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Le informazioni di medicina e salute contenute nel sito sono di natura generale ed a scopo puramente divulgativo e per questo motivo non possono sostituire in alcun caso il consiglio di un medico (ovvero un soggetto abilitato legalmente alla professione).
FISIOLOGIA 1
Programma: elementi cellulari (trasmissione del segnale, omeostasi),fisiologia del muscolo, fisiologia cardiovascolare (sangue [emodinamica],cuore, discussioni di elettrocardiogramma),fisiologia dell’apparato gastro-intestinale, neurofisiologia (controllo motorio con le varie funzioni, sensibilità somatica [richiami di anatomia]), fisiologia della respirazione, funzione renale, sistema endocrino, biomeccanica della masticazione.
Testi: qualsiasi manuale di fisiologia umana. ‘GERMANN-STANFIELD – fisiologia umana €83,00’ (consigliato), ‘Silverthorn – Fisiologia €94,, ‘Garnalieri’.
‘Ferguson – Biologia del cavo orale € 40,50’, ‘Manzoni’ per fisiologia speciale (eventualmente da prendere)
Esame scritto con 4 domande aperte su tutto il programma, simulazioni d’esame durante l’anno.
Fisiologia spiega come funzionano gli organi e gli apparati. Continuo richiamo alla fisica perché la fisiologia misura delle funzioni. Istologia e biochimica sono propedeutiche. Studia la funzione e l’attività in condizioni normali (diversa dalla patologia perché questa studia la funzione e l’attività in condizioni non normali) di singoli organi e apparati e le leggi che regolano questo funzionamento. Condizioni normali= non alterate da disfunzioni.
LA CELLULA
Non si conoscono ancora tutti i processi che avvengono in una cellula. La cellula è un elemento semplice ma efficace in ogni sua azione. Le cellule sono diverse tra loro a seconda della loro specializzazione.
Nella membrana cellulare avvengono tutte le azioni che rendono eccitabile la cellula ed è il tramite della segnalazione tra cellule. Doppio strato fosfolipidico.
MEMBRANA PLASMATICA
Separa l’ambiente intracellulare da quello extracellulare, permette quindi il mantenimento omeostatico della cellula. È l’elemento bioseparatore tra due sostanze a pressione osmotica diversa.
Ha anche funzione di barriera.
La rottura della membrana si chiama citolisi.
Non ha solo funzioni passive ma anche attive (assorbimento, pinocitosi, formazione di fagosoma).
L’attività della membrana si evidenzia nello scambio di ioni (flussi ionici), che permettono di creare un potenziale di membrana.
È composta da fosfolipidi e proteine trans membrana (fosfolipidi, colesterolo e sfingolipidi [lipidi], glicoproteine, proteine di membrana.
Le membrane si differenziano per composizione per variabilità strutturale, differenze nella funzione, varietà fra specie.
Le strutture che creano i canali sono strutture proteiche con funzioni particolari, mantengono il potenziale di membrana e creano il potenziale d’azione.
Gli oligosaccaridi sono importanti per la capacità di adesione (cellula epiteliale che aderisce alla lamina basale)
Recettori per ormoni e segnali.
Lo strato fosfolipidico è spesso 70 Armstrong (7 nanometri= 7*10-9m [microscopio elettronico])
I lipidi sono fofatidilcolina fosfatidiletanoammina, colesterolo, sfingomielina, fosfatidilserina. La variazione di questi lipidi fa variare le caratteristiche di membrana.
Lipidi: catena di acido grasso con testa polare.
Nano medicina: test di un farmaco portato a dimensione di nanometri. Necessaria per superare barriere come quella ematoencefalica. I farmaci vengono inseriti all’interno di un liposoma per permettere al farmaco di superare la barriera ematoencefalica (drug delivery system).
La membrana è una struttura dinamica: sia per il passaggio che per l’organizzazione; continuo scambio tra gli elementi che la compongono (turn over); dinamismo sia per l’intera membrana o di porzioni esterne o interne ad essa.
BIOFISICA DI MEMBRANA
La membrana separa due elementi. Il versante intracitoplasmatico assume una carica negativa rispetto al versante extracellulare. I due strati fosfolipici hanno perciò una composizione asimmetrica.
Il glicocalice è importante per i fenomeni di assorbimento e di adesione. È presente sul foglietto opposto al citoplasma. Sono carboidrati legati a lipidi (glicolipidi) o a proteine (glicoproteine).
I segmenti proteici possono entrare e uscire molte volte dalla membrana.
Si dividono in proteine intrinseche od estrinseche. Possono ripiegarsi molte volte formando loop intracitoplasmatici.
