Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia - sede di Torino

Fisiologia I (canale A)

Physiology I

Anno accademico 2015/2016

Sommario insegnamento

• Obiettivi formativi
• Risultati dell'apprendimento attesi
• Modalità di verifica dell'apprendimento
• Programma
• Testi consigliati e bibliografia
• Strumenti didattici

Obiettivi formativi

OBIETTIVI DI CONOSCENZA
Lo studente deve conoscere le modalità di funzionamento dei diversi organi del corpo umano, la loro integrazione dinamica in apparati ed i meccanismi generali di controllo funzionale in condizioni fisiologiche. Il Corso di fisiologia si propone di fornire allo studente le premesse necessarie alla comprensione delle discipline che seguiranno nel corso degli studi preclinici e clinici.

OBIETTIVI DELLA DIDATTICA INTERATTIVA
Valutazione ed interpretazione delle condizioni funzionali nell’uomo in condizioni fisiologiche, presupposto necessario alla corretta valutazione degli stati patologici.

Risultati dell'apprendimento attesi

Comprensione dei meccanismi che regolano il funzionamento dei vari apparati e la loro integrazione nel mantenimento dell’omeostasi dell’organismo

Modalità di verifica dell'apprendimento

Esame finale

Quiz e orale

Programma

FISIOLOGIA DEL NEURONE E DELLA SINAPSI
• Introduzione allo studio della fisiologia. Fisiologia della vita vegetativa e fisiologia della vita di relazione. Mezzo interno. Omeostasi. Meccanismi alla base dell’omeostasi: sistemi di controllo, retroazione negativa, controllo riflesso, controllo anticipatorio a feedforward, retroazione positiva, ritmi biologici. I compartimenti liquidi dell’organismo.
• Movimento di molecole e attraversamento delle membrane biologiche. Processi passivi: diffusione semplice, permeabilità, flusso attraverso i canali ionici. Canali ionici: meccanismi di permeazione, selettività, attivazione, inattivazione e modulazione. Patch-clamp e corrente di singolo canale. Processi mediati da un trasportatore: diffusione facilitata, trasporto attivo primario e secondario. Principi di trasporto attraverso gli epiteli. Osmosi.
• Introduzione allo studio del sistema nervoso. Evoluzione dell’encefalo. Principi organizzativi dei componenti cellulari del sistema nervoso. Neuroni: trasporto assonico, circuiti neuronali fondamentali, livelli organizzativi dei circuiti nervosi. Ruoli funzionali delle cellule gliali: astrociti, oligodendrociti, cellule di Schwann, microglia, glia radiale, cellule staminali neuroepiteliali. Liquor cefalorachidiano. Barriera ematoencefalica.
• Biofisica delle membrane eccitabili. Problemi dell’assone come conduttore coassiale di segnali elettrici. Modello elettrico equivalente. Potenziale di diffusione. Potenziale di equilibrio e legge di Nernst. Equazione di Goldman. Ruolo della pompa Na+-K+ nel creare i gradienti di concentrazione. Potenziale di riposo. Potenziale d’azione: correnti ioniche, permeabilità di membrana, correnti di singolo canale, legge del tutto-o-nulla, periodo refrattario. Elettrofisiologia passiva e propagazione elettrotonica: effetti della corrente sulla membrana, costante di tempo e costante di spazio. Conduzione del potenziale d’azione nelle fibre amieliniche: relazione fra diametro, costante di spazio e velocità di conduzione. Conduzione saltatoria nelle fibre mieliniche. Velocità di conduzione e classificazione delle fibre nervose.
• Trasmissione sinaptica. Sinapsi elettrica. Meccanismi presinaptici nella sinapsi chimica: ruolo del Ca2+, potenziali di placca in miniatura, meccanismi molecolari del rilascio di neurotrasmettitore, ciclo delle vescicole sinaptiche. I neurotrasmettitori: sintesi, immagazzinamento nelle vescicole, liberazione, rimozione per diffusione, ricaptazione, inattivazione. Differenze funzionali tra neurotrasmettitori a molecola piccola e neuropeptidi. Sistemi a proiezione diffusa. Meccanismi postsinaptici: potenziale d’inversione e meccanismi ionici del potenziale di placca e dei potenziali postsinaptici eccitatori e inibitori delle sinapsi centrali. Integrazione dei segnali sinaptici: sommazione temporale e spaziale. Modulazione del rilascio di neurotrasmettitore: potenziale della membrana postsinaptica, potenziamento post-tetanico, inibizione e facilitazione presinaptica. I recettori dei neurotrasmettitori: principi di funzionamento dei recettori canale e dei recettori accoppiati a proteina G.

