Sbobine di Fisiologia I (PDF) 2022-2023

SBOBINE FISIOLOGIA I POLO C 2022/2023 Sommario LEZIONI PROF.SSA PARENTI: INTRODUZIONE E CONCETTI CHIAVE............................................................................................................... 1 SISTEMA NERVOSO AUTONOMO..................................................

SBOBINE FISIOLOGIA I POLO C 2022/2023 Sommario LEZIONI PROF.SSA PARENTI: INTRODUZIONE E CONCETTI CHIAVE............................................................................................................... 1 SISTEMA NERVOSO AUTONOMO.................................................................................................................... 2 Organizzazione del Sistema Nervoso Simpatico............................................................................................... 5 Organizzazione del Sistema Nervoso Parasimpatico........................................................................................ 9 Cenni a neurotrasmettitori e loro recettori…………………………………………………………………………………………………12 Riflessi: minzione e defecazione…………………………………………………………………………………………………………………15 Barocettori…………………………………………………………………………………………………………………………………………………17 Sistema limbico, ipotalamo e stress response…………………………………………………………………………………………….18 SISTEMA CARDIOVASCOLARE…………………………………………………………………………………………………………………22 Cuore………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….22 Attività elettrica cardiaca……………………………………………………………………………………………………………………………23 Elettrocardiografia e potenziale d’azione, distribuzioni cariche, postulati di Einthoven………………………………24 Accoppiamento eccitazione-contrazione…………………………………………………………………………………………………….28 Basi ioniche dei potenziali del miocardio specifico e del miocardio comune rispettivamente…………………….29 Canali che determinano le correnti…………………………………………………………………………………………………………….33 Controllo da parte del Sistema Nervoso……………………………………………………………………………………………………..35 Aritmie……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….63 Cuore di atleta……………………………………………………………………………………………………………………………………………65 Blocco atrioventricolare……………………………………………………………………………………………………………………………..67 Funzione del cuore come pompa muscolare………………………………………………………………………………………………68 Toni cardiaci………………………………………………………………………………………………………………………………………………78 Soffi……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………79 La gittata cardiaca………………………………………………………………………………………………………………………………………81 Contrattilità ventricolare…………………………………………………………………………………………………………………………….92 Aumenti o diminuzioni patologici della gittata cardiaca……………………………………………………………………………..93 Circolazione distrettuale…………………………………………………………………………………………………………………………….95 Circolazione coronarica………………………………………………………………………………………………………………………………96 Lavoro cardiaco………………………………………………………………………………………………………………………………………..105 Fonti di energia del miocardio………………………………………………………………………………………………………………….106 Miociti………………………………………………………………………………………………………………………………………………………106 Infarto del miocardio………………………………………………………………………………………………………………………………..107 Riduzione della gittata cardiaca………………………………………………………………………………………………………………..108 Fibrillazione ventricolare…………………………………………………………………………………………………………………………..109 Circolazione e vasi sanguigni…………………………………………………………………………………………………………………….137 Il ritorno venoso……………………………………………………………………………………………………………………………………….158 Distretto cerebrale……………………………………………………………………………………………………………………………………162 Regolazione della pressione arteriosa………………………………………………………………………………………………………167 RENE……………………………………………………………………………………………………………………………………………………182 Bilancio idrosalino nella regolazione omeostatica dell’acqua……………………………………………………………………183 Struttura del rene…………………………………………………………………………………………………………………………………….187 Vascolarizzazione del rene………………………………………………………………………………………………………………………..188 Funzionamento del nefrone……………………………………………………………………………………………………………………..189 Filtrazione…………………………………………………………………………………………………………………………………………………190 Flusso ematico nel rene……………………………………………………………………………………………………………………………196 La clearance……………………………………………………………………………………………………………………………………………..196 Funzione del nefrone………………………………………………………………………………………………………………………………..239 Fine apparato urinario………………………………………………………………………………………………………………………………303 TERMOREGOLAZIONE………………………………………………………………………………………………………………………….401 LEZIONI PROF.SSA ZAPPALA’: IL SANGUE……………………………………………………………………………………………………………………………………………..38 La VES…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………39 Ematocrito………………………………………………………………………………………………………………………………………………….39 Influenza della pressione oncotica sulla pressione sanguigna……………………………………………………………………..40 Le proteine (generalità)………………………………………………………………………………………………………………………………40 Enzimi del sangue……………………………………………………………………………………………………………………………………….44 Lipidi plasmatici………………………………………………………………………………………………………………………………………….45 Azione dei Sali biliari…………………………………………………………………………………………………………………………………..45 Le lipoproteine plasmatiche……………………………………………………………………………………………………………………….46 Emopoiesi…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..47 Il midollo osseo…………………………………………………………………………………………………………………………………………..48 La sequenza dell’eritropoiesi………………………………………………………………………………………………………………………48 Eritrocateresi……………………………………………………………………………………………………………………………………………..49 Gli eritrociti………………………………………………………………………………………………………………………………………………..50 Emoglobina………………………………………………………………………………………………………………………………………………..51 Le anemie…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..55 Leucociti……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..57 Piastrine……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..62 Le trasfusioni…………………………………………………………………………………………………………………………………………….110 Fattore Rh…………………………………………………………………………………………………………………………………………………114 Emostasi…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..115 SISTEMA LINFATICO……………………………………………………………………………………………………………………………..127 Componenti del sistema linfatico……………………………………………………………………………………………………………..127 Organi linfatici………………………………………………………………………………………………………………………………………….130 NUTRIZIONE…………………………………………………………………………………………………………………………………………173 Differenza tra nutrizione clinica e nutrizione preventiva…………………………………………………………………………..174 Errori alimentari……………………………………………………………………………………………………………………………………….177 L’energia…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..178 Malnutrizione…………………………………………………………………………………………………………………………………………..180 Alimenti……………………………………………………………………………………………………………………………………………………180 Alimenti funzionali……………………………………………………………………………………………………………………………………198 Omega 3 Animali vs Vegetali…………………………………………………………………………………………………………………….199 Differenza tra alimenti arricchiti e fortificati…………………………………………………………………………………………….200 Integratori e alimenti dietetici………………………………………………………………………………………………………………….200 Differenza tra Probiotici e Prebiotici, e correlazione con la fibra………………………………………………………………200 L’importanza dell’omocisteina………………………………………………………………………………………………………………….203 Colina e Acido folico…………………………………………………………………………………………………………………………………204 Prodotti trasformati………………………………………………………………………………………………………………………………….204 Prodotti naturalmente funzionali……………………………………………………………………………………………………………..205 Claim e Health Claim…………………………………………………………………………………………………………………………………205 Alimenti di tipo A e tipo B…………………………………………………………………………………………………………………………205 L’acqua……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..207 Artrite reumatoide……………………………………………………………………………………………………………………………………208 Danni da alcol etilico…………………………………………………………………………………………………………………………………216 Alimentazione, stile di vita e salute…………………………………………………………………………………………………………..219 Bilancio energetico e metabolismo…………………………………………………………………………………………………………..222 Le “masse” dell’organismo……………………………………………………………………………………………………………………….266 Fame e sazietà………………………………………………………………………………………………………………………………………….274 Meccanismi preassorbitivi………………………………………………………………………………………………………………………..277 Meccanismi postassorbitivi………………………………………………………………………………………………………………………279 Piani alimentari (in salute)………………………………………………………………………………………………………………………..281 Piani alimentari nelle patologie………………………………………………………………………………………………………………..293 APPARATO DIGERENTE…………………………………………………………………………………………………………………………334 Bocca………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..335 Secrezione acida……………………………………………………………………………………………………………………………………….337 Ormoni