Fisiologia e scienze dell’alimentazione 1 e 2

Fisiologia e scienze dell’alimentazione 1 e 2

L’anatomia è lo studio della stru ura degli organismi viven .

La siologia è lo studio del normale funzionamento dell’organismo vivente in toto e delle par che

lo compongono (omeostasi); il nostro organismo deve vivere in omeostasi (in equilibrio) con

l’ambiente che ci circonda.

In par colare studia la funzione di un organo, tessuto e il meccanismo di funzionamento di un

sistema, organo, tessuto.

La funzione di un evento siologico è il perché dell’evento inoltre i meccanismi o processi siologici

rappresentano come il sistema funziona.

o Fisio= natura Logia= studio di

Anatomia e siologia sono legate dal fa o che la funzione di un tessuto o di un organo è

stre amente legata alla stru ura.

La siologia viene divisa in:

• Fisiologia della vita di relazione: la quale studia i meccanismi che sono alla base del

comportamento animale o umano.

• Fisiologia della vita vegeta va: studia le funzioni viscerali che consentono alle cellule

dell’organismo di circondarsi di un ambiente appropriato per la loro funzione.

➢ Determinismo: principio fondamentale della siologia “tu e le cose passate, presen e

future sono governate dalla necessità”.

Gli approcci di studio si dividono in:

- Meccanicis co (individuazione delle cause meccaniche e delle regole che fanno

!Processi,

compiere il fenomeno come avviene un evento). !

- Finalis co o teleologico (l’universo o il corpo agisce per scopi o ni perché

avviene un evento).

Gli organismi viven sono sistemi chimici autonomi capaci di autoriprodursi in equilibrio con

l’ambiente. Essi sono cos tui da un ristre o numero di molecole organiche:

- Zuccheri (sorgente primaria di energia). !monomeri).

- Amminoacidi (cos tuen delle proteine

- Acidi grassi (cos tuen delle membrane cellulari, molecole di accumulo dell’energia)

- Nucleo di (monomeri degli acidi nucleici, trasportatori di energia).

Declaratoria BIO/09 Fisiologia: la siologia studia le funzioni vitali degli animali e dell’uomo, anche

in modo comparato. Analizza come l’organismo vivente o enga e mantenga l’omeostasi del suo

mezzo interno a livello molecolare, cellulare e ssutale, nel contesto delle modi cazioni

dell’ambiente circostante. Studia la bio sica, i meccanismi ele ro siologici e funzionali dei sistemi

di trasporto e comunicazione nelle membrane biologiche, della mobilità cellulare, nonché le

funzioni specializzate delle singole cellule.

Dall’unitarietà delle soluzioni funzionali, escogitate dall’evoluzione, formula l’enunciazione di leggi

siologiche di cara ere generale. Veri ca la validità di tali leggi nei modelli di massima complessità

studiando, nell’uomo e negli altri prima , meccanismi e interrelazioni di tu e le funzioni vegeta ve

e i fondamen generali dell’endocrinologia. Valuta inoltre le cara eris che nutrizionali degli

alimen , lo stato di nutrizione, il dispendio e bisogno energe co e l’u lizzo siologico dei nutrien

nella dieta.

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Studia i fondamen neurobiologici e psico siologici rela vi al comportamento e alle interazioni

cogni ve ed emo ve fra il sogge o e l’ambiente ed analizza il funzionamento integrato dei diversi

organi e appara nel corso delle a vità motorie in condizioni ambientali estreme. In ne studia le

potenziali applicazioni di tali conoscenze in campo ambientale, biotecnologico e spor vo.

Ci sono vari livelli di organizzazione degli organismi viven e capi di studio correla ad essi:

• Atomo → chimica e biologia molecolare

• Molecola→ chimica e biologia molecolare

• Cellula→ la più piccola unità stru urale in grado di produrre processi vitali

• Tessu → biologia

• Organi→ siologia

• Appara → siologia

• Organismi→ siologia

• Popolazioni di una specie → siologia

• Ecosistema → ecologia

• Biosfera→ ecologia.

Omeostasi

La stabilità del mezzo interno è assicurata:

- In minima parte dalle proprietà sico-chimiche del sangue;

- In massima parte del gioco di meccanismi siologici chiama fenomeni omeosta ci.

Il risultato del loro intervento è l’omeostasi, ossia la stabilità del mezzo interno.

