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Oggetto:
Oggetto:

Fisiologia (canale A)

Oggetto:

Physiology

Oggetto:

Anno accademico 2019/2020

Codice attività didattica
SME0721
Docenti
Prof. Pasquale Pagliaro (Docente Titolare dell'insegnamento)
Prof. Filippo Tempia (Docente Responsabile del Corso Integrato)
Prof. Fabrizio Benedetti (Docente Titolare dell'insegnamento)
Prof. Mirella Ghirardi (Docente Titolare dell'insegnamento)
Prof. Ferdinando Fiumara (Docente Titolare dell'insegnamento)
Corso di studio
[f007-c603] laurea magistrale a ciclo unico in Medicina e Chirurgia ex DM 270/04 - a torino
Anno
2° anno
Tipologia
Di base
Crediti/Valenza
18
SSD attività didattica
BIO/09 - fisiologia
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Obbligatoria
Tipologia esame
Scritto ed orale
Prerequisiti
La fisiologia è lo studio scientifico del funzionamento normale dell’organismo vivente, in termini di processi fisici e chimici. Prerequisiti sono conoscenze di matematica, fisica, chimica, biochimica. Il funzionamento dell’organismo si basa sulla sua struttura a livello macro- e microscopico: prerequisiti sono quindi le conoscenze di anatomia e istologia.
Physiology is the scientific study of the normal function of the living being, in terms of physical and chemical processes. Prerequisites are knowledge of mathematics, physics, chemistry, biochemistry. The body function is based on its structure at the macro- and microscopical levels: prerequisites are knowledge of anatomy and histology.
Propedeutico a
Metodologia Clinica e agli Esami del IV anno e successivi anni corso
Oggetto:

Sommario del corso

Oggetto:

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.

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

KNOLEDGE OBJECTIVES

Students must know the pricniples of function of the various organs of the human body, their dynamical integration in systems and the general functional control mechanisms under physiological conditions. The Course of Physiology is aimed at proving the introductions necessary to understand the following preclinical and clinical disciplines.

Evaluatation and interpretation of human functional conditions under physiolgical conditions, which is a necessary prerequisite to correctly evaluate pathological states.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

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

Understanding  of the machanisms underlying the function of body systems of their integration to maintain body homeostasis.

Oggetto:

Programma

INTRODUZIONE ALLO STUDIO DELLA FISIOLOGIA.

Mezzo interno. Omeostasi. Meccanismi alla base dell’omeostasi: sistemi di controllo, retroazione negativa, controllo riflesso, controllo anticipatorio a feedforward, retroazione positiva, ritmi biologici.

FISIOLOGIA DEL NEURONE E DELLA SINAPSI

Movimento di molecole e attraversamento delle membrane biologiche. I compartimenti liquidi dell’organismo. 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. Principali tipi di canali ionici e loro funzioni. Processi mediati da un trasportatore: diffusione facilitata, trasporto attivo primario e secondario. Principi di trasporto attraverso gli epiteli. Osmosi.
Neurone e cellule gliali. 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+. 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 di rilascio del Ca2+, rimozione del Ca2+.
Meccanica della contrazione muscolare. Tensione e carico. Contrazione isotonica e isometrica. Contrazione in allungamento. Scossa muscolare, sommazione e tetano. 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
Organizzazione generale e anatomia funzionale del cuore e dei vasi.

Fisiologia del muscolo cardiaco. Confronto tra muscolo cardiaco, muscolo scheletrico e liscio: potenziale d'azione e periodo refrattario, accoppiamento eccitazione-contrazione, caratteristiche meccaniche. I canali e i recettori di membrana.

I tessuti del cuore: muscolo cardiaco (miocardio), pacemaker e tessuto conduttivo. Le proprietà del cuore: cronotropismo, dromotropismo, inotropismo e batmotropismo.

Il cuore come pompa; il ciclo cardiaco; volumi cardiaci; i toni e i soffi cardiaci.

Regolazione del battito cardiaco; Regolazione intrinseca, Legge di Starling. Precarico e postcarico. Regolazione estrinseca: regolazione nervosa, umorale e farmacologica. Lavoro cardiaco.

Sistema eccitatorio e conduttivo specializzato del cuore e diffusione dell'impulso.

Elettrofisiologia del cuore: l'elettrocardiogramma normale. Basi fisiche dell’elettrocardiografia (dipolo, campo elettrico, conduttore di volume e conduttore lineare) derivazioni elettrocardiografiche (derivazioni bipolari, unipolari aumentati e precordiali). Analisi vettoriale e interpretazione elettrocardiografica. Aritmie cardiache e loro interpretazione.

Biofisica del sistema circolatorio: arterie, capillari, vene. Flusso, pressione e resistenza vascolare. Elementi di Emodinamica. Fisiologia endoteliale.

Regolazione della funzione cardio-vascolare: controllo intrinseco ed estrinseco. Microcircolazione e sistema linfatico.  Controllo del flusso sanguigno umorale e locale da parte dei tessuti.

Riflesso barocettoriale e altri riflessi cardiovascolari. Controllo della pressione arteriosa: regolazione a breve, medio e lungo termine. Gittata cardiaca, ritorno venoso e loro regolazione. Controllo della gittata cardiaca.

Circolazione coronarica e altre circolazioni specializzate (circolazione muscolare cerebrale, cutanea, scheletrica). Adattamenti fisiologici a condizioni specifiche. Fisiologia dell'invecchiamento cardiovascolare.

