Fisiologia

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La fisiologia è la disciplina biologica che studia il funzionamento degli organismi viventi. È una scienza integrata che utilizza principi chimico-fisici per spiegare il funzionamento degli esseri viventi, siano essi vegetali o animali, mono o pluricellulari. L'etimologia della parola deriva dalle parole greche "φύσις" e "λόγος" tradotte come "discorso sui fenomeni naturali".

La fisiologia opera su diversi livelli, occupandosi sia dei meccanismi di base a livello molecolare sia di funzioni di cellule e organi, come pure dell'integrazione delle funzioni d'organo negli organismi complessi.

A seconda della branca specialistica la fisiologia si avvale delle conoscenze di numerose discipline, oltre alle già citate chimica e fisica, quali biochimica, biologia molecolare, anatomia, citologia, e istologia e costituisce la base fondamentale per numerose altre quali la patologia, la farmacologia e la tossicologia.

La fisiologia comprende varie branche tra cui:

Fisiologia animale: studia i fenomeni e i meccanismi associati alle funzioni degli animali.
Fisiologia applicata: studia la capacità umana d'interagire con l'ambiente esterno.
Fisiologia comparata: studia le somiglianze e le differenze delle diverse specie animali.
Fisiologia patologica: studia le modificazioni delle funzioni in seguito ad una patologia.
Fisiologia umana: studia i fenomeni e i meccanismi associati alle funzioni degli esseri umani.
Fisiologia cellulare: studia i meccanismi associati al funzionamento delle cellule e le loro interazioni con l'ambiente.
Neurofisiologia: studia il funzionamento del sistema nervoso sia a livello cellulare che sistemico.

Fisiologia dello sviluppo: studia i meccanismi e le fasi che conducono un organismo alla maturità riproduttiva.
Fisiologia vegetale: studia i fenomeni e i meccanismi associati alle funzioni dei vegetali.

Fisiologia

Sulla Fisiologia

La fisiologia è lo studio dei processi vitali e delle funzioni del corpo in condizioni normali.

I meccanismi omeostatici

Le membrane cellulari

Un organismo complesso è formato da organismi più semplici, ognuno dei quali è dotato di meccanismi omeostatici. Il più semplice meccanismo omeostatico è costituito dalla membrana biologica, una barriera che divide l'interno di una cellula dall'esterno, cosicché all'interno sia possibile concentrare le sostanze utili alla vita della cellula (proteine, lipidi, glucidi, acidi nucleici eccetera). Naturalmente una membrana non deve isolare totalmente la cellula dall'ambiente, ma deve permettere un passaggio selettivo delle sostanze.

Il compito di isolare la cellula è affidato alla membrana, che è costituita da un doppio strato fosfolipidico. Il compito di dare uno "scheletro" alla membrana è affidato ad altre proteine, che costituiscono una sorta di rete attorno alla membrana. Il compito di mantenere dei collegamenti con l'esterno è affidato alla proteine di membrana o glico-proteine che possono essere interne, esterne o di trans-membrana (tutti e tre i tipi di proteine sono dotate di mobilità). Le vie di scambio create dalle proteine di membrana possono essere chiuse o aperte a seconda della situazione (via di scambio selettiva). Queste vie di scambio (canali) sono principalmente di tre tipi: i canali a controllo di ligando, i canali a controllo di potenziale, e le proteine di transmembrana.

I canali a controllo di ligando e a controllo di potenziale

I canali a controllo di ligando si aprono quando all'esterno una certa molecola (o ione ecc.) si lega alla proteina che forma la porzione esterna del canale (proteina-canale): essa cambia la sua struttura terziaria e come conseguenza apre il canale. Ogni proteina-canale infatti è un recettore per una o più sostanze specifiche. Una volta aperto il canale viene attraversato da varie sostanze che hanno i requisiti appropriati (grandezza ecc) per poterlo attraversare. I canali a controllo di potenziale si comportano allo stesso modo, solo che la modificazione della struttura terziaria della proteina-canale è innescata da una differenza di potenziale. (in entrambi i casi un discorso analogo vale per la espulsione di molecole dall'interno verso l'esterno)

Gli ioni e la cellula

Tutte le membrane cellulari presentano una differenza di carica elettrica (di solito -70 mV) rispetto all'esterno (potenziale zero), poiché sono separatrici di cariche: vari ioni sono presenti in differenti concentrazioni fuori e dentro la cellula, e dato che sono molto piccoli possono passare fuori e dentro per molti dei canali aperti. I più importanti ioni sono:

ione interno esterno K+ > < Na+ < > Ca++ > < proteine (anfotere) hanno segno -

Alcuni tessuti hanno la possibilità di variare il loro potenziale (muscoli, nervi) e sono quindi detti tessuti eccitabili. Poichè le concentrazioni e le cariche variano gli ioni hanno comportamenti diversi: ione comportamento concentrazione carica K+ tende ad uscire tende a farlo uscire tende a farlo rimanere Na+ tende ad entrare tende a farlo entrare tende a farlo entrare*

(*) Il gradiente di carica tende a far entrare gli ioni Na+: essi sono attratti dalle cariche negative presenti all'interno della membrana cellulare. Per quanto riguarda la parte esterna della membrana sono essi stessi a causare la sua carica positiva (gli ioni Na+ sono appoggiati sulla parte esterna della membrana).

Le proteine di transmembrana

Amminoacidi, zuccheri, frammenti di lipidi e nucleotidi, eccetera devono essere trasportati dall'esterno all'interno e viceversa in altri modi: questi composti infatti sono troppo grandi per sfruttare i meccanismi fin qui esaminati. Essi vengono trasportati dalle proteine di transmembrana. Ci sono vari tipi di queste proteine, ognuna della quali è un recettore specifico di una sostanza. Quando la parte esterna della proteina di transmembrana si lega alla propria sostanza avviene un capovolgimento della proteina stessa che così trasporta all'interno la sostanza. Lo stesso meccanismo si ha quando bisogna portare all'esterno qualche molecola.

Nel caso che la molecola si liberi spontaneamente dalla proteina avremo un trasporto passivo, se invece c'è bisogno di una certa quantità di energia (ATP => ADP+P) per staccare la molecola dalla proteina avremo un trasporto attivo.

La pinocitosi

Molecole ancòra più grosse delle precedenti (steroidi, per esempio) non possono essere assimilate o espulse dalla cellula per mezzo delle proteine di transmembrana. In questo caso la cellula ricorre alla pinocitosi: la molecola in prossimità della membrana viene avvolta da una vescicola che facendosi strada attraverso la membrana stessa la trasposta all'interno o all'esterno. La pinocitosi è un sistema attivo (che richiede energia).

Acqua, pressione osmotica e pressione oncotica

L'acqua attraversa sempre liberamente (senza dispendio di energia) le membrane cellulari, essa è abilitata a passare attraverso tutti i canali cellulari che trova aperti. Poichè l'acqua tende sempre a livellare le eventuali differenze di concentrazione tra l'interno e l'esterno della cellula, la pressione osmotica in condizioni di equilibrio è nulla.

Una forza notevole invece è la pressione oncotica (o pressione osmotica delle proteine o pressione colloid-osmotica), infatti le proteine sono molto più concentrare all'interno della cellula che all'esterno.

La pompa sodio - potassio

Nel paragrafo "I canali a controllo di ligando e a controllo di potenziale" abbiamo visto che gli ioni possono passare liberamente per ogni canale aperto. Abbiamo visto anche che essi sono presenti in differenti concentrazioni dentro e fuori la cellula. Va da se che ci deve essere un meccanismo attivo che mantiene il gradiente di concentrazione degli ioni sodio (Na+) e potassio (K+) diverso da zero. Questo meccanismo è la pompa sodio-potassio. Essa è costituita da proteine di transmembrana che, consumando ATP espellono dalla cellula il sodio e immettono dall'esterno il potassio. L'attività della pompa sodio-potassio si interrompe quando si riduce la differenza di potenziale (ddp) della membrana.

Fisiologia del Sistema Nervoso - parte I°

L'impulso nervoso

Introduzione

Il tessuto nervoso è un tessuto eccitabile, ossia capace di modificare la propria differenza di potenziale (ddp) e creare così segnali elettrici (impulsi nervosi) capaci di propagarsi lungo i prolungamenti delle cellule che collegano zone diverse dell'organismo, e fungere così da messaggi.

Gli organismi più semplici non hanno bisogno del sistema nervoso: quando un apparato deve comunicare qualcosa a un secondo apparato immette nel liquido interstiziale una molecola, che prima o poi per diffusione giungerà all'apparato-bersaglio dotato di recettori adatti. Questo è il sistema più semplice e primitivo, ma è ovvio che sia adatto solo agli esseri viventi più semplici.

Un secondo passo, che nella scala evolutiva precede il sistema nervoso, è costituito dall'immissione delle molecole-messaggeri nel sistema circolatorio: in questo caso si ha la certezza che esse raggiungeranno gli organi bersaglio in tempi relativamente brevi (il sistema endocrino agisce in questo modo). L' "ultimo ritrovato" in fatto di comunicazioni tra diverse parti di un organismo è rappresentato dal sistema nervoso, che è immensamente più veloce e più sicuro dei precedenti.

Per mezzo del sistema nervoso l'organo che trasmette e l'organo che riceve le informazioni sono materialmente collegati tra loro dalle fibre nervose, percorse da impulsi elettrici che raggiungono velocità anche superiori a 400 Km/h! Quando l'impulso giunge a destinazione innesca la risposta molecolare tramite una sinapsi.

Depolarizzazione e iperpolarizzazione

La ddp tra l'interno e l'esterno della membrana è di 70 mV (considerando 0 l'esterno, all'interno si misurano -70 mV). Se si stimola elettricamente (con un impulso elettrico o onda quadra) la membrana si possono avere due casi:

- somministrando cariche (-) alla superficie esterna diminuirà la ddp (depolarizzazione) - somministrando cariche (+) alla superficie esterna aumenterà la ddp (iperpolarizzazione)

L'impulso elettrico (o potenziale elettrotonico) somministrato si propaga sulla membrana cellulare diminuendo: esiste infatti una resistenza direttamente proporzionale alla lunghezza da percorrere e inversamente proporzionale all'area della fibra: lo stesso che avviene per la corrente elettrica in un filo. Si dice quindi che l'impulso elettrico subisce le proprietà di cavo.

Nel caso si crei una iperpolarizzazione con impulsi dalla ddp crescente si ottiene lo stesso risultato più o meno amplificato. Nel caso si crei una depolarizzazione si hanno due comportamenti completamente diversi, a seconda che si superi la ddp di soglia oppure no. Se si resta al di sotto del livello soglia si ha un comportamento qualitativamente simile a ciò che avviene con l'iperpolarizzazione. Se si varca il limite di soglia si innesca un fenomeno detto potenziale di azione.

Il potenziale d'azione

Il potenziale d'azione ha tre importanti caratteristiche:

- il suo valore non cambia in funzione della ddp che lo ha innescato

- non subisce le proprietà di cavo (si trasmette inalterato lungo la membrana cellulare)

- nel periodo nel quale avviene il potenziale viene sospesa l'azione delle pompe Na+/K+

Il potenziale d'azione ha la seguente configurazione: inizialmente (da -70 mV alla soglia -50 mV) ha la forma di una sinusoide (nel disegno schematizzata con una linea a 45°).

Superata la soglia in 1 o 2 millisecondi si verifica un picco che tocca quota +20 mV circa (depolarizzazione) e subito dopo scende a -80 mV (iperpolarizzazione), per poi riassestarsi nuovamente sui -70 mV, in tempi relativamente lunghi: 50 o 100 msec.

Durante l'iperpolarizzazione la membrana è meno eccitabile rispetto alla situazione di riposo, infatti durante quel periodo bisognerebbe passare per esempio da -80 a -50 invece che da -70 a -50. Il periodo di iperpolarizzazione è detto quindi periodo refrattario relativo:.

Il periodo durante il quale l'impulso supera gli 0 mV (periodo di overshoot) è detto periodo refrattario assoluto, in quanto non è possibile provocare in quel periodo alcun potenziale d'azione.

Nel grafico è anche indicata la conduttanza degli ioni Na+ e K+ durante il periodo del potenziale. Si noti che la conduttanza di Na+ segue il grafico del potenziale d'azione nella sua fase di depolarizzazione, mentre la conduttanza di K+ aumenta nel periodo successivo alla depolarizzazione. Questa differenza tra i comportamenti di Na+ e K+ è indispensabile alla "vita" del potenziale (vedi § successivo).

NB: la conduttanza è una misura di permeabilità.

Il ciclo di Hodgin

Il fatto che il potenziale d'azione non subisca le proprietà di cavo è dovuto al fatto che esso è "mantenuto" dal ciclo di Hodgin, che consta di tre passaggi principali:

a) se la depolarizzazione supera la soglia oltre a formare il potenziale d'azione apre i canali a controllo di potenziale

b) si verifica una migrazione di ioni attraverso i canali: l'entrata di Na+ supera grandemente la lenta fuoriuscita di K+ (Lo sfasamento tra i movimenti di Na+ e K+, che si vede nel grafico, è indispensabile alla vita del potenziale d'azione).

c) l'aumento della concentrazione di ioni Na+ provoca una ulteriore depolarizzazione, che riporta al punto (a) il ciclo.

Il ciclo si interrompe (tra i punti a e b) quando sono entrati ioni Na+ a sufficienza: essi infatti hanno colmato il gradiente elettrico e di concentrazione e non hanno più "motivo" di entrare. (grafico: picco a +20 mV)

Quando Na+ si è fermato K+ continua a uscire per "inerzia": ciò fa sì che la membrana vada incontro ad un processo di iperpolarizzazione (grafico: zona a -80 mV). Quando anche K+ smette di uscire le pompe sodio-potassio ricominciano a funzionare e ristabiliscono i valori di concentrazione iniziale dei due ioni (grafico: -70 mV). E' quindi questa differenza tra i comportamenti degli ioni Na+ e K+ che rende possibile il mantenimento del potenziale d'azione. Se gli ioni Na+ entrassero e gli ioni K+ uscissero contemporaneamente non potremmo avere nè la depolarizzazione nè l'iperpolarizzazione, cioè non avremmo un potenziale d'azione.

La propagazione del potenziale d'azione

Conduzione punto a punto - Il potenziale d'azione nel periodo di overshoot provoca un'inversione di carica nella zona della membrana interessata dalla sua presenza. Ciò provoca una ulteriore depolarizzazione* che superata la soglia provoca un "nuovo" potenziale d'azione in una zona adiacente. Il potenziale d'azione si propaga quindi come una vibrazione su una corda tesa (NB: senza attenuarsi, però).

(*) La depolarizzazione avviene con meccanismo speculare su entrambe le facce della membrana. Consideriamo la faccia esterna. Essa è normalmente positiva(++++). Poichè per il breve tratto interessato dal potenziale d'azione ci sono delle cariche negative (- - - ), esse neutralizzeranno le cariche positive, e ciò provocherà una depolarizzazione (xxxx).

Il potenziale d'azione non torna indietro poiché lascia dietro di sè un membrana iperpolarizzata (-80 mV) per un periodo di tempo sufficientemente lungo. Si tratta quindi di una propagazione orto-dromica.

La conduzione saltatoria - Poichè le ramificazioni delle cellule nervose sono spesso ricoperte da una guaina mielinica isolante (interrotta a intervalli regolari, detti nodi di Ranvier) si è sviluppato un secondo metodo di conduzione: la conduzione saltatoria. Essa si basa sullo stesso principio della depolarizzazione, con la differenza che la depolarizzazione si fa "sentire" da un nodo di Ranvier all'altro, saltando quindi i tratti di fibra ricoperti dalla guaina mielinica (isolati elettricamente, quindi). Questo tipo di conduzione è più veloce della conduzione punto a punto, e può superare i 400 km/h.

Le sinapsi

Ci sono tre modi di trasmettere il potenziale d'azione da una cellula all'altra: la sinapsi molecolare, la sinapsi chimica ed il recettore. La sinapsi chimica è il metodo meno usato: tra i due neuroni c'è uno spazio molto limitato e pieno di ioni, cosicché l'impulso riesce a passare da una cellula all'altra.

La sinapsi molecolare è molto più frequente, e consiste in una struttura specializzata nel collegare due cellule nervose (un discorso analogo vale per i tessuti muscolari). E' costituita da:

- l'estremità del neurite della cellula di partenza fornito di un bottone, detto pre-sinaptico, contenente delle vescicole con Acetilcolina (Ach), una sostanza neuro-trasmettitrice

- uno spazio sinaptico, molto limitato

- la membrana della cellula di arrivo, detta post-sinaptica. La membrana di questa cellula nelle vicinanze della sinapsi presenta un ingrossamento.

Nota - L'acetilcolina Ach è costituita dalla colina e da un radicale acetico. Questi due composti sono di norma presenti nello spazio sinaptico, quando ce n'è bisogno vengono catturati dal bottone pre-sinaptico che provvede in loco alla loro unione. Altre volte è possibile che l'acetilcolina venga sintetizzata nel corpo cellulare per poi venir' trasferita al bottone tramite il flusso citoplasmatico anterogrado (dal corpo alla periferia). Per completezza diciamo che esiste anche un flusso minore che va dalla periferia al corpo cellulare, detto flusso citoplasmatico retrogrado.

Il potenziale d'azione viaggia sempre dal bottone pre-sinaptico alla membrana post-sinaptica. Nei prossimi paragrafi vengono analizzate in maniera più approfondita le varie fasi di trasmissione dell'impulso, dal bottone pre-sinaptico alla membrana post-sinaptica.

a - L' uscita dell'acetilcolina dalle vescicole

Quando il potenziale d'azione raggiunge il bottone pre-sinaptico con la sua carica fa aprire dei canali a ddp specifici per il Ca++, che entra* nel neurone. Per comprendere l'importanza del Ca++ bisogna ricordarsi che:

- la membrana cellulare è caricata negativamente al suo interno - l'Ach è caricata positivamente, ma stà all'interno delle vescicole, cosicché - le vescicole sono caricate negativamente all'esterno, quindi

il Ca++ viene attratto sia dalle vescicole che dalla membrana, e quindi viene a formarsi un collegamento membrana-calcio-vescicole, con Ca++ che funge da ponte. Per essere precisi un piccolo aiuto viene fornito anche dalla momentanea inversione di polarità della membrana (periodo di overshoot): in quel momento infatti l'interno della membrana è positivo e l'esterno delle vescicole è, come al solito, negativo: si ha quindi attrazione. L'overshoot però è così breve che può dare solo una "spinta" alle vescicole, che vengono poi trattenute dagli ioni Ca++.

Una volta che le vescicole sono in vicinanza della membrana si aprono e liberano nello spazio sinaptico l'acetilcolina. Nel frattempo le pompe ioniche dappertutto presenti espellono gli ioni Ca++ e riportano il bottone pre-sinaptico in condizione di riposo.

(*) Perchè gli ioni Ca++ tendono ad entrare nella cellula se, come abbiamo detto nel § I canali a controllo di ligando e a controllo di potenziale, essi sono più concentrati all'interno della cellula? La risposta a questa apparente contraddizione è che gli ioni Ca++ intracellulari sono racchiusi in vescicole, non sono liberi nel citoplasma. Se si confronta la concentrazione di ioni Ca++ liberi all'interno della cellula e all'esterno della cellula, si osserva che essi sono più concentrati all'esterno. Per questo motivo tendono a entrare, una volta che i canali specifici sono stati aperti.

b1 - I recettori nella membrana post-sinaptica di sinapsi eccitatoria

Sinapsi eccitatoria: in sigla PPSE (italiano) o EPSP (inglese) Nella membrana post-sinaptica di sinapsi eccitatoria ci sono dei canali a controllo di ligando Ach, che si aprono non appena l'Ach viene liberata dalle vescicole. Attraverso i canali aperti passano vari ioni (si tratta di canali non selettivi per quanto riguarda gli ioni) che generano un potenziale elettrotonico, che subisce le proprietà di cavo. Non si genera un potenziale d'azione perché essendo i canali non selettivi non c'è lo sfasamento nel passaggio Na+ e K+ (vedi § Il ciclo di Hodgin).

Dopo che l'Ach ha aperto i canali a controllo di ligando viene demolita dall'enzima Ach-esterasi, presente nei canali a controllo di ligando, cosicché essi si richiudono prontamente (non essendoci più Ach "intera") e sono pronti al prossimo impulso.

b2 - I recettori nella membrana post-sinaptica di sinapsi inibitoria

Sinapsi inibitoria: in sigla PPSI (italiano) o IPSP (inglese) Nella membrana post-sinaptica di sinapsi inibitoria ci sono dei canali che lasciano passare solo K+. Il passaggio degli ioni potassio crea quindi un periodo di iperpolarizzazione.

c - Il potenziale d'azione nella membrana post-sinaptica

Se il potenziale elettrotonico, che ricordiamolo subisce le proprietà di cavo, riesce a superare la zona di membrana che possiede i canali visti ai punti precedenti e raggiunge una zona di membrana normale, con la sua carica riesce ad attivare un potenziale d'azione e il relativo ciclo di mantenimento di Hodgin. Si ha quindi che il potenziale d'azione si è trasferito dalla prima cellula alla seconda.

Il che zona specifica della seconda cellula si attiverà il potenziale d'azione? Nel caso la sinapsi sia su un dendrite il potenziale d'azione potrebbe svilupparsi lì, ma poiché i dendriti sono piccoli e hanno quindi elevata resistenza il potenziale elettrotonico non ce la fa a sviluppare un potenziale d'azione in loco.

Così più potenziali elettrotonici (vedremo in seguito che un neurone ha più sinapsi) giungono al corpo cellulare: esso è molto grande in confronto ai dendriti, e quindi ha una resistenza molto piccola. Però ha anche una elevata capacità, quindi neanche qui i potenziali elettrotonici riescono a raggiungere il valore soglia. Giunti nel cono assonico, che per le sue caratteristiche possiede un giusto rapporto resistenza/ capacità, i potenziali elettrotonici raggiungono il valore soglia e scatenano il potenziale d'azione.

d - La propagazione del potenziale d'azione

Una volta che il potenziale d'azione si è sviluppato si propaga in tutte le direzioni, come le onde di un sasso gettato nell'acqua. Si propaga quindi lungo l'assone ma anche verso il corpo cellulare e i dendriti. Lì (come nell'assone) tra le altre cose provoca una depolarizzazione, che impedisce per qualche millisecondo la ricezione di altri potenziali elettrotonici. Questo però non è un grosso inconveniente.

Il potenziale d'azione : un segnale binario

Il potenziale d'azione è un segnale binario, ossia che possiede un'unica intensità che non può essere variata. Esso però deve dare informazioni "graduate": per esempio deve suggerire ai muscoli contrazioni più o meno forti, o deve trasportare stimoli sensitivi più o meno intensi. Questa varietà di informazioni viene descritta dalla frequenza dei potenziali d'azione, che a differenza della loro intensità può variare notevolmente. (Per frequenza si intende: numero di potenziali d'azione creati/ unità di tempo). Ad una frequenza maggiore di potenziali d'azione corrisponderà una reazione più decisa.

Poichè la durata dei potenziali d'azione più veloci non supera il millisecondo sarebbe teoricamente possibile che un neurone scarichi mille potenziali d'azione in un secondo. Biologicamente però la frequenza di scarica va da 1 a 400 potenziali al secondo. Poichè le intensità delle sollecitazioni vengono tradotte in potenziali d'azione più o meno frequenti segue che non è possibile tradurre in maniera appropriata sollecitazioni che richiederebbero meno di 1 o più di 400 potenziali d'azione al secondo.

La figura mostra più potenziali d'azione che si originano uno dietro l'altro, finché la curva "portante" del potenziale elettrotonico resta sopra i - 50 mV. Quindi maggiore è l'intensità dell'onda portante (varie onde elettrotoniche possono sommarsi, aumentando di intensità o ampiezza) maggiore sarà la frequenza dei potenziali 'azione da essa generati.

Attenzione a non confondere l'intensità (ampiezza) dell'onda portante con la sua durata (che nel grafico appare, sull'asse X, some una lunghezza). L'intensità è responsabile dell'aumento della frequenza dei potenziali; la durata invece è responsabile del prolungarsi del fenomeno dei potenziali. Nella figura sottostante vediamo, a sinistra, una curva molto intensa e relativamente breve, a destra una curva poco intensa e più lunga. Nel primo caso i potenziali durano poco, ma sono molto frequenti, nel secondo caso i potenziali durano di più ma sono poco frequenti.

L'utilità delle sinapsi

Gli aspetti delle sinapsi fin qui esaminati non ne mettono in evidenza i grandi vantaggi. Innanzitutto si consideri che un neurone non riceve mai una sola sinapsi ma ne riceve fino a un milione, infatti poche sinapsi con i loro potenziali d'azione non riuscirebbero a ricreare un potenziale d'azione nella cellula post-sinaptica. Questo fatto è molto importante poiché permette alla corteccia cerebrale di amplificare o attenuare le informazioni che dalla periferia si muovono verso di lei.

Amplificazione - Consideriamo un neurone x al quale arrivano un certo numero di neuroni sensitivi periferici da una zona x , che in quel momento portano un numero troppo piccolo di potenziali d'azione. Essi non riescono ad attivare il potenziale d'azione nel neurone x che giunge fino alla corteccia: diciamo che hanno un deficit di alcuni mV. La corteccia quindi non può sapere cosa stà accadendo nella zona x. Allora la corteccia (che è collegata al neurone x anche attraverso vie discendenti) manda degli impulsi alle sinapsi eccitatorie tali da colmare il deficit precedente, cosicché si svilupperà il potenziale d'azione nel neurone x e si potranno avere le informazioni volute.

Attenuazione - Consideriamo un neurone x al quale arrivano un cero numero di neuroni sensitivi periferici di un dito, che in quel momento portano troppi potenziali d'azione. La corteccia quindi vuole attenuare (o eliminare) il segnale che la raggiunge: essa manda degli impulsi alle sinapsi inibitorie tali da creare un deficit , cosicché si attenuerà (si bloccherà) il potenziale d'azione nel neurone x e si avranno meno (o nessuna) informazione.

Riassunto

- La quantità di acetilcolina rilasciata è direttamente proporzionale alla frequenza dei potenziali d'azione pre-sinaptici - L'ampiezza del potenziale elettrotonico post sinaptico è direttamente proporzionale alla quantità di acetilcolina rilasciata - La frequenza dei potenziali d'azione post-sinaptici è direttamente proporzionale all'ampiezza del potenziale elettrotonico post-sinaptico - Quindi la frequenza dei potenziali d'azione post sinaptici è direttamente proporzionale alla frequenza dei potenziali d'azione pre sinaptici.

I recettori

Un recettore consiste in una membrana capace di creare dei potenziali elettrotonici eccitatori quando è investita da una certa forma di energia. Diversi tipi di recettori riconoscono ognuno un diverso tipo di energia. I recettori si possono suddividere in vari modi.

Suddivisione a seconda della distanza recettore-fonte di energia

- esterocettori rilevano energia proveniente dall'esterno (tatto...) rilevano energia proveniente dall'esterno e lontano (vista, udito) - enterocettori rilevano energia proveniente dall'interno del corpo (visceri) - propriocettori rilevano energia proveniente dall'interno del corpo (muscoli ecc)

Suddivisione anatomica

- recettori del 1° tipo hanno la membrana in comunicazione col corpo del neurone centrale

- recettori del 2° tipo fatti da 2 cellule - un vero recettore in periferia - il corpo nel midollo spinale o nel cranio

- recettori del 3° tipo fatti da 3 cellule

La trasduzione dell'energia

I recettori trasformano l'energia che li raggiunge in potenziali d'azione. Uno stimolo è adeguato quando riesce a far variare il potenziale di membrana del recettore. A seconda dei vari tipi di recettori si possono avere stimoli meccanici, luminosi eccetera. I recettori non possono dare origine a fenomeni inibitori, ma solo a stimoli eccitatori.

Prendiamo in considerazione un particolare recettore, chiamato corpuscolo di Pacini. Esso costituisce la terminazione nevosa recettoriale di un ganglio spinale. Il suo compito è quello di generare un potenziale d'azione, partendo da una stimolazione meccanica (es: compressione).

A t=0sec iniziamo a comprimere leggermente il recettore. Manteniamo la stessa pressione per 5 sec e per t=5 sec smettiamo di comprimere. Il corpuscolo di Pacini originerà due potenziali d'azione: uno a t=0 e l'altro a t=5. Egli cioè manda informazioni solo sui cambiamenti di energia: se l'energia resta costante al passare del tempo (dE/dt = 0) non viene creato alcun potenziale d'azione.

Ciò è dovuto al fatto che una pressione leggera continuata e costante è trascurabile, cosicché sarebbe inutile (se non dannoso) bombardare continuamente la corteccia cerebrale con informazioni superflue (in natura viene sempre seguito il principio del minimo consumo di energia e tutto ciò che non è strettamente necessario viene eliminato).

Se la pressione è costante ed è più notevole ci sono altri recettori che hanno il compito di comunicare il suo persistere alla corteccia cerebrale. La differenza tra questi due comportamenti potrebbe essere dovuta alla presenza o all'assenza di una capsula di tessuto connettivo alla estremità del recettore.

Il comportamento dei recettori si può dividere quindi così:

- recettori fasici (ad adattamento rapido), possono segnare:

- l'inizio o la fine della compressione - entrambe le cose (es: corpuscoli di Pacini)

- recettori tonici (ad adattamento lento), segnano il perdurare di un fenomeno costante

- recettori via di mezzo tra fasici e tonici, segnano il perdurare di un fenomeno con potenziali d'azione via via più rari al passare del tempo.

Le informazioni che provengono dagli enterocettori (che sono tonici) non sono sensazioni coscienti, ossia le informazioni non vengono portate fino alla corteccia cerebrale. Fanno eccezione gli enterocettori dolorifici, che provocano sensazioni coscienti. I propriocettori (es: situazione delle articolazioni e dei muscoli) generano sensazioni poco-coscienti, nel senso che bisogna prestare attenzione per rendersi conto delle informazioni da loro portate. In tutti i casi, se lo stimolo (pressione, luce ecc) non è sufficiente non viene generato alcun potenziale d'azione.

Un altro esempio può essere un propriocettore muscolare, o recettore di stiramento, detto anche fuso neuromuscolare. La fibra nervosa di questo recettore è solidale con le fubre muscolari così, quando esse si stirano, stirano anche le fibre nervose che danno origine così a dei potenziali d'azione. Più è notevole la distensione più sarà alta la frequenza dei potenziali d'azione.

Fisiologia della Contrazione Muscolare

Una volta che i potenziali d'azione sono giunti a destinazione (corteccia cerebrale, zona non cosciente, corna anteriori...) l'organismo dà una risposta adeguata alle informazioni che ha ricevuto. Una delle risposte può essere la contrazione muscolare.

La struttura muscolare

I muscoli sono un insieme di cellule strette e lunghe, dette per questo fibrocellule. Esse sono polinucleate, poiché sono costituite da più cellule singole che hanno fuso tra loro le membrane. Una struttura come questa è detta un plasmodio. Essa è presente nel corpo umano solo nei muscoli. Una struttura simile (nella quale le membrane sono fuse ma presentano forti restringimenti, cosicché si possono ancòra individuare le singole cellule) è detta sincizio, ed è presente nelle fibre muscolari del cuore, che sono striate ma involontarie.