Quando la composizione del liquido extracellulare varia al di là del normale insieme di valori si

a vano meccanismi corre vi (omeosta ci) che fanno si che il liquido ritorni alle sue cara

eris che normali.

L’omeostasi richiede un sistema di controllo delle entrate e delle uscite a raverso l’a vazione di

meccanismi prepos al controllo e al mantenimento all’interno di determina valori vitali di

parametri opera vi a livello di diversi distre siologici

un sistema di controllo è formato da tre componen :

1. Segnale d’ingresso che è in conta o con un sensore capace di monitorare la variabile

regolata.

2. Centro di controllo che confronta se la variabile regolata sta nel range desiderato ed

eventualmente da origine ad una risposta nalizzata a riportare la variabile entro il valore di

riferimento.

3. Segnale di uscita in conta o con il sistema che deve a uare la risposta.

L’organismo però subisce con nuamente delle variazioni che possono essere sia variazioni interne

sia variazioni dell’ambiente esterno per questo il nostro organismo deve cercare di compensare.

Se la compensazione ha successo il corpo raggiunge uno stato di benessere mentre se la

compensazione non raggiunge il suo scopo, non è e cace nel nostro corpo si sviluppa un

disordine, mala a.

La branca della siologia che studia le mala e prende il nome di siopatologia.

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➢ Stress: è determinato da qualsiasi sintomo intenso che disturba l’omeostasi dell’organismo

e che innesca una risposta invariabile (sindrome di ada amento generale).

La sindrome consiste in un’a vazione del sistema nervoso autonomo (SNA) e del sistema

endocrino (stress cronico) allo scopo di mantenere l’omeostasi.

Il nostro organismo è formato da mol appara e sistemi e tu o il nostro corpo è guidato, tenuto

so o controllo dal sistema nervoso grazie ad un sistema che prevede: la recezione di una serie di

input da parte del sistema periferico che entra all’interno del sistema centrale (cervello e midollo

spinale) ciò grazie ad una sensibilità soma ca, organi di senso speciali (vista e udito), sensibilità

viscerale; poi ha un centro di controllo in cui elabora una risposta che viene inviata al sistema

nervoso periferico con il termine output.

Queste risposte possono prendere due strade diverse:

• Via soma ca: muscolo scheletrico.

• Via autonoma: che si suddivide in simpa co e parasimpa co che innervano sempre gli

stessi organi ma con e e oppos tra di loro sistema nervoso enterico branca a parte del

sistema autonomo.

Neuro siologia

Galvani scoprì, studiando le cellule del muscolo, che le cellule (nervose) sono in grado di generale

ele ricità.

In seguito si scoprì che l’a vità ele rica di una cellula è in grado di in uenzare l’a vità d altre

cellule in maniera del tu o prevedibile.

- Esperimento della rana morta: nervo scia co di una gamba con nervo scia co dell’altra che

messi a conta o generarono una corrente bioele rica (! accumulata nei nervi a riposo).

Cajal dimostrò che il sistema nervoso è cos tuito da una rete formata da singole cellule: i singoli

neuroni connessi tra loro cos tuiscono l’elemento fondamentale di base per il passaggio dei

messaggi del SN.

Il neurone è un’unità anatomica, in par colare è l’unità funzionale del sistema nervoso; è un’unità

gene ca (deriva da un unico neuroblasto).

Fisiologia cellulare:

- Eccitabilità cellulare;

- Potenziale di riposo di membrana;

- Stru ura e proprietà fondamentali della cellula nervosa;

- Genesi e conduzione del potenziale d’azione;

- Interazioni elementari tra cellule eccitabili;

- Generalità della trasmissione sinap ca;

- Trasmissione sinap ca del SNC.

-

Le neuroscienze includono anche la neuro siologia (il SN è il punto focale comune).

Il ne ul mo è quello di capire l’a vità mentale, cioè i meccanismi a raverso i quali riusciamo ad

avere percezioni, ci muoviamo e siamo in grado di ricordare.

Perciò studia le relazioni che esistono a livello del SN ed ado a un approccio interdisciplinare

(biologia molecolare, cellulare, gene ca, siologia, psicologia cogni va, bioingegneria, …).

Sistema nervoso

Principali funzioni del SN:

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• Rilevare informazioni dall’ambiente interno ed esterno dell’animale (es. pressione,

posizione del corpo, ecc.)

• Valutare ed integrare le informazioni (es. s molo della fame, ecc.).

• Rispondere in maniera adeguata agli s moli (es. risposta motoria o ghiandolare).

