Riassunto Fisiologia, prof. Battezzati

Chiara Pizzamiglio a.a 2019-2020

RIASSUNTO DI FISIOLOGIA

(lezioni + integrazioni dal libro)

Prof. Alberto Battezzati

Programma

1. Concetti basilari: sistemi fisiologici, omeostasi e livelli di comunicazione; acqua

nell’organismo; membrane cellulari e cellule eccitabili

2. Sistema nervoso: anatomia e funzione; potenziale d'azione; sinapsi; sistema nervoso

autonomo, somatico e sensibilità; basi fisiologiche di gusto e olfatto; funzioni superiori;

neurotossine

3. Endocrinologia e metabolismo: anatomia e funzione delle ghiandole endocrine;

biochimica, secrezione e trasporto degli ormoni; meccanismi di azione degli ormoni;

insulina; adrenalina; ormoni tiroidei; cortisolo e risposta integrata allo stress

4. Muscolo: anatomia e funzione; giunzione neuromuscolare e contrazione del sarcomero;

metabolismo muscolare, unità motorie, controllo della contrazione

5. Sistema cardiovascolare: anatomia e funzione, sistema di conduzione, potenziali d'azione

cardiaci; ciclo cardiaco e gittata cardiaca, struttura e funzione dei vasi sanguigni; pressione

arteriosa e regolazione, autoregolazione e dinamica capillare

6. Sistema respiratorio: anatomia e funzione, ventilazione polmonare; scambi gassosi ed

emoglobina; trasporto dei gas e controllo della respirazione

7. Sistema urinario: anatomia e funzione; filtrazione e riassorbimento; escrezione

8. Calcemia, equilibrio acido-base

Libro: “Fisiologia” di Cindy L. Stanfield

Chiara Pizzamiglio a.a 2019-2020

1. CONCETTI BASILARI (capitoli 1, 4 libro)

I principali tipi di cellule nell’organismo sono neuroni, cellule muscolari (scheletrico, liscio,

cardiaco), cellule epiteliali, cellule connettivali (sangue, ossa, adipociti). Le cellule si

organizzano in tessuti: epiteliale, connettivo, muscolare, nervoso. I tessuti formano a loro

volta i sistemi:

- Tegumentario: cute + annessi cutanei (capelli, peli, unghie, ghiandole sudoripare e

sebacee). Protezione e separazione interno/esterno, termoregolazione, eliminazione

scorie (sudore), percezione.

- Muscolare: muscolo scheletrico + tendini e legamenti. Locomozione, postura, calore.

- Scheletrico: ossa, articolazioni e cartilagini. Sostegno, protezione (gabbia toracica),

movimento, riserva di minerali, produzione sangue (nel midollo osseo).

- Nervoso: SNC (encefalo e midollo) + SNP (nervi cranici e organi di senso).

Comunicazione tra cellule attraverso segnali elettrici e rilascio Nt.

- Endocrino: ipofisi, epifisi, tiroide, timo, surrenale, pancreas, ovaie, testicoli

(endocrine) + tessuto endocrino disperso (es. nello stomaco). Comunicazione tra

cellule attraverso rilascio ormoni. È interconnesso al sistema nervoso a livello

dell’ipofisi, che è connessa con l’ipotalamo, che rilascia Nt che viaggiano nel circolo

sanguigno (come gli ormoni) per regolare la secrezione ipofisaria.

- Linfatico e immunitario: fluidi linfatici, vasi linfatici, linfonodi. Campionamento

sostanze dei fluidi interstiziali. Accoglie chilomicroni per trasportarli in circolo. Difesa

da sostanze non self.

- Cardiovascolare: sangue, cuore, vasi sanguigni. Trasporta molecole lungo il corpo:

ossigeno, nutrienti, globulo bianchi.

- Respiratorio: faringe, laringe, trachea, bronchi, bronchioli, alveoli. Fornisce O2 ed

elimina CO2; fonazione

- Digerente: cavità orale, orofaringe, esofago, stomaco, piccolo e grosso intestino, ano

+ ghiandole accessorie. Funzione nutritiva ed escretoria.

- Urinario: reni, ureteri, vescica, uretra. Produzione ed eliminazione urine (quindi

scorie), controllo volume e composizione sangue (eritropoietina prodotta dal rene

regola produzione globuli rossi), concentrazione ioni (equilibrio acido-base), acqua e

pressione sanguigna. Capace di eliminare l’azoto come ione ammonio.

- Riproduttivo: gonadi (testicoli o ovaie), genitali esterni + annessi (tube,

utero/epididimo, dotto deferente). Riproduzione, produzione ormoni

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Omeostasi: tendenza dell’organismo a mantenere una stabilità nel suo ambiente interno. È

dinamica e implica la presenza di variabili regolate (temperatura, pressione) per cui esistono

sistemi di controllo (feedback).

