Equilibrio Osmottico tra i Compatimenti Idrici PDF

EQUILIBRIO OSMOTICO TRA COMPARTIMENTI IDRICI L'equilibrio osmotico è fondamentale per il corretto funzionamento del nostro organismo. Questo equilibrio si basa sulla pressione osmotica, che è la forza che spinge l'acqua attraverso una membrana semipermeabile da una soluzione a bassa concentrazione d...

EQUILIBRIO OSMOTICO TRA COMPARTIMENTI IDRICI L'equilibrio osmotico è fondamentale per il corretto funzionamento del nostro organismo. Questo equilibrio si basa sulla pressione osmotica, che è la forza che spinge l'acqua attraverso una membrana semipermeabile da una soluzione a bassa concentrazione di soluti verso una soluzione ad alta concentrazione di soluti. Quando si creano differenze di osmolarità tra i vari compartimenti idrici (intracellulare ed extracellulare), si generano squilibri che vengono rapidamente compensati da meccanismi di controllo. Compartimenti Idrici e Osmolarità Fisiologica Il nostro organismo è composto da due principali compartimenti idrici: Liquido Intracellulare (LIC): Circa 28 litri. Liquido Extracellulare (LEC): Circa 14 litri. Acqua Totale: Circa 42 litri. In condizioni fisiologiche, l'osmolarità è di circa 280 mOsm/L (milliosmoli per litro) in entrambi i compartimenti. Questa uniformità è essenziale per il corretto funzionamento cellulare. Effetti di Soluzioni Ipertoniche: L'Esempio dell'Acqua di Mare Aggiungendo 2 litri di acqua di mare (soluzione ipertonica a 1025 mOsm/L) al LEC, si verifica uno squilibrio osmotico: 1. Il volume del LEC aumenta. 2. L'osmolarità del LEC aumenta a circa 373 mOsm/L. 3. Dato che gli ioni (soprattutto sodio e cloro) presenti nell'acqua di mare non possono attraversare le membrane cellulari, l'acqua esce dalle cellule per ristabilire l'equilibrio osmotico. Questo porta a una riduzione del volume del LIC e a una disidratazione cellulare. Ecco perché bere acqua di mare non disseta, ma disidrata. 4. Successivamente, l'organismo attiverà meccanismi ormonali per eliminare l'eccesso di acqua, sodio e cloro, ripristinando i valori corretti. Equilibrio con Soluzioni Isotoniche e Ipotoniche Soluzioni Isotoniche: Come la soluzione fisiologica, non causano flussi di acqua tra LEC e LIC. L'aggiunta di una soluzione isotonica aumenta solo il volume del LEC, senza alterarne l'osmolarità. Soluzioni Ipotoniche: Diminuiscono l'osmolarità del LEC. Di conseguenza, l'acqua si sposta dal LEC al LIC, facendo aumentare il volume cellulare. Osmolarità e Glucosio: Il Caso della Coca-Cola Una bevanda zuccherata come la Coca-Cola è ipertonica (circa 600 mOsm/L contro i 280 mOsm/L del nostro organismo). Una lattina di Coca-Cola contiene circa 180 milliosmoli di glucosio e 0.3 L di volume: Individui Sani: Il glucosio viene trasportato all'interno delle cellule grazie all'insulina, distribuendo le osmoli tra LIC e LEC e aumentando il volume di entrambi i compartimenti. Individui Diabetici: Il glucosio non può entrare nelle cellule. Si verifica quindi una situazione simile all'aggiunta di acqua di mare: l'aumento di osmolarità nel LEC richiama acqua dalle cellule,  causando disidratazione cellulare. L'iperglicemia cronica causa danni come disidratazione cellulare. Quadri di Sbilancio Osmotico Gli squilibri osmotici possono manifestarsi in vari modi: Deficit di Volume Isotonico: Ad esempio, emorragie. Deficit di Acqua: Come nel diabete insipido o in caso di iperventilazione. Deficit di Sali: Dovuto a vomito, diarrea o deficit di aldosterone. Eccesso di Soluzione Isotonica: Causato da insufficienza renale o cardiaca, con accumulo di liquidi nell'interstizio. Eccesso di Acqua: Come nel lavaggio gastrico o nell'ipersecrezione di ADH. Eccesso di Sali: L'eccesso di sali trattiene l'acqua nel LEC, come visto nell'esempio dell'acqua di mare. Soluzioni Iniettabili Le soluzioni iniettabili sono utilizzate per: Ripristinare la volemia in caso di emorragie. Correggere squilibri elettrolitici. Somministrare farmaci e traccianti. Fornire nutrizione parenterale. Mantenere accessi vascolari per via endovenosa. Tipologie di Soluzioni Iniettabili: Isotoniche: Soluzione fisiologica (0.9% NaCl). Soluzione Ringer e Ringer lattato. Glucosata 5%. Albumina 5%. Ipotoniche: Fisiologica dimezzata (0.45% NaCl). Glucosata 2.5%. Ipertoniche: Soluzioni di glucosio a concentrazioni superiori al 5%. Soluzioni di mannitolo (un monosaccaride che non viene assorbito dalle cellule). Soluzioni Cristalloidi e Colloidali Cristalloidi: Contengono elettroliti e possono passare nell'interstizio (ma non nelle cellule). Colloidi: Contengono proteine o macromolecole che restano nel plasma. Sono utilizzate in caso di perdita di sangue per attrarre liquidi dall'interstizio e ripristinare la volemia, ad esempio prima di una trasfusione. Soluzioni Comuni per il Ripristino della Volemia Glucosata 5%, Fisiologica 0.9%, Ringer e Bicarbonato 1.4% sono tra le più usate per ripristinare la volemia. Fisiologica: È una soluzione acida che può portare ad acidosi metabolica, e contiene più cloro rispetto al plasma. Ringer lattato: È più equilibrata e aiuta a correggere l'acidosi.  