Riassunto esame Fisiologia, prof. Cuppini, libro consigliato Fisiologia Umana. Un approccio integrato, Silverthorn

Fisiologia Umana e Omeostasi

Regolazione dell’ambiente interno

Quando non c’è omeostasi, l’organismo tenta di compensare:

• Se la compensazione ha effetto, allora l’organismo è in stato di benessere.
• Se la compensazione non funziona, allora si incorre in malattia o disturbo.

Ambiente interno

Il “mare interno” è rappresentato dal liquido extracellulare (LEC).

Legge dell’equilibrio di massa

Se la quantità di una sostanza nell’organismo deve rimanere costante, ogni aumento deve essere compensato da una perdita.

Due possibilità per mantenere l'omeostasi

• Escrezione: espellere materiale dall’organismo (urina, feci, respirazione).
• Conversione: modificare una sostanza in un’altra con il metabolismo.

Clearance: tasso di eliminazione, in unità di tempo. Quindi quanto ci mette una sostanza x per essere eliminata.

Monitoraggio del corpo

Per mantenere l’omeostasi, il corpo monitora alcune funzioni fondamentali: pressione arteriosa e concentrazione ematica di glucosio. Queste vengono mantenute attraverso due meccanismi di controllo:

• Controllo locale: si limita al controllo di una cellula o del tessuto interessato.
• Controllo riflesso: utilizza il sistema nervoso e il sistema endocrino, ed è usato per un controllo a lunga distanza.

Il controllo riflesso

Il controllo riflesso viene suddiviso in 2 parti:

• Circuito di risposta riflessa: ha 3 componenti principali: segnale di ingresso, centro di integrazione, segnale di uscita.
• Circuito a retroazione: la risposta torna indietro per modificare il segnale in ingresso.

Tipi di circuiti a retroazione

• Negativa: stabilizzano la variabile regolata e contribuiscono al mantenimento dell’omeostasi. Possono ripristinare lo stato normale, ma non possono prevenire una perturbazione iniziale.
• Positiva: la risposta rafforza lo stimolo spingendo la variabile regolata oltre il proprio valore normale. Per terminare questo processo, necessita di un intervento esterno.

Controllo anticipatorio

Riflesso che permette al corpo di innescare un circuito di controllo in anticipo rispetto al cambiamento.

Compartimenti Funzionali dell'Organismo

Cavità principali

• Cavità cranica
• Cavità toracica
• Cavità addomino-pelvica

Gli organi cavi (cuore, polmoni, ecc.) formano un compartimento a parte nel nostro corpo:

• Lume: interno di organi cavi, può essere o pieno d’aria o pieno di liquido.

Comparti liquidi del corpo

Il corpo è composto da due compartimenti liquidi:

• Liquido extracellulare: all’esterno della cellula.
• Liquido intracellulare: all’interno della cellula.

Il liquido extracellulare può essere suddiviso ulteriormente in:

• Plasma: parte liquida del sangue.
• Liquido interstiziale: circonda molte cellule del corpo.

Membrana Cellulare

Funzioni

• Isolamento fisico: barriera che separa LIC e LEC.
• Regola scambi con l’ambiente: controlla entrata e uscita di sostanze dalla cellula.
• Comunicazione con l’ambiente circostante: grazie a proteine di membrana.
• Supporto strutturale: il citoscheletro e alcune proteine sostengono la cellula e aiutano a mantenere la forma.

Composizione

• Fosfolipidi: composti da uno scheletro di glicerolo con due catene di acidi grassi.
• Sfingolipidi: hanno coda di acidi grassi e teste che possono essere fosfolipidi o glicolipidi.
• Colesterolo: idrofobiche si inseriscono tra le teste idrofile dei fosfolipidi. Rende la membrana impermeabile e flessibile.

I fosfolipidi hanno la testa (glicerolo e fosfato) polare (idrofila), mentre la coda (acidi grassi) è apolare (idrofobica).

Proteine di membrana

• Integrali: legate alla membrana, per rimuoverle serve un detergente.
• Periferiche: attaccate ad altre proteine di membrana (includono enzimi che ancorano il citoscheletro).
• Transmembrana: catene proteiche che si estendono in tutte le direzioni attraverso la membrana.

Carboidrati di membrana

Per lo più zuccheri legati a proteine (glicoproteine) o a lipidi (glicolipidi).

Glicocalice: strato di zuccheri esterno alla cellula.

Organizzazione della Cellula

Nucleo

Citoplasma: contiene tutto ciò che sta all’interno della membrana ha 4 componenti:

• Citosol: semigelatinosa, contiene diversi nutrienti, proteine ecc.
• Inclusioni: particelle di materiale insolubile (ribosomi).
• Fibre proteiche insolubili: formano il citoscheletro.
• Organelli: compartimenti con ruoli specifici.

