Fisiologia I

ORGANIZZAZIONE  FUNZIONALE    

DEL  CORPO  UMANO  E  CONTROLLO  DELL’AMBIENTE  ESTERNO  

Le  cellule  come  unità  viventi  dell’organismo  

L’intero  organismo  contiene  circa  10^(14)  cellule.  Globuli  rossi  sono  approssimativamente  

25x10^(12).    

Il  liquido  extracellulare.  Il  “mezzo  interno”.    

Nell’uomo  adulto,  circa  il  60%  del  corpo  è  costituito  dai  liquidi  formati  da  una  soluzione  acquosa  di  

ioni  e  altre  sostanze.  La  

maggior  parte  dell’acqua  corporea  si  trova  all’interno  delle  cellule  e  

costituisce  il  

liquido  intracellulare,  mentre  circa  

1/3  si  trova  nell’ambiente  esterno  alle  cellule  ed  

è  chiamato  

liquido  extracellulare,  questo  è  in  continuo  movimento  nel  nostro  organismo,  

rapidamente  trasportato  nel  sangue  circolante  e  continuamente  scambiato  tra  sangue  e  liquido  

interstiziale,  mediante  un  processo  di  diffusione,  attraverso  le  pareti  dei  capillari  sanguigni.  In  esso  

sono  contenuti  ioni  e  nutrienti  necessari  alle  cellule  per  il  mantenimento  della  vita  cellulare.    

Differenze  tra  liquido  extracellulare  e  intracellulare  

Il  liquido  extracellulare  contiene  grandi  quantità  di  

ioni  sodio,   cloro  e   bicarbonato,  oltre  a  sostanze  

nutrienti  per  le  cellule,  quali  

ossigeno,   glucosio,   acidi  grassi  e   aminoacidi.  Contiene  anche  

anidride  

carbonica,  che  deve  essere  trasportata  dalle  cellule  ai  polmoni  per  essere  eliminata,  e  altri  

prodotti  del  catabolismo  cellulare,  che  devono  essere  trasportati  ai  reni  per  l’escrezione.    

Il  liquido  intracellulare  differisce  in  quanto  contiene  grandi  quantità  di  

ioni  potassio,   magnesio  e  

fosfato.  Questa  differente  composizione  è  mantenuta  da  particolari  meccanismi  di  membrana  

deputati  al  trasporto  degli  ioni.  

Meccanismi  “omeostatici”  dei  principali  sistemi  funzionali  

Omeostasi  

Il  termine  “OMEOSTASI”  indica  il  MANTENIMENTO  DI  CONDIZIONI  PRESSOCHE’  COSTANTI  NEL  

MEZZO  INTERNO.  PRATICAMENTE  TUTTI  GLI  ORGANI  E  I  TESSUTI  DEL  CORPO  SVOLGONO  

FUNZIONI  CHE  CONTRIBUISCONO  AL  MANTENIMENTO  DI  CONDIZIONI  RELATIVAMENTE  

COSTANTI.    

Trasporto  del  liquido  extracellulare  e  sistema  di  scambio.  Apparato  circolatorio.    

Il  liquido  extracellulare  è  trasportato  attraverso  tutte  le  parti  dell’organismo  in  due  stadi  

successivi:    

1. il  primo  comprende  la  circolazione  del  sangue  nei  vasi  sanguigni.  

2. Il  secondo  il  movimento  del  liquido  tra  i  capillari  sanguigni  e  gli  

spazi  itercellulari,  presenti  

tra  le  cellule  dei  tessuti.    

TUTTO  IL  SANGUE  SCORRE  ATTRAVERSO  L’APPARATO  CIRCOLATORIO  IN  MEDIA  1  VOLTA  AL  

MINUTO,  IN  CONDIZIONI  DI  RIPOSO,  E  FINO  A  6  VOLTE  AL  MINUTO,  DURANTE  UNA  ATTIVITA’  

FISICA  INTENSA.    

Quando  il  sangue  scorre  nei  capillari  sanguigni,  si  verifica  un  continuo  scambio  di  liquido  

extracellulare  tra  la  componente  plasmatica  del  sangue  e  il  liquido  interstiziale  presente  negli  spazi  

intercellulari.    

