Fisiologia umana

Fisiologia: Libro Silverthorn

Ambiente interno ed esterno

• Rispetto agli epiteli (se interno o esterno)
• Nella cellula —> rispetto alla membrana cellulare

Compartimenti liquidi dell’organismo

• Intracellulare (2/3 del peso corporeo umano)
• Extracellulare —> interstiziale (tra una cellula e l’altra) —> plasma
• Liquidi intracellulari ed extracellulari —> separati da membrane plasmatiche
• Plasma e liquido interstiziale —> separati da epitelio defenestrato
• L’acqua —> attraversa liberamente le membrane plasmatiche —> si muove per diluire l’area più concentrata di soluti —> si muove verso la soluzione più concentrata (osmosi)
• Osmolarità —> misura che descrive il numero di particelle per litro di soluzione
• Pressione osmotica —> pressione applicata al sistema per impedire il movimento dell’acqua

Dinamiche di membrane

• Membrana seleziona per 2 caratteri: dimensione e polarità —> passano molecole apolari (non cariche) e piccole
• Se attraversano liberamente —> diffusione
• Se hanno bisogno di trasportatori —> trasporto —> attivo (richiede energia) —> passivo: non richiede energia
• Membrana è permeabile a —> lipidi, anidride carbonica, ossigeno
• Membrana non è permeabile a —> ioni, molecole polari, grandi

Diffusione nei liquidi

• Utilizza l’energia del movimento molecolare

Proprietà della diffusione

• Molecole si muovono da una zona a più alta concentrazione a una più bassa
• Diffusione —> processo passivo
• Il movimento netto delle molecole continua fino all’equilibrio
• Diffusione —> rapida a breve distanza —> lenta a lunga distanza (il tempo della diffusione è proporzionale al quadrato della distanza)
• Velocità di diffusione —> direttamente proporzionale alla temperatura —> inversamente proporzionale alla grandezza delle molecole

Diffusione attraverso membrane

• Velocità di diffusione —> dipende dalla capacità della molecola di sciogliersi nel doppio strato fosfolipidico
• Proporzionale all’area della membrana e alla differenza di concentrazione
• Inversamente proporzionale allo spessore della membrana e alla sua resistenza

Caratteristiche generali della membrana cellulare o plasmatica

• Spessore di 8nm
• Isola ambienti esterno e interno
• Regola gli scambi con ambiente esterno
• Supporto strutturale
• Costituenti:
  • Lipidi (fosfolipidi e colesterolo)
  • Proteine (integrali e associate o estrinseche) strutturali, enzimi, recettori, trasportatori
  • Carboidrati
• Recettori —> ognuno è specifico per un ligando —> legge i segnali
• Proteine di trasporto (tramite membrana) —> fondamentali per gli scambi tra citosol e matrice extracellulare —> si classificano in canali e carriers:
  • Canali —> crea continuità acquosa tra ambiente interno e esterno della cellula —> ha un’apertura centrale controllata da un meccanismo
  • Apertura in risposta a —> ligandi —> canale ligando dipendente —> cambiamenti di voltaggio
  • Trasporto tramite vescicole (per particelle grandi) —> esocitosi —> endocitosi
  • Carriers —> legano proteine specifiche e le trasportano attraverso la membrana con meccanismi che prevedono cambiamenti conformazionali della proteina stessa —> non crea continuità acquosa tra due ambienti
  • Tipi di trasporto mediato da carriers:
    • Attivo (contro concentrazione)
    • Passivo o diffusione facilitata: porta il glucosio nella cellula lungo il gradiente di concentrazione
    • Uniporto (1 solo tipo di substrato)
    • Simporto (2 o più substrati nella stessa direzione)
    • Antiporto (substrati in direzione opposta)
  • Esempio di antiporto —> meccanismo della pompa sodio-potassio (trasporto attivo primario)
    • ATP-asi
    • Primario —> perché utilizza direttamente l’energia dell’ATP
    • Scambia 3 sodio con 2 potassi => crea 2 gradienti di concentrazione
    • Ambiente extracellulare —> ricco di sodio
    • Ambiente intracellulare —> ricco di potassio
    • Crea un gradiente elettrico —> interno della cellula è sempre negativo
  • Simporto sodio-glucosio (trasporto attivo secondario)
    • Non usa direttamente l’energia dell’ATP
    • Energia utilizzata —> potenziale di un gradiente di concentrazione (di solito del sodio)

