Concetti Fondamentali: Massa, Concentrazione e Mole (PDF)

CONCETTI FONDAMENTALI: MASSA, CONCENTRAZIONE E MOLE Questa lezione riprende concetti chiave come massa, concentrazione e mole, elementi essenziali per comprendere le dinamiche osmotiche e i fluidi corporei. Massa e Unità di Misura Unità di Massa Atomica (uma): Definita inizialmente da Dalton...

CONCETTI FONDAMENTALI: MASSA, CONCENTRAZIONE E MOLE Questa lezione riprende concetti chiave come massa, concentrazione e mole, elementi essenziali per comprendere le dinamiche osmotiche e i fluidi corporei. Massa e Unità di Misura Unità di Massa Atomica (uma): Definita inizialmente da Dalton come la massa di un atomo di idrogeno, è stata poi ridefinita come 1/12 della massa di un atomo di carbonio-12. Mole: Una quantità di sostanza che contiene un numero di Avogadro (6.023 x 10^23) di particelle (atomi, molecole, ioni). Una mole di una sostanza ha una massa in grammi numericamente uguale al suo peso molecolare. Ad esempio, una mole di idrogeno pesa 1 grammo (2 grammi se consideriamo H2). Analogie tra Soluti in Soluzione e Gas Perfetti Un concetto fondamentale è che soluti in soluzione e gas perfetti condividono un modello comportamentale simile. Entrambi esercitano una pressione dovuta agli urti delle particelle: Pressione in un Gas: Le particelle di gas si scontrano tra loro e con le pareti del contenitore. Pressione Osmotica: In una soluzione, le particelle di soluto "sgomitano" e generano pressione osmotica. Questa pressione, concettualmente, è simile a quella generata da un gas. La pressione  osmotica è direttamente correlata alla concentrazione del soluto. Dissociazione in Soluzione Alcuni soluti si dissociano in acqua, aumentando il numero di particelle attive: Composti Ionici: Si dissociano completamente in ioni (es., NaCl in Na+ e Cl-). Ogni molecola di NaCl produce due ioni. Composti Covalenti: Non si dissociano (es., glucosio). Composti Polari: Si dissociano in parte. Osmolarità e Pressione Osmotica Osmolarità: È una misura della concentrazione totale di particelle (osmol), siano esse molecole o ioni, in una soluzione. Si misura in osmoli per litro (Osm/L) o milliosmoli per litro (mOsm/L). Pressione Osmotica: È la pressione generata dalle particelle di soluto che attraggono acqua attraverso una membrana semipermeabile. Differenza tra Osmolarità e Osmolalità: Osmolarità: numero di osmoli per litro di soluzione Osmolalità: numero di osmoli per chilo di solvente Per semplificare l'analisi, le consideriamo simili, perché la differenza di risultato in condizioni fisiologiche è minima. Osmolarità del Corpo Umano La concentrazione dell'acqua pura è 55.56 M (molare). I 150mM/L di NaCl contribuiscono ai circa 300 Osm/L che costituiscono l'osmolarità corporea. Osmosi: Diffusione dell'Acqua L'osmosi è la diffusione dell'acqua attraverso una membrana semipermeabile da una regione a bassa concentrazione di soluto a una regione ad alta concentrazione di soluto, in direzione del gradiente di concentrazione del solvente (acqua). Soluto come "Gas": Il soluto può essere concettualmente pensato come un gas che cerca di espandersi. La presenza della membrana semipermeabile impedisce l'espansione del soluto, ma permette all'acqua di muoversi per bilanciare le concentrazioni. Pressione Osmotica e Differenze di Concentrazione: L'acqua si muove fino a quando le concentrazioni non sono identiche. In realtà la differenza di concentrazione è bilanciata dalla pressione osmotica. La differenza di pressione dovuta alla colonna di liquido è trascurabile, a meno che non si considerino altezze elevate (es. una colonna alta 10 m crea una differenza di 1 atmosfera). Se una soluzione avesse una concentrazione di 1 mole/L, eserciterebbe una pressione di circa 25 atm, pari a 19 mmHg per 1 