Fisiologia, introduzione

OMEOSTASI

Variazione Variazione

esterna interna

Perdita

dell’omeostasi

L’organismo tenta di

ricompensare

La compensazione La compensazione ha

fallisce successo

Malattia o disturbo Stato di benessere

Molte delle funzioni che regolano l’omeostasi si basano su un valore di riferimento (detto

setpoint o valore normale). Quando un sistema si allontana da questo valore

predeterminato, si attiva il circuito di risposta dell’omeostasi.

Questo circuito è controllato e attivato dal Sistema Nervoso, il quale rileva, valuta e

gestisce la risposta fisiologica sia nel controllo locale (cellule vicine al cambiamento che 3

iniziano la risposta), sia nel controllo riflesso (risposta controllata da cellule in distretti

tistanti).

Si parla di FEED-BACK, o sistemi di retroazione, per indicare quei sistemi che consentono

il mantenimento dell’omeostasi. Essi consistono in un CONTROLLO COSTANTE di una

determinata condizione del corpo, una valutazione continua che apporta delle

modificazioni, se necessarie (a causa dello stimolo). Gli stimoli che alterano l’omeostasi,

quindi, aumentano o diminuiscono la condizione controllata monitorata dai RECETTORI,

i quali inviano l’informazione attraverso degli impulsi chimici o segnali chimici al

CENTRO DI CONTROLLO.

A sua volta, il centro di controllo, dopo aver ricevuto l’informazione, provvede ad inviare

degli ordini (sempre tramite impulsi nervosi o segnali chimici) agli EFFETTORI, che

producono la risposta contrastando o eliminando lo stimolo.

L’organismo ritorna alla condizione di omeostasi quando la risposta dell’effettore riporta

la condizione controllata entro i limiti normali.

Sistema Feed-back: 4

RECETTORE CENTRO DI CONTROLLO EFFETTORE

Valuta l’input ricevuto e Struttura che riceve

Struttura che rileva i invia comandi in uscita l’output e produce una

cambiamenti che (OUTPUT) all’effettore risposta che modifica la

avvengono in condizione per il ripristino della condizione controllata

controllata e invia tale condizione controllata

informazione o INPUT al

centro di controllo

Il Feed-back può essere:

NEGATIVO, la risposta iniziale contrasta lo stimolo, inattivando

- il circuito di risposta;

POSITIVO, la risposta rinforza lo stimolo allontanando ancora di più la

- variabile dal valore di riferimento (è necessario un fattore esterno per

arrestare il feed-back positivo).

In alcuni casi, può attivarsi un sistema di retroazione positiva, il feed-back positivo, cioè,

manda continui segnali che mantengono attiva la risposta dell’organismo per contrastare

lo stimolo. Un esempio, è durante il parto: il bambino si posiziona in basso nell’utero

iniziando il travaglio e stimolando la cervice. Questo avvenimento stimola il rilascio

dell’ossitocina, che causa delle contrazioni dell’utero. A loro volta, le contrazioni spingono

il bambino contro la cervice, provocando, così, di nuovo lo stiramento della cervice ed il

circuito riprende con il rilascio dell’ossitocina fino al completamento del parto, che

termina il ciclo (CIRCUITO A FEED-BACK POSITIVO). 5

CENNI DI BIOCHIMICA

Il 90% della massa corporea è costituito da ossigeno, carbonio e idrogeno, combinati tra

loro. Questi tre più altri 8 elementi addizionali costituiscono gli ELEMENTI ESSENZIALI

MAGGIORI (H, C, O, N, Na, Mg, K, Ca, P, S, Cl). Ulteriori elementi essenziali minori

sono necessari solo in piccole parti (Li, F, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Se, Y, I, Zr, Nb, Mo,

Tc, Ru, Rh, La).

