Fisiologia PDF - Appunti di Biologia

Fisiologia La fisiologia è la branca della biologia che studia il funzionamento degli organismi viventi ed, in particolare, le modalità attraverso le quali il corpo riesce a mantenere la stabilità dell'ambiente interno. Il nostro corpo ha una capacità di adattamento a cambiamenti ambientali, riducendo al minimo i propri cambiamenti interni. La fisiologia studia i principi chimico-fisici del funzionamento degli esseri viventi, siano essi mono o pluriceliulari, animali o vegetali. Anatomia e la fisiologia non possono essere veramente separate: la funzione di un tessuto o di un organismo è strettamente legata alla sua struttura e, viceversa, la struttura di un organismo presumibilmente si è evoluta per fornire una efficiente base fisica alla sua funzione. ORGANIZZAZIONE DELL’ORGANISMO Il nostro corpo è organizzato in cellule (la più piccola unità strutturale in grado di realizzare tutti i processi vitali), che sono raggruppate in tessuti, che a loro volta formano gli organi. Cellule Le cellule sono un insieme di organelli e molecole separate dall'ambiente esterno dalla membrana cellulare. A livello di base gli atomi degli elementi si legano insieme a formare molecole. La più piccola unità strutturale in grado di realizzare tutti i processi vitali è la cellula. Le cellule sono un insieme di molecole separate dall'ambiente esterno dalla membrana cellulare. Gli organismi semplici sono costituiti da un'unica cellula, mentre gli organismi complessi hanno molte cellule con differenti specializzazioni strutturali e funzionali. Possono essere raggruppate in 4 principali categorie: NEURONI: specializzati nella trasmissione di informazioni sotto forma di segnali elettrici.Possiedono ramificazioni che funzionano sia per ricevere che per inviare segnali da e verso altre cellule. CELLULE MUSCOLARI: specializzate nel contrarsi e sviluppare forza meccanica e di movimento (si trovano nei muscoli di gambe, braccia, cuore...) CELLULE EPITELIALI: Si trovano nei tessuti chiamati epiteli, e le cellule possono avere forme diverse (appiattite e basse, alte e spesse). Sono strettamente connesse e formano una barriera che impedisce ai materiali presenti nei due lati dell'epitelio di mescolarsi liberamente. Alcuni epiteli rivestono l'interno degli organi cavi per separare i fluidi intracavitari dai circostanti fluidi corporei. Altre, invece sono specializzate nel trasporto di sostanze specifiche (ioni inorganici, molecole organizzate e acqua). Alcune di queste cellule formano ghiandole: (organi specializzati nella sintesi e secrezione di un prodotto) Esocrine = secernono un prodotto in un dotto in comunicazione con l'ambiente esterno. Endocrine = secernono ormoni, sostanze chimiche che trasmettono messaggi alle cellule dell'organismo attraverso il circolo sanguigno. CELLULE CONNETTIVALI: Vi sono le cellule del sangue, ossee, adipose... Sono cellule che formano tessuti per fornire un supporto fisico ad altre strutture, ancorarle in una determinata posizione o collegarle tra loro (tendini, legamenti + il sangue trasporta ossigeno dai polmoni al resto del corpo). Tessuti Sono un insieme di cellule, strutturalmente simili, associate per funzione. Si suddividono in tessuto nervoso, muscolare, epiteliale e connettivo. Organi Quando due o più tessuti si combinano tra di loro per svolgere una particolare funzione. Risultano raggruppabili in sistemi e apparati, nei quali essi collaborano a funzioni più generali 1. Sistema: insieme di organi che collaborano ad uno scopo comune ed omogenei per funzione e struttura, spesso anche per derivazione embriologica (sistema cardiovascolare). 2. Apparato: raggruppamento di organi che collaborano ad uno scopo comune e diversi sia per unzione che per struttura, e spesso anche per origine embriologica (respiratorio). Il fisiologo francese Claude Bernard per primo sottolineo che nei Metazoi (organismi pluricellulari) esistono due ambienti: - L'ambiente esterno: dove è posto l'organismo. - L'ambiente interno: nel quale si trovano tutti gli elementi che costituiscono l'organismo. E' costituito da tutti i fluidi circolanti del nostro organismo e dalle strutture in esso contenuti. Possiede caratteristiche tali da permettere l'esistenza delle condizioni fisico-chimiche necessarie per il perfetto funzionamento delle cellule e quindi degli organismi. Bernard ipotizzo che, se il funzionamento delle cellule dipende dalle condizioni fisico- chimiche ottimali dell'ambiente interno, queste dovevano essere il più possibile costanti. OMEOSTASI Cannon intendeva «la capacità di raggiungere e mantenere uno stato di stabilità delle proprietà chimico-fisiche del nostro corpo.». In altre parole, la capacità dell'organismo di regolare l'ambiente interno. È il mantenimento di una condizione costante dell'ambiente interno (9 su 10 sistemi del nostro organismo operano per mantenere l'omeostasi). Esempio: l'aumento della temperatura attiva dei meccanismi regolatori che riducono la temperatura corporea fino a riportarla a valori normali. Equilibrio dinamico: necessità di un'interazione costante con l'ambiente esterno per scambiare materia e approvvigionarsi dell'energia necessaria per rinnovare continuamente questo apparente equilibrio. I processi fisiologici sono regolati, a ogni livello, da sistemi di controllo a feed-back che permettono all'essere vivente di adattare la propria individualità biologica all'ambiente esterno. Feedforward: quando il sistema di controllo «conosce» la dinamica temporale di un processo, ne ha una rappresentazione interna e la utilizza per anticipare l'evoluzione del processo stesso, applicando i segnali di correzione prima di conoscere l'output del processo stesso. L'acqua è il principale costituente del corpo, contribuisce dal 55 al 65% del peso corporeo e varia soprattutto in relazione alla quantità di grasso dell'organismo. La quantità complessiva di acqua corporea è distribuita tra fluidi dei compartimenti intracellulari (ICF) e fluidi dei compartimenti extracellulari (ECF) -> ulteriormente suddiviso in fluido interstiziale che è situato tra le cellule ed in fluido intravescolare che scorre all’interno dei vasi sanguigni (il plasma costituisce in media il 7/8% del totale dell’acqua corporea ed il 20/25% dei fluidi extracellulari. MEMBRANA CELLULARE Tutte le cellule sono circondate da membrane plasmatiche. La membrana plasmatica costituisce e delimita la superficie esterna della cellula: separa l'interno dall'esterno. Viene definita a "mosaico fluido" ed è costituita da: Fosfolipidi: organizzati in un doppio strato con caratteristiche chimiche anfotere, con teste polari rivolte verso l'esterno e l'interno della cellula, e code lipofile rivolte verso l'interno. Colesterolo: intercalato tra i fosfolipidi con funzione di stabilizzazione. Possono causare la cristallizzazione della struttura e la riduzione della fluidità. Proteine: hanno varie funzioni. Esistono le proteine integrali di membrana che sono anfipatiche e possono rimanere il contatto con lo strato lipidico e l'ambiente acquoso; Proteine periferiche di membrana si trovano sul versante citoplasmatico con funzioni strutturali. Carboidrati: Si trovano sulla superficie extracellulare. Formano il glicocalice (per tenere collegate le cellule tra loro) e partecipano al riconoscimento cellulare marcando le cellule come facenti parte dell'organismo e non (importante per la riposta immunitaria e crescita tissutale). La membrana è caratterizzata da permeabilità selettiva, meccanismo che consente il passaggio solo a determinate sostanze mentre lo impedisce ad altre. Permeabilità alle molecole liposolubili: dipende dal loro coefficiente di partizione lipidi/acqua, maggiore è tale valore maggiore è la diffusione all'interno della membrana. Permeabilità alle molecole idrosolubili: molecole molto piccole, prive di carica elettrica (es, l'acqua) passano alla membrana quelle cariche che elettricamente non sono in grado di farlo. OSMOSI Flusso di acqua da una soluzione più diluita ad una più concentrata separate da una membrana semipermeabile (permeabile al solvente e non ai soluti). Solventi (acqua) e soluti (a cui la membrana è permeabile) attraversano la membrana fino a raggiungere un uguale rapporto solvente/soluto. Si muovono secondo il gradiente di concentrazione (differenza di concentrazione tra due aree diverse) da zone a più alta concentrazione a zone a più bassa concentrazione. Il bilanciamento osmotico tra interno ed esterno della cellula viene sempre mantenuto. Due soluzioni possono essere isosmotiche, oppure una ipertonica e l'altra ipotonica. (Se i soluti si muovono da un'area ad alta concentrazione a una a bassa concentrazione si muovono secondo gradiente, se si spostano da un'area a bassa concentrazione a una ad alta si muovono contro gradiente). MECCANISMI DI TRASPOSTO TRANSMEMBRANARIO La membrana plasmatica costituisce un'efficace barriera al movimento di quasi tutti i soluti biologicamente importanti. 02, CO2 ed etanolo possono attraversare la membrana. Le sostanze attraversano le membrane cellulari tramite: - processi passivi: la sostanza attraversa la membrana secondo il gradiente di concentrazione, utilizzando solo la propria energia di movimento. Possono avvenire per diffusione semplice (solo piccole molecole parzialmente polari e molecole più grandi apolari possono attraversare liberamente il doppio strato fosfolipidico della membrana cellulare) o per diffusione facilitata (le molecole attraversano liberamente la membrana). - processi attivi: l'energia cellulare, sotto forma di ATP, viene utilizzata per spingere la sostanza attraverso la membrana contro il gradiente di concentrazione. Nel trasporto attivo primario le molecole sono trasportate contro gradiente di concentrazione sfruttando l'energia prodotta dalla reazione di defosforilazione della pompa ATPasica. Le pompe ATPasiche allo stato di riposo hanno una conformazione tale da avere massima affinità e legare soprattutto lo ione presente nel lato della membrana in cui è meno concentrato. Nel trasporto attivo secondario non viene speso direttamente ATP, ma viene sfruttata la differenza di potenziale elettrochimico creata dai trasportatori attivi che pompano ioni al di fuori della cellula. - Tramite l'uniporto avviene lo spostamento di una sola sostanza in una sola direzione. - Tramite il simporto avviene lo spostamento di due sostanze diverse nella medesima direzione. - Tramite antiporto si verifica lo spostamento di due sostanze diverse in due direzioni opposte. In presenza di queste condizioni di gradiente elettrochimico infatti le molecole tendono a legarsi ai trasportatori inducendo così le modificazioni conformazionali e funzionali al trasporto attraverso la membrana. Trasporto con vescicole: le vescicole formatesi per gemmazione dalla membrana plasmatica raccolgono sostanze dal fluido intracellulare e lo liberano all'esterno (esocitosi) o viceversa (endocitosi). Proteine trasportatrici di membrana: Canali idrici, Canali ionici, trasportatori di soluti. POTENZIALE DI MEMBRANA In tutte le cellule è possibile registrare una differenza di potenziale elettrico a cavallo della membrana plasmatica che è comunemente definita potenziale di membrana Vm (o potenziale transmembrana). Il potenziale di membrana dipende da una differenza netta di carica elettrica tra la superficie interna ed esterna della membrana cellulare. La presenza di tale potenziale è dovuta al fatto che all'interno dei liquidi extra- e intra-cellulari sono disciolte varie specie ioniche (Na+,K+, Ca2+, CI-) = sono soluzioni saline in cui le molecole sono dissociate in ioni carichi elettricamente. Gli ioni sono molecole dotate di carica elettrica, generano delle forze attrattive o repulsive in funzione della loro carica. Ioni dello stesso segno si respingono, ioni di segno opposto si attraggono. Il campo elettrico è un campo di forze generato nello spazio dalla presenza di una o più cariche elettriche nello spazio. Il movimento di ioni ovvero di molecole dotate di carica elettrica genera un flusso di cariche, ovvero genera una corrente elettrica. Potenziale elettrico: lavoro che deve compiere la forza dovuta al campo elettrico per spostare una carica elettrica puntiforme da quel punto fino all'infinito (ove si assume potenziale nullo). Differenza di