Sangue: un tessuto liquido. Caratteristiche fisiche, viscosità. Sedimentazione e centrifugazione. VES. Ematocrito e viscosità.

FISIOLOGIA DELLA RESPIRAZIONE
Concetto di respirazione
. Respirazione esterna. Polmone come scambiatore di gas. Vie aeree e volume alveolare. Spirometria: volumi e capacità polmonari. Leggi dei gas.
Volumi e capacità polmonari e loro misura. Spirometro. Misura della capacità funzionale residua: metodi del lavaggio dell’azoto e della diluizione dell’elio, pletismografia.
Ventilazione. Definizione e misura. Ventilazione totale (volume minuto). Ventilazione alveolare e sua misura. Spazio morto e metodi di misura: metodo di Fowler, metodo di Bohr. Pressioni parziali dei gas nell’aria ambiente e nell’aria alveolare. Equazioni dell’aria alveolare. Iperventilazione ed ipoventilazione. Distribuzione della ventilazione.
Meccanica polmonare. accoppiamento meccanico torace-polmone, origine della pressione pleurica. Pneumotorace. Volumi di riposo del polmone, del torace e del sistema torace-polmone. Relazione volume-pressione a rilasciamento del torace, del polmone e del sistema torace-polmone. Metodo di misura della compliance. Compliance specifica. Fibre elastiche. Ruolo della tensione superficiale. Surfactant. Effetto stabilizzante del surfactant.
Resistenze al flusso nell’atto respiratorio. Sede e fattori che determinano la resistenza al flusso nelle vie aeree. Analisi del ciclo respiratorio. Espirazione forzata. Relazioni tra flusso espiratorio e volume. Compressione e dinamica delle vie aeree. Volume di chiusura. Lavoro respiratorio. “Loop” respiratorio.
Diffusione alveolo-capillare. Legge di Fick della diffusione alveolare. Tempo di equilibrio delle pressioni parziali dei gas attraverso la membrana alveolo-capillare. Capacità di diffusione. Circolazione polmonare.
Distribuzione della ventilazione e della perfusione. Rapporto ventilazione/perfusione. Disomogeneità del rapporto ventilazione/perfusione. Curva CO2-O2. meccanismi correttivi della disomogeneità del rapporto ventilazione/perfusione.
Trasporto dell’ossigeno nel sangue. Capacità del sangue per l’ossigeno. Emoglobina. Saturazione dell’emoglobina per l’ossigeno. Curva di dissociazione dell’emoglobina per l’ossigeno ed effetto su essa di pCO2, pH e temperatura. Effetto Bohr. Trasporto della CO2 nel sangue. Capacità del sangue per la CO2. Effetto Haldane.
Omeostasi della [H+] e sua regolazione. Sistemi tampone del sangue: bicarbonati, fosfati, emoglobina, proteine. Equazione di Henderson-Hasselbalch. Diagramma di Davenport. Acidosi ed alcalosi di origine metabolica o respiratoria e loro compenso. Concetto di eccesso di basi.
Regolazione della ventilazione. Localizzazione dei centri respiratori. Tipi di neuroni respiratori. Riflesso di Hering-Breuer. Risposta respiratoria alla CO2, pH, O2. Chemocettori periferici e centrali. Tipi di respiro patologico.
Fisiologia dell’alta quota, acclimatazione, adattamento.
Fisiologia iperbarica. Immersioni in apnea e con attrezzatura. Malattia dei cassoni. Effetti dell’ossigeno iperbarico.
Fisiologia dell’esercizio fisico.

FISIOLOGIA DEL RENE
Introduzione allo studio del rene e sue funzioni principali
. Aspetti morfo-funzionali del nefrone. Vascolarizzazione renale. Composizione e escrezione dell’urina.
La filtrazione glomerulare. Barriera di filtrazione. Composizione del filtrato. Forze coinvolte nella filtrazione: pressione netta di filtrazione. Coefficiente di filtrazione. Fattori che influenzano la filtrazione glomerulare.
Il riassorbimento e la secrezione tubulare. Forze coinvolte nel riassorbimento tubulare, pressione netta di riassorbimento. Meccanismi di trasporto paracellulare e transcellulare. Riassorbimento attivo (es. glucosio, aminoacidi, Na+). Riassorbimento passivo (es. urea ed acqua). Secrezione tubulare di cationi ed anioni organici.
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). Volume minimo urinario. Concentrazione dell’urina. Il sistema di moltiplicazione e scambio controcorrente. Controllo osmocettivo della secrezione di ADH. Componente renale del bilancio idrico, regolazione della sete.
Controllo del volume plasmatico. Bilancio del sodio. Eliminazione del sodio tramite la filtrazione e il controllo del riassorbimento tubulare.
Controllo ormonale della funzione renale. Il sistema renina-angiotensina-aldosterone. Atriopeptina. ADH. Paratormone.
Controllo renale dell’equilibrio acido-base. Eliminazione di acidi fissi. Secrezione renale di H+. Riassorbimento di HCO3-. Compenso renale di alterazioni dell’equilibrio acido-base.
Bilancio del K+, del Ca2+, del fosfato e del magnesio.

SISTEMA DIGERENTE
Interazioni del sistema gastroenterico con il sistema nervoso, con il sistema immunitario e con il microbiota
. Regolazione nervosa intrinseca (neuroni e glia del sistema enterico) ed estrinseca, endocrina e paracrina (cellule enteroendocrine). Riflessi brevi e lunghi. Regolazione del comportamento alimentare.   Attività elettrica: onde  lente delle cellule interstiziali di Cajal, potenziali d’azione delle cellule muscolari lisce.