Glucosata 5%: Isotonica inizialmente, ma diventa ipotonica quando il glucosio viene assorbito dalle cellule, causando una diluizione degli elettroliti e iposodiemia. Fisiologica 4.5%: È ipotonica e può danneggiare l'endotelio. Soluzioni Ipertoniche Soluzioni con osmolarità fino al doppio o triplo del valore normale possono essere usate per veicolare farmaci che non diffondono nelle membrane cellulari o per trattare altre condizioni cliniche. Tuttavia, queste soluzioni possono causare danni all'endotelio a causa del raggrinzimento delle cellule. PRESSIONE ONCOTICA: PROTEINE E BILANCIO IDRICO Dopo aver discusso della pressione osmotica, è fondamentale introdurre il concetto di pressione oncotica, chiamata anche pressione colloido-osmotica. Questa pressione è una componente della pressione osmotica totale, specificamente generata dalla presenza di proteine, in particolare nel plasma sanguigno. Il Principio Fondamentale: La pressione oncotica entra in gioco quando due ambienti sono separati da una membrana selettiva, ovvero una membrana che permette il passaggio di alcuni soluti (come acqua e piccoli ioni) ma non di altri (come le proteine). Se una membrana è selettiva per un soluto, quel soluto non contribuirà alla pressione osmotica totale perché si diffonderà per raggiungere l'equilibrio. La pressione osmotica, in questi casi, è data principalmente dai soluti non diffusibili, ovvero le proteine, che non riescono ad attraversare la membrana. Pressione Oncotica tra Plasma e Interstizio Nel nostro corpo, le proteine sono presenti in quantità significative nel plasma sanguigno ma sono virtualmente assenti nell'interstizio. Questo crea una differenza di concentrazione che determina una pressione oncotica: 1. Flusso di Acqua: L'acqua tende a muoversi dall'interstizio al plasma per compensare la differenza di concentrazione delle proteine. Questo flusso aumenta il volume plasmatico in proporzione alla differenza iniziale di pressione osmotica. 2. Gradiente Osmotico: Tra l'interstizio e le cellule non c'è un significativo gradiente osmotico, quindi non c'è una grande differenza di pressione osmotica. La differenza di pressione osmotica tra plasma e interstizio è di circa 1 mOsm/L, principalmente dovuta alle proteine. 3. Valore della Pressione Oncotica: Secondo la legge di Van't Hoff, questa differenza di 1 mOsm/L corrisponde a circa 20 mmHg di pressione oncotica. Questa pressione è fondamentale per il bilancio dei fluidi tra plasma e interstizio. Flusso H2O tra Compart.: Gradienti Osmotici e Oncotici Il flusso d'acqua tra i diversi compartimenti dell'organismo è determinato principalmente da due tipi di gradienti: 1. Gradiente Osmotico: Dovuto alla differenza di concentrazione dei soluti tra due compartimenti.  L'acqua si muove da una zona a bassa concentrazione di soluti verso una ad alta concentrazione. 2. Gradiente Oncotico (o Colloido-Osmotico): È un tipo particolare di gradiente osmotico dovuto alla presenza di proteine, che sono soluti non diffusibili e quindi esercitano una pressione osmotica. Se entrambi i gradienti sono presenti, l'acqua si muoverà seguendo la risultante dei due. Scambi d'Acqua Attraverso i Capillari Sanguigni Un esempio chiave di questi flussi d'acqua si verifica a livello dei capillari sanguigni. I capillari sono vasi sottili che collegano arteriole e venule, formando una rete. Le pareti dei capillari sono costituite da uno strato di cellule endoteliali con giunzioni relativamente lasse, che permettono il passaggio di acqua e soluti. Il flusso d'acqua avviene sia attraverso le cellule endoteliali (transcellulare), grazie alle acquaporine, sia attraverso le giunzioni intercellulari. Flusso di Liquido Attraverso le Membrane Biologiche Il flusso di liquido attraverso la parete capillare è determinato dalla combo dei seguenti fattori: Conducibilità Idraulica (Lp): Indica quanto facilmente l'acqua passa attraverso la parete dello specifico capillare. Superficie (S): La superficie totale della parete capillare attraverso cui può avvenire il flusso d'acqua. Gradiente di Pressione Totale (ΔP): Deriva dalla combinazione del gradiente di pressione idraulica e del gradiente di pressione oncotica (o colloido-osmotica). L'equazione che descrive il flusso d'acqua è: Flusso = Lp * S * (ΔP idraulica - σ * ΔP oncotica) Dove σ è il coefficiente di riflessione (che nel caso ideale di una membrana impermeabile alle proteine è pari a 1). Calcolo del Gradiente di Pressione nei Capillari 1. Gradiente di Pressione Idraulica: La pressione idraulica è elevata nelle arterie (circa 100 mmHg). All'inizio del capillare, la pressione è di circa 35 mmHg. Lungo il capillare, la pressione diminuisce gradualmente a circa 15 mmHg alla fine. Assumiamo che la pressione idraulica nell'interstizio sia zero. Quindi, il gradiente di pressione idraulica è di 35 mmHg all'inizio del capillare e si riduce a 15 mmHg alla fine. 2. Gradiente di Pressione Oncotica (Colloido-Osmotica): La pressione oncotica è dovuta alle proteine presenti nel plasma. La concentrazione proteica nel plasma genera una pressione colloido-osmotica di circa 25 mmHg. Assumiamo che la pressione oncotica dell'interstizio sia 0. La pressione oncotica è relativamente costante lungo tutta la lunghezza del capillare. Anche se la pressione oncotica dovrebbe dipendere linearmente dalla concentrazione delle proteine, in realtà la pressione oncotica è maggiore per la presenza di cationi (che sono attratti dalle cariche negative delle proteine e non possono attraversare la parete capillare). Importanza dei Vasi Linfatici I vasi linfatici sono vasi a fondo cieco che si trovano in stretta connessione con i capillari sistemici. Essi pompano attivamente la linfa, sottraendo acqua dall'interstizio e rendendo la pressione idraulica dell'interstizio leggermente negativa. Questo aiuta a prevenire l'accumulo di liquidi nell'interstizio. Bilancio delle Pressioni in un Capillare: Filtrazione e Riassorbimento L'acqua si muove attraverso le pareti dei capillari seguendo il bilancio tra le pressioni idrauliche e oncotiche: 1. Inizio del Capillare: Il gradiente di pressione idraulica (35 mmHg) spinge l'acqua fuori dal capillare. Il gradiente di pressione oncotica (25 mmHg) la spinge dentro. La risultante è una pressione di filtrazione di 10 mmHg, che causa la fuoriuscita netta di acqua dal capillare. 