potenziale (VOLT): la quantità di lavoro per carica necessaria a muovere una carica elettrica tra questi due punti. Concentrazione: grandezza che esprime il rapporto tra la quantità di soluto e la quantità di solvente. In chimica il gradiente di concentrazione è una differenza di concentrazione di una stessa sostanza in due volumi adiacenti, che si può instaurare all'interfaccia tra due fasi. Se i soluti si muovono da un'area ad alta concentrazione a una a bassa concentrazione si muovono secondo gradiente, se si spostano da un'area a bassa concentrazione a una ad alta si muovono contro gradiente. Il potenziale di membrana a riposo si genera in virtù della differente permeabilità della membrana alle diverse specie ioniche. La negatività interna è generata dalla fuoriuscita degli ioni K+ che sono molto più concentrati all'interno della cellula rispetto all'esterno. Il potenziale di membrana a riposo può essere calcolato utilizzando un voltmetro ovvero uno strumento costituito da due elettrodi, uno posto nel liquido extracellulare e l'altro all'interno della cellula. Vmembrana = Vinterno - Vesterno (Nei globuli rossi il potenziale di membrana è di -10 mV). Depolarizzazione: una variazione del potenziale di membrana verso valori meno negativi. Iperpolarizzazione: una variazione potenziale di membrana verso valori più negativi. CANALI IONICI Un canale ionico è una glico-proteina trans-membrana (cioè che attraversa la membrana cellulare) che permette il passaggio di determinati ioni dall'esterno all'interno della cellula o viceversa. I canali ionici sono selettivi per una o poche specie ioniche (cationi o anioni). I canali selettivi per cationi possono essere selettivi per Na+, Ca2+ o K+ o possono essere non selettivi e non permeabili a tutti e tre questi ioni. I canali anionici sono principalmente permeabili a Cl - , sebbene ve ne siano altri tipi. I canali ionici passivi delle cellule gliali sono selettivi soltanto per i K+ Il flusso di ioni che attraversa i canali è passivo cioè non richiede alcun tipo di energia. I canali ionici hanno una duplice conformazione: aperta o chiusa. Nei neuroni il potenziale di equilibrio è compreso tra 40 e -90m V (in quanto oltre ai canali per il K+ sono presenti anche una piccola quantità di canali del Na+ e di canali per il Cl-). POTENZIALE DI AZIONE Hodkin e Hüxley mostrarono come applicando uno stimolo elettrico fosse possibile generare nei neuroni un segnale bioelettrico transiente a cui diedero il nome di potenziale d'azione. II potenziale di azione è costituito da una rapida e transiente variazione del potenziale di membrana, dell'ampiezza di un centinaio di millivolt, tale per cui la cellula passa da un valore di riposo negativo di circa -70 mV a un valore positivo di circa 40 mV. Il potenziale d'azione può essere propagato anche su lunghe distanze e rappresenta l'unica modalità di trasmissione di un segnale lungo le fibre nervose e nel tessuto muscolare. Il potenziale di azione è la risposta ad uno stimolo depolarizzante che si verifica in cellule elettricamente eccitabili, cioè provviste di un corredo di canali ionici voltaggio-dipendenti per il Na+ e per il K+. Nei neuroni - segnale elettrico che propagandosi lungo la fibra nervosa consente la trasmissione di messaggi elettrici Nelle fibrocellule muscolari - innesca il processo della contrazione Il potenziale d'azione si distinguono due fasi: 1. La fase di depolarizzazione nella quale si verifica l'apertura dei canali del Na+ voltaggio dipendenti con conseguente ingresso dello ione nella cellula e aumento del potenziale fino a +30/40mV. Se si raggiunge un determinato valore soglia, si instaura un ciclo a feedback positivo di apertura consecutiva di un numero tale di canali dell'Na+ che genera una rapidissima salita del potenziale nell'arco di mezzo millesimo di secondo. 2. La fase di ripolarizzazione si verifica la chiusura dei canali del Na+ voltaggio dipendenti. La semplice chiusura dei canali del Na+ non permetterebbe al potenziale di membrana di ritornare in breve tempo al valore di equilibrio di -70mV. Affinché il potenziale sia in grado di tornare in breve tempo al valore di equilibrio durante la fase di ripolarizzazione si verifica l'apertura di canali del K+ voltaggio dipendenti. Genesi ionica del potenziale d'azione: Se la cellula riceve uno stimolo depolarizzante (entrata di cariche positive all'interno della cellula) sufficientemente elevato da spostare il potenziale di membrana fino a raggiungere un potenziale soglia parte il potenziale d'azione che è una risposta autorigenerativa del tipo "tutto-0-nulla", ossia il processo procede spontaneamente e non si arresta più finché non ritorna alle sue condizioni iniziali. Uno stimolo o non è capace di determinare un potenziale d'azione (stimolo sottosoglia) o provoca un potenziale d'azione completo. Durante la fase di depolarizzazione e gran parte della ripolarizzazione, la cellula eccitabile non può essere nuovamente attivata, si dice pertanto che si trova in periodo refrattario assoluto. Gate di attivazione: si apre rapidamente in seguito alla depolarizzazione. Gate di inattivazione: si chiude più lentamente in seguito alla depolarizzazione. Stato funzionale chiuso: può aprirsi a seguito di una depolarizzazione. Stato funzionale inattivo: non si può aprire indipendentemente dalla stimolazione applicata. Il potenziale d'azione è diverso nei vari tessuti eccitabili quali fibra nervosa, fibra muscolare striata, cardiomiocito. Il tessuto nervoso è costituito da due principali classi di cellule: I neuroni sono le cellule caratterizzate dalla capacità di dare origine e trasmettere segnali di natura elettrica; per questa proprietà sono dette cellule eccitabili. Le cellule gliali circondano i neuroni ed esercitano funzioni di "sostegno", metaboliche e immunologiche. Il potenziale d'azione si genera in corrispondenza di una porzione specifica del neurone denominata cono di emergenza particolarmente ricca di canali voltaggio dipendenti per il Na. Successivamente il potenziale si propaga lungo l'assone, il corpo cellulare e i dendriti, Le guaine mieliniche rendono più veloce la conduzione che assume carattere "saltatorio". La guaina mielinica aumenta la costante di spazio perché aumenta la resistenza di membrana. Una corrente sottosoglia di polarità positiva iniettata in una fibra nervosa porta ad un eccesso di cariche positive nel punto di stimolazione. Tali cariche positive in eccesso si spostano verso regioni più negative depolarizzandole. Una corrente sopraosoglia di polarità positiva iniettata in una fibra nervosa porta ad un eccesso di cariche positive nel punto di stimolazione. Tali cariche positive in eccesso si spostano verso regioni più negative depolarizzandole e inducendo un potenziale di azione. Nelle fibre mieliniche l'unica porzione della membrana in cui è possibile avere un flusso ionico sono le porzioni in cui è assente la guina mielinica, i nodi di Ranvier (porta ad un eccesso di cariche positive nel punto di iniezione che genera un potenziale di azione). Il potenziale d'azione è un evento isolato che non può sommarsi con altri potenziali d'azione. La frequenza con cui un neurone può generare potenziali d'azione è limitata. Il Periodo refrattario serve per impedire il riverbero dei segnali che devono essere propagati in una sola direzione senza poter tornare indietro e limitare la frequenza di scarica di un neurone. Si divide in: Periodo refrattario assoluto: Nessun potenziale d'azione può essere generato, indipendentemente dallo stimolo applicato. Periodo refrattario relativo: Si può generare un secondo potenziale d'azione solo applicando stimoli con intensità superiore a quella che ha generato il potenziale precedente. SINAPSI Nei singoli neuroni l'informazione è elaborata e codificata sotto forma di frequenza e modalità scarica dei potenziali d'azione che si propagano lungo l’assone. Il trasferimento di questa informazione da una cellula all'altra avviene in zone di contato funzionale, dette sinapsi, che significa "collegamento". Dal corpo del neurone dipartono anche altri prolungamenti denominati dendriti. I neuroni per comunicare tra loro e con le loro cellule bersaglio (principalmente fibre muscolari, cellule secretorie) utilizzano sia segnali elettrici sia sostanze chimiche denominate neurotrasmettitori. presinaptici: neuroni che trasmettono il segnale elettrico o rilasciano il neuro postsinaptici: neuroni che ricevono il neurotrasmettitore. La giunzione sinaptica permette di trasferire rinformazione tra le cellule neuronali e può essere di due tipologie. Le Sinapsi possono essere: - Elettriche (giunzioni gap): passano stimoli elettrici - Chimiche: trasformano gli stimoli elettrici in chimici SINAPSI ELETTRICA In una sinapsi elettrica la variazione del potenziale di membrana a riposo di una cellula viene trasmessa ad un’altra cellula per flusso diretto di corrente che fluisce direttamente fra due cellule. Grazie a questo flusso di corrente nelle sinapsi elettriche non si verifica alcun ritardo sinaptico. Trasmissione sinaptica: Breve latenza; Variazione del potenziale di membrana della cellula postsinaptica è direttamente proporzionale alla forma e all'ampiezza della variazione di potenziale della cellula presinaptica. Funzioni delle sinapsi elettriche: 1. La velocità di trasmissione molto elevata è di notevole importanza nelle reazioni di difesa. (Esempio: negli invertebrati, le sinapsi elettriche sono comuni tra neuroni sensoriali e motori nelle vie neurali che mediano i riflessi di fuga). 2. Le sinapsi elettriche spesso interconnettono intere popolazioni di cellule eccitabili sincronizzando in questo modo le loro risposte. (Esempio: Nel cuore le fibre muscolari sono collegate tra loro in modo da formare un sincizio funzionale che funziona in sincrono durante la contrazione muscolare). 3. Durante lo sviluppo del cervello, le sinapsi elettriche permettono di coordinare e sincronizzare il rilascio di sostanze chimiche fondamentali per la regolazione metabolica necessaria alla crescita delle strutture cerebrali. 4. Regolazione della secrezione ormonale nell'ipotalamo; regolazione dei processi autonomici, neuroni del tronco dell'encefalo che si sincronizzano come quelli dei centri respiratori. SINAPSI CHIMICA I terminali presinaptici sono degli ingrossamenti dell'assone che non sono anatomicamente collegati alla cellula postsinaptica. La regione di separazione è denominata fessura sinaptica. In corrispondenza della fessura sinaptica vengono rilasciate sostanze chimiche che propagano il segnale: i neurotrasmettitori. I neurotrasmettitori sono contenuti in compartimento cellulare a forma di sacca che si generano per gemmazione da una membrana cellulare preesistente, le vescicole. 1. Quando l'impulso arriva al bulbo sinaptico, la membrana diventa più permeabile al Calcio (Ca+) che attiva enzimi capaci di spingere le vescicole verso la fessura sinaptica. 2. Le vescicole si fondono con la membrana sinaptica e liberano il loro contenuto nella fessura sinaptica. 