Motilità del sistema gastroenterico. Tipi di motilità: peristalsi, segmentazione ritmica, contrazione tonica degli sfinteri. Legge dell’intestino. Retroperistalsi. Controllo del vomito: centri nervosi e stimoli. Masticazione. Deglutizione: fase orale, faringea, esofagea. Onda peristaltica esofagea, peristalsi primaria e secondaria. Motilità gastrica: rilasciamento, pompa antrale e retropulsione a getto, svuotamento. Riflessi inibitori gastrici a partenza da segnali duodenali. Motilità intestinale: interdigestiva (complesso motorio migrante), digestiva (movimenti di segmentazione), movimenti di massa. Valvola ileo-cecale. Motilità del colon: haustrazioni, movimenti di massa, riflesso gastro-colico. Riflesso di defecazione.
Secrezioni del sistema gastroenterico. Bilancio idrico del sistema digerente. Salivazione. Secrezioni gastriche: meccanismi cellulari 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 e di ferro. Composizione delle feci.

Circolazione splancnica. Flusso e pressione nel circolo intestinale ed epatico, regolazione metabolica, nervosa e ormonale.

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 CO2, 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.

FISIOLOGIA DEL SISTEMA NERVOSO

Sistema motorio
Introduzione. Tipi di movimento e loro funzioni. Organizzazione generale del sistema motorio e sua organizzazione gerarchica. Generazione dei comandi motori: trasformazioni sensori-motorie, modelli interni, fonti di imprecisione, sistemi di coordinate, schemi motori, controlli a feedforward e feedback, adattabilità.
Midollo spinale. Mielomeri, dermatomeri e miomeri. La via finale comune. Principio di Henneman. Vie discendenti mediali e laterali. Circuiti neuronali dei centri motori spinali. Riflessi spinali. Componenti e adattabilità delle risposte riflesse. Riflesso miotatico (da stiramento). Interneurone Ia: innervazione reciproca e co-contrazione. Fisiologia dei fusi neuromuscolari. Coattivazione alfa-gamma. Attività fusimotoria statica e dinamica. Riflesso miotatico inverso: corpi tendinei di Golgi e interneurone Ib. Circuito inibitore ricorrente di Renshaw. Riflesso flessorio. Riflesso H. Sindrome da sezione del midollo spinale: shock spinale e recupero.
Apparato vestibolare. Trasduzione meccano-elettrica nelle cellule cigliate e ricodifica nelle fibre afferenti. Recettori ampollari: stimolo adeguato, riflesso vestibolo-oculare, stimolazione calorica, head impulse test (HIT). Recettori maculari: stimolo adeguato. Proiezioni dei nuclei vestibolari.
Postura ed equilibrio. Ruolo degli input propriocettivi, vestibolari e visivi. Equilibrio posturale. Risposte posturali. Aggiustamenti posturali anticipatori. Ruolo delle afferenze sensoriali. Riflessi posturali di origine otolitica, dai propriocettori cervicali e riflessi di raddrizzamento. Vie discendenti laterali e mediali. Effetti di lesioni troncoencefaliche.
Locomozione. Meccanica del passo. Locomozione spinale. Generatori spinali del ritmo locomotorio. Ruolo delle afferenze sensoriali. Controllo sopraspinale della locomozione.
Movimenti oculari. Muscoli estrinseci e assi di rotazione. Micromovimenti. Movimenti saccadici e di inseguimento lento: caratteristiche e centri di controllo. Riflessi vestibolo-oculare e optocinetico: circuiti riflessi e interazione visuo-vestibolare. Movimenti di vergenza.
Cervelletto. Modelli interni e segnali anticipatori. Fisiologia della cellula di Purkinje, Circuiti locali e microzone. Il cervelletto come regolatore variabile: apprendimento motorio, ricalibrazione dei riflessi, plasticità sinaptica a lungo termine. Ruoli funzionali di: vestibolocerebello, spinocerebello, corticocerebello. Effetti motori dell’inattivazione. Segni di deficit cerebellare.
Nuclei della base. Vie d’ingresso e d’uscita. Via diretta e via indiretta. Circuiti scheletromotorio, oculomotorio, prefrontale/decisionale, limbico. Striato: organizzazione di afferenze ed efferenze, tipi neuronali. Ruolo dei segnali colinergici e dopaminergici. Conseguenze di lesioni ai nuclei della base. Cenni sul morbo di Parkinson e sulla corea di Huntington.
Controllo corticale del movimento. Proprietà delle vie corticodiscendenti e conseguenze della loro lesione. Area motoria primaria: rappresentazioni topografiche, codifiche della forza muscolare e della direzione del movimento. Aree premotorie e loro ruoli funzionali: supplementari motorie (SMA e pre-SMA), cingolata rostrale, premotoria dorsale, premotoria ventrale (neuroni canonici, somatosensoriali, bimodali, neuroni specchio), aree associative parietali.