FISIOLOGIA DELLA CONTRAZIONE MUSCOLARE
• Meccanismo contrattile. Scorrimento dei miofilamenti all’interno del sarcomero. Curva tensione-lunghezza del sarcomero. Ciclo dei ponti trasversali. Accoppiamento eccitazione-contrazione nelle fibre muscolari scheletriche e cardiache: sensore di voltaggio (canale del Ca2+, recettore DHP), canale di rilascio del Ca2+ (RyR), rimozione del Ca2+.
• Meccanica della contrazione muscolare. Tensione e carico. Contrazione isotonica e isometrica. Contrazione in allungamento. Scossa muscolare, sommazione e tetano. Relazione velocità-carico. Tetano muscolare. Fattori che controllano la tensione del muscolo. Curva tensione-lunghezza del muscolo. Curva velocità-forza. Potenza meccanica. • Energetica muscolare. Andamento temporale dell’utilizzo dei substrati energetici. Fatica muscolare. Fibre lente, rapide-resistenti alla fatica, rapide affaticabili.
• Controllo della forza di contrazione nel muscolo “in toto”. Unità motorie. Reclutamento e frequenza di scarica delle unità motorie.
• Fisiologia del muscolo liscio. Differenze rispetto al muscolo striato. Muscolo liscio unitario e multiunitario. Modalità di contrazione. Accoppiamento elettro-meccanico e regolazione della contrazione. Meccanismi di controllo. Ciclo dei ponti trasversali e stato “bloccato”.

FISIOLOGIA DELL’APPARATO CARDIOVASCOLARE
• Generalità anatomo-funzionali e circuito idraulico equivalente, grande e piccola circolazione. Concetto di omeostasi.
• Il sangue: caratteristiche fisiche, viscosità. Sedimentazione e centrifugazione. Legge di Stokes. VES. Ematocrito. Ematocrito e viscosità.
• Elementi di emodinamica. Flusso. Pressione e resistenza. Legge di Hagen-Poiseulle. Teorema di Bernoulli. Legge della continuità. Flusso laminare e turbolento. Viscosità del sangue nei vasi. Effetto Faharesus-Linqvist. Scorrimento del sangue nei capillari.
• Letto vascolare. Elementi in serie ed in parallelo. Velocità media di flusso nel letto vascolare. Struttura delle pareti vasali. Comportamento elastico dei vasi sanguigni. Legge di Hooke e diagramma elastico delle arterie e vene: relazione Volume e Pressione trans-murale. Variazione del diagramma in funzione dell’età.
• Parete vasale. Tensione parietale e raggio del vaso, legge di Laplace. Relazione flusso e pressione. Tono vasale: tono basale e tono di riposo. Pressione critica di chiusura e sue modificazioni.
• Funzioni dei vari segmenti del sistema vasale: vasi elastici, vasi di resistenza, vasi di scambio e vasi di capacità. Resistenze nel sistema vasale. Distribuzione del volume ematico nel sistema vasale.
• Pressione e flusso nel sistema arterioso. Polso di pressione di flusso e di volume. Velocità lineare di flusso. Morfologia del polso di pressione e di flusso. Filtro idraulico delle arterie (effetto mantice). Pressione sistolica, diastolica e media. Propagazione dell’onda di polso. Metodi di misura della pressione arteriosa.
• Vene e ritorno venoso. Fattori determinanti il ritorno venoso: pressione venosa centrale e pressione media di riempimento. Polso venoso. Influenza della gravità sulle pressioni del sistema vasale. Fattori favorenti il ritorno venoso: pompa muscolare, effetto della respirazione; meccanismo del piano valvolare cardiaco.
• Circolazione capillare. Cenni di struttura dei capillari. Canali preferenziali, anastomosi artero-venose. Scambi di sostane e di liquidi. Scambio per diffusione, entità dello scambio diffusivo. Scambio per filtrazione e riassorbimento. Pressioni nel sistema capillare. Equilibrio dei liquidi fra spazio intra ed extra capillare.
• Il cuore. Riferimenti anatomici. Miocardio di lavoro e miocardio specifico. Origine dell’eccitamento. Sequenza della propagazione dell’eccitamento. Gerarchia ed autoritmicità. Potenziali d’azione cardiaci (miocardio specifico ed aspecifico, potenziale del pace-maker primario). Meccanismi ionici.
• Accoppiamento elettro-meccanico. Meccanismi che influenzano la contrazione. Effetti del vago e dell’ortosimaptico sul cuore. Influenze dell’ambiente ionico extracellulare (argomento non svolto a lezione).
• Elettrocardiografia scalare. Basi fisiche dell’elettrocardiografia (dipolo, campo elettrico, conduttore di volume e conduttore lineare, derivazione unipolare e bipolare). Postulati di Einthoven. Configurazione delle derivazioni. Relazione tra ECG ed eventi elettrici cardiaci. Vettore cardiaco. Vettore cardiaco medio. Relazione tra vettore medio e ciclo dell’eccitamento. Sistema triassiale e sistema esassiale. Asse elettrico cardiaco. Cenni di indicazioni diagnostiche e cenni sulle fenomenologie ECG fiche patologiche.
• Attività meccanica del cuore e ciclo cardiaco. Fasi dell’attività cardiaca. Toni e rumori cardiaci. Gittata cardiaca e misura della gittata cardiaca. Adattamento del cuore isolato ai carichi di lavoro. Il preparato cuore-polmoni di Starling. Adattamento del cuore in situ ai carichi di lavoro: ruolo dell’innervazione. Effetto della frequenza. Adattamento del cuore ai carichi cronici di lavoro. Regolazione della gittata cardiaca. Lavoro cardiaco. Consumo di ossigeno e rendimento.
• Regolazione del flusso ematico regionale. Fattori locali. Regolazione nervosa del flusso ematico. Fattori umorali ed ormonali.
• Regolazione della pressione arteriosa. Centri di integrazione: bulbari, ipotalamici e corticali. Meccanismi e breve- medio- e lungo-termine. Oscillazioni ritmiche della pressione arteriosa (di I, II , III ordine). Ortostatismo. Lavoro muscolare.
• Circolazione d’organo. Circolazione polmonare: flusso, pressione e resistenza nella circolazione polmonare. Fattori che influenzano la resistenza del circolo polmonare. Distribuzione della perfusione nel polmone. Fattori che determinano la non uniformità della perfusione polmonare (vedi Fisiologia della Respirazione).
• Circolazione coronarica. Flusso e resistenze nella circolazione coronarica. Fattori che influenzano le resistenze. Fattori extra-vascolari, iperemia reattiva, fattori nervosi. Regolazione del flusso coronarico. Pre-condizionamento ischemico.
• Circolazione cerebrale. Le circolazioni dell’apparato gastrointestinale e renale sono trattate nelle rispettive sezioni del corso.