Una sezione trasversale di un muscolo presenta la guaina connettivale esterna (o perimisio) che manda all'interno dei setti man mano più sottili, che delimitano dei fasci di fibre muscolari. Essi sono composti da più fibre ed ogni fibra è a sua volta costituita da un fascio di fibrocellule muscolari.

Una fibrocellula muscolare comprende:

- una membrana cellulare - nuclei e mitocondri schiacciato verso la membrana, poiché il citoplasma è pieno di - miofibrille, ossia filamenti proteici costituiti da actina e miosina.

L'actina e la miosina si alternano in tutto il citoplasma di ogni fibrocellula muscolare. Al microscopio una fibra muscolare appare quindi come un susseguirsi di cilindretti di actina (chiari) e di miosina (scuri). Una fibrocellula può essere divisa in un susseguirsi di unità funzionali, detti sarcomeri. La linea che divide due sarcomeri viene detta linea Z. In un sarcomero le fibre di actina (leggera, chiara) vanno da una linea Z all'altra, mentre le fibre di miosina (pesante, scura) sono concentrate nella parte centrale del sarcomero, equamente distanti dalle due linee Z.

Qui di seguito viene data una visione schematica del sarcomero rilassato (più avanti lo vedremo contratto):

Z miosina miosina miosina Z Z actina actina actina actina actina actina actina actina actina actin Z Z miosina miosina miosina Z Z Z...

L'actina è presente nelle miofibrille sottoforma di filamenti avvolti ad elica gli uni sugli altri (assomigliano ad una collana di perle attorcigliata). Le molecole di tropomiosina percorrono la collana come un filo. Infine la troponina, presente sottoforma di molecole globose, è tenuta schiacciata (per mezzo del filo di troponina) contro la catena di actina.

Una molecola di miosina, secondo componente principale della miofibrilla, è costituita da una grande molecola nella quale si distinguono un corpo lungo e stretto ed una testa (assomiglia ad una mazza da golf). Le molecole di miosina stanno unite tra loro cosicché formano una specie di cilindro dal quale sbucano le teste delle molecole.

Quando il muscolo riceve l'ordine di contrarsi l'actina si ritira verso il centro del sarcomero, provocando una diminuzione della lunghezza del sarcomero stesso. Per il sarcomero quindi vale sempre l'uguaglianza contrazione = accorciamento. Ciò non vale sempre per il muscolo: infatti oltre ad avere il caso "contrazione = accorciamento" (contrazione isotonica) esiste anche il caso "contrazione senza accorciamento" (contrazione isometrica). Nel caso della contrazione isometrica la diminuzione della lunghezza dei sarcomeri viene compensata dall'aumento della lunghezza delle componenti elastiche del muscolo, cosicché alla fine si ha un muscolo contratto ma non accorciato.

Dinamica molecolare della contrazione del sarcomero

Le molecole di actina e di miosina possono scivolare le une rispetto alle altre. Possiamo considerare ferme le molecole di miosina; esse come vedremo agiscono sulle molecole di actina e le muovono, in modo da accorciare il sarcomero.

Per iniziare l'analisi dei movimenti delle molecole nel sarcomero consideriamo che il Ca++ è presente in ogni cellula muscolare, separato dal resto tramite il reticolo citoplasmatico. Il potenziale d'azione che deve far contrarre il muscolo fa liberare il Ca++, che così si riversa nel citoplasma. Esso, a causa di affinità chimica, si lega alla troponina, che in seguito a questa unione modifica la sua struttura e di conseguenza ruota sulla actina, trascinando con se la tropomiosina, che faceva da "tappo" ad un sito dell'actina contenente ATP. Una volta che questo sito è aperto la miosina per affinità chimica (possiede ATP-asi) si lega alla actina.

Ricordando la similitudine della miosina con una mazza da golf potremmo dire che essa si lega all'actina tramite la testa della mazza. E' importante notare che il questo processo anche la miosina va incontro a delle trasformazioni strutturali, che comportano una flessione della testa della molecola, una volta che essa è agganciata all'actina. Questa flessione provoca uno spostamento della molecola di actina al quale la testa è attaccata, e ciò provoca l'accorciamento del sarcomero.

L'energia necessaria alla flessione della testa è fornita dall'unione ATP + ATPasi. Una volta che la flessione è avvenuta non c'è più ATP e di conseguenza non esistendo più affinità chimica (che, lo ricordiamo, era data dall'ATP + ATPasi) la testa della molecola di miosina si stacca e torna dritta.

In questo modo la testa della miosina (avendo spostato l'actina) trova sotto di se una nuova porzione di miosina contenente ATP, e così si compie di nuovo il ciclo appena visto. Esso si conluderà quando non giungeranno più potenziali d'azione. Infatti se il Ca++ non viene liberato dai potenziali d'azione il ciclo non può nemmeno avere inizio.

Poichè la contrazione dei sarcomeri dura molto di più di un potenziale d'azione, segue che se i potenziali d'azione sono abbastanza frequenti si ha una somma delle contrazioni (esse, a differenza dei potenziali d'azione, possono sommarsi).

Qui di seguito viene illustrata, a seconda della lunghezza del muscolo, la sua tensione. La tensione muscolare può essere di due tipi: tensione subìta perché qualcuno allunga il muscolo (tensione artificiale) o tensione attiva (contrazione conseguente all'accorciamento dei sarcomeri). La somma delle due tensioni dà la tensione totale.

Come si vede dalla figura la massima tensione attiva del muscolo viene raggiunta quando il muscolo ha una lunghezza naturale: ciò significa per esempio che un bicipite può esprimere la sua massima forza quando è leggermente piegato (lunghezza naturale). Quando è completamente contratto o disteso non riesce ad contrarsi con altrettanta efficacia.

La fuoriuscita del Ca++

Introduzione - Il sistema nervoso centrale (SNC) dopo aver ricevuto le informazioni dalla periferia "risponde" mandando dei potenziali d'azione alla periferia, attraverso le corna anteriori del midollo spinale. I neuroni che raggiungono le fibre dei muscoli scheletrici (motoneuroni alfa) entrano in sinapsi con i muscoli stessi.

L'insieme neurone + muscoli da lui innervati si chiama unità motoria. Se dei neuroni innervano molte fibrocellule si è in presenza di una unità motorie grandi (es: muscoli femorali, addominali e lombari; poco "precisi"). Se dei neuroni innervano poche fibrocellule si è in presenza di unità motorie piccole (es: muscoli delle dita; molto "precisi").

***

Una volta che il potenziale d'azione inizia a propagarsi sulla membrana cellulare libera il Ca++. La liberazione del Ca++ è resa possibile dalla presenza di profonde invaginazioni della membrana cellulare (dettitubuli trasversi) che permettono al potenziale d'azione di propagarsi anche "all'interno" della cellula. Per mezzo dei tubuli trasversi quindi il potenziale d'azione può quasi sfiorare le cisterne del reticolo sarcoplasmatico liscio contenenti Ca++, che sono poste in prossimità dei sarcomeri. (Il sistema cisterna/tubulo trasverso è detto triade o sistema a T).

Le cisterne contenenti Ca++ sono positive all'interno e negative all'esterno. La parte interna della invaginazione (= esterno cellulare) è come al solito positiva e la parte esterna alla invaginazione (= interno cellulare) è come al solito negativa (-70 mV). Tubuli e cisterne quindi tendono a respingersi. Quando però, a causa del potenziale d'azione, la membrana cellulare inverte la propria polarità riesce ad aprire i canali a controllo di potenziale presenti sulla cisterna, ed il Ca++ esce per via del gradiente di concentrazione. Si attiva così il processo di contrazione muscolare prima trattato.

Quando l'effetto del potenziale d'azione termina il Ca++ smette di uscire e le pompe a trasporto attivo riempiono di nuovo le cisterne, che così sono pronte per la prossima contrazione.

Fisiologia del Sistema Nervoso - parte II°

Introduzione - il midollo spinale

Il midollo spinale è una importante struttura che coordina le informazioni in arrivo e in partenza dai nervi afferenti ed efferenti. Esso è organizzato in segmenti funzionali, ossia ad ogni segmento di midollo spinale corrisponde un preciso segmento (fascia) del nostro corpo, questi segmenti che riguardano la cute e i muscoli sono chiamati rispettivamente dermatomeri e miomeri.

I riflessi spinali

Un riflesso è un atto motorio involontario conseguente ad uno stimolo adeguato. Ci sono vari tipi di riflessi spinali, che possono essere classificati in vari modi. Considerando ad esempio considerare il numero delle sinapsi coinvolte si possono distinguere:

- riflessi monosinaptici: la fibra afferente stessa si connette con i motoneuroni alfa - riflessi disinaptici: tra il neurone afferente e quello efferente è interposto un inter-neurone - riflessi polisinaptici : possiedono tre o più sinapsi, ovviamente sono più complessi dei precedenti e danno origine a riflessi più articolati, più graduabili e meno potenti.

Tutti i neuroni afferenti, quando giungono al midollo spinale presso le corna posteriori, danno origine ad una fibra ascendente (che può giungere alla corteccia o no), i neuron i che originano i riflessi prendono anche contatti con le corna anteriori.

Iniziamo col vedere come sia costituito un riflesso monosinaptico.

Il riflesso monosinaptico

Il processo che dà origine ad un riflesso monosinaptico parte sempre da un particolare recettore, detto fuso neuromuscolare. Esso è costituito da un piccolo fascio di fibre muscolari separate dalle altre fibre per mezzo di una capsula connettivale. Le fibre del fuso neuromuscolare sono parallele a tutte le altre, hanno lo stesso colore e sono quindi difficilmente distinguibili.

La guaina connettivale presenta un rigonfiamento, detto borsa equatoriale, contenente una fibra nervosa, detta terminazione anulo-spirale, avvolta a spirale attorno alle fibre muscolari. Essa è la terminazione periferica di una cellula a T, che ha il prolungamento centrale nelle corna posteriori del midollo spinale.

Il prolungamento centrale raggiunge direttamente gli alfa-motoneuroni delle corna anteriori (si tratta infatti di un riflesso monosinaptico) da dove parte la fibra efferente. Le fibre afferenti (dal fuso al midollo) che trasportano gli impulsi per il riflesso monosinaptico sono tra le più grosse: hanno un diametro di circa 20 micron e il potenziale d'azione le percorre a 120 m/sec.

Si usa dividere le fibre a seconda del loro diametro in 4 tipi: il primo tipo sono le più grosse, il quarto tipo le più sottili. Quindi le fibre del riflesso monosinaptico (fuso > midollo) sono del I° tipo, e per distinguerle da altre fibre grosse ma che hanno altre funzioni vengono dette I°tipo - A.

Il fuso neuromuscolare è un propriocettore sensibile allo stiramento meccanico. Quindi più è stirato il muscolo più frequenti sono i potenziali d'azione generati dal fuso che si trova nel muscolo stesso. In questo modo in sistema nervoso centrale può controllare il grado di stiramento del muscolo. (In particolare più è stirata la terminazione anulo-spirale più frequenti sono i potenziali d'azione.)

Il fuso neuromuscolare e la contrazione

Quando un muscolo viene contratto anche le fibre del fuso neuromuscolare si accorciano, cosicché la terminazione anulo-spirale non è soggetta ad alcuna forza di trazione, e non manda alcun segnale.

Per rimediare a questo problema di assenza di informazioni l'organismo possiede il seguente sistema: nelle corna anteriori del midollo spinale ci sono dei motoneuroni detti gamma che innervano le fibre muscolari del fuso neuromuscolare, analogamente agli alfa neuroni che innervano il muscolo vero e proprio. Quando gli alfa neuroni fanno contrarre il muscolo anche i gamma neuroni si attivano e fanno contrarre le fibre muscolari del fuso neuromuscolare, cosicché la terminazione anulo-spirale risulta comunque in tensione, ed è quindi capace di fornire informazioni.

Come distinguere diverse situazioni di contrazione e di riposo

Nel caso il muscolo sia a riposo il fuso neuromuscolare invia con una certa frequenza (che definiamo standard) delle informazioni al SNC.

Nel caso il muscolo sia stirato il fuso neuromuscolare invia le informazioni con frequenze direttamente proporzionali al grado di stiramento. Non è possibile confondere quindi una situazione di riposo con una di stiramento: lo stiramento provocherà potenziali d'azione molto più frequenti del valore standard.

Nel caso il muscolo sia contratto può accadere che la frequenza delle informazioni generate dalla terminazione neuro-muscolare sia molto simile alla frequenza standard, Il sistema nervoso centrale ha quindi bisogno di altre informazioni per poter distinguere lo stato di contrazione dallo stato di riposo.

In presenza di potenziali d'azione (dal fuso) con frequenza standard, il SNC controlla la frequenza con cui i gamma motoneuroni stanno lavorando: se i gamma motoneuroni sono inattivi (frequenza zero) significa che ci si trova in uno stato di riposo, se invece stanno facendo contrarre il fuso neuromuscolare (frequenza diverse da zero) significa che ci si trova in una condizione di contrazione.

Ma questa non è l'unica informazione che si può ottenere controllando i gamma neuroni, infatti poiché:

- maggiore è la contrazione del muscolo maggiore deve essere la contrazione del fuso (per ottenere la frequenza standard)

- la contrazione del fuso dipende dalla frequenza a cui lavorano i gamma-neuroni, si ha che: il SNC controllando la frequenza dei gamma-neuroni può ottenere precise informazioni sul grado di contrazione del muscolo.

NB: contrazione non è sinonimo di tensione. Un muscolo si dice contratto quando è più corto della sua lunghezza di riposo. Un muscolo si dice teso quando è sotto sforzo, ma contemporaneamente può mantenere la sua lunghezza di riposo (contrazione isometrica). Un muscolo di dice stirato quando è più lungo della sua lunghezza di riposo.

I muscoli antigravitari e i neuroni gamma

Il muscoli antigravitari, che sono sempre attivi (fatta eccezione per quando si è distesi) richiedono e inviano un numero elevatissimo di informazioni e stimoli. Le informazioni da e per essi rappresentano più del 70% del traffico totale delle vie nervose. Se tutto questo traffico di informazioni fosse sopportato dalle vie cervello - alfa motoneuroni, esse risulterebbero sempre "intasate" e avrebbero ben poco tempo per svolgere le loro altre funzioni. Per alleggerirle quindi il SNC sfrutta le vie cervello - gamma motoneuroni

Quando il SNC attiva i gamma motoneuroni essi stirano la terminazione anulo-spirale che quindi manda tramite le fibre I°A delle scariche, che raggiungono direttamente gli alfa motoneuroni (si attiva il riflesso monosinaptico) che poi contraggono il muscolo.

In questo processo quindi le vie di collegamento cervello - alfa motoneuroni restano "libere" per altri scopi. Il grande vantaggio di contattare i gamma motoneuroni invece che gli alfa motoneuroni stà nel fatto che i primi sono molto meno numerosi dei secondi, cosicché il compito di mantenere il tono dei muscoli gravitari appare enormemente semplificato.

L'inibizione reciproca

Poichè ogni articolazione possiede almeno due muscoli (uno antagonista dell'altro) quando si fa contrarre un muscolo è utile far diminuire la tensione del suo antagonista, cosicché il movimento non sia impedito. Ciò si verifica per mezzo della inibizione reciproca.

Quando il fuso neuromuscolare di un muscolo viene stirato esso manda dei potenziali d'azione al midollo spinale. Come abbiamo visto prima la fibra proveniente dal fuso si connette all'alfa motoneurone del proprio muscolo. Essa però manda anche una fibra secondaria che, tramite un interneurone inibitorio, blocca tramite iperpolarizzazione l'alfa motoneurone del muscolo antagonista, cosicché esso non ha nessuna possibilità di contrarsi.

L'inibizione ricorrente

L'inibizione ricorrente ha la stessa funzione dell'inibizione reciproca. Consideriamo una fibra che si connette all'alfa motoneurone di un certo muscolo. Questa fibra trasporta l'ordine di contrarre quel muscolo. L'alfa motoneurone, percorso da potenziali d'azione, prima di uscire dal midollo spinale manda una derivazione secondaria che tramite un interneurone inibitore inibisce l'alfa motoneurone del muscolo antagonista, cosicché esso non ha alcuna possibilità di contrarsi.

L'inibizione laterale

L'inibizione laterale riguarda la sensibiltà, e serve per far arrivare all'encefalo delle informazioni chiare e "pulite". Consideriamo tre fibre afferenti che terminano una affianco all'altra nella corteccia. Se è la fibra di mezzo a portare le informazioni (potenziali d'azione ad alta frequenza) l'attività fisiologica (potenziali d'azione a bassa frequenza) delle fibre vicine potrebbe provocare delle "interferenze".

Per evitare che ciò accada la fibra centrale (che è collegata tramite delle ramificazioni alle fibre adiacenti) manda degli impulsi che le inibiscono, cosicché viene eliminato il "rumore di fondo" da esse provocato, e la corteccia riceve solo le informazioni dalla fibra centrale, senza possibilità di errore (ossia: individua perfettamente da quale fibra e quindi da quale esatta parte del corpo giungono le informazioni).

Ovviamente questo sistema di inibizione laterale collega tutte le fibre vicine: ogni fibra possiede della ramificazioni (divergenza) che raggiungono le altre fibre e ogni fibra è raggiunta da più diramazioni provenienti da altre fibre (convergenza) in modo che a seconda del caso ogni fibra possa neutralizzare le altre o venir neutralizzata, in modo che al cervello provenga solo l'informazione voluta, senza il "rumore di fondo" provocato dalle fibre vicine.

L'interneurone di Renshow

Se un "ordine" di compiere un movimento di breve durata "passa" con il suo potenziale d'azione attraverso un neurone x, l'interneurone di Renshow si occupa di inibire il motoneurone x appena lo stimolo è terminato, rendendo impossibile un eventuale attivazione non voluta*. La fibra del motoneurone x che va verso la periferia infatti possiede una diramazione che, tramite un interneurone inibitorio (detto di Renshow), si riporta al nucleo inibendolo non appena essa è stata percorsa da un potenziale d'azione.

(*) come può avvenire che il neurone x venga attivato "per sbaglio"? Tutti i neuroni, come abbiamo visto in maniera semplificata nel paragrafo precedente, sono collegati tra loro da un complesso sistema di fibre inibitorie. In questo meccanismo può avvenire che i neuroni che devono inibire il neurone x siano stati a loro volta inibiti da chissà quali altri neuroni, cosicché non possono inibire x!

Il riflesso disinaptico

Il riflesso disinaptico è un riflesso inibitorio che agisce tramite un interneurone. E' anche detto riflesso mitotico inverso poiché alla attivazione del recettore segue la inibizione del muscolo (nel riflesso mitotico semplice alla attivazione del recettore segue l'eccitazione del muscolo).

Il recettore periferico, detto di Golgi, dal quale parte il riflesso disinaptico è un meccanocettore da stiramento (sensibile quindi a contrazione ed allungamento del muscolo). Questo recettore però è diverso dal recettore del fuso neuromuscolare. Si tratta infatti di una terminazione nervosa libera, situata al confine tra tendine e muscolo (la zona di confine tra tendine e muscolo è ancòra allungabile: se il recettore fosse situato tutto nel tendine che è rigido non potrebbe sentire alcun allungamento). Le fibre che dal recettore giungono al midollo spinale sono dette di tipo I°B: si tratta quindi di fibre dal diametro notevole, ma differenti da quelle del fuso neuromuscolare (I°A).

La fibra I°B si connette, tramite un interneurone inibitorio, all'alfa motoneurone del suo stesso muscolo, che quando I°B porta potenziali d'azione viene inibito. Il recettore di Golgi ha bisogno di sollecitazioni notevoli (= soglia elevata) per essere attivato. La sua utilità non è totalmente chiara, ma si pensa che possa servire per "difendere" muscoli e tendini da tensioni eccessive: infatti l'attivazione di questo recettore provoca una improvvisa e totale sospensione dell'attività di contrazione del muscolo.

Il messaggio proveniente dalla I°B può essere modificato prima di giungere all'alfa-motoneurone: quando la fibra I°B entra in sinapsi con l'interneurone entra anche nella rete di inibizioni laterali, ed è possibile che in determinate condizioni venga modificata la sua frequenza di scarica, cosicché si avranno frequenze diversa anche sull'alfa motoneurone e quindi diversi comportamenti del muscolo*.

(*) Si tenga presente che queste interazioni possono avvenire teoricamente. In pratica solitamente non avvengono, poiché in caso contrario verrebbe meno la capacità del recettore di Golgi di "difendere" il muscolo.

I riflessi polisinaptici

Per riflessi polisinaptici intendiamo tutti i riflessi che si originano attraverso un sistema che possieda più di due sinapsi. Per sapere quante sinapsi ci siano tra la fibra afferente e il motoneurone si considera il tempo totale che trascorre tra l'attivazione del recettore e l'inizio dell'effetto (contrazione del muscolo, per esempio). Conoscendo quindi il tempo totale, la velocità di conduzione nelle fibre afferenti ed efferenti e la loro lunghezza possiamo calcolare il tempo netto che l'impulso spende nel passare da una sinapsi all'altra. Poichè per passare da una sinapsi all'altra l'impulso ha bisogno di 0.5 millesimi di secondo possiamo ottenere (mediante il rapporto tempo netto (msec)/0.5 msec) il numero delle sinapsi.

I riflessi polisinaptici causano le flessioni degli arti, volontarie e involontarie. I loro recettori sono recettori cutanei dolorifici o nocicettori, sono costituiti da fibre nervose libere. Le fibre che dai recettori raggiungono il midollo spinale:

- danno origine ai fasci spino-talamici, - intrattengono rapporti polisinaptici eccitatori ed inibitori con gli alfa motoneuroni, e quindi - promuovono l'attivazione dei muscoli flessori (i cui alfa motoneuroni si occupano di inibire gli antagonisti).

Maggiore è lo stimolo trasmesso dai nocicettori maggiore sarà il numero di muscoli flessori coinvolti (si dice che aumenta il "reclutamento" di muscoli flessori). Se lo stimolo è molto intenso il reclutamento si estende anche all'arto controlaterale dell'arto interessato allo stimolo. Ciò serve essenzialmente a far mantenere l'equilibrio al soggetto, equilibrio che potrebbe venir meno a causa dell'improvviso spostamento di un arto.

NB: se un arto si flette, l'eventuale reclutamento dell'arto controlaterale provoca un estensione dell'arto, non una flessione, se nò l'equilibrio invece di essere ristabilito diverrebbe ancora più precario).

In un animale quadrupede possiamo quindi schematizzare il reclutamento in questi termini:

a) la zampa anteriore destra si flette improvvisamente dopo aver urtato un oggetto appuntito b) la zampa anteriore sinistra di conseguenza si estende c) la zampa posteriore sinistra si flette (come la anteriore destra) d) la zampa posteriore destra si estende (come la anteriore sinistra).

Si vede quindi che viene sempre rispettata la regola dell'arto controlaterale che si comporta in modo opposto.

Il SNC sfrutta queste connessioni polisinaptiche per far muovere l'organismo (deambulazione). Infatti, il discorso è simile a quello fatto per i muscoli antigravitari e i neuroni gamma: il SNC dovrebbe intasare le vie cervello - alfa neuroni per dare tutte le informazioni necessarie alla deambulazione, invece esso si occupa solo di dare "il via" al meccanismo sopra visto (quadrupede), certo che i neuroni polisinaptici porteranno a termine tutto il meccanismo necessario al movimento.

Conclusione

E' opportuno trarre le conclusioni di quanto fatto finora, aggiungendo, quando ce ne sia bisogno, qualche nuovo concetto.

I nervi periferici, il midollo spinale e il cervello interagiscono nel produrre, elaborare e codificare le informazioni sensitive, per poi far seguire ad esse dei comandi motori. Le informazioni sensitive infatti rendono possibile la ricezione delle sensazioni, il controllo motorio, lo stato di vigilanza (contrario a quello di sonno).

Le informazioni sensitive e le loro vie nervose possiedono varie caratteristiche:

1 - tipo 2 - intensità 3 - durata (determinati dai recettori: lento o veloce adattamento) 4 - si originano, viaggiano e terminano in zone ben precise (quindi: sono organizzate topograficamente). Non solo le sensazioni di diversi tipi possiedono vie diverse, ma anche sensazioni dello stesso tipo provenienti da zone diverse possiedono vie proprie. 5 - Sono organizzate in serie e in parallelo

Qui di seguito vengono approfonditi alcuni degli aspetti sopra elencati:

1 - questi sono i vari tipi di sensazioni:

Modalità Stimolo Recettori Recettori

Tatto E. meccanica meccanocettori meccanocettori Udito E. sonora cellule cigliate meccanocettori Equilibrio E. meccanica cellule cigliate meccanocettori Gusto E. chimica calici gustativi chemocettori Olfatto E. chimica neuroni olfattivi chemocettori Vista E. luminosa coni e bastoncelli fotorecettori

Somestesia E. meccanica terminazioni dei nuclei meccanocettori E. termica gangliari della radice termocettori E. meccanica (dolore) dorsale del midollo spinale nocicettori

E. = energia Somestesia = studio dei sistemi sensitivi

2 - L'intensità di una sensazione dipende dalla forza dello stimolo che la provoca. Il fatto che noi riconosciamo più o meno chiaramente una certa sensazione dipende dalla sua intensità e anche dallo stato in cui ci troviamo (stato di attenzione, stato di normalità, stato di distrazione, stato di sonno). Ci sono poi particolari cellule nervose (nel talamo ma anche da altre parti) che sono dotate di recettori per sostanze oppiodi (che l'organismo stesso genera). Quando queste cellule sono in presenza di oppiodi limitano la loro attività: nel caso si tratti di cellule del dolore gli oppiodi agiscono quindi come leggeri anestetici.

5 - I sistemi di fibre nervose sono organizzati sia in serie che in parallelo. Un esempio di organizzazione in serie può essere il sistema recettore- via afferente - midollo spinale - via efferente. Un esempio di organizzazione in parallelo può essere la seguente:

Una fibra proveniente dalla periferia, che porta una informazione "unitaria" contatta un neurone nel midollo spinale. Esso dirigendosi verso il talamo* si ramifica in due (divergenza): l'informazione unitaria si divide anch'essa in due, e ognuna delle due fibre trasporterà una "sub-informazione". Le fibre raggiungono due diversi neuroni nel talamo. Ognuna delle due fibre che ripartono dal talamo a sua volta si divide: quindi nella corteccia verranno contattati in tutto quattro neuroni. Un neurone della corteccia non riceve solo una fibra, ma ne riceve moltissime (anche qui si ha il fenomeno della convergenza), da moltissimi neuroni afferenti. Ogni fibra porta una sub-informazione, e quindi il neurone viene riempito di più "subinformazioni" diverse.

(*) tutte le informazioni che si dirigono alla corteccia cerebrale passano attraverso il talamo, nel quale passano attraverso una sinapsi.

L'utilità della ramificazione in parallelo

Più vie parallele trasportano sensazioni dello stesso tipo. Come abbiamo visto una informazione unitaria viene divisa in varie subinformazioni. Per comprendere l'utilità di questo meccanismo consideriamo un esempio.

La retina possiede moltissimi fotocettori che, a seconda della quantità della luce, si attivano inviando potenziali d'azione più o meno frequenti. I fotocettori sono tutti uguali tra loro e ognuno di essi fornisce una informazione unitaria "puntiforme".

Per mezzo della divisione in parallelo delle fibre, e poiché ogni neurone della corteccia presenta la convergenza di più fibre, è possibile creare partendo da più sub-informazioni delle immagini complesse, come segmenti, segmenti inclinati a destra, a sinistra eccetera. (Ogni neurone "sintetizzerà") un segmento diverso dagli altri per inclinazione, lunghezza eccetera).

Questi segmenti costituiscono delle unità operative , che servono alla corteccia per riconoscere la forma degli oggetti. Infatti il contorno di un oggetto o in genere una linea qualunque può venir approssimata con un susseguirsi di tanti piccoli segmenti dritti o più o meno inclinati. Dopo che la corteccia ha "analizzato" un oggetto stabilendo una adatto susseguirsi di determinate unità operative può anche analizzarne l'eventuale movimento, che è considerato come un cambiamento della sequenza delle unità operative nel tempo.

La sensazione del tatto e la corteccia

L'informazione originata nei recettori sensitivi somatici attraversa diversi nuclei di relay prima di raggiungere la corteccia cerebrale. Essa è trattata in diverse aree corticali. Queste aree presentano la stessa struttura ma diverse proporzioni tra i vari strati e sono più o meno estese a seconda della quantità dei recettori che le raggiungono.

Per esempio la mano ha una superficie piccola ma possiede tanti recettori, così la zona corticale che li riceve sarà estesa; il tronco è grande ma possiede pochi recettori, così la zona corticale che li riceve sarà piccola. E' possibile disegnare sulla corteccia un omuncolo, per illustrare le diverse zone di ricezione della corteccia.

Dagli studi fatti sulla organizzazione della corteccia si è visto che la superficie corporea per quanto riguarda il tatto è "rappresentata" più volte sulla corteccia, in modo non casuale. E' possibile quindi disegnare più omuncoli sulla corteccia. Ci sono quattro omuncoli sensitivi, ossia quattro zone della corteccia deputate ognuna a ricevere le informazioni sensitive provenienti da tutto il corpo: queste aree sono chiamate 1, 2, 3a e 3b.

Nonostante queste quattro zone abbiano apparentemente la stessa funzione, ognuna di esse "approfondisce" un particolare aspetto della sensibilità (resta comunque possibile rappresentare su ognuna di esse l'omuncolo completo). Le loro particolarità sono:

- l'informazione sensitiva raggiunge prevalentemente le zone 1 e 3b - la zona 3b riceve prevalentemente fibre sensitive provenienti da ristrette zone superficiali - la zona 1 riceve prevalentemente fibre sensitive provenienti da più ampie zone profonde - la zona 2 e 3a ricevono le informazioni dalle zone 1 e 3b, "sommandole" e integrandole.

Colonna: unità funzionale della corteccia cerebrale che tratta informazioni elementari, ossia provenienti da un unico tipo di recettori. La zona 1 per esempio è costituita da colonne dello stesso tipo, ossia che ricevono tutte informazioni dalle cellule sensitive superficiali

Cenni sulla sensazione del dolore

Il dolore è il segnale di un danno subìto dall'organismo (taglio, strappo, contusione, bruciatura...) per il quale ha poca importanza la conoscienza della causa. Ci sono vari tipi di dolore: il dolore può provenire dai visceri, dal "profondo" (es: cefalea) o dalla cute

Il dolore proveniente dalla cute, o dolore superficiale, può essere di due tipi. Appena subìto un danno si percepisce immediatamente un dolore (detto dolore chiaro), ma anche dopo persiste un certo dolore, sebbene diverso e più prolungato (detto dolore cupo).

Il primo dolore induce prevalentemente il riflesso di fuga, mentre il secondo modifica il comportamento. Il riflesso della fuga è un tipico riflesso polisinaptico flessorio: se è intenso è accompagnato da un riflesso di estensione della zona controlaterale del corpo.

I recettori del dolore, che sono terminazioni nervose libere, fanno in modo che un danno persistente non sia "dimenticato", mantenento a lungo una sensazione dolorifica, anche quando non sussista più la causa che lo ha provocato.

