Fisiologia Umana e dello Sport prof Bruseghini

Fisiologia umana e dello sport

Colpo di calore

Il colpo di calore è la forma più grave e complessa delle malattie da stress di calore e richiede una particolare attenzione medica. Essa riflette l'insufficienza funzionale dei meccanismi di termoregolazione. Nella forma classica, la temperatura corporea centrale supera i 41,5 °C, si ha alterato stato mentale e l'assenza di sudorazione si verifica di solito durante le ondate di calore. Vengono coinvolti principalmente bambini, anziani e coloro che soffrono di malattie croniche.

Nel classico colpo di calore, l'alta temperatura ambientale sovraccarica i meccanismi di dissipazione del calore. La malattia può produrre alterazioni potenzialmente pericolose per il sistema immunitario e nell'adesione e attivazione leucocitaria (non correlata ad elevati livelli di catecolamine).

Iperventilazione e apnea

Quali sono gli effetti di un'iperventilazione prima di un'apnea? L'iperventilazione prima dell'immersione in apnea prolunga il tempo di apnea ma allo stesso tempo comporta per il sub un aumento del rischio di un'improvvisa perdita temporanea di coscienza (blackout), serio rischio per chi affronta le immersioni libere, ma che di solito colpisce i sub che cercano di prolungare la durata dell'immersione oltre i limiti ragionevoli. Una diminuzione della pressione parziale dell'ossigeno al di sotto di un valore critico causa la perdita di coscienza, condizione che può contribuire a un parziale rilassamento dei muscoli respiratori.

Glicolisi

Cos'è la glicolisi? La glicolisi (dal greco: glykys = zucchero, e lysis = scissione) è una via che catabolizza parzialmente i carboidrati, principalmente il glucosio. Consiste in 10 reazioni enzimatiche che convertono una molecola di glucosio a sei atomi di carbonio in due molecole di piruvato, la forma ionizzata dell'acido piruvico, a tre atomi di carbonio. Le reazioni producono un guadagno netto di due molecole di ATP e quattro atomi di idrogeno, due trasferiti al NAD+ e due rilasciati come ioni idrogeno:

Glucosio + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ → 2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H⁺ + 2 H₂O

Queste 10 reazioni, nessuna delle quali utilizza molecole di ossigeno, avvengono nel citosol.

Fosforilazione ossidativa

Cos'è la fosforilazione ossidativa? La fosforilazione ossidativa fornisce il terzo e, dal punto di vista quantitativo, il più importante meccanismo attraverso il quale l'energia derivata dalle molecole energetiche può essere trasferita all'ATP. Il principio base di questa via metabolica è semplice: l'energia trasferita all'ATP è derivata dall'energia rilasciata quando gli ioni idrogeno si combinano con l'ossigeno molecolare per formare l'acqua. L'idrogeno proviene dai coenzimi NADH+ H⁺ e FADH₂ generati nel ciclo di Krebs, dal metabolismo degli acidi grassi e, in minor quantità, durante la glicolisi aerobica. La reazione netta è:

½ O₂ + NADH + H⁺ → H₂O + NAD⁺ + ENERGIA

Al contrario degli enzimi del ciclo di Krebs, che sono enzimi solubili nella matrice mitocondriale, le proteine coinvolte nella fosforilazione ossidativa sono immerse nella membrana mitocondriale interna.

Riflesso da immersione

Quali sono gli aspetti che caratterizzano il "riflesso da immersione"? Le risposte fisiologiche all'immersione, chiamate "riflesso da immersione", permettono ai mammiferi marini di restare sott'acqua per molto tempo. Le risposte includono: bradicardia, gittata cardiaca diminuita, aumentata vasocostrizione periferica e accumulo di lattato nei muscoli poco perfusi.

Nell'uomo, una risposta all'immersione è stata anche descritta durante immersione del viso (diving reflex), immersione del viso in apnea e immersioni a profondità moderate. La ricerca ha documentato principalmente un'attività vagale aumentata che induce bradicardia durante immersioni "del viso", particolarmente in acque fredde.

Fattori che favoriscono il "ritorno venoso"

Quali fattori favoriscono l'aumento del "ritorno venoso" durante un esercizio fisico aerobico a intensità moderata? I fattori che promuovono il ritorno venoso durante l'esercizio fisico sono:

• Aumento dell'attività della pompa muscolare scheletrica
• Aumento della frequenza e dell'intensità del respiro (pompa respiratoria)
• Aumento del tono simpatico a livello venoso
• Aumento della facilità di scorrimento del sangue dalle arterie alle vene mediato dalla dilatazione delle arteriole della muscolatura scheletrica

Ridistribuzione della gittata cardiaca

Cosa si intende per ridistribuzione della gittata cardiaca? Cambiamenti che si verificano a livello cardiovascolare durante l'esercizio moderato quando un soggetto comincia a muoversi partendo da posizione seduta in condizioni di riposo. La resistenza periferica totale viene calcolata partendo dalla pressione arteriosa media e dalla gittata cardiaca.

