neuroni che inibiscono il centro apneustico. La collaborazione di questi due centri
permette di avere un respiro regolare.
Se si impedisce al centro pneumotassico di agire, si avrà un respiro comandato essenzialmente dal centro
apneustico, ossia costituito da rapide espirazioni e lunghe inspirazioni. Anche sezioni del nervo vago
causano modificazioni della attività respiratoria: il ritmo della respirazione viene mantenuto, ma ne aumenta
l'ampiezza. L'ampiezza verrebbe ulteriormente aumentata se venissero a mancare le informazioni dai
chemocettori centrali.
Regolazione chimica della ventilazione
La regolazione chimica della ventilazione è responsabile degli adattamenti dell'organismo a seconda delle
condizioni "ambientali" (situazione del PH, delle concentrazioni di O2 e CO2). La ventilazione aumenta
all'aumentare del PH, raggiunti però PH troppo elevati la respirazione tende nuovamente a diminuire
(condizioni di tossicità).
Anche l'incremento del lavoro muscolare provoca un aumento della respirazione (e della frequenza
cardiaca), in modo che si possa far fronte alla maggio quantità di ossigeno richiesta dall'organismo. (Il PH
arterioso si modifica, divenendo più acido*, solo in seguito ad un lavoro muscolare che porti la frequenza
cardiaca a 120 o 130 battiti al minuto, poiché prima vari sistemi tampone come bicarbonato e fosfato,
riescono a mantenerlo costante.
(*) la concentrazione sanguigna di H+, determinante l'acidità, come abbiamo visto, è proporzionale alla
concentrazione di CO2
Il debito di ossigeno dopo uno sforzo
Il debito di ossigeno può essere spiegato in questo modo: la nostra fonte primaria di energia è costituita
dall'ATP. Riserve troppo ingenti di ATP però impediscono il metabolismo cellulare, cosicché è preferibile
formare dall' ATP + c dell' ADP e cP. Il composto cP si chiama fosfocreatina, e il suo legame è molto
energetico, e "racchiude" l'energia prima presente dell'ATP. In condizioni di necessità dalla cP e dall'ADP si
può ri-ottenere dell' ATP, da usare come fonte di energia. L'energia fornita dalla cP contenuta nei muscoli
dura fino a 10 secondi circa, non di più. Per sforzi più prolungati la produzione di cP avviene tramite il
metabolismo del glucosio e poi, quando questo sia esaurito, tramite il metabolismo dei grassi e delle
proteine.
Una fonte continua di cP e glucosio è rappresentata dai prodotti del ciclo di Krebs, che è continuamente
attivo nell'organismo. Esso tuttavia nel caso di sforzi improvvisi e intensi non riesce a fornire una sufficiente
concentrazione di cP, cosicchè si deve ricorrere alla glicolisi anaerobica, che rende l'energia subito
disponibile in grandi quantità. La glicolisi anaerobica però lascia anche dei "rifiuti" come l'acido piruvico,
convertito poi in acido lattico. L'acido lattico libera degli ioni H+, e successivamente viene "immesso" dal
cuore nel ciclo di Krebs e nel fegato, dove viene riconvertito in glicogeno.
Il ciclo di Krebs è in grado di elimare l'acido lattico, ma per "funzionare" ha bisogno di ossigeno. La
respirazione affannosa che persiste dopo lo sforzo fisico è il segnale che il ciclo di Krebs stà lavorando. Esso
è capace di ri-sintetizzare, partendo dall'acido lattico, cP e glucosio.
Fisiologia dell'Apparato Urinario
Introduzione
Il rene ha la funzione di depurare il sangue, rimovendo le sostanze non utili. Altri organi che servono a uno
scopo simile, sebbene operino in maniera del tutto diversa, sono i polmoni. La procedura di filtraggio seguita
dal rene è particolare: in un primo tempo esso "scarta" gran parte del plasma (urina primaria) e
successivamente recupera da esso molte sostanze, preparando all'espulsione un fluido (urina secondaria)
costituito solo da sostanze di scarto (oltreché acqua, ovviamente).
I reni sono funzionalmente legati al fegato: il fegato ha funzione di "demolitore" di sostanze, e il rene ha la
funzione di eliminatore delle sostanze demolite ed inutili.
Cenni di anatomia
Il glomerulo renale, sistema che opera a notevole pressione, fa una ultrafiltrazione del sangue. La sua
barriera filtrante è rappresentata dall'endotelio dei capillari glomerulari e dalla membrana basale dei capillari
stessi e della capsula di Bowmann. Nè gli elementi corpuscolari del sangue nè le grosse proteine possono
oltrepassare questa barriera. Soltanto la parte fluida e alcune piccole proteine riescono a passare il filtro del
glomerulo, vanno a costituire l'ultrafiltrato primario (urina primaria), che quindi è costituito dalla parte
plasmatica del sangue, privato delle proteine.
L'arterìola afferente al glomerulo arriva fino a 70 mmHg, quindi è molto maggiore della pressione che si
misura normalmente nelle arterìole che, lo ricordiamo, raggiunge i 32 mmHg. Questa pressione più alta della
norma, che favorisce la ultrafiltrazione, è causata dalla presenza di due distretti capillari in serie, che
aumentano la pressione a monte e la diminuiscono a valle. Questi due distretti sono: la capillarizzazione
glomerulare e la capillarizzazione post-glomerulare.
NB: la maggiore pressione può essere anche in parte dovuta alla vicinanza dell'aorta (che dista solo qualche
centimetro dai reni): si ricordi infatti che la resistenza fa diminuire la pressione, e quindi capillari con poca
resistenza, come in questo caso, hanno pressioni di scorrimento più alte. Forse anche il diametro
dell'arterìola efferente del glomerulo (che è minore di quello della afferente) può provocare un aumento della
pressione, ma ciò non è sicuro: si consideri che c'è una diminuzione del diametro, ma anche una
diminuzione del flusso (la parte del sangue che va a formare l'urina primaria non giunge all'arterìola
efferente).
Poichè la parte corpuscolare del sangue che attraversa il glomerulo non è interessata da alcuna fase della
filtrazione, è utile che il sangue che arriva al glomerulo sia impoverito delle componente corpuscolare, per
motivi di economia di esercizio. Si consideri che prima di arrivare al glomerulo le arterie subiscono più di una
diramazione: i rami però non si staccano dall'arteria principale in maniera "normale", ma presentano un
angolo retto. In questo modo la parte corpuscolare del sangue, che viaggia al centro del vaso per motivi fisici
di flusso viscoso, difficilmente entra nelle diramazioni perpendicolari. Così il sangue arriva al glomerulo
risulta parzialmente impoverito di componente corpuscolare: si dice che ha un valore ematocrito minore della
norma. Il valore normale viene recuperato dopo il glomerulo. (fig 3).