Le vie nervose che trasportano i potenziali d'azione dei recettori del dolore superficiale giungono al talamo come tratto spino-talamico (cordone antero-laterale del midollo spinale). Attraverso la stessa via giungono anche le vie del dolore viscerale, cosicchè può accadere che il dolore viscerale venga percepito come dolore supericiale, nelle zone della cute "appartenenti" al medesimo segmento del midollo spinale. Un esempio di ciò è il dolore superficiale della spalle e del braccio sinistro in caso di deficit di O2 presso il cuore.

Lesioni lungo le vie nervose che trasportano i potenziali d'azione dei recettori del dolore vengono percepite come se il danno fosse presso la periferia. Questo processo viene detto proiezione periferica del dolore.

Cenni sul Sistema Nervoso Autonomo o Viscerale

Introduzione

Il sistema nervoso umano può essere diviso in sistema nervoso somatico, agente sui muscoli striati (escluso il cuore, naturalmente) e sistema nervoso autonomo o viscerale, agente sui muscoli lisci. Il sistema nervoso autonomo è costituito a sua volta da due componenti: i sistemi ortosimpatico e parasimpatico. Entrambi questi sistemi sono prevalentemente deputati all'innervazione motoria, ma presentano anche fibre sensitive (come ad esempio i barocettori).

Le fibre motorie (primo neurone) del sistema nervoso autonomo (sia orto che para) escono tramite la radice anteriore del midollo spinale, ma non giungono direttamente all'organo bersaglio (come gli alfa motoneuroni del sistema somatico): possiedono una sinapsi, esternamente al midollo spinale, con un secondo neurone motore che poi raggiungerà l'obbiettivo.

Il primo neurone, uscito dal midollo, percorre un breve tatto assieme al nervo spinale. Successivamente, tramite il ramo comunicante bianco, esce dal nervo spinale e raggiunge la catena gangliare periferica*. Una volta giunto all'interno di un ganglio il neurone primario ha tre possibilità:

1) fare sinapsi col secondo neurone (quello che arriverà all'obbiettivo) che si ricongiunge al nervo spinale tramite il ramo comunicante grigio.

2) rientrare esso stesso, attraverso il ramo comunicante grigio, nel nervo spinale, e contrarre sinapsi, in un altro ganglio, con il secondo neurone solo quando sarà giunto in prossimità dell'obbiettivo. Il ganglio può trovarsi nelle vicinanze o all'interno dell'obbiettivo.

3) uscire dal ganglio ma non rientrare nel nervo spinale e contrarre sinapsi, in un altro ganglio, con il secondo neurone solo quando sarà giunto in prossimità dell'obbiettivo.

In tutti e tre i casi nel ganglio il neurone emette almeno due collaterali, uno diretto verso l'alto della catena gangliare e l'altro verso il basso. Questi collaterali, che poi prendono sinapsi con altri neuroni ed altri collaterali, fanno sì che un potenziale che percorra un neurone del sistema nervoso autonomo influenzi molti neuroni secondari. In questo modo quando il sistema nervoso autonomo riceve uno stimolo, anche circoscritto, risponde con una azione che interessa una porzione notevole dei tessuti da lui innervati (al contrario il sistema nervoso somatico è capace di eccitare unità motorie molto ristrette: si pensi alla possibilità di muovere un singolo dito o una sua parte).

(*) Ai lati anteriore destro e sinistro della colonna vertebrale ci sono due colonne di gangli (una per lato), detti paravertebrali, comunicanti tra loro a formare una specie di collana. Essi ricevono i neuroni primari del sistema nervoso autonomo.

Alcuni neuroni primari del sistema ortosimpatico giungono fino alla zona midollare della ghiandola surrenale, e poiché essi hanno ancòra incontrato il loro ganglio si può affermare che (dal punto di vista embriologico) la ghiandola surrenale sia un ganglio che nella evoluzione si è modificato. I neuroni stimolano la messa in circolo di adrenalina, da parte della ghiandola surrenale. La rete di collaterali prima descritta fa si che l'eccitazione di un qualunque nervo ortosimpatico possa indurre la liberazione di adrenalina.

L'ortosimpatico eccitatorio e inibitorio - sistema adrenergico

Il sistema nervoso autonomo ortosimpatico è situato nella parte toracica e lombare (prime due vertebre) del midollo spinale All'interno del midollo spinale esso è situato nelle corna anteriori della sostanza grigia.

Il sistema nervoso ortosimpatico ha funzione principalmente eccitatoria, ma anche inibitoria. Poichè però in entrambi i casi esso fa uso di noradrenalina per "contattare" gli organi bersaglio, è necessario che esistano diversi recettori, in modo che alcuni vengano eccitati dalla noradrenalina, altri inibiti. I recettori per l'adrenalina conosciuti al giorno d'oggi sono di cinque tipi: alfa 1 e 2; beta 1, 2 e 3.

Il sistema ortosimpatico, che sfrutta la noradrenalina come neurostrasmettitore tra la fibra post-gangliare e l'organo bersaglio, può essere definito un sistema adrenergico. Tra i neuroni pre- e post-gangliare viene usata, come neurotrasmettitore, l'acetilcolina.

Il sistema nervoso parasimpatico - sistema colinergico

Il sistema nervoso parasimpatico è concettualmente analogo all'ortosimpatico: possiede fibre pre e post-gangliari e nei gangli origina i collaterali prima visti. Esso è situato in quelle zone del midollo spinale non occupate dall'ortosimpatico, ossia nelle zone sacrale e craniale (midollo allungato). Il midollo sacrale presenta la sostanza grigia con la classica struttura "a farfalla" (come è nel resto del midollo); mentre nel midollo craniale la sostanza grigia si trova sottoforma di nuclei divisi tra loro dal passaggio di fasci ascendenti e discendenti (sostanza bianca).

Il più importante tra i nuclei è il nucleo del nervo vago (X° nervo encefalico), le cui fibre pre-gangliari si portano fino agli organi bersaglio, vicino ai quali o nei quali c'è il ganglio, dal quale parte il neurone post-gangliare che "contatta" gli organi stessi.

Come per l'ortosimpatico così anche per il parasimpatico il mediatore chimico della sinapsi tra i neuroni pre- e post-gangliare è rappresentato dall'acetilcolina. Il sistema parasimpatico, che sfrutta l'acetilcolina anche come neurostrasmettitore tra la fibra post-gangliare e l'organo bersaglio, può essere definito un sistema colinergico.

I distretti a doppia e singola innervazione

Molti distretti corporei presentano una doppia innervazione, ossia ricevono fibre motrici sia dall'orto che dal parasimpatico. Solitamente in questi casi l'ortosimpatico è responsabile dell'eccitazione, il parasimpatico dell'inibizione (ma le parti possono anche invertirsi! vedi esempio seguente) Nel caso un distretto presenti una innervazione singola significa che o l'eccitazione o l'inibizione non necessitano di particolari organizzazioni nervose Per esempio nei vasi sanguigni è presente solo l'innervazione ortosimpatica (che in questo caso ha funzione inibente o vasocostrittrice) poiché la vasodilatazione è causata meccanicamente dalla pressione del sangue, e dunque sarebbe superflua una innervazione con potere vasodilatatore (che in questo caso, se ci fosse, sarebbe organizzata dal parasimpatico).

Fisiologia del Sistema Cardiocircolatorio

Introduzione

Il sistema cardiocircolatorio verrà trattato dal punto di vista funzionale, non verrà approfondito invece il suo aspetto anatomico, che esula dagli obiettivi di questi appunti. In questo paragrafo verranno trattate a grandi linee le caratteristiche principali del sistema circolatorio, che poi man mano verranno approfondite.

Gli scopi del sistema circolatorio sono essenzialmente:

- l'apporto di ossigeno O2* tramite diffusione - l'apporto di sostanze nutritizie tramite pressione osmotica e/o oncotica - l'apporto di principi attivi tramite pressione osmotica e/o oncotica

- la distribuzione di metaboliti tramite pressione osmotica e/o oncotica - la distribuzione del calore corporeo tramite termoconduzione

- la rimozione di anidride carbonica CO2** tramite diffusione - la rimozione di prodotti di scarto vari tramite pressione osmotica e/o oncotica

Diffusione: processo grazie al quale i gas tendono ad annullare eventuali differenze di concentrazione, è descritta, tra le altre, dalle leggi di Henry e di Graham. Pressione osmotica: forza idrostatica che deve essere applicata affinché venga impedito il movimento da un compartimento ad un altro, separati da una membrana semipermeabile. Termoconduzione: trasmissione del calore per contatto.

(*) L'ossigeno O2 va difficilmente in soluzione nel sangue, il suo trasporto quindi è reso più semplice dalla emoglobina, una molecola situata all'interno dei globuli rossi, che lega a sè l'O2 e lo trasporta.

(**) L'anidride carbonica CO2 solitamente non si trova isolata, ma tramite l'enzima anidrasi carbonica si lega con l'acqua H2O per formare l'acido carbonico H2CO3. Successivamente l'acido carbonico, che è un acido debole, si dissocia parzialmente in ione bicarbonato HCO3- e ione H+: segue quindi che la concentrazione di H+ (e quindi il PH del sangue) è proporzionale alla concentrazione di CO2. L' HCO3- si combina con lo ione Na+ per formare bicarbonato di sodio NaHCO3. Per soddisfare gli scopi, il sistema circolatorio ha le seguenti possibilità:

- sistemi di trasporto del gas, usati per portare O2 e rimuovere C02 - sistemi di scambio sangue-aria (alveoli polmonari), usati per arricchire il sangue di O2 - sistemi di scambio sangue-tessuti (capillari) - sistemi di trasporto controcorrente, usati per la termoconduzione

Per sfruttare appieno le precedenti possibilità il sistema circolatorio deve tener conto delle seguenti esigenze...:

- per svolgere così varie azioni c'è bisogno di un mezzo di trasporto complesso, il sangue - la grande massa corporea richiede una rete di distribuzione ampia ed articolata, costituita quindi da un grande circolo, un piccolo circolo (polmonare) e un microcircolo capillare - la rete di distribuzione necessita di una pompa, il cuore

... tener conto di alcuni criteri di priorità...:

- è necessario soddisfare diversi distretti corporei soggetti a diversi tipi di lavoro meccanico (es: muscoli scheletrici e muscolo cardiaco), metabolico (es; cute, cervello) e con diverse riserve ischemiche (es: cuore, cervello)

... e infine rispettare alcuni elementari principi di economia:

- è d'obbligo utilizzare il minor volume possibile di sangue - è d'obbligo favorire i tessuti in attività senza però tralasciare quelli a riposo - deve essere possibile in determinate situazioni assicurare una erogazione massimale

Il cuore

Il cuore è essenzialmente una pompa premente. Il suo compito infatti è quello di pompare il sangue nell'aorta e quindi di far funzionare l'intera rete dei vasi. E' costituito da muscoli striati, che per contrarsi hanno bisogno di potenziali d'azione. A differenza di tutti gli altri muscoli striati del corpo però essi non rispondono a stimoli volontari, ma sono capaci di generare autonomamente i potenziali d'azione che servono a far battere il cuore.

La capacità di generare autonomamente i potenziali d'azione non risiede in una particolare zona del cuore: è una caratteristica propria di ogni sua parte. Diverse parti però possiedono diverse frequenze di auto-eccitamento: per esempio nell'essere umano il tessuto degli atri si contrae mediamente 70 volte/min, il tessuto dei ventricoli 40 volte/min.

Poichè se il potenziale d'azione si sviluppasse di volta in volta in zone diverse il cuore non avrebbe un battito costante* c'è bisogno che una delle diverse frequenze "comandi" sulle altre. La frequenza che inibisce le altre e si propaga su tutto il tessuto cardiaco nasce dal nodo seno-atriale, che quindi viene considerato il generatore primario del battito cardiaco. Esso è costituito da tessuto muscolare striato pallido (quindi con poca mioglobina), o tessuto miocardico specifico. (il resto del tessuto cardiaco viene detto tessuto miocardico comune).

(*) Si intende un battito costante in condizioni stazionarie. Al variare delle condizioni in cui ci si trova il battito cardiaco varia, ma ciò è dovuto ad altri meccanismi.

I potenziali d'azione generati dal nodo seno-atriale possono propagarsi su tutta la membrana del cuore attraverso i desmosomi o tight junctions, ossia addensamenti di matrice interstiziale che permettono il passaggio del potenziale d'azione da una cellula muscolare all'altra. Bisogna infatti ricordare che il cuore non possiede nervi, e non ci sono quindi sinapsi che trasportano i potenziali d'azione.

Un impedimento alla migrazione dei potenziali d'azione è costituito dallo scheletro cardiaco, costituito da tessuto connettivo fibroso. Ricordiamo che lo scheletro cardiaco è una lamina sulla quale si inseriscono le due valvole atrio-ventricolari, la valvola aortica e la valvola polmonare. I potenziali d'azione vengono trasportati attraverso lo scheletro cardiaco per mezzo del fascio di His, che prende origine dal nodo di Ashoff-Tawara, che è situato tra atrî e ventricoli, ed è in comunicazione con il nodo seno-atriale. Le diramazioni terminali del fascio di His sono dette fasci di Purkinje.

Il nodo seno-atriale produce periodicamente potenziali d'azione. Essi, nella fase iniziale, sono identici ai potenziali d'azione che abbiamo già trattato; dopo la fase di iperpolarizzazione però non tornano sul valore di -70 mV, ma risalgono nuovamente fino al valore soglia, da dove parte un nuovo potenziale. Essi sono poi più lunghi dei potenziali d'azione normali: durano circa 200 millisecondi.

La parte di grafico che va da -70 a alla soglia viene detto pre-potenziale. Esso può essere più o meno ripido: più è ripido prima giunge al valore soglia. E' proprio dalla sua pendenza che dipende la frequenza dei battiti cardiaci (fig.1). Questo effetto è detto cronotropo (vedi più avanti).

Propagandosi dal miocardio specifico al miocardio comune il grafico del potenziale subisce delle graduali modifiche, e giunge al miocardio comune sotto questa forma:

Quando arriva il potenziale d'azione la ddp passa quasi istantaneamente da -70 a +20 (picco), poi si mantiene per circa 300 msec su valori costanti di 0 mV (periodo di plateau), infine ritorna quasi istantaneamente a -70 mV (fig. 2)

L'elettrocardiogramma - L'elettrocardiogramma è una registrazione del potenziale d'azione risultante del cuore, somma dei singoli potenziali d'azione di ogni fibra. Consideriamo un preparato anatomico costituito da tessuto cardiaco, e un elettrodo posto esternamente abbastanza vicino ad esso, in modo che possa rilevare i cambiamenti causati dai potenziali d'azione sulla membrana esterna.

- Quando non ci sono potenziali d'azione l'elettrodo segna una linea costante (fig.1).

- Quando il potenziale d'azione (che si manifesta con una inversione del potenziale di membrana) si avvicina l'elettrodo segna una linea obliqua verso l'alto (fig. 2 - cariche negative in avvicinamento). Si tratta di una convenzione: sarebbe possibile far segnare all'elettrodo una linea obliqua verso il basso.

- Successivamente, quando le cariche sono totalmente invertite sulla membrana, l'elettrodo segna di nuovo una linea retta costante (fig. 3).

- Poi si ha la ri-inversione delle cariche, e l'elettrodo segna una linea obliqua verso l'alto (fig. 4 - cariche positive che si allontanano*).

- Come ultimo passaggio (fig. 5) l'elettrodo segna nuovamente una linea orizzontale, e si torna così alla figura 1.

(*) Nel tessuto cardiaco le ultime fibre che hanno subito l'inversione di segno (depolarizzazione) sono le prime, e non le ultime come accade negli altri tessuti muscolari, a ri-polarizzarsi. Ciò fa sì che l'elettrodo rilevi una presenza di cariche positive il allontanamento, e non in avvicinamento.

La propagazione del potenziale d'azione cardiaco

Consideriamo ora in maniera più approfondita come si propaga il potenziale d'azione, dal nodo seno-atriale ai ventricoli. Consideriamo un elettrodo posto esternamente al cuore.

1 - Il cuore è schematizzato, vediamo atri, ventricoli, nodo senoatriale e fascio di His (fig. 1).

2 - Il potenziale d'azione, indicato dalle frecce, inizia a propagarsi. Grafico: una linea retta poiché la "perturbazione" non è ancora ricevibile dall'elettrodo posto esternamente (fig. 2).

3 - Il potenziale d'azione sta eccitando gli atrî, il potenziale risultante è descritto dall'unica freccia della figura. L'elettrodo registra una "cunetta": l'onda P (fig. 3).

4 - Il potenziale d'azione viaggia lungo il fascio di His, per raggiungere i ventricoli. L'elettrodo registra una linea retta, detta isoelettrica falsa, come se non ci fossero potenziali d'azione. E' detta falsa poiché i potenziali d'azione ci sono, ma non sono rilevabili (fig. 4).

5 - Il potenziale d'azione eccita una prima parte dei ventricoli. E' indicato il vettore risultante. Grafico: linea obliqua verso il basso, detta onda Q (fig. 5).

6 - Il potenziale d'azione eccita una seconda parte dei ventricoli. E' indicato il vettore risultante. Grafico: linea obliqua verso l'alto, onda R (fig. 6).

7 - Il potenziale d'azione eccita la terza ed ultima parte dei ventricoli. E' indicato il vettore risultante. Grafico: linea obliqua verso il basso, seguita da una più piccola linea obliqua verso l'alto, che si riporta al livello della linea orizzontale di partenza, onda S (fig. 7).

8 - Tutto il cuore è stato depolarizzato dal potenziale d'azione originatesi dal nodo seno-atriale. Grafico: l'elettrodo segna una linea orizzontale, detta isoelettrica vera, poiché in effetti in questo momento non ci sono potenziali d'azione in nessuna parte del cuore (fig. 8).

9 - La ripolarizzazione dei ventricoli avviene in modo disordinato. In figura viene indicato il vettore risultante. Grafico: una "cunetta", onda T (fig. 9).

Riassunto punti precedenti: onda/e cuore

P depolarizzazione atriale Q,R,S ripolarizzazione atriale Q,R,S depolarizzazione ventricolare (sistole) T ripolarizzazione ventricolare (diastole)

L'elettrodo misura il risultato totale dei singoli potenziali. I due grafici uno sotto l'altro mettono in evidenza i rapporti che intercorrono tra la curva risultante misurata dall'elettrodo e le singole curve di potenziale di una singola fibra.

Riassunto punti precedenti: onda/e cuore

P depolarizzazione atriale Q,R,S ripolarizzazione atriale Q,R,S depolarizzazione ventricolare (sistole) T ripolarizzazione ventricolare (diastole)

L'elettrodo misura il risultato totale dei singoli potenziali. I due grafici uno sotto l'altro mettono in evidenza i rapporti che intercorrono tra la curva risultante misurata dall'elettrodo e le singole curve di potenziale di una singola fibra.

Riassunto punti precedenti: onda/e cuore

P depolarizzazione atriale Q,R,S ripolarizzazione atriale Q,R,S depolarizzazione ventricolare (sistole) T ripolarizzazione ventricolare (diastole)

L'elettrodo misura il risultato totale dei singoli potenziali. I due grafici uno sotto l'altro mettono in evidenza i rapporti che intercorrono tra la curva risultante misurata dall'elettrodo e le singole curve di potenziale di una singola fibra.

Le regolazioni estrinseche

Il sistema nervoso vegetativo ortosimpatico, che ha i suoi neuroni di partenza sistemati lungo la parte toracica del midollo spinale, è capace di modificare l'attività cardiaca attraverso i suoi collegamenti nervosi che giungono principalmente al tessuto miocardico specifico, e attraverso i collegamenti nervosi con le ghiandole surrenali, che stimolate rilasciano ormoni (adrenalina) che agiscono sul cuore più lentamente degli impulsi ma in modo più duraturo. I principali effetti (che sono eccitatori o positivi) dell'azione dell'ortosimpatico, che richiedono ognuno particolari recettori sul tessuto cardiaco, sono:

- l'effetto inotropo positivo: agisce sul tessuto miocradico comune: a parità di volume di sangue viene fatta aumentare la forza di contrazione (o inotropismo) del cuore.

- l'effetto cronotropo positivo: rendendo più "ripido" il pre-potenziale viene aumentata la frequenza cardiaca.

- l'effetto batmotropo positivo: rendendo più alta* (da -50 a -60 mV, per esempio) la soglia di eccitazione del tessuto cardiaco si aumenta l'eccitabilità del cuore. Come conseguenza si ha l'effetto dromotropo positivo, ossia l'aumento della velocità di conduzione dei potenziali d'azione (infatti si raggiunge più facilmente al valore soglia)

(*) più alta si intende in senso assoluto, considerando infatti il segno (-) -60 è più basso di -50.

Il sistema nervoso vegetativo parasimpatico, è capace di modificare l'attività cardiaca attraverso i suoi collegamenti nervosi (nervo vago) che giungono principalmente al tessuto miocardico specifico, e in particolare al nodo seno-atriale.

Poichè il parasimpatico è antagonista del simpatico, esso originerà effetti inibenti (negativi). L'effetto maggiore che il parasimpatico ha sul cuore è un effetto cronotropo negativo, a cui si possono aggiungere un effetto batmotropo negativo ed uno dromotropo negativo, ma di minor entità. Il parasimpatico non crea un effetto inotropo, poiché non innerva il tessuto miocardico comune, ma solo quello specifico.

Considerando la definizione di riflesso: "atto motorio involontario conseguente ad uno stimolo adeguato", possiamo considerare le modificazioni della attività cardiaca come dei riflessi. Un riflesso cardiaco è costituito quindi da:

- vie efferenti orto- e para-simpatiche che vanno dal bulbo al cuore: per la precisione dal bulbo prendono origine sia vie parasimpatiche (il parasimpatico è localizzato nel bulbo e nel midollo sacrale), sia altre vie che raggiungono il midollo spinale toracico, dal quale partono verso il cuore le vie orto-simpatiche vere (l'orto-simpatico è localizzato nel midollo spinale toracico).

- cuore, organo bersaglio o effettore dei comandi ricevuti dal bulbo, e poi - barocettori, che rilevano la pressione - vie afferenti che portano al bulbo le informazioni dalla periferia dei vasi.

I recettori e le vie afferenti

La pressione sanguigna può essere considerata il parametro principale del sistema cardio circolatorio. La pressione arteriosa, in particolare, deve poter essere mantenuta costante, aumentata o diminuita a seconda delle diverse esigenze dell'organismo. I principali "sensori" che controllano la pressione nelle arterie sono situati nell'arco aortico e alla biforcazione tra carotide esterna ed interna (non sono presenti nel cuore). Vengono chiamati barocettori, rilevatori di pressione, anche se in realtà rilevano lo stiramento della parete elastica delle arterie, conseguente (e proporzionale) alla pressione del sangue nelle arterie stesse.

Le informazioni dai barocettori raggiungono il bulbo, che ovviamente riceve molte altre informazioni da tutto il corpo. Dopo aver valutato tutte le informazioni in suo possesso il bulbo modifica in modo appropriato il comportamento del cuore, attraverso il sistema vegetativo orto e parasimpatico (meccanismi sopra visti).

I capillari

Lo scambio di gas e di sostanze tra il sangue ed i tessuti avviene tramite i capillari, ed è facilitato sia dal notevole valore risultante dalla somma di tutti i loro diametri, sia dalla ridotta velocità del sangue. Tutti gli organi del corpo umano sono irrorati, tranne gli epitelî di rivestimento, la cornea e il cristallino dell'occhio e le cartilagini completamente sviluppate.

La parete dei capillari è costituita da uno strato di cellule endoteliali e da una lamina basale. In alcuni organi, per esempio nell'encefalo, si trovano intorno alla parete dei capillari, alcune cellule contrattili che possono agire sui capillari stessi. Queste cellule sono dette periciti.

Le cellule endoteliali sono generalmente disposte una accanto all'altra. Lo scambio di sostanze avviene in entrambe le direzioni, attraverso le cellule (scambio transcellulare) oppure fra le cellule (scambio intercellulare). I capillari di vari organi possono presentare differenze tra loro. Di seguito vengono descritti tre importanti tipi di capillari.

- capillari con cellule endoteliali senza fenestrature - (muscoli, encefalo, polmoni), gli scambi sono di norma transcellulari e avvengono tramite pinocitosi

- capillari con cellule endoteliali con fenestrature - negli organi nei quali lo scambio di sostanze è notevole (anse intestinali, ghiandole endocrine) le cellule endoteliali si presentano in molti punti così assottigliate da formare delle fenestrature, probabilmente causate da una eccessiva attività di pinocitosi.

- capillari con cellule endoteliali che presentano spazi intercellulari - nei capillari sinusoidi del fegato e dei glomeruli renali esistono degli spazi tra una cellula e l'altra, in modo che le molecole dalle dimensioni adatte possono passare direttamente nei tessuti circostanti.

Il funzionamento dei capillari: l'ipotesi di Starling

Si può schematizzare il sistema arterìola - capillare - venula con una "U " (vedi figura 1). In un sistema di tal genere alcune sostanze escono e diffondono negli interstizi tessutali. Altre sostanze invece entrano nel capillare per essere drenate verso le vene. Il meccanismo con cui avvengono questi movimenti è spiegabile mediante diverse ipotesi. L'ipotesi che si basa sulle diverse pressioni nell'arterìola, nel capillare e nella venula è detta ipotesi di Starling.

Il sangue percorre l'arterìola con una pressione circa pari a 32 mmHg. Questa pressione fa muovere il sangue attraverso l'ansa capillare verso la venula. Questa stessa pressione fa uscire le sostanze appropriate dal capillare (pressione di filtrazione). La pressione di filtrazione è ostacolata dalla pressione oncotica, pari a circa 25 mmHg verso l'interno del capillare. La pressione di filtrazione risultante verso l'esterno quindi è data da 32-25 = 7 mmHg verso l'esterno del capillare.

Man mano che il sangue procede, essendo il suo flusso viscoso, incontra una resistenza R il cui valore è dato da: 8 v l/* r^4.

v = velocità, può avere piccole variazioni, la consideriamo costante l = lunghezza o distanza dal cuore, aumenta man mano che il sangue procede nei capillari r = raggio del capillare, può presentare piccole variazioni, lo consideriamo costante.

Poichè l'unica variabile è la lunghezza si ha che la resistenza aumenta mentre il sangue procede nel capillare.

Poichè il flusso F del sangue è definito come ÆP/R, affinché resti costante, all'aumentare di R deve aumentare anche ÆP (definita come pressione all'inizio del capillare meno pressione alla fine del capillare). L'incremento di ÆP è dato dalla diminuzione della pressione alla fine del capillare (tra capillare e venula vale circa 12 mmHg, nella vena cava vale 1 o 2 mmHg).

Considerando che tra capillare e venula la pressione verso l'esterno è di circa 12 mmHg, e che la pressione oncotica, che rimane costante, è di 25 mmHg verso l'interno, si ha una pressione di filtrazione risultante di 25-12 = 13 mmHg verso l'interno del capillare. Si può spiegare così sia l'espulsione delle sostanze utili ai tessuti da parte del capillare "arterioso" sia l'assorbimento delle sostanze da asportare da parte del capillare "venoso".

Tutte le sostanze che non vengono assorbite dalla rete capillare venosa vengono prelevate dai capillari linfatici. Essi quindi drenano liquidi e grosse molecole, operando a pressioni molto basse (12 mmHg circa, a livello dei capillari, 1 o 2 mmHg a livello dei grossi dotti linfatici).

Un eventuale aumento di pressione a livello dei capillari venosi può rendere nullo il ÆP verso l'interno del capillare, e ciò impedirà l'assorbimento dei liquidi interstiziali (edema).

I limiti quantitativi dell'irrorazione

Nella Introduzione al Sistema Cardiocircolatorio abbiamo visto che, a proposito dei princìpi di economia da rispettare, è necessario far uso del minor volume di sangue possibile, ossia: il sangue che un individuo possiede non è mai in grado di irrorare in maniera ideale tutti i distretti contemporaneamente.

NB: sebbene nel paragrafo precedente abbiamo semplificato il sistema arterìola - capillari - venula con una "U ", in realtà tra una arterìola ed una venula ci sono molti capillari, una vera e propria arborizzazione, che può essere più o meno chiusa. Nel caso essa sia completamente chiusa entra in funzione un canale (anasotomosi artero-venosa) che porta il sangue dall'arterìola direttamente nella venula, bypassando l'arborizzazione capillare.

L'equilibrio nella irrorazione di diversi distretti è reso possibile dalla capacità delle arterìole di impedire o permettere il passaggio del sangue verso i capillari che da esse si originano. Le arterìole infatti sono dotati di sfinteri pre-capillari, ossia ingrossamenti dello strato muscolare (liscio) innervati dall'ortosimpatico, che hanno la funzione di restringere i capillai, se necessario (l'allargamento avviene passivamente con la pressione sanguigna).

In ogni momento quindi molti capillari sono chiusi, ed una loro eventuale apertura (per motivi patologici o altro) causa una deficienza di sangue innanzitutto nelle strutture situare più in alto del cuore, ossia quelle che ricevono il sangue contro la forza di gravità.

Gli sfinteri pre-capillari sono sensibili anche a sostanze prodotte dagli interstizi del tessuto. Queste sostanze agiscono modificando la sensibilità dei capillari agli stimoli del sistema nervoso autonomo, cosicché si abbia un comportamento adeguato alla situazione "locale" (es: vasodilatazione locale). Quindi la situazione locale ha priorità sugli "ordini" mandati dal sistema nervoso, nel senso che può renderli più o meno efficaci.

Esempio: le sostanze presenti nell'apparato digerente in fase di assorbimento hanno proprietà vaso-dilatatrici, per facilitare l'assorbimento stesso. L'orto- ed il para-simpatico in questa situazione "controllano" che l'apparato digerente non convogli verso di se troppo sangue. Ci si può accorgere di una vasodilatazione locale tramite i barocettori, che rilevano nell'atrio destro una diminuzione del flusso di ritorno venoso.

Una variazione di questo genere viene comunicata al bulbo, che promuove essenzialmente una vaso-costrizione splancnica (il distretto splancnico è rappresentato dalla zona occupata dai visceri). Successivamente può essere aumentata la frequenza cardiaca e infine si può comandare una vaso-costrizione periferica in distretti che in quel momento non stanno "lavorando". Ricordiamo che la vasocostrizione non può essere attuata nella zona interessata alla vaso-dilatazione locale poiché lì le fibre muscolari sono state rese insensibili.

In casi particolari, quando due o più distretti impongono una vasodilatazione locale, il sangue può non essere sufficiente, e anche i meccanismi di equilibrio organizzati dal bulbo possono non bastare. Il primo distretto a risentire di questa situazione è il cervello, l'organo con la minor riserva ischemica. Ciò può provocare per esempio uno svenimento.

I capillari, il piccolo circolo ed il ritorno venoso

Il piccolo circolo (circolo polmonare) ha la funzione di ossigenare il sangue venoso, e di espellere l'anidride carbonica. Il nutrimento dei polmoni è assicurato invece dalle arterie polmonari, estranee al piccolo circolo. Il piccolo circolo è costituito da un vasto letto capillare e da piccole distanze: da ciò segue (si può applicare la formula della resistenza R e la definizione di flusso = ÆP/R) che esso è un circolo a bassa pressione e privo di pulsazioni.

