Schemi fisiologia

Trasporto facilitato - conclusioni

• Formazione e scissione del legame fra la molecola di soluto e il trasportatore sono determinate da caratteristiche chimiche, stereochimiche e fisiche;

• Vi sono casi di trasportatori per più soluti: per esempio l'assorbimento intestinale dei monosaccaridi;

• La natura del trasporto dipende da:

  • Effettiva traslocazione del complesso se liposolubile: es. valinomicina + K può migrare all'interno della membrana cellulare.
  • Trasportatore fisso che porta alla formazione del canale selettivo (proteina canale crea complesso).

Esempi di soluto trasportato e barriere

• K: membrane lipidiche naturali
• K: membrane lipidiche artificiali (modelli fatti in laboratorio per evitare uccisione animali)
• Glucosio: membrana placentare
• Glucosio: barriera ematoencefalica
• Glucosio: membrana del globulo rosso
• Fe, Vitamina B12: epitelio intestinale
• Fe, Vitamina B12: membrana del globulo rosso
• Ca: orletto a spazzola delle cellule

Stato di equilibrio (esempio idraulico)

Prendo due becher, che presentano un foro nella faccia inferiore, e li unisco con un tubo nel quale vi è un rubinetto (freccia verso l'alto rubinetto chiuso, freccia verso destra rubinetto aperto). Li riempio ad un'altezza diversa e di conseguenza ho una differenza di pressione idrostatica... il liquido in alfa pesa di più di quello in beta, perché ha altezza maggiore e pressione maggiore in alfa. Se ho chiuso il rubinetto non ho flusso di acqua. Non appena lo apro ho un flusso di acqua da alfa a beta fino a quando l'altezza diventa pari a 0. Il sistema raggiunge l'equilibrio e lo posso spostare da questa condizione solo se metto energia nel sistema.

Un esempio è la filtrazione renale: ho una pressione idrostatica che spinge il sangue a passare l'endotelio fenestrato dei capillari glomerulari. Il nostro sistema non raggiungerà mai l'equilibrio perché deve continuare a filtrare:

• Se vi è una differenza di pressione idrostatica, che in questo caso è differenza di pressione del sangue rispetto alla capsula, ho un passaggio di fluido;
• Se la pressione del sangue nei glomeruli diminuisce, cambio il flusso nell'endotelio fenestrato. Facendo un bilancio di tutte le forze che agiscono a livello renale, posso avere il blocco dei reni e non avviene più la filtrazione.

Stato stazionario (esempio idraulico)

Stesso caso di prima: ho il compartimento alfa con un livello maggiore rispetto a quello beta. Appena apro il rubinetto l'acqua passa da alfa a beta e, in quest'ultimo spazio, l'acqua dovrebbe aumentare, mentre nel primo dovrebbe diminuire al fine di raggiungere l'equilibrio; ma con l'aggiunta di una pompa che prende l'acqua entrata in un determinato periodo di tempo in beta e la riversa in alfa, il livello di acqua in alfa aumenta. La quantità di acqua in entrata è uguale a quella in uscita e i due livelli rimangono uguali... c'è una differenza di livello costante nel tempo e il flusso diventa costante. Quello che abbiamo appena descritto è uno stato stazionario, tuttavia, per ottenerlo ho dovuto usare una pompa, che consuma energia.

Un esempio è la pompa sodio-potassio:

• Stimolo il neurone che ha all'interno la negatività -70 mV. La stimolazione produce una depolarizzazione da -70 a -55 mV e si ha così l'apertura dei canali del sodio, perché queste strutture proteiche hanno una variazione conformazionale che dipende dal potenziale elettrico.
• Ione Na: è poco concentrato nell'ambiente intracellulare e molto concentrato all'esterno ed entra nella cellula attraverso i canali del sodio.

Le forze che agiscono nella medesima direzione sono:

• La differenza di concentrazione per il fenomeno della diffusione;
• Il sodio entra nella cellula perché essendo carico positivamente viene attratto dal potenziale negativo all'interno della membrana.