Fisiologia della sensibilità
Fisiologia oggettiva e soggettiva. Esperienza sensoriale, sensazione e percezione. Stimolo adeguato. Attributi dello stimolo: modalità –sub-modalità e qualità – intensità, durata e localizzazione. Codificazione neuronale degli attributi dello stimolo Legge delle energie specifiche di Müller. Adattamento. Campo recettivo. Convergenza e divergenza. Inibizione laterale. Concetti di soglia e soglia differenziale. Leggi della psicofisica: leggi di: Stevens. Cenni di Teoria della decisione sensoriale.
Sistema sensoriale somato-viscerale e sue modalità. Meccanocezione, propriocezione, termocezione e nocicazione.Recettori e loro caratteristiche funzionali. Acuità sensoriale e sua misura. Anatomia funzionale del sistema somato-sensoriale. Concetto di dermatomero e zona di Head. Sistema delle colonne dorsali-lemnisco mediale. Sistema antero-laterale. Sistema trigeminale. Talamo. Aree somestesiche SI, SII. Somatotopia. Organizzazione colonnare della corteccia somato-sensoriale. Elaborazione dell’informazione tattile.
Fisiologia del dolore. Definizione di dolore. Caratteristiche e componenti della sensazione dolorifica. Algometria. Nocicezione. Anatomia funzionale della nocicezione. Dolore proiettato e dolore riferito. Causalgia e dolore centrale. Sistemi inibenti il dolore: teoria del cancello (gate-control system). Sistemi discendenti. Cenni di terapia del dolore.

Fisiologia della visione
Premesse indispensabili: sistema diottrico dell’occhio (riferimenti d fisica ottica). Difetti di rifrazione. Aberrazione sferica, cromatica. Diffrazione. Anatomia dell’occhio ed annessi.
Regolazione dell’apparato diottrico. Accomodazione statica e dinamica. Riflesso fotico diretto e consensuale ed il corrispondente circuito nervoso. Pressione intraoculare. Oftalmoscopio.
La retina. Descrizione istologica. Fotorecettori. Differenze funzionali. Fotopigmenti. Fototrasduzione: Corrente al buio. Interazione della luce con il fotopigmento. Potenziala di recettore precoce e tradivo. Ruolo del GMP-ciclico.
Elaborazione del segnale luminoso. Risposta delle cellule bipolari, orizzontali e cellule gangliari. Campi recettivo. Classificazione delle cellule gangliari. Campo visivo e vie visive. Corpo genicolato laterale: suddivisione anatomo funzionale e campi recettivi. Corteccia visiva primaria. Retinotopia. Campi recettivi. Organizzazione funzionale. Colonne a dominanza oculare e per l’orientamento. Blobs e inteblobs. Sistemi gerarchico in serie e sistemi in parallelo per la percezione della forma, il movimento la stereopsi ed io colore. Aree visive secondarie. Agnosie visive. La visione dei colori. Difetti della visione dei colori.
Psicofisica della visione: adattamento alla luce ed al buio. Acuità visiva. Contrasto simultaneo. Proprietà temporali della trasmissione della retina, frequenza critica di fusione.


Fisiologia dell'udito
Richiami di acustica: Il suono, misure dell’intensità del suono.
Trasmissione dello stimolo sonoro ai recettori cocleari. Trasmissione della vibrazione sonora dalla membrana del timpano alla finestra ovale. Vibrazione dei liquidi endococleari e della membrana basilare. Trasmissione sonora per via ossea.
Trasduzione meccano-elettrica: Organo del Corti, recettori colcleari. Elettrofisiologia della coclea a riposo e delle risposte cocleari allo stimolo acustico. Segnali elettrici del nervo acustico. Anatomia e Fisiologia delle vie acustiche: Localizzazione della provenienza del suono. Corteccia uditiva.
Psicofisica: Soglie psicofisiche ed audiogramma.


Fisiologia del gusto e dell’olfatto
Olfatto: trasduzione dei segnali olfattivi. Adattamento dei recettori olfattivi. Elaborazione dell’informazione sensoriale nel bulbo olfattivo. Corteccia olfattiva.
Gusto: trasduzione degli stimoli gustativi. Elaborazione dei segnali nelle gemme gustative. Vie centrali.


Sistema nervoso vegetativo
Sistema nervoso autonomo. Organizzazione anatomofunzionale. Sistema ortosimpatico e parasimpatico. Mediatori chimici. Organizzazione dei riflessi vegetativi del midollo spinale. Tono vagale e tono simpatico. Effetti della spinalizzazione. Funzioni vegetative del tronco encefalico. Esempio di riflesso vegetativo: riflesso di minzione.
Ipotalamo. Cenni di anatomia. Sistemi afferenti ed efferenti. Ipotalamo ed ipofisi: concetto di neurosecrezione. Ipotalamo e sistema cardiovascolare. Ipotalamo e comportamento. Area trofotropa ed ergotropa.

Fisiologia delle emozioni
Sistema limbico. Organizzazione anatomo-funzionale, afferenze ed efferenze. Emozione e sistema limbico. Teorie di Papez e di McLean. Ruolo dell’amigdala. Sindrome di Kluver-Bucy.
Motivazioni di base. Termoregolazione, Controllo dell’apporto alimentare. Controllo dell’apporto idrico.

Attività elettrica corticale – veglia e sonno
EEG, ECoG, MEG. Basi fisiche e biologiche. Metodi di registrazione. Potenziali evocati. Concetti generali sulle tecniche di bioimmagine.
Ciclo sonno e veglia. Ritmi circadiani e ritmo sonnoveglia. Fenomenologia del sonno, aspetti EE grafici e comportamentali. Sonno n-REM e sonno REM. Fondamenti anatomici e neurofisiologici del sonno e della veglia: strutture anatomiche e neurotrasmettitori coinvolti. Sostanze endogene ipno-inducenti (cenni). Ipotesi sul significato del sonno.