3. Il neurotrasmettitore si lega ai recettori posti sulla superficie della membrana post-sinaptica che aprono proteine canale che modificano il potenziale di membrana. Recettori: strutture proteiche presenti a livello della membrana cellulare della cellula bersaglio. Ionotropici: sono delle proteine canale e l'interazione con il neurotrasmettitore determina le variazioni conformazionali responsabili della loro apertura. Metabotropici: dopo aver legato il ligando (molecola che si lega a un recettore) avviano una serie di reazioni a cascata intracellulari mediate da un secondo messaggero che permette la traduzione di un segnale che determina l'apertura di una proteina canale transmembranaria. Sinapsi eccitatoria, depolarizzazione: diminuzione della polarizzazione (-50mV). Se il neurone si depolarizza a valori maggiori di circa -50mV, viene generato un potenziale d'azione. Sinapsi inibitoria, iperpolarizzazione: aumento della polarizzazione (-90mV). (Ex: utilizza canali del cloro). I recettori sono proteine che hanno una struttura in grado di interagire specificamente con quella del ligando mediante una combinazione del tipo chiave-serratura. Solo le cellule che hanno un recettore appropriato risponderanno ad un particolare ligando. Neurotrasmettitori: A molecole piccole Acetilcolina (SNP, circuiti cognitivi SNC) Glutamato (eccitatorio, SNC) Glicina (inibitorio, midollo spinale) GABA (inibitorio, encefalo) Serotonina (modulazione SNC, circuiti dell'umore) Istamina (modulazione SNC, circuiti della veglia) Adrenalina (ormone, modulazione SNC) Dopamina (modulazione SNC, circuiti del reward) Endocannabinoidi (modulazione SNC, circuiti dell'appetito) Peptidi tra cui oppioidi, ormoni neuroipofisari, tachichinine, secretine, insuline, somatostatine, gastrine. Infine sono presenti i neurotrasmettitori gassosi. Agonista: ligando che determina le modificazioni conformazionali di un recettore alla base della trasmissione del segnale neuronale. L'agonista può essere endogeno ovvero prodotto dall'organismo oppure esogeno ovvero somministrato dall'esterno come i farmaci. Antagonista: impedisce che il recettore si possa legare ad altri ligandi. I farmaci antagonisti bloccano il recettore, impedendogli di svolgere la propria azione (farmaco per il veleno). Agonista allosterico: ligando che determina delle modificazioni conformazionali del recettore stesso rendendolo più o meno sensibile ai ligandi endogeni. Possono intensificare o inibire i normali processi fisiologici. I benzodiazepine sono farmaci ansiolitici e ipnotici. Principali neurotrasmettitori e le loro funzioni: Dopammina: controlla i livelli di allerta in molte parti del cervello e presiede alle funzioni motorie. Nel morbo di Parkinson si riscontra un calo nei livelli di dopammina con conseguente difficoltà nei movimenti volontari. Norepinefrina: regola la risposta di funzioni vitali (battito cardiaco, respirazione) situazioni di stress o pericolo.induce lo stato di allerta fisico, mentale e regola l'umore. Serotonina: regola l'umore e il sonno. Difetti nella produzione di serotonina sono alla base dei disturbi depressivi. Il Prozac, un un farmaco antidepressivo agisce bloccando la rimozione naturale dell'eccesso di serotonina. GABA: si tratta del principale neurotrasmettitore inibitorio. Livelli bassi di GABA determinano crisi epilettiche. Glutammato: principale neurotrasmettitore eccitatorio. Fondamentale nei meccanismi dell'apprendimento e della memoria lungo termine. Endorfine, encefaline: Regolano le sensazioni di dolore e fame. Si legano ai recettori degli oppioidi, favorendo il rilascio di dopammina nelle sinapsi. Acetilcolina: controlla le aree del cervello deputate alle funzioni dell'attenzione, memoria e apprendimento, Pazienti affetti da morbo di Alzheimer hanno bassi livelli di acetilcolina nella corteccia cerebrale. SISTEMA NERVOSO Permette all'organismo di rispondere ed adattarsi in maniera rapida ai continui cambiamenti che avvengono al di fuori e all'interno di esso. Contribuisce in maniera determinante ai processi omeostatici atti a mantenere entro limiti fisiologici svariati tipologie di variabili, quali la pressione arteriosa, la concentrazione di potassio e sodio nei liquidi extracellulari o la concentrazione di anidride carbonica e ossigeno nel sangue. Genera tutte le funzioni cognitive superiori come l'attenzione, l'apprendimento, la memoria, il linguaggio e la coscienza. SISTEMA NERVOSO CENTRALE: comprendente il cervello o encefalo ed il midollo spinale. - Encefalo: costituito dal cervello (diviso in telencefalo e diencefalo), dal tronco encefalico (mesencefalo, ponte e bulbo) e dal cervelletto. L'encefalo è racchiuso nella scatola cranica. - Midollo spinale: è racchiuso all'interno della colonna vertebrale, riceve le informazioni sensoriali provenienti dai vari segmenti corporei e le trasmette verso il cervello. Inoltre trasmette i comandi cerebrali motori dal cervello verso il resto del corpo. SISTEMA NERVOSO PERIFERICO: comprende tutto l'insieme di fibre nervose che trasportano gli impulsi da e verso il SNC ed è costituito dal sistema nervoso somatico permette la genesi dei movimenti volontari degli arti e dal sistema nervoso autonomo che modula le funzioni vegetative che sono fuori del controllo volontario. - nervi cranici: che sono direttamente collegati al cervello. - nervi spinali: che sono collegati al midollo spinale. Il tessuto nervoso e i neuroni elaborano e trasmettono degli impulsi elettrici Caratteristiche: elettricamente eccitabili ampiamente interconnessi I corpi cellulari dei neuroni cerebrali sono localizzati nella sostanza grigia, nella sostanza bianca passano gli assoni. I neuroni sono cellule eterogenee, sia dal punto di vista dimensionale, che morfologico. Neuroni sensitivi (afferenti): raccolgono gli stimoli esterni (chimici, pressori, luminosi e termici) e trasmettono l'informazione al SNC. Neuroni motori o motoneuroni (efferenti): inviano risposte principalmente a muscoli e ghiandole. Interneuroni che sono confinati a livello del SNC e svolgono funzioni integrative. Cellule gliali: svolgono funzione trofica, forniscono guaina mielinica ai neuroni, rimuovono materiale di scarto a seguito di morte neuronale, favoriscono la formazione della barriera ematoencefalica, regolano scambio di sostanze tra il sangue e il liquido cefalorachidiano. Svolgono un ruolo importante anche nello sviluppo, guidando la migrazione neuronale verso la loro destinazione finale. Meningi: sistema di membrane che si trovano all'interno del cranio e del canale vertebrale e proteggono l'encefalo e il midollo spinale. Sono degli involucri connettivali membranosi costituiti di tre lamine concentriche denominate, dall'esterno all'interno dura madre , aracnoide e pia madre. Liquido cerebrospinale: è una soluzione salina e trasparente che occupa lo spazio subaracnoideo, compreso tra aracnoide e pia madre, e le cavità encefaliche e spinali chiamate, rispettivamente, ventricoli e canale del midollo spinale. Barriera emato-encefalica: unità anatomico-funzionale realizzata dalle particolari caratteristiche delle cellule endoteliali che compongono i vasi del sistema nervoso centrale e ha principalmente una funzione di protezione del tessuto cerebrale dagli elementi nocivi presenti nel sangue, pur tuttavia permettendo il passaggio di sostanze necessarie alle funzioni metaboliche. Essa serve a bloccare i fattori che possono interferire con i meccanismi di comunicazione nei circuiti nervosi. TELENCEFALO È costituito dalla corteccia cerebrale, i gangli della base, il claustro, l'amigdala e l'ippocampo. La corteccia cerebrale non è liscia ma è come accartocciata su sé stessa, il che permette di aumentare la superficie mantenendo relativamente contenuto il volume e la massa cerebrale. Le protuberanze tra i vari solchi sono denominate circonvoluzioni Il LOBO FRONTALE è costituito da: Corteccia motoria che controlla i movimenti volontari semplici. Corteccia motoria primaria, sede di funzioni cognitivo-motorie complesse. Corteccia premotoria, sede di funzioni quali l'apprendimento di comportamenti e sequenze motorie complesse e la pianificazione dei movimenti su base sensoriale. Corteccia prefrontale che elabora le strategie comportamentali in funzione delle situazioni contestuali in cui ci troviamo e delle regole alle quali ci si deve attenere e degli stati motivazionali L'area di Broca sede delle funzioni linguistiche. Il LOBO PARIETALE è costituito: Corteccia somatica primaria che riceve e processa le informazioni somatosensoriali (localizzazione degli stimoli tattili periferici, la valutazione dell'intensità degli stimoli itattili, definizione delle posizioni degli arti nello spazio). Lobo parietale posteriore in cui le informazioni somatosensoriali sono integrate con le informazioni visive ed acustiche. Lesioni della corteccia parietale posteriore producono una varietà di deficit motorio-sensitivi, tra cui deficit percettivi, difficoltà nelle relazioni spaziali (raggiungere e afferrare oggetti) nel controllo del movimento degli occhi e delle braccia. Il LOBO OCCIPITALE è costituito: Corteccia visiva primaria che processa le informazioni visive di basso livello, quali i colorio le forme semplici Cortecce visive di ordine superiori nelle quali gli stimoli visivi semplici sono integrati tra loro. Il LOBO TEMPORALE è costituito: Cortecce acustiche Cortecce sensoriali di alto ordine che integrano tra loro informazioni visive ed uditive complesse. Insula: è una corteccia filogeneticamente antica coinvolta nel controllo di funzioni primordiali quali quelle visceromotorie e la processazione di informazioni gustative ed olfattive, nella modulazione degli attori motori e comportamentali in funzione dello stato emotivo del soggetto. Stimolazione elettrica dell’insulina causa sensazioni di disgusto e la sua lesione determina difficoltà a provare tale sensazione. Il cervello di una persona è composto da emisfero destro e sinistro. L'emisfero destro controlla la parte sinistra del corpo, e l'emisfero sinistro controlla la parte destra; si dice, quindi, che le funzioni cerebrali sono controlateralizzate. Questi due emisferi sono collegati da un fascio di fibre chiamate corpo calloso, che permette la trasmissione di informazioni da una metà all'altra, in maniera che le due parti possano comunicare per integrare le informazioni reciproche. L'emisfero sinistro è anche la sede del linguaggio che è la funzione maggiormente lateralizzata del cervello. Negli animali non è stata dimostrata la presenza di funzioni lateralizzate. Amigdala: coinvolta nei processi di elaborazione emozionale, in particolar modo della paura, e nella memorizzazione di situazioni o informazioni ad alto contenuto emotivo. La stimolazione elettrica nell'uomo induce risposte emozionali associate a paura, ansia o rabbia. Ippocampo: situato nel lobo temporale e svolge un ruolo importante nella formazione delle memoria e nella navigazione spaziale. I 4 nuclei che compongono i gangli della base sono: a. Lo striato (ulteriormente suddiviso in nucleo caudato, putamen, nucleus accumbens) b. Il globus pallidus c. Il nucleo subtalamico d. La substantia nigra I gangli della base sono coinvolti principalmente nel controllo del movimento. A supporto di questo ruolo, studi autoptici (post mortem) nell'uomo hanno riscontrato alterazioni patologiche nei nuclei della base in diverse malattie neurologiche tra cui il morbo di Parkinson e la corea di Huntington. Nel Parkinson, così come nella maggior parte delle malattie ipocinetiche, il nucleo dei gangli della base principalmente alterato è la substantia nigra, i cui neuroni dopaminergici degenerano. DIENCEFALO La porzione superiore del diencefalo è il talamo che è un agglomerato di nuclei che agisce come stazione di ritrasmissione delle informazioni sensoriali per la corteccia cerebrale. - È il principale centro di ritrasmissione delle vie sensoriali visiva, acustica, e somatosensoriale. - Regola la componente motoria grazie ai circuiti pallido-talamo-corticale (sistema extrapiramidale) e cerebello-talamocorticale (regolazione del tono muscolare). - Integra le informazioni provenienti dalla periferia con quelle generate dai centri superiori. Al di sotto del talamo vi è l'ipotalamo, che è relativamente piccolo ed è coinvolto in svariati funzioni di carattere autonomico quali la regolazione della temperatura corporea e dei ritmi circadiani, nel comportamento riproduttivo, nella sensazioni di fame e di sete. Il tronco encefalico si occupa della trasmissione di informazioni nervose da e verso la periferia, midollo spinale e centri superiori, si occupa di attività di integrazione che determinano l'attività cardiaca e respiratoria, regolazione del ciclo sonno-veglia e controllo dei movimenti oculari. Il cervelletto svolge soprattutto per le sue funzioni motorie; tuttavia, gioca un ruolo rilevante anche in alcune funzioni di tipo cognitivo quali l'attenzione e il linguaggio. Suddiviso in: Vestibolo-cerebello, parte filogeneticamente più antica controllo dell'equilibrio e dei movimenti oculari Spino-cerebello, regola i movimenti del corpo e degli arti. Cerebro-cerebelle, riceve informazioni esclusivamente dalla corteccia cerebrale svolge un ruolo cruciale nel garantire la fluidità durante l'esecuzione dei movimenti volontari. Il midollo spinale è la porzione extracranica del sistema nervoso centrale, collocata all’interno del canale vertebrale, contiene il soma dei neuroni motori che proiettano ai muscoli e il soma dei neuroni sensitivi responsabili della trasmissione dei segnali nervosi all’encefalo Ci sono 