Per mantenere la composizione intracellulare giusta, nella membrana c'è la pompa sodio-potassio, la quale usa energia (ATP). Ione K: il potassio è più concentrato all'interno della cellula e, dunque, tende ad uscire. Le forze che agiscono sono:

• La differenza di concentrazione per il fenomeno della diffusione;
• Il potenziale elettrico, invece, gioca a sfavore del potassio (carica positiva che va verso il polo positivo = repulsione).

Le due forze sono in antagonismo: una mi spinge verso l'esterno, l'altra verso l'interno e vince quella che è più forte; ma il potassio esce, perché la forza legata alla differenza di concentrazione è maggiore rispetto a quella elettrica... Tuttavia gli ioni potassio che escono sono in numero minore del sodio che entra: la pompa sodio-potassio porta all'interno quest'ultimo per mantenere invariata la composizione, ma il rapporto sodio-potassio non è 1 a 1, perché i flussi di elettrodiffusione sono diversi.

Una volta entrato il sodio, la negatività diventa pari a 0, aumentando il potenziale d'azione, e poi diventa positivo, capovolgendo il potenziale. I canali del sodio si chiudono. Si aprono i canali del potassio voltaggio dipendenti, i potassio esce per diversa concentrazione e per la repulsione da parte del potenziale d'azione. Il potenziale torna negativo: -70 Mv.

Stato di equilibrio e stato stazionario in compartimenti

Caso 1:

Ho 2 compartimenti: alfa e beta, ma in alfa il livello di acqua è maggiore di quello in beta e ho una differenza di pressione idrostatica. La membrana che separa i 2 setti è permeabile all'acqua, che passa da alfa a beta. Il sistema tenderà:

• Volumi finiti: si avrà una differenza di altezza = 0 (equilibrio).
• Volumi infiniti: ho uno stato stazionario perché non varia l'altezza.

Caso 2:

Ho 2 compartimenti: alfa e beta, che presentano un uguale livello di acqua. In acqua è sciolto un solo soluto non elettrolita, il quale ha una maggiore concentrazione in alfa. La membrana è permeabile solo all'acqua e, per il fenomeno dell'osmosi, l'acqua si sposta da beta ad alfa. Voglio diluire il soluto, quindi abbasso la concentrazione in alfa. Il sistema tenderà:

• Volumi finiti: vi sarà un aumento di volume in alfa e si abbassa quello in beta, in questo modo ho una pressione idrostatica che si andrà a bilanciare alla forza generata dall'osmosi. Alla fine ho l'equilibrio.
• Volumi infiniti: ho uno stato stazionario, perché per quanto sia il movimento di acqua non ho variazioni di concentrazioni.

Caso 3:

Ho 2 compartimenti: alfa e beta, che hanno un livello di acqua diverso (alfa maggiore di beta). Nell'acqua viene sciolto un soluto che ha una concentrazione maggiore in alfa (2 casi precedenti sommati). Avrò un flusso di acqua da alfa a beta per filtrazione, mentre da beta ad alfa per osmosi. Alla fine avremo un passaggio netto di acqua nella membrana: flusso di acqua = flusso per filtrazione meno quello per osmosi. Il sistema tenderà:

• Volumi finiti: arriverò all'equilibrio. Se l'osmosi è maggiore della pressione idrostatica, il flusso è maggiore verso alfa; se l'osmosi è minore della pressione idrostatica, il flusso è verso beta.
• Volumi infiniti: stato stazionario.

Esempio dei reni:

Il sangue arriva con quella afferente, passa nei capillari che hanno un endotelio con podociti, i quali fanno passare i soluti all'esterno (accade per la diversa pressione sanguigna presente all'interno dei vasi e quella della capsula di Bowman) e a causa della diversa concentrazione di soluti tra interno ed esterno. Il sangue filtrato entra nella capsula e percorre il primo tratto del tubulo prossimale, l'ansa di Henle, il tubulo distale e il dotto collettore. La filtrazione del sangue a livello renale è impermeabile alle proteine: non sono filtrate la parte corpuscolare e le proteine plasmatiche. Questo determina la pressione oncotica o coledoscopica (esercitata dai soluti in una soluzione): la pressione consente al sangue di essere filtrato, le proteine che non passano richiamano acqua, riducendo la forza utile di filtrazione (pressione); questo determina una riduzione dell'efficienza dei reni, fino al blocco renale, che in breve tempo porta alla morte del soggetto.

