Fisiologia umana

FISIOLOGIA UMANA

Prima di iniziarne lo studio è necessario definire cosa è la fisiologia.

L'etimologia ci rimanda a due parole greche, φυσις che significa natura e λογος

che significa discorso, ragionamento. Dunque, la fisiologia è un ragionamento

sulla natura, e la fisiologia umana è un ragionamento sulla natura umana. Il

primo importante trattato di fisiologia è "Exercitatio anatomica de motu cordis

et sanguinis in animalibus" (Esercitazione anatomica sul movimento del cuore e

del sangue negli animali) di William Harvey pubblicato nel 1628. Negli stessi

anni esplode in tutto il mondo un nuovo linguaggio artistico, il barocco, che

sostituisce la ricerca di perfezione del rinascimento. Per rappresentare nel

modo più netto quanto questo passaggio sia stato radicale, propongo due

rappresentazioni di figure femminili: la Muta di Raffaello (1507) e Angelica e

l'eremita di Pieter Paul Rubens (1628). Nella prima opera è rappresentata

un'ideale di bellezza quasi astratta. Nella seconda trionfa la sensualità del

corpo nudo e abbandonato nel sonno di Angelica, il cui sesso è appena coperto

da un lembo del velo che sta per essere scostato dalla mano del vecchio

eremita che intende approfittare del sonno di Angelica, mentre un diavolo

mostruoso, nell'ombra, guarda con approvazione la scena. La statica perfezione

si è rotta, si rappresentano persone vere, con la loro corporeità, i loro limiti, le

loro frustrazioni. La scena è in movimento, il sesso è già svelato, Angelica si è

già svegliata e il vecchiaccio sta già scappando via, scoperto nella sua morbosa

curiosità.

In questo contesto emerge il bisogno di capire come funzionano i corpi reali,

quelli imperfetti, quelli vivi. Non basta più descrivere l'anatomia del corpo nella

"perfezione" della morte (il primo testo di anatomia dell'epoca moderna, De

humani corporis fabrica di Andrea Vesalio, è pubblicato nel 1542), si vuole

mettere il naso nella imperfezione della vita. Nello stesso anno dell'opera di

Rubens, Harvey pubblica la scoperta della circolazione del sangue.

Solo a metà del XVIII secolo però, grazie all'opera di Albrecht von Haller, la

fisiologia si definisce completamente come disciplina. Mentre fino a quel

momento l'idea dominante era che la capacità degli organi di svolgere la loro

funzione discendesse dall'anima e questa da Dio, con Haller, per la prima volta,

si afferma che la capacità di funzionare è intrinseca alle caratteristiche

dell'organo stesso e va cercata nella sua intima struttura. Il modo di concepire

il corpo umano si rovescia, passando da una prospettiva top-down a una

bottom-up. Solo dopo questo rovesciamento di prospettiva prende senso lo

studio degli organi, isolandoli e cercandone i meccanismi al loro interno, prende

senso lo studio dei particolari per risalire all'insieme, nasce cioè la fisiologia

come la intendiamo oggi. Non è un caso che negli stessi decenni (seconda

metà del XVIII secolo) si pongano le basi teoriche per il rovesciamento dei

regimi assoluti e si giunga infine alla rivoluzione francese. L'illuminismo,

affermando che tutto deve essere visto alla luce della ragione e niente deve

essere dato per scontato nega la necessità di un sovrano assoluto che,

trovando la sua legittimazione in una presunta approvazione divina, organizzi

tutta la società come più gli piace (top-down), e afferma che il capo deve

essere espressione delle componenti sociali (bottom-up). Nel contesto di

questa rivoluzione di idee che invade tutti i campi della cultura e della politica,

nel XVIII secolo si definisce la nuova disciplina "fisiologia".

Nel vocabolario Treccani, al lemma Fisiologia corrisponde la definizione

"Scienza che studia le funzioni degli organismi viventi". Sono parole pesanti,

ciascuna delle quali innesca ragionamenti complessi. Scienza viene definita

come applicazione di un metodo di conoscenza, Funzione invece risulta avere 2

significati: 1) modo di funzionare 2) significato all’interno di un contesto

rappresentato dall’organismo umano. Nel primo significato sono contenuti

diversi concetti e livelli di conoscenza: la descrizione della sequenza dei

processi, il loro concatenarsi secondo relazioni di causa-effetto, le basi cellulari

e molecolari nascoste all'interno dei processi macroscopici, i meccanismi di

controllo (intimi) e di regolazione dei processi. Il secondo significato non deve

essere inteso in senso teleologico (come se gli organi sapessero cosa devono

fare per far stare bene l'intero organismo), ma piuttosto come significato di un

certo processo in vista della sopravvivenza dell'individuo e della specie,

considerando che quel processo è il risultato della selezione avvenuta nel corso

del lungo processo di evoluzione in relazione con l’ambiente.