Ribosomi

Piccoli granuli formati da RNA, fabbricano proteine sotto il controllo del DNA.

• Ribosomi fissi: attaccati alla faccia citosolica degli organelli.
• Ribosomi liberi: sospesi liberamente nel citosol.

Tipi di proteine fibrose

1. Fibre di actina: microfilamenti, molto sottili.
2. Filamenti intermedi: formate da diversi tipi di proteine, vedi cheratina per i capelli.
3. Microtubuli: più grandi, cavi costituiti da tubulina.

Queste proteine hanno una funzione strutturale (citoscheletro) e una di movimento (proteine motrici).

Microtubuli

Formano strutture più complesse:

• Centrioli: contengono 27 microtubuli, durante la divisione cellulare dirigono il movimento delle catene di DNA.
• Ciglia: strutture corte, con il loro movimento consentono lo scorrimento di liquidi e secrezioni.
• Flagelli: più lunghi delle ciglia (esempio nello spermatozoo).

Citoscheletro

Struttura formata da fibre di actina, filamenti intermedi e microtubuli, estesa per tutto il citoplasma.

Funzioni del citoscheletro

1. Forma cellulare: in base alla disposizione dei microtubuli ecc., determina la forma cellulare.
2. Organizzazione interna: stabilizza la posizione degli organelli.
3. Trasporto intracellulare: contribuisce al trasporto di materiale dentro la cellula e all’interno del citoplasma.
4. Assemblaggio di cellule a formare tessuti: lega cellule une alle altre.
5. Movimento: favorisce il movimento cellulare (fuoriuscita dei globuli bianchi dai vasi sanguigni).

Proteine motrici

Convertono energia immagazzinata in movimento. 3 gruppi di proteine motrici:

• Miosine: legate a fibre di actina (contrazione muscolare).
• Chinesine e dineine: entrambe favoriscono il movimento delle vescicole lungo i microtubuli.

Organelli

Compartimenti cellulari con specifiche funzioni:

• Mitocondri: forma sferica o ellittica formato da 2 parti: matrice mitocondriale e spazio intermembrana. Nella matrice sono contenuti enzimi, ribosomi, granuli e DNA diverso da quello contenuto nel nucleo cellulare. Dato che contengono un DNA proprio, possono creare alcune delle loro proteine. Nello spazio intermembrana (situato fra la membrana interna e quella esterna) viene prodotto ATP. La peculiarità dei mitocondri sta nel fatto che si possono moltiplicare a seconda del fabbisogno energetico richiesto dalla cellula.
• Reticolo endoplasmatico: rete di tubi membranosi interconnessi con 3 funzioni: sintesi, immagazzinamento e trasporto di molecole biologiche. Si divide in rugoso e liscio. Nel rugoso ha luogo la sintesi proteica poiché sulla superficie del reticolo sono adagiati i mitocondri (da qui rugoso), mentre nel liscio (senza mitocondri in superficie) vengono sintetizzati acidi grassi, steroidi e lipidi.
• Apparato del Golgi: costituito da sacche ricurve (cisterne) una sopra l’altra e circondate da vescicole. Riceve proteine dal reticolo, le modifica e le immagazzina nelle vescicole.
• Vescicole citoplasmatiche: sono di 2 tipi: secretorie e di accumulo. Le secretorie contengono proteine che saranno rilasciate dalla cellula, mentre quelle di accumulo non lasciano mai il citoplasma (lisosomi).
• Lisosomi: sistema digerente della cellula, utilizzano potenti enzimi per digerire sostanze e anche vecchi organelli.
• Perossisomi: vescicole di accumulo molto piccole, distruggono acidi grassi a catena lunga e molecole tossiche.
• Nucleo: contiene DNA che controlla tutti i processi cellulari, è delimitato da un involucro nucleare (costituito da due membrane) con dei pori. Attraverso i pori avvengono le comunicazioni tra nucleo e citosol.

Tessuti del Corpo

Vengono classificati in base alle loro caratteristiche:

• Forma e grandezza delle cellule
• Organizzazione delle cellule
• Modo in cui le cellule sono connesse
• Quantità di tessuto extracellulare presente nel tessuto

4 tipi di tessuto principale:

1. Epiteliale
2. Connettivo
3. Muscolare
4. Nervoso

Matrice extracellulare

Ha un ruolo vitale in molti processi fisiologici (crescita, sviluppo e morte cellulare) ha due componenti principali:

• Proteoglicani: glicoproteine
• Fibre proteiche insolubili: collagene, fibronectina, laminina, danno resistenza e ancorano le cellule alla matrice

Giunzioni forti

Vengono raggruppate in tre ampie categorie:

1. Giunzioni comunicanti (gap junction): comunicazioni dirette da cellula a cellula
2. Giunzioni occludenti (occluding junction): giunzioni serrate che limitano il passaggio di sostanze
3. Giunzioni di ancoraggio (anchoring junction): uniscono cellule una all’altra o alla matrice extracellulare

Giunzioni comunicanti

Permettono la comunicazione diretta tra cellula e cellula attraverso delle proteine cilindriche (connessine) che creano passaggi per ioni o piccole molecole.