Sistema nervoso centrale

• Cellule dell’organismo —> costante disequilibrio chimico ed elettrico con il liquido extracellulare
• Calcio presente in alta concentrazione nell’ambiente extracellulare e negli organelli membranosi nella cellula (reticolo endoplasmatico)
• Cloro si trova di solito con il sodio => principalmente nell’ambiente intracellulare
• Misura del potenziale di membrana a riposo —> voltometro misura la differenza di cariche elettriche tra due elettrodi
  • All’interno della cellula: negativo, oscilla tra -70 e -90 mV (cellule non eccitabili -40 mV)
  • Nel liquido extracellulare: 0 mV

Potenziali di equilibrio

• Punto in cui due forze (gradiente di concentrazione e gradiente elettrico) si equivalgono
• Potenziale di equilibrio del sodio = +60mV
• Potenziale di equilibrio del potassio = -90mV (si trova nella cellula dove ci sono molte proteine che sono cariche negativamente)
• Il potenziale di membrana a riposo delle cellule è principalmente dovuto al potassio in quanto le membrane plasmatiche a riposo sono più permeabili al potassio che non al sodio

Struttura del neurone

• Unità funzionale del sistema nervoso
• Corpo cellulare o soma + dendriti + assone mielinizzato
• Trasmissione segnale elettrico => da dendriti —> corpo cellulare —> assone
• Possono classificarsi in —> Afferenti o sensitivi (verso il sistema nervoso centrale) —> Interneuroni (mettono in comune le zone tra loro) —> Efferenti (attivano i muscoli motori, segnale verso la periferia)
• Cellule mononucleali ma alcuni hanno delle estroflessioni —> meccanismo di trasporto assonale lungo i microtubuli che rende possibile il trasporto a lunga distanza tramite proteine

Le cellule gliali

• Più numerose dei neuroni
• Nel sistema nervoso periferico —>
  • Cellule satellite
  • Cellule di Schwann —> producono guaina mielinica —> la membrana esterna delle cellule di Schwann si avvolge
• Nel sistema nervoso centrale —>
  • Oligodendrociti intorno all’assone
  • Astrociti
  • Microglia
  • Cellule ependimali

Potenziale di membrana

• Si misura con il voltometro
• Generazione del potenziale quando, se registrato a riposo, si sposta => generazione di segnali elettrici
• Potenziale a riposo = differenza di potenziale
• Depolarizzazione - verso valori più alti (eccitatorio) - cellula perde polarizzazione - quando si aprono canali per il sodio e canali per il calcio - entrano cariche positive dall’esterno
• Ripolarizzazione ritorna a riposo
• Iperpolarizzazione - va sotto la soglia di riposo (inibitorio) - quando esce il potassio (interno diventa più negativo) e si aprono i canali per il cloro

Motivi per cui l’interno della cellula è negativo

• Pompa sodio-potassio sposta 3 cariche negative all’esterno contro 2 cariche che entrano
• Membrana a riposo è più permeabile al potassio che al sodio
• Fosfati inorganici intracellulari carichi negativamente
• L’interno della cellula contiene più proteine (cariche negativamente)

Neurone

• Potenziale di membrana a riposo = -70 mV
• Contiene energia potenziale dipende dalla differenza tra interno e fuori membrana (membrana polarizzata)
• A riposo passa poco sodio (i canali sono chiusi) => esterno più positivo dell’interno
• Impulsi nervosi = segnali elettrici

Potenziale

• Può essere - d’azione - graduato

Potenziale graduato

• Segnali elettrici
• Si sviluppano sui dendriti e sul soma
• Hanno ampiezza variabile
• Diminuiscono di intensità allontanandosi dal punto di origine (stimolo)
• Possono essere —> depolarizzati —> si genera quando un neurone riceve un segnale (neurotrasmettitore —> stimolo da un altro neurone) che apre i canali del sodio (canali ligando-dipendenti) —> iperpolarizzati —> se si aprono i canali del potassio