Feedback: Ci sono dei sensori (recettori, cellule) che rilevano la variabile regolata e mandano

input (segnali nervosi, metabolici, ormonali) a dei centri integrativi che confrontano il valore

rilevato con i set point (valori di riferimento) e mandano output ad elementi effettori (muscoli,

ghiandole, neuroni). Questi effettori producono un cambiamento della variabile regolata.

Feedback negativo: pressione sanguigna, pH, osmolarità, ventilazione, termoregolazione.

Variazione nella direzione opposta del cambiamento. Termoregolazione: se si alzala T

corporea (es. esco al caldo), i sensori mandano input (nervosi) al centro integrativo

(nell’ipotalamo). Qui, i centri regolatori la comparano al set point e inviano output (nervosi)

ad effettori (ghiandole sudoripare, circolo sanguigno) che producono diverse risposte per

abbassarla (sudorazione, vasodilatazione per disperdere calore).

Feedback positivo: ciclo mestruale, potenziale d’azione, coagulazione. Variazione che

amplifica il cambiamento registrato dai sensori. Potenziale d’azione: si depolarizza la

membrana, si aprono canali V-dip per il Na, che entra causando ulteriore depolarizzazione e

ulteriore entrata di Na.

Il corpo si può idealmente suddividere in ambiente interno ed esterno, separati da uno strato

di tessuto epiteliale. Gli apparati respiratorio, digerente e urinario sono collegati all’esterno,

gli altri sono interni.

L’acqua nell’organismo: il costituente più abbondante nell’organismo è l’acqua. L’acqua

corporea totale comprende tutta l’acqua presente nell’organismo, e corrisponde al 60% del

peso corporeo. Di questi, circa i 2/3 sono contenuti nel liquido intracellulare e 1/3 in quello

extracellulare, comporto da liquido interstiziale e plasma. Gli scambi di acqua e ioni tra

interno ed esterno sono finemente regolati, altrimenti causa problemi: l’espansione del

volume plasmatico (dopo troppo sodio) causa ipertensione; l’espansione dell’acqua

extracellulare (condizione in cui l’acqua non riesce ad essere trattenuta nei vasi) causa edema.

Cosa trattiene l’acqua nelle membrane? Il movimento dell’acqua attraverso le membrane è

sempre passivo, ed è generato dal gradiente di concentrazione dell’acqua stessa. Questo a

sua volta dipende dalla concentrazione dei soluti: l’acqua si muoverà contro gradiente di

pressione osmotica. Questi ioni sono quindi compartimentati nelle membrane.

Forza elettrochimica e trasporto: La compartimentazione dei soluti crea delle forze chimiche

(dovute ai gradienti di concentrazione) ed elettriche (l’interno della cellula è più negativo

rispetto all’esterno, quindi ci saranno attrazioni di cariche) a cavallo della membrana, che

permettono il trasporto passivo (secondo gradiente di concentrazione ed elettrico). Es. il

potassio è più concentrato all’interno della cellula, quindi la forza chimica sarà rivolta

all’esterno; quella elettrica invece sarà rivolta all’interno (è positivo quindi va verso le cariche

negative). Al contrario il sodio è più concentrato all’esterno della cellula, quindi sia la forza

chimica che quella elettrica saranno dirette verso l’interno. La forza elettrica può essere più o

meno forte a seconda del potenziale di membrana (più il potenziale di membrana è negativo,

più la forza sarà intensa) e della carica dello ione (il calcio, che è bivalente, verrà attratto con

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una forza superiore rispetto ad uno ione monovalente). La risultante delle due forze è la forza

elettrochimica, che è la sommatoria delle forze chimiche ed elettriche (se vanno nella stessa

direzione anche la forza elettrochimica andrà in quella direzione; se vanno in direzioni

opposte la forza elettrochimica andrà nella direzione della forza maggiore). Come si stabilisce

la forza maggiore? Le cellule “normali” non eccitabili hanno potenziale di membrana di -94

mV. A quel potenziale la forza elettrica sarà uguale e contraria alla forza chimica (forza

→

elettrochimica = 0) potenziale di equilibrio. Nel caso invece delle cellule eccitabili (neuroni)

il potenziale di membrana è -70 mV, quindi la forza elettrica sarà meno intensa e la risultante

sarà verso la forza chimica. I neuroni sono cellule particolari, perché sono in grado di far

variare il potenziale di membrana (e hanno più canali passivi per il sodio).

Il trasporto attraverso le membrane: I soluti passano attraverso le membrane secondo 3

modalità:

- Diffusione semplice: i soluti passano secondo gradiente. Sostanze non polari (O2, CO2).