2. Lungo il Capillare: La pressione idraulica diminuisce progressivamente. La pressione oncotica rimane costante. Quando la pressione idraulica scende a 25 mmHg, il gradiente di pressione risultante è zero e non c'è movimento d'acqua. Dopo questo punto, quando la pressione idraulica continua a diminuire a 15 mmHg, l'acqua viene spinta all'interno del capillare da una pressione netta di 10 mmHg (riassorbimento). Riassunto: Filtrazione e Riassorbimento e Ruolo dei Vasi Linfatici La filtrazione è maggiore del riassorbimento. Il liquido in eccesso che non viene riassorbito viene drenato dai vasi linfatici. I vasi linfatici giocano un ruolo fondamentale nel mantenere l'equilibrio dei liquidi nei tessuti. IL SISTEMA NERVOSO AUTONOMO Introduzione e Suddivisione Il sistema nervoso è diviso in sistema nervoso centrale (SNC), che integra segnali interni ed esterni, e sistema nervoso periferico (SNP), che include vie sensoriali e motorie. La sensibilità può essere: Somatica: Informazioni da pelle, muscoli, articolazioni. Speciale: Vista, udito, equilibrio, gusto, olfatto. Viscerale: Informazioni dagli organi interni. Il SNC elabora le info. e genera comandi efferenti che vengono veicolati lungo: 1. Vie Motorie Somatiche: Assoni dei motoneuroni che innervano il muscolo scheletrico (controllo volontario). 2. Vie del Sistema Nervoso Autonomo (SNA): Informazioni al muscolo cardiaco, muscolo liscio e ghiandole (controllo involontario). Il SNA si suddivide in: Ortosimpatico (Simpatico): Coinvolto nelle risposte di "lotta o fuga". Parasimpatico: Attivo in condizioni di riposo e digestione. Sistema Nervoso Enterico: Specializzazione del SNA nel tratto gastrointestinale. Vie Efferenti Somatiche e Viscerali a Confronto Le differenze principali tra le vie efferenti somatiche e autonome sono: Organi Bersaglio: Muscolo scheletrico per il somatico; muscolo cardiaco, liscio e ghiandole per l'autonomo. Tipo di Controllo: Volontario per il somatico; involontario per l'autonomo. Via Efferente: Un singolo assone per il somatico; due neuroni (pregangliare e postgangliare) per l'autonomo. Neurotrasmettitori: Acetilcolina per il somatico; noradrenalina per l'ortosimpatico e acetilcolina per il parasimpatico. Effetto sulle Cellule Bersaglio: Sempre eccitatorio per il somatico; eccitatorio o inibitorio per l'autonomo. Organizzazione dei Motoneuroni Sistema Nervoso Somatico: Un singolo motoneurone (motoneurone inferiore) nel midollo spinale (per i muscoli dal collo in giù) o nei nuclei dei nervi cranici (per i muscoli della testa) raggiunge direttamente le fibre muscolari. Sistema Nervoso Autonomo: 1. Neurone Pregangliare: Situato nel SNC. 2. Neurone Postgangliare: Situato in un ganglio periferico, invia il suo assone all'organo bersaglio. Orto-Parasimpatico: Differenze Strutturali e Funzionali Ortosimpatico (Simpatico): Neuroni Pregangliari: Assoni brevi, originano dai neuromeri toracici e primi due lombari (divisione toraco-lombare). Gangli: Vicini al midollo spinale. Neuroni Postgangliari: Assoni lunghi. Parasimpatico: Neuroni Pregangliari: Assoni lunghi, originano dai neuromeri sacrali (S2-S4) e dal tronco encefalico (divisione cranio-sacrale). Gangli: Vicini all'organo innervato. Neuroni Postgangliari: Assoni brevi. Attività Basale e Bilancio tra i due Sistemi Entrambi i sistemi (ortosimpatico e parasimpatico) sono attivi in condizioni fisiologiche (attività basale). Il bilancio tra i due sistemi determina lo stato fisiologico dell'organismo. In condizioni di riposo, prevale l'attività del sistema parasimpatico. Ad esempio, la frequenza cardiaca normale è più bassa di quella che si avrebbe se il cuore fosse isolato, a causa dell'influenza parasimpatica. Variazioni dell'Attività del SNA Le variazioni nell'attività dei sistemi ortosimpatico e parasimpatico sono influenzate da: Segnali Sensoriali Viscerali: Funzionano come feedback negativo per correggere squilibri. Centri Superiori: La corteccia e altre strutture cerebrali possono modificare l'attività del SNA per adattare la risposta a diversi stimoli. Le emozioni modificano l'attività viscerale alterando il bilancio tra orto e parasimpatico. Paradigma di Riferimento Ortosimpatico (Simpatico): Attivato in situazioni di emergenza e stress ("lotta o fuga"), come anche al risveglio o durante l'esercizio fisico. La risposta è diffusa, con attivazione di diversi organi- bersaglio. Parasimpatico: Prevale in condizioni di stabilità e riposo, favorendo i processi anabolici. La risposta è più localizzata. Regole Generali e Frequenti Eccezioni dei Sistemi Le regole che generalmente valgono per i due sistemi sono: 1. Due Neuroni nella Via Efferente: Pregangliare e postgangliare. 2. Neurotrasmettitori Specifici: Noradrenalina per l'ortosimpatico, acetilcolina per il parasimpatico (con eccezioni). 3. Doppia Innervazione: La maggior parte degli organi riceve sia innervazione simpatica che parasimpatica (con eccezioni, come per il muscolo liscio dei vasi). 4. Antagonismo: I due sistemi hanno effetti opposti sull'organo bersaglio (con eccezioni). Fattori che Modificano il Bilancio tra Simpatico e Parasimpatico Segnali Sensoriali: Le informazioni dai recettori viscerali modificano l'attività dei sistemi autonomi con funzione omeostatica. Centri Superiori: Possono innescare risposte più complesse, non solo per correggere una singola perturbazione, ma anche per mantenere la stabilità generale dell'organismo. Emozioni: Le emozioni modificano l'attività viscerale alterando l'equilibrio tra orto e parasimpatico. Ipotalamo: Il Controllore Centrale del SNA L'ipotalamo è una struttura chiave del sistema nervoso centrale, situata nel diencefalo, ed è considerato il controllore centrale del sistema nervoso autonomo (SNA). Riceve segnali viscerali dalla periferia e informazioni dal sistema limbico, e in risposta modula l'attività del SNA. L'ipotalamo agisce anche come ghiandola endocrina, producendo ormoni. Funzioni