Fisiologia Generale (riassunti completi)

Liquidi corporei

Acqua

Componente principale dei sistemi biologici e alimenti (tranne: grassi, zucchero, cereali e leguminose)

Caratteristiche chimico-fisiche

Stato liquido: mari, laghi, fiumi
Stato solido (polimero di struttura cristallina): ghiacciai, neve
Stato di vapore (monomero): atmosfera terrestre

Acqua liquida

Elevato punto di fusione (0°C)
Elevato punto di ebollizione (100°C)
Elevato calore specifico (quantità di energia assorbita da 1 gr. di acqua durante un aumento di temperatura di 1 °C, consente processi legati alla termoregolazione negli animali)
Elevato calore latente di evaporazione (l’acqua che evapora dal nostro corpo porta a rilasciare una notevole quantità di calore)
Ottimo solvente per numerose sostanze chimiche: composti ionici, gas come ossigeno e CO₂, alcool, acidi, zuccheri, molecole con una parte idrofoba e una idrofila (fa sì che nell’organismo possano avvenire le varie reazioni biochimiche poste alla base dei meccanismi metabolici intracellulari)

L'acqua e i processi biologici

• Solvente di gas (O₂ e CO₂), di elettroliti e di colloidi
• Trasporta alle cellule le sostanze nutritive
• Allontana dai tessuti i prodotti di rifiuto
• Termoregolazione e mantenimento equilibrio termico tra le cellule
• Costituisce il mezzo in cui avvengono tutte le reazioni digestive e metaboliche

L'importanza dell'acqua corporea

• È il costituente fondamentale di tutti gli esseri viventi
• Partecipa ai fenomeni digestivi facilitando il transito e la fluidificazione del chimo attraverso il tubo gastroenterico
• È il mezzo in cui hanno luogo le reazioni metaboliche
• Consente il passaggio delle sostanze dalle cellule agli spazi intercellulari e ai vasi e viceversa
• Aiuta a regolare la temperatura corporea

Liquidi corporei

L’acqua transcellulare è infatti contenuta all’interno di particolari comparti del nostro organismo delimitati da cellule epiteliali e NON endoteliali. L’acqua transcellulare è quindi una frazione specializzata del liquido extracellulare. Le cellule epiteliali che circondano questi comparti rendono la composizione dell’acqua transcellulare diversa dal liquido extracellulare. La differenza sostanziale tra cellula endoteliale e cellula epiteliale è che la cellula endoteliale viene attraversata facilmente dall’acqua e dai soluti a basso peso molecolare, cosa che invece non succede nella cellula epiteliale, a meno che non ci siano pori o canali ionici che mediano questo trasporto.

Compartimenti idrici

Acqua transcellulare

• Frazione specializzata del LEC
• Compartimenti delimitati da uno strato continuo di cellule epiteliali, che rendono la composizione dell’acqua transcellulare diversa dal LEC: esempio il liquido gastrico che viene prodotto dalle cellule che rivestono internamente lo stomaco.
• Succhi digestivi (1-3%): adrivestono internamente lo stomaco. Tra gli altri succhi gastrici ricordiamo anche il succo enterico, prodotto dall’intestino, e il succo pancreatico, prodotto dal pancreas e che contiene degli enzimi atti alla digestione delle proteine molto particolari. Complessivamente i succhi digestivi, in particolari momenti della giornata, cioè dopo pranzo o dopo cena, possono raggiungere anche il 3% dell’acqua corporea totale; in generale quindi essi oscillano tra l’1% e il 3% rappresentando così, da un punto di vista quantitativo, il maggior numero di acqua transcellulare.
• Liquido cerebrospinale [riveste il nostro S.N.C.]
• Liquido pleurico
• Liquido peritoneale
• Liquido intraoculare
• Liquido sinoviale
• Variazioni individuali legate a: Quantità di tessuto adiposo: le persone magre hanno un contenuto di acqua superiore rispetto alle persone obese
• Variazioni individuali legate a: SESSO: le donne hanno un contenuto di acqua inferiore rispetto agli uomini in quanto più ricche di tessuto adiposo sottocutaneo.

Volume di distribuzione

Il volume di distribuzione (Vd), o volume apparente di distribuzione è un parametro che indica la capacità di diffusione e penetrazione di varie sostanze nei vari organi e tessuti dell'organismo.