Il sangue dai capillari torna alle vene e all'atrio destro perché viene spinto da varie forze, che in ordine di importanza sono:

- vis a tergo: ciò che rimane della spinta data dal ventricolo sinistro, tra capillari e venule ha un valore di circa 4 o 5 mmHg.

- vis a latere: forza originata principalmente dalla contrazione di venule e vene per mezzo dei muscoli che le circondano, ed originata in misura minore dagli accoppiamenti artero-venosi (le pulsazioni arteriose aiutano il sangue della vena adiacente a risalire)

- vis a fronte: forza di "aspirazione" esercitata dai polmoni: durante l'inspirazione l'abbassamento del diaframma causa nella cassa toracica una pressione negativa (minore di quella atmosferica). Le grosse vene che stanno nella cassa toracica, che lo ricordiamo hanno un lume che può essere allargato, risentono di questa differenza di pressione, e si verifica una "aspirazione". Contemporaneamente sotto la cassa toracica (sotto il diaframma) si ha un aumento della pressione, che spinge il sangue venoso verso il cuore.

Fisiologia dell'Apparato Respiratorio

Introduzione

La funzione principale dell'apparato respiratorio è di arricchire il sangue di ossigeno O2 e di eliminare l'anidride carbonica CO2. Esso contribuisce anche al mantenimento del PH del sangue (vedi il (**) nel § Introduzione del Sistema Cardiocircolatorio). I principali stadi implicati nel passaggio di O2 dalla atmosfera ai tessuti dell'individuo sono:

- ventilazione dell'alveolo polmonare. Poichè l'alveolo si trova all'interno del corpo (lontano dall'atmosfera) è necessario ricambiare attivamente l'aria negli alveoli. Questa attività si chiama ventilazione, mentre è improprio chiamarla respirazione.

- diffusione, ossia passaggio di O2 dall'alveolo al capillare e passaggio di CO2 dal capillare all'alveolo, avviene passivamente

- accoppiamento ventilazione/ flusso ematico: gli alveoli, oltre che ventilati, devono essere anche irrorati. Esistono però anche situazioni (non patologiche) nelle quali si può avere sono ventilazione o solo irrorazione.

- trasferimento di sostanze dai capillari alle cellule e viceversa, ciò avviene passivamente.

Durante lo studio dell'apparato respiratorio è bene ricordare che gli scambi respiratori sono passivi, ossia avvengono in seguito a determinate variazioni di pressione, mentre il trasporto dei gas (O2 e CO2) avviene attivamente. Tutti i meccanismi degli scambi respiratori possono essere descritti da alcune leggi dei gas, tra le quali:

- la legge dei gas ideali: Pressione * Volume = numero di moli * R (costante) * Temperatura - la legge di Dalton: pressione parziale = frazione molare * pressione totale, pi = xi * P - la legge di Henry: la concentrazione di un gas x disciolto in un liquido è direttamente proporzionale alla pressione del gas x soprastante il liquido.

La ventilazione polmonare

I polmoni non sono in grado di muovesti autonomamente. La cassa toracica ed i muscoli respiratori* hanno il compito di contrarre e distendere i polmoni. La cassa toracica è costituita da uno scheletro osseo (parte della colonna vertebrale, costole e sterno, quest'ultimo cartilagineo). Lo spazio intercostale è chiuso da muscoli intercostali, la parte inferiore è chiusa dal diaframma, quella superiore dai muscoli del collo, della trachea, dall'esofago e dai fasci vascolosi. L'unica apertura della cassa toracica è costituita dalla trachea.

(*) I muscoli respiratori possono essere divisi in muscoli obbligatori (vitali ) della ventilazione e accessori (non vitali). Fanno parte del primo gruppo il diaframma e gli intercostali. Fanno parte del secondo tutti i muscoli con una inserzione sulla gabbia toracica.

Il diaframma è necessario alla inspirazione, mentre non prende parte al processo di espirazione. E' formato da una lamina sottile, ed è inserito nella parte bassa della gabbia toracica. Ha la forma di una cupola rivolta verso l'alto, e centralmente possiede una zona tendinea, detta centro frenico, attraversata dall'esofago, dai grandi vasi eccetera. Il diaframma è innervato dal nervo frenico, che origina dai primi segmenti cervicali (i nervi dei muscoli intercostali invece escono dal midollo all'altezza dei muscoli stessi).

Il diaframma, nella ventilazione normale (eupnoica) contraendosi si abbassa di 2-3 cm, consentendo così un aumento del volume della cassa toracica pari a 250 ml circa.

Nella ventilazione il compito dei muscoli intercostali è quello di muovere le costole. Le costole sono articolate posteriormente con le vertebre, e anteriormente con lo sterno, e sono orientate verso l'avanti e verso il basso. L'articolazione costola-vertebra è una doppia articolazione, ossia una articolazione che permette quattro movimenti, che avvengono a due a due sempre insieme: apertura (= espansione toracica)/innalzamento e chiusura/abbassamento. Questi movimenti sono resi possibili dai muscoli intercostali e dal fatto che lo sterno è costituito da cartilagine, cosicché la parte anteriore delle costole risulta parzialmente mobile. I muscoli intercostali esterni sono responsabili dell'innalzamento delle costole, durante l'inspirazione, mentre gli intercostali interno sono responsabili dell'abbassamento delle costole, durante l'espirazione (ma come vedremo nel prossimo paragrafo il loro compito è solo parziale).

Meccanica dell'inspirazione

Le costole si alzano, sotto l'azione dei muscoli intercostali esterni, poiché:

- la prima costola è fissa alla clavicola, e quindi non può essere nè sollevata nè abbassata - i muscoli intercostali esterni, per questioni meccaniche di leve, nella loro contrazione tirano in sù con più forza le costole inferiori e tirano in giù con meno forza le costole superiori alle quali sono legati, cosicché si ha un movimento risultante verso l'alto. Ciò accade perchè i muscoli intercostali esterni presentano una inserzione indietro e in alto rispetto alle costole alle quali giungono con l'altra inserzione, cosicché presentano una leva migliore sulla costola più lontana, ossia quella inferiore, ciò causa un movimento risultante verso l'alto.

Quando si contrae il muscolo intercostale situato tra la prima e la seconda costola, essendo la prima costola bloccata, esso non può far altro che sollevare e bloccare la seconda. Il secondo muscolo intercostale, situato tra la seconda e la terza costola, essendo la seconda bloccata non può far altro che sollevare la terza e così via.

L'allargamento/innalzamento delle costole crea un aumento di volume pari a 250 ml circa. In particolare l'allargamento aumenta il diametro laterale, e l'innalzamento aumenta il diametro antero-posteriore della cassa toracica. Considerando sia l'effetto del diaframma, sia quello dei movimenti delle vertebre, si ha un aumento di volume totale di 500 ml. L'aumento di volume crea una conseguente diminuzione di pressione, cosicché l'aria viene "aspirata" dall'esterno verso l'interno. (La quantità d'aria inspirata con una inspirazione normale viene detta volume corrente).

I polmoni e la gabbia toracica, l'espirazione

I polmoni sono rivestiti dalla pleura, che possiede due strati, tra i quali è contenuta una quantità minima di liquido pleurico, che ha la funzione di tenere attaccati i due foglietti pleurici, che a loro volta sono attaccati uno alla parete del polmone, e l'altro alla parete della gabbia toracica. Inoltre il liquido pleurico distribuisce la pressione della gabbia toracica in maniera uniforme su tutta la superficie polmonare (Legge di Pascal: la pressione applicata sulla superficie libera di un fluido si propaga su tutte le pareti del contenitore in maniera uguale )

Un'eventuale entrata di aria tra i due foglietti della pleura li separerebbe ed essa non sarebbe più in grado di far aderire il polmone alla cassa toracica. I polmoni quindi si ripiegherebbero su loro stessi.

I polmoni infatti tendono a collassare, mentre la cassa toracica tende ad allargarsi. Polmoni e cassa toracica sono in equilibrio soltanto nell'attimo in cui si termina di espirare l'aria, in condizioni normali (dopo una espirazione forzata non è una condizione di equilibrio). Ciò è importante, poiché significa che l'espirazione è un fatto "spontaneo", infatti tende all'equilibrio, mentre l'inspirazione richiede un notevole lavoro muscolare.

Proprio per questo i muscoli intercostali interni, deputati all'abbassamento delle vertebre durante l'espirazione, devono svolgere un compito minimo, poiché il sistema tende spontaneamente alla condizione post-espiratoria. Essi invece sono importanti nella espirazione forzata.

Durante la fase della inspirazione il diaframma si contrae e le costole si allagano e si sollevano. Siccome il torace e i polmoni possiedono differenti raggi di curvatura essi scivolano sull'interno della cassa toracica; lo scivolamento è reso possibile dal liquido pleurico. Alla fine di una inspirazione in condizioni normali il diaframma e gli intercostali esterni finiscono di contrarsi, e dopo l'espirazione si torna alla condizione di equilibrio, senza dispendio di energia.

Nel caso di inspirazione o espirazioni forzate aumenta il volume dell'aria ispirato o espirata. Questi volumi possono essere misurati con lo spirometro (fig. 1).

Tutte le sostanze che non vengono assorbite dalla rete capillare venosa vengono prelevate dai capillari linfatici. Essi quindi drenano liquidi e grosse molecole, operando a pressioni molto basse (12 mmHg circa, a livello dei capillari, 1 o 2 mmHg a livello dei grossi dotti linfatici).

Un eventuale aumento di pressione a livello dei capillari venosi può rendere nullo il ÆP verso l'interno del capillare, e ciò impedirà l'assorbimento dei liquidi interstiziali (edema).

I limiti quantitativi dell'irrorazione

Nella Introduzione al Sistema Cardiocircolatorio abbiamo visto che, a proposito dei princìpi di economia da rispettare, è necessario far uso del minor volume di sangue possibile, ossia: il sangue che un individuo possiede non è mai in grado di irrorare in maniera ideale tutti i distretti contemporaneamente.

NB: sebbene nel paragrafo precedente abbiamo semplificato il sistema arterìola - capillari - venula con una "U ", in realtà tra una arterìola ed una venula ci sono molti capillari, una vera e propria arborizzazione, che può essere più o meno chiusa. Nel caso essa sia completamente chiusa entra in funzione un canale (anasotomosi artero-venosa) che porta il sangue dall'arterìola direttamente nella venula, bypassando l'arborizzazione capillare.

L'equilibrio nella irrorazione di diversi distretti è reso possibile dalla capacità delle arterìole di impedire o permettere il passaggio del sangue verso i capillari che da esse si originano. Le arterìole infatti sono dotati di sfinteri pre-capillari, ossia ingrossamenti dello strato muscolare (liscio) innervati dall'ortosimpatico, che hanno la funzione di restringere i capillai, se necessario (l'allargamento avviene passivamente con la pressione sanguigna).

In ogni momento quindi molti capillari sono chiusi, ed una loro eventuale apertura (per motivi patologici o altro) causa una deficienza di sangue innanzitutto nelle strutture situare più in alto del cuore, ossia quelle che ricevono il sangue contro la forza di gravità.

Gli sfinteri pre-capillari sono sensibili anche a sostanze prodotte dagli interstizi del tessuto. Queste sostanze agiscono modificando la sensibilità dei capillari agli stimoli del sistema nervoso autonomo, cosicché si abbia un comportamento adeguato alla situazione "locale" (es: vasodilatazione locale). Quindi la situazione locale ha priorità sugli "ordini" mandati dal sistema nervoso, nel senso che può renderli più o meno efficaci.

Esempio: le sostanze presenti nell'apparato digerente in fase di assorbimento hanno proprietà vaso-dilatatrici, per facilitare l'assorbimento stesso. L'orto- ed il para-simpatico in questa situazione "controllano" che l'apparato digerente non convogli verso di se troppo sangue. Ci si può accorgere di una vasodilatazione locale tramite i barocettori, che rilevano nell'atrio destro una diminuzione del flusso di ritorno venoso.

Una variazione di questo genere viene comunicata al bulbo, che promuove essenzialmente una vaso-costrizione splancnica (il distretto splancnico è rappresentato dalla zona occupata dai visceri). Successivamente può essere aumentata la frequenza cardiaca e infine si può comandare una vaso-costrizione periferica in distretti che in quel momento non stanno "lavorando". Ricordiamo che la vasocostrizione non può essere attuata nella zona interessata alla vaso-dilatazione locale poiché lì le fibre muscolari sono state rese insensibili.

In casi particolari, quando due o più distretti impongono una vasodilatazione locale, il sangue può non essere sufficiente, e anche i meccanismi di equilibrio organizzati dal bulbo possono non bastare. Il primo distretto a risentire di questa situazione è il cervello, l'organo con la minor riserva ischemica. Ciò può provocare per esempio uno svenimento.

I capillari, il piccolo circolo ed il ritorno venoso

Il piccolo circolo (circolo polmonare) ha la funzione di ossigenare il sangue venoso, e di espellere l'anidride carbonica. Il nutrimento dei polmoni è assicurato invece dalle arterie polmonari, estranee al piccolo circolo. Il piccolo circolo è costituito da un vasto letto capillare e da piccole distanze: da ciò segue (si può applicare la formula della resistenza R e la definizione di flusso = ÆP/R) che esso è un circolo a bassa pressione e privo di pulsazioni.

Il sangue dai capillari torna alle vene e all'atrio destro perché viene spinto da varie forze, che in ordine di importanza sono:

- vis a tergo: ciò che rimane della spinta data dal ventricolo sinistro, tra capillari e venule ha un valore di circa 4 o 5 mmHg.

- vis a latere: forza originata principalmente dalla contrazione di venule e vene per mezzo dei muscoli che le circondano, ed originata in misura minore dagli accoppiamenti artero-venosi (le pulsazioni arteriose aiutano il sangue della vena adiacente a risalire)

- vis a fronte: forza di "aspirazione" esercitata dai polmoni: durante l'inspirazione l'abbassamento del diaframma causa nella cassa toracica una pressione negativa (minore di quella atmosferica). Le grosse vene che stanno nella cassa toracica, che lo ricordiamo hanno un lume che può essere allargato, risentono di questa differenza di pressione, e si verifica una "aspirazione". Contemporaneamente sotto la cassa toracica (sotto il diaframma) si ha un aumento della pressione, che spinge il sangue venoso verso il cuore.

Lo spazio morto

Il volume dello spazio morto è il volume dell'apparato respiratorio che non partecipa allo scambio gassoso. Si può dividere in spazio morto anatomico (bronchi fino agli alveoli, trachea, laringe, bocca): non prende parte allo scambio gassoso perché la sua costituzione anatomica glielo impedisce e in spazio morto fisiologico (alveoli non funzionali): potrebbero prendere parte agli scambi gassosi ma l'assenza momentanea di sangue e/o ventilazione non glielo permettono.

La presenza del volume residuo e dello spazio morto comportano una diversa composizione tra l'aria che si trova all'interno del polmone e quella che si trova all'esterno.

Dopo una espirazione eupnoica lo spazio morto è occupato dal volume residuo (150 ml) di aria che ha partecipato agli ultimi scambi (aria povera di ossigeno). La successiva inspirazione, oltre a portare dall'esterno aria ricca di ossigeno (450 ml circa), riporta nel polmone i 150 ml dello spazio morto, mentre la trachea si riempie di 150 ml di aria atmosferica.

Nella espirazione la prima aria ad uscire è quella atmosferica situata nella trachea, poi esce l'aria polmonare, e alla fine della espirazione restano nella trachea 150 ml di aria alveolare povera di ossigeno. Lo spazio morto serve a scaldare e umidificare l'aria prima che essa raggiunga gli alveoli, in modo che non sottragga loro calore e umidità.

I gradienti di concentrazione dei gas respiratori

L'aria atmosferica possiede le seguenti pressioni parziali:

O2 160 mmHg CO2 1 o 2 mmHg Azoto e vapor acqueo 500 mmhg

A livello alveolare, dopo che l'aria atmosferica è stata mischiata all'aria povera di ossigeno che stava nello spazio morto, si riscontrano i seguenti valori:

O2 100 mmHg CO2 40 mmHg

Il sangue venoso che arriva agli alveoli presenta:

O2 40 mmHg CO2 46 mmHg

O2 ha un gradiente di 100-40 = 60 mmHg verso i capillari CO2 ha un gradiente di 46-6 = 6 mmHg verso gli alveoli

Gli scambi gassosi avvengono tutti passivamente, seguendo il gradiente di concentrazione. La struttura capillare ed alveolare permette di raggiungere l'equilibrio tra le concentrazioni di O2 e CO2 di alveoli e sangue venoso.

Gli scambi avvengono attraverso l'endotelio e la membrana basale capillare e dell'alveolo e l'epitelio dell'alveolo. Gli alveoli, oltre che dalla membrana basale, sono ricoperti dal liquido alveolare che ne impedisce la disidratazione. In questo liquido si scioglie e si diffonde l'ossigeno, che successivamente viene "catturato" dall'emoglobina. Il liquido alveolare poi contiene delle sostanze tensioattive, dette surfactanti, che hanno il compito di regolare la tensione superficiale degli alveoli.

L'ossigeno, subito dopo il passaggio alveolare, come abbiamo visto, raggiunge una pressione parziale di 100 mmHg. Nell'atrio sinistro, a causa di anastomosi tra il distretto polmonare e quello bronchiale, raggiunge pressioni parziali un pò inferiori.

Infatti la vascolarizzazione dei bronchi è assicurata dalle arterie e dalle vene bronchiali. Queste, dopo aver nutrito il tessuto polmonare immettono parte del sangue povero di ossigeno nelle vene polmonari, perché esse hanno una pressione minore. Il sangue delle vene polmonari, ricco di ossigeno viene quindi parzialmente "sporcato", ma ciò non provoca inconvenienti.

Alcune informazioni in più

- Se si respirasse solo O2 in breve tempo si avrebbe un aumento del PH del sangue o alcalosi (diminuzione della concentrazione di CO2). Il rene non riuscirebbe a compensare questa situazione, e si avrebbe un avvelenamento da O2, consistente in vari disturbi metabolici ed errori di regolazione (tra i quali diminuzione dell'irrorazione sanguigna). Nei neonati una prolungata respirazione di O2 puro è casua di cecità.

- L'emoglobina è costituita da un gruppo eme e dalla globina, capace di legare quattro molecole di O2. Queste molecole non si legano tutte con la stessa facilità: più è l'ossigeno legato all'emoglobina più sarà facile legare le molecole successive (non si tratta però di una relazione lineare). Il fatto che la capacità di legarsi sia facilitata dalla quantità di molecole già legate è detto effetto allosterico.

La relazione tra la p. parziale di O2 e la saturazione dell'emoglobina è di tipo sigmoide:

1) inizialmente è necessario aumentare notevolmente la pressione parziale dell'ossigeno per ottenere una certa percentuale di emoglobina saturata

2) Successivamente anche con un piccolo aumento di pressione parziale si ha un grande aumento della percentuale di molecole di emoglobina saturate. Questa situazione (pressione parziale compresa tra 15 e 45 mmHg) può essere ben sfruttata a livello dei capillari e dei tessuti, dove a piccole diminuzioni di pressione parziale seguono grandi liberazioni di O2 dall'emoglobina.

(a 20 mmHg di pressione parziale l'emoglobina è saturata al 40% a 40 mmHg di pressione parziale l'emoglobina è saturata all'80 %)

Nel caso un tessuto lavori molto la pressione parziale di O2 diminuisce velocemente e l'emoglobina lo rilascia con sempre più parsimonia. Se ci si trova in un muscolo scheletrico in In tal caso può intervenire la mioglobina, che possiede una forte affinità per l'ossigeno. Se il lavoro è così intenso da consumare anche l'ossigeno unito alla mioglobina, si va incontro ad un debito di ossigeno, da pagarsi dopo lo sforzo attraverso una respirazione affannosa.

3) Un ulteriore aumento di pressione non produce grandi cambiamenti nella percentuale di emoglobina saturata (ci si avvicina in modo asintottico al 100% di saturazione)

Mobilità della curva di dissociazione dell'emoglobina: un aumento della temperatura e un abbassamento del PH (causato dai metaboliti intermedi del catabolismo energetico) "spostano" la curva verso destra (viene facilitata la liberazione di O2): ciò può avvenire a livello muscolare. A livello polmonare invece la temperatura è più bassa (inspirazione di aria dall'esterno) e non c'è abbassamento del PH, quindi a parità di pressione parziale c'è più emoglobina satura nel polmone che nei muscoli.

Il volume corrente è di 500 ml. In condizioni normali si compiono 15 atti respiratori al minuto. La ventilazione polmonare ha quindi un valore di 500ml * 15 = 7.5 litri/min. Se togliamo 150ml * 15 = 2.25 litri di spazio morto otteniamo una ventilazione efficace di 7.5 - 2.25 = 5.25 l/min. Ai capillari alveolari giungono circa 5 l/min di sangue. Il rapporto ventilazione/irrorazione è quindi praticamente 1:1.

Le regolazioni dell'attività polmonare

Il polmone deve garantire un adeguato apporto di O2 ed una adeguata rimozione di CO2. Per far fronte a questi compiti c'è bisogno di alcuni recettori che iniviino ai centri coordinatori informazioni sulla situazione ematochimica. Questi recettori sono:

- chemocettori periferici situati nell'arco aortico e nella carotide (glomi aortici e carotidei); si tratta di recettori del secondo tipo, sensibili ai cambiamenti di pressioni parziali (O2 e CO2). Giungono al bulbo come rami del nervo vago e del glossofaringeo.

- chemocettori centrali (nel bulbo) sono situati presso i centri respiratori (uno inspiratorio e uno espiratorio). Questi sono coordinati da un centro del ponte detto centro apneustico, a sua volta controllato dal centro pneumotassico, situato tra ponte e mesencefalo. Quest'ultimo riceve istruzioni da altre strutture superiori tra le quali c'è la corteccia.

I centri apneustico e pneumotassico ricevono informazioni dai chemocettori e dai meccanocettori (lenti e veloci) del parenchima polmonare e toracico, che registrano gli stiramenti che avvengono in loco.

I meccanocettori a rapido adattamento (veloci) scaricano non appena il polmone si dilata, e la scarica è tanto più notevole quanto più è ampia l'inspirazione, possiedono sinapsi eccitatorie col centro bulbare inspiratorio. Quindi una inspirazione ampia sarà naturalmente più veloce (aumenterà la frequenza delle inspirazioni), e solo con la volontà si riesce a fare una inspirazione ampia e lenta.

I meccanocettori a lento adattamento scaricano durante tutto il tempo della inspirazione, e più l'inspirazione è lunga più è notevole la scarica. Possiedono sinapsi inibitorie con il centro bulbare inspiratorio, presso il quale essi promuovono la fine della inspirazione.

La muscolatura della cassa toracica è normale muscolatura scheletrica, innervata da alfa-motoneuroni che escono a livello toracico (intercostali) o bulbare (diaframma). L'alternanza delle contrazioni dei muscoli inspiratori ed espiratori è resa possibile da adeguate sinapsi eccitatorie ed inibitorie che collegano i centri espiratori ed inspiratori.

Quando, durante l'inspirazione, i neuroni del centro inspiratorio scaricano sugli alfa-motoneuroni dei muscoli inspiratori (tramite vie ponto-spinali), contemporaneamente mandano ai neuroni del centro espiratorio delle sinapsi inibitorie e eccitatorie. All'inizio della inspirazione le sinapsi inibitorie sono la maggioranza, ma man mano che l'inspirazione si compie le sinapsi eccitatorie diventano sempre più importanti fino a che, a inspirazione completata, scatta l'espirazione. (durante l'espirazione gli alfa-motoneuroni del centro espiratorio compiono un lavoro concettualmente identico su quelli del centro inspiratorio).

Alterazioni dei ritmi respiratori

Un respiro non regolare, in condizioni patologiche, è segno che le strutture superiori al bulbo sono state danneggiate, poiché esse sono indispensabili alla regolazione precisa dell'alternanza espirazione/inspirazione. Il centro apneustico possiede neuroni che attivano il centro inspiratorio. Il centro pneumotassico possiede neuroni che inibiscono il centro apneustico. La collaborazione di questi due centri permette di avere un respiro regolare.

Se si impedisce al centro pneumotassico di agire, si avrà un respiro comandato essenzialmente dal centro apneustico, ossia costituito da rapide espirazioni e lunghe inspirazioni. Anche sezioni del nervo vago causano modificazioni della attività respiratoria: il ritmo della respirazione viene mantenuto, ma ne aumenta l'ampiezza. L'ampiezza verrebbe ulteriormente aumentata se venissero a mancare le informazioni dai chemocettori centrali.

Regolazione chimica della ventilazione

La regolazione chimica della ventilazione è responsabile degli adattamenti dell'organismo a seconda delle condizioni "ambientali" (situazione del PH, delle concentrazioni di O2 e CO2). La ventilazione aumenta all'aumentare del PH, raggiunti però PH troppo elevati la respirazione tende nuovamente a diminuire (condizioni di tossicità).

Anche l'incremento del lavoro muscolare provoca un aumento della respirazione (e della frequenza cardiaca), in modo che si possa far fronte alla maggio quantità di ossigeno richiesta dall'organismo. (Il PH arterioso si modifica, divenendo più acido*, solo in seguito ad un lavoro muscolare che porti la frequenza cardiaca a 120 o 130 battiti al minuto, poiché prima vari sistemi tampone come bicarbonato e fosfato, riescono a mantenerlo costante.

(*) la concentrazione sanguigna di H+, determinante l'acidità, come abbiamo visto, è proporzionale alla concentrazione di CO2

Il debito di ossigeno dopo uno sforzo

Il debito di ossigeno può essere spiegato in questo modo: la nostra fonte primaria di energia è costituita dall'ATP. Riserve troppo ingenti di ATP però impediscono il metabolismo cellulare, cosicché è preferibile formare dall' ATP + c dell' ADP e cP. Il composto cP si chiama fosfocreatina, e il suo legame è molto energetico, e "racchiude" l'energia prima presente dell'ATP. In condizioni di necessità dalla cP e dall'ADP si può ri-ottenere dell' ATP, da usare come fonte di energia. L'energia fornita dalla cP contenuta nei muscoli dura fino a 10 secondi circa, non di più. Per sforzi più prolungati la produzione di cP avviene tramite il metabolismo del glucosio e poi, quando questo sia esaurito, tramite il metabolismo dei grassi e delle proteine.

Una fonte continua di cP e glucosio è rappresentata dai prodotti del ciclo di Krebs, che è continuamente attivo nell'organismo. Esso tuttavia nel caso di sforzi improvvisi e intensi non riesce a fornire una sufficiente concentrazione di cP, cosicchè si deve ricorrere alla glicolisi anaerobica, che rende l'energia subito disponibile in grandi quantità. La glicolisi anaerobica però lascia anche dei "rifiuti" come l'acido piruvico, convertito poi in acido lattico. L'acido lattico libera degli ioni H+, e successivamente viene "immesso" dal cuore nel ciclo di Krebs e nel fegato, dove viene riconvertito in glicogeno.

Il ciclo di Krebs è in grado di elimare l'acido lattico, ma per "funzionare" ha bisogno di ossigeno. La respirazione affannosa che persiste dopo lo sforzo fisico è il segnale che il ciclo di Krebs stà lavorando. Esso è capace di ri-sintetizzare, partendo dall'acido lattico, cP e glucosio.

Fisiologia dell'Apparato Urinario

Introduzione

Il rene ha la funzione di depurare il sangue, rimovendo le sostanze non utili. Altri organi che servono a uno scopo simile, sebbene operino in maniera del tutto diversa, sono i polmoni. La procedura di filtraggio seguita dal rene è particolare: in un primo tempo esso "scarta" gran parte del plasma (urina primaria) e successivamente recupera da esso molte sostanze, preparando all'espulsione un fluido (urina secondaria) costituito solo da sostanze di scarto (oltreché acqua, ovviamente).

I reni sono funzionalmente legati al fegato: il fegato ha funzione di "demolitore" di sostanze, e il rene ha la funzione di eliminatore delle sostanze demolite ed inutili.

Cenni di anatomia

Il glomerulo renale, sistema che opera a notevole pressione, fa una ultrafiltrazione del sangue. La sua barriera filtrante è rappresentata dall'endotelio dei capillari glomerulari e dalla membrana basale dei capillari stessi e della capsula di Bowmann. Nè gli elementi corpuscolari del sangue nè le grosse proteine possono oltrepassare questa barriera. Soltanto la parte fluida e alcune piccole proteine riescono a passare il filtro del glomerulo, vanno a costituire l'ultrafiltrato primario (urina primaria), che quindi è costituito dalla parte plasmatica del sangue, privato delle proteine.

L'arterìola afferente al glomerulo arriva fino a 70 mmHg, quindi è molto maggiore della pressione che si misura normalmente nelle arterìole che, lo ricordiamo, raggiunge i 32 mmHg. Questa pressione più alta della norma, che favorisce la ultrafiltrazione, è causata dalla presenza di due distretti capillari in serie, che aumentano la pressione a monte e la diminuiscono a valle. Questi due distretti sono: la capillarizzazione glomerulare e la capillarizzazione post-glomerulare.

NB: la maggiore pressione può essere anche in parte dovuta alla vicinanza dell'aorta (che dista solo qualche centimetro dai reni): si ricordi infatti che la resistenza fa diminuire la pressione, e quindi capillari con poca resistenza, come in questo caso, hanno pressioni di scorrimento più alte. Forse anche il diametro dell'arterìola efferente del glomerulo (che è minore di quello della afferente) può provocare un aumento della pressione, ma ciò non è sicuro: si consideri che c'è una diminuzione del diametro, ma anche una diminuzione del flusso (la parte del sangue che va a formare l'urina primaria non giunge all'arterìola efferente).

Poichè la parte corpuscolare del sangue che attraversa il glomerulo non è interessata da alcuna fase della filtrazione, è utile che il sangue che arriva al glomerulo sia impoverito delle componente corpuscolare, per motivi di economia di esercizio. Si consideri che prima di arrivare al glomerulo le arterie subiscono più di una diramazione: i rami però non si staccano dall'arteria principale in maniera "normale", ma presentano un angolo retto. In questo modo la parte corpuscolare del sangue, che viaggia al centro del vaso per motivi fisici di flusso viscoso, difficilmente entra nelle diramazioni perpendicolari. Così il sangue arriva al glomerulo risulta parzialmente impoverito di componente corpuscolare: si dice che ha un valore ematocrito minore della norma. Il valore normale viene recuperato dopo il glomerulo. (fig 3).

Valori di filtrazione, la clearance dell'inulina

La quantità di plasma depurato dai reni si può calcolare iniettando in una vena dell'inulina, una sostanza innocua che si scioglie nella componente plasmatica del sangue. Essa non viene nè riassorbita dopo il glomerulo nè viene in alcun modo assimilata dall'organismo. Si misura la concentrazione di inulina nel sangue (Pi) e poi nelle urine (Ui). Si considera anche la quantità di urina prodotta (V). Il valore (detto clearance) Ui * V / Pi, che ha unità di misura ml/min indica quanti ml di plasma vengono depurati dall'inulina ogni minuto.

Questo valore equivale alla quantità di plasma depurato da entrambi i reni. Un valore normale è 127 ml/min (= 183 l/24h circa). Poichè il plasma costituisce circa il 50% del volume del sangue (l'atro 50% è parte corpuscolare) si deduce che i reni filtrano in totale 183 * 2 = 366 l/24h circa. Immettendo diverse quantità di inulina si ottengono gli stessi risultati, poiché aumentano sia Ui che Pi.