dell'Ipotalamo Oltre al controllo del SNA e alla produzione ormonale, l'ipotalamo svolge altre importanti funzioni: Regolazione del bilancio idrico e dell'osmolarità dei liquidi corporei (tramite l'ormone antidiuretico ADH). Regolazione del comportamento alimentare e mantenimento dell'omeostasi energetica. Controllo della temperatura corporea. Regolazione dei ritmi circadiani (ciclo sonno-veglia). Regolazione di schemi comportamentali ed emozionali (grazie alle connessioni con il sistema limbico). L'ipotalamo riceve input da diverse fonti: Fibre della sensibilità viscerale. Afferenze dal sistema limbico. Segnali visivi (importanti per i ritmi circadiani). Segnali olfattivi e uditivi. Set Point e Risposte Compensatorie I circuiti nervosi dell'ipotalamo contengono set point ideali per molti parametri fisiologici. Quando il valore reale di un parametro si discosta dal set point, l'ipotalamo induce risposte compensatorie, sia ormonali che nervose, per riportare il parametro al valore ottimale. Interconnessione dei Centri di Controllo È importante non pensare ai centri di controllo del SNA come a entità separate. Le varie aree del SNC i cui neuroni controllano il SNA, sono interconnesse tra loro e formano reti che lavorano insieme per mantenere parametri come la pressione sanguigna o l'attività cardiaca. Studi sugli Effetti delle Emozioni sul SNA Diversi studi hanno dimostrato come le emozioni influenzino l'attività del SNA: Rabbia e Imbarazzo: Causano vasodilatazione cutanea ("diventare rossi"). Paura: Provoca vasocostrizione e aumento della sudorazione ("diventare pallidi e sudati"). Altri studi hanno analizzato le risposte di vari parametri fisiologici controllati da orto e parasimpatico a diverse emozioni (positive, negative o neutre), dimostrando che le emozioni hanno un impatto significativo su parametri come frequenza cardiaca, frequenza respiratoria, ventilazione e resistenze periferiche. Recettori Sensoriali: Specializzazione e Risposte I recettori sensoriali sono neuroni specializzati che rispondono a stimoli specifici, e la loro specializzazione dipende dalla loro struttura e dai canali ionici presenti sulla membrana. I recettori rispondono agli stimoli depolarizzandosi. Sensibilità Viscerale La sensibilità viscerale si basa su segnali provenienti da recettori situati negli organi interni (visceri), quali: Tratto gastrointestinale, Vie aeree, Vasi sanguigni, Cuore ecc... Tipi di Recettori Viscerali  Meccanocettori: Rispondono a stimoli meccanici (pressione, distensione), come i barocettori arteriosi che si trovano nell'aorta e nella carotide e rispondono alla distensione della parete del vaso in seguito ad aumento della pressione sanguigna. Meccanocettori sono presenti anche nel tubo gastrointestinale, vescica, utero etc. Chemocettori: Rispondono a stimoli chimici (concentrazioni di O2, CO2, ioni H+ nel sangue, ma anche sostanze presenti nel lume intestinale). Termocettori: Rispondono a variazioni di temperatura (raffreddamento o riscaldamento). Nocicettori: Rispondono a sostanze chimiche rilasciate in seguito a lesioni o irritazioni. Vie Afferenti ed Efferenti del SNA Vie Afferenti (Sensoriali Viscerali): Gli assoni provenienti dai recettori viscerali (collo-colon sigmoideo) viaggiano nel nervo vago, mentre quelli da retto, organi sessuali e vie urinarie entrano nel midollo spinale a livello sacrale. Il nervo vago trasporta sia segnali sensoriali (al Nucleo del Tratto Solitario, NTS) che motori (parasimpatico). Nucleo del Tratto Solitario (NTS): Nel SNC, riceve i segnali sensoriali viscerali tramite neuroni localizzati nei gangli delle radici dorsali e modula l'attività respiratoria. Il NTS è in stretto contatto con il Nucleo Motore Dorsale del Vago e il Nucleo Ambiguo, sedi dei neuroni pregangliari parasimpatici. Vie Efferenti (Motorie): Dal NTS, i segnali vengono inviati anche ai centri di controllo dei neuroni pregangliari ortosimpatici (nel midollo spinale) e a centri superiori come l'ipotalamo. Neurotrasmettitori di Orto e Parasimpatico Neuroni Pregangliari: Sia del simpatico che del parasimpatico utilizzano acetilcolina (ACh) come neurotrasmettitore che va a stimolare il neurone postgangliare. Recettori Nicotinici: Sul neurone postgangliare, si legano all'ACh, causando la depolarizzazione tramite ingresso di ioni sodio. Neuroni Postgangliari: Utilizzano noradrenalina (ortosimpatico) o ACh (parasimpatico) come neurotrasmettitori. I recettori per questi neurotrasmettitori sono diversi tra gli organi bersaglio, e quindi lo stesso neurotrasmettitore può eccitare o inibire un organo in base al tipo di recettore. Sistema Nervoso Enterico Il sistema nervoso enterico è una specializzazione del SNA situato nella parete del tratto gastrointestinale. Plessi Sottomucoso e Mioenterico: Formano reti nervose che fungono da gangli parasimpatici. Neuroni Pregangliari: Sia simpatici che parasimpatici fanno sinapsi sui neuroni di questi plessi. Neuroni Effettori: I neuroni dei plessi agiscono come neuroni postgangliari, inviando comandi a muscolo liscio e ghiandole dell'apparato digerente. Recettori Viscerali: I segnali dei recettori viscerali della parete gastrointestinale raggiungono sia i plessi che il Nucleo del Tratto Solitario. Localizzazione dei Neuroni Pregangliari Ortosimpatico: Si trovano nelle colonne laterali della sostanza grigia del midollo spinale (segmenti toracici e primi lombari). I loro assoni si interrompono nei gangli paravertebrali dove fanno sinapsi con il neurone postgangliare. Midollare del Surrene: È innervata direttamente da neuroni pregangliari ortosimpatici, che terminano direttamente sulle cellule secernenti endocrine, rilasciando adrenalina e noradrenalina in seguito ad aumento dell'attività ortosimpatica. Parasimpatico: Si trovano in nuclei di alcuni nervi