31 coppie di nervi spinali che giungono al midollo mediante aperture della colonna vertebrale. Ogni nervo spinale è formato da due rami distinti: una radice dorsale-posteriore, che consiste di proiezioni sensoriali, ed una radice ventrale-anteriore, che consiste di proiezioni motorie che vanno dal midollo spinale ai muscoli. (Nervi cervicali c1- c8, in caso di infortunio a questi nervi può portare a tetraplegia. (Nervi toracici T1-T12, nervi lombari L1-L5, nervi sacrali e coccigei). I nervi cranici costituiscono i sistemi sensoriali e motori della testa. L'olfattivo, l'ottico e il vestibolococleare sono puramente sensoriali. Cinque sono puramente motori; tre sono coinvolti nella modulazione dei movimenti oculari; uno, l'accessorio che controlla i muscoli del collo; ed infine l'ipoglosso che controlla la lingua. Gli altri sono sia motori che sensoriali. SISTEMA NERVOSO AUTONOMO (involontario) È un sistema effettore che controlla: - Muscolatura liscia - Muscolatura striata cardiaca - Ghiandole esocrine - Ghiandole endocrine È costituito da aggregati di neuroni chiamati gangli che si trovano al di fuori del sistema nervoso centrale. I neuroni del sistema nervoso centrale che innervano i gangli sono denominati pregangliari, quelli che innervano gli organi sono chiamati postgangliari. I gangli del simpatico si trovano ai lati della colonna vertebrale, i gangli del parasimaptico sono dispersi per tutto il corpo generalmente in prossimità dell'organo che controllano. Tutti i neuroni pregangliari sia simpatici che parasimpatici sono colinergici, ovvero utilizzano come neurotrasmettitore l'acetilcolina. I neuroni postgangliari del parasimpatico rilasciano acetilcolina. Effetto rapido e specifico. I neuroni postgangliari del simpatico rilasciano adrenalina e noradrenaline. Effetti relativamente lento e diffuso. Simpatico: un sistema salva-vita. In una situazione di pericolo, il nostro corpo di solito reagisce molto rapidamente e spesso prima ancora che noi abbiamo pensato a cosa fare. Sotto la sua azione l'organismo consuma molta energia: le pupille si dilatano, il battito cardiaco accelera (in modo che ai muscoli arrivi più ossigeno), la pressione del sangue aumenta e i polmoni fanno passare più aria. Il sistema digestivo invece si ferma, il fegato converte il glicogeno di riserva in glucosio per fornire energia. Diminuisce anche la produzione di urina. Parasimpatico: quando serve rallentare. Dopo avere mangiato, spesso abbiamo bisogno di riposare. La nostra pressione arteriosa diminuisce, il battito cardiaco e la respirazione rallentano e l'apparato digerente è al lavoro: lo stomaco produce più enzimi digestivi e il fegato sintetizza il glicogeno. Quando è in azione il sistema parasimpatico, infatti, l'organismo si rilassa e accumula energia sotto forma di sostanze di riserva. SISTEMA NERVOSO VOLONTARIO: un sistema effettore che controlla muscolatura striata scheletrica. SISTEMI SENSORIALI Sono le porzioni del sistema nervoso le cui funzioni sono quelle di informare l'individuo su sensazioni che possono derivare tanto dal mondo esterno quanto dal nostro ambiente interno. Le informazioni sensoriali possono essere suddivise: «Classici» cinque sensi (vista, udito, olfatto, gusto e tatto). Sensazioni somatiche (propriocezione, dolore, prurito e temperatura) Sensazioni viscerali Sensazioni vestibolari La percezione dell'informazione sensoriale è resa possibile dagli organi di senso, strutture anatomiche che si sono evolute, differenziate e specializzate per rilevare uno specifico tipo di stimolo e la cui unità funzionale è costituita dai recettori sensoriali. I recettori sensoriali sono le prime strutture nervose responsabili di una prima codifica nervosa del mondo esterno e del nostro ambiente interno. Sono le cellule che reagiscono ad uno stimolo fisico presente nell’ambiente stesso e lo trasformano in un segnale elettrico. Ogni stimolo è una forma di energia, meccanica/pressoria (tatto) o elettromagnetica (vista). Per ogni tipo di recettore si può identificare uno stimolo adeguato, cioè quel tipo di stimolo per cui si ottiene l'attivazione del recettore con il minimo contenuto di energia. Tipo di recettore Parametro monitorato Meccanocettore Pressione e distorsione meccanica Chemiocettori Presenza di specifiche molecole Fotocettori Luce Termocettori Temperatura Nocicettore Stimoli nocivi I termocettori attivati dal freddo e dal mentolo, che sono sensibili a più di un tipo di stimolo e sono definiti multimodali. I recettori sensoriali si trovano nel sistema nervoso periferico e mandano informazioni al sistema nervoso centrale, il quale integra gli input sensoriali allo scopo di interpretare i segnali che giungono dai diversi recettori sparsi per il corpo per fornire la migliore risposta possibile. Quando gli impulsi nervosi attivano le terminazioni nervose periferiche si ha una sensazione. Quando l'impulso è sufficientemente elevato diviene cosciente e genera una percezione. Il recettore sensoriale agisce come un trasduttore di energia: converte l'energia contenuta nello stimolo in un segnale bioelettrico. L’aumentare della durata dello stimolo determina un incremento della durata dei potenziali di recettore evocati e del quantitativo di neurotrasmettitore liberato. Il SNC distingue quattro proprietà fondamentali di uno stimolo sensoriale: modalità sensoriale (visiva, uditiva, olfattiva, acustica, somatosensoriale e sottomodalità, per esempio dolce o amaro per il gusto); localizzazione (da dove proviene il segnale. Si definisce campo recettivo l’area sensoriale all'interno della quale gli stimoli possono eccitare un neurone sensoriale); intensità e durata. In base alla provenienza dello stimolo i recettori possono essere classificati in esterocettori se lo stimolo proviene dall'ambiente esterno (forze meccaniche esterne) ed enterocettori se proviene dall'ambiente interno (correlati alla traduzione di stimoli provenienti da organi viscerali). Funzionalmente i recettori sono suddivisibili in: Fasici: adattamento molto rapido e rapida risposta allo stimolo. Tonici: generano potenziale d'azione fin tanto che è presente uno stimolo e si adattano molto lentamente. (I sistemi sensoriali si adattano). La percezione di uno stimolo risiede nella capacità del segnale inviato dai recettori di raggiungere e di attivare sufficientemente la corteccia cerebrale. Non di tutti gli stimoli si diviene consapevoli, alcuni vengono elaborati a livello inconscio. Stimoli elaborati a livello conscio Stimoli elaborati a livello inconscio Visione Lunghezza a tensione muscolotendinea Udito Pressione arteriosa e volume del sangue Gusto Osmolalità dei liquidi corporei Olfatto Pressione parziale di ossigeno e anidride carbonica Equilibrio PH dei liquidi corporei Tatto Molecole organiche e inorganiche nei liquidi corporei Propriocezione Temperatura a livello dei visceri Temperatura Propriocezione Stimolo nocivo Prurito I recettori somatici sono localizzati nella cute e nel sistema muscolo-tendineo-articolare e le loro fibre afferenti ascendono alla corteccia attraverso il midollo spinale. La sensibilità viscerale veicola informazioni provenienti da meccanocettori (variazioni della pressione arteriosa), chemocettori (le variazioni del pH o dell'osmolalità) e nocicettori localizzati negli organi viscerali, nei vasi sanguigni e nelle tonache sierose. Le fibre afferenti della sensibilità viscerale sono gli assoni dei neuroni dei gangli sensitivi del midollo spinale. Le informazioni fornite dai recettori degli organi della sensibilità specifica raggiungono I'SNC tramite fibre nervose afferenti costituite dagli assoni di neuroni che viaggiano nei nervi cranici. Il riconoscimento della modalità e sottomodalità sensoriale è legato alla via nervosa attivata. L’SNC interpreta la modalità sensoriale sulla base della regione corticale di arrivo del segnale. Chemocettori: la chemocezione è il più antico sistema sensoriale ed e presente già nei batteri. I chemocettori rilevano la presenza di sostanze chimiche e permettono le percezioni gustative e olfattive. I chemocettori viscerali sono cellule sensibili a livello di ossigeno, di anidride carbonica e di concentrazione dello ione idrogeno. Recettori tattili: rilevano stimoli meccanici come la pressione, lo mostri manette e la vibrazione (oscillazione pressoria) della superficie cutanea in cui si trovano. 4 recettori tattili: recettori meccanici che rispondono ad un tipo di stimolazione meccanica o alla pressione. Corpuscoli di Meissner (rapido adattamento, campo ricettivo piccolo) Il complesso delle cellule di Merkel (lento adattamento campo ricettivo piccolo) I corpuscoli del Pacini (rapido adattamento campo ricettivo grande) Le terminazioni di Ruffini (lento adattamento, campo ricettivo grande) La via delle colonne dorsali (lenisco mediale; via spino-bulbo-talamo-corticale) è responsabile della trasmissione degli impulsi della sensibilità tattile epicritica e della sensibilità propriocettiva cosciente del tronco e degli arti alla corteccia cerebrale. La via lemnisco-spinale (via-spino-corticale) è responsabile della trasmissione degli impulsi della sensibilità tattile protopratica, termica e dolorifica. La densità dei recettori tattili e, quindi la finezza discriminati a sono massime sulla punta della lingua e suoi polpastrelli (risoluzione spaziale 1-2 mm) e minime sulla cute del tronco (40-50 mm) Acuità sensoriale: la capacita di discriminare due stimoli (ovvero la capacità di differenziare due stimoli vicini) applicati alla periferia come tali (punte di un compasso) dipende, dalle dimensioni e dal numero dei campi recettivi. Varia all'interno del nostro corpo, è maggiore nei polpastrelli, mano e labbra. Propriocettori: si trovano nei muscoli scheletrici e sono di 2 tipi: Fusi neuromuscolari = si trovano sparsi tra le fibre muscolari del muscolo scheletrico e il loro numero in ciascun muscolo varia in base alle necessità di controllo più o meno fine del movimento (informa sullo stato di allungamento del muscolo e grazie a questi fusi sappiamo quanto si è allungato o accorciato un muscolo) Organi tendinei del Golgi = sono costituiti da terminazioni nervose intrecciate a fibre collagene. Sono localizzati alla giunzione tra tendine e muscolo scheletrico (quando il muscolo si accorcia il tendine si allunga e viceversa), poco sensibili allo stiramento e molto sensibili alla tensione. Rilevano la posizione, l'eventuale movimento, la direzione e la velocità delle varie parti del corpo. Questi organi legano i muscoli al sistema osseo e si trovano dentro a delle capsule) Termocettori: - Recettori per il caldo si attivano a temperature oltre i 30 °C circa e aumentano la scarica neurale fino a 45 °C (porta a vasodilatazione e traspirazione) → inviano informazioni all'ipotalamo, che attiva funzioni che raffreddano la temperatura del corpo, ad esempio riescono a portare il caldo sulla superficie della pelle (quando arrossiamo per il caldo) così da facilitare lo scambio con l’ambiente - Recettori per il freddo si attivano al di sotto dei 35 °C fino a 10 °C circa (porta a brividi e vasocostrizione). Quando si ha la febbre si sente freddo perché è una reazione di difesa dell'organismo da germi patogeni. Molti batteri o virus, infatti, non sono in grado di replicarsi se la temperatura corporea sale, in quanto le proteine responsabili della replicazione si alterano al calore. I mediatori dell' infiammazione, soprattutto l'interleuchina 1, agiscono sul centro termoregolatore dell'ipotalamo e resettano il termostato corporeo su un valore più alto. L'organismo, quindi, inizia a produrre più calore (i brividi sono il risultato di rapide contrazioni asincrone dei muscoli scheletrici non finalizzate a produrre lavoro ma piuttosto calore) e a disperderne di meno tramite la vasocostrizione cutanea, da cui deriva il pallore. La sensazione di freddo è dovuta a questa seconda azione, poiché con il diminuito afflusso di sangue caldo i termocettori cutanei rilevano una temperatura inferiore alla norma. Nocicettori: sono terminazioni nervose libere che segnalano un danno tissutale in atto sono presenti in molti tessuti del corpo, fra cui cute, ossa, muscoli. Possono essere: Meccanici: rispondono ad intensa pressione, specialmente se provocata da oggetti appuntiti, quali una puntina da disegno. Termici: segnalano sia il caldo rovente che il freddo estremo. Chimicamente sensibili e meccanicamente insensibili: rispondono ad una serie di agenti chimici, o provenienti dal tessuto stesso, come potassio, gradi estremi di pH, sostanze neuroattive prodotte dal sistema immunitario (istamina, bradichina) e vari irritanti. Chimici: sono sensibili a sostanze chimiche introdotte nel nostro corpo e rispondono ad una serie di agenti chimici, o provenienti dal tessuto stesso, come potassio, gradi estremi di pH, sostanze neuroattive prodotte dal sistema immunitario (istamina, bradichina) e vari irritanti. Polimodali: rispondono ad una combinazione di stimoli meccanici, termici e chimici. Il dolore può essere provocato da tre principali tipologie di stimoli: stimoli meccanici, termici e chimici. In generale, il dolore rapido è provocato da stimoli meccanici e termici, mentre quello di tipo lentopuò essere originato da tutti e tre i tipi di stimoli. - Il dolore rapido, localizzato e acuto è trasmesso tramite fibre A (mieliniche di piccolo diametro) a velocità comprese tra 6 e 30 m/sec (nocicettori meccanici e termici) - Il dolore lento, sordo, più diffuso e duraturo, è trasmesso tramite fibre C (amieliniche) a velocità comprese tra 0,5 e 2 m/sec (nocicettori chimici) La sensazione dolorosa di solito si presenta in due stadi, una prima frustata dolorosa, seguita da una sensazione pulsante. Gli stimoli nocivi inducono una serie di risposte motorie riflesse mediate da strutture spinali (es: la retrazione dell'arto) e sovraspinali (es: fuga). Le vie ascendenti decussano nel midollo spinale, salgono al talamo e da qui, oltre che alla corteccia, proiettano al sistema limbico e all'ipotalamo, che partecipano alle reazioni emotive (pianto) e vegetative (nausea, sudorazione) che possono accompagnare la sensazione di dolore. TEORIA DEL GATE CONTROL I neuroni nocicettivi secondari nel sistema nervoso centrale sono normalmente inibiti da un interneurone inibitorio. Quando uno stimolo dolorifico di sufficiente intensità (sopraliminare) attiva il neurone nocicettivo primario questo non solo attiva un neurone nocicettivo secondario ma inibisce anche linterneurone. L'inibizione dell'interneurone inibitorio aumenta il segnale eccitatorio al neurone nocicettivo secondario: un segnale potente viene inviato al cervello. A seguito di una stimolazione dolorosa il massaggio della zona traumatizzata stimola i recettori non dolorifici che tramite fibre nervose di grosso calibro di tipo Aß, inviano il segnale ai centri nervosi superiori e all'interneurone che inibisce il neurone nocicettivo secondario, favorendone l'eccitazione. In questo modo si riduce l'intensità del segnale dolorifico lento (fibre C) al cervello. La TENS (Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation), utilizzata in fisioterapia per lenire il dolore, sfrutterebbe la stimolazione selettiva delle fibre di grosso calibro. Dal mesencefalo partono fibre che giungono nel midollo spinale e attivano neuroni inibitori che diminuiscono il dolore → questa “via” viene attivata quando si assume morfina o oppiacei in generale. Fotocettori: si trovano nella retina (parte posteriore dell’occhio). La "luce" visibile è una piccola gamma di onde elettromagnetiche di lunghezza d'onda fra 400 e 700 nm. La luce viene focalizzata dalla cornea e dal cristallino e deve attraversare l'umor vitreo prima di venir assorbita dai fotorecettori che si trovano nella retina che è la membrana più interna del bulbo oculare. La traduzione del segnale luminoso è effettuata dai bastoncelli, che hanno un'alta sensibilità per la luce tenue, e i coni, necessari per la percezione del colore e attivi ad alte intensità luminose. La sensibilità alla luce dei coni e dei bastoncelli è conferita da un pigmento fotosensibile: rodopsina (bastoncelli → sono sensibili alla luce e ci permettono di intravedere al buio) il lodopsina (coni → ci permettono di vedere i colori e se vengono alterati abbiamo il daltonismo ovvero la mancata capacità di distinguere i colori). La visione resa possibile dai bastoncelli è una visione non cromatica; assume importanza primaria in condizioni di scarsa luminosità. Circuito delle vie ottiche in visione ventrale: Le fibre dei nervi ottici provenienti dalle due retine convergono a livello del chiasma ottico ove decussano per poi raggiungere i corpi genicolati laterali del talamo controlaterale. Le fibre nervose che portano l'informazione sensoriale relativa alla parte centrale del campo visivo, invece, proseguono omolateralmente raggiungendo i corpi genicolati laterali del talamo ipsilaterale. Lo stimolo luminoso proveniente dalla porzione mediale del campo visivo di ambedue gli occhi (zona binoculare) giunge a entrambe le cortecce visive primarie, mentre la porzione laterale stimola solo la corteccia controlaterale. UDITO Il suono è la sensazione data dalla vibrazione di un corpo in oscillazione (mezzi elastici). Tale vibrazione si propaga nell'aria o in un altro mezzo elastico è energia meccanica che necessità di una sorgente e un mezzo elastico di propagazione (aria, acqua...). - Orecchio esterno: padiglione auricolare e meato uditivo esterno. La funzione dell'orecchio esterno è quella di convogliare le onde sonore al timpano che separa l'orecchio esterno da quello medio. - Orecchio medio: tromba di Eustachio, catena degli ossicini (martello, incudine e staffa, tutti e tre associati alla membrana timpatica che gli permette il movimento), muscolo stapedio (muscolo della staffa) e muscolo tensore del timpano (inserito sul martello). L'orecchio medio è costituito dalla catena degli ossicini: martello, incudine e staffa che costituiscono un'ulteriore sistema di amplificazione dello stimolo acustico. - Orecchio interno: coclea e organo del Corti. L'orecchio interno è anche chiamato labirinto per la complessità della sua morfologia. Si distingue un labirinto osseo, un insieme di concamerazioni ricavato nello spessore dell'osso temporale, e un labirinto membranoso, contenuto al suo interno. È suddiviso in un labirinto cocleare e vestibolare. Le cellule ciliate interne sono una struttura motoria dei meccanorecettori per l'udito: esse trasducono la vibrazione del suono in attività elettrica nelle fibre nervose. - Sistema vestibolare: è un sofisticato apparato sensoriale che rileva informazioni relative alla posizione ed al movimento della testa e del corpo nello spazio. A differenza di altri sistemi sensoriali, come il sistema visivo o uditivo, non siamo generalmente coscienti delle informazioni trasmesse dall'apparato vestibolare al sistema nervoso centrale. - Utricolo e Sacculo rilevano accelerazioni lineari. Le cellule ciliate dell'epitelio dell'utricolo possiedono fascetti di ciglia inglobati nella membrana otolitica, un materiale gelatinoso che incorpora ed è sormontato da piccoli granelli di carbonato di calcio (otoconi). Il movimento degli otoconi quando siamo soggetti ad un'accelerazione lineare è responsabile dei movimenti delle ciglia e della genesi di potenziali di azione. - I canali semicircolari: rilevano accelerazioni angolari. L'accelerazione angolare si verifica ogni volta che un oggetto modifica la propria velocità di rotazione attorno ad un asse. All'interno dei canali semicircolari è presente un liquido denominato endolinfa il cui movimento mentre ruotiamo la testa genera un movimento contrario ed opposto sulle cellule cigliate che genera scariche di potenziali di azione. L'atassia cerebellare può verificarsi a causa di molte malattie e presenta sintomi di incapacità nella coordinazione dell'equilibrio, dell'andatura, i movimenti oculari e dell'estremità. MUSCOLI Sono organi costituiti da tessuti definiti muscolari e dotati di attività contrattile. I muscoli sono strutture anatomiche che permettono di mantenere la postura, correre, alzare pesi, scrivere. Sono anche responsabili di azioni involontarie quali la peristalsi intestinale, il battito cardiaco, i processi respiratori e le espressioni facciali. Sono costituiti da specifiche cellule denominate fibre muscolari. Sulla base delle loro proprietà istologiche i diversi tipi di tessuto muscolare possono essere distinti in striati e lisci. - Il tessuto muscolare striato è così definito perché, se osservato al microscopio, mostra un regolare alternarsi di bande chiare e scure dovute all'ordinata disposizione delle proteine contrattili; i muscoli scheletrici sono muscoli striati. - Il tessuto muscolare liscio non presenta alcuna striatura ed è responsabile della contrazione di organi cavi come l'intestino e i vasi sanguigni. Il tessuto muscolare cardiaco è striato ma condivide anche alcune proprietà tipiche dei muscoli lisci. Muscoli scheletrici Le singole fibre muscolari sono disposte in parallelo tra loro e si uniscono a formare i fascicoli, i fascicoli a loro volta formano il muscolo. Il muscolo scheletrico è avvolto da una struttura membranosa connettivale, chiamata epimisio. I fascicoli si avvolgono in fascetti di tessuto connettivo definito perimisio. Ogni fibra muscolare è avvolta da un tessuto connettivo chiamato endomisio. Nelle porzioni terminali del muscolo gli strati di tessuto connettivo (endomisio, perimisio ed epimisio) si uniscono per formare il tendine. Le fibre muscolari scheletriche sono caratterizzate da una forma allungata e molteplici nuclei. Ciascuna fibra si forma dalla fusione di molteplici cellule indifferenziate mononucleate, i mioblasti. La differenziazione delle fibre muscolari è già completa alla nascita ma le loro dimensioni aumentano dall'infanzia fino all'età adulta. Fibre muscolari lesionate o distrutte dopo la nascita sono soggette a processi di riparazione che coinvolgono cellule staminali indifferenziate, denominate cellule satelliti e sono normalmente quiescenti e localizzate tra la membrana plasmatica che circonda le fibre muscolari e il tessuto connettivo da cui sono ricoperte. Parte della compensazione che si verifica a seguito di una lesione deriva anche dall'aumento delle dimensioni (ipertrofia) e divisione (iperplasia) delle fibre muscolari pre-esistenti. I movimenti avvengono attraverso la contrazione dei muscoli scheletrici che sono fissati alle ossa mediante i tendini e sono tipicamente disposti a ponte su un' articolazione. I muscoli (flessori ed estensori) si trovano su entrambi i lati dell'articolazione permettendo movimenti opposti. Un muscolo la cui contrazione produce un movimento si dice “agonista” per quel movimento, il muscolo la cui contrazione si oppone allo stesso movimento si dice “antagonista” I motoneuroni innervano le fibre muscolari generando la catena di eventi responsabile della contrazione muscolare. Unità motoria: è composta da un motoneurone e dalle fibre muscolari che esso innerva 1 fibra muscolare innerva 1 motoneurone 1 motoneurone innerva + fibre muscolari Giunzione neuromuscolare: la parte terminale dell'assone (sinapsi) è deputata alla produzione ed al rilascio di acetilcolina. La sinapsi è separata dalla fibra muscolare da un vallo sinaptico di ampiezza di 50 nm. La placca muscolare è la porzione della fibra muscolare in cui viene propagato l'impulso elettrico responsabile della contrazione, in cui sono presenti i recettori nicotinici acetilcolinergici. Eventi muscolari: Il legame dell'Acetilcolina con il recettore nicotinico post- sinaptico provoca la depolarizzazione della placca motrice. Il potenziale d'azione generato si propaga lungo la fibra muscolare grazie all'apertura dei canali Na+voltaggio dipendente localizzati lungo la fibra stessa. La propagazione del potenziale determina la mobilizzazione del Ca++ dai tubuli T e dal reticolo sarcoplasmatico e conseguente contrazione per legame del Ca++ con le proteine contrattili muscolari (actina, miosina.....). Nei periodi di riposo le fibre muscolari accumulano una concentrazione di creatina fosfato tale da garantire ATP nelle prime fasi del processo contrattile. La fosforilazione ossidativa utilizza inizialmente il glicogeno muscolare (primi 5-10 minuti) per poi successivamente (circa 30 minuti) usare i combustibili trasportati dal sangue (glucosio ematico, aminoacidi e acidi grassi). Se l'esercizio si protrae a lungo la glicolisi apporta una frazione sempre più significativa dell'ATP totale generato dal muscolo. La glicolisi può fornire ATP anche in assenza di ossigeno (condizioni anaerobiche) sia utilizzando il glucosio proveniente dal torrente circolatorio sia la scissione del glicogeno accumulato a livello muscolare. Al termine dell'esercizio fisico si continua a respirare profondamente allo scopo di garantire l'ossigeno necessario per ripristinare le riserve di glicogeno e creatina. Maggiore è il diametro della fibra più numerose sono le miofibrille che può contenere e, conseguentemente, più alto è il numero delle interazioni actomiosiniche. L'incremento della massa muscolare può avvenire mediante due processi: un aumento della dimensione delle singole fibre muscolari (ipertrofia) oppure un incremento del numero delle fibre (iperplasia). Il singolo potenziale di azione in una fibra muscolare scheletrica dura 1-2 msec mentre la contrazione può durare fino a 100 msec. Per cui è possibile che uno o più potenziali di azione inizi durante l'esercitarsi dell'attività meccanica e si generano scosse muscolari che si sommano alle precedenti. Quando più potenziali si sommano tra loro si genera un clono che è una contrazione muscolare con andamento ritmico e unidirezionale. Le contrazioni cloniche sono tipiche della genesi di un attacco epilettico. La contrazione tetanica si ha quando il tessuto muscolare viene stimolato al massimo dai suoi motoneuroni. Si manifesta quando numerosi impulsi elettrici semplici si succedono in rapida sequenza lungo il motoneurone portando ad un effetto di sommazione e conseguentemente alla massima contrazione delle fibre muscolari. La tossina tetanica all'interno degli interneuroni inibitori provoca la distruzione degli apparati proteici. Il risultato è la paralisi spastica per mancanza di inibizione motoria con contrazione contemporanea dei muscoli antagonisti ed agonisti. Nei muscoli scheletrici ritroviamo i propriocettori. I fusi neuromuscolari sono piccoli recettori sensitivi di forma allungata situati all'interno dei muscoli. Maggior densità dove serve miglior controllo. Sono disposti in parallelo rispetto alle fibre muscolari extrafusali e si accorciano e si allungano insieme a loro. La loro funzione è quella di rilevare lo stato di allungamento del muscolo all'interno del quale si trovano. La contrazione delle fibre intrafusali avviene tramite i motoneuroni e che sono motoneuroni dipiccolo diametro. La contrazione delle fibre intrafusali non fornisce alcun contributo allo sviluppo della forza contrattile. Gli organi tendinei del Golgi sono estremamente sensibili agli aumenti di tensione dovuti alla contrazione muscolare mentre sono relativamente insensibili allo stiramento passivo. MUSCOLI LISCI: sono una componente fondamentale di molti organi e strutture viscerali (vasi sanguigni, pareti intestinali, organi cavi), attraverso la contrazione e/o rilasciamento muscolare, controllano la lunghezza, il volume e il diametro. La lenta attività ATPasica della miosina del muscolo liscio genera una velocità di contrazione molto bassa e un dispendio energetico molto più basso rispetto a quello che si verifica nel muscolo scheletrico. I filamenti contrattili non sono ordinatamente organizzati, ma disposti in modo irregolare e per questo non sono evidenti le tipiche striature del muscolo scheletrico. Inoltre, non sono organizzati in sarcomeri. I muscoli lisci sono collegati tra loro e con le cellule endoteliali con cui interagiscono mediante specifiche strutture di contiguità denominate gap junctions. Sono muscoli involontari la cui attività può generarsi spontaneamente, grazie all'attività delle cosiddette cellule pacemaker ed è inoltre sotto il controllo del sistema nervoso autonomo e di ormoni, neurotrasmettitori e agenti paracrini. MUSCOLO CARDIACO: combina fra loro le proprietà del muscolo scheletrico e di quello liscio. Ha un aspetto regolare dovuto alla distribuzione dei sarcomeri e contengono un singolo nucleo e sono unite tra di loro mediante le gap junctions. RIFLESSI MOTORI Il movimento è il principale meccanismo che consente agli organismi vivienti di interagire con l'ambiente. Il movimento è tanto importante che intere porzioni del sistema nervoso, raccolte sotto il nome di sistema motorio, sono deputate al controllo dei movimenti del corpo attraverso il controllo della muscolatura. L'organizzazione dei movimenti deve tenere conto di molteplici fattori quali la forza di gravità, il mantenimento dell'equilibrio, l'interazione con l'ambiente ecc... Per la sua complessità il controllo del movimento richiede l'azione coordinata di numerose strutture nervose tra cui la corteccia cerebrale, il cervelletto, i gangli della base, il talamo, il tronco dell'encefalo e il midollo spinale. Le strutture nervose del sistema motorio sono organizzate secondo un criterio gerarchico di elaborazione delle informazioni in cui quelle «superiori» sono deputate al controllo motorio volontario e le strutture di livello gerarchico più «basso» cruciali per garantire la fluidità e la naturalezza dei movimenti mediante continui processi di correzione e previsione dei movimenti e degli eventuali errori realizzati tramite circuiti a feedback. Uno stimolo sensoriale produrrebbe un processo di elaborazione nervosa a seguito del quale l'organismo produce una risposta motoria. I movimenti "riflessi" sono definiti come risposte involontarie, semplici e stereotipate evocate dall'attivazione di recettori sensoriali. I movimenti riflessi sono generati quando uno stimolo giunge, mediante fibre afferenti sensitive provenienti da un recettore sensoriale, ad un centro di integrazione, situato nel midollo spinale o nel tronco dell'encefalo, dove produce, l'attivazione dei motoneuroni responsabili della risposta motoria. Il riflesso è una risposta a stimolazioni esterne o interne diretta a modificare lo stato di contrazione muscolare, che avviene in modo automatico e stereotipato. Un riflesso incondizionato è congenito Il controllo motorio è solo in parte volontario, infatti gli atti motori volontari si manifestano sempre di concerto ad azioni riflesse e meccanismi inconsci che ne garantiscono il corretto svolgimento. I riflessi spinali e troncoencefalici sono presenti in pressoché tutte le attività motorie. Alterazioni delle vie afferenti che trasportano le informazioni sensoriali alla base dei circuiti riflessi causano gravi problemi nell'esecuzione dei movimenti, anche se il sistema motorio volontario è di per sé intatto. I principali riflessi spinali presenti durante qualsiasi tipo di movimento sono evocati da recettori sensoriali sensibili allo stiramento o alla contrazione muscolare: i fusi neuromuscolari e dagli organi tendinei del Golgi. I riflessi possono essere generati da informazioni visive, vestibolari e somatosensoriali. - Un riflesso è definito monosinaptico se esiste un’unica sinapsi tra il neurone sensitivo che rileva lo stimolo sensoriale periferico e il motoneurone responsabile della risposta motoria. - Quando tra il neurone sensitivo e il neurone motorio sono interposte più interneuroni, il riflesso è definito polisinaptico. Riflesso da stiramento è generalmente polisinaptico: le fibre sensitive dei fusi neuromuscolari possono raggiungere non solo i motoneuroni ma anche svariati interneuroni inibitori che, a loro volta, riducono l'attività dei motoneuroni che innervano i muscoli antagonisti di quello omonimo -> innervazione reciproca. (Esempio: riflesso patellare). Il riflesso da stiramento fasico è generato da un brusco allungamento del muscolo. Il riflesso da stiramento tonico è generato da posture che determinano uno stiramento muscolare continuativo nel tempo. Riflesso miotatico inverso è opposto rispetto al riflesso da stiramento, produce infatti una riduzione della contrazione muscolare in risposta all'attivazione di recettori, gli organi tendinei del Golgi, che segnalano un'eccessiva tensione muscolare. Attiva interneuroni che inibiscono i motoneuroni dei muscoli agonisti responsabili della contrazione stessa, prevenendo il possibile danno muscolare derivante dalla tensione eccessiva. Riflesso flessorio è mediato da circuiti attivati da stimoli di tipo nocicettivo. È caratterizzato dall’attivazione dei muscoli flessori omolaterali, inibizione dei muscoli estensori omolaterali e nel caso degli arti inferiori generalmente dall'attivazione dei muscoli estensori controlaterali (garantisce un aumento del sostegno posturale durante l'allontanamento dell'arto sollecitato da uno stimolo dolorifico). Le risposte riflesse sono spesso complesse in funzione del compito che stiamo svolgendo e della nostra postura. - La perturbazione di un braccio determina la comparsa di una risposta eccitatoria a livello del muscolo estensore dell'arto controlaterale quando questo impedisce lo spostamento oppure genera una risposta dello stesso muscolo quando la mano controlaterale tiene un oggetto. - Influenza della postura sull'attività riflessa. A seguito dell'applicazione di uno stimolo irritante sull'arto anteriore il movimento dell'arto posteriore per eliminare lo stimolo dipende dalla posizione dell'arto anteriore. Vertebrati e invertebrati possiedono dei microcircuiti neurali preformati, spesso già presenti alla nascita, che contengono tutte le informazioni necessarie per coordinare specifici schemi motori, senza l'intervento dei centri corticali superiori. Sono localizzati nel tronco dell'encefalo e nel midollo spinale. CPG spinali controllano principalmente riflessi protettivi e la locomozione. CPG troncoencefalici controllano comportamenti quali la masticazione, la deglutizione, la respirazione e i movimenti oculari rapidi. Riflesso della marcia automatica (riflesso neonatale complesso), già presente anche in utero, e consiste nella tendenza del neonato, se sostenuto in posizione antigravitaria, a compiere una sorta di camminata innescata dal contatto della pianta del piede con una superficie piana. Il riflesso di Moro (riflessi neonatali), normalmente presente in tutti i neonati fino a 6 mesi di età come risposta a un'improvvisa perdita di sostegno. Serve per la valutazione dell'integrazione del sistema nervoso centrale. SISTEMA ENDOCRINO E ORMONI Gli ormoni sono messaggeri chimici secreti nel sangue da tessuti specializzati, le ghiandole e cellule endocrine, e trasportate in altre parti del corpo dove agiscono su tessuti bersaglio in modo da produrre effetti fisiologici specifici. Il primo esperimento di endocrinologia: Berthold castrò giovani galli e osservò che gli animali mostravano un declino del comportamento sessuale e dei caratteri sessuali secondari quali la cresta. Inoltre, osservò anche che il reimpianto di un testicolo faceva recuperare sia il comportamento normale dei galli sia le loro creste. Essi riprendevano a cantare e mostravano comportamenti sessuali usuali, poiché attraverso il reimpianto del testicolo non venivano ristabilite le connessioni nervose. Berthold concluse che il testicolo rilascia nel sangue una sostanza chimica capace di influenzare sia il comportamento che le strutture corporee. La comunicazione endocrina si verifica quando la molecola di segnalazione, spesso trasportata dal sangue, agisce su un ormone. È un tipo di segnalazione relativamente lenta, la cui velocità dipende dal flusso sanguigno o da quella del fluido in cui è contenuta la molecola. Uno stesso ormone spesso ha effetti multipli (ormone A e C) su molti gruppi di cellule bersaglio diverse. Uno stesso processo può essere influenzato da ormoni diversi. I segnali ormonali sono lenti, misurati in secondi e minuti, giungono per diffusione in svariati distretti corporei, sono analogici cioè graduati di intensità. I sistemi indovini sono coinvolti nei processi autonomici. Comunicazione neuroendocrina: comunicazione chimica tra cervello e ghiandole endocrine. Gli ormoni agiscono di frequente in modo graduale attivando risposte fisiologiche e comportamentali anche ore o giorni dopo che sono entrati nel flusso sanguigno. Gli ormoni generalmente non determinano il verificarsi di un dato comportamento ma ne aumentano la probabilità o l'intensità. Il rilascio di ormoni è determinato da stimoli ambientali. Gli ormoni sono prodotti ad intermittenza ovvero emessi in circolo con picchi di secrezione. I livelli ormonali variano ritmicamente nel corso della giornata secondo cicli dettati dai cosiddetti orologi circadiani. Gli ormoni si influenzano gli uni