gastrointestinali…………………………………………………………………………………………………………………………..339 Fasi della digestione………………………………………………………………………………………………………………………………….340 Sistema nervoso enterico…………………………………………………………………………………………………………………………341 Pancreas esocrino…………………………………………………………………………………………………………………………………….343 Fegato………………………………………………………………………………………………………………………………………………………351 Alterazioni della funzionalità motoria esofagea………………………………………………………………………………………..352 Malattia celiaca………………………………………………………………………………………………………………………………………..355 Disturbi alimentari……………………………………………………………………………………………………………………………………356 APPARATO RESPIRATORIO…………………………………………………………………………………………………………………..392 Muco………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..393 Vie di conduzione: riscaldamento e umidificazione…………………………………………………………………………………..393 Respirazione esterna e interna…………………………………………………………………………………………………………………394 Pleura……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….395 Tipi di respirazione……………………………………………………………………………………………………………………………………395 Legge di Dalton e concetto di pressione parziale………………………………………………………………………………………397 Assunzione dei gas nel sangue e loro trasporto a destinazione…………………………………………………………………398 Controllo della respirazione………………………………………………………………………………………………………………………399 LEZIONE PROF VICARIO: ADATTAMENTI…………………………………………………………………………………………………………………………………….361 Lezione 1 Fisiologia I (06/03/2023, Prof.ssa Parenti) Sbobinatrice: Chiara Marino Revisore: Barbara Ottaviano INTRODUZIONE E CONCETTI CHIAVE Il concetto chiave alla base della fisiologia è l’omeostasi: a partire dalla cellula che deve mantenere l’equilibrio omeostatico tra l’ambiente interno ed esterno (se c’è uno squilibrio, irrimediabilmente si ammala e può andare incontro a vari tipi di morte cellulare), e procedendo con tessuti, apparati, etc. La fisiologia studia il funzionamento dell’organismo in buona salute e va a braccetto con l’anatomia, ma anche con la patologia. Infatti la patologia ricava dalla fisiologia la modalità con cui un organo, un apparato si ammala. Allo stesso tempo, molti concetti dell’omeostasi sono stati dedotti dallo studio delle disfunzioni patologiche e dei loro legami, si tratta di discipline sinergiche. Quest’anno affronteremo lo studio per apparati. Immaginiamo l’organismo come un mega condominio: ogni componente ha la sua funzione principale, però faremo sempre una riflessione su come sono integrati gli apparati tra di loro: Vedrete come l’apparato gastro- enterico è esso stesso intimamente dipendente dagli altri apparati e a sua volta influenza il funzionamento degli altri apparati. Tutto va visto nell’insieme. In fisiologia II (prossimo anno) vedremo meglio come il sistema nervoso e il sistema endocrino coordinano tutte le attività che andiamo a vedere in fisiologia I. Quest’anno ci concentriamo su: apparati di comunicazione interno-esterno: ○ Respiratorio, digerente e urinario: preposti alla comunicazione tra mondo esterno e organismo (interno). ○ Cardiocircolatorio: preposto alla comunicazione interna, mette tutto l’organismo nelle stesse condizioni. Sistema muscolo-scheletrico, fa da impalcatura ed è responsabile del movimento. Il sistema immunitario lo farete distribuito nelle varie discipline. il “regista”, che è il sistema nervosolo approfondiremo l’anno prossimo ma adesso dobbiamo accennare al ○ sistema nervoso autonomo: è vegetativo, viscerale. In passato era inserito impropriamente nella fisiologia 2, ma oggi lo affrontiamo a monte di (e “spalmato su”) gli apparati che gestisce e coordina, perchè ci aiuta a comprenderne il 1  funzionamento. Quindi bisogna avere una visione di come è organizzato per esplicare tali funzioni di controllo. SISTEMA NERVOSO AUTONOMO Vediamo l’organizzazione generale del sistema nervoso autonomo, che lavora in stretta collaborazione con il sistema nervoso centrale e gestisce il controllo locale degli apparati. Quando parliamo di sistema nervoso, lo distinguiamo in: sistema nervoso centrale propriamente detto (encefalo e il midollo spinale); sistema nervoso periferico, ovvero ○ la parte periferica del sistema nervoso volontario, che comprende nervi cranici e spinali; ○ sistema nervoso autonomo. Quando approcciate lo studio della fisiologia di un organo, di un’apparato, etc dovete sempre tenere in mente il suo “obiettivo finale” che è preposto a raggiungere, perchè ogni meccanismo interno, tutte le funzioni particolari, saranno sempre finalizzati a raggiungere quello scopo. L’obiettivo del sistema nervoso autonomo è orchestrare, mantenere in omeostasi, le funzioni vegetative e viscerali dell’organismo. Chiaramente è da considerarsi involontario, però ricordiamo che in determinati casi può contribuire al comportamento, interagendo con il sistema nervoso somatico. Per esempio incontreremo una branca del sistema nervoso autonomo dedicata alla gestione di condizioni di stress - se dobbiamo metterci in moto (fuga) per reagire a un pericolo improvviso, il sistema volontario si accoppia al sistema autonomo: il sistema volontario da’ i comandi motori all’apparato muscolare (dobbiamo scappare), quindi c’è un programma motorio dettato indubbiamente dalla volontà, ma affinchè tale programma motorio venga svolto efficacemente è necessario che si attuino delle modifiche metaboliche che sono pertinenza dell’autonomo (i.e. poichè il muscoli che devono entrare in azione hanno bisogno di più sangue, il cuore deve pompare più sangue, etc). Volta per volta vedremo situazioni in cui si evidenzia questa stretta collaborazione tra sistemi nervosi volontario e autonomo. Com’è composto il sistema nervoso autonomo? 3 sezioni: 1. sistema nervoso simpatico o ortosimpatico; 2. sistema nervoso parasimpatico, che controlla la muscolatura liscia (e.g vasi, muscolatura cardiaca e tutti i tessuti ghiandolari); 3. II tratto gastrointestinale ha una sua branca apposita, il sistema nervoso enterico. Consiste di neuroni situati nei plessi intramurali del tratto gastrointestinale, che formano una vera e propria circuitistica di neuroni, interneuroni, etc: questi ricevono impulsi dalle altre due branche, ortosimpatico e parasimpatico - anche se per controllare alcune funzioni 2  motorie o secretorie il s.n.e è in grado di agire autonomamente (l’apparato gastroenterico ha componenti motorie e secretorie). Il sistema nervoso enterico sarà di pertinenza del sistema gastroenterico, in quanto non influisce su altri apparati. Lo farete con Zappalà. Per quanto riguarda sistema nervoso ortosimpatico e parasimpatico, ricordate che in genere i targeteffettori hanno un’innervazione doppia. Ci sono alcuni distretti che ricevono innervazione unicamente dall’ortosimpatico, (i.e ghiandole sudoripare, muscoli pilo erettori e la maggior parte dei vasi sanguigni). L’innervazione doppia la incontreremo, per esempio, nell’occhio quando faremo gli organi di senso, (inoltre lavorano molto anche con strutture preposte alla trasduzione). Vedremo come è importante in: muscolatura dell’iride nodo seno-atriale vescica urinaria tratto gastroenterico ghiandole salivari circolo cerebrale Studiando la fisiologia dovete sforzarvi di non “studiare a memoria”: la fisiologia è funzione, quindi bisogna capirle le funzioni! L’anno prossimo faremo la memoria e vedrete come le tracce mnemoniche di breve termine non creano collegamenti sinaptici permanenti. Invece se lo capite riuscendo a fare collegamenti, mettete in moto più cose e vi rimane come bagaglio a lungo termine. Per inquadrare bene il sistema nervoso simpatico e parasimpatico, non dovete perdere di vista qual è il contributo, l'obiettivo, di ciascuna branca nel mantenere l’omeostasi dell’organismo. Il parasimpatico è deputato a essere attivo in tutte quelle condizioni più “di riposo”, è un sistema nervoso più deputato a un controllo di Rest and Digest (riposo, digestione, prende il sopravvento quando siete tranquilli). Nelle condizioni di riposo il controllo del parasimpatico è preponderante, prende il sopravvento, perchè durante le condizioni di riposo, l'organismo tende a ripristinare le 3 proprie scorte, incrementare i processi anabolici. Quindi, tutto quello che attua il parasimpatico, di fatto è destinato a questa funzione. Mentre se siamo in una condizione di attività o di stress, in modalità cosiddetta "fight or flight" (lotta o fuga), allora in questa condizione prende il sopravvento l'ortosimpatico (l'attività è sempre presente). In una condizione di equilibrio tra entrambe le parti, diventa preponderante l'attività dell' ortosimpatico, perchè va ad incrementare i processi catabolici con demolizione delle risorse energetiche. Viene detto "Fight or flight" perchè, in una condizione di stress, l' ortosimpatico è in attività: i muscoli si preparano ad andare via, aumenta la frequenza cardiaca - lo stress implica nervosismo generale, quindi il simpatico andrà a favorire l’irrorazione dei distretti maggiormente impegnati a gestire una condizione di pericolo. Se avete di fronte una belva e dovete scappare, il muscolo ha bisogno di irrorazione per poter svolgere un'attività motoria più importante, ma al contempo, per fare questo chi dà il sangue al muscolo striato? Glielo dà il cuore, quindi è necessario che il cuore pompi più sangue, quindi vedremo gli effetti dell'ortosimpatico sulla gittata cardiaca. ne abbiamo accennato prima nell' obiettivo generale: non ci si può sbagliare circa se la gittata cardiaca viene aumentata o diminuita dall'ortosimpatico. Ovviamente dall'ortosimpatico verrà aumentata, perchè se l'obiettivo è “combatti o fuggi”, la frequenza respiratoria aumenta perchè il sangue deve essere ri-ossigenato velocemente. Vedete come se capite i meccanismi è tutto più facile da ricordare. 