cranici (nervo vago, glossofaringeo, facciale, nucleo di Edinger-Westphal) e nel midollo spinale a livello dei segmenti sacrali (retto, vescica e genitali). FISIOLOGIA 16 PARTE ZOCCHI: TRASPORTI DI MEMBRANA EQUILIBRIO OSMOTICO TRA COMPARTIMENTI IDRICI L'equilibrio osmotico è fondamentale per il corretto funzionamento del nostro organismo. Questo equilibrio si basa sulla pressione osmotica, che è la forza che spinge l'acqua attraverso una membrana semipermeabile da una soluzione a bassa concentrazione di soluti verso una soluzione ad alta concentrazione di soluti. Quando si creano differenze di osmolarità tra i vari compartimenti idrici (intracellulare ed extracellulare), si generano squilibri che vengono rapidamente compensati da meccanismi di controllo. Compartimenti Idrici e Osmolarità Fisiologica Il nostro organismo è composto da due principali compartimenti idrici: Liquido Intracellulare (LIC): Circa 28 litri. Liquido Extracellulare (LEC): Circa 14 litri. Acqua Totale: Circa 42 litri. In condizioni fisiologiche, l'osmolarità è di circa 280 mOsm/L (milliosmoli per litro) in entrambi i compartimenti. Questa uniformità è essenziale per il corretto funzionamento cellulare. Effetti di Soluzioni Ipertoniche: L'Esempio dell'Acqua di Mare Aggiungendo 2 litri di acqua di mare (soluzione ipertonica a 1025 mOsm/L) al LEC, si verifica uno squilibrio osmotico: 1. Il volume del LEC aumenta.  2. L'osmolarità del LEC aumenta a circa 373 mOsm/L. 3. Dato che gli ioni (soprattutto sodio e cloro) presenti nell'acqua di mare non possono attraversare le membrane cellulari, l'acqua esce dalle cellule per ristabilire l'equilibrio osmotico. Questo porta a una riduzione del volume del LIC e a una disidratazione cellulare. Ecco perché bere acqua di mare non disseta, ma disidrata. 4. Successivamente, l'organismo attiverà meccanismi ormonali per eliminare l'eccesso di acqua, sodio e cloro, ripristinando i valori corretti. Equilibrio con Soluzioni Isotoniche e Ipotoniche Soluzioni Isotoniche: Come la soluzione fisiologica, non causano flussi di acqua tra LEC e LIC. L'aggiunta di una soluzione isotonica aumenta solo il volume del LEC, senza alterarne l'osmolarità. Soluzioni Ipotoniche: Diminuiscono l'osmolarità del LEC. Di conseguenza, l'acqua si sposta dal LEC al LIC, facendo aumentare il volume cellulare. Osmolarità e Glucosio: Il Caso della Coca-Cola Una bevanda zuccherata come la Coca-Cola è ipertonica (circa 600 mOsm/L contro i 280 mOsm/L del nostro organismo). Una lattina di Coca-Cola contiene circa 180 milliosmoli di glucosio e 0.3 L di volume: Individui Sani: Il glucosio viene trasportato all'interno delle cellule grazie all'insulina, distribuendo le osmoli tra LIC e LEC e aumentando il volume di entrambi i compartimenti. Individui Diabetici: Il glucosio non può entrare nelle cellule. Si verifica quindi una situazione simile all'aggiunta di acqua di mare: l'aumento di osmolarità nel LEC richiama acqua dalle cellule, causando disidratazione cellulare. L'iperglicemia cronica causa danni come disidratazione cellulare. Quadri di Sbilancio Osmotico Gli squilibri osmotici possono manifestarsi in vari modi: Deficit di Volume Isotonico: Ad esempio, emorragie. Deficit di Acqua: Come nel diabete insipido o in caso di iperventilazione. Deficit di Sali: Dovuto a vomito, diarrea o deficit di aldosterone. Eccesso di Soluzione Isotonica: Causato da insufficienza renale o cardiaca, con accumulo di liquidi nell'interstizio. Eccesso di Acqua: Come nel lavaggio gastrico o nell'ipersecrezione di ADH. Eccesso di Sali: L'eccesso di sali trattiene l'acqua nel LEC, come visto nell'esempio dell'acqua di mare. Soluzioni Iniettabili Le soluzioni iniettabili sono utilizzate per: Ripristinare la volemia in caso di emorragie. Correggere squilibri elettrolitici. Somministrare farmaci e traccianti. Fornire nutrizione parenterale. Mantenere accessi vascolari per via endovenosa. Tipologie di Soluzioni Iniettabili: Isotoniche: Soluzione fisiologica (0.9% NaCl). Soluzione Ringer e Ringer lattato.  Glucosata 5%. Albumina 5%. Ipotoniche: Fisiologica dimezzata (0.45% NaCl). Glucosata 2.5%. Ipertoniche: Soluzioni di glucosio a concentrazioni superiori al 5%. Soluzioni di mannitolo (un monosaccaride che non viene assorbito dalle cellule). Soluzioni Cristalloidi e Colloidali Cristalloidi: Contengono elettroliti e possono passare nell'interstizio (ma non nelle cellule). Colloidi: Contengono proteine o macromolecole che restano nel plasma. Sono utilizzate in caso di perdita di sangue per attrarre liquidi dall'interstizio e ripristinare la volemia, ad esempio prima di una trasfusione. Soluzioni Comuni per il Ripristino della Volemia Glucosata 5%, Fisiologica 0.9%, Ringer e Bicarbonato 1.4% sono tra le più usate per ripristinare la volemia. Fisiologica: È una soluzione acida che può portare ad acidosi metabolica, e contiene più cloro rispetto al plasma. Ringer lattato: È più equilibrata e aiuta a correggere l'acidosi. Glucosata 5%: Isotonica inizialmente, ma diventa ipotonica quando il glucosio viene assorbito dalle cellule, causando una diluizione degli elettroliti e iposodiemia. Fisiologica 4.5%: È ipotonica e può danneggiare l'endotelio. Soluzioni Ipertoniche Soluzioni con osmolarità fino al doppio o triplo del valore normale possono essere usate per veicolare farmaci che non diffondono nelle membrane cellulari o per trattare altre condizioni cliniche. Tuttavia, queste soluzioni possono causare danni all'endotelio a causa del raggrinzimento delle cellule. PRESSIONE ONCOTICA: PROTEINE E BILANCIO IDRICO Dopo aver discusso della pressione osmotica, è fondamentale introdurre il concetto di pressione oncotica, chiamata anche pressione colloido-osmotica. Questa pressione è una componente della pressione osmotica totale, specificamente generata dalla