Per far fronte a questo ci sono dei meccanismi di difesa che l'organismo mette in atto quando non vi è più la possibilità di filtrare sangue: le reni producono la renina (enzima proteolitico), che innesta una catena di reazioni:

• L'angiotensinogeno viene modificato in angiotensina 1 e 2;
• L'angiotensina 2 è un vaso costrittore, che aumenta la pressione del sangue;
• L'angiotensina 2 si porta a livello della ghiandola surrenale, dove stimola la produzione di un ormone: l'aldosterone, il quale induce il riassorbimento di sodio nel sangue a livello renale;
• Aumenta il riassorbimento di acqua, incrementando la pressione arteriosa, perché il blocco renale è dovuto proprio al crollo pressorio.

Altri processi coinvolti:

• L'acqua esce dai capillari per filtrazione
• L'acqua entra nei capillari per osmosi
• Ioni e molecole passano per diffusione e/o trascinamento: se ho una molecola all’interno di un’altra, e quest’ultima passa la barriera, anche la prima vi entra senza opporsi.

Caso 4:

Ho 2 compartimenti acquosi: alfa e beta, il livello è uguale (P = 0), ma le concentrazioni sono diverse (maggiore concentrazione del soluto in alfa). Si cambia la membrana, non lascia più passare solo acqua, ma anche il soluto. Si ha il passaggio di acqua per osmosi da beta ad alfa e il passaggio di soluti da alfa a beta per diffusione. Il sistema tenderà:

• Volumi finiti: l'equilibrio si avrà con un maggiore volume di acqua in alfa rispetto a beta.
• Volumi infiniti: ho uno stato stazionario.

Caso 5:

Ho 2 compartimenti: alfa e beta, contenenti acqua in maggiore volume in alfa. La concentrazione in alfa, che contiene un elettrolita forte (in acqua si discioglie in catione e anione), è uguale a quella in beta (catione ed anione, insieme all’acqua, possono passare la membrana). Non si ha diffusione, perché non c’è differenza di concentrazione, ma con una differenza di pressione idrostatica, si verifica il passaggio di acqua da alfa a beta. In acqua ci sono disciolti cationi ed anioni, che passano per trascinamento insieme all’acqua, generando un flusso di soluto. A livello renale abbiamo la differenza di pressione idrostatica e di pressione osmotica, ma non una diversità di concentrazioni: il sangue arriva e il bilancio delle 2 forze è a favore del passaggio di sangue verso la capsula, non passa solo acqua ma anche i soluti in esse disciolti. In questo modo noi possiamo calcolare il carico renale = quantità di sostanza che entra nell’unità di tempo. Il sistema tenderà:

• Volumi finiti: equilibrio.
• Volumi infiniti: ho uno stato stazionario.

Caso 6:

Ho 2 compartimenti: alfa e beta, contenenti acqua con uguale livello di acqua, ma differenti concentrazioni (alfa con i suoi cationi e anioni sciolti in acqua ha maggiore concentrazione di beta). La membrana è permeabile all’acqua e ai soluti. Noterò un passaggio di acqua da beta ad alfa per osmosi e il passaggio dei soluti da alfa a beta per diffusione. Il sistema tenderà:

• Volumi finiti: l’equilibrio si avrà con un maggiore volume in alfa, la pressione idrostatica è in equilibrio con la differenza di concentrazione.
• Volumi infiniti: ho uno stato stazionario.

Caso 7:

Ho 2 compartimenti: alfa e beta, contenenti acqua con uguale livello di acqua e di concentrazione, ma introduco una differenza di potenziale elettrico. Non ho flussi osmotici, filtrazione e diffusione, però l’esistenza del campo elettrico induce movimento di anioni e cationi. Il polo negativo attrae il catione, mentre il polo positivo attrae l’anione e questi potranno seguire la forza attrattiva solo se la membrana è permeabile a loro (in questo caso lo è). Il sistema tenderà:

• Volumi finiti: equilibrio.
• Volumi infiniti: ho uno stato stazionario.

