Fisiologia Generale e Omeostasi

Fisiologia generale

• La fisiologia è lo studio delle funzioni degli organismi viventi.
• La fisiologia riguarda la comunicazione tra le cellule e all'interno della stessa cellula.
• Integra meccanismi bioenergetici, biofisici e biomolecolari della cellula.
• La fisiologia è suddivisa in due grandi tipologie: fisiologia vegetativa e fisiologia della vita di relazione.
• La fisiologia vegetativa permette alla cellula di sopravvivere, soprattutto in organismi grandi (come l'apparato cardiovascolare, respiratorio e escretore).
• La fisiologia della vita di relazione permette di interagire con l'ambiente, emettendo e ricevendo segnali (sistemi sensoriali e locomotori, sistema nervoso ed endocrino).
• I sistemi fisiologici sono considerati separati, ma tutti i processi sono coordinati dal sistema nervoso e dal sistema endocrino.
• Il sistema endocrino regola gli ormoni, molecole rilasciate nel sangue che agiscono su organi bersaglio.

Omeostasi

• Gli organismi viventi hanno la capacità di trasformare substrati energetici per produrre varie forme di energia e lavoro.
• Questo processo comporta variazioni dello stato di alcuni parametri interni, fisico o chimico, come la temperatura e la composizione dei liquidi extracellulari.
• Le funzioni cellulari richiedono una certa costanza di questi parametri, un concetto definito omeostasi.
• L'omeostasi è la tendenza naturale al raggiungimento di una relativa stabilità interna delle proprietà chimico-fisiche degli organismi viventi.
• Questo stato di equilibrio deve mantenersi nel tempo, anche al variare delle condizioni esterne, grazie a precisi meccanismi autoregolatori.
• Nell'uomo, per la temperatura, l'omeostasi si manifesta mantenendo la temperatura interna a 37°C entro un certo intervallo di temperatura esterna.
• Al di fuori di questo intervallo, si possono verificare ipotermia o ipertermia.

Soluzioni isosmotiche, iposmotiche e iperosmotiche

• Le soluzioni isosmotiche esercitano la stessa pressione osmotica su una membrana semipermeabile.
• Le soluzioni iposmotiche esercitano una pressione osmotica minore su un lato della membrana semipermeabile.
• Le soluzioni iperosmotiche esercitano una pressione osmotica maggiore su un lato della membrana semipermeabile.

Isotonicità, ipotonicità e ipertonicità

• Una soluzione isotonica contiene un'uguale concentrazione di soluti su entrambi i lati della membrana (una cellula immersa in essa non si gonfia né collassa).

• Una soluzione ipotonica (ma non necessariamente iposmotica) contiene una minor concentrazione di soluti impermeabili rispetto alla soluzione presente dall'altra parte della membrana (la cellula immersa in essa si gonfia).

• Una soluzione ipertonica contiene una maggiore concentrazione di soluti impermeabili rispetto alla soluzione presente dall'altra parte della membrana (la cellula collassa in soluzione).

• Un mezzo isotonico mantiene le dimensioni della cellula, un mezzo ipotonico la fa gonfiare e un mezzo ipertonico la fa raggrinzire.

• Queste condizioni spesso coincidono con condizioni di isoosmolarità, iposmolarità e iperosmolarità, ma non è sempre così.

• Ad esempio, una soluzione di NaCl e una soluzione di CaCl2 entrambe isoosmotiche rispetto all'acqua di mare, possono avere effetti diversi su una cellula, in quanto l'osmolarità tiene conto sia delle particelle disciolte che possono attraversare la membrana che non, mentre la tonicità dipende solo da quelle che non possono attraversare la membrana.

Trasporto di membrana: Trasportatori

• Un trasportatore è un sistema proteico che facilita il passaggio di molecole attraverso la membrana cellulare.
• I trasportatori sono caratterizzati da un flusso massimo (dovuto alla saturazione dei trasportatori) e da una Km (la concentrazione di substrato a cui corrisponde un flusso equivalente alla metà del flusso massimo, che indica l'affinità del trasportatore per il substrato).
• La diffusione semplice è meno efficiente del trasporto facilitato e non satura a meno di concentrazioni molto elevate.

GLUT1, GLUT3, GLUT4 e GLUT2

• GLUT1 è espresso nei globuli rossi e nei vasi cerebrali, con alta affinità per il D-glucosio.
• GLUT3 è espresso nelle cellule del cervello.
• GLUT4 è espresso negli adipociti e nei muscoli, con un'affinità leggermente inferiore per il glucosio rispetto a GLUT1 e GLUT3.
• GLUT2 è espresso nel pancreas e nel fegato, con un'affinità ancora più bassa per il glucosio.

Neuroni e glucosio

• I neuroni non hanno riserve di glucosio e non sono in grado di degradare le proprie proteine, quindi dipendono dal glucosio esogeno.
• I loro trasportatori hanno una Km molto più bassa della glicemia fisiologica, in modo da assorbire sempre alla massima efficienza il glucosio.

Fegato e glucosio

• Il fegato assorbe il glucosio in modo ridotto quando si è lontano dai pasti.
• Dopo un pasto, il fegato assorbe grandi quantità di glucosio, accumulandolo sotto forma di glicogeno.

Trasporto attivo secondario

• Il trasporto attivo secondario utilizza l'energia liberata dal movimento di un'altra molecola (spesso lo ione sodio) per spostare una molecola contro il suo gradiente di concentrazione.
• Il co-trasporto sodio/aa, per esempio, concentra l'alanina all'interno della cellula.

Trasporti elettrogenici

• Non tutti i trasportatori sono elettricamente neutri.
• L'antiporto sodio/protoni è elettro neutro, mentre l'antiporto sodio/calcio e la pompa sodio/potassio sono elettrogenici, influenzati dal potenziale di membrana.

Trasporti trans-epiteliali

• I trasporti trans-epiteliali possono essere di diverso tipo a seconda delle caratteristiche dell'epitelio.
• Negli epiteli con giunzioni serrate, il trasporto paracellulare è evitato e il passaggio è regolato interamente dalle cellule dell'epitelio.

Il potenziale di riposo

• Il potenziale di riposo è il potenziale elettrico attraverso la membrana cellulare in condizioni di equilibrio.
• Per calcolare il potenziale di riposo, si considera la somma delle correnti per i singoli ioni, tenendo conto anche della permeabilità di membrana e del potenziale di equilibrio per ogni ione.
• La pompa sodio/potassio contribuisce al potenziale di riposo rendendolo leggermente più negativo.

Equazione di Goldman

• L'equazione di Goldman permette di calcolare il potenziale di riposo in base alle concentrazioni ioniche e alle permeabilità di membrana.

Questo quiz esplora i concetti fondamentali della fisiologia generale e dell'omeostasi. Scoprirai come le cellule comunicano e come i vari sistemi fisiologici interagiscono per mantenere l'equilibrio all'interno dell'organismo. Inoltre, si discuterà il ruolo del sistema nervoso e del sistema endocrino nella regolazione delle funzioni vitali.