Termoregolazione: Variazioni della Temperatura Corporea Centrale PDF

TERMOREGOLAZIONE: VARIAZIONI DELLA TEMPERATURA CORPOREA CENTRALE Oggi analizzeremo i meccanismi di termoregolazione che riguardano le variazioni della temperatura corporea centrale, in contrasto con le risposte locali studiate precedentemente. Risposte Vasomotorie alla Temperatura Vasocostriz...

TERMOREGOLAZIONE: VARIAZIONI DELLA TEMPERATURA CORPOREA CENTRALE Oggi analizzeremo i meccanismi di termoregolazione che riguardano le variazioni della temperatura corporea centrale, in contrasto con le risposte locali studiate precedentemente. Risposte Vasomotorie alla Temperatura Vasocostrizione (Freddo): L'esposizione al freddo provoca vasocostrizione a causa di un aumento dell'attività del sistema nervoso simpatico. Vasodilatazione (Calore): Quando la temperatura corporea aumenta, si verifica vasodilatazione, un meccanismo molto intenso che può portare fino al 60% della gittata cardiaca alla cute. Questo è associato alla sudorazione come meccanismo di dissipazione del calore. È importante sottolineare che la vasodilatazione non implica solo la dilatazione delle arteriole, ma anche il rilascio di sfinteri precapillari e l'apertura di nuovi capillari. Simpatico Colinergico: Un'Eccezione nel Sistema Nervoso Autonomo Come già visto a proposito del SNA, esiste un'eccezione: il simpatico colinergico. Questo sistema, anziché rilasciare noradrenalina, rilascia acetilcolina e altre sostanze vasodilatanti (istamina, prostaglandine, ossido nitrico, ecc.). Risposta al Freddo: Vasocostrizione adrenergica. Risposta al Calore: L'aumento della temperatura del sangue, rilevato dai termocettori ipotalamici, attiva il simpatico vasodilatatore colinergico. Questo sistema stimola le ghiandole sudoripare e promuove la vasodilatazione. Complessità dei Meccanismi di Vasodilatazione Nonostante l'acetilcolina sia il neurotrasmettitore principale del simpatico colinergico, sembra che non sia la causa diretta della vasodilatazione. Ossido Nitrico: La vasodilatazione è mediata dall'aumento del rilascio di ossido nitrico, indotto dall'acetilcolina. Mastociti: Il simpatico colinergico può anche innervare i mastociti tramite un altro neurotrasmettitore, i quali, una volta attivati, rilasciano istamina che rinforza la vasodilatazione. Farmaci Vasoattivi: Modulazione dei Meccanismi di Termoregolazione La conoscenza dei meccanismi che regolano la vasocostrizione e vasodilatazione permette di modulare questi processi attraverso farmaci. Farmaci Vasocostrittori 1. Agonisti alfa-adrenergici (Simpaticomimetici):  Selettività: Esistono farmaci più o meno selettivi. La fenilefrina, ad esempio, è un agonista alfa1-selettivo molto efficace nella vasocostrizione. Meccanismi d'Azione: Azione Diretta: Interagiscono direttamente con i recettori adrenergici. Azione Indiretta: Inducono il rilascio di noradrenalina dalle terminazioni nervose. Meccanismo Misto: Svolgono sia azione diretta sui recettori adrenergici che indiretta aumentando il rilascio di noradrenalina. 2. Beta Bloccanti: Non provocano vasocostrizione ma inibiscono la vasodilatazione. Sono usati per trattare l'ipertensione grazie al loro effetto sui recettori beta1 nel cuore, riducendone l'attività e quindi la pressione. Inibiscono anche l'azione dei recettori beta2, il che è pericoloso per i soggetti asmatici, perché inibiscono la broncodilatazione e possono provocare crisi di broncospasmo. Riducono anche il tremore (meccanismo non specificato). Meccanismi d'Azione (Aumento dell'attività della noradrenalina): Aumento del rilascio di noradrenalina. Impedimento della degradazione della noradrenalina, prolungandone l'interazione con il recettore. Inibizione della ricaptazione della noradrenalina, aumentandone la concentrazione in circolo. Impedimento dell'immagazzinamento nelle vescicole, causando il rilascio di noradrenalina dal citoplasma per vie non vescicolari (come l'efedrina). 