Caratteristiche  dei  sistemi  di  controllo  

Meccanismi  a  “feedback  negativo”  della  maggior  parte  dei  sistemi  di  controllo.    

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La  maggior  parte  dei  sistemi  di  controllo  dell’organismo  agisce  mediante  un  meccanismo  di  

feedback  negativo.  Nell’ambito  della  regolazione  della  concentrazione  di  anidride  carbonica,  un  

alto  valore  di  tale  gas  nel  liquido  extracellulare  determina  un  aumento  della  ventilazione  

polmonare.  Ciò  provoca  una  riduzione  della  concentrazione  di  CO2  nel  liquido  extracellulare,  

perché  una  maggiore  quantità  di  gas  viene  eliminata  attraverso  i  polmoni.    

L’aumento  della  concentrazione  di  anidride  carbonica  avvia  quei  processi  che  portano  alla  

riduzione  della  sua  concentrazione  attraverso  i  valori  normali,  generando  una  risposta  negativa  

rispetto  allo  stimolo  iniziale.  Al  contrario,  nel  caso  in  cui  la  concentrazione  di  anidride  carbonica  

raggiunga  valori  troppo  bassi,  ciò  determinerà  un  aumento  della  concentrazione  del  gas.    

Un  feedback  positivo  può  generare  un  circolo  vizioso  letale.    

La  maggior  parte  dei  sistemi  di  controllo  opera  attraverso  meccanismi  a  feedback  negativo,  

piuttosto  che  a  feedback  positivo.    

Il  cuore  di  un  soggetto  normale,  pompa,  a  riposo,  circa  5L/min  di  sangue.  Se  si  perdono  

rapidamente  2L  di  sangue,  il  volume  ematico  si  riduce  ad  un  livello  non  più  sufficiente  di  

permettere  al  cuore  di  mantenere  un’efficace  attività  di  pompa.  Conseguentemente,  la  pressione  

arteriosa  si  riduce  e  il  flusso  di  sangue  che  raggiunge  il  muscolo  cardiaco  attraverso  i  vasi  

coronarici  diminuisce.  Ciò  provoca  una  riduzione  dell’attività  cardiaca,  un’ulteriore  riduzione  del  

volume  di  sangue  pompato  dal  cuore,  con  conseguente  ulteriore  diminuzione  del  flusso  coronarico  

e  un  indebolimento  ancora  maggiore  dell’attività  cardiaca.  Se  non  viene  interrotto  questo  circolo  

vizioso,  il  soggetto  muore.  In  questo  esempio  di  feedback,  a  ogni  circolo  corrisponde  un  ulteriore  

indebolimento  della  funzione  cardiaca.  In  pratica,  LO  STIMOLO  INZIALE  PRODUCE  L’EFFETTO  DI  

AMPLIFICARE  LO  STIMOLO  STESSO:  questo  è  ciò  che  si  definisce  feedback  positivo.    

Un  feedback  positivo  può  talvolta  risultare  utile.    

In  alcuni  casi  l’organismo  utilizza  meccanismi  a  feedback  positivo  a  proprio  vantaggio.  Esempio  

nella  coagulazione  del  sangue,  dove  sono  attivati  molteplici  enzimi  denominati  

fattori  della  

coagulazione.  Il  parto  è  un'altra  condizione  nella  quale  entra  in  gioco  un  feedback  positivo.  

Quando  le  contrazioni  uterine  diventano  sufficientemente  forti  da  consentire  di  spingere  la  testa  

del  feto  attraverso  la  cervice  uterina,  lo  stiramento  delle  pareti  di  quest’ultima  dà  origine  a  segnali  

che,  attraverso  la  muscolatura  uterina,  raggiungono  il  corpo  dell’utero,  suscitando  contrazioni  

ancora  più  energiche.  Queste  provocano  un  ulteriore  stiramento  della  cervice  che,  a  sua  volta,  fa  

insorgere  contrazioni  ancora  più  potenti.  Quando  questo  processo  raggiunge  un  grado  di  potenza  

sufficientemente  elevato,  il  feto  viene  alla  luce.      