Volumi respiratori polmonari

Come vengono classificati i "volumi respiratori polmonari"?

• Volume Corrente (VC): quantità d'aria che viene mobilizzata in ciascun atto respiratorio non forzato e a riposo (300-500 ml).
• Volume di Riserva Inspiratorio (VRI): quantità massima di aria che, dopo un'inspirazione normale, può essere ancora introdotta nei polmoni con una inspirazione forzata (2000-3000 ml).
• Volume di Riserva Espiratorio (VRE): quantità massima di aria che, dopo un'espirazione normale, può essere ancora espulsa grazie ad una espirazione forzata (1200-1500 ml).
• Volume Residuo (VR): è l'aria che resta nei polmoni anche a seguito di un'espirazione forzata (1200 ml). Un suo aumento è segno di iperdistensione polmonare da broncocostrizione o di enfisema polmonare. È una grandezza molto importante in medicina legale, in quanto l'assenza di questa aria residua è indice di morte per soffocamento.

I volumi polmonari, le capacità polmonari, nonché il grado di apertura dei bronchi, vengono valutati grazie alla spirometria, il più comune esame della funzione respiratoria, eseguita con l'ausilio di uno strumento chiamato spirometro.

Arteriole: Funzioni e importanza

Cosa sono le arteriole e quale importante funzione hanno? Le arteriole costituiscono il principale distretto di resistenza del sistema vascolare e svolgono un ruolo essenziale nel determinare sia la pressione arteriosa media sia la distribuzione dei flussi ematici ai vari organi e tessuti. La resistenza arteriolare è determinata da fattori locali, da riflessi nervosi e da segnali ormonali.

Pressione arteriosa e emorragia

Descrivi i processi che permettono di portare verso valori di normalità la pressione arteriosa in seguito a un'emorragia. In caso di emorragia, i valori pressori vengono riportati verso la normalità grazie alla stimolazione parasimpatica e simpatica. Azione compensatoria messa in atto del riflesso barogeno arterioso in presenza di emorragia. I meccanismi compensatori non riportano la pressione arteriosa esattamente al valore normale. Gli aumenti verso la normalità sono relativi allo stato pre-emorragico: per esempio la gittata sistolica viene aumentata in modo riflesso verso il normale rispetto al valore minimo verificatosi durante l'emorragia cioè prima che il riflesso agisca, ma non riesce a raggiungere il valore che aveva prima dell'emorragia stessa.

Prevenzione dell'ipertensione arteriosa

Descrivi i principali suggerimenti per prevenire i rischi dovuti all'ipertensione arteriosa. L'ipertensione è normalmente determinata dall'aumento della resistenza periferica totale conseguente a un'aumentata vasocostrizione arteriolare. Più del 90% dei casi di ipertensione viene definito ipertensione primaria, indicando con ciò che la causa dell'aumentata vasocostrizione arteriolare è ignota. Comunque, l'obesità, l'eccessiva alimentazione e numerosi altri fattori ambientali contribuiscono alla comparsa di ipertensione.

Regolazione anticipatoria della temperatura corporea

Descrivi come la regolazione della temperatura corporea possa essere definito un meccanismo di regolazione anticipatoria (feedforward). Oltre ai sistemi di tipo feedback, un altro meccanismo utilizzato dal corpo umano è quello della regolazione feedforward, in cui i cambiamenti nelle variabili omeostatiche predicono il cambiamento per preparare l'organismo. Il controllo della temperatura corporea è un buon esempio di meccanismo anticipatorio. Le cellule neuronali termosensibili (termocettori) che attivano la regolazione del feedback della temperatura corporea si trovano all'interno del corpo. Tuttavia, a questi termocettori ve ne sono altri che si trovano a livello della pelle; la funzione di questo tipo di termorecettori periferici è di monitorare la temperatura dell'ambiente esterno. Quando la temperatura esterna scende, queste cellule nervose recettoriali rispondono rapidamente e inviano messaggi al cervello. A sua volta, il cervello risponde inviando comandi al sistema circolatorio e ai muscoli per ridurre la dispersione e aumentare la produzione di calore.