3. Analoghi della Vasopressina (ADH): La vasopressina, o ADH, è un potente vasocostrittore. Effetti sulla Pressione Arteriosa: Come si vede dall'immagine, la vasopressina provoca un aumento della pressione arteriosa, in modo concentrazione-dipendente. Interazione con Noradrenalina: L'azione combinata di vasopressina e noradrenalina produce un effetto sinergico, amplificando l'effetto vasocostrittore rispetto alla somma dei singoli effetti. Post-carico: Un'intensa vasocostrizione aumenta la pressione arteriosa e quindi il post- carico, riducendo la gittata cardiaca a seconda del dosaggio del farmaco. Farmaci Vasodilatatori Esiste un'ampia gamma di farmaci vasodilatatori, che agiscono su diversi meccanismi (non specificati in dettaglio). Questi farmaci inibiscono i meccanismi di vasocostrizione o attivano quelli di vasodilatazione. Spero che questa rielaborazione sia utile per lo studio dei meccanismi di termoregolazione e dei farmaci vasoattivi. FARMACI ATTIVI SUL SISTEMA NERVOSO AUTONOMO (SNA) I farmaci che agiscono sul SNA possono essere classificati in base al loro sito di azione: 1. Farmaci Periferici: Modulazione dell'Azione del Neurotrasmettitore: Questi farmaci influenzano direttamente l'interazione tra neurotrasmettitore e recettore sul bersaglio. Esempio: Alfa-bloccanti e β2-agonisti. Deplezione del Neurotrasmettitore: Alcuni farmaci riducono la quantità di neurotrasmettitore disponibile nelle terminazioni nervose. Esempio: Reserpina - Questo farmaco agisce in modo indiretto, bloccando il trasportatore vescicolare che accumula noradrenalina nelle vescicole. Ciò porta all'accumulo di noradrenalina nel citoplasma, seguita dal suo rilascio e da una fase successiva di deplezione, poiché non ci sono più vescicole pronte a rilasciare noradrenalina. 2. Bloccanti Gangliari: Questi farmaci impediscono la trasmissione colinergica nei gangli autonomi. Possono agire in diversi modi:  Riduzione della Sintesi di Acetilcolina: Inibiscono la produzione di acetilcolina nel neurone pregangliare. Inibizione del Rilascio di Acetilcolina: Impediscono il rilascio di acetilcolina dal neurone pregangliare. Antagonisti del Recettore Nicotinico: Bloccano i recettori nicotinici sul neurone postgangliare, impedendo la risposta all'acetilcolina. Questi farmaci, tuttavia, influenzano sia la trasmissione simpatica che quella parasimpatica. 3. Farmaci Centrali: Inibiscono l'attività simpatica nel sistema nervoso centrale, riducendo il segnale efferente verso gli organi. Farmaci Attivi sui Canali Ionici 1. Bloccanti dei Canali del Calcio (Ca-antagonisti): Impediscono l'ingresso di calcio nella cellula. Questi farmaci sono importanti perché l'ingresso di calcio è essenziale per la contrazione delle cellule muscolari lisce. Bloccano i canali del calcio anche a livello cardiaco, riducendo forza di contrazione e frequenza cardiaca. 2. Attivatori dei Canali del Potassio (K): Questi farmaci aprono i canali del potassio, provocando l'uscita di potassio dalla cellula e quindi iperpolarizzazione. L'iperpolarizzazione impedisce l'apertura dei canali del calcio voltaggio-dipendenti, riducendo l'ingresso di calcio. Farmaci Vasodilatatori che Agiscono sul Sistema Renina-Angiotensina- Aldosterone (RAA) Il sistema RAA gioca un ruolo fondamentale nella regolazione della pressione arteriosa e dell'equilibrio idrosalino. I farmaci che agiscono su questo sistema includono: Inibitori della Secrezione di Renina: Riducono la produzione di renina da parte delle cellule iuxtaglomerulari. Inibitori dell'Enzima di Conversione dell'Angiotensina (ACE-inibitori): Impediscono la conversione di angiotensina I in angiotensina II. Antagonisti del Recettore dell'Angiotensina II: Bloccano l'azione dell'angiotensina II sui suoi recettori. Anti-Aldosteronici: Inibiscono l'azione dell'aldosterone a livello renale, riducendo il riassorbimento di sodio e acqua e aumentando l'escrezione di potassio. Questi farmaci sono diuretici risparmiatori di potassio, poiché l'aldosterone, tra i suoi effetti, aumenta l'eliminazione di potassio, a differenza di altri diuretici che possono causare ipopotassemia. Nitrodilatatori: Farmaci che