FISIOLOGIA DEL RENE
• Introduzione allo studio del rene e sue funzioni principali. Aspetti morfo-funzionali del nefrone.
• I meccanismi che stanno alla base della funzione renale: filtrazione glomerulare, riassorbimento e secrezione tubulare.
• La filtrazione glomerulare. Composizione del filtrato. Forze coinvolte nella filtrazione: pressione netta di filtrazione.
• Velocità di filtrazione. Permeabilità idraulica. Coefficiente di filtrazione.
• Il riassorbimento tubulare. Meccanismi di trasporto. Trasporto bidirezionale. Riassorbimento attivo (es. glucosio, aminoacidi, Na+). Riassorbimento passivo (es. urea ed acqua). Secrezione tubulare.
• Trattamento renale delle varie sostanze filtrate. Clearance renale. Inulina e creatinina, PAI. Parametri di funzionalità renale.
• Regolazione della circolazione renale. Pressione media ed autoregolazione. Controllo nervoso simpatico.
• Controllo dell’osmolarità extracellulare (Omeostasi osmotica). Concentrazione dell’urina. Il sistema controcorrente. Controllo osmocettivo della secrezione di ADH. Componente renale del bilancio idrico (si veda controllo nervoso della sete).
• Controllo del volume plasmatico. Bilancio del sodio. Eliminazione del sodio tramite la filtrazione e controllo del riassorbimento tubulare.
• Controllo ormonale della funzione renale. Il sistema renina-angiotensina-aldosterone. Atriopeptina. ADH. Paratormone.
• Controllo renale dell’equilibrio acido-base. Fattori fisico-chimici. Secrezione renale di H+. Riassorbimento di HCO 3 -. Acidosi metabolica, acidosi respiratoria. Alcalosi metabolica, alcalosi respiratoria.
• Bilancio del K+ e del Ca++