con gli altri. Gli ormoni possono influenzare solo quelle cellule che possiedono una proteina recettrice per quell'ormone (il legame tra ormone e proteina avviene tramite processo chiave-serratura, l’ormone funge da chiave e la proteina da serratura). - Ormoni proteici: sono composti da una sequenza di amminoacidi. - Ormoni aminoacidici: costituiti dalla modificazione di un singolo amminoacido. Sono idrosolubili, non possono attraversare la membrana plasmatica e interagiscono con specifici recettori sulla superficie esterna della membrana delle cellule bersaglio. Producono i loro effetti grazie all'azione di un "secondo messaggero" intracellulare, quale ad esempio l'AMP ciclico (AMPc) derivato dall'ATP. Azione rapida perché agiscono modificando l'attività di enzimi già presenti nelle cellule. - Ormoni steroidei: sono dei derivati del colesterolo con il quale condividono la struttura a quattro anelli carboniosi condensati. Sono lipofili, agiscono principalmente sul metabolismo energetico, sulla crescita e la riproduzione. Sono trasportati da particolari proteine che prendono il nome di carrier: le SBP. Gli steroidi agendo direttamente sui processi di trascrizione genica e dunque sulla produzione di proteine hanno un effetto lento e duraturo nel tempo. I sistemi ormonali sono in grado di controllare e valutare gli effetti dell'ormone attraverso un sistema a feedback (retroazione) negativo. Ipotalamo - ipofisi Comprende numerosi nuclei che attivano, controllano e integrano i meccanismi autonomici periferici, l'attività endocrina e molte funzioni quali la termoregolazione, il sonno, il bilancio idro- salino e l’assunzione del cibo. L'ipotalamo controlla molte attività necessarie per il mantenimento dell’omeostasi, molte delle sue funzioni sono mediate dall'ipofisi. La superficie inferiore dell'ipotalamo si espande verso il basso formando il tuber cinereum, dal cui centro sporge l’infundibolo, riccamente vascolarizzato, che a sua volta si prolunga nell'ipofisi. Il rapporto tra ipotalamo e ipofisi è detto asse ipotalamo-ipofisario e collega il sistema nervoso al sistema endocrino. IPOFISI POSTERIORE: contiene due ormoni principali: - L’ossitocina (produce anche il riflesso di emissione del latte e durante il parto viene secreta, grazie alle terminazioni dell’ossitocina presenti nel canale uterino, per stimolare l’uscita del bambino ) - L’ormone antidiuretico (ADH) chiamato anche vasopressina perché dotato di proprietà vasocostrittrici (ha il compito di percepire quando il nostro corpo è in carenza di liquidi → diuresi). La secrezione è regolata da stimoli osmotici e volemici Le variazioni dell'osmolarità dei liquidi corporei è rilevata da strutture cellulari dell'ipotalamo chiamate osmocettori. La variazione del volume dei liquidi corporei è rilevata da strutture cellulari dell'atrio cardiaco chiamate barocettori. Vengono sintetizzati dai neuroni dei nuclei ipotalamici sopraottico e sopraventricolare e vengono trasportati alle loro terminazioni assoniche, dove vengono rilasciati nei capillari dell'ipofisi posteriore non appena arriva il potenziale d'azione, entrando in circolo rapidamente. IPOFISI ANTERIORE: gli ormoni rilascianti corrono lungo le vene fino all'ipofisi anteriore, dove influenzano, stimolando o inibendo, le cellule che producono gli ormoni tropici, i quali circolano nel sistema sanguigno e regolano le ghiandole endocrine in tutto il corpo. Somatotropina: ormone somatotropo, ormone della crescita GH (growth hormone), è un ormone peptidico secreto dall’adenoipofisi. La sua principale funzione è di stimolare lo sviluppo dell'organismo umano e di molti vertebrati, promuovendo l’accrescimento e la divisione mitotica delle cellule di quasi tutti i tessuti corporei soprattutto tramite la stimolazione del fegato alla produzione di polipeptidi detti fattori di crescita insulino-simili. Prodotta dalle cellule somatotrope dell'ipofisi anteriore sotto controllo della somatocrinina (stimolante) e della somatostatina (inibente). GH influenza il metabolismo proteico, lipidico e glucidico: Stimola ingresso di aminoacidi e sintesi proteica nel fegato e muscolo e nelle zone di accrescimento osteo-cartilagineo - Stimola la lipolisi per metabolismo energetico, per risparmiare proteine - Stimola la formazione di massa magra - Stimola l'accumulo di glicogeno In assenza di GH la velocità di accrescimento diventa circa la metà Fattori che favoriscono il rilascio di somatotropina: 1) Sonno profondo 2) Esercizio fisico 3) Ipoglicemia 4) Steroidi sessuali Una eccessiva produzione di GH è quasi sempre dovuta alla presenza di Adenomi ipofisari GH- secernenti. Quando ciò si verifica nell’adulto il quadro clinico che ne deriva è l’acromegalia (aumento dello spessore dei tessuti corporei che porta a una disfunzione degli organi→ es. il cranio si ispessisce); nei giovani, invece, il gigantismo (sviluppo eccessivo dei tessuti corporei e questo può essere causato da tumori sia benigni che maligni all’ipofisi che causano una sovrapproduzione dell’ormone della crescita). Fattori che inibiscono il rilascio di somatotropina: 1) Iperglicemia 2) Dieta ricca di grassi 3) Glucocorticoidi (stress) 4) Diidrotestosterone Deficit di secrezione del GH in età giovanile provocano il nanismo (si verifica spesso in bambini vittime di forte stress → es. nati in un paese in guerra). Ormoni tiroidei: la tiroide è una ghiandola a forma di farfalla sotto la laringe. È composta da follicoli tiroidei. Le cellule follicolari producono, grazie allo iodio che introduciamo tramite la dieta, due ormoni tiroidei: la tiroxina (T4) e la triiodotironina(T3). La ghiandola tiroidea ha la caratteristica capacità di immagazzinare grandi quantitativi di ormoni, sufficienti per 100 giorni, che possono rilasciare lentamente. Gli ormoni tiroidei regolano: - L’aumento del consumo di ossigeno e il tasso metabolico basale - Il metabolismo cellulare - La crescita e lo sviluppo tissutale Tessuto adiposo: stimolano gli enzimi lipolitici, disaccoppiano la fosforilazione ossidativa, stimolano la termogenesi. Fegato: stimolano la glicogenolisi e la gluconeogenesi aumento della glicemia: supporto metabolico ai tessuti che ossidano attivamente substrati energetici per supplire alla necessità di alimentare la catena respiratoria. Sistema respiratorio: aumentano la frequenza respiratoria - compensano il consumo di O2 dei tessuti Sistema cardiovascolare: aumentano la frequenza e la forza di contrazione (gittata) e aumentano l’irrorazione dei tessuti - compensano il consumo di 02. Ipofisi: stimolano GH e inibiscono TSH. Osso: attivano gli osteoblasti e gli osteoclasti mediando la crescita e il differenziamento allungamento osseo/marcato rimodellamento. Cervello: stimolano la crescita e lo sviluppo assonale. IPERTIROIDISMO: iperfunzionalità dovuta ad eccessiva produzione di ormoni T3 e T4. Sintomi: intolleranza al caldo, aumentata sudorazione, dimagrimento più o meno marcato, diarrea di vario grado, debolezza muscolare, tremore delle mani, estrema affaticabilità, nervosismo, insonnia, turbe psichiche. IPOTIROIDISMO: ipofunzionalità dovuta ad un’insufficiente produzione di T3 e T4. Sintomi: estrema sonnolenza (14 -16 ore/die), estremo torpore muscolare e mentale, bradicardia, riduzione della volemia, stipsi, lenta crescita dei capelli, desquamazione della cute, aspetto edematoso diffuso, ritardo mentale fetale. In questo caso, ovvero la mancanza di ormoni tiroidei, l’ipofisi rilascia ormoni TSH per compensarne l’assenza. Ghiandole surrenali: si trovano sul polo superiore di ciascun rene. Ciascuna è composta da due parti: - Corticale surrenale: più esterna, rappresenta l’80% della ghiandola, secerne glucocorticoidi e mineralcorticoidi sotto il controllo dell'ormone adrenocorticotropo; - Midollare surrenale: più interna, rappresenta il 20% della ghiandola, secerne noradrenalina e adrenalina sotto controllo del sistema nervoso simpatico. Lo stress è una reazione fisiologica adattiva, che può tuttavia assumere un significato patogenetico quando è prodotta in modo troppo intenso, rimane attiva per lunghi periodi di tempo o quando è ostacolata nel suo normale svolgimento. In generale si distingue tra eustress e distress ovvero rispettivamente stress “buono” e stress “cattivo”. Il cortisolo, secreto in maniera pulsatile sotto stimolazione di ACTH, ha un andamento circadiano con picco alle 6 del mattino ed è al minimo nelle ore serali. L'attività fisica, così come lo stress attivano una serie di risposte che portano all'aumento del cortisolo, perché è in grado di ridurre i processi infiammatori associati a sforzi muscolari. - Maggior sensibilità alle catecolamine. - Aumenta la percezione degli stimoli (acuità tattile, uditiva...). - Regolazione del metabolismo dei glucidi, azione catabolica mediata attraverso amplificazione di effetti di altri ormoni (glucagone, adrenalina, GH). - Iniziale aumento della risposta immunitaria e successiva inibizione - Aumento dell’appetito e stimolazione della secrezione acida gastrica Ormoni gonadotropi: le gonadi sono gli organi che producono gli ormoni sessuali e i gameti: spermatozoi nei maschi e ovociti nelle femmine. - Le gonadi femminili, le ovaie, producono estrogeni e progesterone. - Le gonadi maschili, i testicoli, producono il testosterone e sono responsabili della spermatogenesi. La produzione degli ormoni sessuali è regolata dall’ormone luteinizzante LH a dall'ormone follicolo stimolante FSH dell'adeinoipofisi a loro volta controllati dall'ormone rilasciante le gonadotropine ipotalamico(GnRH). - Nella femmina: gli ormoni gonadotropi sono stimolati dalla GnRH ipotalamica in maniera ciclica, agiscono su ovaio per la maturazione del follicolo ovarico e per la regolazione della produzione di estrogeni e progesterone (viene rilasciato soprattutto durante la pubertà, aumenta dopo l’ovulazione per diminuire la mucosa uterina). - Nel maschio: le gonadotropine agiscono sui testicoli (cellule Sartori e cellule di Leydig) dove promuovono la spermatogenesi e la produzione di testosterone. Prolattina: regolazione della secrezione, prepara la ghiandola mammaria durante la gestazione insieme a estrogeni, progesterone, lattogeno placentare, esplica l'azione lattogena dopo il parto in quanto il riflesso della suzione mantiene elevata la secrezione di prolattina. Insulina e glucagone: Sono i principali ormoni pancrratici e hanno effetto opposto sui principali processi del metabolismo. Il pancreas è un organo allungato situato nell'ansa del duodeno. Le «isole pancreatiche» si trovano soprattutto nella coda e sono ampiamente irrorate e sono sotto il controllo di fibre nervose simpatiche e parasimpatiche: Cellule α: secernono glucagone Cellule β: secernono insulina Cellule δ e φ: secernono somatostatina e polipeptide pancreatico Melatonina: contribuisce alla regolazione dell'orologio biologico. La ghiandola pineale, detta anche epifisi, è una piccola struttura endocrina posta nella parte posteriore del tetto del terzo ventricolo del cervello sulla linea mediana. È innervata dal sistema nervoso ortosimpatico, in particolare dal ganglio cervicale superiore. SISTEMA CARDIOCIRCOLATORIO Garantisce un’ottimale rifornimento di ossigeno (02) e nutrienti a tutti i tessuti Regola l’attività di svariati tessuti e organi trasportando ormoni e altri mediatori biologici Rimuove anidride carbonica (CO2) e altri cataboliti che devono essere eliminati Mantiene l’omeostasi corporea mediante la regolazione di molteplici parametri fisiologici tra cui l'equilibrio acido/ base e idrosalino e la temperatura corporea. Costituito da tre elementi: - Il sangue, un tessuto connettivo specializzato costituito da matrice extracellulare (detta plasma) liquida e da una componente corpuscolata rappresentata da vari tipi di cellule e derivati cellulari. La componente corpuscolata, costituita da vari tipi di cellule e derivati cellulari (globuli rossi, globuli bianchi e piastrine) è sospesa nel plasma che è la matrice extracellulare, liquida. - Il cuore, organo muscolare cavo con funzione di pompa distributiva per il sangue. - I vasi sanguigni, condotti organizzati in due circuiti chiusi separati (detti circolazione sistemica o grande circolo e circolazione polmonare o piccolo circolo), originanti entrambi dal cuore e terminanti entrambi nel cuore e in cui scorre il sangue pompato dal cuore. SANGUE: rappresenta circa il 7-8% del peso totale dell'individuo. (Un soggetto maschio adulto di 70 kg di peso corporeo ha quindi circa 5 L di sangue, mentre una femmina adulta di 50 kg ne ha circa 4 L). In condizioni fisiologiche, il pH del sangue è mantenuto entro limiti di variabilità molto ristretti, compresi tra 7,35 e 7,40; da un punto di vista chimico è quindi un liquido debolmente alcalino. Funzione di trasporto: - Dei gas respiratori - Dei nutrienti, assorbiti a livello intestinale - Dei prodotti del catabolismo cellulare e di farmaci - degli ormoni, sostanze biologicamente attive Funzione omeostatica: - Del pH corporeo - Dell'osmolalità dei liquidi interstiziali a livello dei singoli organi e tessuti, nonché dell'equilibrio idroelettrolitico dell'organismo - Della temperatura corporea (termoregolazione). Funzione di difesa: - Da agenti patogeni (virus, batteri, funghi) e sostanze estranee - Da lesioni tessutali (traumi e ferite) Ematocrito: il rapporto percentuale tra il volume occupato dalla componente corpuscolata e il volume totale del sangue. 