Influenzano l'Ossido Nitrico L'ossido nitrico (NO) è un potente vasodilatatore. I farmaci che agiscono sull'NO includono: Inibitori della Fosfodiesterasi 5 (PDE5): L'ossido nitrico aumenta i livelli di GMP ciclico (cGMP) nelle cellule muscolari lisce, causando vasodilatazione. La PDE5 inattiva il cGMP. Gli inibitori della PDE5 impediscono la degradazione del cGMP, prolungando la vasodilatazione. Spero che questa rielaborazione sia utile per lo studio dei farmaci che agiscono sul SNA e sulla regolazione vascolare. CAPILLARI SANGUIGNI: IL FULCRO DEGLI SCAMBI NEL SISTEMA CIRCOLATORIO I capillari sono il punto cruciale del sistema circolatorio, progettati per permettere gli scambi vitali tra sangue e tessuti. Essi consentono il rifornimento continuo di ossigeno e nutrienti alle cellule e la rimozione dei prodotti di scarto, come la CO2. Caratteristiche Strutturali dei Capillari Sito di Scambio: I capillari sono l'unico punto del sistema circolatorio dove le sostanze possono muoversi liberamente tra il plasma e l'interstizio per raggiungere le cellule. Pressione: La pressione sanguigna nei capillari diminuisce di circa 20 mmHg rispetto al tratto arterioso. Aumenta con la vasodilatazione e diminuisce con la vasocostrizione. Area Sezionale: L'area della sezione trasversa dei capillari è enormemente maggiore di quella dell'aorta, il che rallenta notevolmente la velocità del flusso sanguigno. Area di Scambio Totale: La somma delle superfici di scambio di tutti i letti capillari è immensa. Questa ampia superficie, combinata con la bassa velocità di scorrimento del sangue, favorisce un'efficace diffusione di sostanze. Spessore della Parete: La parete dei capillari è estremamente sottile (meno di 1 micron in alcuni punti), facilitando il trasporto di sostanze. Il diametro medio è di circa 8 micron e la lunghezza media è di 50-60 micron. Flusso Sanguigno: I globuli rossi scorrono in fila singola nei capillari, deformandosi per passare. La bassa velocità di scorrimento del sangue è controbilanciata dal piccolo diametro dei capillari, che riduce la viscosità, permettendo un flusso normale. Volume: Circa 2.5 litri di sangue si trovano nei capillari in ogni istante. Densità Capillare: Il numero di capillari per unità di superficie, massa o tessuto varia a seconda dello stato funzionale del tessuto: elevata nel cervello e nel muscolo cardiaco, minore nel tessuto adiposo e muscolo scheletrico. Organizzazione dei Capillari nei Tessuti Reti: I capillari non sono semplici tubi che collegano arteriole e venule, ma formano complesse reti tra questi vasi. Perfusione: In un tessuto non attivo, solo una parte dei capillari è pervia. Con l'aumento dell'attività, i fattori metabolici locali causano vasodilatazione e rilascio degli sfinteri precapillari, aumentando la perfusione e riducendo la distanza che i soluti devono percorrere per raggiungere le cellule. Scambi Attraverso la Parete Capillare Gli scambi tra plasma e interstizio avvengono in entrambe le direzioni e seguono due principi fondamentali: 1. Scambi di Soluti: Legge di Fick: La velocità di diffusione di un soluto dipende dalla differenza di concentrazione tra i due lati della membrana e dal coefficiente di permeabilità diffusionale. Passaggio dei Soluti: Per la maggior parte dei soluti (eccetto le proteine), gli scambi avvengono liberamente attraverso i pori tra le giunzioni delle cellule endoteliali. Questi pori sono sufficientemente ampi per il passaggio di piccole molecole. Esempio degli Enterociti: I soluti assorbiti dagli enterociti nel lume intestinale vengono rilasciati nell'interstizio. Questo crea un gradiente di concentrazione per il flusso dal lume all'interstizio, dove i soluti si portano dietro acqua. L'acqua crea un gradiente di pressione idraulica e spinge l'acqua dai capillari verso l'interstizio, e in un secondo momento, dai capillari verso il plasma. Trasporto di Macromolecole: Le macromolecole organiche che possono diffondere attraverso la parete capillare entrano nelle cellule tramite trasporto mediato da proteine per essere utilizzate o ossidate. Diffusione Semplice: Soluti Idrofili: Attraversano i pori giunzionali con una superficie che dipende da ampiezza e densità dei pori.  