Fisiologia e benessere degli animali in produzione

Fisiologia e benessere degli animali in produzione

Studia il funzionamento degli organi e la modalità attraverso cui l’organismo mantiene la stabilità dell’ambiente interno (omeostasi). Tutti i processi di regolazione del metabolismo fanno parte della fisiologia (proteico, lipidico, glucidico).

La cellula

Lisosoma: contiene enzimi lisosomiali per smaltire le sostanze di scarto della cellula.

Mitocondri: respirazione cellulare.

Reticolo endoplasmatico: sintesi proteica.

Apparato del Golgi: completa la sintesi proteica.

Membrana cellulare

Doppio strato fosfolipidico che contiene anche proteine, colesterolo e glicidi. È una membrana semipermeabile, crea una barriera protettiva dall’ambiente esterno. Il trasporto all’interno della membrana può essere attivo quando avviene un dispendio di energia, passivo quando non viene utilizzata energia per il trasporto. Nel trasporto passivo le sostanze passano secondo gradiente (da un ambiente più concentrato a meno concentrato). L’acqua passa attraverso canali specifici detti acquaporine dal distretto più diluito a quello più concentrato.

Funzioni della membrana

• Barriera-struttura
• Trasporto sostanze idrosolubili-carrier
• Canali
• Recettori (sistema endocrino e nervoso)
• Enzimi
• Proteine aggancio cellule limitrofe
• Proteine ancoraggio a proteine fibrose

Acqua

Acqua corporea circa 60% del peso corporeo

Liquido intracellulare 40%

• Liquido extracellulare 20% (plasma sanguigno 5% - liquido interstiziale 15%)

Questi liquidi sono in continuo scambio per mantenere l’omeostasi dell’organismo.

Tipi di trasporto

• Esocitosi: si ingloba una sostanza e viene portata all’esterno attraverso le vescicole che si fondono con la membrana cellulare.
• Pinocitosi: trasporto per macromolecole.
• Fagocitosi: inglobamento sostanze per poi essere eliminate.
• Transcitosi: trasporto di sostanze da una cellula all’altra.

Potenziale di membrana

Sistema di comunicazione cellulare attraverso la perturbazione elettrica che viene effettuata grazie alla presenza sia all’interno che all’esterno della membrana plasmatica di ioni caricati o positivamente o negativamente. Il potenziale di membrana riguarda solo gli ioni adesi alla parete cellulare. All’interno della cellula potassio (+), sodio (+), cloro (-) e grossi anioni organici (-) regolano l’elettricità all’interno della cellula. All’esterno della cellula calcio, sodio (+) e in piccola quantità cloro (-). Tutti questi elementi possono passare attraverso la membrana cellulare in modo continuo. Quindi la membrana cellulare è permeabile a tutti questi elementi TRANNE ai grossi ioni organici che non possono passare all’esterno ma rimangono sempre all’interno della cellula. Il sodio intorno ha un grosso nucleo di molecole di acqua che lo rende più grande e quindi meno diffusibile rispetto al potassio che presenta una concentrazione d’acqua molto più bassa. A ripristinare l’equilibrio tra le varie cellule questi elementi per 80% passano da gradiente di concentrazione (no energia) e per un 20% attraverso una pompa con dispendio di energia. Quando il gradiente elettrico e il gradiente chimico si bilanciano il flusso di ioni cessa e si dice che si è raggiunto l’equilibrio di potenziale (forze elettriche bilanciano forze di concentrazione) quando vi è questo equilibrio di dice che la cellula è a riposo. Il potenziale di riposo di una cellula a riposo è di -70mv (millivolt). Ioni sodio e potassio possiedono due potenziali di equilibrio: +60 per il sodio e -90 per il potassio.

Cellule eccitabili

Cellule in cui è presente il potenziale:

• Cellule del tessuto muscolare (evento elettrico serve per far avvenire la contrazione).
• Cellule del tessuto nervoso (utilizzano il potenziale per comunicare, far passare il messaggio da una cellula all’altra).