Valori di filtrazione, la clearance dell'inulina
La quantità di plasma depurato dai reni si può calcolare iniettando in una vena dell'inulina, una sostanza
innocua che si scioglie nella componente plasmatica del sangue. Essa non viene nè riassorbita dopo il
glomerulo nè viene in alcun modo assimilata dall'organismo. Si misura la concentrazione di inulina nel
sangue (Pi) e poi nelle urine (Ui). Si considera anche la quantità di urina prodotta (V). Il valore (detto
clearance) Ui * V / Pi, che ha unità di misura ml/min indica quanti ml di plasma vengono depurati dall'inulina
ogni minuto.
Questo valore equivale alla quantità di plasma depurato da entrambi i reni. Un valore normale è 127 ml/min
(= 183 l/24h circa). Poichè il plasma costituisce circa il 50% del volume del sangue (l'atro 50% è parte
corpuscolare) si deduce che i reni filtrano in totale 183 * 2 = 366 l/24h circa. Immettendo diverse quantità di
inulina si ottengono gli stessi risultati, poiché aumentano sia Ui che Pi.
Poichè si hanno circa 2.5* litri di plasma (altri 2.5 l sono di parte corpuscolare) si ha che il plasma, in un
giorno, viene filtrato 183/ 2.5 = 73 volte circa. (*) La quantità di sangue (parte corpuscolare + plasma) può
essere considerata approssimativamente come il 7% del peso corporeo.
Valori di flusso plasmatico renale, la clearance del PAI
Immettendo nel circolo sanguigno dell'acido para-amminippurico, con calcoli concettualmente identici a quelli
fatti per l'inulina, si può ottenere un valore del flusso plasmatico renale.
Il PAI non viene filtrato dal glomerulo, e passa (quasi) totalmente nella capillarizzazione post-glomerulare.
Da lì però, viene espulso verso i tubuli contorti (90% al primo passaggio). La clearance dal PAI quindi è una
misura approssimata del flusso plasmatico renale, vale 625 ml/min circa, e risulta mediamente cinque volte
superiore alla clearance dell'inulina.
La quantità di sangue (plasma + parte corpuscolare) trattata dal glomerulo in 24h si ottiene in questo modo:
0.625 l/min (clearance PAI) * 60 min * 24h * 2 = 1800 l/24h. Si moltiplica per due poiché il valore di clearance
del PAI si riferisce sono a 50% del sangue, (infatti si riferisce solo al plasma). Considerato che un individuo
possiede 5 litri di sangue, esso in 24h verrà filtrato 1800 : 5 = 360 volte.
Di seguito ci sono alcuni valori di filtrazione, riassorbimento ed escrezione tramite l'urina.
Sostanza ml o gr. filtrati ml o gr. riassorbiti ml o gr. di escrezione
Acqua 180 178.5 1.5 NaCl 1500 1185 15 Bicarbonato 255 255 0 Glucosio 170 170 0 Urea 50 30 20
Il riassorbimento dell'acqua
Il 60% dell'acqua ultrafiltrata dal glomerulo viene riassorbita quando si trova nel tubulo contorto prossimale, il
20% nell'ansa di Henle, il 10% nel tubulo contorto distale, il 9% nei tubuli collettori. L'urina che raggiunge il
bacinetto renale quindi possiede l'1% della quantità d'acqua della urina primaria.
Cosa avviene nei tubuli - I meccanismi di riassorbimento* in entrambi i tubuli (prossimale e distale) sono
passivi e dipendenti da fenomeni attivi. Questi fenomeni sono costituiti dall'attività di alcune pompe situate
nei tubuli. Queste pompe, attivate (con dispendio di energia) dall'ossigeno portato dal sangue nel rene,
spostano dall'interno del tubulo verso l'esterno (interstizio renale) delle sostanze, come i sali. In questo modo
essi diventano più concentrati all'esterno del tubulo, e cosi l'acqua tende a "seguirli" ed esce anch'essa dal
tubulo, causando una concentrazione dell'urina (riassorbimento dell'acqua).
Per questo motivo si parla di un meccanismo passivo (l'acqua esce spontaneamente senza dispendio di
energia) dipendente da uno attivo (le pompe). Il meccanismo sopra descritto viene detto riassorbimento
obbligatorio, poiché non è in alcun modo modificabile dall'organismo.
(*) Per riassorbimento di una sostanza si intende sempre la sua uscita dal tubulo contenente l'urina e la
immissione nel tessuto o nei vasi del rene.
Cosa avviene nell'ansa di Henle - Nell'ansa di Henle si ha un altro processo di riassorbimento, questa volta
basato sul principio di controcorrente. La parete della parte discendente dell'ansa è permeabile sia all'acqua
che ai sali. Considerando che man mano che si scende nella zona midollare la concentrazione salina
aumenta (osmolarità crescente: si passa da 300 a 1200 milliosmoli o mosm) segue che l'acqua tende a
uscire dall'ansa (che all'inizio presenta una concentrazione pari a 300 milliosmoli). Per lo stesso motivo Na+
tende ad entrare nell'ansa.
Nella parte più bassa dell'ansa l'urina raggiunge una concentrazine pari a 1100 mosm (non si raggiunge un
completo equilibrio poiché l'ansa non è completamente permeabile all'acqua, ma la sua permeabilità è
influenzata da un ormone, l'ADH, ma questo lo vedremo più avanti).
La parte ascendente dell'ansa di Henle è impermeabile all'acqua (che tenderebbe ad entrare poiché
all'interno si ha una concentrazione di 1100 mosm mentre risalendo la concentrazione all'esterno
diminuisce). Essa è invece permeabile a Na+, che tende a uscire, portando l'urina alla fine della parte
ascendente dell'ansa a valori di concetrazione pari a 100 milliosmoli. A rigor di logica l'equilibrio con
l'interstizio renale, che qui ha valori di 300 milliosmoli, dovrebbe dare origine ad una urina anch'essa
concentrata a 300 milliosmoli. Na+ però esce con tal "vigore" che fa scendere la concentrazione fino a 100
milliosmoli. Questa uscita di Na+ contro il gradiente di concentrazione è resa possibile dalla presenza di
pompe specifiche, pilotate dall'aldosterone.
L'aldosterone è un ormone steroideo, appartenente al tipo dei mineralcorticoidi, prodotto dalla zona corticale
della ghiandola surrenale.
Cosa avviene nel tubulo contorto distale - Nel tubulo contorto distale si verificano eventi del tutto simili a
quelli che avvengno nel tubulo prossimale. Poichè l'urina proveniente dall'ansa di Henle possiede un valore
di 100 milliosmoli l'acqua tende a uscire dal tubulo, poiché l'interstizio renale possiede una osmolarità pari a
300 milliosmoli. Si ricordi che la parte ascendente dell'ansa era impermeabile all'acqua, mentre il tubulo
distale è presenta una parete nuovamente permeabile.
Questo evento viene detto riassorbimento facoltativo, poiché esso è variabile. Infatti l'aldosterone può
portare la concentrazione nell'ansa di Henle da 100 fino a 80 o 60 milliosmoli, e più è bassa la
concentrazione nell'ansa (e quindi poi nel tubulo distale) maggiore sarà il riassorbimento dell'acqua.