mmol/L. Questo è un valore considerevole, considerando che la pressione del circolo polmonare è simile. Tonicità La tonicità è un concetto chiave e si riferisce alla capacità di una soluzione di influenzare il volume delle cellule: La tonicità è determinata dai soluti non permeabili alla membrana cellulare, come il sodio e il cloro, che vengono mantenuti al di fuori della cellula dalla pompa sodio-potassio. Soluzioni Ipertoniche: disidratano la cellula. Soluzioni Ipotoniche: fanno scoppiare la cellula. Compartimenti di Acqua Corporea L'acqua corporea è circa il 60% del peso corporeo totale (circa 45 litri), ed è suddivisa in: Liquido Intracellulare (LIC): All'interno delle cellule. Liquido Extracellulare (LEC): All'esterno delle cellule, a sua volta diviso in: Plasma (1/4 del LEC): Parte liquida del sangue. Fluido Interstiziale (3/4 del LEC): Liquido che circonda le cellule nei tessuti. Variazioni di Volume con l'Età: Nei neonati prevale il volume di LEC, ma con la crescita la massa solida diventa predominante. Il Compartimento Extracellulare come Buffer Il compartimento extracellulare funge da buffer per il compartimento intracellulare. Ad esempio, il sale che introduciamo con la dieta entra prima nel compartimento extracellulare e poi in quello intracellulare. Bilancio Idrico Giornaliero Ogni giorno scambiamo circa 2.5 litri di acqua. Ingresso: Acqua introdotta con cibi e bevande. L'acqua metabolica generata dal metabolismo è circa 300 mL/die, ottenuta come prodotto finale della catena di trasporto degli elettroni. Uscita: Principalmente attraverso le urine (la via principale di regolazione), perspiratio insensibilis (polmonare in particolare), e feci. Acqua nei Cibi e Metabolismo Il contenuto di acqua varia nei diversi alimenti; in generale, più un alimento è grasso, meno acqua contiene. La produzione di acqua metabolica aumenta proporzionalmente al consumo di energia. Perdita di Acqua per Sudorazione Il sudore è un'altra via di perdita d'acqua che può essere significativa (fino a 1.3 L/ora) in condizioni di calore o durante esercizio fisico intenso. Spero che questo riassunto dettagliato ti sia utile per lo studio. ALTERAZIONI DI VOLUME EMATICA E OSMOLARITÀ Questa lezione esplora le variazioni di volume ematico e osmolarità, evidenziando come il corpo risponde a queste modifiche. Rappresentazione Grafica delle Variazioni Un diagramma cartesiano illustra le diverse condizioni possibili: Normalità: Punto centrale del grafico. Variazioni di Volume (Asse Verticale): Aumento di Volume: Spostamento verso l'alto. Diminuzione di Volume: Spostamento verso il basso. Variazioni di Osmolarità (Asse Orizzontale): Aumento di Osmolarità: Spostamento verso destra. Diminuzione di Osmolarità: Spostamento verso sinistra. Scenari e Loro Effetti: 1. Ingestione di Soluzione Salina Isotonica (Alto, Centro): Aumento del volume senza variare l'osmolarità (es. flebo di soluzione fisiologica). 2. Ingestione di Sali Senza Acqua (Centro, Destra): Aumento dell'osmolarità senza variare il volume. 3. Emorragia (Basso, Centro): Diminuzione del volume senza variare l'osmolarità. 4. Rimpiazzo Perdite di Liquidi con Sola Acqua (Sinistra, Centro): Diminuzione dell'osmolarità senza variare il volume. 5. Ingestione di Soluzione Salina Ipertonica (Alto, Destra): Aumento sia dell'osmolarità che del volume. 6. Disidratazione Scompensata (Basso, Sinistra): Diminuzione sia dell'osmolarità che del volume. È diversa dalla disidratazione con diarrea o forte sudorazione ipotonica, dove la perdita è prevalentemente di acqua e meno di sali (la concentrazione di sali non scende così tanto come con la disidratazione scompensata). 