Poichè si hanno circa 2.5* litri di plasma (altri 2.5 l sono di parte corpuscolare) si ha che il plasma, in un giorno, viene filtrato 183/ 2.5 = 73 volte circa. (*) La quantità di sangue (parte corpuscolare + plasma) può essere considerata approssimativamente come il 7% del peso corporeo.

Valori di flusso plasmatico renale, la clearance del PAI

Immettendo nel circolo sanguigno dell'acido para-amminippurico, con calcoli concettualmente identici a quelli fatti per l'inulina, si può ottenere un valore del flusso plasmatico renale.

Il PAI non viene filtrato dal glomerulo, e passa (quasi) totalmente nella capillarizzazione post-glomerulare. Da lì però, viene espulso verso i tubuli contorti (90% al primo passaggio). La clearance dal PAI quindi è una misura approssimata del flusso plasmatico renale, vale 625 ml/min circa, e risulta mediamente cinque volte superiore alla clearance dell'inulina.

La quantità di sangue (plasma + parte corpuscolare) trattata dal glomerulo in 24h si ottiene in questo modo: 0.625 l/min (clearance PAI) * 60 min * 24h * 2 = 1800 l/24h. Si moltiplica per due poiché il valore di clearance del PAI si riferisce sono a 50% del sangue, (infatti si riferisce solo al plasma). Considerato che un individuo possiede 5 litri di sangue, esso in 24h verrà filtrato 1800 : 5 = 360 volte.

Di seguito ci sono alcuni valori di filtrazione, riassorbimento ed escrezione tramite l'urina.

Sostanza ml o gr. filtrati ml o gr. riassorbiti ml o gr. di escrezione

Acqua 180 178.5 1.5 NaCl 1500 1185 15 Bicarbonato 255 255 0 Glucosio 170 170 0 Urea 50 30 20

Il riassorbimento dell'acqua

Il 60% dell'acqua ultrafiltrata dal glomerulo viene riassorbita quando si trova nel tubulo contorto prossimale, il 20% nell'ansa di Henle, il 10% nel tubulo contorto distale, il 9% nei tubuli collettori. L'urina che raggiunge il bacinetto renale quindi possiede l'1% della quantità d'acqua della urina primaria.

Cosa avviene nei tubuli - I meccanismi di riassorbimento* in entrambi i tubuli (prossimale e distale) sono passivi e dipendenti da fenomeni attivi. Questi fenomeni sono costituiti dall'attività di alcune pompe situate nei tubuli. Queste pompe, attivate (con dispendio di energia) dall'ossigeno portato dal sangue nel rene, spostano dall'interno del tubulo verso l'esterno (interstizio renale) delle sostanze, come i sali. In questo modo essi diventano più concentrati all'esterno del tubulo, e cosi l'acqua tende a "seguirli" ed esce anch'essa dal tubulo, causando una concentrazione dell'urina (riassorbimento dell'acqua).

Per questo motivo si parla di un meccanismo passivo (l'acqua esce spontaneamente senza dispendio di energia) dipendente da uno attivo (le pompe). Il meccanismo sopra descritto viene detto riassorbimento obbligatorio, poiché non è in alcun modo modificabile dall'organismo.

(*) Per riassorbimento di una sostanza si intende sempre la sua uscita dal tubulo contenente l'urina e la immissione nel tessuto o nei vasi del rene.

Cosa avviene nell'ansa di Henle - Nell'ansa di Henle si ha un altro processo di riassorbimento, questa volta basato sul principio di controcorrente. La parete della parte discendente dell'ansa è permeabile sia all'acqua che ai sali. Considerando che man mano che si scende nella zona midollare la concentrazione salina aumenta (osmolarità crescente: si passa da 300 a 1200 milliosmoli o mosm) segue che l'acqua tende a uscire dall'ansa (che all'inizio presenta una concentrazione pari a 300 milliosmoli). Per lo stesso motivo Na+ tende ad entrare nell'ansa.

Nella parte più bassa dell'ansa l'urina raggiunge una concentrazine pari a 1100 mosm (non si raggiunge un completo equilibrio poiché l'ansa non è completamente permeabile all'acqua, ma la sua permeabilità è influenzata da un ormone, l'ADH, ma questo lo vedremo più avanti).

La parte ascendente dell'ansa di Henle è impermeabile all'acqua (che tenderebbe ad entrare poiché all'interno si ha una concentrazione di 1100 mosm mentre risalendo la concentrazione all'esterno diminuisce). Essa è invece permeabile a Na+, che tende a uscire, portando l'urina alla fine della parte ascendente dell'ansa a valori di concetrazione pari a 100 milliosmoli. A rigor di logica l'equilibrio con l'interstizio renale, che qui ha valori di 300 milliosmoli, dovrebbe dare origine ad una urina anch'essa concentrata a 300 milliosmoli. Na+ però esce con tal "vigore" che fa scendere la concentrazione fino a 100 milliosmoli. Questa uscita di Na+ contro il gradiente di concentrazione è resa possibile dalla presenza di pompe specifiche, pilotate dall'aldosterone.

L'aldosterone è un ormone steroideo, appartenente al tipo dei mineralcorticoidi, prodotto dalla zona corticale della ghiandola surrenale.

Cosa avviene nel tubulo contorto distale - Nel tubulo contorto distale si verificano eventi del tutto simili a quelli che avvengno nel tubulo prossimale. Poichè l'urina proveniente dall'ansa di Henle possiede un valore di 100 milliosmoli l'acqua tende a uscire dal tubulo, poiché l'interstizio renale possiede una osmolarità pari a 300 milliosmoli. Si ricordi che la parte ascendente dell'ansa era impermeabile all'acqua, mentre il tubulo distale è presenta una parete nuovamente permeabile.

Questo evento viene detto riassorbimento facoltativo, poiché esso è variabile. Infatti l'aldosterone può portare la concentrazione nell'ansa di Henle da 100 fino a 80 o 60 milliosmoli, e più è bassa la concentrazione nell'ansa (e quindi poi nel tubulo distale) maggiore sarà il riassorbimento dell'acqua.

Cenni sui farmaci diuretici

I farmaci diuretici sono essenzialmente di due tipi. Farmaci di tipo anti-aldosterone inibiscono l'aldosterone e quindi, poiché esso non può far uscire dal tubulo il sodio, nemmeno l'acqua ha motivo di uscire (si ricordi l'uscita passiva conseguente all'uscita attiva del sale). Ciò causa un aumento del volume di urina prodotta. Farmaci di questo tipo però causano anche la perdita, con l'urina, di ingenti quantità di Na+ che, non venendo allontanato dai tubuli, viene eliminato.

Farmaci contenenti molecole osmoticamente attive, una volta entrati nei tubuli renali, "trattengono" l'acqua dentro al tubulo. Ciò causa un aumento del volume di urina prodotta, mentre non si hanno perdite di Na+ che, potendo venir liberamente allontanato dal tubulo, non viene eliminato.

Le regolazioni della attività renale

Il rene è dotato, per le sue attività di filtrazione e assorbimento, di sistemi di controllo endocrini. Non si hanno quindi vie nervose, ma molecole (ormoni) che collegano recettori, centri regolatori e organi bersaglio tramite le vie ematiche.

I recettori sono situati nel apparato iuxtaglomerulare, che è costituito dalla porzione di tubulo contorto distale che passa vicinissimo al glomerulo e dalla porzione delle arterìole afferenti ed efferenti del glomerulo vicina all'ilo del glomerulo stesso. I recettori sono sensibili ai cambiamenti di pressione e di volume che possono avvenire nelle arterìole, e sono sensibili anche alle variazioni della concentrazione di Na+.

Solitamente i liquidi corporei possiedono una osmolarità che, con poche eccezioni vale 280 milliosmoli/litro (nei paragrafi precedenti l'abbiamo approssimata a 300 mosm/l). L'assunzione di sostanze solide e liquide dal parte dell'intestino fa variare notevolmente questi valori. Poichè variazioni troppo notevoli dell'osmolarità rappresentano un pericolo per l'organismo, esso si è dotato di sofisticati e precisi meccanismi per regolarla in maniera molto precisa. Il bilancio idrico e quello salino sono controllati da due ormoni: l'adiuretina o ormone anti-diuetico (ADH) e l'aldosterone. Il loro organo bersaglio principale è il rene.

Per studiare le risposte che il rene dà in seguito a diversi stati in cui si può trovare, consideriamo quattro situazioni fondamentali: deficit e sovraccarico idrico e deficit e sovraccarico salino.

Deficit idrico - Quando le perdite di acqua corporea non sono sufficientemente compensate, l'osmolarità del plasma sanguigno aumenta. Un aumento di sole 3 mosm/l è sufficiente per stimolare la secrezione di ADH nell'ipotalamo o la sua liberazione dalla neuroipofisi (lobo posteriore dell'ipofisi), vedi nota. Attraverso le vie ematiche l'ADH raggiunge il rene, dove induce una diminuzione del volume delle urine (maggior riassorbimento). Infatti l'ADH aumenta la permeabilità del dotto collettore, in modo che l'acqua possa uscire verso l'interstizio in maggior quantità.

Sovraccarico idrico - Un eccesso di acqua diminuisce l'osmolarità del sangue; Questo fatto inibisce la liberazione di ADH. Il tubulo collettore diviene quindi più impermeabile e non lascia uscire l'acqua, così si ha un aumento del volume delle urine.

Deficit salino - Una ingestione insufficiente di NaCl, con un normale apporto idrico, causa una diminuzione della osmolarità del sangue. A ciò segue, come abbiamo visto, una diminuzione dell'ADH. Il risultato è quindi un aumento del volume di urina prodotta, a cui segue una diminuzione del volume plasmatico*. La riduzione del volume plasmatico (e l'eventuale abbassamento della pressione sanguigna) inducono le cellule dell'apparato iuxtaglomerulare a liberare l'ormone renina.

La renina priva l'angiotensinogeno di una sua parte, trasformandolo in angiotensina1. L'angiotensina1, quando a livello polmonare incontra l'enzima convertente, si trasforma in angiotensina2. L'angiotensina2, in dosi farmacologiche, è un potente vasocostrittore. A concentrazioni fisiologiche invece i suoi effetti di vasocostrittore sono trascurabili. La sua funzione principale è quella di stimolare la produzione, a livello surrenale, di aldosterone (la ghiandola surrenale agisce da centro regolatore).

L'aldosterone provoca un maggior riassorbimento di Na+ da parte dell'interstizio, presso il tubulo contorto distale. In questo modo la carenza di sale viene limitata.

(*) La riduzione del volume plasmatico provoca una caduta di pressione nel sistema circolatorio. I tensocettori dell'atrio sinistro del cuore si "accorgono" di questa situazione e informano, tramite via nervosa, l'ipotalamo, che promuove la secrezione di ADH (riflesso di Henry-Gauer).

Sovraccarico salino - L'aumento della osmolarità plasmatica causa un incremento della secrezione di ADH, a cui segue un aumento del volume plasmatico**. Un aumento del volume plasmatico limita la liberazione di renina, e così si blocca il meccanismo renina-angiotensina2-aldosterone e si ha un aumento della escrezione di Na+ con le urine.

A questo punto il plasma diviene ipotonico, la concentrazione di ADH diminuisce ed il volume del plasma e l'osmolarità si normalizzano.

(**) Un aumento del volume plasmatico causa uno stiramento delle fibre degli atrî. In queste condizioni le cellule del'atrio destro secernono l'ormone natriuretico atriale (le cellule contenevano il suo precursore, nel momento dell'espulsione esso viene privato di una sua parte, trasformandosi così in ormone vero e proprio). Nel rene questo ormone riduce il riassorbimento del sodio da parte degli interstizi renali (probabilmente ciò avviene limitando l'attività delle pompe).

***

Nota - La neuroipofisi: la neuroipofisi non contiene corpi cellulari di cellule nervose, ma contiene solo i loro assoni, mentre i corpi si trovano superiormente nell'ipotalamo, presso i nuclei sopraottico e paraventricolare. Gli assoni trasportano granuli contenenti ADH. Questi granuli vengono liberati nella neuroipofisi (fenomeno questo detto di neuro-secrezione). La neuroipofisi è fortemente irrorata da capillari, proprio perché l'ADH che in essa si riversa è un ormone, che "viaggia" solo per via ematica.

L'ADH esce dagli assoni in seguito ad un aumento di osmolarità: i corpi cellulari degli assoni contenenti ADH sono degli osmocettori. Così quando l'osmolarità cresce si sviluppano in queste cellule dei potenziali d'azione che 'fanno uscire" l'ADH dalla cellula nervosa.

L'eliminazione delle sostanze di scarto

Na+, HCO3- ed H+ - I processi di eliminazione di queste sostanze avvengono nei tubuli prossimale e distale. In ogni cellula della parete del tubulo avvengono i seguenti processi:

H2O + CO2 (presente nella cellula o proveniente dell'interstizio) = H2CO3 H2CO3 si dissocia in H+ e HCO3- HCO3- va dalla cellula all'interstizio, tramite gradiente di concentrazione H+ va dalla cellula al tubulo, tramite pompe a scambio sodio/idrogeno Nel tubulo H+ può restare libero o attaccarsi al tampone H2PO3-, ad ogni modo viene eliminato Na+ va dal tubulo alla cellula, tramite pompe a scambio sodio/idrogeno.

Composti azotati - I composti azotati, che sono tossici, sono trasportati nell'organismo verso il rene sfruttando l'acido alfa-chetoglutarico, derivante dal ciclo di Krebs. Avvengono le seguenti reazioni:

radicale azotato NH2 + acido alfa-chetoglutarico = acido alfa-chetoglutammico radicale azotato NH2 + acido alfa-chetoglutammico = glutammina.

Nel rene i radicali azotati NH2 vengono "staccati" dall'acido alfa-chetoglutammico o dalla glutammina, e ad essi vengono aggiunti due H+, in modo da ottenere NH2 + 2H+ = NH4+ (produrre ammoniaca NH3 aggiungendo un solo H+ all' NH2 sarebbe controproducente, essendo l'ammoniaca altamente tossica). L' NH4+ (ione ammonio) viene legato al Cl- (ma può essere legato anche ad altri anioni), e viene eliminato sottoforma di NH4Cl.

Cenni sull'acqua dell'organismo ed sui suoi compartimenti

Come è noto gli organismi viventi sono costituiti in grandissima parte d'acqua. Nell'uomo, come anche negli animali, possiamo individuare quattro distinti compartimenti in cui l'acqua può essere conservata. Essi sono:

- il compartimento intra-cellulare: ogni cellula possiede al suo interno dell'acqua, questo compartimento è separato dagli altri tramite la membrana cellulare, che è semipermeabile.

- il compartimento interstiziale

- il compartimento ematico, separato dagli altri tramite le pareti dei vasi

- il compartimento extracellulare, ossia le strutture contenenti all loro interno liquidi come quello cerebro-spinale, sinoviale e pleurico.

L'organismo, in caso di necessità, può far ricorso all'acqua contenuta nei vari compartimenti. Il primo ad essere sfruttato è quello ematico (il sangue, in caso di carenza d'acqua, diviene più denso), il secondo è il compartimento interstiziale (pelle secca, mucose meno irrorate, ecc). L'utima risorsa d'acqua è il compartimento cellulare. Quando esso inizia ad essere intaccato, si è in pericolo di vita, poichè il metabolismo cellulare viene alterato. Il compartimento extracellulare non può essere sfruttato come risorsa di liquidi.

Fisiologia dell'Apparato Digerente

Introduzione

Per coprire il fabbisogno alimentare ed energetico dell'organismo gli alimenti assunti dal corpo devono essere digeriti (scissi) nel tratto gastro-enterico (tubo digerente) e infine assorbiti dall'intestino. Le sostanze alimentari solide sono dapprima masticate con i denti, poi mescolate con la saliva, proveniente dalle ghiandole salivari.

Mediante la deglutizione il bolo alimentare, attraverso l'esofago, arriva allo stomaco, dove viene a contatto con il succo gastrico. A questo, nel duodeno, si aggiungono la bile e il succo pancreatico. Il passaggio attraverso l'intestino tenue e l'intestino crasso serve ad una ulteriore decomposizione degli alimenti, all'assorbimento dei prodotti di scissione, delle vitamine e delle sostanze minerali, e alla concentrazione della massa intestinale mediante assorbimento dell'acqua. Il sigma e il retto raccolgono le feci fino al successivo svuotamento dell'intestino.

Tutti questi fenomeni avvengono mediante secrezione e assorbimento di notevoli quantità di acqua, nella quale sono disciolte varie sostanze (componenti della saliva, succo pancreatico eccetera). Qui di seguito ci sono alcuni numeri indicativi per dare un'idea di questi spostamenti di liquidi (ml/24h = ml secreti o assorbiti in un giorno):

1500 ml/24h assorbiti durante il giorno con cibi e bevande 1500 ml/24 h espulsi tramite urine e feci

1500 ml/24h prodotti dalle ghiandole salivari 2500 ml/24h prodotti dallo stomaco (succo gastrico) 500 ml/24h prodotti dalla bile (liquido biliare) 1500 ml/24h prodotti dal pancreas (succo pancreatico) 1500 ml/24h prodotti dall'intestino tenue

Tutta questa quantità d'acqua viene riassorbita a livello intestinale (90% circa), a livello dell'intestino crasso (7% circa) mentre il 3% viene perso con le feci, di cui la componente acquosa rappresenta i 3/4 in peso.

La digestione orale

La masticazione serve a triturare il cibo e a miscelarlo con la saliva. Ciò è molto importante perché la saliva, contenente mucina, "ricopre" il bolo alimentare rendendolo scivoloso, in modo da limitare il rischio di abrasioni interne causate dal suo movimento nella faringe e nell'esofago, conseguente alla deglutizione. La mucina è un mucopolisaccaride dalle proprietà lubrificanti.

La saliva contiene anche ptialina, un enzima capace di scindere l'amido cotto (l'amido è un polisaccaride formato da glucosio). Si noti che non c'è invece un enzima capace di scindere l'amido crudo che, se ingerito, verrà espulso senza essere stato "sfruttato". La ptialina è capace di agire solo in un ambiente neutro o leggermente basico, come la cavità orale. Una volta che il bolo alimentar ha raggiunto lo stomaco, che è acido, la ptialina viene bloccata.

La salivazione viene indotta da tre diversi fattori:

a) fase cefalica - è indotta da riflessi condizionati, legati a tutti e 5 i sensi: si tratta di riflessi corticali ma ormai divenuti involontari b) fase orale - è indotta direttamente dalla presenza di cibo nella cavità orale c) fase gastrica - la presenza di cubo nello stomaco (oltre a stimolare la secrezione gastrica) mantiene alta la secrezione delle ghiandole salivari

L'atto della masticazione è volontario, anche se esistono vari riflessi che lo possono modificare. Recettori del dolore per esempio causano una interruzione della masticazione e una divaricazione di mascella e mandibola. Altri recettori, situati nello spazio (o legamento) alveolo-dentale, modificano la masticazione in modo che questa avvenga nella maniera più appropriata.

Questi recettori, che creano potenziali d'azione in seguito a movimenti del dente anche di solo pochi micron, comunicano al bulbo se qualche dente non ha incontrato il proprio "complementare" nell'atto di serrare mascella e mandibola, oppure se il contatto è stato troppo intenso. I centri bulbari della masticazione a questo punto intervengono sui muscoli masticatori per ripristinare la perfetta posizione mascella/ mandibola.

La deglutizione

Dopo che il bolo alimentare è stato portato volontariamente verso l'istmo delle fauci, lì dei recettori tattili vengono eccitati e fanno partire il riflesso involontario della deglutizione. Esso comprende:

- lo spostamento dell'epiglottide - lo spostamento del velo del palato (che chiude le coane) - la contrazione della muscolatura posizionata dietro l'istmo delle fauci - il blocco momentaneo della respirazione.

Ciò causa il repentino scivolamento del bolo alimentare nella faringe e poi nell'esofago. Un eventuale "errore" in questo meccanismo, che può causare l'intrusione di cibo, saliva o liquidi nella trachea, causa il fenomeno della tosse, ossia una espirazione forzata massimale involontaria, che la lo scopo di rigettare il corpo estraneo fuori dalla trachea verso la faringe.

L'esofago

L'esofago è un tubo che collega la faringe allo stomaco. E' costituito da una prima porzione striata, che contribuisce al meccanismo della deglutizione, e da una seconda parte (più lunga) costituita da tessuto muscolare liscio. Presenta due sfinteri: lo sfintere superiore, che si chiude momentaneamente durante la deglutizione, e quello inferiore (che coincide con il cardias). L'esofago e' parzialmente mobile, e ciò permette il crearsi di peristalsi esofagee. La peristalsi esofagea è un'onda circolare di contrazione preceduta da un'onda di rilassamento, che percorre l'esofago dall'alto in basso, spingendo quindi il bolo alimentare verso lo stomaco. Quando l'onda di rilasciamento giunge allo sfintere inferiore, esso si allarga, in modo che l'onda di contrazione possa spingere il contenuto dell'esofago nello stomaco.

Le onde peristaltiche - Le onde peristaltiche sono presenti in tutto l'apparato digerente, ad esclusione dello stomaco, come vedremo. L'origine di queste onde è dovuta a una caratteristica intrinseca del tessuto che costituisce l'apparato digerente. Ciò si può dimostrare asportando una parte di tessuto e mantenendola "in vita" in una soluzione fisiologica appropriata: in queste condizioni il tessuto continuerà a rilasciarsi e a contrarsi regolarmente.

NB: una soluzione si dice fisiologica quando è isotonica con il plasma

La peristalsi è dovuta ad una attività elettrica di cellule particolari (pacemakers), che funzionalmente possono essere paragonate al tessuto del miocardio specifico; capaci di originare autonomamente dei potenziali d'azione. Queste cellule fanno parte anatomicamente del Sistema Nervoso Autonomo (parasimpatico) ma, considerata la loro notevole indipendenza* da esso, vengono classificate come un sistema specifico: il Sistema Nervoso Enterico.

(*) Le onde peristaltiche sono generate in loco, ma ovviamente permangono dei collegamenti col Sistema Nervoso Autonomo, che può modificare le strutture e le attività dell'apparato digerente.

I gangli parasimpatici e l'intestino

La maggior parte dei gangli del sistema nervoso enterico sono situati nella tonaca sottomucosa e tra le tonache muscolari longitudinale e circolare (vedi figura). In entrambi i casi i nuclei sono uniti tra loro da fibre nervose, cosicché formano una specie di rete, detta plesso gangliare.

Nel caso il duodeno riceva quantità notevoli di chimo dallo stomaco, o se riceve grassi, viene aumentata la secrezione di enterogastrone, un ormone peptidico che ha il compito di rallentare l'attività gastrica, in modo che l'intestino abbia "più tempo" per digerire il suo contenuto. L'attività gastrica invece può venir accelerata per via endocrina dalla gastrina, e per via nervosa dal nervo vago.

L'intestino tenue - il digiuno, regolazioni e riflessi intestinali

Nel digiuno si ha la secrezione di succo enterico, anch'esso completo, come il succo pancreatico, e contenente acqua e mucina. Il digiuno possiede una notevole motilità, sia di rimescolamento del proprio contenuto (detto chilo) sia di peristalsi. I movimenti peristaltici oro-caudali vengono prodotti da vari pacemakers variamente distribuiti, di non facile individuazione anatomica.

Il sistema nervoso parasimpatico può modificare parzialmente l'attività dell'intestino, non solo del digiuno, con effetti paragonabili a quelli che induceva nel cuore. Nel caso dell'intestino però questi effetti non possono essere spiegati e classificati così semplicemente come nel caso del cuore, così non ci addentreremo in questo discorso. Il sistema nervoso ortosimpatico invece è attivo nell'intestino e promuove una diminuzione del tono degli sfinteri (pilorico ed ileocecale) con conseguente aumento della velocità di avanzamento del contenuto.

Durante la digestione (stomaco, duodeno) e l'assorbimento (duodeno, digiuno, ileo e cieco) si ha una notevole vasodilatazione locale e un elevato consumo di energia dovuto al fatto che l'assorbimento di quasi tutte le sostanze avviene in maniera attiva.

L'intestino tenue possiede vari riflessi che servono a coordinare la sua attività con quella di organi posti "a monte", come lo stomaco, oppure che servono a coordinare l'attività di sue diverse porzioni. Possiamo citare:

- il riflesso gastro-colico: una dilatazione della parete dello stomaco (effetto della presenza di cibo) fa aumentare l'attività del colon

- il riflesso entero-gastrico: una dilatazione della parere dell'intestino fa diminuire l'attività gastrica

- il riflesso entero-enterico: due diverse porzioni di intestino possono influenzarsi a vicenda (in modo simile a quello che accade nei riflessi precedenti).

Dopo aver percorso il digiuno il contenuto intestinale passa nell'ileo (terza ed ultima parte dell'intestino tenue) e successivamente nell'intestino crasso, che si divide in cieco, colon e retto.

Cieco, colon, retto

Nel cieco e nel colon non ci sono così tanti villi come nel tenue. In queste porzioni si ha essenzialmente un riassorbimento di acqua, con conseguente consolidamento progressivo del contenuto intestinale. Insieme all'acqua vengono assorbite le vitamine, prodotte dalla flora batterica qui molto sviluppata. Le vitamine sono delle molecole che partecipano al metabolismo cellulare, ed in particolare alla formazione di enzimi intercellulari. Alcune vitamine possono essere fabbricate dall'organismo, altre no. In questo secondo caso esse devono essere assunte attraverso i cibi o devono essere assorbite quando vengono liberate dai batteri.

Il contenuto intestinale, una volta superato il colon, è diventato un agglomerato di sostanze inutilizzabili e pronte ad essere eliminate tramite il retto.

Cenni di Termoregolazione

Introduzione

Gli esseri viventi appartenenti al regno animale possono essere suddivisi in omeotermi ed eterotermi (detti anche pecilotermi). Gli esseri viventi omeotermi (tra i quali c'è l'uomo) sono capaci di mantenere costante la loro temperatura al variare della temperatura esterna.

Gli esseri eterotermi invece non sono capaci di tale regolazione e subiscono quindi gli innalzamenti e gli abbassamenti della temperatura esterna cambiando anche la loro temperatura corporea. Come prima conseguenza si ha che un essere eterotermo subisce notevoli modificazioni del suo metabolismo a seconda della situazione esterna (caldo = buon metabolismo, freddo = rallentamento generale delle funzioni metaboliche).

Anche un essere eteotermo risente dei cambiamenti di temperatura esterna, nel senso che sarà più o meno dispendioso mantenere costante la propria temperatura a seconda della temperatura esterna. Il grande vantaggio degli esseri omeotermi è che, data la loro elevata temperatura, il loro rendimento metabolico resta sempre a livelli ottimali, infatti più la temperatura è elevata* più velocemente avvengono le reazioni chimiche nell'organismo (si tratta, infatti, di reazioni endotermiche). (*) Se la temperatura supera una certa soglia però gli enzimi iniziano a degradarsi e non sono più in grado di compiere le loro funzioni.

La temperatura corporea ideale, che per l'uomo può essere considerata 37° C, in realtà non viene mantenuta in tutto il corpo, ma solo nel distretto splancnico e nel cervello (= zona omeotermica. In questa zona, per la precisione, ci sono variazioni di temperatura, consequenti a variazioni della temperatura esterna, dell'ordine di alcuni decimi di grado.

La periferia del corpo invece resta a temperature più vicine alla temperatura ambiente, e subisce i cambiamenti di questa: nel caso la temperatura esterna sia molto bassa le estremità si raffreddano notevolmente; nel caso la temperatura esterna sia molto alta invece anche le estremità del corpo come le dita possono raggiungere i 37 °C.

I meccanismi di regolazione

La temperatura corporea è mantenuta costante per mezzo di alcuni meccanismi. Innanzitutto il calore corporeo è prodotto essenzialmente dal metabolismo basale, nel senso che ogni reazione chimica che avviene nell'organismo provoca calore (esempio: ATP = ADP + P + calore). Il corpo è soggetto anche ad una costante perdita di calore, eliminato tramite convezione, conduzione (evaporazione) e irraggiamento.

Oltre a ciò particolari situazioni ambientali rendono necessaria la presenza di altri meccanismi o riflessi che mantengano costante la temperatura. Questi riflessi sono regolati dall'ipotalamo, e si dividono in due categorie: riflessi consequenti ad uno stato di caldo (regolati dall'ipotalamo anteriore) e ad uno stato di freddo (regolati dall'ipotalamo posteriore). A loro volta questi riflessi possono agire sia favorendo (limitando) la perdita di calore sia limitando (favorendo) la sua produzione.

Nel caso la temperatura esterna sia troppo elevata il corpo, per mantenere la sua temperatura costante, si avvale di:

meccanismi che favoriscono la perdita di calore:

- vasodilatazione cutanea (meccanismo termico primario) - sudorazione (meccanismo termico primario) - maggiore ventilazione polmonare* (meccanismo termico secondario)

meccanismi che limitano la produzione di calore:

- diminuzione del metabolismo basale - diminuzione della secrezione dell'ormone tireotropo (secreto dall'ipofisi anteriore) con conseguente diminuzione della produzione di tiroxina da parte della tiroide. Questo è un meccanismo a lunga durata. L'ormone tireotropo viene detto ormone "calorigeno" o acceleratore del metabolismo basale.

Nel caso la temperatura esterna sia troppo bassa il corpo, per mantenere la sua temperatura costante, si avvale di:

meccanismi che limitano la perdita di calore:

- vasocostrizione cutanea - piloerezione*

meccanismi che favoriscono la produzione di calore:

- brividi (un lavoro muscolare libera calore) - aumento della attività muscolare volontaria - aumento del metabolismo basale - aumento della secrezione dell'ormone tireotropo con conseguente aumento della produzione di tiroxina da parte della tiroide.

(*) maggiore ventilazione polmonare e piloerezione sono due meccanismi che non vengono usati dall'uomo. La maggior ventilazione polmonare è un meccanismo attuato dagli animali con pelliccia, che non possono sfruttare efficacemente la sudorazione cutanea, poiché hanno la cute ricoperta da fitti peli. Essi però possono sfruttare i peli (piloerezione) per aumentare lo spessore del cuscinetto d'aria che li isola dall'esterno, in modo da diminuire la perdita di calore.

Il meccanismo della sudorazione, la perdita costante di calore

Il sudore, liquido che il corpo espelle tramite la cute, per passare dallo stato liquido a quello gassoso (evaporazione) ha bisogno di energia (calore). Poichè il calore necessario all'evaporazione è fornito dal corpo stesso, segue che il sudore evaporando sottrae calore (raffredda) il corpo.

In condizioni normali (ambiente esterno a 20° C, umidità normale) l'evaporazione, che non può essere eliminata mai del tutto, è responsabile del 25% della perdita di calore del corpo. La convezione è responsabile del 30% e l'irraggiamento del 45%.

In condizioni di ambiente esterno molto caldo (38° - 40° C) quasi tutta la perdita di calore si verifica tramite evaporazione. Se l'umidità esterna è anch'essa elevata, però, l'evaporazione risulta fortemente impedita. E' noto infatti che il caldo umido sia più difficile da sopportare che il caldo secco.