Cenni sui farmaci diuretici
I farmaci diuretici sono essenzialmente di due tipi. Farmaci di tipo anti-aldosterone inibiscono l'aldosterone e
quindi, poiché esso non può far uscire dal tubulo il sodio, nemmeno l'acqua ha motivo di uscire (si ricordi
l'uscita passiva conseguente all'uscita attiva del sale). Ciò causa un aumento del volume di urina prodotta.
Farmaci di questo tipo però causano anche la perdita, con l'urina, di ingenti quantità di Na+ che, non
venendo allontanato dai tubuli, viene eliminato.
Farmaci contenenti molecole osmoticamente attive, una volta entrati nei tubuli renali, "trattengono" l'acqua
dentro al tubulo. Ciò causa un aumento del volume di urina prodotta, mentre non si hanno perdite di Na+
che, potendo venir liberamente allontanato dal tubulo, non viene eliminato.
Le regolazioni della attività renale
Il rene è dotato, per le sue attività di filtrazione e assorbimento, di sistemi di controllo endocrini. Non si hanno
quindi vie nervose, ma molecole (ormoni) che collegano recettori, centri regolatori e organi bersaglio tramite
le vie ematiche.
I recettori sono situati nel apparato iuxtaglomerulare, che è costituito dalla porzione di tubulo contorto distale
che passa vicinissimo al glomerulo e dalla porzione delle arterìole afferenti ed efferenti del glomerulo vicina
all'ilo del glomerulo stesso. I recettori sono sensibili ai cambiamenti di pressione e di volume che possono
avvenire nelle arterìole, e sono sensibili anche alle variazioni della concentrazione di Na+.
Solitamente i liquidi corporei possiedono una osmolarità che, con poche eccezioni vale 280 milliosmoli/litro
(nei paragrafi precedenti l'abbiamo approssimata a 300 mosm/l). L'assunzione di sostanze solide e liquide
dal parte dell'intestino fa variare notevolmente questi valori. Poichè variazioni troppo notevoli dell'osmolarità
rappresentano un pericolo per l'organismo, esso si è dotato di sofisticati e precisi meccanismi per regolarla
in maniera molto precisa. Il bilancio idrico e quello salino sono controllati da due ormoni: l'adiuretina o
ormone anti-diuetico (ADH) e l'aldosterone. Il loro organo bersaglio principale è il rene.
Per studiare le risposte che il rene dà in seguito a diversi stati in cui si può trovare, consideriamo quattro
situazioni fondamentali: deficit e sovraccarico idrico e deficit e sovraccarico salino.
Deficit idrico - Quando le perdite di acqua corporea non sono sufficientemente compensate, l'osmolarità del
plasma sanguigno aumenta. Un aumento di sole 3 mosm/l è sufficiente per stimolare la secrezione di ADH
nell'ipotalamo o la sua liberazione dalla neuroipofisi (lobo posteriore dell'ipofisi), vedi nota. Attraverso le vie
ematiche l'ADH raggiunge il rene, dove induce una diminuzione del volume delle urine (maggior
riassorbimento). Infatti l'ADH aumenta la permeabilità del dotto collettore, in modo che l'acqua possa uscire
verso l'interstizio in maggior quantità.
Sovraccarico idrico - Un eccesso di acqua diminuisce l'osmolarità del sangue; Questo fatto inibisce la
liberazione di ADH. Il tubulo collettore diviene quindi più impermeabile e non lascia uscire l'acqua, così si ha
un aumento del volume delle urine.
Deficit salino - Una ingestione insufficiente di NaCl, con un normale apporto idrico, causa una diminuzione
della osmolarità del sangue. A ciò segue, come abbiamo visto, una diminuzione dell'ADH. Il risultato è quindi
un aumento del volume di urina prodotta, a cui segue una diminuzione del volume plasmatico*. La riduzione
del volume plasmatico (e l'eventuale abbassamento della pressione sanguigna) inducono le cellule
dell'apparato iuxtaglomerulare a liberare l'ormone renina.
La renina priva l'angiotensinogeno di una sua parte, trasformandolo in angiotensina1. L'angiotensina1,
quando a livello polmonare incontra l'enzima convertente, si trasforma in angiotensina2. L'angiotensina2, in
dosi farmacologiche, è un potente vasocostrittore. A concentrazioni fisiologiche invece i suoi effetti di
vasocostrittore sono trascurabili. La sua funzione principale è quella di stimolare la produzione, a livello
surrenale, di aldosterone (la ghiandola surrenale agisce da centro regolatore).
L'aldosterone provoca un maggior riassorbimento di Na+ da parte dell'interstizio, presso il tubulo contorto
distale. In questo modo la carenza di sale viene limitata.
(*) La riduzione del volume plasmatico provoca una caduta di pressione nel sistema circolatorio. I
tensocettori dell'atrio sinistro del cuore si "accorgono" di questa situazione e informano, tramite via nervosa,
l'ipotalamo, che promuove la secrezione di ADH (riflesso di Henry-Gauer).
Sovraccarico salino - L'aumento della osmolarità plasmatica causa un incremento della secrezione di ADH, a
cui segue un aumento del volume plasmatico**. Un aumento del volume plasmatico limita la liberazione di
renina, e così si blocca il meccanismo renina-angiotensina2-aldosterone e si ha un aumento della
escrezione di Na+ con le urine.
A questo punto il plasma diviene ipotonico, la concentrazione di ADH diminuisce ed il volume del plasma e
l'osmolarità si normalizzano.
(**) Un aumento del volume plasmatico causa uno stiramento delle fibre degli atrî. In queste condizioni le
cellule del'atrio destro secernono l'ormone natriuretico atriale (le cellule contenevano il suo precursore, nel
momento dell'espulsione esso viene privato di una sua parte, trasformandosi così in ormone vero e proprio).
Nel rene questo ormone riduce il riassorbimento del sodio da parte degli interstizi renali (probabilmente ciò
avviene limitando l'attività delle pompe).
***
Nota - La neuroipofisi: la neuroipofisi non contiene corpi cellulari di cellule nervose, ma contiene solo i loro
assoni, mentre i corpi si trovano superiormente nell'ipotalamo, presso i nuclei sopraottico e paraventricolare.
Gli assoni trasportano granuli contenenti ADH. Questi granuli vengono liberati nella neuroipofisi (fenomeno
questo detto di neuro-secrezione). La neuroipofisi è fortemente irrorata da capillari, proprio perché l'ADH che
in essa si riversa è un ormone, che "viaggia" solo per via ematica.
L'ADH esce dagli assoni in seguito ad un aumento di osmolarità: i corpi cellulari degli assoni contenenti ADH
sono degli osmocettori. Così quando l'osmolarità cresce si sviluppano in queste cellule dei potenziali
d'azione che 'fanno uscire" l'ADH dalla cellula nervosa.
L'eliminazione delle sostanze di scarto
Na+, HCO3- ed H+ - I processi di eliminazione di queste sostanze avvengono nei tubuli prossimale e distale.