La più piccola particella di un elemento è l’ATOMO (atomos, indivisibile). Ogni atomo è

costituito dai Protoni (corpuscoli dotati di carica positiva, che determina il numero

atomico dell’elemento), Neutroni (particelle senza carica elettrica, che determinano

l’isotopo) ed Elettroni (corpuscoli con carica elettrica negativa che catturano e conservano

l’energia, formano legami covalenti, creano ioni se aumentano o diminuiscono, creano

radicali liberi). I protoni ed i neutroni formano la MASSA ATOMICA e si trovano al

centro, nel nucleo. Gli elettroni, invece, ruotano in orbitali intorno al nucleo. Il colore, la

durezza, la temperatura di fusione di un campione macroscopico, dipendono dal

comportamento dell’insieme degli atomi di quell’elemento.

Un atomo che acquista o perde Neutroni diventa un ISOTOPO dello stesso elemento

(atomi uguali, con stesso numero di elettroni e protoni, ma con differente numero di

neutroni, quindi diverso numero di massa). Un atomo, invece, che acquista o perde

elettroni diventa uno IONE dello stesso elemento (positivo o negativo).

Gli atomi si legano tra di loro condividendo elettroni e formando le MOLECOLE (esempio

una molecola di acqua, H2O, è costituita da due atomi di idrogeno legati ad un atomo di

ossigeno, condividendo gli elettroni). Un esempio di Biomolecole sono le proteine, i lipidi,

i carboidrati e i nucleotidi.

Le sostanze che si sciolgono in acqua rilasciando uno o più ioni idrogeno (H+) sono dette

ACIDI. Le sostanze, invece che si sciolgono in acqua liberando uno o più ioni idrossido

(OH-) sono dette BASI.

Solitamente gli acidi sono le sostanze che hanno in comune un sapore aspro, pungente

(acido citrico contenuto nel succo di limone o acido acetico nell’aceto). Altre proprietà che 6

caratterizzano gli acidi sono la capacità di sviluppare bollicine di gas (H ) a contatto di

2

alcuni metalli, di creare effervescenza (CO ) venendo a contarro con calcare o marmo.

2

Le basi, invece, hanno in comune un sapore amaro e sono scivolose al tatto. Sia gli acidi

minerali (HCL, HNO ) sia le basi (NH , NaOH), in particolare quando sono in soluzioni

3, 3

concentrate, devono essere maneggiati con cautela perché sono pericolosi per la cute e per

gli occhi.

LA CONCENTRAZIONE DI IONI H+ ALL’INTERNO DEI LIQUIDI CORPOREI, SI

MISURA IN TERMINI DI PH (POTERE DELL’IDROGENO).

Il pH corrisponde al logaritmo negativo in base 10 della concentrazione di ioni idrogeno

espressa in mol/L (Molarità). pH = -log [H+]

le parentesi quadre indicano la concentrazione di ioni idrogeno. Usando la regola dei

logaritmi –log x=log(1/x), l’equazione del pH può essere riscritta come:

pH = -log (1/[H+])

Da questa equazione di deduce che il pH è inversamente proporzionale alla

concentrazione dello ione. Quando, cioè, la concentrazione di ioni H+ aumenta, il pH

diminuisce.

Per logaritmo di un numero in base 10 s’intende l’esponente che bisogna dare alla base per

ottenere il numero. Ad esempio, il log di 100 è uguale a 2 perché 10 =100. quando [H+] è

2

10

espressa come prodotto di 1 per una potenza in base 10, il pH è l’esponente cambiato di

segno della potenza. Per esempio:

se [H+] = 1,0 x 10 mol/L pH = 4 (A)

-4

se [H+] = 1,0 x 10 mol/L pH = 8 (B)

-8

la soluzione (A) presenta una concentrazione di ioni [H+] 10 000 volte maggiore di (B),

mentre nella scala di Ph la differenza è solo di quattro unità.

La concentrazione degli ioni idrogeno, espresse come potenze in base 10, non sono

comode da utilizzare. È stata, quindi, introdotta la grandezza del pH per permettere di 7

convertire le concentrazioni degli ioni idrogeno da numeri esponenziali in numero

decimali compresi tra 0 e 14. L’acidità e la basicità di una soluzione, cioè, non viene

espressa direttamente attraverso la concentrazione di H+, ma con una loro funzione

matematica.