4 ORGANIZZAZIONE DEL SISTEMA NERVOSO SIMPATICO Vediamo come è organizzato, come funziona. Nel sistema motorio, quello somatico per intenderci, sappiamo di avere un motoneurone che da’ un comando diretto al muscolo (il motoneurone ha ricevuto un comando motorio). Nel sistema viscerale la situazione è un po’ diversa. Abbiamo sì un neurone da considerare, nel sistema nervoso centrale (sede è nel midollo spinale per precisione, ora vediamo) però la trasduzione del segnale è organizzata diversamente, n questo modo: 1. il neurone midollare invia l’impulso ad un neurone di secondo ordine, che troveremo in uno dei gangli del sistema nervoso autonomo, attraverso la fibra pregangliare; 2. quindi la pregangliare arriva nel ganglio (i gangli ospitano i corpi cellulari neuronali) da cui parte una fibra postgangliare (assoni) diretta all’organo effettore. (Il neurone pregangliare naturalmente subisce anche delle influenze di controllo dal sistema nervoso centrale). Quindi: neurone pregangliare, fibra pregangliare, ganglio autonomico, neurone effettore che fa nascere la fibra postgangliare diretta agli organi effettori. Cosa succede nel ganglio? La fibra pregangliare, all’ingresso nel ganglio, si trova davanti un bivio. Può fare sinapsi direttamente con il neurone che poi dà origine alla fibra postgangliare oppure può risalire verso l’alto o verso il basso, dirigendosisi non al proprio ganglio, ma salire verso un ganglio più lontano, che non è quello dello stesso segmento del midollo spinale, oppure ancora prendere contatto con degli interneuroni, che hanno un’attività sul neurone post gangliare, ne modulano l’attività. Considerate che a questo neurone gangliare arrivano anche delle afferenze, cioè gli organi effettori possono mandare anche delle informazioni al contrario, in modo da attivare o ridurre l’attività di quel neurone.Quindi, il neurone postgangliare può ricevere da interneuroni delle modulazioni alla sua attività. Per ora guardiamo ganglio e fibra post gangliare verso l’organo effettore. Allora andiamo prima a valutare come è organizzato anatomicamente il sistema nervoso simpatico o ortosimpatico. E’ anche detto sistema toraco-lombare, perché i neuroni che danno origine alle fibre pregangliari si trovano nel midollo spinale, dal primo segmento toracico (T1) al terzo segmento lombare (L3). 5 Se andiamo a vedere in sezione il midollo spinale, vediamo che nella colonna intermedio-laterale del midollo spinale ci sono questi neuroni da cui prende origine la fibra pregangliare, nei nuclei intermedio-laterali. Vedete che avremo uno dei neuroni da cui parte la fibra pregangliare, e poi dal ganglio parte il neurone postgangliare diretto verso l’organo effettore. Queste accanto al midollo spinale sono le catene dei gangli, quindi abbiamo questi gangli paravertebrali dal T1 a L3: due o tre gangli cervicali, dodici gangli toracici, quattro o cinque gangli lombari e fino a cinque gangli pelvici. Abbiamo poi anche tre gangli fuori da questa colonna, che sono detti prevertebrali e sono i tre gangli: celiaco, mesenterico superiore e mesenterico inferiore. Il fascio di fibre pregangliari viene detto ramo comunicante bianco perché è una fibra mielinica. Arrivata al ganglio ha delle possibilità: anziché andare nel suo piano orizzontale parallelo al midollo spinale può risale nella catena toraco lombare in un ganglio diverso, oppure passare indisturbato orizzontale e andare a trovare il proprio neurone post gangliare in uno dei gangli prevertebrali, cioè in uno di quei tre di cui sopra. Un’altra possibilità, unica nel suo genere, è la midollare del surrene: la si può immaginare come un grande ganglio della catena dell’ortosimpatico, però internamente all surrene. Questa ghiandola è fondamentale, salvavita (la corticale del surrene produce ormoni 6 come il cortisolo e l’aldosterone - un glucocorticoide che governa l’equilibrio idrosalino). Riassumendo, i rami comunicanti bianchi possono trovare il proprio neurone post-gangliare in: Uno dei gangli della catena toracolombare Uno dei tre gangli prevertebrali Midollare del surrene (le cellule cromaffini fanno da neurone post gangliare) Vedete il ramo comunicante bianco, fa sinapsi con questo neurone postgangliare, da cui originano le fibre postgangliari verso gli organi effettori, che invece prendono il nome di rami comunicanti grigi, perché non sono più rivestiti da mielina, sono fibre amieliniche. Quindi, il ramo comunicante bianco è pregangliare mielinico, il ramo comunicante grigio è postgangliare amielinico. In questo caso, vedete qua il neurone post gangliare, oppure in risalita per fare questo stesso percorso in uno dei gangli superiore o inferiore, o al ganglio prevertebrale, oppure alla midollare del surrene. MIDOLLARE DEL SURRENE: se noi andiamo a fare una sezione della corteccia surrenale, il surrene presenta una sezione corticale (esterna) e una centrale, ovvero la midollare del surrene. E’ qui che troviamo le cellule cromaffini che si comportano da neuroni postgangliari. Però mentre negli altri due casi poi la fibra postgangliare fa contatto con l’organo effettore e rilascia noradrenalina in situ, in questo caso assistiamo a produzione di adrenalina. A differenza della noradrenalina, che è un neurotrasmettitore delle altre fibre post gangliari del sistema nervoso simpatico, l’adrenalina invece viene immessa in circolo nel sangue, quindi raggiunge tutti i distretti (viene liberata anche un po’ di noradrenalina, ma in massima parte si ha un 85%-90% di adrenalina). Così abbiamo visto la trasmissione dell’impulso nervoso nella branca simpatica del periferico. Ora ripartiamo dall’inizio, dal momento in cui si origina la reazione FoF: se improvvisamente c’è una minaccia, quali sono le strutture che intervengono? Innanzitutto gli stimoli sensoriali, visivi etc, allertano il SNC. Approfondiremo il sensoriale più avanti, adesso partiamo dalla parte centrale: interviene la corteccia cerebrale (il principale centro di 7 elaborazione e integrazione delle informazioni nervose presente a livello del sistema nervoso centrale), che non è tutta uguale ma suddivisa per zone. A parte quelle che danno il comando motorio che poi vedremo, ce ne interessa una zona che prende il nome di sistema limbico, ed è quella parte un po’ più antica in termini di evoluzione. E’ dedicata alle emozioni primarie come appunto la paura. Il sistema limbico fa anche riassociazioni, per esempio il fatto di spaventarsi più o meno di un cane può essere dovuto da un’esperienza effettiva o per l’abitudine in famiglia, se non si è abituati ad avere un cane. Questo è un sistema di integrazione che la corteccia deputa alle funzioni, all’emotività, e influenza molto il comportamento. Alla base della “corteccia cerebrale del sistema limbico” abbiamo una struttura che è l’ipotalamo, che è parte funzionale integrante del sistema limbico, nonostante abbia sicuramente una sua identità unica. E’ una centrale di organizzazione di tutte le maggoiri attività omeostatiche. Non a caso l’ipotalamo è la sede del controllo endocrino, ma l’ipotalamo è anche il controllore del sistema nervoso autonomo, e quindi si organizzerà per poter rispondere a questo stimolo sensoriale, per esempio aumentando i battiti cardiaci e aumentando il lavoro di pompa del cuore. Sempre parliamo di sistema