Metodi di misura dei compartimenti liquidi corporei

• Antipirina (estere acetacetico fenilidrazina), è una molecola estremamente solubile che si distribuisce in tutto il corpo; essa quando viene iniettata nel sangue attraversa l’endotelio dei vasi capillari, passa nel liquido interstiziale, attraversa la membrana delle cellule; quando andremo a calcolare il volume di distribuzione, calcoliamo il volume in cui si è distribuita questa sostanza e che comprenderà plasma sanguigno, liquido interstiziale e liquido intracellulare.
• Per ricavare il volume di distribuzione plasmatico utilizzo sostanze che non sono capaci di attraversare l’endotelio quali: Il colorante Bleu Evans, esso teoricamente può attraversare le pareti dei capillari, ma quando si trova nel plasma sanguigno incontra le proteine plasmatiche, in modo particolare la frazione albuminica e vi si lega. Poichè l’albumina è una proteina ad alto peso molecolare, il colorante non può abbandonare il letto capillare. Ovviamente la diluizione di questo colorante sarà proporzionale alla quantità di plasma presente nell’organismo.
• Le cose si complicano quando bisogna determinare il volume del liquido extracellulare o di quello intracellulare. Per misurare il volume del liquido extracellulare bisogna somministrare una sostanza che attraversi la parete costituita dall’endotelio del vaso capillare, raggiunga lo spazio interstiziale, ma non attraversi la membrana della cellula. Si ricordi infatti che la membrana cellulare, a differenza dell’endotelio, non permette il passaggio di acqua e di ioni se non in maniera particolare. Solitamente le sostanze utilizzate andranno ad occupare lo spazio plasmatico e quello interstiziale ma non cellulare.

Osmosi

Il termine osmosi indica la diffusione del solvente (spesso acqua) attraverso una membrana semipermeabile (che fa passare quindi solvente e non soluto). Il movimento dell'acqua avviene da una regione a minor concentrazione di soluto verso una regione a maggior concentrazione, quindi secondo il gradiente di concentrazione.

Pressione osmotica

• Osmolarità: moli di sostanza osmoticamente attiva disciolte in 1L di acqua. Le sostanze osmoticamente attive sono molecole che in acqua si dissociano dando luogo a strutture in cui compaiono cariche elettriche libere, o positive o negative e ne sono degli esempi: amminoacidi, zuccheri, elettroliti e ioni. Non sono molecole osmoticamente attive i grassi, infatti se si mette un acido grasso in acqua non si scioglie proprio perché non ha cariche elettriche libere.
• π Osmole: concentrazione di una sostanza osmoticamente attiva che esercita una di 22,4 atm.
• Milliosmole (mOsm): Osmole / 1000
• Plasma: 5.100 mmHg = 300 mOsm.
• Proteine plasmatiche (o pressione oncotica o colloido-osmotica): 25 mmHg.
• Soluzioni iso-, ipo-, e iper-osmotiche.
• Soluzioni ipo-, iso-, e iper-toniche.
• 90-95% sostanze osmoticamente attive dei liquidi corporei sono: Na⁺, Cl^-, HCO₃^-

Sostanze iso-, ipo-, iper-toniche

La membrana dell’endotelio capillare è semipermeabile e lascia passare sia l’acqua che i soluti, ma NON le proteine; lo stesso avviene tra liquido interstiziale e liquido intracellulare, ma in questo caso abbiamo una membrana plasmatica. I liquidi che troveremo ai due lati dovranno tener conto delle caratteristiche della membrana.

Quando due sostanze si dicono isotoniche? Le sostanze sono tali quando, tenendo conto delle caratteristiche del tessuto, all’interno di due compartimenti separati da una membrana biologica non perfettamente semipermeabile, si avrà la stessa pressione osmotica.

Esempio: In biologia quando metto in una soluzione salina un globulo rosso il quale non aumenta ne diminuisce il suo volume, significa che la π del liquido contenuto nel globulo rosso è uguale alla π del liquido circostante, ISOTONICA.

Isotonico e isosmotico

Come è possibile che una soluzione sia isosmotica ma non isotonica con un'altra soluzione? Il concetto di tonicità descrive gli effetti osmotici prodotti da una soluzione su una data cellula, mentre l'osmolarità indica il numero di particelle disciolte per volume di solvente. La soluzione si dice ISOTONICA con una data cellula se quest'ultima, una volta immersa nella soluzione, non si restringe e non si rigonfia. Invece la soluzione è ISOSMOTICA rispetto al contenuto intracellulare se entrambe esercitano la stessa pressione osmotica attraverso la membrana plasmatica. Essendo la pressione osmotica direttamente proporzionale alla concentrazione dei soluti disciolti nella soluzione di riferimento, si dice che la soluzione extracellulare è isosmotica al contenuto intracellulare se entrambe contengono la stessa concentrazione osmolare di soluti disciolti per volume di solvente.