7. Avvelenamento da Acqua (Sinistra, Alto): Aumento del volume ed estrema diminuzione dell'osmolarità. Controllo del Volume Ematico Il corpo utilizza diversi meccanismi per regolare il volume ematico, agendo attraverso sistemi di risposta sia in caso di diminuzione che di aumento del volume. Risposte a Diminuzione del Volume: 1. Effetti Diretti: Cellule Iuxtaglomerulari: Rilevano la diminuzione di volume e secernono renina, attivando il sistema renina-angiotensina-aldosterone. Diminuzione della velocità di filtrazione  glomerulare. Glomerulo: Diminuisce la velocità di filtrazione glomerulare. 2. Effetti Riflessi: Barocettori: Aortici e carotidei regolano l'attività dei centri cardiomodulatori, agendo sul sistema nervoso autonomo (ortosimpatico e parasimpatico) per vasocostrizione o vasodilatazione. Ipotalamo: Secrezione di vasopressina (ADH) per recuperare volume. Volocettori Atriali: Rilevano le variazioni del volume ematico nell'atrio, partecipando alla regolazione. Surrene: Osmocettivo, regola la secrezione di aldosterone in risposta alle variazioni di osmolarità plasmatica. Osmocezione Ipotalamica: Regola la sete e la secrezione di vasopressina in risposta alle variazioni di osmolarità e volume ematico. Integrazione delle Risposte: Un calo di pressione arteriosa innesca risposte integrate: Sistema Vascolare: Aumento della gittata cardiaca e vasocostrizione. Comportamento: Aumento della sete per regolare i volumi extracellulari. Reni: Conservazione dell'acqua. All'opposto, un aumento della pressione arteriosa riduce la sete, diminuisce la gittata cardiaca e i reni riducono il riassorbimento di acqua. Ruolo del Rene nel Bilancio Idrico Il rene è un regolatore chiave del bilancio idrico. Si può pensare ad una "pinta di birra" che rappresenta la regolazione dell'escrezione urinaria: Barista: Rappresenta l'apporto di acqua e sali tramite dieta e metabolismo. Evaporazione dalla Superficie: Perdite insensibili e fecali. Manico del Boccale: Flusso di sangue attraverso i reni. Il rene regola il volume urinario modulando la concentrazione dell'urina (iperosmotica per risparmiare acqua, iposmotica per eliminarne). Limitazioni del Rene: Non può eliminare acqua pura. Non può azzerare il volume di urina per lunghi periodi. Non può ricostituire l'acqua persa. Il volume minimo di urina è di circa mezzo litro al giorno. Fattori Coinvolti nel Risparmio di Acqua Renale I fattori che regolano il risparmio di acqua renale sono integrati in un sistema di controllo: 1. Pressione Arteriosa: I barocettori proiettano all'ipotalamo, attivando la secrezione di ADH in caso di ipotensione. 2. Volocettori Atriali: Rilevano la distensione atriale (minore in caso di perdita di liquidi) e influenzano l'attività ipotalamica. 3. Osmolarità Plasmatic: L'ipotalamo regola la secrezione di ADH in base alle variazioni di osmolarità, stimolando anche la sete. L'ADH agisce sui dotti collettori, aumentando il riassorbimento di acqua grazie all'aumento di acquaporine sulla membrana. Importanza delle Acquaporine: L'ansa ascendente del nefrone è considerata impermeabile all'acqua perché non presenta acquaporine sulla sua membrana. La permeabilità all'acqua delle membrane cellulari dipende dalla presenza di acquaporine. L'acqua passa attraverso la membrana lipidica senza acquaporine, ma in quantità minima per l'omeostasi cellulare, mentre il rene ha bisogno di un trasporto molto più consistente di acqua attraverso gli epiteli. Spero che questo riassunto completo e ben organizzato sia d'aiuto per lo studio. VOLOCETTORI ATRIALI E IL PEPTIDE NATRIURETICO ATRIALE (ANP) Questa lezione esplora il ruolo dei volocettori atriali e del peptide natriuretico atriale (ANP) nella regolazione del volume ematico. ANP come Antagonista dell'ADH: L'ANP è un ormone antagonista dell'ADH (vasopressina). Secrezione dell'ANP: L'ANP è secreto dalle cellule dei cardiomiociti atriali in risposta alla sovradistensione dell'atrio a causa dell'aumento della pressione venosa. Effetti dell'ANP: 1. Riduzione del Riassorbimento di Acqua nei Dotti Collettori: Riduce l'espressione di acquaporine, contrastando l'effetto dell'ADH. 2. Riduzione della Secrezione di Aldosterone: A livello surrenale, promuovendo la perdita di  sodio. 