Sostanze Liposolubili: Attraversano facilmente le membrane lipidiche, usufruendo dell'intera superficie dei capillari. 2. Scambi di Liquidi: Gradiente di Pressione: Il flusso di liquidi è determinato dal gradiente combinato di pressione idraulica e colloido-osmotica. Il coefficiente che descrive la relazione tra gradiente di pressione e flusso è la conducibilità idraulica. Trasporto Attivo di Macromolecole Le macromolecole che non possono passare per diffusione attraversano la membrana mediante transcitosi: Endocitosi: Le molecole vengono internalizzate dalla membrana cellulare formando una vescicola. Esocitosi: La vescicola si fonde con la membrana sull'altro lato della cellula, rilasciando le molecole. Spero che questa rielaborazione sia utile per lo studio dei capillari e dei meccanismi di scambio che avvengono a questo livello. DIFFUSIONE SEMPLICE ATTRAVERSO LE PARETI CAPILLARI: LEGGE DI FICK E FATTORI DETERMINANTI In questa lezione, approfondiremo i meccanismi della diffusione semplice, in particolare attraverso la membrana endoteliale dei capillari, applicando la legge di Fick. Coefficiente di Permeabilità Diffusione: I Fattori Chiave Il flusso di soluti attraverso la membrana è regolato dalla legge di Fick. Il coefficiente di permeabilità diffusionale, che determina il flusso per una data differenza di concentrazione, dipende da: 1. Coefficiente di Diffusione (d): È influenzato dalla viscosità del mezzo, ma soprattutto dal peso molecolare del soluto: più piccolo è il soluto, maggiore è il coefficiente di diffusione e quindi il flusso diffusionale. 2. Caratteristiche Geometriche della Membrana: Area di Scambio: La superficie disponibile per la diffusione. Lunghezza del Percorso Diffusionale: Lo spessore della parete endoteliale. Diffusione in Acqua Libera: Dal Lato Interstiziale alla Cellula Dopo aver attraversato l'endotelio del capillare, il soluto si trova nell'interstizio. Il suo successivo movimento verso la cellula avviene tramite diffusione in acqua libera, senza le restrizioni della membrana. Questo movimento è ancora regolato dalla legge di Fick, in cui il coefficiente di diffusione dipende dal peso molecolare del soluto, non dalla presenza di una membrana. Impatto delle Dimensioni Molecolari sul Coefficiente di Permeabilità Il coefficiente di permeabilità diffusionale diminuisce con l'aumentare delle dimensioni molecolari. Il raggio molecolare limite per un passaggio praticamente libero è quello dell'inulina (circa 6.000 Dalton). Molecole più grandi hanno un coefficiente di permeabilità molto basso. Pori Giunzionali e Area di Scambio per Soluti Idrofili I soluti idrofili attraversano la membrana endoteliale tramite i pori giunzionali. L'area di scambio per questi soluti è la frazione dell'area totale occupata dai pori, non la superficie totale dei capillari. Il coefficiente di diffusione dipende dal peso molecolare, dalla viscosità e dalla frazione dell'area totale occupata dai pori. Diffusione Ristretta: Limitazioni nel Passaggio attraverso i Pori Non tutti i soluti che potrebbero passare per dimensione possono effettivamente farlo: Orientamento nel Poro: Per un passaggio libero, un soluto deve imboccare il poro passando per il centro. Se urta contro le pareti del poro, il suo passaggio è impedito. Il diametro del soluto deve essere inferiore a un decimo del diametro del poro. Struttura dei Pori: I pori non sono canali acquosi liberi, ma contengono fibre, glicoproteine e proteoglicani della matrice interstiziale, che riducono lo spazio disponibile e limitano la permeabilità, soprattutto per le proteine. Flussi Netto di Soluti: Diffusione e Convezione Il flusso netto di soluti è il risultato di flussi bidirezionali: Diffusione: Le molecole si muovono dalle aree ad alta concentrazione a quelle a bassa concentrazione. Convezione: L'acqua che passa attraverso la parete capillare