nervoso simpatico, si attua nei gangli sia un meccanismo di divergenza che di convergenza. Cosa significa? Divergenza per il fatto che una singola fibra pregangliare fa sinapsi con molti neuroni da cui originano poi le fibre post gangliari, dirette ai bersagli. Quindi, una sola fibra su più neuroni postgangliari, con un rapporto di 1 a 9 circa. Questa la dice lunga sempre sulla funzione, servono più fibre che sono dirette da più parti, non è un effetto localizzato come invece vedremo nel parasimpatico. Quindi, ci sarà una necessità di una maggiore diffusione sugli effettori, è come se l’input si aprisse a ventaglio su più effettori. Allo stesso tempo ogni neurone postgangliare riceve numerose fibre pregangliari diverse, quindi ciò permette un’integrazione di più segnali a più livelli, al contempo ognuno di questi neuroni riceve da più fibre pregangliari. Questo tecnicamente si definisce convergenza: si ha una maggiore sommazione di segnali per dare una trasmissione efficace. Riassumendo com’è organizzato il sistema nervoso simpatico: dal sistema nervoso centrale, nel midollo spinale, nella colonna intermedio laterale, i neuroni che mandano la fibra pregangliare (le pregangliari sono fibre mieliniche del gruppo B, a bassa velocità di conduzione, ma pur sempre veloci, dai 2 ai 5 m/s). 8 Quale neurotrasmettitore utilizza la fibra pregangliare sul neurone postgangliare? Utilizza acetilcolina, la stessa del parasimpatico. Le fibre pregangliari sia del parasimpatico che dell’ortosimpatico, utilizzano l’acetilcolina e sono fondamentalmente più recettori nicotinici. Le fibre postgangliari invece sono fibre amieliniche del gruppo C, a bassa velocità di conduzione, da 0,5 a massimo 2 m/s. Il neurotrasmettitore è la noradrenalina. C’è qualche eccezione, ad esempio le ghiandole sudoripare e alcuni vasi sanguigni utilizzano l’acetilcolina. La noradrenalina andrà ad agire sui corrispettivi recettori alfa e beta che si trovano sugli effettori. Manteniamo un attimo da parte l’ortosimpatico e vediamo come è organizzato il parasimpatico. ORGANIZZAZIONE DEL SISTEMA NERVOSO PARASIMPATICO Dove sono i somi, i corpi cellulari dei neuroni pregangliari? Sono situati nel troncoencefalo e nel tratto spinale S2-S4 del midollo spinale, infatti si parla di sistema parasimpatico craniale e sistema parasimpatico sacrale. Qual è la differenza che salta subito all’occhio? Che mentre nel sistema ortosimpatico già accanto al midollo spinale trovavamo i gangli (la catena toraco-lombare dei gangli), qui invece abbiamo queste fibre che vanno a trovare il ganglio in prossimità dell’organo effettore: non a monte, ma vicino. E quindi le fibre postgangliari saranno molto corte, già il ganglio si trova nell’organo che deve svolgere l’attività. 9 SEZIONE CRANIALE DEL PARASIMPATICO: Parte dal nucleo di Edinger-Westphal, che dà origine al nervo oculo-motore comune, i nuclei salivatori, che danno origine al nervo facciale e glossofaringeo (VIII e IX), poi il grosso contingente del nucleo motore dorsale, da cui origina il nervo vago. Quando parliamo di controllo parasimpatico, molte volte parliamo di controllo vagale, perché il vago rappresenta il contingente più importante del parasimpatico. Per la maggior parte origina del nucleo motore dorsale del vago, solo una piccola percentuale origina dal nucleo ambiguo. Questi gangli si trovano direttamente negli organi interessati, nello spessore dei visceri. Nello spessore dell’intestino prendono contatto con i plessi sottomucoso e mioenterico, che vedrete quando farete il sistema nervoso enterico, quindi attraverso di essi è in contatto diretto con il sistema nervoso enterico. 10 SEZIONE SACRALE DEL PARASIMPATICO: I neuroni sono nei segmenti S2-S4, sempre nella parte intermedia del midollo spinale. L’organizzazione è sempre la stessa: la fibra pregangliare esce dalla parte ventrale e poi la fibra pregangliare lunga troverà il neurone postgangliare nel ganglio, vicino all’organo effettore di pertinenza. Avevamo visto nell’ortosimpatico una forte divergenza, almeno 1:9; in questo caso è minima, 1:1 massimo 1:2, tra la fibra pre e post gangliare. Questo ha molto senso perché il sistema nervoso parasimpatico svolge funzioni localizzate, più specifiche sui vari organi, e anche dal fatto che il ganglio è nell’organo effettore su cui deve svolgere le attività ci rende bene questa idea. Non è come il simpatico che aveva (exempli gratia) l’adrenalina, cioè un ormone che va nel sangue e raggiunge tutti i distretti. Riassumiamo: le fibre pregangliari sono sempre quelle, mieliniche del gruppo B a bassa velocità di conduzione, il neurotrasmettitore è sempre l’acetilcolina. I recettori sono prevalentemente nicotinici, sul neurone post gangliare. Identica alla situazione dell’ortosimpatico. Le fibre postgangliari invece saranno più corte, amieliniche del gruppo C, 0,5-2 m/s. Il neurotrasmettitore è sempre l’acetilcolina (nell’altro era la noradrenalina). Quindi: in entrambi la fase pregangliare è aceticolinica, mentre sull’organo effettore abbiamo acetilcolina per il parasimpatico e noradrenalina per l’ortosimpatico (ad eccezione della midollare) - nell’organo effettore agisce la noradrenalina insieme all’adrenalina. Quindi, a meno che non si tratti di vasi etc. quando c’è una liberazione di adrenalina, c’è in concomitanza l’attività della noradrenalina. Siamo abituati a dire “ho tanta adrenalina in circolo”; ed effettivamente la situazione di emergenza è più di pertinenza dell’adrenalina, che arriva ovunque e contemporaneamente: se ha da modificare il letto vasale, lo modifica tutto con un’azione generalizzata - mentre quelle del parasimpatico sono funzioni specifiche e locali. Sunto del sunto: via ortosimpatica con le vie pregangliari mieliniche con neurot. acetilcolina. Anche il parasimpatico utilizza sempre l’acetilcolina sui i recettori nicotinici; però il parasimpatico utilizzerà l’acetilcolina anche sulle cellule effetrici delle fibre postgangliari, mentre l’ortosimpatico utilizza la noradrenalina, tranne che il ganglio non sia la midollare del surrene, allorchè ci sarà adrenalina circolante. Le giunzioni neuroeffettrici presentano varicosità, vescicole contenenti il neurotrasmettitore. In questa maniera riescono a diffondere l’impulso anche su ampie aree dell’organo effettore, in maniera tale che un unico neurone riesce a influenzare una regione più ampia. Inoltre in uno stesso organo effettore i neuroni post gangliari (con le proprie varicosità in queste giunzioni 11 neuroeffettrici) possono riguardare entrambe le branche; ovviamente poi interagiranno su recettori differenti, il più delle volte con effetti antagonisti. Recap: il sistema nervoso parasimpatico esercita degli effetti circoscritti; le fibre pregangliari mieliniche sono lunghe (e ovviamente danno delle risposte veloc)i, ma le fibre postgangliari mieliniche sono brevi e circoscritte a piccoli territori. Il sistema nervoso simpatico ha un’azione generalizzata su tutto l’organismo, anche tramite la midollare del surrene, raggiungendo un po’ tutti i distretti. CENNI A NEUROTRASMETTITORI E LORO RECETTORI Noi facciamo soltanto dei cenni in modo da avere chiare anche le rapidità di azione. ACETILCOLINA: deriva da acetil-coA + colina, rimane attiva pochi secondi perché poi agisce l’acetilcolinesterasi, che subito la demolisce in ione acetato e colina in maniera che subentri il riciclo dei gruppi per mantenere le scorte; quindi l’azione è localizzata e di breve durata. I recettori delll’acetilcolina (abbiamo detto nei diversi gangli, quindi sul neurone postgangliare) sono recettori nicotinici dell’acetilcolina (ricordiamoci che tutti i recettori nicotinici sono ionotropici): sono dei recettori cationici, cioè l’acetilcolina è all’interno delle vescicole che la raccolgono, poi quando arriva lo stimolo viene liberato e agisce su questi recettori nicotinici, che sono appunto dei recettori cationici per sodio e calcio in entrata e potassio in uscita. Il recettore è organizzato con subunità: due alfa, beta, gamma e delta. Le due alfa sono quelle che contengono la tasca di accoglienza dell’acetilcolina, che deve occupare tutti e due i siti per dare l’apertura del canale; quindi l’interazione avviene tra il neurotrasmettitore e gli anelli costituiti da residui amminoacidici dotati di carica negativa, in modo che il poro sia più di pertinenza di cationi. In questo taglio a livello del citoplasma vediamo come a fianco delle subunità alfa troviamo i pori per gli ioni che