L'ipotalamo e i riflessi termoregolatori

L'ipotalamo è dotato di circa 15 nuclei, dei quali abbiamo già nominato il sopraottico ed il paraventricolare. Possiede inoltre i centri di regolazione dei meccanismi termoregolatori

Le informazioni sulla temperatura corporea sono elaborate dai termorecettori periferici e centrali. Entrambi i tipi di recettori sono del I° tipo, e appartengono al sistema nervoso somatico. I termorecettori periferici trasmettono alla corteccia le informazioni riguardanti i cambiamenti della temperatura (ovviamente le sensazioni di caldo e di freddo sono coscienti) tramite appositi fasci spino-talamici e talamo-corticali. In prossimità del bulbo, del ponte e del mesencefalo i fasci spino-talamici inviano dei collaterali all'ipotalamo.

I termorecettori centrali, presenti nell'ipotalamo e sensibili a cambiamenti di temperatura dell'ordine di alcuni decimi di grado, informano l'ipotalamo stesso delle sue variazioni di temperatura. Quando i recettori centrali diminuiscono la loro frequenza di scarica (segno di un abbassamento della temperatura della zona splancnica) l'ipotalamo mette in azione, tramite il sistema nervoso orto- e para-simpatico, tutti quei meccanismi necessari ad innalzare la temperatura. I meccanismo vengono interrotti quando la frequenza di scarica è tornata normale. Una azione concettualmente identica avviene quando la frequenza di scarica dei termorecettori centrali aumenta.

I meccanismi di termoregolazione seguono ad una variazione della frequenza dei potenziali d'azione dei termorecettori centrali. In questo senso essi sono "più importanti" dei termorecettori periferici. I termorecettori periferici infatti sono deputati essenzialmente alle sensazioni di caldo e di freddo, ed i collaterali che giungono all'ipotalamo hanno funzione di campanello d'allarme. Infatti i cambiamenti della temperatura vengono recepiti prima a livello periferico e poi a livello della zona omeotermica.

Cenni sulla febbre (innalzamento della temperatura corporea)

L'ipotalamo "sa" che la temperatura ideale del corpo umano è 37° C (non si conosce molto sul come e sul perché l'ipotalamo abbia questa informazione). Si può affermare quindi che l'ipotalamo possegga un set point fissato a 37° C. La febbre è una alterazione del set point, che può essere causata da agenti pirogeni endogeni (formati cioè dal nostro stesso organismo in situazioni patologiche) o pirogeni esogeni (formati cioè da tossine batteriche).

In caso di febbre quindi l'ipotalamo mette in azione tutti quei meccanismi atti a portare la temperatura corporea da 37 a 38, 39 o 40° C: dipende da dove sia stato fissato il set-point patologico. Un individuo con la febbre quindi presenta per esempio brividi e vasocostrizione cutanea, segno che il corpo sta tentando di aumentare la propria temperatura. Quando vengono somministrati dei farmaci o quando l'organismo da solo "aggiusta" il set-point dell'ipotalamo la febbre scende, e l'individuo presenta tutti quei meccanismi atti a far scendere la temperatura da (per esempio) 40 a 37° C.

Poichè, come abbiamo visto, tutte le reazioni chimiche dell'organismo avvengono più velocemente a temperature più alte (entro un certo limite) è possibile che la febbre sia un segno che l'organismo ha bisogno di una "super efficienza" per combattere degli agenti patogeni, per esempio.

Essendo quindi una naturale difesa dell'organismo, non è utile (a meno che determinate condizioni non lo impongano) far scendere artificialmente subito una febbre leggera, poiché in questo modo l'organismo non può più contare sulla "super efficienza" di cui aveva bisogno. E' invece sempre necessario intervenire su una febbre notevole (39-42° C) poiché in queste condizioni si possono manifestare notevoli difficoltà del metabolismo.

Fisiologia del Sistema Endocrino

Introduzione

Il sistema endocrino precede nella scala evolutiva il sistema di comunicazione nervoso. Nel sistema endocrino una cellula, per comunicare con un'altra, immette una certa molecola, detta ormone, nel torrente sanguigno, nel quale essa vaga fino a che trova la cellula bersaglio, ossia una cellula con un recettore appropriato.

Gli ormoni possono essere divisi in peptidici (o proteici: costituiti da una sequenza di aminoacidi) e non peptidici. Gli ormoni prodotti dalla tiroide, detti iodotironine, come vedremo, possono essere generalmente compresi tra gli ormoni non peptidici, ma presentano alcune caratteristiche comuni ad entrambe le classi.

La classificazione degli ormoni in peptidici e non peptidici risulta utile in quanto tutti gli ormoni della prima classe vengono sintetizzati e agiscono concettualmente allo stesso modo; lo stesso discorso vale per quelli della seconda classe. Nello schema seguente vengono confrontate alcune caratteristiche delle due classi di ormoni.

Caratteristica Ormoni peptidici Ormoni non peptidici

solubilità in solventi: acquosi ottima scarsa non acquosi scarsa ottima

via di sintesi unione di singoli peptidi multi enzimatica si può sfruttare un pre-ormone

trasformazioni extra-ghiandolari rare frequenti

accumulo di ormoni spesso notevole irrilevante

prodotti di degradazione inattivi talora attivi

nel sangue: legame a proteine raro frequente

periodi di emivita* alcuni minuti alcune ore

presso il bersaglio: legame iniziale con recettore sulla membrana con recettore intracell.

principale sito d'azione membrana plasmatica nucleo

meccanismo d'azione stimola II° messaggero stimola produz. mRNA

Prima di approfondire i meccanismi di azione dei due tipi di ormoni, da questo schema si nota che: l'azione degli ormoni peptidici in genere sarà più immediata di quella dei non peptidici poiché i peptidici viaggiano nel sangue liberi da proteine trasportatrici. Si nota anche che gli ormoni peptidici, a differenza dei non peptidici, hanno molta difficoltà ad attraversare la membrana: infatti i primi agiscono sulla membrana cellulare, i secondi all'interno della cellula. Gli ormoni peptidici poi possono essere conservati in apposite vescicole intracellulari, mentre per gli ormoni non peptidici questa possibilità non sussiste.

(*) il periodo o tempo di emivita è definito come il tempo necessario affinché la quantità di una sostanza si dimezzi.

Alcune eccezioni - la terza colonna dello schema riguarda gli ormoni non peptidici. Tutto quanto è stato detto in quella colonna vale per gli ormoni steroidei, mentre bisogna fare alcune precisazioni per quanto riguarda alcuni ormoni tiroidei. Le iodotironine si comportano in tutto come un ormone steroideo, ad eccezione della sintesi (presentano un precursore [= preormone] come avviene per gli ormoni peptidici) e della modalità d'azione (possono agire anche con recettori posti sulla membrana, come fanno gli ormoni peptidici). NB: iodotironine è un termine "generico" che indica due ormoni prodotti dalla tiroide: la triiodotironina (T3) e la tetraiodotironina (T4) detta anche tiroxina.

Anche l'adrenalina ha bisogno di una precisazione: essa fa parte degli ormoni peptidici, ma viene sintetizzata come gli ormoni steroidei.

Meccanismi d'azione degli ormoni peptidici (e di alcune iodotironine)

Quando un ormone peptidico (detto I° messaggero) giunge in prossimità della cellula bersaglio non penetra (non può penetrare) al suo interno, ma si lega al proprio recettore specifico posto sulla membrana cellulare. Il complesso ormone + recettore provoca all'interno della cellula la trasformazione dell'ATP in adenosim monofosfato ciclico (AMPc). L'AMPc è un messaggero intracellulare (detto II° messaggero), che provoca una risposta cellulare.

Come possono agire ognuno a suo modo molti differenti ormoni peptidici se la risposta che essi inducono è aspecifica (inducono cioè tutti la stessa risposta)? La spiegazione a questo quesito può essere data considerando le differenti concentrazioni di recettori presenti sulle membrane di diverse cellule. Consideriamo un esempio: l'organismo induce la liberazione di un ormone peptidico (adrenalina) che dovrà agire sul cuore come eccitatore. Questo ormone, una volta immesso in circolo, viene a contatto con le cellule del cuore ma anche con le cellule di tutti gli altri tessuti. Il fatto che l'azione dell'adrenalina sia concentrata e limitata alle sole cellule cardiache è garantita dall'altissima concentrazione di recettori specifici presenti sulle cellule del cuore, e dalla bassissima concentrazione presente su tutte le altre cellule che quindi risultano "invisibili" all'ormone.

Meccanismi d'azione degli ormoni steroidei

Quando un ormone steroideo giunge in prossimità della cellula bersaglio penetra al suo interno, e si lega al proprio recettore specifico. Il complesso ormone + recettore è abilitato a oltrepassare la membrana nucleare, e una volta giunto nel nucleo induce la produzione di un determinato mRNA (gli ormoni steroidei, a differenza di quelli peptidici, hanno un'azione altamente specifica). All'mRNA segue una sintesi proteica, ossia una risposta cellulare.

I sistemi APUD e non APUD

Le strutture che secernono ormoni peptidici possono sintetizzarli in vari modi. Il primo modo ad essere stato studiato fu quello in cui le strutture secernenti prelevano ammine e le decarbossilano, per poi procedere alla sintesi vera e propria dell'ormone. Le iniziali inglesi di questa azione (Amine Precursor Uptake Decarbossilation) hanno "suggerito" di chiamare brevemente APUD il sistema endocrino che secerne ormoni peptidici, ed ormoni APUD gli ormoni peptidici. Gli ormoni che non peptidici vengono detti non APUD.

I sistemi adenoipofisi dipendenti ed indipendenti, l'adenoipofisi e l'ipotalamo

Le strutture che secernono ormoni possono essere divise a seconda che dipendano o no dall'adenoipofisi.

L'adenoipofisi è un organo di origine epiteliale, che contiene corpi cellulari, ed è una vera e propria ghiandola endocrina, posta sotto il controllo dell'ipotalamo (= organo integratore) al quale è collegata tramite il sistema portale ipotalamo ipofisario. L'ipotalamo a sua volta fa parte del sistema nervoso centrale, dal quale riceve informazioni. Si può quindi affermare che l'adenoipofisi sia controllata dal sistema nervoso centrale.

Il sistema portale ipotalamo ipofisario è definito portale in quanto presenta una somiglianza concettuale con la circolazione portale propriamente detta. Infatti, come la vena porta nasce da un letto capillare e genera un secondo letto capillare, così anche le vene che dall'ipotalamo vanno all'ipofisi si originano da un letto capillare (nell'ipotalamo) e ne generano un secondo (nell'adenoipofisi).

L'utilità del sistema portale ipotalamo ipofisario può essere compresa considerando le funzioni e la morfologia dell'ipotalamo. L'ipotalamo è una ghiandola endocrina che libera, come tutte le ghiandole endocrine, degli ormoni* che giungono agli organi bersaglio tramite il torrente sanguigno. Poichè l'ipotalamo è un organo molto piccolo, libera i suoi fattori in quantità minime, cosicchè, se venissero immessi nel grande circolo si disperderebbero. Per farli giungere più direttamente all'adenoipofisi (loro unico bersaglio) si è sviluppata una "corsia preferenziale": il sistema portale ipotalamo ipofisario.

(*) gli ormoni liberati dall'ipotalamo, che sono tali a tutti gli effetti, vengono di solito chiamati fattori, e non ormoni, poiché sono molto più semplici di tutti gli altri ormoni prodotti dall'organismo.

I fattori liberati dall'ipotalamo hanno il compito di regolare la secrezione degli ormoni adenoipofisari. Quindi i fattori ipotalamici sono di due tipi: fattori di liberazione (o releasing factosr, RF) o fattori inibenti (o inibiting factors, IF). Logicamente* esiste un RF e un IF per ogni ormone adenoipofisario. Il nome completo di un fattore ipotalamico risulta dal nome dell'ormone adenoipofisario sul quale agisce e dalla sigla che lo definisce come inibente o stimolante. Per esempio il fattore inibente la liberazione di ormone adenocorticotropo (ACTH) viene detto ACTH-IF.

(*) Al giorno d'oggi non sono ancòra stati isolati gli RF e gli IF per tutti gli ormoni adenoipofisari, ma è quasi certo che essi debbano esistere.

Gli ormoni dell'adenoipofisi

L'adenoipofisi possiede sette diversi tipi di cellule. Ognuno di questi tipi è sensibile ad un particolare fattore RF e IF e produce uno specifico ormone adenoipofisario. Tutti gli ormoni prodotti dall'adenoipofisi sono stimolanti.

Nome Sigla

Ormone adenocorticotropo (agisce sulle surrenali) ACTH Ormone tireotropo TSH Ormone follicolo stimolante* FSH Ormone luteinizzante* LH, ICSH Ormone stimolante i melanociti MSH Ormone galattoforo (o prolattina)** PRL Ormone accrescimento** GH

(*) L'ormone LH agisce anche sulle cellule interstiziali delle gonadi maschili, e per questo viene anche indicato come ICSH (Interstitial Cells Stimulating Hormon). L'ormone FSH agisce anche sui tubuli seminiferi, promuovendo la produzione di spermatozoi.

(**) La prolattina e l'ormone dell'accrescimento sono gli unici due ormoni dell'adenoipofisi ad agire sui tessuti e non su ghiandole bersaglio.

I meccanismi di controllo dell'azione ormonale, il feed-back

Il principale mezzo di controllo dell'azione degli ormoni si basa sulla loro stessa concentrazione: più un ormone è concentrato più vengono inibite le cellule deputate alla sua produzione, meno è concentrato meno le cellule vengono inibite. Non sarebbe corretto affermare che "meno l'ormone è concentrato più le cellule vengono stimolate" poichè questo meccanismo di regolazione è essenzialmente frenante, e non stimolante. Esso è chiamato meccanismo di feed-back negativo.

Nel caso del complesso ipotalamo - adenoipofisi - cotreccia surrenale il feed-back è detto:

- direttissimo se le variazioni di concentrazione influiscolo sulla surrenale - diretto se le variazioni di concentrazione influiscono sull'adenoipofisi - indiretto se le variazioni di concentrazone influiscono sull'ipotalamo.

Per completezza ricordiamo che esistono anche dei meccanismi di feed-backpositivo, che ad un aumento della concentrazione ormonale fanno seguire una stimolazione delle cellule produttrici, con conseguente ulteriore aumento della concentrazione ormonale. Il feed-back positivo è molto raro ed inoltre non agisce mai "da solo", ma stà sotto lo stretto controllo di altri meccanismi (se fosse lasciato operare libermante sarebbe dannoso).

I farmaci ed il feed-back - Quando, per motivi patologici, un determinato ormone è carente, si possono somministrare dei farmaci contenenti l'ormone in questione. L'aumentata concentrazione dell'ormone però attiva il meccanismo del feed-back provocando un'ulteriore inibizione* delle ghiandole che lo producono. Il farmaco quindi provoca a brevissimo termine un miglioramento, ma successivamente non fa che aggravare la situazione, poichè le ghiandole, che producevano poco ormone, ora ne producono ancòr di meno

Il problema può essere superato sintetizzando dei farmaci che contengano delle molecole simili agli ormoni per quanto riguarda gli effetti periferici, ma che non siano in grado di attivare il feed-back.

Un altro metodo, qualora il precedente non sia applicabile, consiste nell'immettere (al posto dell'ormone mancante) gli ormoni precursori che stimolano le ghiandole produttrici dell'ormone mancante. Per esempio: nel caso la concetrazione di cortisone sia carente si può immettere l'ormone ACTH che stimola la corteccia surrenale che così produrrà più cortisone.

Si presenta però il problema che l'ACTH, stimolando la surrenale, provoca un aumento non solo della produzione di cortisone, ma anche della produzione di tutti gli altri ormoni prodotti dalla corteccia surrenale.

(*) Se la concentrazione di un ormone non è sufficiente significa che le ghiandole che lo producono sono in uno stato di ipofunzionamento (con conseguente stato di atrofia). Una somministrazione di ormone dall'esterno le debilità ancora di più. Tuttavia, nella maggior parte dei casi, una volta terminato il trattamento, le ghinadole pian piano raggiungono il normale stato trofico. Talvolta ciò non succede, e allora le ghiandole cadono in atrofia totale: in questo caso è necessario continuare a somministrare dall'esterno gli ormoni (che non possono essere più prodotti dall'organismo) per tutta la vita: è il caso di alcuni tipi di diabete, nei quali la produzione di insulina da parte dell'organismo è azzerata.

Gli ormoni indipendenti dall'adenoipofisi

Alcuni ormoni sono indipendenti dall'adenoipofisi, e quindi le ghiandole che li producono fungono loro stesse da organi integratori. Il meccanismo di feed-back di questi ormoni viene attivato sia dalla loro concentrazione sia dai loro effetti. Tra gli ormoni indipendenti dall'adenoipofisi possiamo ricordare l'insulina.

L'insulina

L'insulina è un polipeptide prodotto dal alcune delle cellule delle isole del Langerhans, situate nel pancreas. Il compito dell'insulina è di mantenere costante la concentrazione del glucosio (o glicemia) nel plasma, poichè un eventuale aumento di questa sarebbe dannoso al metabolismo cellulare. L'insulina agisce favorendo l'entrata del glucosio nelle cellule (quindi fa diminuuire la glicemia nel plasma: è un agente ipoglicemizzante).

Un aumento della glicemia causa un aumento della produzione di isulina, una diminuzione della glicemia ha l'effetto contrario, infatti le cellule delle isole di Langerhans deputate alla produzione di insulina sono sensibili alla concentrazione del glucosio. La concentrazione dell'insulina, oltre a variare in funzione della glicemia, sottostà anche ai normali controlli di feed-back negativo.

L'ormone della crescita, GH

L'ormone della crescita, GH o somatotropina, durante l'età dello sviluppo promuove l'accrescimento. Bisogna notare però che la sua concentrazione non diminuisce dopo l'età dello sviluppo, ma resta costante (se si escludono piccole variazioni cicliche) per tutta la vita. La principale funzione dell'ormone GH consiste nello stimolare il metabolismo cellulare, si dice quindi che ha una funzione anabolizzante. Nella fase evolutiva, in particolare, esso favorisce la mitosi cellulare. Superata l'età evolutiva le cellule modificano alcune loro caratteristiche e l'accrescimento ha fine. La concentrazione di GH resta costante, come accennato prima, ma le modifiche cellulari ne limitano l'azione.

Per accrescimento si intende un aumento della statura e del peso del soggetto. E' ovvio che anche dopo l'età dello sviluppo le cellule continuano a dividersi (i tessuti si rinnovano continuamente, fatta eccezione per i tessuti perenni), ma il rapporo nascita cellulare/ morte cellulare in questo caso diviene pressochè costante. Nell'età dello sviluppo invece la nascita cellulare supera la morte cellulare. Nella vecchiaia il rapporto si inverte.

L'ormone GH agisce principalmente su: provocando:

tessuto muscolare aumento della sintesi proteica aumento della captazione degli aminoacidi diminuzione della captazione di glucosio (tutto ciò causa un'ipertrofia muscolare)

fegato aumento della sintesi proteica aumento della sintesi di RNA aumento della sintesi di glucoso aumento della produzione di somatomedine

tessuto adiposo aumento della lipolisi diminuzione della captazione di glucosio

Le somatomedine successivamente regolano lo sviluppo delle ossa e delle cartilagini, nonchè del metabolismo muscolare.

Il processo di ossificazione - Lo scheletro si sviluppa da una matrice cartilaginea che col tempo viene sottoposta ad ossificazione. L'ossificazione può avvenire in due modi. Gli spazi cartilaginei (si parla esclusivamente delle cartilagini che dovranno "diventare" ossa) possono subire una "occupazione" da parte di osteoblasti portati dalle arterie, che durante lo sviluppo iniziano ad irrorare le cartilagini. Oppure l' occupazione può essere promossa dal periostio, una sottile lamina che circonda le cartilagini stesse.

Le cartilagini che restano tali anche nell'adulto non vanno incontro a tali fenomeni.

Gli osteoblasti sono responsabili del deposito di sostanza ossea negli spazi cartilaginei. Gli osteoclasti invece sono responsabili della solubilizzazione e del riassorbimento del tessuto osseo: il rapporto tra osteoblasti e osteoclasti è a favore dei primi nell'età evolutiva, a favore dei secondi nella vecchiaia. L'equilibrio è pressochè stabile nell'età matura. Da ciò segue che il tessuto osseo non è un tessuto perenne, anzi nel tempo di 2/3 mesi esso risulta completamente "rifatto", ossia cotituito da cellule nuove.

Meccanica del processo di ossificazione - Consideriamo un osso lungo in accrescimento. Un osso di questo tipo possiede una diafisi (corpo) e due epifisi (estremità). Presso ognuno dei due confini diafisi-epifisi esiste una zona di cartilagine detta metaepifisaria o di accrescimento. La porzione metaepifisaria rivolta verso le estremità dell'osso presenta una continua divisione cellulare, poichè le cellule della cartilagine di accrescimento sono sensibili all'ormone GH (per essere più precisi sono senibili alle somatomedine che, come abbiamo visto, sono regolate dall'ormone GH).

L'osso, da quanto visto finora, continuerebbe ad accrescersi senza sosta, e resterebbe cartilagineo. A questo punto intervengono gli osteoblasti, che "inseguono" il fronte di accrescimento ossificando tutti gli spazi presenti tra le cellule cartilaginee. Così, durante l'accrescimento, l'unica zona cartilaginea dell'osso è rappresentata dalla zona di accrescimento. Quando gli osteoblasti raggiungono il fronte di accrescimento "bloccano" le cellule cartilaginee riempiendo gli spazi intercellulari. Si è giunti quindi al termine dell'accrescimento dell'osso (e della statura dell'individuo).

Si vede quindi che la fine dell'accrescimento osseo non è causata da una mancanza di ormone GH (la cui concentrazione rimane costante), ma da un blocco operato dagli osteoblasti sulle cellule cartilaginee, che in questo modo sono rese "insensibili" all'ormone stesso.

L'attività degli osteoblasti è prevalentemente promossa dagli ormoni sessuali (specialmente maschili), e non dall'ormone della crescita, GH. Questo fa si che gli uomini abbiano uno scheletro più grosso e pensante di quello delle donne, data ovviamnete la maggior presenza nel loro organismo di ormoni maschili.

Cenni di anatomia del tessuto osseo

Il tessuto osseo è un particolare tessuto connettivo, nel quale le fibre collagene sono cementate dall'osseina, e la sostanza fondamentale risulta molto compatta (calcificata). Le fibre collagene sono raccolte in lamelle, che a loro volta si possono riunire in due diversi modi. Nelle ossa dette spugnose le lamelle sono riunite in trabecole che delimitano gli spazi midollari, nelle ossa compatte le lamelle sono riunite in strati concentrici.

Gli strati concentrici di lamelle si alternano a strati di osteociti. La disposizione delle lamelle avviene attorno ad un canale centrale. Il canale con le sue lamelle costituisce un osteone o sistema di Havers. I canali del sistema di Havers sono in collegamento tra loro per mezzo dei canali perforanti di Volkmann.

Nel tessuto osseo è notevole la presenza di fosfato di magnesio, fosfato di calcio e carbonato di calcio. I sali minerali presenti nelle ossa possono essere trasferiti ad altri organi che ne hanno bisogno, cosicchè esse vengono considerate delle riserve di sali.

I vari tipi di ossa possono essere suddivisi in tre principali gruppi: ossa lunghe (es: femore), ossa corte (es: rotula), ossa piatte (es: scapola). Le ossa corte e le ossa piatte sono formate da tessuto spugnoso all'interno e compatto all'esterno. Le ossa lunghe sono spugnose alle estremità e compatte nel corpo.

I tessuti perenni

Tutti i tessuti, come accennato nel § sull'ormone GH, si rinnovano continuamente. Fanno eccezione a questa regola i tessuti detti perenni, ossia il tessuto muscolare, quello nervoso e quello adiposo.

Per quanto riguarda il tessuto nervoso il numero delle cellule (neuroni) che lo compongono aumenta fino al 4° anno di vita. Successivamente i neuroni iniziano a "morire" mentre non se ne formano di nuovi.

Poichè il numero di neuroni di cui si dispone al 4° anno di vita è "sovrabbondante", effetti negativi importanti della morte cellulare si manifestano solo dopo un periodo di tempo molto lungo (più lungo della vita media), cosicchè patologie di questo genere riguardano essenzialmente pazienti anziani. Per migliorare la situazione, i neuroni vanno tenuti "in allenamento" tramite una ginnastica mentale (studio, eccetera) che mantenga a livelli ottimali il loro metabolismo e faccia aumentare il numero delle loro sinapsi. Ciò allontana nel tempo il rischio di patologie dovute alla morte cellulare dei neuroni, poichè l'aumentato numero di sinapsi compensa il diminuito numero di neuroni.

Per quanto riguarda il tessuto muscolare il numero delle cellule (fibre) che lo compongono aumenta fino al periodo dello sviluppo (compreso). Successivamente il loro numero resta costante. Le cellule muscolari non vanno incontro ad una continua morte, come i neuroni.

Le cellule muscolari non presentano fenomeni di morte cellulare, ma ciò non toglie che il passare del tempo influisca negativamente su di esse, specialmente al giorno d'oggi che la vita si allunga e diviene sempre più sedentaria. Per migliorare la situazioneu, un pò come accadeva per i neuroni, le fibre muscolari vanno tenute "in allenamento" tramite una ginnastica appropriata (sport, eccetera) che mantenga a livelli ottimali il loro metabolismo e faccia aumentare il loro volume (ipertrofia muscolare). Si può paragonare quindi l'aumento del volume delle cellule muscolari con l'aumento del numero delle sinapsi delle cellule nervose.

Per quanto riguarda il tessuto adiposo il numero delle cellule che lo compongono aumenta fino al periodo dello sviluppo (compreso). Successivamente il loro numero resta costante. Le cellule adipose possono variare le loro dimensioni a seconda che siano più o meno piene di lipidi.

Il controllo adenoipofisario sulle gonadi

L'adenoipofisi controlla la produzione delle gonadotropine: FSH (o ormone follicolo-stimolante, agente nell'uomo sui tubuli seminiferi promuovendo la formazione di spermatozoi) e LH (ormone luteo-stimolante, agente nell'uomo sulle cellule interstiziali di Leydig, che a loro volta secernono ormoni maschili).

Nell'uomo la regolazione della produzione di ormoni sessuali non presenta importanti caratteristiche, poichè la produzione è costante ed uniforme. Nella donna invece la regolazione è più complessa, poichè la produzione di ormoni femminili è ciclica (didatticamente si possono distinguere un ciclo ovarico ed uno mestruale).

Gli ormoni, lo sviluppo del follicolo ovarico e dell'endometrio - (iniziamo l'analisi dei cicli partendo dalla avvenuta desquamazione dell'epitelio dell'utero). L'ormone FSH stimola la parete esterna di più follicoli ovarici, che a sua volta liberano ormoni estrogeni. Questi ormoni favoriscono la rigenerazione della mucosa uterina (endometrio). Un'altra loro caratteristica è quella di inibire lo sviluppo dei follicolo ovarici stessi, cosicchè solo uno dei più follicoli stimolati continui la sua attività: quello più "forte", ossia quello che per motivi casuali si è modificato di più e resiste megio all'attività inibente degli estrogeni.

Durante lo sviluppo il follicolo si riempie di liquor follicoli, e verso il 14° giorno scoppia liberando l'uovo (in questa fase c'è un aumento della concentrazione di LH preceduto da una caduta di concentrazione di FSH). L'uovo viene captato dalle fimbrie, e tramite le tube uterine viene portato nell'utero.

Nel frattempo nell'ovaio l'ormone LH stimola la formazione del corpo luteo, una struttura endocrina che produce il progesterone, un ormone che stimola il metabolismo dell'endometrio, che si è già rigenerato tramite gli estrogeni. Il progesterone aumenta la vascolarizzazione dell'endometrio, aumenta i depositi locali di glucosio, aminoacidi eccetera. Ciò è molto importante poichè la mucosa uterina deve essere un ottimo "terreno di colura", pichè lì si impianterà l'uovo, se fecondato.

Fecondazione o no - Se l'uovo non viene fecondato, verso il 21° giorno* si ha una diminuzione della concentrazione di ormone LH, e a ciò segue l'involuzione del corpo luteo. Cala quindi anche la concentrazione di progesterone (che era prodotto dal corpo luteo) e ciò provoca la morte della zona superficiale dell'endometrio, con conseguente eliminazione tramite la mestruazione.

Se avviene la fecondazione (solitamente gli spermatozoi raggiungono l'uovo quando si trova nelle tube) inizia immediatamente un processo di divisione cellulare, con formazione di un primitivo embrione. Circa dopo 28 giorni (ma il periodo è molto variabile) l'embrione si annida nell'utero, dove la cellule della sua parte esterna (che formeranno la placenta) iniziano a secernere gonadotropine (dette corioniche) che hanno il compito (come lo aveva l'LH) di mantenere in attività il corpo luteo (che provvede, tramite il progesterone, alla vita dell'endometrio).

Per due o tre mesi il corpo luteo è in grado di mantenere il trofismo dell'endometrio. Successivamente questo compito viene svolto dalla placenta. Infatti la placenta, producendo essa stessa progesterone, agisce con meccanismo di feed-back sul corpo luteo, ponendo fine alla sua attività. Per comprendere questa situazione si tenga presente che la placenta, in confronto alla madre, è una struttura estranea: quindi il progesterone prodotto dalla placenta, ed immesso nel circolo sanguigno della madre tramite l'endometrio uterino, equivale ad una somministrazione di ormoni esogeni.

Al terzo o quarto mese la placenta stimola il rilascio, dall'adenoipofisi, della prolattina, che causa la proliferazione cellulare della ghiandola mammaria. Alla fine del periodo* della gravidanza, che dura in media 9 mesi, la neuroipofisi inizia a secernere ossitocina, un ormone che fa aumentare la contrattilità della muscolatura liscia, ed in partilolare di quella dell'utero, le cui cellule sono dotate di molti recettori da ossitocina. Ciò stà alla base dei meccanismi del parto.

(*) Le regolazioni temporali di vari processi fisiologici sono dettate da meccanismi ancòra poco consciuti, indicati talvolta come "orologi biologici". Si pensa che sia l'ipotalamo a possedere le informazioni su quando far accadere taluni eventi.

Cenni sulla costituzione del Sangue e sul Sistema Immunitario

Il sangue, la sua parte liquida (plasma)

Il sangue è un tessuto composto parzialmente (46%) da elementi cellulari omogenei (parte corpuscolata) e parzialmnente (56%) da una matrice liquida, o plasma. Il plasma è composto in gran parte da acqua (91%), poi da proteine (7%) e da altre sostanze (sali, amminoacidi, zuccheri [specialmente glucosio], urea, ecc.) Le concentrazioni di queste sostanze sono mantenute costanti tramite vari meccanismi omeostatici, come il riassorbimento e la secrezione renale, la respirazione, ecc.

Il plasma sanguigno - Il plasma consente il trasporto delle sostanze in esso contenute (la parte corpuscolare del sangue, essenzialmente), ma partecipa anche al trasporto di ossigeno ed anidride carbonica. Essendo composto in gran parte d'acqua svolge anche funzioni termoregolatrici, infatti l'acqua mantiene per lungo tempo il calore (energia) che possiede Ci soffermiamo ora sulle proteine presenti in esso. Le più importanti sono:

- il fibrinogeno, una proteina grossa e filamentosa che prende parte alla coagulazione (il plasma, privato del fibrinogeno, viene detto siero)

- le albumine, proteine prodotte dal fegato, che servono a trasportare sia aminoacidi sia molecole non facilmente solubili, come gli ormoni steroidei o alcune vitamine

- le globuline alfa e beta, anche loro prodotte dal fegato, e anche loro trasportatrici di AA.