3. Riduzione del Rilascio di Renina: Nell'apparato iuxtaglomerulare, causando vasodilatazione arteriolare. Effetti Complessivi dell'ANP: Riduzione del Volume Ematico: Per la riduzione del riassorbimento di acqua e la perdita di sali. Calo della Pressione Arteriosa: Effetto controbilanciante rispetto alle risposte che aumentano la pressione. Mantenimento dell'Osmolarità: La perdita di sodio è bilanciata con la perdita di acqua. Localizzazione dell'ANP: L'ANP è prodotto e immagazzinato in granulazioni all'interno dei cardiomiociti atriali. Esempio Pratico: Effetto dell'Aumento del Ritorno Venoso (Esperimento su Cane) Condizioni Sperimentali: Il cane respira contro una pressione negativa, causando aumento del ritorno venoso e dello stiramento atriale. Risultati: Minimo effetto sulla frequenza cardiaca.  Aumento significativo del volume urinario (quasi triplicato). Conclusione: L'aumento diuretico è dovuto principalmente all'azione dell'ANP. Controllo del Rilascio della Vasopressina (ADH) Questa parte della lezione si concentra sui meccanismi che controllano il rilascio dell'ADH (arginine vasopressina, AVP). Si menziona anche l'ossitocina, per completezza, ma il focus principale resta l'ADH. Principali Stimoli per il Rilascio di ADH: 1. Osmolarità Plasmatica: Rilevata dall'organo vascoloso della lamina terminale e dal nucleo sopraottico dell'ipotalamo. Stimola il rilascio di vasopressina attraverso nuclei ipotalamici specifici (sopraottico, paraventricolare e preottico mediano). 2. Osmolarità Enterica (Colecistochinina, CCK): Rilasciata nel duodeno in risposta all'arrivo di cibo (trigliceridi e polipeptidi). Promuove il rilascio di ADH per favorire l'emulsione dei grassi che richiedono acqua. A bassa concentrazione agisce sul nucleo del tratto solitario, ad alta concentrazione sull'area postrema. 3. Barocettori: Agiscono sul nucleo del tratto solitario. Attivano i nuclei sopraottico e paraventricolare ipotalamici, stimolando il rilascio di ADH in risposta a una riduzione di acqua (ipovolemia) o per ripristinare il volume. I barocettori stimolano l'ipotalamo quando riducono il loro firing.  4. Angiotensina II: Oltre agli effetti vasocostrittori e cardiaci, stimola l'ipotalamo, il rilascio di ADH e il senso della sete. Agisce attraverso l'organo subfornicale, un'area cerebrale senza barriera ematoencefalica. Aree Cerebrali e ADH Aree cerebrali senza barriera ematoencefalica coinvolte nella regolazione dell'ADH: Organo subfornicale: recettore dell'angiotensina II. Area postrema: recettore della colecistochinina (CCK). Organo vascoloso della lamina terminale: monitoraggio dell'osmolarità plasmatica. Risposta Neuronale all'Osmolarità: Aumento Osmolarità: I neuroni dell'organo vascoloso e del nucleo sopraottico aumentano la loro frequenza di scarica in risposta all'aumento dell'osmolarità plasmatica (verificato con iniezione di soluzione ipertonica). Diminuzione Osmolarità: L'iniezione di acqua distillata provoca un calo della frequenza di scarica neuronale. Recettori TRPV1: I recettori TRPV1 sono recettori sensoriali della capsaicina, e sono attivati dai mezzi di contrasto radiologici che si ritiene siano iperosmolari. La loro attivazione potrebbe contribuire a influenzare il flusso urinario. Effetti sull'Urinario:  Iniezione di Soluzione Ipertonica: L'iniezione di soluzione ipertonica nella carotide può portare ad una riduzione del flusso urinario a causa di un rilascio importante di vasopressina. Spero che questo riassunto dettagliato