Fisiologia - Appunti

Fisiologia dell'apparato urinario

Gli organi principali sono i reni, i quali filtrano il sangue e formano l'urina (prodotto di scarto), che viene espulsa all'esterno del corpo tramite gli ureteri, la vescica e l'uretra. I reni hanno 4 funzioni:

Funzioni dei reni

• Formano l'urina attraverso 3 meccanismi:
  • Filtrazione (dal glomerulo alla capsula di Bowman). È un processo passivo e dipende dalla presenza di un gradiente pressorio tra i capillari glomerulari e la capsula di Bowman (la pressione circolatoria deve essere maggiore di quella tubulare). La pressione effettiva che permette la filtrazione è detta PEF cioè Pcap (pressione πcap idrostatica) - Pbow (pressione idrostatica) - (pressione oncotica cap). La filtrazione è favorita anche dalla presenza di fenestrature sull'endotelio capillare perché aumentano la permeabilità. Inoltre, queste fenestrature filtrano le sostanze a seconda della loro dimensione: per esempio l'emoglobina e l'albumina non passano o passano in minime quantità. La velocità di filtrazione glomerulare è il valore di filtrato formato dai reni nell'unità di tempo. Il valore normale è di circa 125 ml/m e indica una capacità o incapacità del rene. Un valore inferiore ai 15 ml/m indica una dialisi in corso. Il valore di velocità di filtrazione deve rimanere costante per mantenere costante il gradiente pressorio.
  • Riassorbimento di sostanze dal tubulo al sangue. Avviene lungo tutto il tubulo renale ma la parte più coinvolta è quella del tubulo prossimale. A livello del tubulo prossimale, viene riassorbito il sodio (filtrato passivamente), il quale passa dall'ume tubulare all'interstizio. Il passaggio del sodio ha 2 effetti: crea un gradiente osmotico e un gradiente elettrico. Grazie al gradiente osmotico anche l'acqua viene riassorbita (i 2/3 dell'acqua filtrata viene riassorbita tramite l'accompagnamento del sodio). Grazie al gradiente elettrico, possono essere riassorbiti anche il cloro e il bicarbonato (cariche negative), i quali seguono il sodio. Il riassorbimento di H₂O fa aumentare la concentrazione dell'urea che si sposta verso l'interstizio. Anche il glucosio e gli amminoacidi vengono trasportati in accompagnamento al sodio e vengono completamente riassorbiti.
  • Secrezione di sostanze che dall'interstizio giungono al tubulo. Queste sostanze sono l'urea, gli ioni K⁺ e H⁺ (infatti il rene gioca un ruolo importante nella regolazione del pH perché assorbe i bicarbonati ed elimina H⁺) e gli ioni ammonio. Esistono dei diuretici detti “risparmiatori di K⁺” perché trattengono il potassio e vengono associati ad altri diuretici.
• Depurano il plasma
• Mantengono l'equilibrio acido-base e idro-elettrolitico
• Producono ormoni: renina (attiva il sistema RAA e quindi la produzione di aldosterone) e eritropoietina (stimola la sintesi dei globuli rossi)

L'ansa di Henle

L'ansa di Henle è una zona successiva al tubulo contorto prossimale e ha la caratteristica di presentare un flusso con andamento controcorrente, cioè va in senso opposto rispetto alle 2 branche. Dal punto di vista anatomico, si parla di una branca discendente (iniziale) e una branca ascendente (parte finale). La branca ascendente presenta pareti più spesse rispetto a quella discendente. Queste pareti sono impermeabili ai liquidi e sono provviste di pompe ioniche in grado di portar fuori certi ioni. Lo scopo dell'ansa di Henle è di mantenere una concentrazione alta di soluti (quindi un'alta osmolarità) nell'interstizio della midollare. Il problema è che spostando il sodio, si crea un gradiente e l'acqua lo seguirebbe per osmosi... tuttavia la parete della branca ascendente è impermeabile quindi l'acqua non può seguire il sodio attraverso le pompe ioniche. Nella branca ascendente è possibile solo un trasporto attivo di cloruro di sodio. L'impermeabilità della parete ascendente impedisce la fuoriuscita e l'entrata di acqua. Inoltre in questo modo si crea un gradiente pressorio costante: il liquido interstiziale diventa iperosmotico mentre il liquido tubulare diventa ipoosmotico.

Per quanto riguarda la branca discendente, ha una parete semi-permeabile (quella ascendente è proprio impermeabile) e quindi permette il passaggio di acqua attraverso l'interstizio. A livello della branca discendente si ha il passaggio di acqua per osmosi verso l'interstizio. L'urea che si trova ad alta concentrazione nell'interstizio passa passivamente verso il lume tubulare.

Tubulo distale e tubulo collettore

A livello del tubulo distale (è un condotto cavo e tortuoso che si estende dal corpuscolo renale fino alla fine del nefrone) avviene il riassorbimento attivo di cloruro di sodio (se è < 40 mEq/l non viene riassorbito).