Velocità: dipende da gradiente, superficie membrana, permeabilità.

- Trasporto passivo: secondo gradiente.

- Canali ionici: gli ioni carichi non possono passare liberamente, hanno bisogno di

canali proteici per passare. Anche l’acqua, che può passare per diffusione, in realtà

→

per la maggior parte passa attraverso le acquaporine importante perché

possono essere regolate.

- Diffusione facilitata: es. per il glucosio. Coinvolge proteine carrier, che riconoscono

selettivamente la molecola, cambiano conformazione e la portano dall’altro lato

della barriera. È un trasporto saturabile. I maggiori trasportatori di glucosio sono i

GLUT. Importante GLUT4, insulinodipendente: si trova su vescicole dentro la

cellula, quando l’insulina aumenta queste vescicole vengono traslocate alla

membrana, che si tappezza di questi GLUT e aumenta la capacità di trasportare

glucosio.

- Trasporto attivo: contro gradiente, richiede energia.

- Primario: servono pompe, es. pompa sodio/potassio ha 3 siti per il sodio e 2 per il

potassio, e usa ATP per portare sodio fuori e potassio dentro la cellula.

- Secondario: sfrutta il gradiente elettrochimico di un altro soluto, quindi non

consumano direttamente ATP. Es. cotrasporto sodio/glucosio: fanno entrare il

glucosio contro il proprio gradiente, sfruttando il gradiente del sodio (SGLT

sull’orletto a spazzola degli enterociti).

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2. IL SISTEMA NERVOSO (capitolo 7 libro)

Il sistema nervoso può essere diviso in centrale (SNC) e periferico (SNP). Il SNC è composto da

encefalo e midollo spinale; riceve input (afferenze) dagli organi sensoriali e dai visceri, integra

queste informazioni e manda output a muscoli e ghiandole. Il SNP è formato da cellule

nervose che garantiscono la comunicazione tra SNC e organi. Può essere afferente (info dagli

organi al SNC) o efferente (info dal SNC agli organi effettori). L’efferente può essere a sua

volta diviso in somatico (motoneuroni che regolano la contrazione del muscolo scheletrico) o

autonomo (cellule che regolano organi interni e vasi sanguigni, NON sono sotto controllo

volontario). L’autonomo può essere simpatico o parasimpatico.

È composto da neuroni (10%), le unità funzionali, e cellule gliali (90%), con funzione di

supporto. I neuroni sono cellule eccitabili, che comunicano tramite segnali elettrici detti

potenziali d’azione.

Neuroni: composti da corpo cellulare (contiene nucleo e organuli intracellulari, per sintesi

proteica e metabolismo cellulare), dendriti (ricevono afferenze da altri neuroni a livello di

giunzioni chiamate sinapsi) e un assone (invia efferenze ad altre cellule tramite potenziali

d’azione. Quando il potenziale arriva al terminale assonico, viene rilasciato un

neurotrasmettitore, che si lega alla membrana post-sinaptica di un altro neurone). I neuroni

possono essere afferenti (trasmettono info dai recettori sensoriali e viscerali al SNC), efferenti

(trasmettono info dal SNC agli organi effettori) o interneuroni. In genere i dendriti e il corpo

cellulare si trovano dove parte l’informazione, e l’assone dove deve arrivare. Gli interneuroni

sono il 99% di tutti i neuroni, sono nel SNC.

Cellule gliali: sono astrociti, cellule ependimali, microglia, oligodendrociti (SNC) e cellule di

Schwann (SNP). Astrociti: limitano il movimento di metaboliti attraverso la barriera

ematoencefalica; Microglia: proteggono SNC da batteri e detriti tramite fagocitosi; cellule

ependimali: rivestono internamente i ventricoli cerebrali, che contengono il liquor.

Oligodendrociti e cellule di Schwann formano una guaina di mielina attorno agli assoni, che

permette la trasmissione rapida del segnale. Questa guaina presenta interruzioni, i nodi di

Ranvier, attraverso cui passa in maniera saltatoria il segnale.

Potenziali di membrana: i potenziali possono essere potenziale a riposo o potenziale

d’azione.

- Potenziale a riposo: differenza di voltaggio a cavallo della membrana plasmatica di una

cellula a riposo. Abbiamo detto che il K per forza chimica tende ad uscire dalla cellula, e il

Na ad entrare. Le cellule normali però sono molto permeabili al K e poco al Na, quindi

uscirà molto K rispetto al Na che entra e quindi l’interno della cellula diventerà negativo.

Per questo il potenziale di riposo delle cellule normali è simile a quello del K, -94 mV. I

neuroni invece sono un po’ più permeabili al Na, quindi l’interno della membrana sarà

meno negativo e il potenziale a riposo sarà di -70 mV (intermedio tra quello del sodio, +60

mV, e quello del potassio).