Ad esempio prendendo come riferimento la funzione del miocardio è possibile

intendere due cose diverse ovvero: qual è il modo di funzionare del muscolo

cardiaco cioè quali sono i meccanismi cellulari e molecolari che gli consentono

di contrarsi ritmicamente in modo indipendente dal comando del S.N. , oppure

può essere inteso come ruolo del miocardio all’interno dell’organismo, vale a

dire la sua funzione all’interno di un contesto, lo scopo della sua capacità di

alternare contrazione e rilasciamento.

Paolo Crapax studioso della fisiologia di fatti sostiene che: “Nell’ambito delle

scienze biologiche, la fisiologia si attribuisce una posizione differenziata

rispetto alle altre discipline, poiché ai fisiologi non basta la descrizione fisico-

chimica delle strutture e dei meccanismi che sottendono i fenomeni della

natura, per questo è necessario inserire tale processo nel contesto delle

funzioni dell’organismo.” Quindi spetta al fisiologo inserire il fenomeno

elementare nel quadro di un processo globale, interpretando in modo critico il

fenomeno in ottica di utilità, adattamento e sopravvivenza dell’organismo.

La fisiologia di fatti s’interessa di diversi livelli della natura a differenza di altre

discipline. Ad esempio la fisica nucleare si occupa essenzialmente di atomi, di

particelle e quark (particelle elementari) , la chimica s’interessa di atomi e di

molecole, la biochimica si occupa di molecole e macromolecole, mentre la

FISIOLOGIA s’interessa di analizzare la realtà del corpo umano a livello di

molecole, macromolecole, di membrane, di organuli cellulari, di tessuti, organi,

di organismi e infine di interazioni tra organismi e ambiente.

La parola "vivente" è ancor più problematica, data la difficoltà di definire ciò

che è vivo. Platone nel Simposio sostiene: "In effetti, anche nel tempo in cui

ogni singolo vivente si dice che vive e si dice che sia lo stesso – per esempio si

dice che è la stessa persona chi dalla fanciullezza arriva alla vecchiaia –, in

realtà, non mantiene mai in se stesso le medesime cose, eppure è considerato

identico, ma sempre diventa nuovo, perdendo altre cose, sia per quel che

riguarda i capelli, sia per la carne, sia per le ossa, sia per il sangue, sia per

tutto quanto il corpo. E non solo per quel che riguarda il corpo, ma anche per

l’anima: modi, abitudini, opinioni, desideri, piaceri, dolori, paure, ciascuna di

queste cose non rimane mai la stessa in ognuno, ma alcune nascono, altre

muoiono." Il corpo vivo viene definito quindi come sistema aperto (definizione

termodinamica) ovvero in grado di scambiare materia ed energia con

l’ambiente, ed è un sistema a bassa entropia (modo di esprimere il disordine)

di fatti il corpo umano è un sistema ad alto livello di ordine, dalle membrane

agli organi. Ciò crea un problema in quanto tutti i sistemi fisici tendono al

massimo di entropia, poiché qualsiasi processo spontaneo tende al disordine.

Nel corpo umano vivo invece, succede esattamente il contrario, perché nel

nostro processo di sviluppo a partire dalla cellula uovo si sono verificati una

serie di processi che hanno diminuito costantemente i livelli di entropia,

violando i processi fondamentali della fisica. Il mantenimento di uno stato di

bassa entropia nel corpo umano può e deve essere realizzato grazie ad un

continuo scambio di energia, reso possibile dall’assunzione di alimenti che

liberano successivamente energia sotto forma di calore e lavoro meccanico. Per

cui il flusso di energia, ovvero la possibilità di demolire e ricostruire nuova

materia ed energia, permette di mantenere una condizione di bassa entropia

ed equilibrio consentendo al nostro corpo di preservare la sua forma e la sua

struttura.

Il problema originario del vivente dunque riguardava il mantenimento di uno

stato di bassa entropia, reso possibile sempre dal flusso di materia ed energia.