A livello del tubulo collettore lavorano 2 ormoni con il ruolo di assorbire l'acqua: aldosterone (assorbe acqua tramite il sodio) e l'ADH (riassorbe “l'acqua libera” cioè non mediata dal sodio). Quindi nel tubulo collettore si ha il riassorbimento di sodio (grazie all'aldosterone), dell'acqua e dell'urea (come conseguenza del passaggio di acqua). Quest'ultima è molto concentrata e va a localizzarsi nell'interstizio dell'ansa di Henle (nella branca discendente). Sempre a livello del dotto collettore agiscono i peptidi natriuretici (agiscono inibendo l'aldosterone).

Vescica e minzione

L'urina prodotta dal rene viene portata nella vescica. Quest'ultima ha il ruolo di raccogliere l'urina ed eliminarla periodicamente. La capacità di contenere l'urina è chiamata continenza mentre l'atto di eliminazione dell'urina è chiamata minzione. A lunghe fasi di riempimento avvengono brevi fasi di svuotamento. Il controllo della funzione vescicale (continenza e minzione) avviene per meccanismi:

• Miogeni (muscolari)
• Neuronali vegetativi e somatici. Il controllo somatico permette il controllo volontario nel trattenimento delle urine mentre il controllo vegetativo ha il compito di comunicare lo stimolo di minzione.

Come agiscono questi due sistemi di controllo?

• Nello svuotamento della vescica: le fibre parasimpatiche che innervano la vescica comunicano stimoli eccitatori; le fibre simpatiche inibiscono il detrursore e eccitano la muscolatura; le fibre somatiche invece innervano il muscolo esterno (sfintere striato). La minzione si ha con il rilasciamento dello sfintere e con la contrazione della vescica. Il primo stimolo a urinare si ha quando la vescica si riempie di circa 150-200 ml [da 200 a 500 ml si ha la fase di svuotamento della vescica].
• Nel riempimento della vescica: la vescica si riempie di circa 50 ml/h. L'urina arriva alla vescica tramite la contrazione degli ureteri e la distensione della parete vescicale fa partire il riflesso mediato da recettori parietali. Con la contrazione del detrursore e la diminuzione di pressione degli sfinteri si ha la minzione (è un'azione volontaria).

Equilibrio acido-base

Acido: nella dissociazione produce ioni H⁺. Base: nella dissociazione produce ioni OH^-. pH: indica la concentrazione di ioni H⁺ quindi se è basso ci sono tanti H⁺ - se è alto ci sono pochi H⁺.

Il metabolismo cellulare comporta una produzione di acidi volatili (esito del metabolismo di glucosio e acidi grassi) e non volatili (esito di metabolismo proteico e amminoacidico, fosfoproteico e fosfolipidico e indicano degli acidi non metabolizzati in CO₂). Il pH ematico necessita di rimanere costante e ciò è reso possibile dai sistemi tampone:

• Chimici: sistema dei bicarbonati (sono il sistema tampone più importante), dei fosfatati, delle proteine plasmatiche, dell'emoglobina. Agiscono tutti sostituendo un acido o base forte in un acido o base debole. Il principale sistema tampone dei liquidi extracellulari è la coppia bicarbonati-acido carbonico il cui rapporto è espresso dall'equazione di Henderson-Hasselbach:

  pH = pK + log HCO₃ / H₂CO₃

  Dove HCO₃ è la concentrazione plasmatica dei bicarbonati; l'H₂CO₃ è la concentrazione plasmatica di acido carbonico anche espressa come αPaCO₂ (α è la costante di solubilità di CO₂ e PaCO₂ è la pressione arteriosa di CO₂). Tramite questo rapporto si può capire che per compensare una variazione di pH, i polmoni (tampone fisiologico) agisce sulla variazione del denominatore (H₂CO₃) mentre i reni (tampone fisiologico) agisce sulla variazione del numeratore (HCO₃). Grazie a questa equazione si può misurare il pH e capire la causa di una sua alterazione (se è colpa di HCO₃ o di H₂CO₃ la causa è diversa)

• Fisiologici: reni (eliminano acidi non volatili) e polmoni (eliminano acidi volatili)

Dal punto di vista dei polmoni, un'alterazione nella ventilazione e quindi nell'eliminazione di CO₂ può agire sull'alterazione del pH ma allo stesso tempo il pH stesso può influenzare la ventilazione (proprio perché i polmoni sono un sistema tampone fisiologico). Infatti un abbassamento del pH determina un'iperventilazione mentre un innalzamento del pH determina un'ipoventilazione.