In ogni cellula della parete del tubulo avvengono i seguenti processi:
H2O + CO2 (presente nella cellula o proveniente dell'interstizio) = H2CO3 H2CO3 si dissocia in H+ e HCO3-
HCO3- va dalla cellula all'interstizio, tramite gradiente di concentrazione H+ va dalla cellula al tubulo, tramite
pompe a scambio sodio/idrogeno Nel tubulo H+ può restare libero o attaccarsi al tampone H2PO3-, ad ogni
modo viene eliminato Na+ va dal tubulo alla cellula, tramite pompe a scambio sodio/idrogeno.
Composti azotati - I composti azotati, che sono tossici, sono trasportati nell'organismo verso il rene
sfruttando l'acido alfa-chetoglutarico, derivante dal ciclo di Krebs. Avvengono le seguenti reazioni:
radicale azotato NH2 + acido alfa-chetoglutarico = acido alfa-chetoglutammico radicale azotato NH2 + acido
alfa-chetoglutammico = glutammina.
Nel rene i radicali azotati NH2 vengono "staccati" dall'acido alfa-chetoglutammico o dalla glutammina, e ad
essi vengono aggiunti due H+, in modo da ottenere NH2 + 2H+ = NH4+ (produrre ammoniaca NH3
aggiungendo un solo H+ all' NH2 sarebbe controproducente, essendo l'ammoniaca altamente tossica). L'
NH4+ (ione ammonio) viene legato al Cl- (ma può essere legato anche ad altri anioni), e viene eliminato
sottoforma di NH4Cl.
Cenni sull'acqua dell'organismo ed sui suoi compartimenti
Come è noto gli organismi viventi sono costituiti in grandissima parte d'acqua. Nell'uomo, come anche negli
animali, possiamo individuare quattro distinti compartimenti in cui l'acqua può essere conservata. Essi sono:
- il compartimento intra-cellulare: ogni cellula possiede al suo interno dell'acqua, questo compartimento è
separato dagli altri tramite la membrana cellulare, che è semipermeabile.
- il compartimento interstiziale
- il compartimento ematico, separato dagli altri tramite le pareti dei vasi
- il compartimento extracellulare, ossia le strutture contenenti all loro interno liquidi come quello cerebro-
spinale, sinoviale e pleurico.
L'organismo, in caso di necessità, può far ricorso all'acqua contenuta nei vari compartimenti. Il primo ad
essere sfruttato è quello ematico (il sangue, in caso di carenza d'acqua, diviene più denso), il secondo è il
compartimento interstiziale (pelle secca, mucose meno irrorate, ecc). L'utima risorsa d'acqua è il
compartimento cellulare. Quando esso inizia ad essere intaccato, si è in pericolo di vita, poichè il
metabolismo cellulare viene alterato. Il compartimento extracellulare non può essere sfruttato come risorsa
di liquidi.
Fisiologia dell'Apparato Digerente
Introduzione
Per coprire il fabbisogno alimentare ed energetico dell'organismo gli alimenti assunti dal corpo devono
essere digeriti (scissi) nel tratto gastro-enterico (tubo digerente) e infine assorbiti dall'intestino. Le sostanze
alimentari solide sono dapprima masticate con i denti, poi mescolate con la saliva, proveniente dalle
ghiandole salivari.
Mediante la deglutizione il bolo alimentare, attraverso l'esofago, arriva allo stomaco, dove viene a contatto
con il succo gastrico. A questo, nel duodeno, si aggiungono la bile e il succo pancreatico. Il passaggio
attraverso l'intestino tenue e l'intestino crasso serve ad una ulteriore decomposizione degli alimenti,
all'assorbimento dei prodotti di scissione, delle vitamine e delle sostanze minerali, e alla concentrazione
della massa intestinale mediante assorbimento dell'acqua. Il sigma e il retto raccolgono le feci fino al
successivo svuotamento dell'intestino.
Tutti questi fenomeni avvengono mediante secrezione e assorbimento di notevoli quantità di acqua, nella
quale sono disciolte varie sostanze (componenti della saliva, succo pancreatico eccetera). Qui di seguito ci
sono alcuni numeri indicativi per dare un'idea di questi spostamenti di liquidi (ml/24h = ml secreti o assorbiti
in un giorno):
1500 ml/24h assorbiti durante il giorno con cibi e bevande 1500 ml/24 h espulsi tramite urine e feci
1500 ml/24h prodotti dalle ghiandole salivari 2500 ml/24h prodotti dallo stomaco (succo gastrico) 500 ml/24h
prodotti dalla bile (liquido biliare) 1500 ml/24h prodotti dal pancreas (succo pancreatico) 1500 ml/24h prodotti
dall'intestino tenue
Tutta questa quantità d'acqua viene riassorbita a livello intestinale (90% circa), a livello dell'intestino crasso
(7% circa) mentre il 3% viene perso con le feci, di cui la componente acquosa rappresenta i 3/4 in peso.
La digestione orale
La masticazione serve a triturare il cibo e a miscelarlo con la saliva. Ciò è molto importante perché la saliva,
contenente mucina, "ricopre" il bolo alimentare rendendolo scivoloso, in modo da limitare il rischio di
abrasioni interne causate dal suo movimento nella faringe e nell'esofago, conseguente alla deglutizione. La
mucina è un mucopolisaccaride dalle proprietà lubrificanti.
La saliva contiene anche ptialina, un enzima capace di scindere l'amido cotto (l'amido è un polisaccaride
formato da glucosio). Si noti che non c'è invece un enzima capace di scindere l'amido crudo che, se ingerito,
verrà espulso senza essere stato "sfruttato". La ptialina è capace di agire solo in un ambiente neutro o
leggermente basico, come la cavità orale. Una volta che il bolo alimentar ha raggiunto lo stomaco, che è
acido, la ptialina viene bloccata.
La salivazione viene indotta da tre diversi fattori:
a) fase cefalica - è indotta da riflessi condizionati, legati a tutti e 5 i sensi: si tratta di riflessi corticali ma ormai
divenuti involontari b) fase orale - è indotta direttamente dalla presenza di cibo nella cavità orale c) fase
gastrica - la presenza di cubo nello stomaco (oltre a stimolare la secrezione gastrica) mantiene alta la
secrezione delle ghiandole salivari
L'atto della masticazione è volontario, anche se esistono vari riflessi che lo possono modificare. Recettori del
dolore per esempio causano una interruzione della masticazione e una divaricazione di mascella e
mandibola. Altri recettori, situati nello spazio (o legamento) alveolo-dentale, modificano la masticazione in
modo che questa avvenga nella maniera più appropriata.
Questi recettori, che creano potenziali d'azione in seguito a movimenti del dente anche di solo pochi micron,
comunicano al bulbo se qualche dente non ha incontrato il proprio "complementare" nell'atto di serrare
mascella e mandibola, oppure se il contatto è stato troppo intenso. I centri bulbari della masticazione a
questo punto intervengono sui muscoli masticatori per ripristinare la perfetta posizione mascella/ mandibola.