si trascina dietro i soluti. L'acqua passa attraverso le acquaporine dell'endotelio e un po' anche attraverso i pori giunzionali. L'acqua che passa per i pori trascina con sé i soluti. Questo trasporto convettivo dipende dal flusso di acqua e non dalla differenza di concentrazione di soluti. Il flusso d'acqua è determinato dalla permeabilità e non dalla differenza di concentrazione. Diffusione: La forza motrice è la differenza di concentrazione. Convezione: Aumenta con la velocità di filtrazione dell'acqua. Osservazione Sperimentale del Trasporto di Soluti: Capillari Mesenterici Visualizzazione: L'utilizzo dei capillari mesenterici, transilluminati e osservati al microscopio, permette di visualizzare il flusso sanguigno e il trasporto di soluti. Diffusione del Colorante: L'iniezione di un colorante nel capillare mostra che il colorante diffonde gradualmente all'esterno del vaso, colorando l'interstizio circostante. Si osserva anche che la permeabilità della parete capillare è maggiore nella metà distale del capillare. Spero che questa rielaborazione sia utile per lo studio della diffusione semplice e dei meccanismi di trasporto attraverso i capillari. TIPI DI CAPILLARI E PERMEABILITÀ La permeabilità dei capillari varia a seconda delle loro caratteristiche strutturali. Esistono diversi tipi di capillari, tra cui: 1. Capillari Continui: Distribuzione: Abbondanti in tutto il corpo, presenti nel muscolo scheletrico, tessuto sottocutaneo e tessuto adiposo. Permeabilità: Hanno pori relativamente piccoli che permettono il passaggio di soluti di piccole dimensioni. Sono i meno permeabili ma più comuni. 2. Capillari Fenestrati: Distribuzione: Presenti nel rene (glomeruli renali) e nelle ghiandole esocrine. Permeabilità: Possiedono spazi più ampi, "finestre", che permettono il passaggio di molecole più grandi. 3. Capillari Discontinui (Sinusoidali): Distribuzione: Principalmente nel fegato e nella milza. Permeabilità: Caratterizzati da grandi aperture tra le cellule endoteliali, che permettono il passaggio di cellule intere come i globuli rossi. Barriera Ematoencefalica e Permeabilità Capillare Cerebrale I capillari del circolo cerebrale presentano una barriera ematoencefalica, caratterizzata da giunzioni strette che impediscono il passaggio di soluti. Le sostanze che devono interagire con i neuroni attraversano la barriera tramite proteine di trasporto. Tuttavia, esistono aree in cui la barriera non è presente, permettendo una maggiore permeabilità. Coefficiente di Permeabilità Diffusione e Dimensioni Molecolari Il coefficiente di permeabilità diffusionale (P) diminuisce con l'aumentare delle dimensioni molecolari. Questo significa che molecole più grandi hanno maggiore difficoltà a passare attraverso la parete capillare per diffusione. Diffusione di Gas Respiratori nei Tessuti Il trasporto di ossigeno e anidride carbonica attraverso i capillari è essenziale per la respirazione cellulare. 1. Diffusione dell'Ossigeno (O2): Gradiente di Pressione: L'ossigeno si muove dal sangue arterioso (pressione parziale di circa 100 mmHg) verso l'interstizio (pressione parziale di circa 40 mmHg a riposo) lungo il suo gradiente di pressione parziale. Utilizzo dell'Ossigeno: Le cellule utilizzano l'ossigeno, mantenendo bassa la sua pressione parziale nell'interstizio. Equilibrio: Il sangue venoso raggiunge un equilibrio con l'interstizio e la sua pressione parziale dell'ossigeno diventa uguale a quella interstiziale. Aumento dell'Attività Cellulare: Se l'attività cellulare aumenta, la pressione parziale dell'ossigeno nell'interstizio diminuisce ulteriormente (ad esempio, 20 mmHg), aumentando il gradiente di diffusione e quindi la cessione di ossigeno dal sangue. 