Per quanto riguarda i reni, svolgono la propria funzione di tampone fisiologico a livello del tubulo prossimale, dove si ha il riassorbimento del bicarbonato filtrato e il riassorbimento di sodio tramite lo scambio con gli H⁺. A livello del tubulo distale invece si ha la rigenerazione di bicarbonati. Situazioni di alcalosi o acidosi sono causate da un'alterazione di uno dei sistemi tampone fisiologici: un'acidosi infatti può avere una causa respiratoria (acidosi respiratoria) o una causa renale (acidosi metabolica).

Equilibrio idro-elettrolitico

[vedi fisiopatologia]

Sistema nervoso

Cellule del sistema nervoso

Il sistema nervoso è classificato in sistema nervoso centrale (SNC) e sistema nervoso periferico (SNP). Da queste due sezioni partono il sistema nervoso autonomo (SNA) e il sistema nervoso somatico (SNS) i quali partecipano alle azioni volontarie e involontarie del corpo. È composto da 2 tipi di cellule:

• Gliali: sono più numerose dei neuroni e hanno funzioni trofiche, di sostegno e protezione. Si classificano in:
  • Astrociti: rivestono la parete dei vasi e costituiscono la barriera ematocefalica, la quale regola il flusso di molecole dall'esterno all'interno delle cellule.
  • Microglia: ha una funzione difensiva quindi capacità fagocitarie.
  • Ependima: riveste la cavità del sistema nervoso e produce il liquido cefalorachidiano.
  • Oligodendrociti: rivestono contemporaneamente la guaina mielinica di più neuroni del sistema nervoso centrale.
  • Cellule di Schwann: costituiscono la guaina mielinica dei neuroni del sistema nervoso periferico. Se si avvolgono più volte su loro stesse formano la cosiddetta fibra mielinica; se si avvolgono poco formano la fibra amielinica.
• Neuroni: sono cellule specializzate nell'elaborazione delle informazioni codificate sotto forma di impulsi elettrici/chimici. Svolgono 3 funzioni:
  • Ricezione dell'informazione (questi ormoni sono denominati recettori).
  • Conduzione dell'informazioni a grandi distanze tramite gli assoni.
  • Trasmissione dell'impulso a una o più cellule nervose tramite sinapsi.

I neuroni hanno la capacità di mantenere la propria funzione e forma e quindi di adattarsi a nuove necessità e di agire in modo organizzato in base alla vicinanza con le altre cellule.

Morfologia dei neuroni

• Multipolari: dal soma parte un solo assone con più dendriti.
• Bipolari: dal soma parte un solo assone con un dendrite.
• Unipolari: unico processo che origina dal soma. Questo singolo processo si divide per dar luogo al processo centrale (diretto verso il SNC) e un processo periferico (diretto al SNP).

Funzionalità dei neuroni

• Afferenti: portano l'impulso dalla periferia al centro (neuroni sensitivi).
• Efferenti: portano l'impulso dal centro alla periferia (neuroni motori).
• Interneuroni

I neuroni sono cellule eccitabili e conducibili (generano un impulso e sono in grado di condurlo a grandi distanze). Affinché possa avvenire una genesi dell'impulso è fondamentale la presenza di una differenza di carica elettrica tra l'interno e l'esterno del neurone. Questa differenza è resa possibile dalla presenza di una membrana cellulare, la quale mantiene una diversa concentrazione ionica. Inoltre questa differenza ionica/elettrica è chiamata potenziale di membrana.

Situazione di riposo e potenziale d'azione

• SITUAZIONE DI RIPOSO: l'interno della cellula è negativo rispetto all'esterno e il potenziale di membrana è chiamato potenziale di riposo (-70 mv). Questo potenziale di risposo è mantenuto costante grazie all'azione della pompa ionica sodio-potassio ATPasi.
• Depolarizzazione: è lo spostamento del potenziale di riposo verso il valore zero e quindi l'interno della cellula diventa meno negativo.
• Iperpolarizzazione: è lo spostamento del potenziale di riposo lontano dal valore zero e quindi l'interno della cellula è più negativo.
• Potenziale locale: è una fluttuazione locale del potenziale di membrana che però non determina l'attivazione della cellula (potenziale d'azione). Il valore di potenziale locale è -65 mv.
• Potenziale d'azione: è l'impulso nervoso, cioè è il risultato di una rapida depolarizzazione. In questo caso il potenziale di membrana raggiunge un valore tale da attivare la cellula e generare l'impulso nervoso (+30 mv).

Genesi del potenziale d'azione nei dettagli

1. L'impulso giunto al neurone stimola l'apertura dei canali per il sodio stimolo-dipendenti. Il sodio, per diffusione semplice, entra nella cellula e rende il suo interno meno negativo rispetto all'esterno (determina cioè una depolarizzazione).
2. Una volta che la membrana si è depolarizzata, si attiva il potenziale locale (-65mv) per cui la cellula è meno negativa ma non è ancora in grado di attivarsi. Una volta raggiunto il valore di soglia (-60 mv), i canali per il sodio voltaggio-dipendenti si apr