La deglutizione
Dopo che il bolo alimentare è stato portato volontariamente verso l'istmo delle fauci, lì dei recettori tattili
vengono eccitati e fanno partire il riflesso involontario della deglutizione. Esso comprende:
- lo spostamento dell'epiglottide - lo spostamento del velo del palato (che chiude le coane) - la contrazione
della muscolatura posizionata dietro l'istmo delle fauci - il blocco momentaneo della respirazione.
Ciò causa il repentino scivolamento del bolo alimentare nella faringe e poi nell'esofago. Un eventuale
"errore" in questo meccanismo, che può causare l'intrusione di cibo, saliva o liquidi nella trachea, causa il
fenomeno della tosse, ossia una espirazione forzata massimale involontaria, che la lo scopo di rigettare il
corpo estraneo fuori dalla trachea verso la faringe.
L'esofago
L'esofago è un tubo che collega la faringe allo stomaco. E' costituito da una prima porzione striata, che
contribuisce al meccanismo della deglutizione, e da una seconda parte (più lunga) costituita da tessuto
muscolare liscio. Presenta due sfinteri: lo sfintere superiore, che si chiude momentaneamente durante la
deglutizione, e quello inferiore (che coincide con il cardias). L'esofago e' parzialmente mobile, e ciò permette
il crearsi di peristalsi esofagee. La peristalsi esofagea è un'onda circolare di contrazione preceduta da
un'onda di rilassamento, che percorre l'esofago dall'alto in basso, spingendo quindi il bolo alimentare verso
lo stomaco. Quando l'onda di rilasciamento giunge allo sfintere inferiore, esso si allarga, in modo che l'onda
di contrazione possa spingere il contenuto dell'esofago nello stomaco.
Le onde peristaltiche - Le onde peristaltiche sono presenti in tutto l'apparato digerente, ad esclusione dello
stomaco, come vedremo. L'origine di queste onde è dovuta a una caratteristica intrinseca del tessuto che
costituisce l'apparato digerente. Ciò si può dimostrare asportando una parte di tessuto e mantenendola "in
vita" in una soluzione fisiologica appropriata: in queste condizioni il tessuto continuerà a rilasciarsi e a
contrarsi regolarmente.
NB: una soluzione si dice fisiologica quando è isotonica con il plasma
La peristalsi è dovuta ad una attività elettrica di cellule particolari (pacemakers), che funzionalmente
possono essere paragonate al tessuto del miocardio specifico; capaci di originare autonomamente dei
potenziali d'azione. Queste cellule fanno parte anatomicamente del Sistema Nervoso Autonomo
(parasimpatico) ma, considerata la loro notevole indipendenza* da esso, vengono classificate come un
sistema specifico: il Sistema Nervoso Enterico.
(*) Le onde peristaltiche sono generate in loco, ma ovviamente permangono dei collegamenti col Sistema
Nervoso Autonomo, che può modificare le strutture e le attività dell'apparato digerente.
I gangli parasimpatici e l'intestino
La maggior parte dei gangli del sistema nervoso enterico sono situati nella tonaca sottomucosa e tra le
tonache muscolari longitudinale e circolare (vedi figura). In entrambi i casi i nuclei sono uniti tra loro da fibre
nervose, cosicché formano una specie di rete, detta plesso gangliare.
Nel caso il duodeno riceva quantità notevoli di chimo dallo stomaco, o se riceve grassi, viene aumentata la
secrezione di enterogastrone, un ormone peptidico che ha il compito di rallentare l'attività gastrica, in modo
che l'intestino abbia "più tempo" per digerire il suo contenuto. L'attività gastrica invece può venir accelerata
per via endocrina dalla gastrina, e per via nervosa dal nervo vago.
L'intestino tenue - il digiuno, regolazioni e riflessi intestinali
Nel digiuno si ha la secrezione di succo enterico, anch'esso completo, come il succo pancreatico, e
contenente acqua e mucina. Il digiuno possiede una notevole motilità, sia di rimescolamento del proprio
contenuto (detto chilo) sia di peristalsi. I movimenti peristaltici oro-caudali vengono prodotti da vari
pacemakers variamente distribuiti, di non facile individuazione anatomica.
Il sistema nervoso parasimpatico può modificare parzialmente l'attività dell'intestino, non solo del digiuno,
con effetti paragonabili a quelli che induceva nel cuore. Nel caso dell'intestino però questi effetti non
possono essere spiegati e classificati così semplicemente come nel caso del cuore, così non ci
addentreremo in questo discorso. Il sistema nervoso ortosimpatico invece è attivo nell'intestino e promuove
una diminuzione del tono degli sfinteri (pilorico ed ileocecale) con conseguente aumento della velocità di
avanzamento del contenuto.
Durante la digestione (stomaco, duodeno) e l'assorbimento (duodeno, digiuno, ileo e cieco) si ha una
notevole vasodilatazione locale e un elevato consumo di energia dovuto al fatto che l'assorbimento di quasi
tutte le sostanze avviene in maniera attiva.
L'intestino tenue possiede vari riflessi che servono a coordinare la sua attività con quella di organi posti "a
monte", come lo stomaco, oppure che servono a coordinare l'attività di sue diverse porzioni. Possiamo
citare:
- il riflesso gastro-colico: una dilatazione della parete dello stomaco (effetto della presenza di cibo) fa
aumentare l'attività del colon
- il riflesso entero-gastrico: una dilatazione della parere dell'intestino fa diminuire l'attività gastrica
- il riflesso entero-enterico: due diverse porzioni di intestino possono influenzarsi a vicenda (in modo simile a
quello che accade nei riflessi precedenti).
Dopo aver percorso il digiuno il contenuto intestinale passa nell'ileo (terza ed ultima parte dell'intestino
tenue) e successivamente nell'intestino crasso, che si divide in cieco, colon e retto.
Cieco, colon, retto
Nel cieco e nel colon non ci sono così tanti villi come nel tenue. In queste porzioni si ha essenzialmente un
riassorbimento di acqua, con conseguente consolidamento progressivo del contenuto intestinale. Insieme
all'acqua vengono assorbite le vitamine, prodotte dalla flora batterica qui molto sviluppata. Le vitamine sono
delle molecole che partecipano al metabolismo cellulare, ed in particolare alla formazione di enzimi
intercellulari. Alcune vitamine possono essere fabbricate dall'organismo, altre no. In questo secondo caso
esse devono essere assunte attraverso i cibi o devono essere assorbite quando vengono liberate dai batteri.
Il contenuto intestinale, una volta superato il colon, è diventato un agglomerato di sostanze inutilizzabili e
pronte ad essere eliminate tramite il retto.
Cenni di Termoregolazione
Introduzione
Gli esseri viventi appartenenti al regno animale possono essere suddivisi in omeotermi ed eterotermi (detti
anche pecilotermi). Gli esseri viventi omeotermi (tra i quali c'è l'uomo) sono capaci di mantenere costante la
loro temperatura al variare della temperatura esterna.