  2  

TRASPORTO  DI  SOSTANZE  ATTRAVERSO  LA  MEMBRANA  CELLULARE  

Il  liquido  extracellulare  contiene  molto  sodio  e  poco  potassio,  mentre  si  verifica  esattamente  il  

contrario  nel  liquido  intracellulare.  Inoltre  il  liquido  extracellulare  contiene  molto  cloro,  mentre  

quello  intracellulare  ne  contiene  poco;  la  concentrazione  dei  fosfati  e  proteine  è,  invece,  

notevolmente  superiore  nel  liquido  intracellulare.    

  Liquido  

intracellulare   Liquidi  

extracellulare  

SODIO   +   -­‐  

POTASSIO   -­‐   +  

CLORO   +   -­‐  

FOSFATI   -­‐   +  

PROTEINE   -­‐   +  

Barriera  lipidica  e  proteine  di  trasporto  della  membrana  cellulare  

La  struttura  della  membrana  cellulare  consiste  quasi  per  intero  di  un  

doppio  strato  lipidico,  ma  

contiene  anche  numerose  molecole  proteiche,  molte  delle  quali  attraversano  tutto  lo  spessore  

della  membrana.    

Il  doppio  strato  lipidico  non  è  miscibile  né  con  il  liquido  extracellulare,  né  con  quello  intracellulare  

e  costituisce  pertanto  una  barriera  che  si  oppone  al  passaggio  delle  molecole  d’acqua  e  delle  

sostanze  idrosolubili  tra  i  due  compartimenti.  Alcune  sostanze  possono  penetrare  questo  doppio  

strato  lipidico  per  entrare  o  uscire  dalla  cellula,  passando  direttamente  attraverso  la  matrice  

lipidica:  si  tratta  prevalentemente  di  

sostanze  lipofile.  Le  molecole  proteiche  presenti  nella  

membrana  sono  caratterizzate  da  proprietà  di  trasporto  completamente  differenti  e  con  le  loro  

strutture  molecolari  interrompono  la  continuità  del  doppio  strato  lipidico.    

La  maggior  part  di  esse  può  pertanto  svolgere  la  funzione  di  

proteina  di  trasporto.  Alcune,  sono  

definite,  

proteine  canale,  contengono  spazi  acquosi  che  si  estendono  attraverso  tutta  la  molecola,  

permettendo  al  loro  interno  il  libero  movimento  di  determinati  ioni  o  molecole.  Altre,  definite,  

proteine  trasportatrici  ( carrier)  si  combinano  dapprima  con  le  sostanze  destinate  ad  essere  

trasportate  e  poi,  mediante  modificazioni  conformazionali  della  struttura  proteica,  operano  il  

trasferimento  di  queste  sostanze  negli  interstizi  della  proteia  stessa  verso  l’altro  lato  della  

membrana.  Sia  le  proteine  canale,  sia  le  proteine  trasportatrici  sono  in  genere  altamente  selettive  

nei  confronti  del  tipo  o  dei  tipi  di  molecole  o  ioni  ai  quali  consentono  il  passaggio  della  membrana.    

Confronto  tra  “diffusione  e  trasporto  attivo”  

Il  passaggio  di  ioni  e  molecole  attraverso  la  membrana  cellulare  avviene  secondo  uno  dei  due  

meccanismi  fondamentali:  la  

diffusione   e  il  

trasporto  attivo.    

Per  diffusione  si  intende  un  movimento  molecolare  del  tutto  casuale.  L’energia  che  causa  la  

diffusione  è  la  normale  energia  cinetica  della  materia.  

Per  trasporto  attivo,  si  intende  il  movimento  di  ioni  o  di  altre  sostanze  attraverso  la  membrana  in  

combinazione  con  una  proteina  trasportatrice  che  fa  muovere  le  sostanze  contro  un  gradiente  di  

energia,  come  per  esempio  il  passaggio  da  un  basso  livello  di  concentrazione  ad  un  livello  più  alto.    

Diffu