Potenziale d’azione

Brevi e ampie (100mv) variazioni del potenziale di membrana durante il quale il potenziale si inverte.

Depolarizzazione: potenziale si alza (grazie all’ingresso del sodio che carica l’interno della cellula positivamente fino a +30mv).

Ripolarizzazione: potenziale ritorna a potenziale di riposo (-70mv) (grazie al potassio che va verso l’esterno).

Potenziale di riposo: potenziale rimane costante.

Per far sì che si avvii un potenziale d’azione lo stimolo deve essere ADEGUATO, ovvero si deve raggiungere il potenziale soglia (-50mv). Nella membrana sono presenti dei canali voltaggio dipendenti del sodio e del potassio. Una volta raggiunto il valore soglia (-50mv) si aprono le porte d’ingresso per il sodio e quindi è obbligato ad entrare all’interno della cellula; a +30mv le porte del sodio si chiudono e si aprono le porte del potassio le quali rimangono aperte fino a -80mv, poi si chiudono ed è per questo che si ritorna a -70mv.

Periodi refrattari

Periodo refrattario assoluto: la cellula non può essere eccitata da un secondo stimolo qualunque sia l’entità dello stimolo, questo periodo dura 2/3 del periodo di ripolarizzazione, quindi per tutta la depolarizzazione fino a quasi tutta la ripolarizzazione la cellula non può ricevere più di uno stimolo. Se la cellula riceve più di uno stimolo in questo periodo si instaura una causa di contrazione tetanica, che può causare la morte in quanto non avviene più decontrazione e si muore per asfissia perché il diaframma rimane contratto.

Periodo refrattario relativo: si instaura alla fine della ripolarizzazione da -60/-80mv. Se la cellula viene colpita da una forte stimolo può essere nuovamente eccitata da un nuovo potenziale di azione.

Il periodo refrattario fa sì anche che il passaggio dell’informazione elettrica sia in un solo senso, se l’evento elettrico andasse all’indietro l’evento perderebbe d’intensità e di conseguenza non far partire il potenziale d’azione.

Potenziale azione del calcio

Si verifica in:

• Terminazioni nervose
• Cellule muscolari lisce
• Cellule muscolari cardiache

Potenziali graduati

Sono localizzati in quelle cellule in cui ci sono scarsi canali voltaggio dipendenti del sodio (potenziali postsinaptici, recettore, placca, pacemaker). In questo caso lo stimolo non riesce a raggiungere la soglia (-50mv) oppure lo stimolo arriva e sposta il potenziale da -70 a -60. Ci sono anche alcuni casi in cui lo stimolo porta il potenziale di riposo a -80/-90 mv.

Questi potenziali graduati possono essere:

Postsinaptici eccitatori: lo stimolo arriva ma non sufficiente ad arrivare alla soglia, la cellula può essere eccitata anche da uno stimolo di bassa entità. Sommazione spazio/temporale: se in una zona ben precisa o in un breve lasso di tempo se la cellula è colpita da altri stimoli il potenziale d’azione può avvenire, avviene la somma di più piccoli stimoli fino a raggiungere la soglia di eccitabilità.

Postsinaptici inibitori: lo stimolo arriva e sposta il potenziale da -70 a -80/-90 mv, di conseguenza lo stimolo deve essere molto più potente rispetto alle normali condizioni, quindi è facile che la cellula non venga mai eccitata.

Neuroni

Tipi di conduzione dello stimolo

• Conduzione contigua: si verifica nei neuroni (assoni) che non sono ricoperti da una guaina mielinica. Dove non è presente la guaina prendono il nome di Nodi di Ranvier, la guaina funge da isolante dove l’impulso non può essere condotto, quindi l’impulso si trasmette da un nodo all’altro. L’impulso quindi è più veloce quindi nei neuroni con la mielina.
• Conduzione saltatoria: assoni con guina mielinica e la conduzione avviene solo in prossimità dei nodi di Ranvier.