Domanda:

qual è il p H di una soluzione la cui concentrazione di ioni idrogeno [H+] è 10 meq/L?

-7

Risposta:

pH = -log [H+]

pH = -log [10 ]

-7

Usando la regola dei logaritmi può essere riscritta come:

pH = log (1/10 )

-7

usando la regola degli esponenti che dice 1/10 = 10 :

x -x

pH = log 10 7

il logaritmo di 10 è di 7, quindi la soluzione ha pH 7.

7

L’acqua pura ha pH =7,0, quindi la sua concentrazione di H+ è 1 x 10 M.

-7

Il pH normale del sangue nel corpo umano è 7,40. La regolazione omeostatica è critica,

perché un pH ematico inferiore a 7,00 o superiore a 7,70 è incompatibile con la vita.

Domanda:

Quando l’organismo diventa più acido, il ph aumenta o diminuisce? 8

COMPOSTI ORGANICI

I principali composti organici dell’organismo umano sono i carboidrati, i lipidi, le

proteine, gli acidi nucleici, l’ATP. CARBOIDRATI

Sono le molecole più abbondanti nel nostro organismo. Sono composti costituiti da

carbonio, idrogeno e ossigeno (CH O) , in cui l’idrogeno e l’ossigeno hanno lo stesso

2 n

rapporto esistente nell’acqua. Per esempio, nel glucosio C H O gli atomi di idrogeno

6 12 6

sono il doppio rispetto a quelli dell’ossigeno. I carboidrati sono quei composti

comunemente definiti zuccheri, contengono un gruppo aleidico o un gruppo amminico e

più di un gruppo funzionale ossidrilico (-OH).

In base alla struttura, si distinguono in:

MONOSACCARIDI, o zuccheri semplici, sono il glucosio, fruttosio,

- levulosio, galattosio e mannosio. Sono assorbiti dai villi intestinali

dell’intestino tenue e raggiungono con il sangue, attraverso la VENA

PORTA, il fegato.

DISACCARIDI, sono costituiti da 2 o poche molecole di monosaccaridi, sono

- il maltosio, lattosio, saccarosio, cellobiosio.

POLISACCARIDI, o zuccheri complessi, comprendono polimeri (catene) di

- monosaccaridi e sono gli amidi, il glicogeno, la cellulosa, la chitina, l’eparina

i destrani e destrine.

Il glicogeno si trova principalmente nel fegato e nei muscoli, ha una funzione energetica,

di riserva e detossificante. 9

LIPIDI

Sono biomolecole non solubili in acqua, composte da carbonio, idrogeno e ossigeno, ma

hanno meno legami covalenti polari rispetto ai carboidrati. Essi si distinguono in:

TRIGLICERIDI, sono i grassi (solidi a temperatura ambiente, derivano

- soprattutto da fonti animali) e gli oli (liquidi a temperatura ambiente in

maggior parte derivanti da vegetali).

FOSFOLIPIDI, costituiscono circa il 40% delle membrane cellulari (il

- rimanente 60% sono proteine).

STEROIDI, classe di composti che presentano una struttura a 4 anelli

- condensati (il più abbondante è il colesterolo).

In generale, la maggior parte di lipidi sono costituiti da uno scheletro di glicerolo più 1 o 2

acidi grassi (lunghe catene di atomi di carbonio legati ad atomi di idrogeno che terminano

con un gruppo carbossilico -COOH). PROTEINE

Sono delle macromolecole composte da carbonio, idrogeno, ossigeno e AZOTO. Derivano

dalla combinazione chimica degli AMMINOACIDI (monomeri delle proteine legate

tramite il legame peptidico tra il gruppo carbossilico di un amminoacido –COOH ed il

gruppo amminico –NH dell’altro).

2

Le protei