- le globuline gamma, o gammaglobuline, prodotte dai linfociti, hanno il compito di difendere l'organismo dalle sostanze ritenute estranee (o non-self). E' più preciso parlare di sostanze "ritenute estranee" più che di sostanze estranee in senso assoluto, poichè talvolta anche sostanze proprie dell'organismo vengono "scambiate" per non-self.

Il sangue, la sua parte corpuscolare

La parte corpuscolata del sangue, ma anche i linfociti (facenti parte del Sistema Immunitario), prendono origine dal midollo osseo rosso, detto anche tessuto emopoietico, ed in particolare da cellule staminali da esso prodotte.

Il tessuto emopoietico e le cellule staminali

Dopo la nascita i tessuti emopoietici sono rappresentati dal midollo osseo rosso, che è capace di generare vari tipi di cellule che andranno a comporre la parte corpuscolata del sangue. Esso si differenzia dal midollo osseo giallo, che ha perso questa capacità. Il midollo osseo rosso è situato, nell'adulto, nelle epifisi delle ossa lunghe, corte e piatte. In caso di emorragie croniche o di alterazioni della emopoiesi midollare, la produzione ematica può nuovamente avvenire (come accadeva nella vita fetale) nel midollo delle diafisi delle ossa lunghe e nel tessuto connettivo del fegato.

Il midollo osseo produce un tipo di cellule molto indifferenziate, dette cellule staminali, che sono in grado di dare origine a più specie di cellule diverse. Una cellula staminale può differenziarsi in una cellula linfatica (che originerà vari linfociti) o in una cellula ematica (che originerà i componenti della parte corpuscolata del sangue).

Da una cellula ematica derivano i megacariociti (origineranno le piastrine), le cellule staminali dei globuli rossi e le cellule staminali mieloidi (origineranno i globuli bianchi). Da una cellula linfatica derivano linfociti T e B.

I componenti della parte corpuscolata del sangue

La parte corpuscolata del sangue contiene globuli rossi, globuli bianchi e piastrine.

Le piastrine (e la coagulazione) - le piastrine sono frammenti cellulari di megacariociti, sono coinvolti nella coagulazione. La coagulazione consiste in una serie di meccanismi atti a fermare uno spandimento di sangue, conseguente alla rottura di un piccolo vaso. Qui di seguito accenniamo, a grandi linee, al meccanismo della coagulazione.

Quando un vaso si rompe, le piastrine del sangue vengono a contatto con la membrana basale, poichè l'endotelio apparirà danneggiato in uno o più punti. Le piastrine si "attaccano" alla membrana basale (non si possono invece attaccare all'endotelio, data la sua struttura), e iniziano ad ammassarsi le une sulle altre.

In questo caso, contemporaneamente all'ammassarsi delle piastrine, la muscolatura lisica del vaso che è stato leso mette in atto una vasocostrizione locale, che causa una minor perdita di sangue ed un più efficace "tappo" ad opera delle piastrine.

Le piastrine, quando iniziano ad accumularsi, rilasciano un compesso di molecole, detto reduttasi piastrinica, che ha il compito di "spremere" le piastrine stesse, in modo che il tappo da loro formato sia più fitto. Conteporaneamente viene rilasciato anche il fibrinogeno, una molecola filamentosa prodotta dal fegato, precursore della fibrina. La trombina, attivata in questi casi, a sua volta attiva il fibrinogeno trasfromandolo in fibrina. La fibrina, che è molto adesiva, agisce da cementante tra le piastrine, rendendo così ottimale la loro azione di tappo.

NB: in particolari casi è utile che ad una lesione non segua un'azione di coagulo (per esempio durante una operazione chirurgica). Per impedire la coagulazione si usa immettere nel sangue, per esempio, degli agenti chelanti gli ioni Ca++ (ossia molecole che si attaccano, come le chele di un granchio, sugli ioni Ca++). Il Ca++ è indispensabile al processo di coagulazione, ma per motivi di semplicità non ne abbiamo parlato. Anche l'eparina può essere sfruttata, a concentrazioni farmacologiche, come agente anti-coagulante. Questa sostanza è presente naturalmente nel nostro organismo, ma a concentrazioni fisiologiche la sua unica funzione è di impedire la coagulazione nel caso di micro-traumi, che sono molto frequenti. Se ogni microtrauma fosse seguito da una coagulazione, gli inconvenienti creati all'organismo sarebbero ben maggiori dei benefici.

I globuli rossi - i globuli rossi, o eritrociti, derivano dalle cellule staminali omonime. Un globulo rosso non ancòra maturo viene detto reticolocita, poichè il tessuto che lo forma ricorda una rete. Quando diviene maturo perde questa caratteristica e diviene un globulo rosso vero e proprio. Una concentrazione abnorme di reticolociti è segno che c'è l'organismo sta tentando di porre rimedio ad una mancanza di globuli rossi: una tal situazione si può riscontrare, per esempio, dopo una emorragia.

I globuli rossi vivono circa 3 mesi, poichè sono strutture senza nucleo e non sono in grado di rinnovarsi (possiedono pochissimo DNA). La loro funzione essenziale consiste nel trasporto di ossigeno, infatti contengono emoglobina, la sostanza alla quale l'osigeno si lega. I globuli rossi possiedono anche una certa funzione di tamponi, dovuta alla presenza dell'eme dell'emoglobina.

I globuli bianchi - i globuli bianchi si dividono in granulociti e monociti.

I globuli bianchi - granulociti: si dividono a loro volta in basofili, neutrofili ed acidofili. Hanno una vita breve e la loro attività consiste essenzialmente nel fagocitare tutte quelle piccole molecole inutili al nostro organismo, che tuttavia sono ancòra troppo grandi per essere eliminate dal rene. Essi, dopo che le hanno fagocitate, ne traggono nutrimento e le "digeriscono" dividendole, ed espellono poi delle molecole molto semplici. Queste molecole potranno essere riutilizzate dall'organismo, qualora risultino utili, oppure potranno essere eliminate dal rene. I granulociti possono essere definiti microfagi, poichè fagocitano molecole piccole, se confrontate a quelle fagocitate dai monociti. I granulociti possono fuoriuscuire dal capillari, raggiungendo così tutti gli interstizi di ogni tessuto.

I globuli bianchi - monociti: come i granulociti anche i monociti hanno una vita breve, e la loro attività principale consiste nel fagocitare materiali di scarto, ed espellere prodotti trattabili dal rene. I monociti trattano molecole notevolmente grandi (grosse proteine, frammenti cellulari), e per ciò possono essere definiti macrofagi.

Linfociti T e B, cenni sul Sistema Immunitario

I linfociti T

Questa specie di linfociti viene definita T poichè nel primo periodo della vita colonizzano il Timo, dove "imparano" a riconoscere le molecole facenti parte dell'organismo, o self, da quelle estranee, o non-self. La capacità di riconoscere sostanze self e non self viene detta competenza immunitaria.

La risposta cellulare - Quando i linfociti T vengono a contatto con un antigene, danno origine ad anticorpi specifici, che restano legati alla superficie dei linfociti che li hanno prodotti. I linfociti T riconoscono, inglobano e distruggono le cellule estranee, ma anche quelle del corpo che sono state modificate da infezioni, da virus o dalla trasformazione cancerosa.

A differenza degli altri leucociti fagocitanti del sangue, che inglobano e distruggono qualsiasi materiale estraneo, i linfociti T fagocitano solo cellule estranee specifiche (si basano sugli antigeni specifici).

Alcuni linfociti T (linfociti killer ) distruggono le cellule cancerose non appena vi entrano in contatto. Altri (linfociti helper ) cooperano con i linfociti B nella produzione di immunoglobuline.

I linfociti B

I linfociti B colonizzano i linfonodi, ma non in modo fisso (posso entrare ed uscire dai linfonodi sfruttando la circolazione linfatica). Questi linfociti producono le gammaglobuline. La produzione di gammaglobuline è costante (produzione basale), ma la presenza di sostanze non-self può farla aumentare notevolmante.

La risposta umorale - Quando una sostanza entra in un organismo, i linfociti B controllano la sequenza di zuccheri che essa reca sulla propria superficie. Se questa sequenza risulta estranea, la sostanza viene classificata come non self (antigene). Poichè il riconoscimento di una sostanza avviene proprio attraverso la sequenza di zuccheri superficiali, questi vengono detti determinanti antigenici o ligandi, poichè si legano ai recettori dei linfociti B per essere controllati.

Il riconoscimento di un antigene scatena la produzione, da parte dei linfociti B, di molecole proteiche dette anticorpi (proteine dette gamma - globuline). Non è esatto però parlare di anticorpi tutti uguali che agiscono contro un singolo antigene x; è meglio parlare di anticorpi diversi che agiscono contro i singoli determinanti antigenici dell'antigene x .Infatti, quando il linfocita B riconosce una sequenza di 40 o 50 zuccheri non self , dà il via alla produzione di 40 o 50 anticorpi specifici, che agiranno ognuno contro il proprio determinante antigenico.

Gli anticorpi che agiscono in generale contro un antigene si chiamano anticorpi policlonali, e derivano da molti linfociti B (uno per ogni determinante antigenico). Gli anticorpi che agiscono contro uno ed un solo determinante antigenico si chiamano anticorpi monoclonali, e derivano tutti da un determinato linfocita B.

La struttura degli anticorpi - Tutti gli anticorpi hanno una struttura fondamentale composta da quattro catene polipeptidiche: due catene leggere identiche (a basso peso molecolare) e due catene pesanti (ad alto peso molecolare). Gli estremi delle catene, sia leggere che pesanti, che presentano il gruppo carbossil-terminale COO-, sono dette regioni costanti, poichè la loro sequenza di AA (amminoacidi) è uguale per tutti gli anticorpi di una stessa classe.

Gli estremi della catene, sia leggere che pesanti, che invece presentano il gruppo ammino-terminale NH3+, sono dette regioni variabili, poichè la loro sequenza di AA varia molto anche all'interno di una stessa classe. Sono le regioni variabili che si legano al "loro" antigene specifico.

Esistono cinque classi di anticorpi (o gammaglobulione) circolanti. Esse differiscono per la struttura delle regioni costanti e per il modo in cui attaccano le cellule e le sostanze non self .

Linfociti T e B, la teoria della selezione clonale

L'insieme dei linfociti T e B può rispondere ad una grande varietà di antigeni. Il meccanismo che spiega come ciò possa avvenire è la teoria della selezione clonale. Questa teoria afferma che ogni linfocita è programmato nel suo DNA per poter rispondere ad un determinato antigene. Se un linfocita entra in contatto con il proprio antigene inizia a moltiplicarsi e a differenziarsi. Attraverso delle mitosi si formano quindi moltissimi linfociti identici, che poi producono gli anticorpi specifici.

La teoria della selezione clonale spiega poi il fenomeno della memoria immunologica. Quando un organismo viene a contatto con un antigene per la prima volta, passa un certo periodo di tempo (periodo di latenza) prima che vengano prodotti gli anticorpi. Se successivamente l'organismo incontra di nuovo lo stesso antigene, la sua risposta sarà molto più rapida. La teoria della selezione clonale afferma infatti che tra i molti linfociti T e B che vengono prodotti ce ne sono alcuni che vivono molto a lungo (decenni), e che sono già pronti quando l'antigene si ripresenta (risposta secondaria). Questi linfociti sono chiamati cellule della memoria .

Non è stato ancòra spiegato con esattezza quale sia la fonte di una così grande varietà di anticorpi. Essi sono proteine, quindi sono determinate dai geni: le loro sequenza di AA derivano da sequenze di DNA. Si è notato che i geni che codificano la regione variabile dell'anticorpo (gV), non si trovano vicini a quelli che codificano la regione costante (gC).

In più, su una catena di DNA, per ogni gene che codifica una regione costante, ce ne sono molti che codificano l'adiacente regione variabile. Prima di andare a formare l'mRNA la catena di DNA si apre e solo uno dei tanti gV (a caso) va a sistemarsi vicino al gC. Ciò si ripete ad ogni "giro" di produzione del mRNA. E' possibile, ma non è sicuro, che i singoli gV siano il risultato di combinazioni di due o più frammenti genici, il che aumenterebbe ancòra di più la varietà di anticorpi prodotti.

Cenni sul Liquido Cerebrospinale

Il liquido (o liquor) cerebrospinale è costituito da plasma sanguigno al quale sono state sottratte praticamente tutte le proteine (quelle presenti lo sono in quantità irrilevanti). Aminoacidi, sali, e altri componenti del plasma, invece compaiono nel liquido cerebrospinale in concentrazioni immutate.

Il liquor viene prodotto nel terzo ventricolo, a livello dei plessi aracnoidei (degli agglomerati di capillari, ricoperti da tessuto connettivo). Raggiunge poi i ventricoli laterali, situati tra telencefalo e corteccia, il quarto ventricolo ed il canale ependimale. Attraverso i due foridi Luschka ed quello di Magentie, presenti nel quatro ventricolo, raggiunge lo spazio sub-aracnoideo, ossia l'inercapedine tra la dura madre e la pia madre (vedi figura).

Non è stato ancòra spiegato con esattezza quale sia la fonte di una così grande varietà di anticorpi. Essi sono proteine, quindi sono determinate dai geni: le loro sequenza di AA derivano da sequenze di DNA. Si è notato che i geni che codificano la regione variabile dell'anticorpo (gV), non si trovano vicini a quelli che codificano la regione costante (gC).

In più, su una catena di DNA, per ogni gene che codifica una regione costante, ce ne sono molti che codificano l'adiacente regione variabile. Prima di andare a formare l'mRNA la catena di DNA si apre e solo uno dei tanti gV (a caso) va a sistemarsi vicino al gC. Ciò si ripete ad ogni "giro" di produzione del mRNA. E' possibile, ma non è sicuro, che i singoli gV siano il risultato di combinazioni di due o più frammenti genici, il che aumenterebbe ancòra di più la varietà di anticorpi prodotti.

Fisiologia del tessuto muscolare

Il muscolo liscio, come lo striato presenta filamenti sottili di actina, filamenti spessi di miosina, ma con isoforme diverse, codificata da geni diversi, tradotta in modo diverso rispetto quella tradotta nel muscolo scheletrico e cardiaco, vi è comunque presenza di actina e miosina, anche se disposti in maniera differente; non longitudinalmente, ma trasversalmente; anche in questo caso sono ancorate a corpi densi, che sono i punti fissi a partire dai quali inizia la contrazione: anche nel muscolo liscio parleremo di un sarcomero, ovvero l’insieme strutturale di filamenti spessi di actina e miosina.

La differenza principale striato e liscio è il fatto che nel liscio i filamenti sono meno ordinati, dunque meno visualizzabili. Noi possiamo visualizzarli solo in distribuzione molto ordinata; dunque nel liscio non riusciamo a vederli bene.

La prima cosa che dobbiamo ricordare è che il muscolo si contrae, ma può essere stirato. La contrazione muscolare è un evento attivo, lo stiramento è passivo; un muscolo viene iperesteso se tirato dal muscolo antagonista. Stessa cosa vale per il muscolo liscio; nel momento in cui la vescia si dilata, viene ad essere iperestesa. Il muscolo scheletrico attivamente si contrae soltanto; il muscolo scheletrico può solo tirare le ossa, in nessun caso può spingere.

La contrazione del muscolo non è dovuto ad un accorciamento delle fibre contrattili, ma da uno scivolamento dei filamenti sottili su quelli spessi; provocando l’accorciamento del sarcomero, dunque della fibra muscolare. L’interazione actina miosina porta allo scivolamento delle une sulle altre. Per esserci contrazione, deve esserci interazione fra i filamenti, questo è un evento calcio dipendente e affinché la contrazione sia efficace, vi sono lunghezze minime e massime del sarcomero. Sarcomeri troppo lunghi o troppo corti portano a contrazioni inefficaci; inoltre se il sarcomero si accorcia, vi è un movimento di strutture del citoplasma delle fibre muscolari. Una cosa che noi vediamo è che l’accorciamento del sarcomero non avviene con un solo step, ma con eventi ripetuti; quindi la contrazione muscolare, è un evento calcio dipendente ed ATP dipendente; nel muscolo abbiamo filamenti spessi (le code della miosina dalle quali fuoriescono le teste dei filamenti spessi). La miosina è una proteina ATPasica, in grado di legare, ma anche di idrolizzare ATP, l’idrolisi è un evento esoenergetico, ovvero offre energia a qualcos’altro; inoltre presenta anche siti di legame per l’actina, in modo che sia possibile interazione tra i filamenti. In generale, nel muscolo a riposo actina e miosina non possono interagire, dato che i siti di legame non sono esposti. In un individuo, l’atp si lega alla miosina, in grado di interagire con l’actina; questo significa che la miosina a attività ATPasica, trasformando ATP in ADP + P; entrambi i prodotti della reazione restano legati alla testa miosina, ma nella reazione viene liberata energia, utilizzata dalla miosina stessa per cambiare conformazione e assumere una conformazione carica, cambiando l’angolo che la testa della miosina ha con il braccio. L’energia liberata dall’idrolisi dell’Atp viene usata dalla miosina per caricarsi; avviene a questo punto una ulteriore reazione: la miosina si lega all’actina e successivamente vi è la partenza, in quanto il fosfato viene rilasciato (inizialmente restava legato alla testa carica con l’atp) in questo momento la testa della miosina da un colpo di forza, spende l’energia che aveva immagazzinato per dare un colpo al filamento di actina per poi tornare alla sua posizione scarica. Dunque abbiamo una posizione di riposo nella testa della miosina con il quale ha un angolo di 45 gradi con il braccio, e una posizione energizzata con la quale forma un angolo 90 gradi con il braccio; nel momento in cui l’energia di questa posizione viene spesa, la testa della miosina deve tornare alla sua posizione di riposo a 45 gradi. Un accorciamento massimale non può essere dato da un singolo colpo di forza, in quando i pochi nanometri del sarcomero non possono da soli portare all’accorciamento di 5-6 cm. Actina e miosina distaccano brevemente, per poi riattaccarsi con un singolo colpo di forza (che darà un accorciamento ulteriore), o succede che actina e miosina restano attaccate e resterà un mantenimento della tensione (condizione importante per i muscoli lisci). Può accadere che per motivi patologici la miosina e l’actina non riescano a staccarsi, dando una condizione di rigor mortis. In assenza di ATP è impossibile che actina e miosina si distacchino (appunto il rigor mortis).

La miosina lega ATP e lo idrolizza, staccandola dall’actina, facendo in modo che i due si stacchino.

Nei cicli attacco-distacco veloci, vi sono veloci contrazioni; se i cicli attacco-distacco sono lenti, si hanno contrazioni lente o mantenimento della tensione. Il muscolo scheletrico è capace di fare 10-100 cicli al secondo di attacco e distacco, mentre il liscio ne fa 1000 volte di meno. Il calcio ha un ruolo fondamentale per l’interazione fra i filamenti.

L’evento che immediatamente segue la depolarizzazione della membrana è l’aumento della concentrazione citoplasmatica di calcio, e solo dopo vi sarà lo sviluppo della forza, e lo sviluppo della forza raggiungerà il suo massimo quando gli eventi elettrici si staranno esaurendo, questo nel muscolo cardiaco; nello scheletrico invece la contrazione avviene quando il potenziale d’azione è finito da un pezzo. Anche nel muscolo scheletrico comunque si ha una calcio-dipendenza; anche il potenziale d’azione muscolare è seguito da una aumento citoplasmatico di calcio, lo stesso avviene nel muscolo liscio: uno stimo aumenta la concentrazione di calcio, dunque della forza.

Nel muscolo striato, oltre ai filmantei di actina e miosina, vi son oaltri complessi, xcome la toponina e la tropomiosina; la tropomiosina copre i siti di interazione di actina-miosina; la troponina, è legata alla tropomiosina: è formata da tra complessi: la troponina C, sulla quale si inserisce il calcio, e fa spostare le altre 2 subunità troponina, che porteranno con loro la tropomiosina, lasciando scoperti i siti di legame dell’actina. A questo punto può avvenire l’interazione troponina-tropomiosina. In presenza di calcio i filamenti interagiscono, senza di esso no.

Nel muscolo liscio, la funzione del calcio è diversa: in questo caso vi è regolazione dell’actina, nel muscolo liscio non vi è la tropomiosina, dunque i siti di legame sono sempre spresenti, ma inm assenza di calcio la miosina non è in grado di reagire con l’actina.

La miosina del liscio è diverso dallo scheletrico, la coda e il braccio hanno siti di fosforialzione sui quali una proteina chinasi attacca il fosforo, che causa un cambiamento conformazionale, in questo modo la proteina fosforilata cambia conformazione.

Nel liscio vi sono due enzimi: la chinasi delle catene leggere della miosina e l’antagonista, la miosina fosfatasi, che stacca il fosforo dalla miosina. La chinasi delle catene leggere è regolato dal complesso calcio-calmodulina, che lega calcio ad alta affinità, quando 4 ioni calcio si lega alla calmodulina, la miosina viene fosforilata dalla calcio chinasi e la miosina è in grado di interagire con l’actina, in assenza di calcio invece non è in grado di interagire.

Il muscolo liscio è chiamato spesso a rimanere a lungo contratto. Se deve restare contratto, deve restarci a bassa spesa energetica, non si può utilizzare molto ATP per tenere chiuso lo stomaco. L’equilibrio fosfatasi-chinasi regola il mantenimento della tensione. Il calcio aumenta dopo lo stimolo che porta alla contrazione e serve per l’interazione tra i filamenti.

Nel muscolo striato vi è un deposito di calcio nel reticolo sarcoplasmatico, il muscolo liscio è più eterogeneo: in alcuni casi deriva dal reticolo sarcoplasmatico, altre volte dal liquido intracellulare.

Il calcio in generale arriva da dentro, non dalla membrana, solo nelle cellule più piccole deriva da fuori.

Il calcio può uscire dal reticolo sarcoplasmatico solo se ci sono dei canali ionici che permettono al calcio di uscire. Questi canali appartengono a due famiglie: in un caso sono delle proteine trans-membranarie; nel muscolo liscio questi canali si aprono legando inositol trifosfato, liberato in risposta a recettori metabotropi. Sul muscolo striato vi sono canali simili, ma con sistema di apertura diverso; questi canali, se affetti da determinate patologie, come l’ipertermia maligna, si aprono in maniera errata. Immaginiamo di essere nel muscolo scheletrico, arriva un evento depolarizzante, la membrana plasmatica si depolarizza; tutti i fenomeni di potenziale sono fenomeni di membrana, vi sono meccanismi che trasferiscono l’eccitazione della membrana esterna all’interna, questi sono meccanismi eccitazione-contrazione; abbiamo detto che il rilascio di calcio è propedeutico per la contrazione. Nel muscolo scheletrico vi è un meccanismo particolare: si sa che nel muscolo scheletrico è sviluppato il reticolo sarcoplasmatico, che presenta ampie cisterne terminali, in corrispondenza di invaginazioni della membrana plasmatica (tubuli T) e delle teste della miosina (dove serva il calcio).

La membrana plasmatica è molto vicina alla cisterna terminale; questa struttura prende il nome di triade ed è stato chiarito negli ultimi 15 anni che esistono delle strutture fisiche che attraversano lo spazio tra cisterna terminale e tubulo T.

La membrana del tubulo T presenta strutture che attraversano la membrana e lo spazio che divide il tubulo T dalla cisterna terminale del reticolo. Una struttura trans-membrana voltaggio dipendente cambia la sua conformazione quando cambia il potenziale di membrana; il tappo (voltaggio dipendente) si sposta e i canali sul reticolo sarcoplasmatico si aprono, facendo entrare il calcio nel citoplasma.

Nel muscolo liscio la situazione è diversa; nel cardiaco specialmente sulla membrana plasmatica sono presenti i canali voltaggio-dipendenti per il calcio, che una volta aperti fanno entrare calcio, che va a legarsi ai recettori del reticolo sarcoplasmatico, che si aprono in risposta all’aumento di calcio citoplasmatico; il calcio reagisce come l’acetilcolina sui recettori, li fa aprire, favorendo il rilascio di calcio dal reticolo (rilascio di calcio indotto da calcio).

L’aumento di calcio è ritardato rispetto all’eccitazione della membrana. I meccanismi che accoppiano la membrana con il reticolo, sono voltaggio-dipendenti nel cardiaco, nel liscio vi è o lo stesso meccanismo, o si ha una dipendenza dall’inositol trifosfato.

L’ingresso di calcio nella membrana non aumenta il calcio citoplasmatico realmente, ma è un evento più lento.

Un segnale di calcio attraverso la membrana plasmatica è in grado di evocare il rilascio di calcio nel muscolo cardiaco, ma non lo evoca nel liscio, poichè il cardiaco è un muscolo ottimizzato a questo scopo. Il muscolo cardiaco ha un funzionamento ripetitivo, mentre il liscio ha bisogno di stimoli diversi per diversi funzionalmenti.

Tra il tubuto T e la cisterna terminale ci sono corpi elettrondensi chiamati “pieghe della giunzione”; queste rappresentano le strutture che fanno da “tappo” sui recettori, presenti sul reticolo sarcoplasmatico. Le strutture sul tubuto T (voltaggio dipendenti) sono canali per il calcio non funzionanti, non passa calcio, ma funzionano da sensori voltaggio e tappano i canali.

La più grossa malattia di queste strutture è la “disgenia muscolare”, nella quale mancano i canali per il calcio (questa malattia non è presente negli esseri umani) e il soggetto muore soffocato alla nascita.

Relativamente al muscolo scheletrico, abbiamo: potenziale d’azione, il calcio citoplasmatico sale, poi scende; scende poiché sul reticolo sarcoplasmatico sono presenti calcio ATPasi, che portano calcio nel reticolo; quindi la velocità con la quale diminuisce la concentrazione di calcio è la velocità con cui le pompe lo estrudono dal citoplasma, se il calcio resta nel citoplasma, la fibra resta contratta; si rilascia solo quando la concentrazione di calcio torna attorno ai 100 nanomolare.

Al picco, la concentrazione di calcio può aumentare di 10 o 100 volte.

Un altro evento regolato dal calcio citoplasmatico è l’esocitosi del neurotrasmettitore, nel quale il calcio ha la funzione di secondo messaggero.

Se la concentrazione di calcio resta alta, il muscolo resta contratto. Nel muscolo scheletrico e nel muscolo liscio, la concentrazione di calcio resta alta molto a lungo dopo che il potenziale d’azione si è esaurito.

Se questo è quello che accade nel singolo potenziale di azione, nel caso in cui ne avvenga più di uno, la concentrazione di calcio, non riesce a seguire più il potenziale di membrana, comincia ad accumularsi nel citoplasma, e viene eliminato dal citoplasma lentamente tramite le pompe per il calcio. Se un secondo potenziale di azione arriva prima che il calcio citoplasmatico sia esaurito, il calcio entrante si accumula al precendente; se la frequenza di potenziali di azione aumenta molto, il calcio perde il suo andamento pulsatile e si limita ad aumentare; questa contrazione (di tipo tetanico) è il normale modo di lavoro del muscolo. I muscoli non sono attivati da scosse singole, ma da contrazioni di tipo tetanico, che può essere di tipo “fuso” in cui la contrazione di calcio un po’ varia, o quelle in cui la stimolazione è ad alta frequenza in cui il tetano è completamente fuso; questo segnala una contrazione molto veloce. È importante osservare che il fatto che il calcio viene estruso lentamente, si può modulare la forza di contrazione, lasciando che il calcio si accumuli nella fibra.

Il muscolo cardiaco è molto particolare, ha un modo di funzionare molto stereotipato, esplica una funzione di pompa. Il muscolo cardiaco è un muscolo striato, la sua contrazione è dovuto a rilascio di calcio indotto da calcio, che porta poi allo spostamento troponina-tropomiosina, dunque spostamento.

I canali voltaggio dipendenti fanno entrare una quantità di calcio, ma non sufficiente a far scatenare contrazione, il calcio stesso induce altro calcio presente sul reticolo sarcoplasmatico ad entrare e a scatenare realmente la contrazione.

Il muscolo cardiaco è un muscolo molto particolare: il cuore batte poiché sui autoeccita, il pacemaker cardiaco è interno, una regione capace di provocare l’eccitazione necessaria per la contrazione; si contrae ritmicamente, poiché ritmicamente si depolarizza. Il pacemaker cardiaco è miogeno, fibre specializzate in grado di contrarsi ritmicamente, posto nel nodo seno atriale.

L’eccitazione passa dal nodo seno atriale al miocardio di lavoro.

In condizioni fisiologiche diverse (sonno-veglia tranquilla-veglia movimentata) la frequenza cardiaca varia, è in grado di seguire lo stato funzionale dell’organismo. Il cuore è capace di battere se isolato, ma è innervato dal sistema simpatico e parasimpatico. Il sistema nervoso autonomo, serve a informare gli organi interni su ciò che l’organismo si aspetta da loro (omeostasi).

Un parte del sistema nervoso (autonomo) si incarica di informare il cuore di quali sono le esigenze fisiologiche, 70 bpm in veglia, o 120 bpm durante una corsa. E il sistema nervoso autonomo va ad informare il cuore di questo.

Durante attività fisica aumenta sia frequenza che forza cardiaca (batte più in fretta e con più potenza).

Nel cuore vi sono due tipi di tessuto, quello di conduzione e il miocardio proprio (quelle che pompano il sangue). Il tessuto di conduzione non partecipano alla contrazione e servono a distribuire l’impulso; è presente il nodo seno atriale, il nodo atrio ventricolare, che trasporta l’impulso elettrico dall’atrio al ventricolo. Dal punto di vista elettrico il cuore è composto da due sincizi, uno atriale e uno ventricolare.

In nodo seno atriale è la regione pacemaker, che fa in modo che il cuore si depolarizzi e si iperpolarizza continuamente.

Ad ogni ciclo di polarizzazione-ripolarizzazione corrisponde un battito cardiaco. Le correnti necessarie alla depolarizzazione, sono date da canali voltaggio-dipendenti.

Il potenziale nel nodo seno atriale ha diverse caratteristiche: varia in continuazione e non presenta potenziale di riposo. Nel nodo seno atriale vi sono canali voltaggio dipendenti per il potassio per ripolarizzarsi e canali permeabili ai cationi (calcio e sodio) per depolarizzarsi.

Curiosamente nel nodo seno atriale non ci sono canali voltaggio dipendenti per il sodio; abbiamo una prima fase di depolarizzazione lenta, questa è la fase nella quali si attiva una conduttanza massima mentre vi è depolarizzazione lenta; questa è la corrente IF, che si attiva quando il potenziale di membrana raggiunge –60 mV, a questo punto i canali fanno passare sodio, il sodio entra e depolarizzano la membrana lentamente. Ad un certo punto la membrana arriva a –40 mV e la depolarizzazione si accelera, stessa cosa accade ai canali del calcio a bassa soglia, che si aprono a piccole depolarizzazione.