sia di grande aiuto per lo studio! REGOLAZIONE DELL'ADH: OSMOLARITÀ, VOLEMIA E PRESSIONE ARTERIOSA Questa lezione esplora come osmolarità, volemia e pressione arteriosa influenzano il rilascio di ADH (vasopressina). Influenza dei Parametri Fisiologici sul Rilascio di ADH: Osmolarità: Soglia: Al di sotto di 280 mOsm/kg, la secrezione di vasopressina si azzera. Normale: La concentrazione plasmatica di ADH (circa 2.5 pg/mL) corrisponde a circa 290 mOsm/kg. Effetto Dominante: L'osmolarità ha un'influenza molto più forte sulla secrezione di ADH rispetto alla pressione arteriosa. Volemia e Pressione Arteriosa: Ipotensione/Ipovolemia: Aumentano il rilascio di ADH, anche a normali osmolarità. Ipertensione/Ipervolemia: Diminuiscono il rilascio di ADH. Scala Minore: Le variazioni di pressione e volemia hanno un effetto minore rispetto  all'osmolarità. Una diminuzione del 10% della pressione arteriosa (a parità di osmolarità) raddoppia la concentrazione di ADH. Meccanismo d'Azione della Vasopressina (ADH) 1. Rilascio di ADH: L'ADH viene rilasciata nel plasma e raggiunge i reni. 2. Interazione con Recettori nei Dotti Collettori: L'ADH si lega a recettori specifici sui dotti collettori. 3. Cascata di Reazioni Intracellulari: Attivazione di una cascata di reazioni mediate da cAMP. 4. Esocitosi di Vescicole contenenti Acquaporine: Le acquaporine II vengono inserite nella membrana apicale (lume del tubulo). Le acquaporine III sono costitutivamente espresse sulla membrana basolaterale (interstizio). 5. Riassorbimento Isoosmotico di Acqua: L'acqua segue il gradiente osmotico creato dalla midollare renale, che è iperosmotica rispetto al plasma. 6. Flusso Tubulare e Vasa Recta: Il flusso tubulare è in controcorrente rispetto ai vasa recta (capillari midollari), che partecipano all'assorbimento dei sali nella midollare renale, rendendola ipertonica. Regolazione dell'Osmolarità Urinaria: Situazioni Limite Massima Permeabilità del Dotto Collettore: L'osmolarità urinaria si avvicina a quella della midollare renale, quindi è molto concentrata. In queste condizioni, aumenta la concentrazione di ammoniaca (NH3), aumentando l'osmolarità della papilla renale. Minima Permeabilità del Dotto Collettore: L'urina è iposmotica, meno concentrata. Correlazione tra Osmolarità Plasmatica, ADH e Osmolarità Urinaria L'osmolarità urinaria è un indicatore della direzione in cui il sistema di controllo renale sta lavorando. Variazioni nell'Osmolarità Plasmatica: Piccole variazioni dell'osmolarità plasmatica causano grandi variazioni del flusso urinario. Efficienza del Rene: Variazioni di soli 7 mOsm/L nel plasma possono causare variazioni di 700 mOsm/L nell'osmolarità urinaria, evidenziando la grande capacità del rene di concentrare le urine per risparmiare acqua. La Sete: Un Meccanismo Compensatorio per la Perdita di Liquidi Nonostante il rene riesca a risparmiare molta acqua, è necessario ripristinare le perdite attraverso l'introduzione di liquidi ed elettroliti. Perdite Fisiologiche di Acqua: Urina Minima: 6-10 mL/kg al giorno. Perdite Extrarenali (Perspiratio Insensibilis): Circa 10 mL/kg al giorno (tramite evaporazione). Calcolo del Volume Urinario Minimo: Il rene riesce a concentrare al massimo le urine fino a 1200 mOsm/L. Se la perdita di soluti è di 600 mOsm al giorno, il volume urinario minimo è di 0.5 L/die. Tipi di Sete 1. Sete Ipovolemica: Dovuta a perdita di liquidi ed elettroliti (emorragia, sudorazione eccessiva, diarrea) con ipovolemia. Richiede il ripristino sia di acqua che di sali. 2. Sete Iperosmotica: Dovuta a iperosmolarità del liquido extracellulare, che causa ipovolemia intracellulare. Richiede principalmente il ripristino di acqua. Meccanismo della Sete Ipovolemica 1. Ipovolemia: Porta a sete e desiderio di sale. 2. Assunzione di Acqua: Diminuisce l'osmolarità, inibendo la sete e favorendo l'assunzione di sale. 3. Assunzione di Sale: Aumenta l'osmolarità, inibendo il desiderio di sale e favorendo la sete. 4. Equilibrio: Si raggiunge un equilibrio tra l'assunzione di acqua e sale. Di solito si ha un sovracompensamento. Meccanismo della Sete Iperosmotica 1. Rilevazione dell'Iperosmolarità: Organo vascoloso della lamina terminale (ipotalamo). Recettori epatici nel circolo portale (rileva iperosmolarità iniziale dovuta all'ingestione di sali). 