2. Diffusione dell'Anidride Carbonica (CO2): La CO2 segue un gradiente opposto all'ossigeno, muovendosi dai tessuti al sangue per essere eliminata dai polmoni. Diffusione di Soluti nei Tessuti 1. Diffusione del Glucosio: Gradiente di Concentrazione: Il glucosio si muove dal sangue arterioso (ad esempio, 5 mmol) verso l'interstizio dove la sua concentrazione è inferiore (ad esempio, 4.7 mmol). Utilizzo del Glucosio: Le cellule utilizzano il glucosio, mantenendo bassa la sua concentrazione nell'interstizio. Equilibrio: Il sangue venoso raggiunge un equilibrio con l'interstizio, portando la concentrazione di glucosio a valori simili. Aumento dell'Attività Cellulare: Se l'attività cellulare aumenta, la concentrazione di glucosio nell'interstizio diminuisce ulteriormente (ad esempio, 2 mmol), aumentando il gradiente e quindi la cessione di glucosio dal sangue. 2. Tempo di Transito e Equilibrio: Flusso Lento: Se il flusso sanguigno è lento, la diffusione può avvenire completamente e il sangue venoso raggiunge l'equilibrio con l'interstizio. Flusso Veloce: Se il flusso è rapido, il sangue può non raggiungere l'equilibrio, mantenendo una concentrazione di glucosio maggiore di quella dell'interstizio. Ciò accade perché la diffusione è un processo relativamente lento. Spero che questa rielaborazione sia utile per lo studio dei tipi di capillari, la diffusione di gas e soluti e il ruolo della permeabilità. DIFFUSIONE LIMITATA DALLA PERFUSIONE VS. DIFFUSIONE LIMITATA DALLA DIFFUSIONE In questa lezione, approfondiremo la distinzione fondamentale tra due tipi di limitazioni al trasporto di soluti attraverso i capillari: la diffusione limitata dalla perfusione e la diffusione limitata dalla diffusione. Diffusione Limitata dalla Perfusione Caratteristiche: Si verifica quando un soluto attraversa facilmente la membrana capillare. La diffusione è così rapida che l'equilibrio tra plasma e interstizio viene raggiunto già nella prima metà del capillare. Grafico: In questo caso, la concentrazione del soluto nel plasma si avvicina rapidamente a quella dell'interstizio lungo il capillare. Limitazione: Il fattore limitante non è la permeabilità della membrana, ma il flusso di sangue (perfusione) attraverso il capillare. Aumento del Trasporto: Aumentando il flusso sanguigno, si aumenta il trasporto del soluto. Questo perché un flusso più rapido mantiene più a lungo un gradiente di concentrazione lungo il capillare, permettendo un maggiore scambio. Definizione: Si dice "limitato dalla perfusione" perché è il flusso di sangue che determina il trasporto, e non la permeabilità della membrana. Diffusione Limitata dalla Diffusione Caratteristiche: Si verifica quando un soluto ha difficoltà a diffondere attraverso la membrana capillare. L'equilibrio tra plasma e interstizio non viene raggiunto neanche alla fine del capillare. Grafico: La concentrazione del soluto nel plasma non si avvicina a quella dell'interstizio neanche alla fine del capillare. Limitazione: Il fattore limitante è la bassa permeabilità della membrana, non il flusso sanguigno. Aumento del Trasporto: Aumentare il flusso di sangue peggiora la situazione. Un flusso più rapido riduce il tempo disponibile per la diffusione, rendendo meno efficiente il trasporto del soluto.  Modo teorico per aumentare il trasporto: Aumentare la permeabilità della membrana Definizione: Si dice "limitato dalla diffusione" perché è la permeabilità della membrana che determina il trasporto, e non il flusso di sangue. Effetto del Flusso sul Trasporto di Soluti Flusso Basso (Perfusione Limitata): La diffusione avviene rapidamente e l'equilibrio si raggiunge precocemente. Il soluto molto diffusibile viene trasportato poco perche l'equilibrio viene raggiunto molto velocemente, la diffusione si ferma e una porzione del capillare non viene sfruttata per il trasporto. Flusso Basso (Diffusione Limitata): La diffusione è lenta. Il soluto poco diffusibile, trasportato meno, ha più tempo per diffondere. Un flusso più lento aumenta il trasporto di questo tipo di soluto. Aumento del Flusso (Perfusione Limitata): La perfusione è maggiore, quindi il sangue ricco di soluto continua a passare, e il gradiente di concentrazione rimane per più tempo e lungo un tratto maggiore del capillare. Il trasporto aumenta. Aumento del Flusso (Diffusione Limitata): Il flusso è più rapido, ma la diffusione è lenta. Il sangue scorre via troppo rapidamente e la diffusione è incompleta. Il trasporto diminuisce. Clearance e Trasporto di Soluti Clearance: Volume di plasma depurato di una certa sostanza per unità di tempo. È una misura di quanto di una sostanza viene trasportata, interpretata come quantità media di soluto trasportata in un minuto. Relazione Flusso-Trasporto: Sostanze Molto Diffusibili: Il trasporto aumenta linearmente con il flusso. La diffusione è rapida e l'aumento del flusso permette un maggiore scambio.  