Gli esseri eterotermi invece non sono capaci di tale regolazione e subiscono quindi gli innalzamenti e gli
abbassamenti della temperatura esterna cambiando anche la loro temperatura corporea. Come prima
conseguenza si ha che un essere eterotermo subisce notevoli modificazioni del suo metabolismo a seconda
della situazione esterna (caldo = buon metabolismo, freddo = rallentamento generale delle funzioni
metaboliche).
Anche un essere eteotermo risente dei cambiamenti di temperatura esterna, nel senso che sarà più o meno
dispendioso mantenere costante la propria temperatura a seconda della temperatura esterna. Il grande
vantaggio degli esseri omeotermi è che, data la loro elevata temperatura, il loro rendimento metabolico resta
sempre a livelli ottimali, infatti più la temperatura è elevata* più velocemente avvengono le reazioni chimiche
nell'organismo (si tratta, infatti, di reazioni endotermiche). (*) Se la temperatura supera una certa soglia però
gli enzimi iniziano a degradarsi e non sono più in grado di compiere le loro funzioni.
La temperatura corporea ideale, che per l'uomo può essere considerata 37° C, in realtà non viene
mantenuta in tutto il corpo, ma solo nel distretto splancnico e nel cervello (= zona omeotermica. In questa
zona, per la precisione, ci sono variazioni di temperatura, consequenti a variazioni della temperatura
esterna, dell'ordine di alcuni decimi di grado.
La periferia del corpo invece resta a temperature più vicine alla temperatura ambiente, e subisce i
cambiamenti di questa: nel caso la temperatura esterna sia molto bassa le estremità si raffreddano
notevolmente; nel caso la temperatura esterna sia molto alta invece anche le estremità del corpo come le
dita possono raggiungere i 37 °C.
I meccanismi di regolazione
La temperatura corporea è mantenuta costante per mezzo di alcuni meccanismi. Innanzitutto il calore
corporeo è prodotto essenzialmente dal metabolismo basale, nel senso che ogni reazione chimica che
avviene nell'organismo provoca calore (esempio: ATP = ADP + P + calore). Il corpo è soggetto anche ad una
costante perdita di calore, eliminato tramite convezione, conduzione (evaporazione) e irraggiamento.
Oltre a ciò particolari situazioni ambientali rendono necessaria la presenza di altri meccanismi o riflessi che
mantengano costante la temperatura. Questi riflessi sono regolati dall'ipotalamo, e si dividono in due
categorie: riflessi consequenti ad uno stato di caldo (regolati dall'ipotalamo anteriore) e ad uno stato di
freddo (regolati dall'ipotalamo posteriore). A loro volta questi riflessi possono agire sia favorendo (limitando)
la perdita di calore sia limitando (favorendo) la sua produzione.
Nel caso la temperatura esterna sia troppo elevata il corpo, per mantenere la sua temperatura costante, si
avvale di:
meccanismi che favoriscono la perdita di calore:
- vasodilatazione cutanea (meccanismo termico primario) - sudorazione (meccanismo termico primario) -
maggiore ventilazione polmonare* (meccanismo termico secondario)
meccanismi che limitano la produzione di calore:
- diminuzione del metabolismo basale - diminuzione della secrezione dell'ormone tireotropo (secreto
dall'ipofisi anteriore) con conseguente diminuzione della produzione di tiroxina da parte della tiroide. Questo
è un meccanismo a lunga durata. L'ormone tireotropo viene detto ormone "calorigeno" o acceleratore del
metabolismo basale.
Nel caso la temperatura esterna sia troppo bassa il corpo, per mantenere la sua temperatura costante, si
avvale di:
meccanismi che limitano la perdita di calore:
- vasocostrizione cutanea - piloerezione*
meccanismi che favoriscono la produzione di calore:
- brividi (un lavoro muscolare libera calore) - aumento della attività muscolare volontaria - aumento del
metabolismo basale - aumento della secrezione dell'ormone tireotropo con conseguente aumento della
produzione di tiroxina da parte della tiroide.
(*) maggiore ventilazione polmonare e piloerezione sono due meccanismi che non vengono usati dall'uomo.
La maggior ventilazione polmonare è un meccanismo attuato dagli animali con pelliccia, che non possono
sfruttare efficacemente la sudorazione cutanea, poiché hanno la cute ricoperta da fitti peli. Essi però
possono sfruttare i peli (piloerezione) per aumentare lo spessore del cuscinetto d'aria che li isola
dall'esterno, in modo da diminuire la perdita di calore.
Il meccanismo della sudorazione, la perdita costante di calore
Il sudore, liquido che il corpo espelle tramite la cute, per passare dallo stato liquido a quello gassoso
(evaporazione) ha bisogno di energia (calore). Poichè il calore necessario all'evaporazione è fornito dal
corpo stesso, segue che il sudore evaporando sottrae calore (raffredda) il corpo.
In condizioni normali (ambiente esterno a 20° C, umidità normale) l'evaporazione, che non può essere
eliminata mai del tutto, è responsabile del 25% della perdita di calore del corpo. La convezione è
responsabile del 30% e l'irraggiamento del 45%.
In condizioni di ambiente esterno molto caldo (38° - 40° C) quasi tutta la perdita di calore si verifica tramite
evaporazione. Se l'umidità esterna è anch'essa elevata, però, l'evaporazione risulta fortemente impedita. E'
noto infatti che il caldo umido sia più difficile da sopportare che il caldo secco.
L'ipotalamo e i riflessi termoregolatori
L'ipotalamo è dotato di circa 15 nuclei, dei quali abbiamo già nominato il sopraottico ed il paraventricolare.
Possiede inoltre i centri di regolazione dei meccanismi termoregolatori
Le informazioni sulla temperatura corporea sono elaborate dai termorecettori periferici e centrali. Entrambi i
tipi di recettori sono del I° tipo, e appartengono al sistema nervoso somatico. I termorecettori periferici
trasmettono alla corteccia le informazioni riguardanti i cambiamenti della temperatura (ovviamente le
sensazioni di caldo e di freddo sono coscienti) tramite appositi fasci spino-talamici e talamo-corticali. In
prossimità del bulbo, del ponte e del mesencefalo i fasci spino-talamici inviano dei collaterali all'ipotalamo.
I termorecettori centrali, presenti nell'ipotalamo e sensibili a cambiamenti di temperatura dell'ordine di alcuni
decimi di grado, informano l'ipotalamo stesso delle sue variazioni di temperatura. Quando i recettori centrali
diminuiscono la loro frequenza di scarica (segno di un abbassamento della temperatura della zona
splancnica) l'ipotalamo mette in azione, tramite il sistema nervoso orto- e para-simpatico, tutti quei
meccanismi necessari ad innalzare la temperatura. I meccanismo vengono interrotti quando la frequenza di
scarica è tornata normale. Una azione concettualmente identica avviene quando la frequenza di scarica dei
termorecettori centrali aumenta.