Canalopatie: malattia legate alla malformazione genetica di proteine canale che non sono più funzionali (alcune epilessie)
Le proteine periferiche hanno soprattutto un ruolo informazionale.
La spectrina è la classica proteina a ruolo strutturale.
Le proteine hanno un ruolo fondamentale per il ruolo recettoriale; permettono il flusso ionico attraverso la membrana, di collegamento (la barriera ematoencefalica è così selettiva perché le tight junction evitano il passaggio paracellulare).
La membrana ha funzione strutturale, filtro selettivo, sito catalitico.
FLUSSI IONICI E POTENZIALI TRANSMEMBRANANARI
L’assone gigante di calamaro è una struttura funzionale ben definita e abbastanza grande (1mm). Grazie ad esso si capisce come dal SNC le informazioni viaggino fino a determinare gli elementi operazionali.
I neuroni sono cellule nervose che generano e inviano messaggi attraverso un processo elettrochimico (movimento di ioni).
Gli ioni più importanti sono sodio, calcio, potassio, cloro. Il sodio cloruro non da effetti su un paziente, il potassio cloruro porta alla morte.
Ogni cellula ha un potenziale di membrana tendenzialmente negativo (alcune cellule hanno un potenziale di membrana diverso tra loro; dipende dal numero di proteine transmembrana o dalle concentrazioni extracellulari). Il potenziale di membrana è connesso con le funzioni cellulari. Il grado di potenziale di membrana regola il trasporto intracellulare e la permeabilità dei canali.
Prima legge di Ohm
Per calcolare una differenza di potenziale serve o un Voltmetro, o un Amperometro, o un Ohmero.
Bucando la cellula con un Voltmetro è possibile leggere le cariche all’interno della cellula (essendo il potenziale rilevato all’esterno 0). È in questo modo che si può ricavare il potenziale di riposo. Questo potenziale a riposo si genera per una diversa distribuzione di ioni all’interno e all’esterno della cellula. Si muovono secondo il loro gradiente elettrochimico, ma le caratteristiche della membrana fanno si che a seconda degli ioni presi in esame la permeabilità sia differente (permeabilità selettiva). Questa permeabilità selettiva è legata al numero di canali presenti.
Il potenziale di equilibrio: gli ioni si muovono, attraverso appositi canali, da un punto dove si trovano più concentrati a uno dove si trovano meno concentrati. Quando il gradiente elettrochimico si eguaglia al gradiente elettrico si crea il potenziale di equilibrio(Ei). è stabile nel tempo perché non si ha più flusso di cariche e non vi è decadimento temporale. Il suo valore non può essere nullo ed è indipendente dal grado di permeabilità di membrana (cambia solo la velocità di raggiungimento dell’equilibrio, non il valore).
Equazione di Nerst o delle pile a concentrazione: E=(RT\n )log [I]2/[I]1. Permette di calcolare il valore del potenziale a riposo senza effettuare misurazioni, sapendo la concentrazione ionica intracellulare e extracellulare.
(RT\nF)= 0.058
Legge di Nerst: il potenziale di un elettrodo varia al variare delle concentrazioni di tutte le specie in soluzione secondo una legge logaritmica
Equilibrio di Donnan: equilibrio pasivo a cui arriva un gradiente di specie ioniche separate da una membrana dove una specie non è diffusibile attraverso di essa.
Equilibrio di Donnan: nelle membrane biologiche le proteine rappresentano la specie non diffusibile, mentre gli ioni la specie diffusibile. Questo fa si che, seguendo il principio dell’equilibrio di Donnan, gli ioni con lo stesso segno della carica della proteina avranno concentrazione minore, e quelli di segno opposto maggiore.
Il potenziale di membrana tende ad essere più negativo di quello atteso per la presenza di proteine a carica negativa. La concentrazione totale degli ioni diffusibili è maggiore nel punto dove sono presenti più ioni non diffusibili (ioni della proteina). Per questo a cavallo della membrana si ha sempre una carica negativa.
L’asimmetria della membrana plasmatica fa si che il lato con una maggior quantità di proteine richiami acqua con un aumento della pressione osmotica. Per la presenza delle proteine nell’ambiente intracellulare si ha una pressione osmotica che tiene la cellula ben distesa.
Una cellula in una soluzione fisiologica (300 milliosmoli) non si gonfia ne si sgonfia. In un ambiente ipertonico la cellula si raggrinzisce. In una soluzione ipotonica la cellula si gonfia.
Con l’equazione di Nerst si può calcolare il potenziale di equilibrio di ogni singolo ione (calcio, sodio, potassio).