Ma per creare tale flusso in entrata e in uscita, il vivente ha dovuto creare dei

gradienti ovvero una differenza di concentrazione tra ambiente interno e

ambiente esterno. L’ambiente esterno all’origine era rappresentato da acqua

salmastra per cui costituito principalmente da Na (sodio) e Cl (cloruro), per cui

al suo interno doveva presentare concentrazioni di sodio e cloruro

necessariamente basse per essere diverso dall’esterno. Il meccanismo

utilizzato per mantenere tale differenza di concentrazione risulta essere la

pompa Na+ K+ (SODIO-POTASSIO), la quale crea le condizioni di

differenziazione tra l’interno della cellula e l’esterno e tale differenza permette

che ci siano dei flussi di energia (materia) che garantiscono le condizioni per

creare delle figure ordinate sempre più complesse (l’uomo). Affinché tale

processo di differenziazione funzioni, la concentrazione di sodio all’esterno

dev’essere sempre maggiore rispetto all’interno, al contrario il potassio esterno

dev’essere ridotto, in modo tale che il gradiente venga sempre mantenuto e sia

consentita la sopravvivenza della cellula.

Ciò che distingue un organismo pluricellulare da un aggregato di cellule

individuali è la massa critica di informazione scambiata che rende le cellule del

primo interdipendenti, nel senso che ogni cellula dipende dal comportamento

delle altre, generando una unicità di funzione per realizzare un obiettivo

comune, la sopravvivenza. Dunque, il problema della trasmissione

dell'informazione (comunicazione) è fondamentale per gli organismi viventi. Lo

scambio di informazione avviene su più livelli: intercellulare, diretto o indiretto,

attraverso mediazione di sostanze chimiche, autocrino , sinaptico, paracrino ed

endocrino. Il trasferimento di informazioni

presuppone la presenza di 3 elementi fisici più un altro elemento particolare. Il

primo elemento è l’emittente ovvero colui che fornisce informazioni, il segnale

ovvero il contenuto dell’informazione stessa Il segnale è un oggetto fisico che

deve poter esistere almeno in due stati e che può diffondere nello spazio e nel

tempo, e il ricevente, il quale deve possedere la capacità di recepire

l’informazione cioè è capace di rilevare la presenza del segnale (cioè esserne

modificato) e associare al segnale un significato, ovvero applicare un codice.

Il codice è un insieme di regole che associano combinazioni di stati del segnale

con il significato da attribuire, per cui è necessario che l’emittente utilizzi un

codice e che il ricevente conosca quel codice, in modo tale da associare al

segnale un determinato significato. Uno stesso segnale di fatti può assumere

significati differenti a seconda del codice applicato. In fisiologia di fatti ci sono

molte situazioni in cui lo stesso segnale può essere interpretato in modo

diverso, ad esempio il neurotrasmettitore acetilcolina che consente la

comunicazione tramite collegamenti sinaptici, può avere effetti differenti a

seconda del codice che viene utilizzato. Acetilcolina può di fatti avere

significato di eccitazione all’interno delle giunzioni neuromuscolari, al contrario

nella regolazione dell’attività cardiaca la stessa acetilcolina ha significato

inibitorio. (riduce la contrazione). Il codice in questo caso viene applicato dalla

cellula ricevente che ha recettori diversi che riconoscono codici diversi in grado

di svolgere le azioni opportune. (RECETTORE NICOTINICO -MUSCOLO-

ECCITAZIONE) ; (RECETTORE MUSCARINICO -CUORE-INIBIZIONE)

Il ricevente,agisce grazie alla presenza dei recettori ,i quali sono in grado di

venir modificati dalla presenza di un segnale, avendo la capacità di associare

sempre un codice al segnale in entrata.

SISTEMI DI CONTROLLO

Il sistema è un insieme di elementi interconnessi tramite relazioni reciproche,

cioè tali elementi si scambiano informazioni in quantità tale che le parti

diventino interdipendenti e agiscono come un tutt’uno. Per cui all’interno del

sistema emergono proprietà ulteriori rispetto alla somma delle proprietà delle

singole parti. Il concetto di controllo invece si riferisce alla condizione in cui, a

una variabile del sistema ossia a una grandezza fisica che caratterizza il

sistema, non è permesso di assumere qualunque valore, ma al contrario la

grandezza fisica può assumere valori all’interno di un ambito ristretto

determinato dai controllori. I sistemi di controllo possono essere: 1)a catena

aperta e 2)a catena chiusa.