Potenziali graduati sotto soglia o sopra soglia

• Soglia —> soglia di attivazione del neurone => il segnale parte
• Dendriti portano il segnale in modo centripeto (verso il centro)
• Zona trigger —> punto in cui viene misurata la soglia —> soglia = -55
• Se sottosoglia —> il neurone non risponde
• Se soprasoglia —> il neurone risponde => manda un potenziale d’azione

Localizzazione delle sinapsi su un neurone postsinaptico

• Corpo cellulare di un neurone postsinaptico —> coperto da terminali assonali di altri neuroni
• La giunzione fra il terminale assonale e il neurone postsinaptico —> sinapsi

Sommazione

• Vari potenziali graduati vengono integrati nella zona trigger con sommazione spaziale o/e temporale
• Sommazione spaziale —> sommazione di potenziali graduati che raggiungono la cellula (neuroni) in punti diversi —> può generare un potenziale d’azione
• Sommazione temporale —> segnali che arrivano nello stesso punto ma in momenti diversi dello stesso neurone (la sommazione dipende dalla distanza nel tempo dei segnali)

Potenziale d’azione (fenomeno del tutto o nulla)

• Segnali elettrici rapidi tutti uguali tra loro che corrono dalla zona trigger lungo l’assone senza perdere d’intensità
• I potenziali d’azione non si sommano mai
• 3 fasi —>
  1. Depolarizzazione
  2. Ripolarizzazione
  3. Iperpolarizzazione
• La depolarizzazione avviene perché a -55 mV si aprono i canali per il sodio voltaggio dipendenti (si aprono in risposta al voltaggio)  Il sodio cerca di raggiungere l’equilibrio (=+60 mV) ma giunge a +30 mV (fase di overshoot)
• La ripolarizzazione è dovuta al flusso di potassio verso l’esterno —> canali del potassio (equilibrio = -90) si aprono (lenti ad aprirsi e chiudersi) - A +30 mV il potassio esce dalla cellula perché si trova lontano dall’equilibrio Iperpolarizzazione postuma perché il potassio cerca di arrivare a -90

Il potenziale d’azione si blocca a +30 perché:

• I canali del sodio hanno 2 cancelli (uno di attivazione e uno di inattivazione) solo sull’assone → quello di inattivazione si attiva a +30 e blocca l’ingresso
• Cancello di inattivazione causa → unidirezionalità del potenziale d’azione —> potenziale d’azione bloccato a +30 —> periodi refrattari

Periodi refrattari

• Periodo di tempo in cui l’assone che ha appena trasportato un potenziale d’azione non può trasportarne un altro
• Refrattario perché - pochi canali del sodio disponibili - più lontani dalla zona di attivazione - canali del potassio sono lenti a chiudersi => membrana permeabile al potassio
• 2 tipi —> Assoluto —> è impossibile che porti un altro potenziale d’azione (precede quello relativo) Relativo —> è difficile ma non impossibile, solo con uno stimolo intenso
• I potenziali d’azione non possono sommarsi a causa dei periodi refrattari
• Eccitabilità nulla perché i canali del sodio sono inattivi

Conduzione saltatoria

• Movimento ad alta velocità di un potenziale d’azione lungo l’assone mielinizzato
• Il potenziale può muoversi in una sola direzione verso la terminazione assonale
• Flusso locale di corrente —> quando una sezione di membrana di depolarizza, le cariche positive si muovono per flusso locale di corrente verso sezioni adiacenti di membrana
• Saltatoria —> perché avviene solo nei tratti mielinizzati

Sinapsi

• Punto in cui il neurone incontra la sua cellula bersaglio, che può essere
  • Un altro neurone
  • Una cellula non neuronale
• Ogni sinapsi è composta da:
  • Terminazione assonale —> contiene canali del calcio voltaggio dipendenti
  • Vallo sinaptico
  • Membrana postsinaptica
• Le sinapsi possono essere:
  • Sinapsi chimiche —> utilizzano neurotrasmettitori —> raggruppati in
    • Acetilcolina
    • Amine biogene
    • Amminoacidi
    • Polipeptidi
    • Basi puriniche
  • Inattivazione dei neurotrasmettitori —> per diffusione laterale e rilascio di enzimi —> costituita da —> bottone presinaptico con vescicole che contengono neurotrasmettitori —> spazio sinaptico —> membrana postsinaptica
  • Sinapsi elettriche —> funzionano attraverso giunzioni comunicanti —> costituite da connessoni —> consentono il passaggio di ioni tra due cellule e sono composti da un anello di 6 monomeri di proteine integrali trasmembrana, per faccia cellulare, dette connessine