Sostanze Poco Diffusibili: Inizialmente il trasporto aumenta con il flusso, ma poi si raggiunge un plateau dove la diffusione diventa un fattore limitante e l'aumento del flusso non aumenta il trasporto. Esempio Urea: Nonostante sia una molecola piccola, ha una permeabilità che fa sì che a un certo punto, aumentando il flusso, la diffusione diventi limitata. Esempio dell'Ossigeno Il trasporto dell'ossigeno nei capillari è generalmente limitato dalla perfusione: un aumento del flusso di sangue e di aria alveolare incrementa il trasporto di ossigeno, fino a un certo limite. Trasporto di Soluti attraverso Membrane Porose (Dialisi) L'aumento del flusso aumenta il trasporto di soluti fino a un certo limite che dipende dalla permeabilità della sostanza. Le molecole più grandi, con permeabilità minore, hanno un trasporto più limitato. Andamento Esponenziale della Diffusione La riduzione di concentrazione nel plasma causata dalla diffusione segue un andamento esponenziale. Spero che questa rielaborazione sia utile per lo studio della distinzione tra diffusione limitata dalla perfusione e diffusione limitata dalla diffusione. CILINDRI DI KROGH: IL PERCORSO DIFFUSIONALE DAI CAPILLARI ALLE CELLULE In questa lezione, esploreremo il concetto dei "cilindri di Krogh", che definiscono la lunghezza del percorso che i soluti devono percorrere, una volta usciti dai capillari, per raggiungere le cellule nei tessuti. Definizione e Struttura dei Cilindri di Krogh Percorso Diffusionale: Dopo che un soluto è uscito dal capillare, deve diffondere attraverso l'interstizio per raggiungere le cellule circostanti. Cilindro di Tessuto: Ogni capillare rifornisce un cilindro di tessuto circostante. Le cellule all'interno di questo cilindro dipendono dal soluto che fuoriesce da quel capillare specifico. Gradiente di Concentrazione: La concentrazione del soluto diminuisce man mano che si allontana dal capillare. La concentrazione è massima nello strato di liquido interstiziale adiacente alla parete del vaso, e minima o nulla nelle zone più distanti dal capillare. Raggio del Cilindro: La distanza che un soluto deve percorrere per raggiungere l'ultima cellula che un determinato capillare può rifornire definisce il raggio del cilindro di Krogh. Questo cilindro è rappresentato dal capillare stesso e dal cilindro di tessuto circostante che esso rifornisce. Raggio del Cilindro di Krogh e Densità Capillare Pochi Capillari Aperti: In condizioni di riposo, quando solo pochi capillari sono aperti, il cilindro di Krogh ha un raggio grande, e quindi le cellule più distanti dal capillare possono ricevere meno soluti. Molti Capillari Aperti: Quando più capillari si aprono (ad esempio, durante l'attività di un organo),  ogni capillare rifornisce un cilindro di tessuto più piccolo e il raggio del cilindro di Krogh diminuisce. Di conseguenza, le cellule hanno un rifornimento di soluti più diretto ed efficiente. Applicazione ai Muscoli: Il Concetto dei Cilindri di Krogh Muscolo a Riposo: Quando il muscolo è a riposo, solo pochi capillari sono aperti, quindi il cilindro di Krogh ha un raggio grande e rifornisce un intero gruppo di fibre muscolari. Muscolo in Attività: Quando il muscolo è attivo, si aprono più capillari, riducendo il raggio del cilindro di Krogh, rendendo più efficiente la diffusione dei soluti a ogni singola fibra muscolare. Variazione della Concentrazione del Soluto Lungo il Capillare Andamento Esponenziale: La concentrazione del soluto che diffonde a partire dall'inizio del capillare si