I meccanismi di termoregolazione seguono ad una variazione della frequenza dei potenziali d'azione dei
termorecettori centrali. In questo senso essi sono "più importanti" dei termorecettori periferici. I termorecettori
periferici infatti sono deputati essenzialmente alle sensazioni di caldo e di freddo, ed i collaterali che
giungono all'ipotalamo hanno funzione di campanello d'allarme. Infatti i cambiamenti della temperatura
vengono recepiti prima a livello periferico e poi a livello della zona omeotermica.
Cenni sulla febbre (innalzamento della temperatura corporea)
L'ipotalamo "sa" che la temperatura ideale del corpo umano è 37° C (non si conosce molto sul come e sul
perché l'ipotalamo abbia questa informazione). Si può affermare quindi che l'ipotalamo possegga un set
point fissato a 37° C. La febbre è una alterazione del set point, che può essere causata da agenti pirogeni
endogeni (formati cioè dal nostro stesso organismo in situazioni patologiche) o pirogeni esogeni (formati cioè
da tossine batteriche).
In caso di febbre quindi l'ipotalamo mette in azione tutti quei meccanismi atti a portare la temperatura
corporea da 37 a 38, 39 o 40° C: dipende da dove sia stato fissato il set-point patologico. Un individuo con la
febbre quindi presenta per esempio brividi e vasocostrizione cutanea, segno che il corpo sta tentando di
aumentare la propria temperatura. Quando vengono somministrati dei farmaci o quando l'organismo da solo
"aggiusta" il set-point dell'ipotalamo la febbre scende, e l'individuo presenta tutti quei meccanismi atti a far
scendere la temperatura da (per esempio) 40 a 37° C.
Poichè, come abbiamo visto, tutte le reazioni chimiche dell'organismo avvengono più velocemente a
temperature più alte (entro un certo limite) è possibile che la febbre sia un segno che l'organismo ha bisogno
di una "super efficienza" per combattere degli agenti patogeni, per esempio.
Essendo quindi una naturale difesa dell'organismo, non è utile (a meno che determinate condizioni non lo
impongano) far scendere artificialmente subito una febbre leggera, poiché in questo modo l'organismo non
può più contare sulla "super efficienza" di cui aveva bisogno. E' invece sempre necessario intervenire su una
febbre notevole (39-42° C) poiché in queste condizioni si possono manifestare notevoli difficoltà del
metabolismo.
Fisiologia del Sistema Endocrino
IntroduzioneIl sistema endocrino precede nella scala evolutiva il sistema di comunicazione nervoso. Nel
sistema endocrino una cellula, per comunicare con un'altra, immette una certa molecola, detta ormone, nel
torrente sanguigno, nel quale essa vaga fino a che trova la cellula bersaglio, ossia una cellula con un
recettore appropriato.
Gli ormoni possono essere divisi in peptidici (o proteici: costituiti da una sequenza di aminoacidi) e non
peptidici. Gli ormoni prodotti dalla tiroide, detti iodotironine, come vedremo, possono essere generalmente
compresi tra gli ormoni non peptidici, ma presentano alcune caratteristiche comuni ad entrambe le classi.
La classificazione degli ormoni in peptidici e non peptidici risulta utile in quanto tutti gli ormoni della prima
classe vengono sintetizzati e agiscono concettualmente allo stesso modo; lo stesso discorso vale per quelli
della seconda classe. Nello schema seguente vengono confrontate alcune caratteristiche delle due classi di
ormoni.
Caratteristica Ormoni peptidici Ormoni non peptidici
solubilità in solventi: acquosi ottima scarsa non acquosi scarsa ottima
via di sintesi unione di singoli peptidi multi enzimatica si può sfruttare un pre-ormone
trasformazioni extra-ghiandolari rare frequenti
accumulo di ormoni spesso notevole irrilevante
prodotti di degradazione inattivi talora attivi
nel sangue: legame a proteine raro frequente
periodi di emivita* alcuni minuti alcune ore
presso il bersaglio: legame iniziale con recettore sulla membrana con recettore intracell.
principale sito d'azione membrana plasmatica nucleo
meccanismo d'azione stimola II° messaggero stimola produz. mRNA
Prima di approfondire i meccanismi di azione dei due tipi di ormoni, da questo schema si nota che: l'azione
degli ormoni peptidici in genere sarà più immediata di quella dei non peptidici poiché i peptidici viaggiano nel
sangue liberi da proteine trasportatrici. Si nota anche che gli ormoni peptidici, a differenza dei non peptidici,
hanno molta difficoltà ad attraversare la membrana: infatti i primi agiscono sulla membrana cellulare, i
secondi all'interno della cellula. Gli ormoni peptidici poi possono essere conservati in apposite vescicole
intracellulari, mentre per gli ormoni non peptidici questa possibilità non sussiste.
(*) il periodo o tempo di emivita è definito come il tempo necessario affinché la quantità di una sostanza si
dimezzi.
Alcune eccezioni - la terza colonna dello schema riguarda gli ormoni non peptidici. Tutto quanto è stato detto
in quella colonna vale per gli ormoni steroidei, mentre bisogna fare alcune precisazioni per quanto riguarda
alcuni ormoni tiroidei. Le iodotironine si comportano in tutto come un ormone steroideo, ad eccezione della
sintesi (presentano un precursore [= preormone] come avviene per gli ormoni peptidici) e della modalità
d'azione (possono agire anche con recettori posti sulla membrana, come fanno gli ormoni peptidici). NB:
iodotironine è un termine "generico" che indica due ormoni prodotti dalla tiroide: la triiodotironina (T3) e la
tetraiodotironina (T4) detta anche tiroxina.
Anche l'adrenalina ha bisogno di una precisazione: essa fa parte degli ormoni peptidici, ma viene sintetizzata
come gli ormoni steroidei.
Meccanismi d'azione degli ormoni peptidici (e di alcune iodotironine)
Quando un ormone peptidico (detto I° messaggero) giunge in prossimità della cellula bersaglio non penetra
(non può penetrare) al suo interno, ma si lega al proprio recettore specifico posto sulla membrana cellulare.
Il complesso ormone + recettore provoca all'interno della cellula la trasformazione dell'ATP in adenosim
monofosfato ciclico (AMPc). L'AMPc è un messaggero intracellulare (detto II° messaggero), che provoca una
risposta cellulare.
Come possono agire ognuno a suo modo molti differenti ormoni peptidici se la risposta che essi inducono è
aspecifica (inducono cioè tutti la stessa risposta)? La spiegazione a questo quesito può essere data
considerando le differenti concentrazioni di recettori presenti sulle membrane di diverse cellule.
Consideriamo un esempio: l'organismo induce la liberazione di un ormone peptidico (adrenalina) che dovrà
agire sul cuore come eccitatore. Questo ormone, una volta immesso in circolo, viene a contatto con le cellule
del cuore ma anche con le cellule di tutti gli altri tessuti. Il fatto che l'azione dell'adrenalina sia concentrata e
limitata alle sole cellule cardiache è garantita dall'altissima concentrazione di recettori specifici presenti sulle
cellule del cuore, e dalla bassissima concentrazione presente su tutte le altre cellule che quindi risultano
"invisibili" all'ormone.