Sistema nervoso

Il sistema nervoso si divide in sistema nervoso centrale (encefalo + midollo spinale) e sistema nervoso periferico (vie afferenti - sensoriali - e vie efferenti - motorie). Neuroni efferenti suddivisi in:

• Sezione motoria somatica
• Sezione autonoma (simpatico + parasimpatico)

Sistema nervoso centrale

• Costituito da:
  • Materia grigia → parti dell’assone non mielinizzati (dendriti, terminali assonali)
  • Materia bianca → parti mielinizzate (assoni)
• Ha poca matrice extracellulare => supporto esterno da:
  • Tessuto osseo cranio (l’encefalo) e colonna vertebrale (midollo spinale)
  • Meningi 3 strati di connettivo membranoso tra ossa e tessuto nervoso
  • Liquido extracellulare
• È un centro di integrazione
  • Riceve segnali in ingresso (stimoli) captati dal sistema sensoriale e trasmessi da neuroni afferenti al SNC
  • Li integra a livello spinale, a livello del tronco encefalico o a livello cerebrale
  • Manda segnali in uscita attraverso neuroni efferenti al sistema motorio o autonomo
• Il cervello è protetto da meningi e dai liquidi.

Le meningi

• Membrane interposte tra tessuto osseo e tessuto nervoso
• Dura madre contiene vasi venosi che drenano il sangue proveniente dall’encefalo attraverso i seni (cavità)
• Aracnoide connessa con la membrana più interna (spugna con fori, fa da ammortizzatore)
• Pia madre membrana sottile; aderisce alla superficie dell’encefalo che irrora con i vasi arteriosi che contiene

Liquidi che circondano il SNC

• Sangue porta i nutrimenti (zucchero e ossigeno)
• Liquido cerebrospinale nei ventricoli e nello spazio sub-aracnoideo
  • Ha due funzioni: protezione chimica e protezione fisica => spinta idrostatica che riduce il peso dell’encefalo e lo protegge dagli urti
  • È una soluzione salina secreta nei plessi corioidei (nel 3^o e 4^o ventricolo)
  • Scambia soluti con il liquido interstiziale del SNC attraverso giunzioni aperte della membrana piale e dell’ependima
  • Dai ventricoli passa nello spazio subaracnoideo venendo assorbito poi nel plasma attraverso villi dell’aracnoide
• Liquido interstiziale internamente alla pia madre

Barriera ematoencefalica

• Regola il movimento delle sostanze tra il sangue e il liquido interstiziale (extracellulare per i neuroni)
• Isola il SNC da sostanze dannose presenti nel sangue
• Formata da cellule endoteliali dei capillari unite da giunzioni strette + processi pedicellari degli astrociti
• Due zone del SNC prive di barriera: ipotalamo e centro del vomito nel bulbo

Midollo spinale

• Struttura generale
  • Ogni regione spinale (cervicale, toracica, lombare, sacrale) —> divisa in segmenti —> ognuno dà origine a un paio di nervi spinali —> ogni nervo ha una radice dorsale (trasporta informazioni sensoriali [afferenti]) e una radice ventrale (porta segnali in uscita [efferenti])
  • Sostanza grigia —> parte centrale a forma di farfalla o di H circondata da sostanza bianca —> corna posteriori (sensitive; contengono interneuroni) —> corna ventrali (contengono i corpi cellulari dei neuroni efferenti motori ed autonomi)
  • Sostanza bianca —> suddivisa in colonne —> tratti o fasci ascendenti (portano informazioni sensoriali verso l’encefalo) —> tratti o fasci discendenti (portano segnali efferenti dall’encefalo verso la periferia) —> tratti propriospinali
  • Il midollo spinale può funzionare da centro di integrazione: un riflesso spinale origina una risposta anche senza l’intervento dell’encefalo

Encefalo

• Anatomia
  • Diviso in 6 parti: 3 visibili (bulbo, cervelletto, emisferi cerebrali) e 3 non visibili (diencefalo, mesencefalo, ponte)
  • Tronco encefalico costituito da midollo allungato o bulbo, ponte, mesencefalo