riduce gradualmente con andamento esponenziale. Parte Distale del Capillare: Le parti più distali del cilindro, vicine al lato venulare, ricevono i soluti da un capillare in cui la concentrazione è più bassa. Riassumendo: Le cellule più vicine al lato arteriolare ricevono soluti più rapidamente e in quantità maggiore. La diffusione diminuisce man mano che la concentrazione plasmatica si avvicina a quella interstiziale fino a cessare. Parti marginali: Le parti marginali del cilindro potrebbero non essere perfuse in modo adeguato a causa del limite diffusionale. Spero che questa rielaborazione sia utile per lo studio dei cilindri di Krogh e della lunghezza del percorso diffusionale. ESEMPIO PRATICO: REGOLAZIONE DEL GLUCOSIO NEL MUSCOLO DURANTE L'ATTIVITÀ FISICA In questa lezione, analizzeremo come il muscolo regola l'apporto di glucosio, un substrato energetico fondamentale, durante il passaggio dallo stato di riposo all'attività fisica, applicando i concetti precedentemente studiati sulla perfusione e la diffusione. Meccanismi di Regolazione: Perfusione ed Estrazione Un muscolo attivo richiede più substrati, come il glucosio, che ottiene principalmente attraverso due meccanismi: 1. Aumento della Perfusione: Aumento del flusso sanguigno verso il muscolo attivo. 2. Aumento dell'Estrazione: Aumento della quantità di glucosio che il muscolo preleva dal sangue e dall'interstizio. Analisi dei Dati: Concentrazione, Flusso ed Estrazione Unità di Misura: La concentrazione di glucosio è espressa in millimoli per litro (mM). Condizioni di Riposo (Rest): Concentrazione: La concentrazione arteriosa di glucosio è 5 mM, quella venosa 4.7 mM. La concentrazione all'uscita del capillare è in equilibrio con quella venosa 4.7 mM Flusso: Il flusso sanguigno è di 2.5 ml/min per 100 g di tessuto. Consumo: Il consumo di glucosio è di 1.4 μmol/min.  Estrazione: L'estrazione di glucosio è dell'11% (differenza artero-venosa di 0.3 mM). Cilindri di Krogh: Il raggio del cilindro di Krogh è di 36 μm. Condizioni di Esercizio (Exercise): Concentrazione: La concentrazione arteriosa di glucosio rimane 5 mM, ma la concentrazione venosa diminuisce a 4 mM, evidenziando un aumento dell'estrazione. La concentrazione per-capillare è più bassa della concentrazione venosa. Flusso: Il flusso sanguigno aumenta di 24 volte. Consumo: Il consumo di glucosio aumenta di 43 volte. Estrazione: L'estrazione di glucosio aumenta di circa due volte. Cilindri di Krogh: Il raggio del cilindro di Krogh si dimezza (la densità dei capillari è quadruplicata) a causa dell'apertura di nuovi capillari. Interpretazione dei Risultati: Equilibrio e Limiti Aumento del Flusso Inadeguato: Nonostante l'aumento del flusso sanguigno, questo non è sufficiente a soddisfare l'elevata richiesta di glucosio. Aumento dell'Estrazione: La maggiore richiesta energetica del muscolo durante l'esercizio provoca un aumento dell'estrazione di glucosio dal sangue e dall'interstizio. Non Equilibrio: La concentrazione di glucosio nell'interstizio è ancora più bassa di quella nel sangue venoso, a causa del fatto che le cellule prelevano glucosio dall'interstizio più velocemente di quanto dal sangue ne possa arrivare. Combinazione di Fattori: L'aumento della perfusione, la riduzione della distanza di diffusione e l'aumento dell'estrazione si combinano per soddisfare le richieste funzionali del muscolo, tuttavia l'equilibrio di concentrazione tra sangue e interstizio non viene raggiunto. Conclusione: Questo esempio illustra come il muscolo regola l'apporto di glucosio durante l'attività fisica, attraverso l'aumento della perfusione, la riduzione della distanza diffusionale (con l'apertura dei capillari) e l'aumento dell'estrazione. Nonostante la combinazione di questi meccanismi, la diffusione non riesce a raggiungere l'equilibrio, evidenziando la complessità della regolazione metabolica durante l'esercizio. Spero che questa rielaborazione sia utile per lo studio dell'esempio pratico del muscolo e della regolazione del glucosio durante l'attività fisica.