presenza di proteine, in particolare nel plasma sanguigno. Il Principio Fondamentale: La pressione oncotica entra in gioco quando due ambienti sono separati da una membrana selettiva, ovvero una membrana che permette il passaggio di alcuni soluti (come acqua e piccoli ioni) ma non di altri (come le proteine). Se una membrana è selettiva per un soluto, quel soluto non contribuirà alla pressione osmotica totale perché si diffonderà per raggiungere l'equilibrio. La pressione osmotica, in questi casi, è data principalmente dai soluti non diffusibili, ovvero le proteine, che non riescono ad attraversare la membrana. Pressione Oncotica tra Plasma e Interstizio Nel nostro corpo, le proteine sono presenti in quantità significative nel plasma sanguigno ma sono virtualmente assenti nell'interstizio. Questo crea una differenza di concentrazione che determina una pressione oncotica: 1. Flusso di Acqua: L'acqua tende a muoversi dall'interstizio al plasma per compensare la differenza di concentrazione delle proteine. Questo flusso aumenta il volume plasmatico in proporzione alla differenza iniziale di pressione osmotica. 2. Gradiente Osmotico: Tra l'interstizio e le cellule non c'è un significativo gradiente osmotico, quindi non c'è una grande differenza di pressione osmotica. La differenza di pressione osmotica tra plasma e interstizio è di circa 1 mOsm/L, principalmente dovuta alle proteine. 3. Valore della Pressione Oncotica: Secondo la legge di Van't Hoff, questa differenza di 1 mOsm/L corrisponde a circa 20 mmHg di pressione oncotica. Questa pressione è fondamentale per il bilancio dei fluidi tra plasma e interstizio. Flusso H2O tra Compart.: Gradienti Osmotici e Oncotici Il flusso d'acqua tra i diversi compartimenti dell'organismo è determinato principalmente da due tipi di gradienti: 1. Gradiente Osmotico: Dovuto alla differenza di concentrazione dei soluti tra due compartimenti. L'acqua si muove da una zona a bassa concentrazione di soluti verso una ad alta concentrazione. 2. Gradiente Oncotico (o Colloido-Osmotico): È un tipo particolare di gradiente osmotico dovuto alla presenza di proteine, che sono soluti non diffusibili e quindi esercitano una pressione osmotica. Se entrambi i gradienti sono presenti, l'acqua si muoverà seguendo la risultante dei due. Scambi d'Acqua Attraverso i Capillari Sanguigni Un esempio chiave di questi flussi d'acqua si verifica a livello dei capillari sanguigni. I capillari sono vasi sottili che collegano arteriole e venule, formando una rete. Le pareti dei capillari sono costituite da uno strato di cellule endoteliali con giunzioni relativamente lasse, che permettono il passaggio di acqua e soluti. Il flusso d'acqua avviene sia attraverso le cellule endoteliali (transcellulare), grazie alle acquaporine, sia attraverso le giunzioni intercellulari. Flusso di Liquido Attraverso le Membrane Biologiche Il flusso di liquido attraverso la parete capillare è determinato dalla combo dei seguenti fattori: Conducibilità Idraulica (Lp): Indica quanto facilmente l'acqua passa attraverso la parete dello specifico capillare. Superficie (S): La superficie totale della parete capillare attraverso cui può avvenire il flusso d'acqua. Gradiente di Pressione Totale (ΔP): Deriva dalla combinazione del gradiente di pressione idraulica e del gradiente di pressione oncotica (o colloido-osmotica). L'equazione che descrive il flusso d'acqua è: Flusso = Lp * S * (ΔP idraulica - σ * ΔP oncotica) Dove σ è il coefficiente di riflessione (che nel caso ideale di una membrana impermeabile alle proteine è pari a 1). Calcolo del Gradiente di Pressione nei Capillari 1. Gradiente di Pressione Idraulica:  La pressione idraulica è elevata nelle arterie (circa 100 mmHg). All'inizio del capillare, la pressione è di circa 35 mmHg. Lungo il capillare, la pressione diminuisce gradualmente a circa 15 mmHg alla fine. Assumiamo che la pressione idraulica nell'interstizio sia zero. Quindi, il gradiente di pressione idraulica è di 35 mmHg all'inizio del capillare e si riduce a 15 mmHg alla fine. 2. Gradiente di Pressione Oncotica (Colloido-Osmotica): La pressione oncotica è dovuta alle proteine presenti nel plasma. La concentrazione proteica nel plasma genera una pressione colloido-osmotica di circa 25 mmHg. Assumiamo che la pressione oncotica dell'interstizio sia 0. La pressione oncotica è relativamente costante lungo tutta la lunghezza del capillare. Anche se la pressione oncotica dovrebbe dipendere linearmente dalla concentrazione delle proteine, in realtà la pressione oncotica è maggiore per la presenza di cationi (che sono attratti dalle cariche negative delle proteine e non possono attraversare la parete capillare). Importanza dei Vasi Linfatici I vasi linfatici sono vasi a fondo cieco che si trovano in stretta connessione con i capillari sistemici. Essi pompano attivamente la linfa, sottraendo acqua dall'interstizio e rendendo la pressione idraulica dell'interstizio leggermente negativa. Questo aiuta a prevenire l'accumulo di liquidi nell'interstizio. Bilancio delle Pressioni in un Capillare: Filtrazione e Riassorbimento L'acqua si muove attraverso le pareti dei capillari seguendo il bilancio tra le pressioni idrauliche e oncotiche: 1. Inizio del Capillare: Il gradiente di pressione idraulica (35 mmHg) spinge l'acqua fuori dal capillare. Il gradiente di pressione oncotica (25 mmHg) la spinge dentro. La risultante è una pressione di filtrazione di 10 mmHg, che causa la fuoriuscita netta di acqua dal capillare. 