Linguaggio e dominanza emisferica
Origini e sviluppo del linguaggio. Lateralizzazione del linguaggio. Aree cerebrali implicate nel linguaggio. Teorie. Afasie.
Anatomia funzionale del corpo calloso. Pazienti splitbrain. Stimolazione tachistoscopica e dicotica.

Memoria e apprendimento
Apprendimento associativo e non associativo. Memoria a breve e a lungo termine. Memoria esplicita ed implicita. Ruolo dell’ippocampo. Processo di consolidamento. Analisi dei pazienti Amnesici. Tipi di amnesia e correlato biologico. Meccanismi cellulari e sub-cellulari alla base dei processi più studiati di apprendimento e di memoria. Plasticità neuronale nello sviluppo e nell’adulto.

SISTEMA ENDOCRINO
Principi generali di fisiologia del sistema endocrino
. Funzioni del sistema endocrino. Richiami su classificazione, struttura e sintesi degli ormoni. Trasporto degli ormoni nel sangue. Emivita plasmatica e clearance metabolica. Metabolismo e secrezione. Meccanismi d’azione. Segnali che regolano la secrezione ormonale.
Regolazione endocrina del metabolismo organico. Stati di assorbimento e postassorbimento. Insulina: azioni dell’insulina sul tessuto muscolare, adiposo, epatico. Meccanismo di azione; regolazione e meccanismi della secrezione. Ruolo del glucagone, dell’adrenalina e della noradrenalina nel controllo della glicemia. Risposta integrata all’ipoglicemia. Controllo della glicemia durante l’esercizio fisico. Ruolo endocrino della leptina dei depositi di tessuto adiposo.
Principi di funzionamento dell’asse ipotalamo-ipofisario. Sistema portale ipotalamo-ipofisario. Principi di controllo a feedback negativo. Centri regolatori ipotalamici. Ormoni tiroidei. Sintesi, deposito, immissione in circolo e trasporto nel sangue. Fattori che regolano la secrezione e meccanismi di controllo a feedback. Azioni degli ormoni tiroidei. Ormoni della ghiandola surrenale.
Ormoni della corticale del surrene. Glucocorticoidi: ritmi di secrezione. Fattori che regolano la secrezione e meccanismi di controllo a feedback. Azioni sugli organi bersaglio. Altri ormoni secreti dalla corticale del surrene: mineralcorticoidi (v. fisiologia renale) e androgeni.
Ormoni della midollare surrenale: adreanalina e noradrenalina; azione su organi bersaglio; effetti dell’attivazione degli alfa e beta recettori; controllo della secrezione da parte del sistema ortosimpatico. Risposta coordinata nervosa, endocrina e comportamentale allo stress. Regolazione endocrina della crescita e dello sviluppo. Ormone della crescita (GH): ritmi di secrezione; fattori che stimolano o inibiscono la secrezione di GH; somatomedine o IGF; controlli a feedback; azioni del GH.
Aspetti biologici della Sessualità. Quadro genetico. Effetto organizzativi ed attivatori degli androgeni. Dimorfismo sessuale. Strutture nervose: Aspetti anatomo-funzionali e comportamentali. Influenze ormonali e del comportamento. Identità di genere.
Controllo endocrino della funzione sessuale e della riproduzione. Gonadotropine ipofisarie (FSH, LH). Ritmi di secrezione. Ormoni gonadici maschili: Meccanismi di regolazione a feedback; interazione tra cellule di Sertoli, cellule di Leydig, cellule peritubulari e cellule germinali; azioni del testosterone. Meccanismi nervosi e vascolari dell’erezione. Ormoni gonadici femminili e ciclo mestruale: Variazioni ormonali durante il ciclo mestruale, controllo ormonale del ciclo ovarico, azioni di estrogeni e progesterone su altri organi e tessuti. Controllo endocrino durante la gravidanza: ormoni corionici e placentari, ormoni materni, variazioni dei parametri fisiologici. Meccanismi endocrini del parto: diminuzione del rapporto progesterone/estrogeni, contrazioni del miometrio mediate da prostaglandine, induzione recettori per ossitocina, meccanismi di feedback positivo.
Controllo endocrino dell’allattamento: meccanismi di controllo della secrezione di prolattina e ossitocina; riflessi endocrini evocati dalla suzione del capezzolo; azioni della prolattina e dell’ossitocina.
Controllo endocrino dell’omeostasi del calcio e del fosfato
Ruoli fisiologici del calcio. Distribuzione del calcio. Calcio plasmatico. Effetti della calcemia sull’eccitabilità neuromuscolare e cardiaca. Bilancio del calcio. Escrezione renale del calcio. Meccanismi di controllo del riassorbimento renale del calcio. Meccanismi di deposizione/riassorbimento del calcio osseo. Controllo della sintesi ed effetti biologici dell’1,25-diidrossicolecalciferolo. Controllo della secrezione ed effetti biologici del paratormone e della calcitonina.
Distribuzione, concentrazione plasmatica ed escrezione renale dei fosfati. Meccanismi di controllo a livello intestinale, osseo e renale dei fosfati.

TERMOREGOLAZIONE
Richiami di Fisica: produzione e cessione di calore. Regolazione della temperatura corporea.

INTRODUCTION TO THE STUDY OF PHYSIOLOGY

Internal environment. Homeostasis. Mechanisms of homeostasis. Control systems, negative feedback, reflex control, anticipatory feedforward control, positive feedback, biological rhythms.