Comprende:

• Sistema nervoso centrale o SNC (encefalo e midollo spinale)

• Sistema nervoso periferico o SNP (nervi cranici e spinali)

Il SNP si divide in:

- Sistema a erente (sensi vo)

- Sistema e erente (motore) che comprende motoneuroni (muscoli) e il sistema nervoso

autonomo SNA (cuore, muscoli lisci, ghiandole).

Il SNC è una massa gela nosa del peso di circa 1500g, avvolta da 3 membrana conne vali

(meningi) e prote a da stru ure ossee e liquor cerebrospinale; presenta aree di sostanza grigia e

aree di sostanza bianca, il bianco brillante è dovuto ai lipidi che formano la guaina mielinica.

Importante è il prelievo di liquor che prende il nome di rachicentesi o puntura lombare che viene

eseguito in modo non invasivo: viene fa o prelevare tra due vertebre lombari L2/L3 perché il

midollo spinale che percorre la spina dorsale termina nella vertebra L1, e per questo procedendo

con il prelievo nella zona terminale lombare si è sicuri di non danneggiare il midollo spinale.

- Nel midollo spinale la sostanza grigia occupa la porzione centrale, assumendo un

cara eris co aspe o a farfalla mentre la sostanza bianca occupa la porzione periferica.

- Nell’encefalo le aree di sostanza grigia sono organizzate in cortecce (cerebrale e

cerebellare) sulla super cie esterna e in nuclei, con i neuroni organizza in agglomera

immersi in aree di sostanza bianca, in profondità.

♦ Nervi sensoriali: input al SNC dagli organi di senso.

♦ Nervi motori: output dal SNC ai muscoli e ghiandole.

Stru ure dell’encefalo

Telencefalo (cervello)

Il telencefalo, che occupa l'80% del volume totale dell’encefalo umano, è cos tuito da due

emisferi (sinistro e destro) e dal diencefalo.

Gli emisferi cerebrali sono separa dalla scissura longitudinale ma

collega tra loro da molte bre nervose che formano il corpo calloso.

Ciascun emisfero è composto dalla corteccia cerebrale (sostanza

grigia), dalla sostanza bianca so ostante e da tre formazioni nucleari

profonde (sostanza grigia): i nuclei della base.

La corteccia cerebrale, un so le strato di sostanza grigia che forma la

super cie esterna del cervello, cos tuisce la regione che si è

sviluppata più recentemente nel corso dell’evoluzione dell’encefalo dei

vertebra . Per il grande numero di cellule presen , la corteccia

cerebrale umana è cara erizzata da molte pieghe e circonvoluzioni. Le

aree della corteccia cerebrale sono state de nite in relazione alle

funzioni che svolgono. Mappa somatotopica

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➢ Nuclei della base: sono ammassi di sostanza grigia che si trovano in profondità della

sostanza bianca e sono coinvol nell’azione, piani cazione e controllo del movimento ed è

deputato alla memoria motoria. Esempio di nuclei della base: nucleo caudato. Una mala a

che deriva proprio da una disfunzione dei nuclei della base è l’Alzheimer.

L’area del lobo frontale si occupa dell’integrazione delle a vità dei muscoli scheletrici; in questa

zona sono localizzate le aree di corteccia motoria.

Il lobo parietale è la sede della corteccia sensoriale, interessato alla ricezione degli s moli della

sensibilità somatosensoriale.

In queste aree cerebrali il nostro corpo è rappresentato in

maniera de agliata: regioni speci che delle cortecce

sensoriali e motorie corrispondono a speci che par del

corpo; è presente, quindi nelle cortecce primarie motoria e

sensoriale una mappa somatotopica.

In queste mappe, l’estensione della rappresentazione delle

diverse regioni corporee non è in proporzione alle

dimensioni siche della regione, ma alla sua densità di

innervazione.

Le a erenze udi ve arrivano, invece, a una area di corteccia

posta nel lobo temporale. Questa regione della corteccia è il centro di elaborazione dei segnali

trasmessi dai neuroni sensoriali dell’orecchio. I segnali provenien dai vari neuroni sensoriali,

s mola dalle cellule ciliate che rispondono alle diverse frequenze del suono, sono trasmessi alle

di eren regioni della corteccia udi va: esiste, quindi una mappa tonotopica. La corteccia visiva

occupa il lobo occipitale.