passano al citoplasma. Invece l’acetilcolina rilasciata dai neuroni postgangliari utilizza recettori di tipo muscarinico, una famiglia abbastanza ampia. I recettori muscarinici sono recettori metabotropici, tutti accoppiati a proteine G. quindi vedete come utilizzano, a seconda del tipo di recettore muscarinico, un meccanismo di trasduzione diverso. Possono utilizzare sia la fosfolipasi C che l’adenilato ciclasi, con degli effetti lenti sull’organo effettore. Dovete tenere presente che nei gangli sono rilasciati anche altri modulatori, come ad esempio la sostanza P che modula l’attività di questi neuroni postgangliari, per cui immaginate che il ganglio riceve input anche da interneuroni, oltre a ricevere il segnale dalla fibra pregangliare: non sono solo delle stazioni di passaggio, ma dei punti di integrazione (abbiamo visto come c’è 12 convergenza, divergenza), quindi il ganglio già fa integrazione e modulazione di quello che deve essere poi il segnale in uscita. Qui vi fa vedere un tipico recettore muscarinico dell’acetilcolina legato a proteine G. In questo caso avviene l’attivazione dell’AMP ciclico che determina l’attivazione della PKA (protein chinasi A): questo va a fosforilare il canale ionico, in questo caso del potassio che, chiudendosi, impedisce il libero movimento del potassio - così la cellula va incontro a depolarizzazione. Naturalmente, questi recettori muscarinici possono avere effetto sia eccitatorio che inibitorio, a seconda della proteina G con cui sono accoppiati. NORADRENALINA (per il simpatico): cosi’ come l’adrenalina, origina dalla tirosina: per idrossilazione si forma la dopa, per decarbossilazione si forma la dopamina. La dopamina è quella che viene conservata nelle vescicole, poi per decarbossilazione dà origine a noradrenalina. La midollare del surrene, in massima parte libera adrenalina, ma un 15% circa viene convertita dall’enzima feniletanolammina N- metiltransferasi in adrenalina. La rimozione è abbastanza rapida, ad opera di enzimi tissutali (monoamminoossidasi) ma anche dalla catecol-O-metiltrasferasi (COMT) delle cellule epatiche. Questa è la sintesi di questo neurotrasmettitore, ma consideriamo come la regolazione della noradrenalina risente molto dell’influenza degli ormoni anche ipotalamici, ma ci arriviamo un po’ per volta. Il meccanismo di trasduzione del segnale varia a seconda del tipo di recettore della noradrenalina: può utilizzare recettori alfa1, un recettore adrenergico che utilizza come secondo messaggero il calcio: la subunità alfa va ad attivare una fosfolipasi C di membrana, con formazione di diacilglicerolo e inositolo-3P. Questo determina l’attivazione di proteine chinasi con fosforilazione di proteine specifiche e liberazione di calcio, che determina la risposta nelle cellule target. il recettore alfa2 ha un’azione inibitoria sull’adenilato ciclasi, mentre il 13  recettori beta al contrario stimola l’Adenilato ciclasi con produzione di AMP ciclico. Quindi l’attività sull’organo effettore, sugli stessi vasi a seconda del distretto, dipenderà dal recettore in maniera tale che Se per esempio, parliamo di retto vasale, ci sarà una diversificazione tra i distretti in cui avremo vasocostrizione (verrà ridotta l’irrorazione) e distretti in cui si avrà vasodilatazione (in cui verrà aumentata l’irrorazione). Questo, quindi dipende, dal tipo di recettore rispetto all’altro. Noradrenalina e adrenalina agiscono su entrambi i tipi di recettore, però la noradrenalina ha una prevalenza su recettori alfa, mentre la noradrenalina sui recettori beta. Tutto è influenzato dall’interazione con il recettore specifico. Conviene farvi l’idea d’insieme di quello che determinano le catecolammine, a livello dei vari distretti, dei vari tessuti, perché se andiamo a vedere le catecolammine che stanno agendo su diversi distretti dove determinano un’attività sul metabolismo oppure degli effetti meccanici di dilatazione, costrizione ecc. Guardate gli effetti che danno a seconda della combinazione dei recettori con cui interagiscono, e gli effetti finali. Per esempio consideriamo che l’effetto che devono dare sia l’aumento degli acidi grassi liberi nel plasma, l’aumento di glucosio nel sangue, l’aumento del lattato. Perché questi aumenti? Perché queste molecole servono urgentemente ai tessuti che stanno rispondendo all’emergenza, quindi è più facile ricordare quello che si determina: la lipolisi in maniera che gli acidi grassi siano disponibili, la glicogenolisi epatica in maniera che sarà disponibile glucosio - tutto questo perché l’obiettivo è fare aumentare l’attività di determinati tessuti. Ma anche se andiamo a guardare, per esempio, come nel circolo coronarico avremo la vasodilatazione proprio per andare a determinare un aumento del flusso di sangue al cuore, questo sarà più facile da ricordare tenendo presente l’obiettivo, cioè l’aumento di ossigeno per muscoli, cuore e cervello. Anche la parte del respiratorio chiaramente deve fare la sua parte: sarà necessario un aumento della frequenza degli atti respiratori, per favorire l’ossigenazione. Questa mette a colpo d’occhio a confronto le azioni del parasimpatico e dell’ortosimpatico. Per esempio vediamo che contrazione e dilatazione della pupilla sono sotto un controllo differente: i muscoli che portano restringimento, costrizione, di pertinenza del parasimpatico; quelli che danno dilatazione, di pertinenza dell’ortosimpatico. D’altra parte, il fatto di avere la pupilla dilatata è segno clinico di 14 intossicazione da determinate droghe (come l’eroina) - a differenza di una pupilla ristretta che tradisce il consumo di altri tipi di droghe (sono dei segnali ben precisi, perché queste sostanze sono agonisti specifici o del parasimpatico o dell’ortosimpatico). Vediamo come altro esempio il cuore: il parasimpatico determina un tono basso, una riduzione della frequenza. La frequenza che noi misuriamo non è la frequenza innata del segnapassi cardiaco, perché sarebbe più accelerato, non dà una frequenza di 70 battiti al minuto, ma la dà di 100. Questo lo sappiamo dopo averlo misurato a parte, senza controllo del sistema nervoso autonomo. Ma poichè il segnapassi è sempre sotto l’influenza di questo tono del parasimpatico, quella che noi registriamo è una frequenza più bassa, 70 battiti al minuto, perché costantemente c’è questo controllo. E’ un pacemaker che funziona autonomamente, però è sempre controllato. RIFLESSI: MINZIONE E DEFECAZIONE Andiamo a vedere alcuni riflessi, per esempio il riflesso della minzione. L’innervazione degli organi pelvici è di pertinenza dei nervi misti, quindi c’è un’azione di entrambe le parti del sistema nervoso autonomo. Ciò vale anche per la defecazione e per l’attività sessuale maschile: di pertinenza di entrambe. MINZIONE - Il muscolo che forma le pareti della vescica è detto muscolo detrusore - è liscio e ha un’innervazione tipicamente del parasimpatico. Normalmente durante il riempimento (la vescica è un contenitore) è inibito, mentre durante la minzione si ha una stimolazione del parasimpatico, per determinare la minzione stessa. Lo sfintere uretrale interno, invece, che è sempre un muscolo liscio, involontario, è sotto l’innervazione dell’ortosimpatico. Il parasimpatico normalmente è stimolato in condizioni di riposo, lo sfintere è contratto, mentre durante la minzione sarà inibito. Con questa tipologia di riflessi, va descritto anche lo sfintere uretrale esterno, una parte fatta di muscolatura striata, quindi significa che c’è un’innervazione da parte del motoneurone somatico, del sistema nervoso centrale che è sotto il controllo della volontà. Non è sviluppato nel lattante, fin quando non si sviluppa questo controllo volontario. Di riflessi ne parleremo in tanti contesti: quando si parla di riflesso significa che c’è un punto di stimolazione, magari un centro integratore, da cui parte un segnale nervoso che viene trasportato fin ad un’effettore. Di arco riflesso riparleremo quando affronteremo il controllo motorio. La parola riflesso indica un’organizzazione nervosa di questo tipo: uno stimolo, quindi un neurone, un centro integratore, un neurone effettore che dà il comando. Quindi è uno dei più semplici, il più rapido di tutti - è un’integrazione immediata. Anche in questo caso è un riflesso viscerale, però è 15 abbastanza rapido. Vediamo le due condizioni: condizione di contenimento, cioè quando non avviene la minzione e condizione in cui c’è questa capacità contenitiva che però poi viene superata. In condizioni di contenimento il simpatico determina un rilascio del muscolo detrusore, c’è un’innervazione da parte dell’ortosimpatico (a carico di recettori beta2), quindi sono rilassiati. Sempre il simpatico va ad innervare anche lo sfintere interno (in questo caso non a carico di recettori beta2 ma alfa1) e determina contrazione dello sfintere. Lo sfintere esterno, invece, è contratto, perché c’è un’attività tonica. Quando parliamo di tono, qualunque cosa di cui stiamo parlando, se usiamo il termine tono significa che è una condizione sempre presente, un’attività leggera sempre presente. In questo caso si parla di tono delle proiezioni mesencefaliche, che “tonicamente” lo tengono contratto, quindi chiuso. Cosa succede quando si supera la capacità contenitiva della vescica? Ci sono dei recettori nel tessuto, che sono dei recettori da stiramento, questi recettori vengono stimolati perché vengono stirati (ndr dalla pressione interna dell’urina che accumulandosi stira le pareti della vescica). L’arco riflesso invia dei segnali dai recettori da stiramento fino al midollo spinale (colonne intermedio laterali dove abbiamo gli interneuroni del parasimpatico). Questi neuroni vengono attivati e inviano tramite arco riflesso delle fibre parasimpatiche, che al contempo contraggono il muscolo detrusore e rilasciano lo sfintere interno. Nei lattanti questi segnali inibitori di rilasciamento giungono anche allo sfintere esterno, che non è ancora sotto il controllo della volontà - la capacità di controllare lo sfintere esterno si realizza in un momento successivo dello sviluppo. Quindi il segnale di rilascio che arriva allo sfintere interno nei lattanti arriverà anche allo sfintere esterno, mentre noi per forza di volontà riusciamo (entro certi limiti) a trattenerci. Se disgraziatamente ritardiamo troppo, il parasimpatico prende il sopravvento, con emissione di urina. 16 Riassumendo: 1. aumento del volume di liquido provoca distensione della parete vescicale che stimola i recettori da stiramento, che 2. recettori da stiramento inviano segnali a. alla corteccia cerebrale, che controlla la volontà b. per arco riflesso al midollo spinale. Qui viene ridotta l’attività dell’ortosimpatico (che era attivo nelle condizioni di contenimento) e invece viene attivato il parasimpatico, che determinare la contrazione del muscolo detrusore e l’apertura dello sfintere uretrale interno. Risultato: minzione. Nel frattempo la volontà “aiuta” agendo anche sullo sfintere uretrale esterno. Quindi, un meccanismo riflesso molto semplice. I riflessi di svuotamento della vescica, in realtà, possono essere anche solo meccanismi prettamente spinali. Per esempio nei pazienti affetti da lesioni del midollo spinale a livello cervicale, in cui non c’è un controllo volontario: la minzione può comunuqe avvenire seguendo soltanto l’effetto dei recettori da stiramento, attraverso il sistema riflesso. Tuttavia possono verificarsi casi in cui un barlume di controllo volontario sopravvive alla lesione - in tal caso in questi pazienti lo svuotamento risulta anomalo, anche parziale. Questo genera ristagni di urine ed espone il pz. a maggior rischio di infezioni. Persino noi “sani” spesso siamo abituati a trattenerci un po’ troppo a lungo, creando un ambiente favorevole alle infezioni. DEFECAZIONE - Un’altro esempio di riflesso con innervazione doppia è la defecazione: anche in questo caso, gli sfinteri esterni sono innervati da motoneuroni dai segmenti S2-S4, quindi si ha un’attivazione dei motoneuroni, però gli sfinteri interni, come nel caso della vescica, non sono sotto il controllo della volontà ma normalmente sono tonicamente contratti. Il controllo volontario può influire anche sullo sfintere interno ma normalmente sono sotto questi sistemi riflessi. Anche in questo caso, in una situazione di riempimento, cosa succede? Che i meccanocettori inviano informazioni al midollo spinale - quindi ARCO RIFLESSO, NERVO PELVICO e le afferenze eccitano normalmente i neuroni parasimpatici che attivano i neuroni postgangliari, che trasmettono il comando ai muscoli lisci del colon retto. Di conseguenza le feci sono spinte nella parte finale, e a seguito della contrazione volontaria possono essere eliminate. Va sottolineato come i meccanocettori, proprio come nel caso della minzione, inviano informazioni anche ai centri cerebrali e quindi subentra anche la volontà dell’urgenza della defecazione, il sistema nervoso centrale invia degli impulsi discendenti per facilitare il riflesso della defecazione. Il meccanismo è molto simile. Naturalmente, con la volontà, questi sistemi discendenti sono in grado di avere un’azione contenitiva molto spiccata da parte del sistema nervoso centrale e questo va a influenzare anche lo sfintere interno che viene ancora più tonicamente contratto, quindi c’è una maggiore capacità di rimandare il momento della defecazione. BAROCETTORI Poi ci sono dei riflessi fondamentali del sistema nervoso autonomo, per dei distretti importanti, per esempio i BAROCETTORI (come vedremo quando faremo il controllo della pressione arteriosa, ci 17 sono dei punti strategici dell’arco aortico e delle carotidi dove alcune cellule fungono da sensori. Normalmente inviano dei segnali al s.n.c., e sono molto attivi nel regolare la pressione quando si abbassa improvvisamente, per esempio quando dalla posizione distesa ci rimettiamo in piedi. Chi soffre di pressione bassa di suo, mettendosi in posizione eretta, ne risente di più e può avere il classico capogiro proprio perché la pressione si abbassa. In più subentreranno altri fattori, i.e idrostatici, che affronteremo volta per volta). Sta di fatto che il riflesso barocettivo è uno dei meccanismi di controllo della pressione arteriosa più rapidi (non a caso si chiama riflesso) perché queste cellule, strategicamente piazzate nel punto in cui l’arco aortico si curva e manda il sangue alle carotidi, inviano al tronco encefalico segnali di attivazione del simpatico, che eccita il cuore e aumenta la gittata cardiaca. Quindi capite che nella gestione di un abbassamento repentino della pressione arteriosa è il riflesso barocettivo che ci dà un effetto immediato. Anche a chi non ne soffre sarà capitato, alzandosi improvvisamente, di avere la vista quasi annebbiata. Succede perchè il cervello in quell’attimo non ha ricevuto sangue a sufficienza, ma il riflesso barocettivo mette subito a posto la situazione. Lo faremo con più dettaglio nel controllo della pressione. SISTEMA LIMBICO, IPOTALAMO e STRESS RESPONSE E’ utile ricordarlo come la “corteccia cerebrale” del s. n autonomo. E’ costituito da diverse parti e la più importante è l’ipotalamo. Parleremo di ipotalamo per varie altre situazioni, però intanto inquadriamolo: l’ipotalamo è una centrale di regolazione omeostatica, di regolazione delle funzioni dell’attività vegetativa in questo caso. Anatomicamente siamo alla base del diencefalo. Se lo vediamo con un piano di taglio, disteso, anatomicamente è costituito: dal terzo ventricolo, accanto troviamo la zona periventricolare (dal dorsale al ventrale), poi c’è la zona mediale e la zona laterale.. Andiamo a vedere le funzioni della zona periventricolare. 18 La zona periventricolare ha una componente di gestione endocrina e una di gestione viscerale. In questo momento ci serve capire come l’ipotalamo interviene nel controllo del sistema nervoso autonomo, però dobbiamo cominciare a comprendere come è organizzato, come svolge in contemporanea le altre attività. Questo perché la zona periventricolare ospita una zona di coordinazione endocrina importante: i nuclei paraventricolari, che ospitano i neuroni magnocellulari e i neuroni parvocellulari Quando faremo il sistema endocrino vedremo come l’ipotalamo è il centro di controllo delle altre ghiandole. Parte dell’ipotalamo è in contatto con neuroipofisi e adenoipofisi, che controlla sia in maniera propriamente trofica (l’ipotalamo va a liberare delle sostanze chimiche di controllo dell’adenoipofisi, a sua volta l’adenoipofisi controlla le altre ghiandole (ASSE IPOTALAMO-IPOFISARIO), indiretta sia in maniera diretta. La neuroipofisi infatti è un vero e proprio prolungamentodell’ipotalamo. Ve ne faccio cenno perché in parte faremo la neuroipofisi quest’anno perché va a produrre la vasopressina, detta anche ormone antidiuretico, che studieremo con il rene per il controllo della pressione arteriosa. Vedremo come apparato cardiocircolatorio e rene collaborano intimamente. La porzione di controllo viscerale dell’ipotalamo è connessa con i neuroni vegetativi di cui abbiamo parlato oggi, ed è così che controlla le due branche del sistema nervoso autonomo. La zona mediale fa tutt’altro ( organizzazione del ritmo circadiano, attività comportamentale). La zona laterale rappresenta tutto il sistema attivante che studieremo per il sonno l’anno prossimo. Approfondendo la parte vegetativa, quindi quella dedicata al coordinamento del sistema nervoso autonomo, si evince che la parte più dorsale controlla il parasimpatico, (rest and digest, alimentazione, etc) mentre la porzione ventro-mediale controlla l’ortosimpatico (reazioni di attacco e fuga, emergenze, etc). Questo lo dobbiamo vedere nell’insieme, perché non possiamo discernere il contributo dell’ortosimpatico senza tener conto dell’influenza dell’ipotalamo. Infatti l’ipotalamo esercita sulle condizioni di stress un’influenza a tutto tondo. Da un lato abbiamo l’azione diretta di controllo sulla colonna intermedio-lateraleale dell’’ortosimpatico, e per estensione sulla midollare del surrene. Però l’ipotalamo ha anche la parte endocrina, che produce il corticotropin releasin hormone, CRH, che agisce sull’ipofisi per liberare l’ormone adrenocorticotropo. In questo frangente sembrerebbe non abbia niente da spartire (ha a che fare con la corticale del surrene, non con la midollare). E invece c’entra, perchè la corticale del surrene produce il glucocorticoide cortisolo - l’”ormone dello stress”. Il cortisolo nelle situazioni di emergenza determina immissione di glucosio in circolo. E’ tutto collegato, la reazione allo stress è globale. Lo stress può avere connotazioni positive: quando dobbiamo affrontare una gara, una prestazione, questo sistema quasi ci aiuta ad affrontarlo con la giusta carica. O ancora in situazioni di vera 19 emergenza - un soldato è sempre in stato d’allerta, con scariche di adrenalina. Il primo effetto è la liberazione di cortisolo in circolo. Il cortisolo assiste metabolicamente le condizioni di emergenza immettendo glucosio in circolo, di pronto utilizzo per il cervello, il cuore, etc. Poi però inevitabilmente si raggiunge un plateau, a cui subentra una fase di calo - non si può essere perennemente in iperattivazione, quindi... …Quindi durante la prima fase e la fase di plateau quasi quasi possiamo parlare di stress come qualcosa di positivo. L’ipotalamo ha un’azione di coordinatore totale, non è affatto relegato al controllo del solo s. n. autonomo. Le funzioni dell’ipotalamo che ci interessano, per esempio sono: la pressione arteriosa, l’equilibrio elettrolitico (non possiamo parlare di pressione arteriosa se non parliamo del controllo ipotalamico, il centro della sete ne è parte integrante). E non è solo un discorso di volemia: quando affronteremo il controllo della temperatura il centro della sete sarà attivo e coinvolto anche in quel frangente - infatti avremo bisogno di reintegrare l’acqua perché il rene ne starà perdendo, la sudorazione altrettanto: col caldo si abbassa la volemia. Quando tratteremo la pressione vedremo che l’abbassamento della volemia è uno stimolo fondamentale perchè l’ipotalamo produca e rilasci ormone antidiuretico: pur di trattenere acqua preziosa l’ormone antidiuretico fa del suo meglio. La temperatura corporea la faremo quest’anno. Nel sistema limbico abbiamo un termostato della temperatura corporea, un centro di regolazione apposito. Se ci spostiamo dalla temperatura in cui siamo settati (“in equilibrio con la temperatura ambientale”) soffriamo brividi di freddo. In maniera analoga se se stiamo assumendo un antipiretico, stiamo spostando il setpoint interno e la sudorazione che segue l’assunzione del farmaco serve per eliminare quel calore…. ma lo faremo a suo tempo. L’ipotalamo è un centro di regolazione notevole per tutti gli altri effetti omeostatitici, e in più svolge questo ruolo di autodifesa e protezione, perché va ad integrare tutte queste risposte di cui abbiamo parlato (oltre al ciclo sonno-veglia). Abbiamo parlato di come funzionano il sistema nervoso parasimpatico e l’ortosimpatico (a partire dal neurone pregangliare, ganglio, postgangliare, effettore) però il sistema nervoso autonomo riceve anche delle informazioni viscerali, dalle periferie, perché per organizzare la sua stessa attività deve essere informato, ricevere un feedback - un po’ come fa il sistema nervoso centrale. Il s.n.c pianifica programmi motori e comportamentali incredibilmente complessi, e ne è capace solo grazie alla rilevante mole di informazioni che costantemente riceve dalla periferia. Discorso analogo si può fare per il sistema nervoso autonomo: riceve fondamentalmente due tipi di informazioni, “afferenze”: informazioni nocicettive e informazioni volte alla regolazione omeostatica. Chiaramente il simpatico accoglie perlopiù affferenze nocicettive. Le informazioni che provengono dai nocicettori sparsi per il corpo fanno tappa al midollo spinale: qui possono andare a informare,integrarsi, col il sistema nervoso autonomo - provocando un segnale di risposta. Fate attenzione che i visceri, propriamente di pertinenza del sistema nervoso autonomo, in realtà non hanno un’innervazione di pertinenza del midollo spinale precisamente localizzata. Ecco perchè spesso parleremo di dolore riferito ( il dolore al cuore viene percepito/riferito in una parte della 20 spalla, l’appendicite nel relativo quadrante addominale… e cosi via). Questo accade per via di meccanismi di integrazione a livello delle lamine de midollo spinale. Le afferenze provenienti dai visceri infatti si vanno a distribuire nelle lamine del midollo spinale, le stesse che raccolgono i segnali da determinate parti della cute. Quindi vengono integrate dalla parte della cute e poi verrà percepito/riferito alla parte della cute di pertinenza dell’integrazione (faremo poi meglio). Non abbiamo, per esempio, una localizzazione molto precisa del dolore della colica renale, però sappiamo che una irradiazione di questo dolore in un determinato quadrante può essere dovuta a quello. Durante la visità, già toccandovi il buon medico dovrebbe intuire di cosa può essere sintomatico quel dolore. Invece il sistema nervoso parasimpatico riceve informazioni per la regolazione dell’omeostasi, per esempio: al nucleo del tratto solitario (nel bulbo). Ricevono afferenze viscerali dal midollo spinale, l contingente più cospicuo è quello del nervo vago. Le fibre raccolgono tutte queste informazioni che raggiungono o neuroni del bulbo (per la generazione di risposte riflesse semplici - per esempio i riflessi di pertinenza del cuore che a livello del bulbo vengono integrate, e costui invia degli input di reazione da parte del sistema nervoso autonomo). nella formazione reticolare riceve risposte riflesse comportamentali più stereotipate, (respiro, vomito). più in alto, nel proencefalo, direttamente con proiezioni ipotalamiche riceve afferenze per la coordinazione vera e propria delle risposte motorie. Quindi immaginate questo tipo di organizzazione, che il sistema nervoso autonomo ha a tutti i suoi livelli (toracolombare ma anche sacrale e craniale del parasimpatico). Però queste due branche risentono di un coordinamento, informato dal feedbeck della periferia: devono arrivare delle informazioni che i centri integratori integrano per poi andare a stimolare o inibire l’attività delle due branche. E come volevasi dimostrare, il ruolo principale in questa integrazione viene svolto dall’ipotalamo (nell’avviare la stimolazione e l’inibizione delle strutture deputate). 21 Lezione 2 Fisiologia I (07/03/2023 Prof.ssa Parenti) Sbobinatrice: Irene Patanè Revisore: Barbara Ottaviano SISTEMA CARDIOVASCOLARE Iniziamo dal cuore e dalle sue funzioni di determinazione di grande e piccola circolazione. Ricapitolando abbiamo: le vene cave che trasportano il sangue deossigenato all’atrio dx, quindi dall’atrio dx al ventricolo dx il sangue viene poi pompato dal ventricolo dx nella piccola circolazione (circolo polmonare) dove avverrà l’uptake dell’ossigeno e l’eliminazione della co2; il sangue ossigenato tramite le vene polmonari viene trasportato all’atrio sx, da cui al ventricolo sx che lo pompa nella grande circolazione tramite l’aorta, che lo distribuirà a tutti i distretti per cedere l’ossigeno e acquistare l’anidride carbonica derivata dal lavoro dei distretti… per poi ricondurlo al cuore tramite le vene e ricomunciare il ciclo Il lavoro di pompa del cuore è atto a distribuire il sangue a tutti i distretti in un flusso in parallelo per tutti gli organi. Ciò significa che il sangue refluo non passa da un organo o apparato ad un altro, ma piuttosto che la circolazione è distribuita in parallelo nei diversi distretti, in modo che tutti (tessuti e apparati) siano nelle giuste condizioni di ricevere il sangue. È un sistema chiuso. CUORE Il tessuto muscolare cardiaco è costituito da cellule muscolari cardiache, per molti versi simili al tessuto striato. Sono però cellule ramificate che possiedono un solo nucleo, anche se l’unità funzionale è sempre il sarcomero con la stessa disposizione dei filamenti spessi e sottili come lo striato. Ha un reticolo sarcoplasmatico meno sviluppato, e come poi vedremo il calcio ha un’origine più complessa. La differenza tra i due ventricoli consiste nel fatto che: - il sx è più grande perché deve pompare il sangue nella grande circolazione: deve opporsi ad una forte resistenza della grande circolazione. - Il dx è più piccolo perché pompa il sangue nella piccola circolazione. All’origine del lavoro cardiaco c’è la sua attività elettrica. Nel cuore abbiamo 2 tipi di tessuto: - miocardio specifico genera gli stimoli che invia al miocardio comune in maniera autonoma, anche in assenza di un impulso esterno. - miocardio comune (di lavoro) fa il lavoro meccanico e segue quello che è stato deciso dal tessuto specifico pacemaker. Le cellule del miocardio comune sono unite dai dischi intercalari e dalle gap junction. A livello dei dischi intercalari le cellule sono connesse sia meccanicamente (tramite desmosomi che permettono il trasferimento di forza di contrazione), sia elettricamente (tramite le gap junction che permettono il flusso degli ioni, infatti l’assetto ionico dal nodo senoatriale diffonde a macchia d’olio in tutto il tessuto). 22 ATTIVITÀ ELETTRICA CARDIACA In questa figura vedete come cambia la curva del potenziale d’azione nelle varie parti del cuore. Abbiamo detto che nel miocardio specifico i segnapassi (gruppi di cellule che costituiscono i nodi SA e AV) non hanno un vero e proprio potenziale di riposo: piuttosto operano una depolarizzazione lenta, continua e ciclica, detta depolarizzazione pacemaker. La depolarizzazione pacemaker ha il compito di portare il potenziale verso la soglia in maniera spontanea. Da questa depolarizzazione pacemaker si innesca poi un potenziale d’azione che si propaga al resto dell’organo. Invece il miocardio comune (tessuto degli atrii e dei ventricoli) il potenziale di riposo ce l’ha eccome (-80,-90 mV) e necessita di un trigger (impulso) esterno per attivarsi, altrimenti è inerte. Il pacemaker principale, che è il nodo SA, un po’ ci “anticipa”, preannuncia, l’attività delle altre parti del cuore. La funzione di questa fase è di portare il potenziale di membrana dal valore più negativo, raggiunto al termine di un potenziale d’azione, lentamente verso un nuovo potenziale. Il potenziale d’azione insorge nel nodo SA, che si trova in corrispondenza dell’atrio dx (dove sbocca la vena cava), e si propaga attraverso gli atri fino al nodo AV (si trova vicino al confine tra atri e ventricoli, sempre a dx). Dopo un normale ritardo dovuto a una diminuzione di diametro delle cellule del nodo atrioventricolare, il segnale si propaga lungo il fascio di His e le due branche fino all’apice, per raggiungere infine i ventricoli lungo varie ramificazioni che terminano nelle fibre del Purkinje. Le cellule del nodo atrioventricolare sono molto piccole, quindi è come se ci fosse una resistenza: non è casuale, è necessario che ci sia questo ritardo in modo che possa avvenire prima tutta la depolarizzazione e quindi la risposta meccanica atriale prima che il segnale passi al ventricolo. Le cellule sono in grado di battere spontaneamente, ma con una frequenza intrinseca che decresce passando dal nodo seno atriale (~ 70-90 potenziali d’azione al minuto) al nodo atrioventricolare ( ~ 40-60 potenziali d’azione al minuto). In condizione di arresto sinusale emerge l’azione del nodo atrioventricolare che è considerato il pacemaker “di riserva”. Anche le fibre di Purkinje intervengono in caso di blocco atrioventricolare. Il miocardio specifico è costituito da: - Cellule pacemaker - Fibre di conduzione 23 La propagazione del potenziale d’azione è facilitata dalla presenza del tessuto di conduzione cardiaca ma anche attraverso il passaggio da cellula a cellula contigua. Infatti una caratteristica del tessuto è quella di essere un sincizio funzionale; ogni cellula cardiaca è connessa alle cellule contigue. Il nodo senoatriale irradia alle cellule del miocardio comune lo stimolo che ha deciso, perché deve depolarizzare tutto l’atrio. Anche se le cellule del nodo e quelle del miocardio comune hanno potenziali diversi, l’atrio riesce a depolarizzare il miocardio perché insieme costituiscono un sincizio funzionale. Le cellule del miocardio comune ricevono un assetto ionico da parte di queste cellule pacemaker con cui sono in contatto tramite gap Junction che fanno si che siano in contatto. ELETTROCARDIOGRAFIA E POTENZIALE D’AZIONE, DISTRIBUZIONI CARICHE, POSTULATI DI EINTHOVEN Il potenziale d’azione cellulare è una depolarizzazione della membrana che si instaura su un potenziale intracellulare negativo rispetto all’esterno della cellula (potenziale di riposo). Questo cambiamento è associato alla presenza di correnti ioniche transmembrana e a una diversa distribuzione di carica sulle due facce della membrana. La presenza di regioni con differente distribuzione di cariche elettriche genera un campo elettrico, una corrente che si propaga e quindi la depolarizzazione e ripolarizzazione. VETTORE DIPOLO L’esempio più semplice di campo elettrico è quello generato da un dipolo, cioè l’insieme di cariche della stessa intensità ma di segno opposto posizionate in due punti vicini. Il campo del dipolo è rappresentabile con il vettore dipolo, che indica direzione e intensità della differenza di potenziale generato dalle due cariche. Quindi il cuore lo possiamo immaginare come uno spazio dove esistono queste regioni con diversa distribuzione di cariche elettriche. Semplificando possiamo immaginare di dividere tutto il tessuto cardiaco in due regioni, una comprendente tutte le cellule depolarizzate, cioè sede del potenziale d’azione, e una tutte le cellule restanti, che saranno normalmente polarizzate al potenziale di riposo del miocardio di lavoro, ovvero nella loro fase di depolarizzazione diastolica nelle cellule autoritmiche dei nodi. Il confine tra le due regioni si può considerare come un fronte d’onda che avanza. DERIVAZIONE DELL’ELETTROCARDIOGRAMMA Da qui vennero gli studi di Einthoven che fece queste intuizioni sul fatto che l’attività elettrica precede l’attività di lavoro del cuore. Immaginò che il campo elettrico generato dal dipolo cardiaco si trasmette alla superficie del corpo attraverso un volume conduttore, costituito dai tessuti che separano il cuore dalla cute. E quindi quello che viene trasmesso sulla superficie è quello che passa attraverso questo volume conduttore che anche se attenua il segnale, possiamo comunque andare a registrare le variazioni di potenziale mettendo degli elettrodi nella cute. Questo è il dipolo cardiaco. POSTULATI DI EINTHOVEN Lui immaginò la disposizione di un triangolo equilatero rovesciato sul torace del paziente, al cui centro c’è il cuore. I lati del triangolo le chiamò derivazioni (e quindi il flusso della corrente avrà una direzione particolare a seconda da quale derivazione (prospettiva) la andiamo a guardare) e il vettore cardiaco è indicato da una freccia la cui direzione indica il flusso di corrente con la punta rivolta verso le cariche positive. PRIMO POSTULATO DI EINTHOVEN 24 Il cuore è un generatore di segnali elettrici, le cellule si depolarizzano e ripolarizzano SECONDO POSTULATO Il cuore si trova in un volume conduttore (corpo) - è un buon conduttore perché costituito per la maggior parte di acqua e ioni in soluzione (sodio, potassio, cloro ecc). Quindi i segnali elettrici si propagano dal centro del corpo fino alla superficie cutanea. Per cui ponendo degli elettrodi sulla superficie cutanea è possibile registrare (anche se smorzati) i segnali elettrici generati dall’attività del cuore. TERZO POSTULATO Il volume conduttore (corpo) ha caratteristiche di conduttività omogenea (secondo il postulato). In realtà è azzardato immaginare una resistività uguale all’osso, alle cartilagini e ai muscoli, ma comunque ci serve a capire quello che è il suo imma