2. Lungo il Capillare: La pressione idraulica diminuisce progressivamente. La pressione oncotica rimane costante. Quando la pressione idraulica scende a 25 mmHg, il gradiente di pressione risultante è zero e non c'è movimento d'acqua. Dopo questo punto, quando la pressione idraulica continua a diminuire a 15 mmHg, l'acqua viene spinta all'interno del capillare da una pressione netta di 10 mmHg (riassorbimento). Riassunto: Filtrazione e Riassorbimento e Ruolo dei Vasi Linfatici La filtrazione è maggiore del riassorbimento. Il liquido in eccesso che non viene riassorbito viene drenato dai vasi linfatici. I vasi linfatici giocano un ruolo fondamentale nel mantenere l'equilibrio dei liquidi nei tessuti. IL SISTEMA NERVOSO AUTONOMO Introduzione e Suddivisione Il sistema nervoso è diviso in sistema nervoso centrale (SNC), che integra segnali interni ed esterni, e sistema nervoso periferico (SNP), che include vie sensoriali e motorie. La sensibilità può essere: Somatica: Informazioni da pelle, muscoli, articolazioni. Speciale: Vista, udito, equilibrio, gusto, olfatto. Viscerale: Informazioni dagli organi interni. Il SNC elabora le info. e genera comandi efferenti che vengono veicolati lungo: 1. Vie Motorie Somatiche: Assoni dei motoneuroni che innervano il muscolo scheletrico (controllo volontario). 2. Vie del Sistema Nervoso Autonomo (SNA): Informazioni al muscolo cardiaco, muscolo liscio e ghiandole (controllo involontario). Il SNA si suddivide in: Ortosimpatico (Simpatico): Coinvolto nelle risposte di "lotta o fuga". Parasimpatico: Attivo in condizioni di riposo e digestione. Sistema Nervoso Enterico: Specializzazione del SNA nel tratto gastrointestinale. Vie Efferenti Somatiche e Viscerali a Confronto Le differenze principali tra le vie efferenti somatiche e autonome sono:  Organi Bersaglio: Muscolo scheletrico per il somatico; muscolo cardiaco, liscio e ghiandole per l'autonomo. Tipo di Controllo: Volontario per il somatico; involontario per l'autonomo. Via Efferente: Un singolo assone per il somatico; due neuroni (pregangliare e postgangliare) per l'autonomo. Neurotrasmettitori: Acetilcolina per il somatico; noradrenalina per l'ortosimpatico e acetilcolina per il parasimpatico. Effetto sulle Cellule Bersaglio: Sempre eccitatorio per il somatico; eccitatorio o inibitorio per l'autonomo. Organizzazione dei Motoneuroni Sistema Nervoso Somatico: Un singolo motoneurone (motoneurone inferiore) nel midollo spinale (per i muscoli dal collo in giù) o nei nuclei dei nervi cranici (per i muscoli della testa) raggiunge direttamente le fibre muscolari. Sistema Nervoso Autonomo: 1. Neurone Pregangliare: Situato nel SNC. 2. Neurone Postgangliare: Situato in un ganglio periferico, invia il suo assone all'organo bersaglio. Orto-Parasimpatico: Differenze Strutturali e Funzionali Ortosimpatico (Simpatico): Neuroni Pregangliari: Assoni brevi, originano dai neuromeri toracici e primi due lombari (divisione toraco-lombare). Gangli: Vicini al midollo spinale. Neuroni Postgangliari: Assoni lunghi. Parasimpatico: Neuroni Pregangliari: Assoni lunghi, originano dai neuromeri sacrali (S2-S4) e dal tronco encefalico (divisione cranio-sacrale). Gangli: Vicini all'organo innervato. Neuroni Postgangliari: Assoni brevi. Attività Basale e Bilancio tra i due Sistemi Entrambi i sistemi (ortosimpatico e parasimpatico) sono attivi in condizioni fisiologiche (attività basale). Il bilancio tra i due sistemi determina lo stato fisiologico dell'organismo. In condizioni di riposo, prevale l'attività del sistema parasimpatico. Ad esempio, la frequenza cardiaca normale è più bassa di quella che si avrebbe se il cuore fosse isolato, a causa dell'influenza parasimpatica. Variazioni dell'Attività del SNA Le variazioni nell'attività dei sistemi ortosimpatico e parasimpatico sono influenzate da: Segnali Sensoriali Viscerali: Funzionano come feedback negativo per correggere squilibri.  Centri Superiori: La corteccia e altre strutture cerebrali possono modificare l'attività del SNA per adattare la risposta a diversi stimoli. Le emozioni modificano l'attività viscerale alterando il bilancio tra orto e parasimpatico. Paradigma di Riferimento Ortosimpatico (Simpatico): Attivato in situazioni di emergenza e stress ("lotta o fuga"), come anche al risveglio o durante l'esercizio fisico. La risposta è diffusa, con attivazione di diversi organi- bersaglio. Parasimpatico: Prevale in condizioni di stabilità e riposo, favorendo i processi anabolici. La risposta è più localizzata. Regole Generali e Frequenti Eccezioni dei Sistemi Le regole che generalmente valgono per i due sistemi sono: 1. Due Neuroni nella Via Efferente: Pregangliare e postgangliare. 2. Neurotrasmettitori Specifici: Noradrenalina per l'ortosimpatico, acetilcolina per il parasimpatico (con eccezioni). 3. Doppia Innervazione: La maggior parte degli organi riceve sia innervazione simpatica che parasimpatica (con eccezioni, come per il muscolo liscio dei vasi). 4. Antagonismo: I due sistemi hanno effetti opposti sull'organo bersaglio (con eccezioni). Fattori che Modificano il Bilancio tra Simpatico e Parasimpatico Segnali Sensoriali: Le informazioni dai recettori viscerali modificano l'attività dei sistemi autonomi con funzione omeostatica. Centri Superiori: Possono innescare risposte più complesse, non solo per correggere una singola perturbazione, ma anche per mantenere la stabilità generale dell'organismo. Emozioni: Le emozioni modificano l'attività viscerale alterando l'equilibrio tra orto e parasimpatico. Ipotalamo: Il Controllore Centrale del SNA L'ipotalamo è una struttura chiave del sistema nervoso centrale, situata nel diencefalo, ed è considerato il controllore centrale del sistema nervoso autonomo (SNA). Riceve segnali viscerali dalla periferia e informazioni dal sistema limbico, e in risposta modula l'attività del SNA. L'ipotalamo agisce anche come ghiandola endocrina, producendo ormoni. Funzioni dell'Ipotalamo Oltre al controllo del SNA e alla produzione ormonale, l'ipotalamo svolge altre importanti funzioni: Regolazione del bilancio idrico e dell'osmolarità