PHYSIOLOGY OF THE NEURON AND OF THE SYNAPSE

Movement of molecules across biological membranes. The body fluid compartments. Passive processes: diffusion, permeability, flux across ion channels. Ion channels: permeation mechanisms, selectivity, activation, inactivation and modulation. Patch-clamp and single channel current. Principal types of ion channels and their role. Transporter-mediated processes: facilitated diffusion, primary and secondary active transport. Principles of transport across epithelia. Osmosis.

Neuron and glial cells. Evolution of the brain. Organizational principles of the cellular components of the nervous system. Neurons: axonal transport, fundamental neuronal circuits, organizational levels of neural networks. Functional roles of glial cells: astrocytes, oligodendrocytes, Schwann cells, microglia, radial glia, neuroepithelial stem cells. Cerebrospinal fluid. Blood-brain barrier.

Biophysics of excitable membranes. Problems of the axon as a coaxial conductor of electrical signals. Equivalent electrical circuit model. Diffusion potential. Equilibrium potential and Nernst equation. Goldman equation. Role of the Na+-K+ pump. Resting potential. Action potential: ionic currents, membrane permeability, single channel currents, all-or-none law, refractory period. Passive electrophysiology and electrotonic propagation: effects of current on the membrane, time constant and space constant. Action potential conduction in unmyelinated fibers: relationship between diameter, space constant and conduction velocity. Saltatory conduction in myelinated fibers. Conduction velocity and nerve fibers classification.

Synaptic transmission. Electrical synapse. Presynaptic mechanisms in the chemical synapse: role of Ca2+, miniature endplate potentials, molecular mechanisms of neurotransmitter release, synaptic vesicles cycle. Neurotransmitters: synthesis, packaging in vesicles, liberation, removal by diffusion, reuptake, inactivation. Functional differences between small molecule neurotransmitters and neuropeptides. Diffuse projection systems. Postsynaptic mechanisms: reversal potential and ionic mechanisms of endplate potential and of excitatory and inhibitory postsynaptic potentials in central synapses. Synaptic signal integration: temporal and spatial summation. Modulation of neurotransmitter release: postsynaptic membrane potential, post-tetanic potentiation, presynaptic inhibition and facilitation. Neurotransmitter receptors: functional principles and receptor channels and G protein-coupled receptors.

MUSCLE CONTRACTION
Mechanism of contraction.
Sliding of myofilaments inside the sarcomere. Tension-length curve in the sarcomere. Crossbridge cycle. Excitation-contraction coupling in skeletal and cardiac muscle fibers: voltage sensor, Ca2+ release channel, removal of Ca2+.

Mechanics of muscle contraction. Tension and load. Isotonic and isometric contraction. Lengthening contraction. Muscle twitch, summation and tetanus. Factors that control muscle tension. Tension-length curve in the muscle. Velocity-force relationship. Power.

Muscle energetics. Time course of energy substrates utilization. Muscular fatigue. Slow, rapid-fatigue resistant and fast fatigable skeletal muscle fibers. Control of contraction force in the whole muscle. Motor units. Recruitment and discharge frequency of motor units.

Physiology of smooth muscle. Differences with striated muscle. Single unit and multiple unit smooth muscle. Contraction mechanism. Electro-mechanical coupling and regulation of contration. Control mechanisms. Crossbridge cycle and “latch” state.

FISIOLOGY OF THE CARDIOVASCULAR SYSTEM

General organization and functional anatomy of heart and vessels.

Physiology of the cardiac muscle. Comparison of cardiac versus skeletal and smooth muscle: action potential and refractory period, excitation-contraction coupling, mechanical features. Membrane channels and receptors.

The tissues of the heart: cardiac muscle (myocardium), pacemaker tissue and conductive tissue. The properties of the heart: chronotropy, dromotropy, inotropy and bathmotropy.

The heart as a pump; the cardiac cycle; cardiac volumes; heart sounds.

Regulation of heart pumping; Intrinsic regulation Starling's law. Preload and afterload. Extrinsic regulation: nervous, humoral and pharmacological regulation. Cardiac work.

Specialized Exicitatory, conductive system of the heart and the spread of the impulse.

Electrophysiology of the heart: the normal electrocardiogram. Physical bases of electrocardiography (dipole, electric field, conductor of volume and linear conductor) electrocardiographic leads (bipolar, augmented and precordial unipolar leads). Vector analysis and electrocardiographic interpretation. Cardiac arrhythmias and their interpretation.

Biophysics of the circulatory system: Artery, capillary, veins. Pressure, flow and vascular resistance. Elements of hemodynamics. Endothelial physiology.

Regulation of cardio-vascular function: intrinsic and extrinsic control. Microcirculation and lymphatic system. Local and humoral control of blood flow by the tissues.

Baroreceptor reflex and other cardiovascular reflexes. Control of Arterial pressure:  rapid, middle and long term regulation. Cardiac output, Venous return and their regulation. Control of cardiac output.

Coronary circulation and other specialized circulations (Cerebral, cutaneous, skeletal muscle circulation). Physiological adaptations to specific conditions.  Physiology of cardiovascular aging.

Blood: a liquid tissue. Physical characteristics, viscosity. Sedimentation and centrifugation. VES. Hematocrit and viscosity.

PHYSIOLOGY OF RESPIRATION
RENAL PHYSIOLOGY

Basic principles of renal physiology. Functional anatomy of the kidney. Renal vascular system. Composition and excretion of urine.