Meccanismi d'azione degli ormoni steroidei
Quando un ormone steroideo giunge in prossimità della cellula bersaglio penetra al suo interno, e si lega al
proprio recettore specifico. Il complesso ormone + recettore è abilitato a oltrepassare la membrana nucleare,
e una volta giunto nel nucleo induce la produzione di un determinato mRNA (gli ormoni steroidei, a
differenza di quelli peptidici, hanno un'azione altamente specifica). All'mRNA segue una sintesi proteica,
ossia una risposta cellulare.
I sistemi APUD e non APUD
Le strutture che secernono ormoni peptidici possono sintetizzarli in vari modi. Il primo modo ad essere stato
studiato fu quello in cui le strutture secernenti prelevano ammine e le decarbossilano, per poi procedere alla
sintesi vera e propria dell'ormone. Le iniziali inglesi di questa azione (Amine Precursor Uptake
Decarbossilation) hanno "suggerito" di chiamare brevemente APUD il sistema endocrino che secerne ormoni
peptidici, ed ormoni APUD gli ormoni peptidici. Gli ormoni che non peptidici vengono detti non APUD.
I sistemi adenoipofisi dipendenti ed indipendenti, l'adenoipofisi e l'ipotalamo
Le strutture che secernono ormoni possono essere divise a seconda che dipendano o no dall'adenoipofisi.
L'adenoipofisi è un organo di origine epiteliale, che contiene corpi cellulari, ed è una vera e propria ghiandola
endocrina, posta sotto il controllo dell'ipotalamo (= organo integratore) al quale è collegata tramite il sistema
portale ipotalamo ipofisario. L'ipotalamo a sua volta fa parte del sistema nervoso centrale, dal quale riceve
informazioni. Si può quindi affermare che l'adenoipofisi sia controllata dal sistema nervoso centrale.
Il sistema portale ipotalamo ipofisario è definito portale in quanto presenta una somiglianza concettuale con
la circolazione portale propriamente detta. Infatti, come la vena porta nasce da un letto capillare e genera un
secondo letto capillare, così anche le vene che dall'ipotalamo vanno all'ipofisi si originano da un letto
capillare (nell'ipotalamo) e ne generano un secondo (nell'adenoipofisi).
L'utilità del sistema portale ipotalamo ipofisario può essere compresa considerando le funzioni e la
morfologia dell'ipotalamo. L'ipotalamo è una ghiandola endocrina che libera, come tutte le ghiandole
endocrine, degli ormoni* che giungono agli organi bersaglio tramite il torrente sanguigno. Poichè l'ipotalamo
è un organo molto piccolo, libera i suoi fattori in quantità minime, cosicchè, se venissero immessi nel grande
circolo si disperderebbero. Per farli giungere più direttamente all'adenoipofisi (loro unico bersaglio) si è
sviluppata una "corsia preferenziale": il sistema portale ipotalamo ipofisario.
(*) gli ormoni liberati dall'ipotalamo, che sono tali a tutti gli effetti, vengono di solito chiamati fattori, e non
ormoni, poiché sono molto più semplici di tutti gli altri ormoni prodotti dall'organismo.
I fattori liberati dall'ipotalamo hanno il compito di regolare la secrezione degli ormoni adenoipofisari. Quindi i
fattori ipotalamici sono di due tipi: fattori di liberazione (o releasing factosr, RF) o fattori inibenti (o inibiting
factors, IF). Logicamente* esiste un RF e un IF per ogni ormone adenoipofisario. Il nome completo di un
fattore ipotalamico risulta dal nome dell'ormone adenoipofisario sul quale agisce e dalla sigla che lo definisce
come inibente o stimolante. Per esempio il fattore inibente la liberazione di ormone adenocorticotropo
(ACTH) viene detto ACTH-IF.
(*) Al giorno d'oggi non sono ancòra stati isolati gli RF e gli IF per tutti gli ormoni adenoipofisari, ma è quasi
certo che essi debbano esistere.
Gli ormoni dell'adenoipofisi
L'adenoipofisi possiede sette diversi tipi di cellule. Ognuno di questi tipi è sensibile ad un particolare fattore
RF e IF e produce uno specifico ormone adenoipofisario. Tutti gli ormoni prodotti dall'adenoipofisi sono
stimolanti.
Nome Sigla
Ormone adenocorticotropo (agisce sulle surrenali) ACTH Ormone tireotropo TSH Ormone follicolo
stimolante* FSH Ormone luteinizzante* LH, ICSH Ormone stimolante i melanociti MSH Ormone galattoforo
(o prolattina)** PRL Ormone accrescimento** GH
(*) L'ormone LH agisce anche sulle cellule interstiziali delle gonadi maschili, e per questo viene anche
indicato come ICSH (Interstitial Cells Stimulating Hormon). L'ormone FSH agisce anche sui tubuli seminiferi,
promuovendo la produzione di spermatozoi.
(**) La prolattina e l'ormone dell'accrescimento sono gli unici due ormoni dell'adenoipofisi ad agire sui tessuti
e non su ghiandole bersaglio.
I meccanismi di controllo dell'azione ormonale, il feed-back
Il principale mezzo di controllo dell'azione degli ormoni si basa sulla loro stessa concentrazione: più un
ormone è concentrato più vengono inibite le cellule deputate alla sua produzione, meno è concentrato meno
le cellule vengono inibite. Non sarebbe corretto affermare che "meno l'ormone è concentrato più le cellule
vengono stimolate" poichè questo meccanismo di regolazione è essenzialmente frenante, e non stimolante.
Esso è chiamato meccanismo di feed-back negativo.
Nel caso del complesso ipotalamo - adenoipofisi - cotreccia surrenale il feed-back è detto:
- direttissimo se le variazioni di concentrazione influiscolo sulla surrenale - diretto se le variazioni di
concentrazione influiscono sull'adenoipofisi - indiretto se le variazioni di concentrazone influiscono
sull'ipotalamo.
Per completezza ricordiamo che esistono anche dei meccanismi di feed-backpositivo, che ad un aumento
della concentrazione ormonale fanno seguire una stimolazione delle cellule produttrici, con conseguente
ulteriore aumento della concentrazione ormonale. Il feed-back positivo è molto raro ed inoltre non agisce mai
"da solo", ma stà sotto lo stretto controllo di altri meccanismi (se fosse lasciato operare libermante sarebbe
dannoso).
I farmaci ed il feed-back - Quando, per motivi patologici, un determinato ormone è carente, si possono
somministrare dei farmaci contenenti l'ormone in questione. L'aumentata concentrazione dell'ormone però
attiva il meccanismo del feed-back provocando un'ulteriore inibizione* delle ghiandole che lo producono. Il
I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher flaviael di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Fisiologia generale e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Bari - Uniba o del prof Micelli Silvia.
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