dei liquidi corporei (tramite l'ormone antidiuretico ADH). Regolazione del comportamento alimentare e mantenimento dell'omeostasi energetica. Controllo della temperatura corporea. Regolazione dei ritmi circadiani (ciclo sonno-veglia). Regolazione di schemi comportamentali ed emozionali (grazie alle connessioni con il sistema limbico). L'ipotalamo riceve input da diverse fonti: Fibre della sensibilità viscerale. Afferenze dal sistema limbico. Segnali visivi (importanti per i ritmi circadiani). Segnali olfattivi e uditivi. Set Point e Risposte Compensatorie I circuiti nervosi dell'ipotalamo contengono set point ideali per molti parametri fisiologici. Quando il valore reale di un parametro si discosta dal set point, l'ipotalamo induce risposte compensatorie, sia ormonali che nervose, per riportare il parametro al valore ottimale. Interconnessione dei Centri di Controllo È importante non pensare ai centri di controllo del SNA come a entità separate. Le varie aree del SNC i cui neuroni controllano il SNA, sono interconnesse tra loro e formano reti che lavorano insieme per mantenere parametri come la pressione sanguigna o l'attività cardiaca. Studi sugli Effetti delle Emozioni sul SNA Diversi studi hanno dimostrato come le emozioni influenzino l'attività del SNA: Rabbia e Imbarazzo: Causano vasodilatazione cutanea ("diventare rossi"). Paura: Provoca vasocostrizione e aumento della sudorazione ("diventare pallidi e sudati"). Altri studi hanno analizzato le risposte di vari parametri fisiologici controllati da orto e parasimpatico a diverse emozioni (positive, negative o neutre), dimostrando che le emozioni hanno un impatto significativo su parametri come frequenza cardiaca, frequenza respiratoria, ventilazione e resistenze periferiche. Recettori Sensoriali: Specializzazione e Risposte I recettori sensoriali sono neuroni specializzati che rispondono a stimoli specifici, e la loro specializzazione dipende dalla loro struttura e dai canali ionici presenti sulla membrana. I recettori rispondono agli stimoli depolarizzandosi. Sensibilità Viscerale La sensibilità viscerale si basa su segnali provenienti da recettori situati negli organi interni (visceri), quali: Tratto gastrointestinale, Vie aeree, Vasi sanguigni, Cuore ecc... Tipi di Recettori Viscerali Meccanocettori: Rispondono a stimoli meccanici (pressione, distensione), come i barocettori arteriosi che si trovano nell'aorta e nella carotide e rispondono alla distensione della parete del vaso in seguito ad aumento della pressione sanguigna. Meccanocettori sono presenti anche nel tubo gastrointestinale, vescica, utero etc. Chemocettori: Rispondono a stimoli chimici (concentrazioni di O2, CO2, ioni H+ nel sangue, ma anche sostanze presenti nel lume intestinale). Termocettori: Rispondono a variazioni di temperatura (raffreddamento o riscaldamento). Nocicettori: Rispondono a sostanze chimiche rilasciate in seguito a lesioni o irritazioni. Vie Afferenti ed Efferenti del SNA Vie Afferenti (Sensoriali Viscerali): Gli assoni provenienti dai recettori viscerali (collo-colon sigmoideo) viaggiano nel nervo vago, mentre quelli da retto, organi sessuali e vie urinarie entrano  nel midollo spinale a livello sacrale. Il nervo vago trasporta sia segnali sensoriali (al Nucleo del Tratto Solitario, NTS) che motori (parasimpatico). Nucleo del Tratto Solitario (NTS): Nel SNC, riceve i segnali sensoriali viscerali tramite neuroni localizzati nei gangli delle radici dorsali e modula l'attività respiratoria. Il NTS è in stretto contatto con il Nucleo Motore Dorsale del Vago e il Nucleo Ambiguo, sedi dei neuroni pregangliari parasimpatici. Vie Efferenti (Motorie): Dal NTS, i segnali vengono inviati anche ai centri di controllo dei neuroni pregangliari ortosimpatici (nel midollo spinale) e a centri superiori come l'ipotalamo. Neurotrasmettitori di Orto e Parasimpatico Neuroni Pregangliari: Sia del simpatico che del parasimpatico utilizzano acetilcolina (ACh) come neurotrasmettitore che va a stimolare il neurone postgangliare. Recettori Nicotinici: Sul neurone postgangliare, si legano all'ACh, causando la depolarizzazione tramite ingresso di ioni sodio. Neuroni Postgangliari: Utilizzano noradrenalina (ortosimpatico) o ACh (parasimpatico) come neurotrasmettitori. I recettori per questi neurotrasmettitori sono diversi tra gli organi bersaglio, e quindi lo stesso neurotrasmettitore può eccitare o inibire un organo in base al tipo di recettore. Sistema Nervoso Enterico Il sistema nervoso enterico è una specializzazione del SNA situato nella parete del tratto gastrointestinale. Plessi Sottomucoso e Mioenterico: Formano reti nervose che fungono da gangli parasimpatici. Neuroni Pregangliari: Sia simpatici che parasimpatici fanno sinapsi sui neuroni di questi plessi. Neuroni Effettori: I neuroni dei plessi agiscono come neuroni postgangliari, inviando comandi a muscolo liscio e ghiandole dell'apparato digerente. Recettori Viscerali: I segnali dei recettori viscerali della parete gastrointestinale raggiungono sia i plessi che il Nucleo del Tratto Solitario. Localizzazione dei Neuroni Pregangliari Ortosimpatico: Si trovano nelle colonne laterali della sostanza grigia del midollo spinale (segmenti toracici e primi lombari). I loro assoni si interrompono nei gangli paravertebrali dove fanno sinapsi con il neurone postgangliare. Midollare del Surrene: È innervata direttamente da neuroni pregangliari ortosimpatici, che terminano direttamente sulle cellule secernenti endocrine, rilasciando adrenalina e noradrenalina in seguito ad aumento dell'attività ortosimpatica. Parasimpatico: Si trovano in nuclei di alcuni nervi cranici (nervo vago, glossofaringeo, facciale, nucleo di Edinger-Westphal) e nel midollo spinale a livello dei segmenti sacrali (retto, vescica e genitali).