Una qualsiasi cellula di mammifero ha una concentrazione extracellulare di potassio bassa e intracellulare alta, una concentrazione bassa di sodio intracellulare alta e extracellulare alta.
L’equazione di Nerst non basta per calcolare il potenziale a riposo perché non calcola la permeabilità delle membrane. I flussi netti transmembranali non possono essere nulli perché non c’è’ mai una condizione di equilibrio per cloro, sodio e potassio contemporaneamente.
Il potenziale di membrana quindi non è stabile nel tempo in quanto non si raggiunge mai un equilibrio. Per questo si ha un continuo flusso ionico.
Questo potenziale è chiamato potenziale di diffusione. Per sua natura questo potenziale non è stabile e tende a decadere.
Un potenziale di diffusione si misura in una membrana semipermeabile più permeabile al potassio rispetto al sodio. Non si ha più un'unica specie diffusibile come nell’equilibrio di Donnan. Il potenziale si mantiene finchè si mantiene il flusso ionico. Se non si continuano ad aggiungere sodio e potassio, non si raggiunge un equilibrio chimico perché si ha un flusso netto degli ioni che partecipano a questo processo.
Si riduce il potenziale di diffusione fino ad annullarsi quando la concentrazione degli ioni è uguale ai due lati della membrana.
Equazione di Goldman: media pesata dell’equazione di Nerst con la permeabilità di membrana
Vm= RT\F log ([K]2Fk + [Na]2FNa+[Cl]1Fcl)\[K]1Fk+ [Na]1FNa+[Cl]2FCl
Il cloro intracellulare e extracellulare nell’equazione si inverte perché la carica è negativa.
La pompa sodio-potassio (ruolo elettrogenico) che crea una disomogeneità nel passaggio di ioni (rapporto 2:3) fa si che l’equazione di Goldman non sia verificabile. Mantiene infatti costante il gradiente di concentrazione degli ioni fra interno ed esterno della cellula attraverso un trasporto attivo.
Bloccando la pompa sodio-potassio con la uabaina il flusso di ioni si annulla (perché la pompa è deputata al mantenimento della concentrazione ionica); perdendo le funzioni vitali. I canali di leakge (leak=perdere) permettono il flusso di ioni; a patto che la pompa sodio potassio mantenga costante la concentrazione di ioni.
La pompa sodio potassio controbilancia il flusso di ioni che avviene tramite i canali di leakage e stabilizza il flusso nel tempo. Per questo si forma un equilibrio elettrochimico.
V=i*R Prima legge di Ohm
Tutte le volte che si ha un canale si ha una resistenza e un flusso di cariche. La cellula è un circuito resistivo e capacitivo.
IK=(VK-EK)*G K G=conduttanza=1/R E=equilibrio
Tutte le volte che il potenziale diventa negativo; la membrana iperpolarizza.
La corrente di sodio è inward (dall’esterno va all’interno); il suo potenziale diventa più positivo e la membrana depolarizza.
Nel potenziale di riposo di membrana, la conduttanza del potassio deve essere circa 11 volte maggiore rispetto alla conduttanza del sodio. Questo deriva dai canali di lickage, dal potenziale di diffusione mantenuto dalla pompa sodio-potassio, dalla diversa permeabilità delle proteine…
Equazione di Goldman: V= ENaGNa+ EKGK\GNaGK
I canali di leakage sono semplici tubi che riconoscono il singolo ione e lo fanno passare secondo il gradiente elettrochimico.
Altri canali si aprono o rimangono chiusi a seconda del potenziale di membrana. Sono i canali voltaggio-dipendenti. Grazie a questi canali si genera il potenziale d’azione.
I segnali elettrici di membrana sono alla base della trasmissione di impulsi nervosi e contrazione muscolare.
Tutte le cellule comunicano fra loro con passaggio di informazioni di tipo elettrico o di tipo chimico. L’anestetico spegne i segnali di tipo elettrico nella trasmissione delle informazioni dolorifiche.
Il potenziale d’azione è una variazione di potenziale (impulso) ha una durata di 2 millisecondi, portando da -70 a +30 millivolt. A 30 millivolt si massimizza la corrente sodio, che accade attivando i canali del sodio che in maniera tumultuosa si aprono facendo entrare grandi quantità dello ione. Successivamente i canali si inattivano e accendendo la corrente potassio si torna al potenziale di riposo.
La membrana si comporta come un condensatore. il doppio strato fosfolipidico si comporta come le armature del condensatore. le cariche inward servono per caricare il condensatore.
Fonte: http://scottish.altervista.org/Fisiologia_1_12-10.docx
Sito web da visitare: http://scottish.altervista.org
Autore del testo: non indicato nel documento di origine
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