La tonicità di una soluzione dipende anche dal grado di accumulazione intracellulare del soluto nelle cellule in questione oltre che dalla concentrazione della soluzione. Se la velocità di accumulo del soluto è maggiore, allora sarà minore la tonicità della soluzione in questione. Se la velocità di accumulo di soluti è invece minore, allora sarà maggiore la tonicità della soluzione in questione. Se il soluto è impermeabile alla membrana, allora la soluzione si dice ipertonica e ciò provocherà il restringimento della cellula immersa.

Movimento di liquido tra LEC e LIC

Il concetto di OSMOSI sta alla base del movimento dei liquidi tra il liquido extracellulare (LEC) e liquido intracellulare (LIC).

1. Supponiamo di aggiungere al LEC 290 millimoli di NaCl; in questo caso aumenterà la π che infatti si porterà ad una volume superiore a 300. L’aumento del soluto tende a richiamare acqua, quindi avremo sia un aumento della π, sia del volume.
2. Quando invece aggiungiamo 2 litri di soluzione isotonica, è chiaro che la π del liquido non aumenta, ma tenderà ad aumentare il volume del LEC.
3. Dunque quando mangiamo salato, non facciamo altro che portare i sali nel sangue e si avrà un richiamo di acqua dal liquido interstiziale al plasma, perciò il volume del plasma aumenta con conseguente aumento della pressione arteriosa. Spesso con una dieta iposodica si risolvono i casi di pressione arteriosa blandi senza ricorrere ad alcun farmaco, ma nei casi gravi bisogna abbinare il farmaco alla dieta iposodica.

Il 90-95% delle sostanze osmoticamente attive presenti nei liquidi corporei è rappresentato dallo ione Na⁺, Cl^- e HCO₃^-, che sono, non a caso i tre ioni fondamentali del liquido extracellulare, e che gli conferiscono la loro pressione osmotica di circa 300 mOsm.

Bilancio idrico

Il problema della π sta anche alla base del concetto di bilancio idrico. La quantità di acqua che noi introduciamo ed eliminiamo giornalmente è ben precisa ed è governata dalla quantità di sali presenti nei diversi compartimenti del nostro organismo, proprio in funzione della π. Per bilancio idrico si intendono i diversi meccanismi con cui introduciamo acqua e con cui l’espelliamo. Questa omeostasi viene raggiunta grazie a meccanismi fisiologici che risiedono soprattutto nel sistema nervoso centrale, precisamente a livello dell’ipotalamo in un centro che prende il nome di centro della sete e a livello renale.

Meccanismo della sete

Il centro della sete è localizzato in posizione laterale e caudale rispetto ai nuclei sopraottici e si sovrappone alla zona dell’ipotalamo che controlla la liberazione di ADH. Stimolato da:

• Disidratazione extracellulare
• Disidratazione intracellulare
• Emorragia e diminuzione della gittata cardiaca
• Secchezza della bocca

Centro della sete

Il centro della sete percepisce la variazione della π e le cellule del centro della sete si comportano come i globuli rossi, perché quando la π all’esterno aumenta queste cellule perdono acqua e tendono a raggrinzirsi, e quando raggrinziscono fanno partire dei segnali elettrici nervosi che raggiungono la corteccia cerebrale e ci fanno avvertire il senso della sete. Quando invece π diminuisce le cellule si rigonfiano e impediscono la partenza dei segnali nervosi e non avvertiamo la sete.

Regolazione del centro della sete

Avviene mediante:

• Meccanismo nervoso-periferico, quindi a livello della bocca la secchezza delle fauci ci consente di attivare il centro della sete perché sono presenti recettori sensoriali che trasferiscono questo segnale della secchezza della mucosa orale a livello dell’ipotalamo e ci fanno avvertire la sensazione della sete.
• Meccanismo neuro-umorale centrale, cioè le cellule del SNC sensibili alle variazioni della π o al volume dei liquidi corporei, segnalano al centro della sete che si deve attivare o inibire.

Esempio: Se noi andiamo incontro ad una forte emorragia, perdiamo molti liquidi e avvertiamo la sensazione della sete.