40 e il 50% nel maschio e tra il 36 e il 46% nella femmina. Policitemia per valori di ematocrito superiori a tale range e di oligocitemia per valori inferiori. Il plasma è un liquido di colore giallo pallido (dovuto essenzialmente alla bilirubina in esso presente), leggermente opalescente, con peso specifico di 1,030-1,033 g/cm3; costituito per circa il 92% da acqua e per l'8% da gas e soluti in esso disciolti. I soluti presenti nel plasma sono: Proteine per il 7%, le cui principali sono l'albumina, le globuline, il fibrinogeno e i fattori della coagulazione; Restante 1% costituito da elettroliti, nutrienti (glucidi, lipidi, aminoacidi e vitamine) e prodotti di scarto del catabolismo cellulare (urea, acido urico, creatinina, bilirubina). Coagulazione: un processo in cui la componente corpuscolata e liquida del plasma si separano formando il cosiddetto coagulo, se fisiologica è detta emostasi e permette la riparazione delle ferite. Il siero è il liquido che residua dopo la coagulazione del sangue. Alterazioni della concentrazione di alcune sostanze contenute nel plasma sono associate a situazioni patologiche, ad esempio modificazioni della glicemia possono essere provocate da patologie quali il diabete mellito (in cui si ha iperglicemia, causata da una difficoltà dell’organismo nel depositare il glucosio) o l’insulinoma (forma neoplastica delle cellule producenti insulina, in cui si ha ipoglicemia a causa dell'eccesso di insulina). La concentrazione di alcuni enzimi del plasma aumenta tipicamente in conseguenza di specifici stati patologici di tali tessuti od organi. Ad esempio, la concentrazione degli enzimi aspartato aminotransferasi (AST) e alanina aminotransferasi (ALT) aumenta in caso di danno epatico. Globulo rosso (eritrocito o emazia), è l’elemento corpuscolato di gran lunga più abbondante (circa il 99%) nel sangue umano. La sua funzione fondamentale è il trasporto dell’O2 ai tessuti periferici e della CO2 da questi agli alveoli polmonari. Tale trasporto avviene mediante l’emoglobina, una proteina che contiene un atomo di ferro che lega l’ossigeno (ogni molecola di emoglobina può legare al massimo 4 molecole di ossigeno). Il rilascio di ossigeno è facilitato dalla presenza di fattori che diminuiscono l’affinità tra emoglobina e ossigeno, e quando viene rilasciato il suo gradiente di concentrazione diminuisce. I globuli rossi contengono, inoltre, l'enzima anidrasi carbonica che, in presenza di CO2 e acqua (H2O) catalizza la produzione di acido carbonico (H2CO3) trasportato nel plasma forma di HCO3-. Reticolociti: eritrociti giovani (1 - 2 giorni di soggiorno nel sangue periferico), contenenti residui di RNA citoplasmatico che è possibile evidenziare con specifici coloranti come il blu brillante di cresile o il blu di metilene. In condizioni fisiologiche, i reticolociti oscillano fra lo 0,5 e il 2% del totale degli eritrociti. La conta reticolocitaria ha grande significato clinico in quanto è indicativa di un tumover eritrocitario normale o alterarlo. I leucociti (globuli rossi) svolgono un ruolo chiave nelle reazioni di difesa iommunitaria (dell’immunità innata e adattiva) del soggetto (infezione batterica o virale). I leucociti difendono l'organismo dalle aggressioni di agenti patogeni e loro tossine ed eliminano dall'organismo sia sostanze estranee sia materiale particolato di natura esogena o endogena (detriti cellulari). Sono trasportati passivamente nel torrente circolatorio, sono in grado di sviluppare una locomozione attiva utilizzando alcune proteine del citoscheletro, sono estremamente deformabili, Queste proprietà ne permettono la fuoriuscita dai vasi sanguigni tramite un processo chiamato extravasazione leucocitaria. La fuoriuscita dei leucociti dai vasi si verifica nelle sedi dell'organismo dove è richiesta la loro azione ed è mediata da un insieme di stimoli di natura chimica (citochine e chemochine). Immunità innata: presente alla nascita e non deve essere acquisita mediante l'esposizione agli agenti patogeni. I suoi componenti trattano tutti gli agenti patogeni allo stesso modo mediante il riconoscimento di un numero limitato di sostanze di identificazione (antigeni) in essi presenti. Non ha memoria del contatto con l'agente patogeno, non ricorda antigeni estranei specifici e non fornisce risposte rapide ed immediate in seguito all'infezione di uno stesso agente infettivo. I globuli bianchi coinvolti nell'immunità innata sono: Monociti (che diventano macrofagi) Neutrofili Eosinofili Basofili Cellule natural killer Altri elementi sono: mastociti, sistema del completamento, citochine. Contribuiscono all’immunità rilasciando sostanze ad attività proinfiammatoria che attraggono in corrispondenza del sito di infezione i leucociti. La funzione immunitaria si attua in gran parte grazie alla motilità ameboide e alla capacità fagocitaria dei granulociti neutrofili e dei monociti; questi, infatti, sono in grado di lasciare il circolo ematico passando attraverso le giunzioni delle cellule endoteliali (processo detto diapedési) e di migrare nei tessuti dove è richiesto il loro intervento. Lasciato il circolo, i monociti si differenziano in macrofagi, caratterizzati da alta capacità fagocitaria e coinvolti nella processazione del materiale antigenico necessaria per l'attivazione dei linfociti. I linfociti sono le cellule responsabili responsabili dell'immunità adattativa, è una risposta immunitaria caratterizzata dal suo adattamento a ciascuna infezione ed è più efficace e più specifica dell’immunità innata Si divide a sua volta in immunità morale e in immunità cellulo-mediata: - Linfociti B sono responsabili della risposta immunitaria umorale tramite la produzione di anticorpi specifici (maturazione) e la loro secrezione (allo stadio di plasmacellula) all'interno del sangue e/o delle mucose. - Linfociti T sono i principali responsabili dell’immunità adattativa cellulo-mediata. Possono mostrare attività citotossica oppure a seguito dell'interazione con le molecole del complesso maggiore di istocompatibilità di classe Il produrre interleuchine che attirano e attivano i linfociti B. Granulociti eosinofili sono particolarmente importanti nella risposta immunitaria in presenza di parassiti ed elminti, parassitosi, in quanto contengono sostanze citotossiche per questi agenti patogeni, sono inoltre i principali responsabili delle reazioni allergiche. La condizione in cui aumentano di numero è denominata eosinofilia. I granulociti basofili liberano istamina, che favorisce i processi infiammatori, ed eparina, che impedisce la formazione di coaguli. Possono provocare reazioni anafilattiche (incluso lo shock), in quanto determinano la massiccia liberazione nel sangue del contenuto dei loro granuli, fra i quali oltre a istamina ed eparina anche una miscela di leucotrieni nota come (SRS-A). Un aumento della conta leucocitaria oltre il range di normalità prende il nome di leucocitosi, mentre leucopenia è detta una conta inferiore al range di normalità. Le piastrine, o trombociti, sono dei corpuscoli privi di nucleo prodotti a livello del midollo osseo e derivati dalla frammentazione di precursori midollari chiamati megacariociti (producono alcune migliaia di piastrine). Le piastrine sono presenti nel sangue circolante in un numero che va da 150.000 a 400.000 per mm3 di sangue ed hanno una vita media di 5-9 giorni. Svolgono un ruolo chiave nel processo dell'emostasi, processo che arresta la perdita di sangue a seguito di una lesione dei vasi, sono infatti fondamentali sia per il processo di coagulazione del sangue sia per la fibrinolisi. Sono inoltre in grado di interagire funzionalmente con le cellule endoteliali delle pareti vascolari e con i leucociti. Emopoiesi: è quel complesso meccanismo di progressivo differenziamento attraverso il quale da un singolo tipo di cellula staminale multipotente si sviluppano le varie filiere emopoietiche e il cui risultato finale è la produzione di tutti gli elementi corpuscolati del sangue circolante. Durante lo sviluppo embrionale, vari organi sono sede di emopoiesi: fegato, milza, linfonodi (si ingrossano quando c’è un’infezione, ma se si ingrossano eccessivamente allora potrebbe presentarsi un paziente con patologie che richiedono analisi più dettagliate), timo e midollo osseo. Dopo la nascita, in condizioni fisiologiche, l’emopoiesi avviene esclusivamente nel midollo di tutte le ossa scheletriche. (chiede all’esame) Emostasi: l’arresto del sanguinamento provocato da una ferita è reso possibile dall'attivazione di una serie di meccanismi integrati. Rappresenta la prima tappa nel processo di riparazione delle ferite. I vasi, le piastrine, la coagulazione del sangue non operano isolatamente, bensì nel contesto di una serie di influenze reciproche. La lesione determina vasocostrizione che favorisce l’attivazione delle piastrine e la formazione della fibrina. L’arresto dell’emorragia è dovuto al formarsi di un aggregato piastrinico che, come un tappo, chiude la breccia vascolare. Il tappo piastrinico è rinforzato dalla formazione della fibrina con la comparsa del coagulo fibrinico. Fase vascolare (riduce il rapporto di sangue laddove c’è una ferita): Immediatamente dopo una ferita si riproduce la contrazione della muscolatura liscia vasale nella sede della lesione. La costrizione vasale determina un’immediata riduzione del flusso ematico e della pressione all’interno del vaso leso con conseguente riduzione dell’entità dell’emorragia. Risposta diretta delle cellule muscolari lisce vasali al trauma meccanico subito attivazione riflessa dell'innervazione simpatica vasale (riflesso vasomotore per stimolazione dei nervi vasorum); Liberazione, da parte dell'endotelio leso, di sostanze vasocostrittrici ad azione paracrina, l'endotelina 1. Fase piastrinica: In seguito alla lesione della parete vasale, le piastrine circolanti sono in grado di venire in contatto con componenti sottoendoteliali, in particolare collagene, proteoglicani, fibronectina e altre glicoproteine. Questo comporta l'adesione piastrinica nel sito di lesione. Il processo di adesione dipende dalla presenza sulle piastrine di specifiche molecole di adesione, soprattutto integrine. L'adesione piastrinica è grandemente favorita dall'azione di un fattore solubile prodotto dall'endotelio (fattore di von Willebrand) che, interagendo simultaneamente con il collagene sottoendoteliale e le piastrine, lega le une all'altro come una specie di collante. Feedback positivo che porta all'attivazione di altre piastrine e stimola la produzione di grandi quantitativi di trombossano A2 a partire dai fosfolipidi della membrana piastrinica. Le piastrine così attivate esprimono sulla loro superficie recettori di membrana per il fibrinogeno plasmatico, che favorisce l’aggregazione delle piastrine con formazione del tappo piastrinico che occlude la rottura vasale. Fase coagulativa: La coagulazione del sangue consiste nella sua trasformazione in un coagulo (rende il “tappo” ancora più stabile), in cui la reazione cruciale è la conversione del fibrinogeno, proteina plasmatica solubile, in fibrina insolubile. Tale reazione è il risultato fi

Fisiologia PDF - Appunti di Biologia

Document Details

Tags

Related

Summary

Full Transcript