Glomerular filtration.  Glomerular filtration barrier. Composition of glomerular filtrate. Net ultrafiltration pressure. Ultrafiltration coefficient. Regulation of glomerular filtration.

Tubular processes: reabsorption and secretion. Net absorptive pressure. Paracellular and transcellular transport, active and passive mechanisms (Na+, amino acids, glucose, urea…). Tubular secretion of organic anions and cations.

Renal handling of filtered substances. Renal clearance. Inulin and creatinine, PAI, renal parameters.

Regulation of renal blood flow. Arterial pressure and renal autoregulation. Sympathetic regulation.

Regulation of extracellular osmolarity. minimal urine volume. Urine concentration and dilution. 

Countercurrent multiplier system and countercurrent exchange. Osmoreceptor control of vasopressin secretion.  Renal control of water balance. Regulation of thirst and salt appetite.

Regulation of extracellular fluid volume (volemia). Regulation of sodium balance. Integration of salt and water balance.

Hormonal control of kidney functions. Renin-angiotensin-aldosterone axis. Arginine vasopressin. Atrial natriuretic peptide. Parathormone.

Renal regulation of acid-base balance. Excretion of nonvolatile acids. Tubular secretion of H+. HCO3- handling. Renal responses to acidosis and alkalosis.

Renal regulation of K+ , Ca2+, phosphate and magnesium homeostasis.

PHYSIOLOGY OF THE GASTROINTESTINAL SYSTEM

The microbiota-gut-brain axis. Intrinsic nervous system (enteric neurons and enteric glia cells) and extrinsic nervous control, endocrine and paracrine regulation (enteroendocrine cells). Intrinsic and extrinsic reflexes. Control of food intake. Electrical acticity: interstitial cells of Cajal and slow waves, action potentials of smooth muscle cells.

Motility of the gastrointestinal system. Peristaltic contractions, segmental  nonpropulsive contractions, tonic contraction of sphincters. Law of the intestine.  Retroperistalsis. Vomiting reflex. Chewing. Swallowing: oral, pharyngeal and esophageal phases, primary and secondary peristalsis. Gastric motility: fundus relaxation,  antroduodenal pump, grinding, and retropulsion, gastric emptying. Enterogastric reflexes. Motility of the small intestine: interdigestive (migrating motor complex), digestive (segmentation),  mass peristalsis. Ileocecal sphincter. Motility of the large intestine: segmentation (haustration), mass peristalsis, gastrocolic reflex. Defecation reflex.

Secretions of the gastrointestinal system. Fluid balance in the gastrointestinal tract. Salivary secretion. Gastric secretion:  mechanism and regulation of acid secretion (cephalic, gastric and intestinal phases), mucous gel layer and gastric diffusion barrier, secretion of pepsinogen, gastric lipase, intrinsic factor. Pancreatic secretion:  acinar and duttal cells, regulation of pancreatic fluid and digestive enzyme secretion. Physiology of the liver: bile secretion (bile salts and enterohepatic circulation, phospholipids, cholesterol, bile pigments, canalicular and duttal secretion), gallbladder filling and emptying, metabolic functions, detoxification and excretion of xenobiotics. Intestinal secretions. 

Nutrient digestion and absorption. Carbohydrates, proteins, lipids. Intestinal absorption of vitamins, electrolites and water, calcium and iron. Composition of feces.

Splancnic circulation. Flow and pressure in intestine and portal system, metabolic, nervous and hormonal regulation.

ENERGETIC METABOLISM

Energy balance. Energy expenditure and energy dispersion as heat. Energy depots. Energy reserves. Measure of energy values of food constituents: calorimetric bomb, physical caloric value, physiological caloric value, absorption coefficient, net caloric value. Measure of energy expenditure: direct and indirect calorimetry (nutrients and respiratory thermochemistry). Oxygen consumption, CO2 production, respiratory quotient. Measure of protein consumption by ureic nitrogen. Calculation of glycidic and lipidic fractions.

Basal Metabolism. Measure by direct calorimetry based on oxygen consumption only. Normalization by body surface area. Variations of basal metabolism.

Total energy requirement. Contribution of basal metabolism, specific dynamic action of food, physical activity. Energy sources during physical exercise.

PHYSIOLOGY OF THE NERVOUS SYSTEM

Motor system
Introduction. Types of movement and their function. Overall organization of the motor system and hierarchical organization. Motor commands generation: sensory-motor transformations, internal models, sources of inaccuracy, coordinate systems, motor schemas, feedforward and feedback controls, adaptability.

Spinal cord. Myelomere, dermatome and myotome. Final common pathway. Henneman’s principle. Medial and lateral descending pathways. Neural circuits of spinal motor centers. Spinal reflexes. Components and adaptation of reflex responses. Myotatic reflex (stretch reflex). Interneuron Ia: reciprocal innervation and co-activation. Physiology of muscle spindles. Alpha-gamma co-activation. Static and dynamic fusimotor activity. Inverse myotatic reflex: Golgi tendon organs and interneuron Ib. Inhibitory recurrent circuit of Renshaw. Flexor reflex. H reflex. Spinal cord section syndrome: spinal shock and recovery.

Vestibular system. Mechanoelectrical transduction in hair cells and signal re-coding in afferent fibers. Ampullar receptors: adequate stimulus, vestibulo-ocular reflex, caloric stimulation, head impulse test (HIT). Macular receptors: adequate stimulus. Vestibular nuclei projections.