Tono muscolare

Cosa si intende per tono muscolare? Quando un muscolo scheletrico è rilassato, se stirato da una forza esterna oppone una resistenza lieve e uniforme. Questa resistenza è detta tono muscolare. Il tono muscolare è quello stato di normale contrazione dei muscoli, che deriva da un complicato e raffinatissimo sistema. Non è uguale per tutti i muscoli ed in genere è più esaltato nei muscoli estensori, che permettono di mantenere una posizione eretta e l'atteggiamento (posturale) normale dell'individuo.

Ipertonia e disturbi associati

Cosa si intende per ipertonia? A quali disturbi può portare? Un tono muscolare esageratamente elevato: è evidente quando un'articolazione viene sottoposta molto velocemente a un movimento passivo. La spasticità è una forma d'ipertonia per la quale i muscoli non sviluppano un aumento del tono fino a quando vengono leggermente stirati, e dopo un rapido incremento la contrazione si attenua per un breve intervallo di tempo. La spasticità può essere accompagnata da un aumento di riflessi motori quali il riflesso rotuleo, e da riduzione di coordinazione e forza delle azioni volontarie. La rigidità è una forma d'ipertonia dove l'aumentata contrazione muscolare è continua e la resistenza allo stiramento passivo è costante.

Sistemi ad azione retroattiva

Cosa si intende per sistemi ad azione retroattiva? I meccanismi di termoregolazione sono un tipico esempio di sistema di regolazione negativa (feedback negativo) in cui un aumento o una diminuzione della variabile regolata induce risposte che tendono ad opporsi alla variabilità stessa. L'abbassamento della temperatura corporea provoca brividi, la cui principale conseguenza è la generazione di calore necessario per riportare la temperatura corporea al valore originario.

Sistemi a regolazione anticipatoria

Cosa si intende per sistemi a regolazione anticipatoria? Oltre ai sistemi di tipo feedback, un altro meccanismo spesso utilizzato dal corpo umano è quello della regolazione feedforward, in cui i cambiamenti nelle variabili omeostatiche predicono il cambiamento per preparare l'organismo. Il controllo della temperatura corporea è un buon esempio di meccanismo anticipatorio.

Omeostasi e regolazione della temperatura corporea

Spiega cos'è il concetto di omeostasi in relazione alla regolazione della temperatura corporea. Originariamente l'omeostasi era definita come una condizione di stabilità di variabili fisiologiche come quelle appena descritte, ma questa semplice definizione non è esaustiva di cosa sia realmente l'omeostasi. La realtà è infatti molto complessa perché non esiste una variabile fisiologica perfettamente costante su un lungo periodo di tempo. L'omeostasi dovrebbe quindi essere considerata come un processo dinamico e non statico. Prendi l'esempio della regolazione della temperatura corporea. Immagina un soggetto normalmente vestito e in condizioni di riposo collocato in una stanza con temperatura di 20°C e umidità moderata. La sua temperatura corporea interna sarà di 37°C; la presenza di una differenza di temperatura provocherà una continua dispersione del calore dal soggetto all'ambiente circostante. Nonostante la netta perdita di calore, il nostro soggetto manterrà una temperatura interna costante per la presenza delle reazioni chimiche che avvengono all'interno delle cellule del corpo che producono calore. In queste condizioni sperimentali possiamo quindi dire che il calore prodotto dalle reazioni chimiche è esattamente uguale al calore dissipato dal corpo e quindi la temperatura corporea rimane costante. Il soggetto si trova quindi in uno stato stazionario, cioè in uno stato in cui la variabile oggetto di interesse - la temperatura - non è soggetta a variazioni: tuttavia, per mantenere stabile tale variabile al valore di riferimento, è necessario fornire continuamente energia sotto forma di calore.

Ritmo biologico

Cosa si intende per ritmo biologico? Una caratteristica importante di molte funzioni del corpo umano è la loro ritmicità. Il tipo più comune di ritmicità è il ritmo circadiano, che ripete il suo ciclo ogni 24 ore circa. L'alternanza del ciclo sonno-veglia, la temperatura corporea, le concentrazioni ormonali nel sangue, l'escrezione di ioni nelle urine e molte altre funzioni sono soggette al ritmo circadiano; una questione molto importante riguarda quindi l'analisi delle interazioni tra ritmi biologici e processi omeostatici. I processi ritmici intrinseci aggiungono una componente anticipatoria ai sistemi di controllo omeostatico, costituendo praticamente un sistema feedforward senza la presenza di sistemi ricettivi. Le risposte omeostatiche basate su un meccanismo di feedback negativo svolgono una funzione correttiva; queste risposte vengono effettivamente attivate dopo che lo stato stazionario dell'individuo è stato interrotto. Al contrario, i ritmi biologici consentono di utilizzare rapidamente i meccanismi omeostatici ogni volta che è probabile che si manifesti un certo disturbo, quindi prima del disturbo stesso.