Tipi di comunicazione

• Comunicazione ormonale: un ormone viene prodotto a livello di una ghiandola ma può esplicare la sua azione lontano dal luogo di produzione.
• Comunicazione paracrina: cellula secernente che produce un qualcosa che viene riversato nello spazio extracellulare e va a condizionare l’attività di una cellula contigua.
• Comunicazione autocrina: cellula secernente che produce sostanze che influenzano la vita propria della cellula.
• Feromoni: sostanze chimiche che vengono percepite da individui della stessa specie sia a livello sessuale che a livello di avvertimento, vengono percepite dall’organo vomero nasale.
• Comunicazione elettrica: attraverso rilascio di neurotrasmettitori oppure attraverso gap Junction tra cellule contigue in cui il segnale passa senza il bisogno di un neuro trasmettitore.

I recettori possono essere o sulla membrana della cellula oppure all’interno della cellula. Se il recettore è posto sulla membrana lo stimolo per raggiungere l’interno della cellula utilizza secondi messaggeri (principale AMP ciclico) che non fanno altro, attraverso una serie di reazioni enzimatiche, che portare l’informazione dalla membrana all’interno del nucleo (anche IP3/DAG altri secondi messaggeri). Il secondo messaggero amplifica anche il segnale dello stimolo. Gli ormoni che possono arrivare al nucleo sono gli ormoni liposolubili mentre gli ormoni idrosolubili all’interno della membrana devono trovare un secondo messaggero per portare l’impulso all’interno del nucleo.

Neuroni

Entrano in contatto funzionale con:

• Altri neuroni
• Cellule muscolari
• Cellule ghiandolari

Sinapsi

Mediante giunzioni dette sinapsi, a seconda della porzione con cui entrano in contatto prendono nomi diversi:

• Se la sinapsi entra in contatto con la terminazione assonica di un altro neurone prendono il nome di asso-assonica.
• Se le sinapsi dell’assone si collegano con dei dendriti prende il nome di asso-dendritica.
• Se le sinapsi dell’assone vanno in contatto con il corpo del neurone prende il nome di asso-somatica.

Funzionalmente le sinapsi si dividono in:

• Elettriche: funzionano dove le cellule sono caratterizzate dalle Gap Junction (gallerie di comunicazione) per cui il segnale elettrico passa direttamente da una cellula all’altra. Queste sinapsi trasmettono l’impulso con una grande velocità. Presenti nell’ipotalamo, miocardio e muscolatura liscia, e l’informazione può essere portata in entrambi i sensi.
• Chimiche: il messaggio deve essere trasportato da un neurotrasmettitore contenuto in delle vescicole che devono fondersi con la membrana per rilasciare il neurotrasmettitore, la membrana e la vescicola si fondono grazie al calcio che entra attraverso il potenziale d’azione che corre lungo l’assone. Come l’ormone anche in neurotrasmettitore vuole il suo recettore, quindi il neurone presinaptico libera il neurotrasmettitore in uno spazio intersinaptico per poi trovare sulla membrana del neurone postsinaptico il recettore a lui associato.

In base all’effetto si dividono in:

• Eccitatore
• Inibitorie

Sistema nervoso

Encefalo (centrale): elabora le risposte e le manda alla periferia attraverso i nervi.

Midollo spinale (centrale): riceve gli stimoli dall’esterno e le convoglia all’encefalo.

Nervi (periferico): trasportano le risposte codificate dall’encefalo e le trasportano agli organi effettori.

Sistema nervoso periferico

Volontario (somatico): viene definito anche sistema nervoso somatico, di questo fanno parte i motoneuroni che trasportano i segnali elettrici al muscolo per farlo contrarre.

Involontario (autonomo): definito anche sistema nervoso autonomo, che si divide a sua volta in simpatico e parasimpatico che segna il funzionamento della muscolatura liscia, cardiaca e ghiandole.