Riassumendo i lobi del telencefalo:

- Lobi frontali (piani cazione, funzioni esecu ve e motorie)

- Lobi parietali (funzioni somatosensoriali, spazio e relazioni spaziali)

- Lobi temporali (funzioni udi ve, memoria e linguaggio)

- Lobi occipitali (visione). All’interno dei lobi ci sono delle specializzazioni funzionali della

nostra corteccia (aree sensi ve/motorie di ordine superiore e aree associa ve).

Le aree associa ve in genere ricevono a erenze da tu e le aree sensoriali superiori.

Diencefalo

Comprende l’epitalamo, il talamo e l’ipotalamo.

• L’epitalamo, nella sua porzione posteriore, con ene una ghiandola, l'epi si o ghiandola

pineale, che secerne l’ormone melatonina, coinvolto nella regolazione dei ritmi circadiani e

delle funzioni riprodu ve.

• Il talamo è una stazione a va di collegamento sensoriale che invia informazioni alla

corteccia ed è cos tuito da vari nuclei che ricevono dal tronco cerebrale, selezionano ed

elaborano le informazioni sensoriali provenien dai rece ori e trasme ono alla corteccia

cerebrale quelle che devono raggiungere lo stato di coscienza.

• L’ipotalamo, che si trova proprio so o il talamo, è coinvolto nella regolazione ormonale e

nel controllo della mo vazione (alimentazione, temperatura, comportamento riprodu vo,

!

…) parte vegeta va. Esso con ene neuroni raccol in vari nuclei specializza nel controllo

omeosta co delle funzioni viscerali e nel controllo del comportamento, ed è il centro

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principale di integrazione del sistema nervoso

autonomo e del sistema endocrino.

Interagendo con altri centri encefalici, con i centri di

origine dell'a vità del sistema nervoso autonomo e

mediante la liberazione di fa ori che regolano la

secrezione di ormoni tropici dal lobo anteriore

dell'ipo si (adenoipo si), regola un gran numero di

a vità involontarie, come tu e quelle che

perme ono il controllo di parametri quali pressione

arteriosa, gi ata cardiaca, temperatura corporea,

bilancio energe co e idrico, a vità associate al

sesso, alla fame, alla sete, al piacere, al dolore e alla rabbia. Produce due ormoni: l’ormone

an diure co (ADH), deputato al controllo dell’escrezione di acqua dal rene, e l’'ossitocina

che controlla la contrazione della muscolatura liscia dell’utero; ques due ormoni vengono

immagazzina nel lobo posteriore della ghiandola endocrina principale, l'ipo si

(neuroipo si), e da qui rilascia .

➢ Sistema limbico: si trova posizionato intorno al talamo che, insieme ad altre stru ure, quali

amigdala, ippocampo (che sono parte del lobo temporale), controlla le spinte mo vazionali

e il comportamento emo vo; inoltre, ha un ruolo importante nel controllo delle funzioni

endocrine e vegeta ve, oltre che nell’apprendimento e nella formazione della memoria di

po dichiara vo (prevalentemente ippocampo). Circuito “reward”.

Cervelle o

Il cervelle o, come il cervello, è cos tuito da due emisferi

cerebellari e da una regione mediana, il verme, ricoper da

corteccia cerebellare, al di so o della quale, nella sostanza bianca,

si trovano tre nuclei profondi per emisfero. II cervelle o, grazie

alle sue molteplici connessioni riceve informazioni discenden

motorie e informazioni ascenden sensi ve e svolge un azione di

controllo, di coordinazione, di aggiustamento dei programmi

motori e di mantenimento dell’equilibrio e ha anche un ruolo

importante nel processo di apprendimento motorio.

Tronco encefalico

È ubicato e si

alla base del cervello occupa del controllo delle funzioni vitali, della coscienza, dei

cicli sonno veglia e del tono muscolare.

Le re neuronali che cos tuiscono i "centri" di controllo di diverse funzioni che non sono so o il

controllo della volontà, quali il ba to cardiaco e la respirazione. Inoltre, nel tronco passano le bre

nervose che collegano il midollo spinale ai centri superiori del cervello. Comprende:

• Mesencefalo (movimen oculari): oltre alla formazione re colare pon na, con ene i

collicoli superiori e inferiori, implica rispe vamente nella sensibilità visiva e udi va, i

nuclei rossi e la sostanza nera coinvol nel controllo della contrazione dei muscoli

scheletrici; i nuclei associa ai nervi cranici III e IV.

Nella sostanza bianca