Elettroliti nei liquidi corporei

• I valori numerici delle concentrazioni da ricordare sono molto importanti perché sono valori ionici che ci consentiranno di spiegare il concetto di eccitabilità, cioè perché alcune cellule, come quelle nervose e muscolari, sono eccitabili mentre altre cellule non lo sono.
• Tale eccitabilità si basa sulla diversa distribuzione ionica tra i due lati della membrana delle cellule eccitabili. Il totale dei cationi IC è pari a 210 mEq/litro.
• Il calcio è maggiormente presente all’esterno rispetto all’IC; tanto che laddove esiste la possibilità, dal punto di visto nervoso, di aprire i canali di calcio di una membrana cellulare eccitabile, il calcio tende a passare dal LEC all’interno, perché all’esterno la concentrazione del calcio è 3 volte maggiore di quella interna.
• Mg²⁺ concentrazione all’esterno della cellula molto bassa, la sua funzione fondamentale all’interno della cellula è quella di partecipare, soprattutto nella cellula muscolare, ai fenomeni di trasferimento di energia dalle molecole di ATP alle molecole che poi consentiranno la contrazione muscolare. Una scarsa presenza di ione magnesio nell’organismo conferisce debolezza muscolare.
• ione Cloro, pari a 117 mEq;
• HCO₃^- consente la regolazione del pH sia nel sangue che nei liquidi EC.
• Abbiamo pochissimi solfati (6 mEq)
• Nel Liquido interstiziale non abbiamo presenza di proteine; queste ultime infatti non possono attraversare né la membrana cellulare, perché hanno un volume enorme, né la membrana dell’endotelio del vaso capillare. Normalmente, nel vaso capillare passano le molecole a basso peso molecolare ma non le proteine. La somma degli anioni è uguale a quella dei cationi nel LEC.

Equilibrio di Gibbs – Donnan

• Membrana semipermeabile molto simile all’endotelio capillare, cioè permeabile all’acqua e ai soluti a basso peso molecolare, ma non alle proteine.
• Spiega la diversa composizione anionica e cationica ai due lati della membrana della parete del vaso capillare, quindi tra liquido plasmatico e liquido interstiziale. Le proteine non possono attraversare questa membrana, quindi sul lato della membrana del compartimento 1 avremo un eccesso di cariche negative.
• Il K⁺ può attraversare la membrana e tenderà a portarsi nel compartimento 2, così come anche il Cl^-. Dopo un certo intervallo di tempo, in seguito alla migrazione di Cl^- e del K⁺ da 1 a 2 e alla non migrazione delle proteine, otterremo una situazione di equilibrio.
• In condizioni di equilibrio, il prodotto delle concentrazioni di cationi ed anioni diffusibili da ciascun lato della membrana (8+10)x8=144 è uguale al prodotto di ioni dall’altro lato (12x12=144).
• Lo ione K⁺ tende ad attraversare la membrana per un certo numero di ioni ma, subito dopo viene ostacolato dal fatto che il compartimento 2 è elettropositivo e si oppone all’ulteriore passaggio di K⁺. Anziché passare 10 K⁺, ne passano solo 2 di K⁺, e questa diminuzione è dovuta al fatto che, l’ambiente interno è elettronegativo e trattiene K⁺, invece l’ambiente esterno è elettropositivo e si oppone al passaggio di K⁺.
• Lo stesso concetto dobbiamo applicarlo allo ione Cl^-, il quale viene attratto dai cationi all’esterno e un certo numero di Cl^- tende a passare dall’interno all’esterno. Quando passano 2 cationi, questa differenza di 4 anioni Cl^- che si stabilisce, consente l’equilibrio dell’anione cloro. Esso spiega perché e quanti sono gli anioni e i cationi che si spostano prima di raggiungere l’equilibrio. Più precisamente, ci dice che all’equilibrio, dopo che c’è stato il passaggio incrociato di anioni e cationi, il risultato è: il prodotto di anioni e cationi diffusibili nel compartimento 1 deve essere uguale al prodotto degli stessi anioni e cationi diffusibili presenti nel compartimento 2.
• È importante evidenziare diffusibile perché dal conteggio dobbiamo escludere le proteine che infatti non sono diffusibili. Infatti: (8+10)∙8= 144 nel compartimento 1, e (12 x 12 )= 144 nel compartimento 2.
• Dunque quando in un compartimento c’è una specie non diffusibile gli altri ioni si dispongono ai due lati della membrana in maniera tale che il prodotto delle concentrazioni di anione e catione da un lato della membrana sia uguale al prodotto delle concentrazioni dall’altro lato.