• Simpatico (azione) e parasimpatico (riposo) agiscono l’uno in modo opposto dell’altro.
• Il sistema simpatico prepara a intensa attività fisica-emergenza-stress aumentando il flusso sanguigno (cuore, muscoli, cervello).
• Il sistema parasimpatico prepara a situazioni tranquille e di riposo.
• Il sistema nervoso simpatico e parasimpatico agiscono attraverso la liberazione di un neuro trasmettitore: il simpatico utilizza l’adrenalina (+) mentre il parasimpatico utilizza l’acetilcolina (-).

Liquido cerebrospinale

Liquido che circonda il midollo spinale e il cervello e ha una funzione di ammortizzazione.

Barriera ematoencefalica

Regola gli scambi tra sangue e cervello (funzione di filtro e protezione).

Encefalo

È in grado grazie alle strutture più importanti di effettuare vari comandi; l’encefalo utilizza:

• Sistema sensoriale (da esterno a interno)
• Sistema motorio (invio comandi)
• Sistema motivazionale

Midollo spinale

Funge da collegamento tra encefalo e sistema nervoso periferico, la risposta che avviene grazie a questo collegamento è una risposta riflesso (arco riflesso). L’arco riflesso è costituito da:

• Neuroni sensitivi
• Motoneuroni

Nervi sistema nervoso periferico

• Volontario: nervi cranici e nervi spinali

Apparato muscolare

Classificazione dei muscoli

• Striato scheletrico
• Striato cardiaco
• Liscio: unitario e multiunitario

Funzioni del muscolo

• Movimento del corpo
• Postura
• Supporto e protezione
• Controllo degli orifizi
• Sviluppo movimenti peristaltici
• Regolazione flusso ematico
• Regolazione temperatura corporea

Tutti i tipi di muscolo hanno bisogno di calcio per far sì che avvenga la contrazione, in particolare il muscolo scheletrico contiene ampie riserve di calcio reticolo sarcoplasmatico (tubuli T), la muscolatura liscia e cardiaca contengono scarse riserve di calcio e lo prendono a livello extracellulare (liquido extracellulare, scambi tra cellule).

Muscolo striato: il muscolo striato ha una contrazione molto veloce e rapida ma allo stesso tempo anche lente. La muscolatura striata si differenzia anche per le grandi riserve di glicogeno che consente alla muscolatura striata di contrarsi in modo molto rapido. La muscolatura scheletrica ha un colore molto più vivo dato dalla grande presenza di mioglobina (proteina in grado di legare il ferro). La muscolatura striata dipende dal sistema nervoso.

Muscolo liscio: le contrazioni della muscolatura liscia e cardiaca sono invece solo lente. La muscolatura liscia e cardiaca contengono circa la metà delle riserve di glicogeno. La muscolatura liscia è autonoma.

Proteine muscolari

• Contrattili: actina e miosina
• Regolatrici: tropomiosina e troponina
• Strutturali: titina

Miosina

È costituita da una coda intrecciata ad elica e due sub unità identiche in cui sono presenti due siti: uno per il legame con l’actina e uno per il legame con ATP (struttura a mazza da golf). Più filamenti di miosina costituiscono il filamento spesso. La miosina è una proteina filamentosa con struttura ad alfa-elica.

Actina

È una proteina globulare in cui sono presenti i siti di legame per i ponti trasversi della miosina (sito di legame).

Tropomiosina

Filamentosa che avvolge i filamenti di actina, molecola fibrillare ad alfa-elica che possiede alta affinità con actina. Il legame tra tropomiosina e actina impedisce alla miosina di attaccarsi all’actina, infatti se c’è legata la miosina alla actina si ha la contrazione mentre se alla actina si lega la tropomiosina vi è il rilassamento.

Troponina

Formata da tre teste globulari che avvolge i filamenti di actina; primo globulo:

• Troponina C
• Troponina I