Caso 8:

Ho 2 compartimenti: alfa e beta, contenenti acqua in maggiore concentrazione in alfa che in beta e all’interno dei quali sono presenti soluti in diverse concentrazioni. Nella soluzione è inserito anche il campo elettrico. In questo esempio generale agiscono tutte le forze che abbiamo visto nei singoli casi. Dove va lo ione? Si utilizza il potenziale elettrochimico, che vale per ogni specie in soluzione.

Il potenziale elettrochimico:

Il potenziale elettrochimico rappresenta l’energia libera di una mole di sostanza. Differenza di potenziale elettrochimico: La differenza di potenziale elettrochimico rappresenta l’energia da spendere per trasportare una mole di soluto da alfa a beta. Se Δμ = 0, il sistema è all’equilibrio, perché la differenza di potenziale è pari a 0 e quindi il flusso è 0; Se Δμ = costante, sono in uno stato stazionario: ho un flusso costante come lo è la differenza di potenziale elettrochimico. Non mi concentro più solo sulle singole forze, ma parlo in generale includendole nel potenziale elettrochimico.

Consideriamo un elettrolita a livello cellulare con osmosi e pressione idrostatica: per le specie ioniche la differenza di potenziale elettrochimico è data dalla differenza di concentrazione più quella del potenziale elettrico potenziale di equilibrio. Trascrivo la formula e ottengo: La forza generata dalla differenza di concentrazione si oppone alla forza generata dal campo elettrico (= potenziale d’azione di uno ione: es. sodio o potassio) e la differenza di potenziale che si genera è chiamata potenziale di equilibrio:

Legge di Nernst:

La formula consente di calcolare il potenziale di equilibrio dello ione i (ovvero il potenziale elettrico richiesto per bilanciare la differenza di concentrazione) fra le due fasi separate dalla membrana cellulare:

• A = 58,168 mV a 20 °C
• A = 59,160 mV a 25 °C
• A = 61,541 mV a 37 °C

Pinocitosi e fagocitosi

Le fibre nervose

Tipi di fibre nervose nei mammiferi:

Durante il periodo refrattario la fibra non è eccitabile, di conseguenza sono limitate le frequenze di scarica su quella fibra legata alla quantità di stimoli. Guardando la tabella si nota: più le fibre diminuiscono di diametro, più la velocità di conduzione diminuisce perché ho minore sezione, gli ioni in un flusso provocano una corrente elettrica, che fluisce meglio dove la resistenza è più bassa. Allora è minore la resistenza nella sezione più grande, indipendentemente dal fatto che ci sia o meno la melina.

Il nervo è un insieme di fibre nervose e in esso possiamo trovare tutte le tipologie elencate sopra. Questo è il nervo sciatico. Il potenziale d'azione composto è la risultante di tutti i potenziali d'azione che interessano le varie fibre del nervo. Mettiamo un elettrodo registrante all'interno di un nervo e lo stimoliamo, ma la registrazione viene fatta lontano. Se la stimolazione è sopra soglia, in tutte le fibre nervose di quella sezione vi è un eccitamento. Ma dalla tabella prima vediamo che le varie fibre hanno velocità diverse e di conseguenza all’arrivo vedo prima le fibre più veloci, quelle A alfa, poi le beta... infine le C: mi dà dimostrazione di quello che si diceva prima, ovvero al diminuire dimensione, diminuisce la velocità. Il grafico mi dà il potenziale d'azione composto perché è la risultante di tutti i potenziali.

Tipi di fibre nei nervi periferici e craniali

• Afferenti Somatiche Generali (ASG) sensoriali, da recettori cutanei e muscolari
• Speciali (S) vista, udito
• Viscerali Generali (VG) sensazioni dai visceri
• Speciali (S) olfatto, gusto
• Efferenti Somatiche Generali (ESG) motrici per muscoli scheletrici
• Speciali (S) occhio e orecchio
• Viscerali Generali (VG) motrici per i visceri
• Speciali (S) motrici muscolari

La cellula muscolare è eccitabile sia chimicamente, sia elettricamente che meccanicamente. Allora dopo un eccitamento a soglia si genera un potenziale d’azione (evento elettrico) e di conseguenza, in quest'ultima parte...