Giunzioni di membrana

Cos'è una giunzione di membrana e quali sono le sue principali caratteristiche? Molte cellule sono fisicamente collegate lungo la membrana a intervalli moderati l'una dall'altra da tipi specializzati di connessione, inclusi desmosomi, connessioni occlusive e connessioni di comunicazione. Queste combinazioni forniscono un altro eccellente esempio a livello cellulare del principio generale della fisiologia che struttura e funzione sono correlate.

Membrana cellulare

Cos'è una membrana cellulare e quali sono le sue principali caratteristiche? Le membrane costituiscono la maggior parte degli elementi strutturali all'interno delle cellule. Sebbene svolgano una varietà di funzioni importanti per la fisiologia, la loro funzione generale è quella di costituire una barriera selettiva al passaggio delle molecole, consentendo ad alcune molecole di attraversarle ed escluderne altre. La membrana plasmatica regola il passaggio delle sostanze dentro e fuori la cellula, mentre la membrana che circonda l'organello consente il movimento selettivo delle sostanze tra l'organello e il citoplasma. Oltre a fungere da barriera selettiva, la membrana plasmatica svolge importanti funzioni di rilevamento di segnali chimici provenienti da altre cellule, ancorando le cellule alle cellule vicine o a una matrice extracellulare composta da proteine del tessuto connettivo.

Citoscheletro

Cos'è il citoscheletro? Descrivine le principali caratteristiche e funzioni. Oltre agli organuli delimitati dalla membrana, il citoplasma della maggior parte delle cellule contiene una varietà di filamenti proteici. Questa rete di filamenti viene chiamata citoscheletro cellulare e, come lo scheletro osseo dell'organismo, è associata a processi che mantengono la forma della cellula e producono i movimenti cellulari. Le tre classi di filamenti citoscheletrici sono classificate in base al loro diametro e alle proteine che li compongono. In ordine di dimensione, iniziando dai più sottili, sono presenti:

• Microfilamenti
• Filamenti intermedi
• Microtubuli

Ribosoma

Cos'è un ribosoma? Descrivine le principali caratteristiche e funzioni. I ribosomi sono la fabbrica delle proteine di una cellula. Sul ribosoma, le molecole proteiche sono sintetizzate a partire dagli aminoacidi, utilizzando l'informazione genetica fornita dalle molecole di RNA messaggero che provengono dal DNA nucleare. I ribosomi sono organuli di notevoli dimensioni, circa 20 nm di diametro, costituiti da circa 70-80 proteine e da diverse molecole di RNA. I ribosomi sono formati da due subunità che si possono trovare sia libere nel citoplasma sia assemblate durante la sintesi proteica. Una tipica cellula può contenere fino a 10 milioni di ribosomi. Le proteine sintetizzate su ribosomi liberi vengono rilasciate nel citoplasma, dove svolgono le loro diverse funzioni. Le proteine sintetizzate dai ribosomi legati al reticolo endoplasmatico ruvido attraversano il lume del reticolo e vengono poi trasferite a un altro organulo, l'apparato di Golgi. Verranno poi secrete dalla cellula o distribuite ad altri organuli cellulari.

Nucleo cellulare

Cos'è un nucleo cellulare? Descrivine le principali caratteristiche e funzioni. Quasi tutte le cellule contengono un singolo nucleo, l'organulo cellulare, di maggiori dimensioni e delimitato da membrana. Le cellule specializzate, quali ad esempio quelle della muscolatura scheletrica, contengono più nuclei, mentre, al contrario, i globuli rossi maturi non ne possiedono alcuno. La funzione principale del nucleo è quella di conservare e trasmettere l'informazione genetica alla generazione cellulare successiva. Questa informazione, codificata nelle molecole di DNA, è anche utilizzata per la sintesi di proteine che determinano la struttura e la funzione della cellula.

Reticolo endoplasmatico

Cos'è il Reticolo endoplasmatico? Descrivine le principali caratteristiche. L'organello più grande del citoplasma è costituito da una rete di membrane che formano il reticolo endoplasmatico. Queste membrane racchiudono un continuum in tutta la rete. Si possono distinguere due tipi di reticolo endoplasmatico: grosso e fine. Il reticolo endoplasmatico ruvido ha ribosomi legati alla superficie cellulare.