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- Potenziale d’azione: rapida variazione del potenziale di membrana, prodotta dalla

depolarizzazione della membrana di una cellula eccitabile fino a un valore soglia. I neuroni

sono cellule eccitabili perché hanno canali per il sodio normalmente chiusi, ma che in certe

situazioni si aprono e lasciano entrare improvvisamente il Na, depolarizzando la

→

membrana canali attivi

Canali ionici sul neurone: possono essere attivi o passivi.

- Passivi: sono strutturali e sempre aperti. Creano il potenziale di membrana a riposo. Sono

localizzati su tutta la superficie del neurone, e ce ne sono tanti per il K e pochi per il Na.

- Attivi: specifici per certi ioni, possono aprirsi o chiudersi a seconda degli stimoli. Possono

essere:

- Chimici (o ligando-dipendenti): dipendono da un neurotrasmettitore, rilasciato nella

fessura sinaptica e che va a legare dei recettori che modificano l’apertura o chiusura

del canale. Responsabili del potenziale post-sinaptico. Si trovano su dendriti e corpo

cellulare.

- Elettrici (o voltaggio-dipendenti): si aprono quando il potenziale di membrana a livello

dell’assone raggiunge la soglia. Responsabili del potenziale d’azione. Si trovano

sull’assone.

L’apertura/chiusura di questi canali attivi genera due tipi di segnali elettrici con cui i neuroni

comunicano:

- Potenziali graduati: piccole modificazioni del potenziale di membrana che si verificano

quando i canali ionici si aprono o si chiudono in risposta ad uno stimolo (Nt, stimolo

sensoriale). Quindi sono i potenziali post-sinaptici. L’ampiezza della variazione dipende

dall’intensità dello stimolo. Il segnale diminuisce di intensità man mano che si propaga

(mentre il potenziale d’azione è tutto/nulla). Possono essere eccitatori (depolarizzanti) o

inibitori (iperpolarizzanti). Si sommano temporalmente (gli stimoli si succedono tanto

rapidamente che il potenziale graduato associato ad uno stimolo non si estingue prima

dell’arrivo del successivo); oppure la sommazione può essere spaziale (gli effetti degli

stimoli provenienti da aree del neurone vicine danno origine a potenziali graduati che se

→

contemporanei si sommano tra loro) se si raggiunge la soglia, l’assone farà partire il

potenziale d’azione.

- Potenziali d’azione: se i potenziali graduati raggiungono la soglia di -55 mV, “parte” il

potenziale d’azione (evento “tutto o nulla”). Abbiamo detto che lungo l’assone ci sono i

canali voltaggio-dipendenti, soprattutto quelli per il Na:

- Depolarizzazione: Si aprono i canali voltaggio- dipendenti per il Na+, che entra e

depolarizza la membrana e fa aprire altri canali per il Na+, fino ad arrivare ad un

picco di +30 mV.

- Ripolarizzazione: si chiude la porta a tempo del Na+, e i canali voltaggio dipendenti

per il K+, ricevendo lo stesso segnale di apertura di quelli del Na+, si aprono più

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lentamente (K esce dalla cellula) determinando una correzione del potenziale di

membrana. Quindi il potenziale di membrana inizia a scendere, diventando più

negativo (torna a -70mV).

- Iperpolarizzazione: il potenziale di membrana della cellula diventa più negativo

rispetto al suo potenziale di riposo, perché i canali voltaggio - dipendenti per il K+

sono più lenti e restano aperti più a lungo rispetto a quelli per il Na+.

Quindi alla radice dell’assone il potenziale raggiunge la soglia grazie a potenziali graduati,

ma poi, andando verso il terminale assonico, sarà la depolarizzazione data dal potenziale

d’azione stesso a generarne altri in tratti di membrana adiacenti.

Quindi abbiamo sia un feedback positivo (la depolarizzazione della membrana causa

entrata di Na con aumento della carica positiva nella cellula e quindi ulteriore

depolarizzazione) che un feedback negativo (la depolarizzazione causa uscita di K dalla

cellula, con successiva ripolarizzazione). →

Durante e dopo il potenziale d’azione la membrana è meno eccitabile che a riposo

periodo refrattario, fa sì che il potenziale si propaghi verso il terminale e non torni

indietro. Può essere:

- Assoluto: durante depolarizzazione e iperpolarizzazione, quando si chiudono le

porte a tempo per il Na e nessuno stimolo elettrico le può aprire: in questo periodo

non avviene nessun potenziale d’azione;

- Relativo: inizia con l’iperpolarizzazione, quando si aprono le porte a tempo e si

chiudono quelle voltaggio-dipendenti: in questa situazione è possibile che parta

un potenziale d’azione, ma è