Giunzioni serrate

Limitano il passaggio di materiali fra cellule collegate, attraverso proteine claudine e occludine formando una barriera fra cellule adiacenti.

Giunzioni di ancoraggio

Uniscono cellule una all’altra o alla matrice extracellulare. Giunzioni cellula-cellula dipendono da caderine (molecole di adesione cellulare), giunzioni cellula-matrice dipendono da integrine (molecole di adesione cellulare). Oltre a questo, contribuiscono alla resistenza meccanica del tessuto. Le giunzioni cellula-cellula hanno forma di giunzioni aderenti o di desmosomi.

• Giunzioni aderenti: legano insieme microfilamenti di actina di cellule adiacenti.
• Desmosomi: si attaccano a filamenti intermedi del citoscheletro e sono le giunzioni più forti.

Le giunzioni cellula-matrice sono di due tipi: emidesmosomi e adesioni focali.

• Emidesmosomi: ancorano filamenti intermedi del citoscheletro a proteine fibrose della matrice.
• Adesioni focali: legano fibre di actina a diverse proteine della matrice.

Tessuto Epiteliale

Proteggono l’ambiente interno del corpo e regolano gli scambi di materiale tra ambiente interno ed esterno.

Struttura degli epiteli

Costituiti da uno o più strati connessi gli uni agli altri e con in mezzo uno strato di matrice extracellulare chiamato lamina basale.

Negli epiteli le giunzioni possono renderli impermeabili o permeabili:

• Permeabili: le giunzioni permettono il passaggio di certe molecole (parete capillare).
• Impermeabile: le giunzioni sono del tipo serrato e creano una barriera che impedisce il passaggio di tutte le sostanze (rene).

Tipi di epiteli

Rivestimento: strati di tessuto che si estendono sulla superficie del corpo, vengono classificati in base alla stratificazione:

1. Semplice: un solo strato cellulare.
2. Stratificato: più strati cellulari.

Un’altra classificazione per la forma cellulare:

• Squamoso
• Cuboidale
• Colonnare

Classificazione dal punto di vista funzionale

• Scambio: permettono scambio rapido di materiale.
• Trasporto: selettivi per le sostanze che possono attraversarli.
• Ciliato: situati nelle vie aeree.
• Protettivo: sulla superficie del corpo e appena all’interno.
• Secretore

Epiteli di scambio

Composti da cellule appiattite molto sottili, facilitano il passaggio dei gas. Questo tessuto si trova nei vasi sanguigni e nei polmoni.

Epiteli di trasporto

Regolano gli scambi di materiali non gassosi tra ambiente interno ed esterno, ricoprono l’apparato digerente e il rene. Lo scambio di materiale da esterno ad interno viene detto assorbimento, mentre il contrario, quindi da interno ad esterno, viene detto secrezione. Vengono classificati in base a:

• Forma delle cellule: cellule di uno spessore maggiore rispetto a quelle di scambio, sono solo uno strato di cellule e possono essere o cuboidali o colonnari.
• Modificazioni della membrana: tipo sulla membrana apicale (lato che guarda verso il lume) ci sono dei prolungamenti chiamati microvilli che aumentano la superficie cellulare disponibile per il trasporto, un altro esempio sulla membrana basolaterale (lato verso il liquido extracellulare) presenta delle pieghe che anche qua aumentano la superficie cellulare.
• Giunzioni cellulari: le cellule negli epiteli di trasporto sono legate in modo serrato, quindi per attraversare l’epitelio le sostanze devono entrare da un lato del tessuto e uscire dal lato opposto.
• Organelli cellulari: contengono molti mitocondri che forniscono energia per eseguire tutti i processi di trasporto.

Epiteli ciliati

Rivestono l’apparato respiratorio, nella parte verso il lume ci sono ciglia che si muovono in modo coordinato e spostano liquido e particelle dalla superficie dell’epitelio.

Epiteli di protezione

Impediscono gli scambi tra ambiente esterno ed interno. Sono tessuti stratificati con molti strati di cellule sovrapposti. Sono molto resistenti grazie alla secrezione della cheratina. Le cellule di questo epitelio vengono sempre ricambiate perché sono sempre a contatto con agenti chimici atmosferici ecc.

Epiteli secretori

Composti da cellule che sintetizzano sostanze e poi la rilasciano nello spazio extracellulare. Le cellule secretorie riunite insieme formano ghiandole che possono essere endocrine o esocrine.