2. Attivazione dell'Ipotalamo: Innesca il senso della sete. 3. Assunzione di Acqua: Riduce l'osmolarità, inibendo la sete e stimolando la secrezione di ADH, che a sua volta favorisce il riassorbimento di acqua e il ripristino della volemia. 4. Integrazione con il Senso di Sazietà: La distensione gastrica contribuisce a inibire la sete  (esempio del cane). Esempio Pratico (Cane Disidratato): Disidratazione: Innalza l'osmolarità plasmatica. Assunzione di Acqua: La sete porta all'assunzione di acqua, ma questa è rallentata con il tempo, anche prima che l'osmolarità torni al valore normale, per effetto della distensione gastrica (il volume di acqua assunta non cresce linearmente, ma come una curva esponenziale, con una velocità che decresce al crescere della distensione gastrica). Spero che questo riassunto completo e ben organizzato ti sia di grande aiuto per lo studio! CONTROLLO DEI SALI (PRINCIPALMENTE SODIO) Questa lezione si concentra sul controllo dei sali nel corpo, con particolare attenzione al sodio (Na+) e al suo ruolo nel mantenimento dell'equilibrio idroelettrolitico. Riassorbimento del Sodio nel Nefrone: 1. Filtrazione Glomerulare: Il sodio viene filtrato nel glomerulo.  2. Tubulo Prossimale: Riassorbimento non regolato di circa 2/3 del sodio filtrato. Riassorbimento isoosmotico obbligatorio di acqua e altri soluti. Il riassorbimento di sodio è il driver per il riassorbimento di acqua e altri soluti (cloro e glucosio) a causa dei gradienti di concentrazione generati. 3. Ansa di Henle (Porzione Ascendente): Riassorbimento attivo di sodio e altri soluti (es. Cl-) tramite il simporto NKCC, che sfrutta il gradiente creato dalla pompa Na+/K+. Assenza di acquaporine, quindi riassorbimento solo di soluti e produzione di un filtrato iposmotico. 4. Tubulo Contorto Distale: Riassorbimento regolato di sodio, sotto il controllo dell'aldosterone. L'aldosterone si lega a recettori intracitoplasmatici, attivando la trascrizione di geni per la sintesi di nuove pompe e canali (nonché il potenziamento di quelli già esistenti) sulla membrana luminale. Aumento del riassorbimento di sodio e della secrezione di potassio. L'effetto complessivo è un aumento dell'osmolarità plasmatica, perché la pompa Na+/K+ trasporta 3 Na+ fuori e 2 K+ dentro. Esempio: Assunzione di Sodio Aggiuntivo Esperimento: Un individuo assume 150 mM (9 g) di NaCl in più al giorno. Risultati: Aumento iniziale dell'escrezione di sodio. La perdita di sodio aumenta gradualmente e si stabilizza per compensare il carico aggiuntivo nel corso di qualche giorno. Il corpo trattiene 1 litro di acqua per ripristinare l'osmolarità normale. Dopo la fine dell'assunzione extra di sale, c'è un aumento temporaneo dell'escrezione di  sodio fino al completo recupero. Conclusione: L'area di ritenzione è uguale all'area di escrezione ed è uguale alla quantità di sodio extra ingerita (150 mM) Valutazione dell'Escrezione di Sodio Rapporto tra Clearance di Sodio e Clearance di Creatinina: Utilizzato per valutare la tendenza del rene ad espellere sodio. Formula: ( [NaCl]_u * V_u ) / [NaCl]_plasma ( [Creatinina]_u * V_u ) / [Creatinina]_plasma Semplificando l'equazione si ottiene: [NaCl]_u / [NaCl]_plasma * [Creatinina]_plasma / [Creatinina]_u Interpretazione: Un valore normale è