Posture and balance. Role of proprioceptive, vestibular and visual inputs. Postural balance. Postural responses. Anticipatory postural adjustments. Role of sensory afferents. Postural reflexes from otolithic and cervical proprioceptive signals. Righting reflex. Medial and lateral descending pathways. Effects of brainstem lesions.

Locomotion. Gait mechanics. Spinal locomotion. Spinal central pattern generators. Role of sensory afferents. Supraspinal control of locomotion.

Eye movements. Extrinsic muscles of the eye and axes of rotation. Micromovements. Saccadic and smooth pursuit movements: features and control centers. Vestibulo-ocular and optokinetic reflexes: reflex circuits and visuo-vestibular interaction. Vergence movements.

Cerebellum. Internal models and anticipatory signals. Physiology of the Purkinje cell. Local circuits and microzone. The cerebellum as a variable regulator: motor learning, reflex re-calibration, long-term synaptic plasticity. Functional roles of: vestibulocerebellum, spinocerebellum, corticocerebellum. Motor effects of inactivation. Signs of cerebellar deficit.

Basal ganglia. Input and output pathways. Direct and indirect pathway. Skeletomotor, oculomotor, prefrontal/executive, limbic circuits. Stiatum: organization of afferents and efferents, neuronal types. Role of cholinergic and dopaminergic signals. Consequences of basal ganglia lesion. Hints on Parkinson’s disease and Huntington’s chorea.

Cortical control of movement. Properties of cortico-descending pathways and consequences of their lesion. Primary motor area: topographic representations, coding of muscle force and direction of movement. Premotor areas and their functional roles: Supplementary motor (SMA and preSMA), rostral cingulate, dorsal premotor, ventral premotor areas (canonic neurons, somatosensory, bimodal and mirror neurons), associative parietal areas.

Sensory physiology

Physiology of vision

Physiology of hearing

Physiology of  taste and olfaction

Vegetative nervous system

Physiology of emotions

Cortical electrical activity – wake – sleep cycle

Language and hemispheric dominance

Memory and learning

PHYSIOLOGY OF THE ENDOCRINE SYSTEM
THERMOREGULATION

Heat production and release. Body temperature regulation.

Oggetto:

Modalità di insegnamento

Lezione frontale. Le prime lezioni saranno svolte tramite piattaforma informatica e potranno essere consultate da casa.

Oggetto:

Modalità di verifica dell'apprendimento

Esame finale

Quiz e orale

Final exam:

Quiz and oral

Oggetto:

Testi consigliati e bibliografia

A scelta dello studente tra:

  • Conti “Fisiologia Medica” (I e II vol.) ed. edi-ermes
  • Guyton, Hall “Fisiologia Medica” ed. Edra
  • Grassi, Negrini, Porro, “Fisiologia Umana”, Poletto Editore
  • Pape, Kurtz, Silbernagl “Fisiologia” ed. EdiSES
  • Koeppen, Stanton “Berne & Levy Fisiologia” Casa Ed. Ambrosiana
  • Boron, Boulpaep “Fisiologia Medica” ed. Edra

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: 

Biofisica e sistema nervoso:

  • Purves “Neuroscienze” ed. Zanichelli
  • Kandel, Schwartz, Jessel “Principi di Neuroscienze” ed. Casa Editrice Ambrosiana. 

Apparato cardiocircolatorio:

  • Levick “An Introduction to Cardiovascular Physiology” 5th ed. Taylor & Francis Ltd.
  • Losano G, Rastaldo R, Pagliaro P, Chiribiri A. Fisiologia Cardiovascolare: Un Approccio Integrato. River Publishers.

Apparato respiratorio:

  • West “Fisiologia della respirazione, L'essenziale” ed. Piccin
  • Levitzky “Fisiologia polmonare” ed. Mc Graw Hill

Apparato urinario:

  • Vander “Fisiologia renale” ed. Mc Graw Hill

A textbook chosen among the following:

  • Guyton, Hall “Fisiologia Medica” ed. Edra
  • Pape, Kurtz, Silbernagl “Fisiologia” ed. EdiSES
  • Koeppen, Stanton “Berne & Levy Fisiologia” Casa Ed. Ambrosiana
  • Boron, Boulpaep “Fisiologia Medica” ed. Edra
  • Conti “Fisiologia Medica” (I e II vol.) ed. edi-ermes
  • Grassi, Negrini, Porro, “Fisiologia Umana”, Poletto Editore

Monographic texts with more comprehensive and updated description of single subjects. A great part of the material used in the lessons can be found in these texts.

Biophysics and nervous system:

  • Purves “Neuroscience”
  • Kandel, Schwartz, Jessel “Principles of Neuroscience

Cardiocirculatory system:

  • Levick “An Introduction to Cardiovascular Physiology” 5th ed. Taylor & Francis Ltd.
  • Losano G, Rastaldo R, Pagliaro P, Chiribiri A. Fisiologia Cardiovascolare: Un Approccio Integrato. River Publishers.

Respiratory system:

  • West “West’s respiratory Physiology: the essential.
Registrazione
  • Aperta
    Apertura registrazione
    29/02/2020 alle ore 12:00
    Chiusura registrazione
    31/03/2020 alle ore 23:00
    N° massimo di studenti
    200 (Raggiunto questo numero di studenti registrati non sarà più possibile registrarsi a questo corso!)
    Oggetto:
    Ultimo aggiornamento: 06/03/2020 10:05
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