• Esocrine: rilasciano le secrezioni nell’ambiente esterno all’organismo, producono due tipi di secrezioni:
• Sierose: soluzioni acquose, lacrime, sudore.
• Mucose: soluzioni viscose come il muco.
• Endocrine: le loro secrezioni vengono chiamate ormoni e vengono rilasciati direttamente nel compartimento extracellulare dell’organismo. Regolano e coordinano attività dei vari tessuti, organi e sistemi.

Tessuti Connettivi

Forniscono supporto strutturale e talvolta barriera fisica. Hanno una estesa matrice extracellulare, i tessuti connettivi comprendono sangue, cartilagine, osso ecc.

Struttura del tessuto connettivo

La matrice extracellulare è una sostanza fondamentale di proteoglicani e acqua in cui sono contenuti filamenti proteici insolubili. All’interno della matrice troviamo delle cellule che possono essere fisse o mobili.

• Fisse: svolgono la manutenzione dei tessuti ed immagazzinano energia.
• Mobili: svolgono funzioni di difesa.

Le cellule del tessuto connettivo, oltre a secernere proteoglicani della sostanza fondamentale, producono anche le fibre della matrice. Nella matrice troviamo 4 tipi di proteine fibrose:

• Collagene: le molecole di collagene si legano per formare fibre di collagene che sono flessibili e molto resistenti. In base alla quantità e la disposizione si determinano proprietà meccaniche di diversi tipi di tessuto connettivo.
• Elastina: proteina a spirale che ritorna a spirale una volta allungata (elasticità).
• Fibrillina: combinata con elastina forma filamenti e lamine di fibre elastiche.
• Fibronectina: connette cellule alla matrice extracellulare nelle adesioni focali.

Tipi di tessuti connettivi

• Lasso: tessuti elastici, sono sotto la cute e forniscono sostegno a piccole ghiandole.
• Denso: forniscono resistenza o flessibilità.
• Sostegno: qua troviamo cartilagine e osso.
• Cartilagine: si trova nel naso, orecchie, è solida e flessibile. Non ha irrorazione sanguigna, quindi i nutrienti arrivano per diffusione.
• Osso: resistente e rigido. Pieno di sali di calcio e di fosfato di calcio.
• Adiposo: costituito da adipociti.
• Bianco: possiede una singola grande goccia lipidica che occupa la maggior parte del volume cellulare.
• Bruno: più cellule adipose e più goccioline lipidiche.
• Sangue: composto da plasma (matrice extracellulare acquosa) costituito da ioni e molecole diluite.

Tessuto Muscolare

Ha una quantità minima di matrice extracellulare (lamina esterna). Si contrae e produce forza e movimento. Ci sono 3 tipi di tessuto muscolare:

1. Cardiaco
2. Liscio
3. Scheletrico

Tessuto Nervoso

Ha due tipi di cellule:

1. Neuroni: trasportano informazioni sotto forma di segnale chimico o elettrico, sono concentrati nel cervello e nel midollo spinale.
2. Cellule gliali: supportano i neuroni.

Rimodellamento Tissutale

La morte cellulare avviene in due modi:

• Necrosi: le cellule muoiono per un trauma fisico, tossine. Queste cellule in necrosi si trovano spesso vicino alle ferite, morendo infettano le cellule vicine provocando infiammazione.
• Apoptosi: morte cellulare programmata, regolata da molti segnali chimici.

Organi: Gruppi di tessuti che svolgono funzioni correlate.

Reazioni Chimiche

Energia di attivazione: quantità di energia richiesta per fare iniziare la reazione. Possiamo trovare due tipi di reazioni:

• Esoergonica: quando l’energia libera dei prodotti è minore di quella dei reagenti (libera energia).
• Endoergonica: richiedono energia per eseguire il loro compito.

Un modo per avere sempre energia per attivare le reazioni metaboliche è quello di accoppiare sia reazioni esoergoniche che endoergoniche.

Troviamo due tipi di reazioni:

1. Reversibile
2. Irreversibile

Enzimi

Proteine che aumentano la velocità delle reazioni chimiche, senza di essi i processi di reazione durerebbero troppo per la vita cellulare. L’attività degli enzimi può essere controllata da altri fattori, ad esempio alcuni enzimi vengono sintetizzati come proteine inattive e attivate al bisogno. Gli inibitori inattivano gli enzimi rendendoli innocui. L’enzima non fa altro che abbassare l’energia di attivazione della reazione per accelerarla, legano i loro substrati e li portano in una posizione più adatta per interagire, altrimenti la reazione si affiderebbe a collisioni casuali tra molecole e substrati.

Tipi di reazioni enzimatiche

Troviamo 4 categorie: