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Fisiologia Umana - 6 CFU Docente: Loriana Castellani

PROGRAMMA Fisiologia cellulare: Membrana cellulare. Trasporto di ioni e molecole attraverso la membrana cellulare. Canali ionici, pompe e proteine vettrici. Potenziale di riposo e sue basi ioniche. Potenziali locali e potenziali d’azione. Conduzione del potenziale. Sinapsi e trasmissione sinaptica. Giunzione neuromuscolare. Muscolo scheletrico: Sarcomeri e filamenti. Reticolo sarcoplasmatico e ruolo del Calcio. Ciclo dei ponti trasversali. Accoppiamento eccitazione-contrazione. Classificazione delle fibre muscolari scheletriche. Scossa semplice e tetano. Contrazione isometrica e isotonica: relazione tensione-lunghezza e velocità-carico. Innervazione dei muscoli scheletrici: Unità motoria e rapporto di innervazione. Modulazione della forza. Propiocettori: fuso muscolare e organo tendineo del Golgi. Unità miotatica e arco riflesso. Riflessi spinali e controllo dei muscoli opposti. Muscolo cardiaco: Struttura, accoppiamento eccitazione-contrazione e potenziali cardiaci. Proprietà meccaniche del muscolo cardiaco. Contrattilità. Origine e propagazione dell’attività elettrica cardiaca. Segnapasso fisiologici.

Apparato Cardio-Circolatorio ed Emodinamica: Relazioni pressione, volume, flusso e resistenza. Il cuore come pompa. Il ciclo cardiaco. Curve pressione volume. Gittata cardiaca. Controllo della frequenza cardiaca e della gittata sistolica. Contollo della pressione: Pressione nel sistema cardiocircolatorio Pressione sistolica e diastolica. Complianza vascolare. Regolazione della pressione arteriosa. Apparato respiratorio: Il sistema respiratorio e la legge dei gas. Ventilazione e complianza e elasticità polmonare. Scambio gassoso nei polmoni. Scambio gassoso nei tessuti. Trasporto dei gas nel sangue. Curva di saturazione dell’emoglobina. Regolazione della ventilazione. Il rene ed equilibrio idroelettrico: Funzione dei reni. Processi renali:filtrazione, riassorbimento, secrezione e escrezione. Clearance renale. Bilancio idrico e la concentrazione dell’urina. Regolazione del volume del liquido extracellulare. Equilibrio acido-base. Sistema nervoso: Cenni sull’organizzazione del sistema nervoso. Neuroni e vie di conduzione. Sistema somatomotore e corteccia motoria. Proprietà generali dei sistemi sensoriali e corteccia somatosensoriale.

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Membrane Biologiche

Caratteristiche delle membrane biologiche 1. Le membrane sono strutture a foglio che formano setti di separazione tra compartimenti con composizione diversa tra loro. 2. Sono costituite principalmente da lipidi e proteine (1:4 - 4:1); contengono carboidrati legati sia ai lipidi che alle proteine. 3. I lipidi sono molecole relativamente piccole e formano spontaneamente strati bimolecolari in mezzo acquoso. Costituiscono una barriera che impedisce il flusso di molecole grandi polari neutre e ioni. 4. Proteine specifiche mediano funzioni caratteristiche della membrana in cui si trovano. 5. Le membrane sono aggregati non-covalenti fluidi.

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Proprietà dei fosfolipidi

Proteine di membrana

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Permeabilità del doppio strato lipidico

Idrofobiche O2, CO2, N2

Piccole, polari, neutre H2O, Urea, glicerolo

Grandi, polari neutre Glucosio, saccarosio

Ioni H+, Na+, HCO3

-, K+ Ca2+, Cl-, Mg2+

Coefficiente di permeabilità

Caratteristiche del trasporto attraverso doppio strato lipidico

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1. Diffusione semplice: richiede gradiente di concentrazione a favore 2. Diffusione facilitata: richiede gradiente di concentrazione a favore e trasportatori proteici 3. Diffusione attraverso canali ionici: richiede gradiente elettro-chimico a favore. 4. Trasporto attivo: richiede energia e una “pompa”

a) primario b) secondario

5. Endocitosi: richiede “stimolo” + energia 6. Esocitosi: richiede “stimolo” + energia 7. Fagocitosi: richiede “stimolo” + energia

Meccanismi di trasporto attraverso le membrane

Diffusione semplice

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Permeabilità del doppio strato lipidico

Idrofobiche O2, CO2, N2

Piccole, polari, neutre H2O, Urea, glicerolo

Grandi, polari neutre Glucosio, saccarosio

Ioni H+, Na+, HCO3

-, K+ Ca2+, Cl-, Mg2+

Coefficiente di permeabilità

Diffusione facilitata: trasportatori

L’entità della diffusione dipende dal numero dei trasportatori (fattore limitante)

Necessità di un gradiente di concentrazione. Al raggiungimento dell’equilibrio la diffusione si arresta

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Trasporto del glucosio

Il doppio strato lipidico è per lo più impermeabile agli ioni

Idrofobiche O2, CO2, N2

Piccole, polari, neutre H2O, Urea, glicerolo

Grandi, polari neutre Glucosio, saccarosio

Ioni H+, Na+, HCO3

-, K+ Ca2+, Cl-, Mg2+

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Gli ioni diffondono attraverso i canali

Costituiscono un poro nella membrana che permette il passaggio di ioni, cioè trasferimento di cariche. I canali sono selettivi. I canali possono essere non regolati o regolati.

Canali regolati

1. Voltaggio-dipendenti 2. Chemio-dipendenti 3. Meccano-dipendenti

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Trasportatori proteici: co-trasporto

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POMPE: trasporto attivo primario contro gradiente

Sinporto sodio-glucosio: trasporto attivo secondario

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FAGOCITOSI

Meccanismo utilizzato dai fagociti per distruggere agenti infettanti quali batteri e altre particelle estranee

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Endocitosi mediata da recettore e esocitosi

TRASPORTO TRANS-EPITELIALE

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Transcitosi: endotelio capillare

La permeabilità selettiva delle membrane biologiche da origine a compartimenti (intracellulare e extracellulare) chimicamente e elettricamente differenti (disequilibrio chimico), ma con la stessa concentrazione totale di soluti.

Liquido intracellulare

Liquido extracellulare

Na+ K+ Cl-

HCO3-

grandi anioni proteine

10 140 140 5 5 35 10 35 190 0

mM

Le cellule viventi utilizzano energia per mantenere il disequilibrio chimico, ma sono in equilibrio osmotico (cioè l’acqua è distribuita omogeneamente)

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L’acqua è il solvente per tutta la materia vivente e si sposta liberamente tra le cellule e il liquido extracellulare

Volumi dei vari compartimenti per un uomo di 70 Kg (25 anni) 60% del peso corporeo è dovuto all’acqua

Diffusione dell’acqua: pressione osmotica

Concentrazione di una soluzione

Quantità di soluto per unità di volume o di peso della soluzione o del solvente

Mole = 6,02 X 1023 atomi, ioni o molecole di sostanza Peso di una mole = peso molecolare della sostanza

espresso in grammi

Molarità = numero di moli/litro di soluzione Equivalenti = molarità dello ione X numero di cariche

Molarità = numero di molecole/litro Osmolarità = numero di particelle/litro

Esempio: 1M NaCl = 58,5g/litro = 2 OsM 1M glucosio = 180g/litro =1 OsM

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Tonicità: dipende dalla concentrazione dei soluti non diffusibili

Equilibrio osmotico