SISTEMA DIGERENTE
• Motilità del sistema gastroenterico. Regolazione nervosa, endocrina e paracrina. Innervazione intrinseca ed estrinseca: riflessi brevi e lunghi. Onde elettriche lente delle cellule interstiziali di Cajal, potenziali d’azione delle cellule muscolari lisce. Tipi di motilità: peristalsi, segmentazione ritmica, contrazione tonica degli sfinteri. Legge dell’intestino. Controllo del vomito: centri nervosi e stimoli. Masticazione. Deglutizione: fase orale, faringea, esofagea. Onda peristaltica esofagea, peristalsi primaria e secondaria. Fisiologia dello sfintere esofageo inferiore. Motilità gastrica: rilasciamento, pompa antrale e retropulsione a getto, svuotamento. Riflessi inibitori gastrici a partenza da segnali duodenali. Motilità intestinale: interdigestiva (ileo fisiologico e complesso motorio migrante), digestiva (movimenti di segmentazione), movimenti di massa. Valvola ileo-cecale. Motilità del colon: haustrazioni, movimenti di massa, peristalsi retrograda, riflesso gastro-colico. Riflesso di defecazione.
• Secrezioni del sistema gastroenterico. Bilancio idrico del sistema digerente. Salivazione. Secrezioni gastriche: acido cloridrico, meccanismi cellulari e controllo e regolazione della secrezione acida (fase cefalica, gastrica e intestinale), secrezione mucosa e alcalina (barriera mucosale gastrica), pepsina, lipasi, fattore intrinseco. Secrezioni pancreatiche: componenti acquosa ed enzimatica e loro regolazione. Fisiologia del fegato: secrezione biliare (sali biliari e loro circolazione enteroepatica, fosfolipidi, colesterolo, pigmenti biliari, secrezione canalicolare e duttale, riempimento della colecisti, riassorbimento di acqua ed elettroliti e svuotamento), funzioni metaboliche, di detossicazione ed escrezione di xenobiotici. Secrezioni intestinali.
• Digestione e assorbimento. Digestione e assorbimento dei carboidrati, delle proteine, dei lipidi. Assorbimento delle vitamine. Assorbimento degli elettroliti e dell’acqua. Assorbimento di calcio, ferro, altri minerali e oligoelementi.

METABOLISMO ENERGETICO
• Bilancio energetico. Spesa energetica e dispersione di energia sotto forma di calore. Riserve energetiche. Determinazione del valore energetico dei principi alimentari: bomba calorimetrica, valore calorico fisico, valore calorico fisiologico, coefficiente di assorbimento, valore calorico netto. Determinazione del dispendio energetico: calorimetria diretta e indiretta (termochimica alimentare e respiratoria). Consumo di ossigeno, produzione di CO 2, quoziente respiratorio. Determinazione del consumo di proteine dall’azoto ureico. Calcolo delle frazioni glicidica e lipidica.
• Metabolismo basale. Determinazione con la calorimetria indiretta in base al solo consumo di ossigeno. Normalizzazione per unità di superficie corporea. Variazioni del metabolismo basale.
• Fabbisogno energetico complessivo. Contributi del metabolismo basale, dell’azione dinamico-specifica degli alimenti, delle attività fisiche svolte. Fonti energetiche durante l’esercizio fisico.

A scelta dello studente tra:
• F. Conti (a cura di), Fisiologia Medica (I e II vol), Edi ERMES.
• Schmidt- Thews, Lang, Fisiologia Medica, Idelson Gnocchi (IV ed.).
• Berne-Levy, Fisiologia, Casa Editrice Ambrosiana.
• W. Ganong, Fisiologia medica, Piccin (X ed.) (NB. Questo testo è un compendio conciso talora da integrare con testi più corposi o con monografie. Trattasi comunque di un testo con requisiti sufficienti in vista della preparazione all’esame)

 Sono qui indicati anche testi monografici dove la trattazione degli argomenti è spesso più aggiornata e più diffusa. In detti testi lo studente può trovare molto del materiale didattico utilizzato nel corso.

Testi monografici:
• Kandel, Schwartz, Jessel, Fondamenti delle neuroscienze e del comportamento, Ambrosiana.
• D. Purves, Neuroscienze, Zanichelli.
• M. F. Bear, Neuroscienze, Masson.
• J. West, Fisiologia della respirazione, L’essenziale, Piccin.
• M. Levitzky, Fisiologia polmonare, c.e. Mc Graw Hill
• L .F. Agnati, Fisiologia cardiovascolare, Piccin.
• A. Vander, Fisiologia renale, Mc Graw Hill.
• J.R. Levick, An introduction to Cardiovascular physiology, Arnold (4th Edition).

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