Il sistema di controllo a catena aperta,sono costituiti da un elemento (o

sistema) controllante, da un elemento (o sistema) di regolazione e da un

elemento (o sistema) controllato. L’elemento controllante può ricevere

informazioni dall’esterno, trasmette informazioni al sistema di regolazione il

quale trasmette informazione al sistema controllato che determina variazioni

della grandezza fisica. ( esempio riscaldamento- caldaia (sistema controllante),

acqua (elemento di regolazione), termosifone (sistema controllato). Nei sistemi

di controllo a catena aperta permettono una comunicazione unidirezionale e

presentano di conseguenza un limite ovvero la non capacità di autoregolarsi, in

quanto tale sistema non è consapevole degli effetti della sua azione. Un

esempio di sistema di controllo A CATENA APERTA è la liberazione della bile

nell’intestino; la bile è un liquido prodotto dal fegato che si accumula in sacca,

definita Cistifellea che la utilizzerà nel momento in cui vengono introdotte delle

sostanze grasse che hanno bisogno di componenti della bile stessa per essere

assorbite e digerite. La liberazione della bile avviene nel momento in cui le

sostanze grasse introdotte vengono a contatto con la mucosa intestinale, dalla

mucosa viene rilasciata nel sangue una sostanza (ORMONE) definita

Colecistochinina , la quale attraverso la circolazione sanguigna giunge alla

cistifellea determinandone la contrazione e il conseguente riversamento della

bile contenuta all’interno nell’intestino stesso. In questo sistema a catena

chiusa l’elemento controllante è rappresentato dalla mucosa intestinale che

viene a contatto con le sostanze grasse, l’elemento di regolazione è invece

rappresentato dalla colecistochinina che viene rilasciato nel sangue e

l’elemento controllato, rappresentato dalla cistifellea la quale si contrae

determinando lo sversamento della bile nell’intestino.

Nei sistemi di controllo a catena chiusa il flusso di informazioni è reso circolare

dalla presenza di un sensore che riceve informazioni dall'elemento controllato e

le restituisce all'elemento controllante; di fatti i sistemi di controllo a catena

chiusa sono caratterizzati dagli stessi elementi dei sistemi a catena aperta ma

con l’aggiunta di un ulteriore elemento definito SENSORE, elemento in grado di

leggere il valore della grandezza fisica dell’elemento controllato e di

comunicare l’informazione all’elemento controllante. Il sistema controllante di

fatti viene informato degli effetti che ha avuto la sua azione sul sistema

controllato, per cui in questo sistema, il sistema controllante confronta il valore

di riferimento impostato inizialmente dal sistema stesso con quello che gli

fornisce il sensore ovvero il valore reale presente nel sistema. I sistemi di

controllo a catena chiusa possono essere: a RETROAZIONE POSITIVA e a

RETROAZIONE NEGATIVA. I sistemi a retrazione positiva sono sistemi che

portano il valore della grandezza fisica a valori estremi, massimi.

Per modificare il valore della grandezza fisica è possibile agire su diversi

aspetti: è possibile aumentare o diminuire la variabile (grandezza fisica) oppure

è possibile agire sull’eliminazione della grandezza fisica oppure è possibile

prelevare o depositare la grandezza in un deposito. Un esempio fisiologico (di

SISTEMA A RETROAZIONE NEGATIVA) di deposito è il controllo della

concentrazione di glucosio nel sangue, di fatti dopo un pasto la glicemia

aumenta in quantità superiori rispetto al suo utilizzo, per cui l’organismo tende

a depositarlo all’interno del fegato sotto forma di glicogeno. Nel momento in

cui l’organismo è in stato di digiuno, il glucosio risulterà carente per cui sarà

necessario prelevare il glicogeno precedentemente depositato e

depolimerizzarlo per ricavare molecole di glucosio che saranno riportate

all’interno del sangue. Un esempio di sistema di controllo a retroazione positiva

invece può essere la gravidanza, nella quale il feto cresce e si sviluppa fino ad

un certo periodo, in cui tende a girarsi, rivolgendo la testa verso il collo

dell’utero. La testa spingendo sul collo dell’utero attiva dei recettori di tensione

(TENSOCETTORI) che recepiscono la distensione del collo dell’utero, e inviano

l’informazione ad una ghiandola, definita IPOFISI la quale secerne un ormone

chiamato ossitocina, che