La corrente IF è responsabile della depolarizzazione lenta e le correnti al potassio sono la causa della ripolarizzazione. La ritmicità è dovuta alla IF che impedisce alla membrana di ripolarizzarsi; lo spike è dovuto dal calcio e la ripolarizzazione è causata dalle correnti di potassio.

L’unico influsso di sodio è dovuto dalla IF o dallo scambiatore Sodio-calcio, non vi sono canali del sodio nel nodo seno atriale. Agendo sui canali IF noi possiamo regolare la frequenza cardiaca. Nel miocardio di lavoro non c’è IF, dunque il potenziale di riposo è stabile e piuttosto negativo.

Nel miocardio di lavoro ci sono i canali voltaggio-dipendenti per il sodio, dunque la depolarizzazione generata nel nodo seno atriale, viene trasportata nel miocardio tramite il tessuto di conduzione, quando il cardiomiocita si depolarizza si attivano i canali per il sodio; il cardiomiocita ventricolare è innervato dalle fibre del purkinjie che portano la depolarizzazione del nodo seno atriale. Il cardiomiocita ventricolare riceve l’impulso dalla fibra del purkinjie, i canali per il sodio si aprono, vi è lo spike e si inattivano.

Il calcio entra durante la fase di plateau, e serve a mantenere la membrana depolarizzato e a scatenare il rilascio di calcio indotto da calcio.

Fisiologia del sistema gastrointestinale

Il sistema gastrointestinale è costituito dal tratto gastrointestinale (bocca, faringe, esofago, stomaco, duodeno, digiuno, ileo, colon, retto e ano) e da strutture ghiandolari (ghiandole salivarie, fegato, colecisti e pancreas) che producono le secrezioni presenti nel tratto gastrointestinale.

Le principali funzioni fisiologiche del sistema gastrointestinale sono:

la digestione del cibo
l’assorbimento dei principi nutritivi nel sangue

Queste funzioni sono svolte mediante una serie di attività:

motilità: include quei movimenti del tratto gastrointestinale che servono a mescolare il suo contenuto e a determinare la propulsione lungo la sua estensione
secrezione: include tutti i processi attraverso i quali le ghiandole associate al tratto gastrointestinale secernono acqua e molecole di varia natura
digestione: l’insieme dei processi mediante i quali le grosse molecole ingerite con il cibo vengono chimicamente degradate e rese disponibili per l’assorbimento attraverso la parete del tratto gastrointestinale
assorbimento: l’insieme dei processi attraverso i quali i principi nutritivi vengono assorbiti dal tratto gastrointestinale e riversati nel sangue

La struttura del tratto gastrointestinale è costituita da quattro strati:

la mucosa, istologicamente divisa in:
un epitelio di rivestimento che riposa su una lamina basale
una tonaca propria connettivale di supporto (solitamente connettivo denso a fasci intrecciati, ma alle volte anche fibrillare lasso). Sono frequenti sfondati ghiandolari
una muscolaris mucosae, sottile strato muscolare liscio
la sottomucosa, con tessuto connettivo fibrillare lasso contenente fibre nervose e vasi sanguigni e linfatici
la tonaca muscolare esterna, formata da tessuto muscolare liscio che è solitamente suddiviso in due strati: uno strato circolare, interno e uno strato longitudinale, esterno. L’azione di questi strati di muscolatura provocano il movimento del cibo con la peristalsi.
l’avventizia, rivestimento esterno di tessuto connettivo lasso, interstiziale, che permette il passaggio ai vasi e ai nervi. Nei tratti dove è esposta nella cavità addominale questo strato funzionale prende il nome di sierosa ed è rivestita da un epitelio pavimentoso semplice detto mesotelio, e da tessuto fibrillare lasso sottosieroso.

Il sistema nervoso enterico è formato da:

il plesso mienterico (tra i due strati di muscolatura)
il plesso sottomucoso
altri neuroni e plessi del tratto gastrointestinale

Le funzioni del tratto gastrointestinale sono regolate e coordinate da ormoni, sostanze paracrine e neuroni, pertanto la regolazione delle funzioni gastrointestinali possono esser divise in:

regolazione endocrina: nella mucosa e nella sottomucosa dello stomaco e dell’intestino e nel pancreas sono presenti cellule endocrine che producono numerosi ormoni. Alcuni agiscono sulle cellule secretorie, altre sulle cellule muscolari lisce.
regolazione paracrina: varie sostanze ad azione paracrina contribuiscono alla regolazione delle funzioni secretorie e motorie del tratto gastrointestinale. Ad esempio, l’istamina liberata dalle cellule presenti nella parete dello stomaco svolge un ruolo fondamentale nella secrezione di HCl da parte delle cellule parietali gastriche. Altre sostanze paracrine sono liberate da cellule dell’ampio sistema immunitario gastrointestinale. Il sistema immunitario gastrointestinale secerne anticorpi in risposta alla presenza di antigeni contenuti nel cibo e provvede ai meccanismi di difesa immunitaria contro numerosi microrganismi patogeni.
regolazione neurocrina: l’innervazione del tratto gastrointestinali si compone di tre fondamentali componenti:
innervazione simpatica: è attuata dalle fibre adrenergiche postgangliari, i cui corpi cellulari sono localizzati nei gangli prevertebrali e paravertebrali. Inoltre, i plessi celiaco, mesenterico superiore, inferiore e ipogastrico, inviano fibre postgangliari a vari segmenti del tratto gastrointestinale. La maggior parte delle fibre simpatiche non innerva direttamente le strutture del tratto gastrointestinale, ma stabilisce contatti sinaptici con i neuroni dei plessi intramurali. Tuttavia alcune fibre simpatiche innervano i vasi sanguigni del tratto gastrointestinale con azione vasodilatatrice. La stimolazione delle fibre simpatiche destinate al tratto gastrointestinale inibisce la contrazione della muscolare esterna, ma stimola la contrazione della muscolaris mucosae e di alcuni sfinteri.
innervazione parasimpatica: è, fino a livello del colon trasverso, attuata dalle fibre del vago. La restante parte del colon, il retto e l’ano ricevono invece fibre parasimpatiche dai nervi pelvici del midollo spinale. Queste fibre sono pregangliari e colinergiche. Le fibre pregangliari terminano soprattutto sulle cellule gangliari dei plessi intramurali e stimolano l’attività motoria e secretoria dell’intestino.
sistema nervoso enterico: è costituito da una rete di fibre nervose e di cellule gangliari. Nei plessi sono presenti anche numerosi interneuroni che mettono in connessione le fibre afferenti sensoriali che terminano sulla mucosa e sulla muscolaris mucosae (rispondono alla deformazione meccanica, a stimoli chimici, a stimoli nocivi e alla temperatura) con i neuroni efferenti che proiettano alle cellule muscolari e alle cellule secretorie, formando archi riflessi interamente localizzati nella parete del tratto gastrointestinale. Gli assoni dei neuroni di questi plessi innervano le cellule ghiandolari della mucosa e della sottomucosa, le cellule muscolari lisce della muscolare esterna e della muscolaris mucosae, nonchè le cellule endocrine ed esocrine intramurali. I plessi mienterico e sottomucoso danno origine a fasci di fibre che formano plessi non gangliari, come il plesso mucoso e il plesso muscolare profondo. L’innervazione simpatica e parasimpatica del tratto gastrointestinale termina prevalentemente sui neuroni dei plessi mienterico e sottomucoso, dove eccita o inibisce particolari neuroni. È attraverso questa connessione che il sistema nervoso autonomo influenza le funzioni motorie e secretorie del tratto gastrointestinale, esercitando un’azione mdulatoria. Vi sono tre tipi di neuroni enterici:

neuroni mienterici: la maggior parte dei neuroni mienterici è costituita da motoneuroni. I motoneuroni possono essere eccitatori o inibitori; essi proiettano agli strati longitudinale e circolare della muscularis externa. I plessi mienterici contengono inoltre neuroni sensoriali (circa un terzo) e interneuroni. Altri neuroni mienterici proiettano a neuroni localizzati nei gangli sottomucosi o a effettori situati nella mucosa.I motoneuroni eccitatori liberano acetilcolina, che agisce su recettori muscarinici presenti sulle cellule muscolari lisce, e sostanza P. I motoneuroni inibitori liberano invece pplipeptide intestinale vasoattivo (VIP) e monossido d'azoto (NO). Anche l'ATP è utilizzato come neurotrasmettitore in alcune regioni. Quantitativamente, il NO è il più importante mediatore del rilasciamento della muscolatura liscia del tratto gastrointestinale. La maggior parte degli interneuroni libera acetilcolina, che agisce su recettori nicotinici presenti sui motoneuroni mienterici o su altri interneuroni.
neuroni sottomucosi: la maggior parte dei neuroni sottomucosi regola l'attività secretoria delle cellule ghiandolari, endocrìne ed epiteliali. I neuroni secretori liberano acetilcolina e VIP sulle cellule ghiandolari ed epiteliali. Nei gangli sottomucosi esistono anche neuroni sensoriali, sensibili alla presenza di stimoli chimici o alla distensione meccanica della mucosa, che mediano riflessi secretori. Le cellule enterocromaffini della mucosa liberano serotonina (5-HT) in risposta alla presenza di stimoli meccanici o chimici; la 5-HT stimola neuroni sensoriali che proiettano ai gangli enterici o a gangli delle radici dorsali, dove molti di loro liberano il peptide correlato al gene della calcitonina (CGRP) su interneuroni. Gli interneuroni della sottomucosa liberano acetilcolina che agisce su altri neuroni del plesso sottomucoso o su neuroni del plesso mienterico. I gangli sottomucosi contengono infine neuroni ad azione vasodilatatrice che liberano acetilcolina e/o VIP sulle cellule muscolari lisce dei vasi mucosi.
riflessi intrinseci: i numerosi archi riflessi intrinseci presenti nella parete del tratto gastrointestinale controllano le attività motorie e secretorie di tutti i segmenti del tratto gastrointestiiale. Uno dei più comuni modelli organizzativi di riflesso enterico è il seguente: la distenzione di un segmento d'intestino evoca tipicamente eccitazione ascendente ed inibizione discendente, e la stimolazione meccanica o chimica della superficie mucosa evoca la contrazione dei segmenti precedenti e la distensione di quelli successivi.

La maggior parte della regolazione ormonale e nervosa delle funzioni del tratto gastrointestinale è intrinseca (ovvero sia le cellule che regolano, sia quelle che rispondono sono localizzate nel tratto gastrointestinale). Una parte della regolazione ormonale e nervosa tuttavia è estrinseca.

Il potenziale di riposo della membrana delle cellule muscolari lisce del tratto gastrointestinale varia tra -40mV e -70mV. La Na+,K+-ATPasi elettrogenica contribuisce in modo significativo alla genesi del potenziale di riposo. Questo potenziale non è però costante ma presenta oscillazioni, dette onde lente, la cui frequenza varia da circa 3/min nello stomaco fino a 12/min nel duodeno. Queste onde sono generate da cellule interstiziali che si addensano al confine tra strato muscolare circolare e longitudinale ed emettono gap junction con le cellule muscolari lisce, attraverso cui le onde lente possono facilmente propagarsi a tutta la muscolare esterna. L’ampiezza delle onde lente può essere modulata dalle fibre nervose, da ormoni e da sostanze paracrine. Le fibre simpatiche diminuiscono l’ampiezza delle onde, quelle parasimpatiche l’aumentano.

Nel caso in cui il picco di un’onda lenta ecceda la soglia vengono generati uno o più potenziali d’azione. Questi potenziali d’azione hanno una durata maggiore e non presentano gli overshoot come quelli del muscolo scheletrico. La fase di salita del potenziale d’azione è determinata dal flusso ionico attraverso canali che sono relativamente lenti ad aprirsi e che conducono sia Ca2+ che Na2+. Poiché le cellule muscolari lisce si contraggono lentamente, le singole contrazioni provocate da ciascun potenziale d’azione non si apprezzano come scosse distinte, ma si sommano nel tempo producendo un modico incremento del livello di tensione. Nell’intervallo tra due scariche il livello di tensione, pur diminuendo, non arriva mai a zero e ciò determina il tono muscolare.

La masticazione può essere volontaria, ma molto più frequentemente è un’azione riflessa. Serve a lubrificare il cibo mescolandolo con il muco salivare, a mettere a contatto l’amico che vi è contenuto con l’amilasi salivare e a frantumarlo in maniera tale da renderlo adatto alla deglutizione e al successivo mescolamento con le secrezioni digestive dello stomaco e del duodeno.

La deglutizione può essere iniziata volontariamente, ma le fasi successive sono pressocchè interamente sotto controllo riflesso. Il riflesso della deglutizione consiste in un'ordinata sequenza d'eventi che portano alla progressione del cibo dalla bocca allo stomaco e che allo stesso tempo inibiscono la respirazione, impedendo il passaggio del cibo nella trachea. La via afferente del riflesso della deglutizione inizia a livello dei recettori tattili, soprattutto di quelli situati in prossimità dell'apertura della faringe. Gli impulsi sensoriali destati in questi recettori sono trasmessi al centro della deglutizione (alcune parti del bulbo e del ponte). Dal centro della deglutizione partono impulsi motori che giungono attraverso vari nervi cranici alla muscolatura della faringe e della parte superiore dell'esofago. La deglutizione può essere suddivisa in:

fase orale: inizia con il distacco, da parte della punta della lingua, di un bolo dalla massa di cibo contenuta nella bocca. Il bolo che deve essere deglutito viene spinto in alto e indietro nella bocca per effetto dell'azione esercitata sul palato duro, prima dalla punta della lingua e, successivamente, dalle sue porzioni posteriori. L'effetto finale consiste nel passaggio del bolo nella faringe, dove vengono stimolati i recettori tattili che danno inizio al riflesso della deglutizione.
fase faringea : comprende la seguente sequenza di eventi che si svolge in meno di 1 secondo.
Il palato molle è spinto verso l'alto e le pieghe palato-faringe si spostano verso l'interno. Lo scopo di questi eventi è di prevenire il riflusso di cibo nel nasofaringe e di stabilire uno stretto passaggio attraverso il quale il cibo possa essere spinto verso la faringe.
Le corde vocali vengono stirate contemporaneamente e la laringe viene spinta in avanti e in alto, contro l'epiglottide. Lo scopo di questi eventi è chiaramente di impedire l'ingresso del cibo nella trachea e di facilitare l'apertura dello sfintere esofageo superiore.
Lo sfintere esofageo superiore (SES) si rilascia per ricevere il bolo di cibo; quindi i muscolicostrittori superiori della faringe si contraggono intensamente e spingono il bolo nella faringe.
Contemporaneamente alla contrazione dei muscoli costrittori superiori della faringe si origina un'onda peristaltica, che si dirige verso l'esofago e spinge il bolo attraverso lo SES che è in stato di rilasciamento.
fase esofagea: è controllata dal centro della deglutizione. Dopo che il bolo ha superato lo SES, quest’ultimo si contrae e inizia un’onda peristaltica (peristalsi primaria). Nel caso la peristalsi primaria non sia sufficiente a svuotare l’esofago dal cibo, la sua distensione provoca la comparsa di un’altra onda peristaltica (peristalsi secondaria). Entrambe le peristalsi sono modulate dalle afferente originate dalle fibre sensoriali esofagee, che terminano ne sistema nervoso centrale e in quello enterico.

L’esofago funziona come un canale atto a trasportare il cibo dalla faringe allo stomaco. Nel terzo superiore dell’esofago, sia lo strato circolare interno sia quello longitudinale esterno sono costituiti da muscolo striato che progressivamente viene sostituito da muscolo liscio negli strati muscolari del terzo inferiore. La muscolatura esofagea è innervata prevalentemente da rami del nervo vago. le fibre somatomotorie formano giunzioni neuromuscolari eccitatorie (acetilcolina) o inibitorie (NO). Le fibre visceromotorie sono fibre parasimpatiche pregangliari che stabiliscono contatti con le cellule nervose del plesso mienterico. I neuroni del plesso mienterico raggiungono poi le cellule muscolari lisce. Lo sfintere esofageo inferiore (SEI), che solitamente è perfettamente chiuso per prevenire il riflusso del contenuto gastrico , si apre quando viene raggiunto da un’onda peristaltica esofagea. Una frazione quantitativamente importante del tono basale dello SEI è mediata da fibre vagali colinergiche. Il rilasciamento invece di VIP o NO da parte delle fibre vagali inibitorie determina l’apertura del SEI, in seguito all’attività peristaltica primaria.

Lo stomaco ha fondamentalmente la funzione di:

consentire l’utilizzazione dello stomaco come serbatoio
ridurre il cibo e mescolarlo alle secrezioni gastriche
svuotare il contenuto gastrico nel duodeno

La distensione dell’esofago durante la deglutizione evoca un riflesso vagovagale che determina il rilasciamento del fondo e del corpo dello stomaco senza un significativo aumento della pressione intragastrica (rilasciamento recettivo). La principale via efferente per questo rilasciamento è rappresentata da fibre nervose che decorrono nel vago e che liberano NO e/o VIP. Il fondo e il corpo dello stomaco, per la loro contrazione poco potente, mediano soltanto la funzione di serbatoio dello stomaco. Nell’antro invece, le contrazioni sono vigorose e riescono a ridurre il cibo in particelle più piccole e a mescolarlo con il succo gastrico. Il cibo semisolido che si accumula nello stomaco è detto chimo.

Le contrazioni antrali hanno la funzione di spingere a getti il contenuto gastrico nel duodeno, evitando che la velocità di trasferimento del chimo nel duodeno sia superiore alla capacità digestiva di quest’ultimo.

Lo stomaco è riccamente innervato da

nervi estrinseci: il nervo vago contribuisce per la quota parasimpatica stimolante mentre il plesso celiaco contribuisce per la quota simpatica inibitoria
neuroni del sistema nervoso enterico: gli assoni delle cellule e dei plessi intramurali innervano sia le cellule muscolari lisce sia quelle secernenti dello stomaco. Vi sono fibre sia efferenti sia afferenti che informano il sistema nervoso centrale sulla pressione intragatrica, sullo strato di distensione dello stomaco e sul pH intragastrico. Sono inoltre presenti fibre nocicettive.

Il contenuto del fondo e del corpo dello stomaco tende a disporsi in strati, caratterizzati ognuno da una peculiare densità. I grassi, che tendono a formare uno strato oleoso che si dispone al di sopra degli altri strati, vengono trasferiti nel duodeno dopo le altre componenti del contenuto gastrico. I liquidi vengono svuotati più rapidamente dei cibi solidi.

Le contrazioni gastriche iniziano generalmente a metà del corpo dello stomaco e si dirigono verso il piloro; man mano che le contrazioni si avvicinano alla giunzione gastroduodenale aumenta sia la loro forza sia la loro velocità. L’onda peristaltica spinge quindi il contenuto antrale oltre l’anello di controllo (sfintere pilorico). Quando lo sfintere pilorico è chiuso, la violenta contrazione dell’estremità terminale dell’antro spinge indietro rapidamente il contenuto antrale, nella regione prossimale dell’antro. Questo movimento che incrementa il rimescolamento è detto retropulsione. In seguito alla ingestione di cibo è possibile registrare contrazioni regolari dell’antro con una frequenza di circa 3/min. se le contrazioni antrali si registrano invece a digiuno l’antro è quesciente per circa 75-90 min., trascorsi i quali si intraura un breve (5 min.) periodo di intensa attività motoria. Si registrano pertanto forti contrazioni dell’antro in coincidenza con il rilassamento del piloro, in modo tale che dallo stomaco venissero espulsi anche pezzi di cibo che erano rimasti nell’antro dal pasto precedente. Questa alternanza ciclica delle contrazioni dello stomaco è parte di una regolazione della contrattilità denominata complesso mioelettrico migrante (CMM). Quando un CMM ha raggiunto la porzione terminale dell’ileo, si genera nello stomaco il CMM successivo, in seguito alla liberazione di motilina.

Le onde peristaltiche (onde lente) dello stomaco sono generate nella regione pacemaker, situata nella grande curva a un livello corrispondente alla metà del corpo dello stomaco. Queste onde vengono propagate verso il piloro. Le cellule muscolari lisce dello stomaco si contraggono quando il livello di depolarizzazione dell’onda lenta supera il livello soglia. Nell’antro gastrico , i potenziali d’azione vengono generati durante la fase di plateau dell’onda lenta. L’acetilcolina e la gastrina stimolanmo la contrattilità gastrica aumentando l’ampiezza e la durata della fase di plateau delle onde lente. La noradrenalina esercita l’effetto opposto.

Il duodeno ha una frequenza del ritmo elettrico di base di 10-12/min., molto più rapido quindi di quello gastrico. Le contrazioni dell’antro gastrico e del duodeno sono coordinate; infatti quando l’antro si contrae, il duodeno si rilascia. Le principali funzioni della giunzione gastroduodenale sono:

-consentire lo svuotamento del contenuto gastrico a una frequenza commisurata alla capacità del duodeno di digerire il chimo.
prevenire il riflusso del contenuto duodenale nello stomaco.

Il piloro è densamente innervato da:

fibre vagali
eccitatorie: sono colinergiche e stimolano la contrazione dello sfintere
inibitorie: liberano il VIP e/o NO, che induce rilasciamento dello sfintere
fibre simpatiche: eccitatorie

Gli ormoni colecistochinina (CCK), gastrina, peptide gastro-inibitore (PGI) e secretina, determinano costrizione pilorica e, pertanto, rallentano lo svuotamento gastrico.

Lo svuotamento del contenuto gastrico è quindi regolato da meccanismi nervosi e ormonali. Lo svuotamento gastrico viene rallentato da:

presenza di soluzioni ipertoniche nel duodeno: la presenza di soluzioni iperosmolari nel digiuno rallenta la velocità di svuotamento gastrico.
da presenza di un contenuto duodenale con pH inferiore a 3.5: la presenza di acido nel duodeno provoca un rapido decremento della forza di contrazione dell’antro gastrico e un parallelo aumento della forza di contrazione della muscolatura liscia duodenale. La presenza di acido determina la liberazione di secretina, che riduce la velocità di svuotamento gastrico per effetto dell’inibizione delle contrazioni antrali e della stimolazione della contrattilità duodenale. Riflessi nervosi evocati dalla presenza di acido nel duodeno determinano anche la contrazione dello sfintere pilorico.
da presenza di un contenuto duodenale ricco di aminoacidi e peptidi:
da presenza nel duodeno di acidi grassi o monogliceridi: la presenza di prodotti di digestione dei grassi nel duodeno e nel digiuno diminuisce la velocità di svuotamento gastrico, mediante la liberazione di CCK e PGI da parte del duodeno e del digiuno. Oltre alla sua azione ormonale, la CCK stimola i neuroni duodenali responsabili dell'attivazione di riflessi che diminuiscono la velocità di svuotamento gastrico.

II vomito è l'espulsione dal tratto gastrointestinale di contenuto gastrico (e a volte duodenale) attraverso la bocca. Il vomito è anche preceduto, a volte, da conati, durante i quali il contenuto gastrico è spinto violentemente nell’ esofago, ma non riesce a penetrare nella faringe.

Il vomito è un atto riflesso controllato e coordinato da un centro del vomito situato nel bulbo. Molte regioni del corpo possiedono recettori che trasmettono informazioni afferenti al centro del vomito. La distensione nello dello stomaco e del duodeno è un potente stimolo emetico (stimolante il vomito). Tra le condizioni che possono provocare vomito sono da ricordare la stimolazione della regione posteriore della faringe, alcune lesioni dolorose all’ apparato urogenitale e la vertigine . Tra le sostane emetiche ricordiamo la ipecacuana e l’apomorfina.

Una volta attivato il riflesso del vomito, la sequenza di eventi è stereotipata, ed è completamente indipendente dallo stimolo che l'ha iniziata. I primi fenomeni che sì verificano nel riflesso del vomito sono rappresentati da un'onda di peristalsi che si propaga dalla metà del piccolo intestino al duodeno. A questo punto lo sfintere pilorico e lo stomaco si rilasciano (il rilasciamento gastrico è mediato da fibre vagali inibitorie) per accogliere il contenuto intestinale. Quindi avviene un'inspirazione forzata a glottide chiusa, che determina da una parte una diminuzione della pressione intratoracica e, dall’altra (per effetto dell'abbassamento del diaframma), un aumento, della pressione intraddominale. Successivamente, si verifica un intensa contrazione dei muscoli addominali, che provoca un aumento della pressione intraddominale tale da permettere il passaggio del contenuto gastrico nell'esofago. In questa fase si verificano contemporaneamente il rilasciamento riflesso dello SEI, che permette il passaggio del contenuto gastrico nell'esofago, e la contrazione (sempre riflessa) del piloro e dell'antro gastrico, che impediscono il flusso anterogrado del contenuto gastrico. Molto spesso, il vomito è preceduto da una serie di conati di vomito d'intensità crescente. Quando una persona vomita, la rapida propulsione del contenuto gastrico nell'esofago è accompagnata dal rilasciamento riflesso dello SES, che consente l'espulsione del contenuto esofageo nella faringe e nella bocca.

L’intestino tenue è lungo circa 5 metri, per attraversare i quali il chimo impiega circa 2-4 ore. Il 5% iniziale del tenue è costituito dal duodeno; il resto si divide in digiuno e ileo. Nell’intestino tenue si svolge la maggior parte della digestione e dell’assorbimento. I movimenti dell’intestino tenue permettono di mescolare il chimo con le secrezioni digestive, di portare nuovo chimo a contatto con la superficie assorbente e di esercitare su di esso un’azione propulsiva verso il colon. Il tipo più frequente di movimenti nell’intestino tenue è la segmentazione, caratterizzata da contrazioni ravvicinate dello strato circolare che lo suddividono in segmenti contigui.

Lungo tutto l’intestino tenue si verificano onde lente regolari. La frequenza è più elevata nel duodeno (12/min), e diminuisce progressivamente fino a un minimo di 8/min nella parte terminale dell’ileo.

Il ritmo elettrico di base dell’intestino tenue è indipendente dall’innervazione estrinseca. La frequenza delle scariche di potenziali d'azione che determinano l'attività contrattile dipende dall’eccitabilità delle cellule muscolari lisce dell'intestino tenue, la quale è, a sua volta, influenzata dagli ormoni circolanti e dal sistema nervoso autonomo. Anche se il controllo diretto della motilità intestinale è esercitato dal sistema nervoso enterico, l'innervazione simpatica e quella parasimpatica sono capaci di modulare la contrattilità della muscolatura intestinale. L’eccitabilità è aumentata dall'attivazione dei nervi parasimpatici e inibita dai nervi simpatici; sia i nervi simpatici sia quelli parasimpatici agiscono inibendo i neuroni eccitatori dei plessi intramurali.

Quando un bolo di materiale si trova nell'intestino, si verifica una risposta composita, capace di sospingere il bolo in direzione aborale e caratterizzata da una contrazione dei segmenti intestinali situati a monte e da un rilasciamento di quelli a valle del bolo. Questa risposta è conosciuta come legge dell'intestino. L'eccessiva distensione di un segmento induce un rilasciamento della muscolatura liscia della rimanente parte dell'intestino. A tale fenomeno si da il nome di riflesso intestino-intestinale. L'elevata attività motoria e secretoria dello stomaco induce un incremento della motilità della parte terminale dell'ileo (riflesso gastroileale) oltre a un aumento della velocità del flusso di materiale attraverso lo sfintere ileocecale. Per converso, la distensione dell'ileo evoca riflessi nervosi che determinano la liberazione del peptide YY che riduce la velocità di svuotamento dello stomaco.

Lo sfintere o valvola ileocecale , separa l’estremità terminale dell’ileo dal cieco, la prima parte del colon. Lo sfintere ileocecale è chiuso, ma si rilascia i risposta alla presenza di onde peristaltiche corte nella parte terminale dell’ileo, consentendo l’eiezione di piccole quantità di chimo nel cieco. Lo sfintere ileocecale permette il passaggio di chimo nel colon a una velocità sufficientemente bassa da consentire al colon di assorbire la maggior parte dei sali e dell’acqua presenti nel chimo.

Il colon riceve dall'ileo circa 1500 mL di chimo al giorno. La maggior parte dei sali e dell'acqua che entra nel colon viene assorbita. Le contrazioni del colon mescolano il chimo e ne determinano il movimento lungo la superficie mucosa. Mano a mano che il chimo diviene semisolido, il mescolamento assume le caratteristiche di un movimento di impasto. La progressione del contenuto del colon è lenta, attorno a 5-10 cm/ora. Da una a tre volte al giorno si verifica un'onda di contrazione, chiamata movimento di massa, che è diversa da un'onda peristaltica perché, durante un movimento di massa, i segmenti contratti restano tali per parecchio tempo. I movimenti di massa hanno la funzione di sospingere in direzione aborale il contenuto presente in una notevole porzione di colon.

Le principali suddivisioni del colon sono il cieco, il colon ascendente, il colon transverso, il colon discendente, il colon sigmoideo, il retto e il canale anale.

Lo strato muscolare longitudinale della muscularis externa è concentrato in tre bande chiamate teniae coli, al li sotto delle quali il plesso mienterico è notevolmente sviluppato. La muscolatura longitudinale del retto e del canale anale è invece continua e molto sviluppata.

L'innervazione parasimpatica del cieco e del colon ascendente e trasverso origina dal nervo vago, mentre quella del colon discendente, di quello sigmoideo, del retto e del canale anale è attuata dai nervi pelvici originati dal midollo spinale sacrale. Le fibre nervose parasimpatiche terminano soprattutto sulle cellule nervose dei plessi intramurali. L'innervazione simpatica dell'intestino crasso è post-gangliare. La parte prossimale dell'intestino riceve fibre dal plesso mesenterico superiore, la parte distale dai plessi mesenterico inferiore e ipogastrico superiore, mentre il retto e il canale anale dal plesso ipogastrico inferiore. La stimolazione dei nervi simpatici provoca l'arresto dei movimenti del colon, mentre la stimolazione vagale induce la comparsa di contrazioni segmentarie nella parte prossimale del colon. Infine, la stimolazione dei nervi pelvici provoca l'insorgenza di movimenti espulsivi del colon e contrazioni intense di alcuni suoi segmenti.

Il canale anale di norma è mantenuto chiuso dagli sfinteri anali interno ed. esterno. Lo sfintere anale interno è costituito dall'ispessimento della muscolatura liscia circolare del canale anale. Lo sfintere anale esterno è localizzato più distalmente, risulta costituito esclusivamente da muscolatura striata ed è innervato da. fibre motrici somatiche che decorrono nei nervi pudendi e che permettono un controllo sia riflesso sia volontario.

La maggior parte delle contrazioni del cieco e della porzione prossimale dell'intestino crasso sono di tipo segmentano, molto più adatte cioè al mescolamento del contenuto intestinale che alla sua propulsione. L'azione di mescolamento facilita l'assorbimento di sali e di acqua da parte dell'epitelio. Contrazioni segmentane localizzate suddividono il colon in segmenti adiacenti di forma ovoidale, denominati haustra. Per questa ragione, nel colon la segmentazione è denominata austrazione. La più evidente differenza tra la segmentazione che avviene nell'intestino tenue e l'austrazione è la grande regolarità dei segmenti prodotti e la notevole lunghezza di intestino interessata all'austrazione. Nelle porzioni prossimali del colon, è possibile osservare la presenza di movimenti «antipropulsivi», sotto forma sia di peristalsi inversa sia di propulsione segmentale. Questi movimenti tendono a trattenere il chimo nel colon prossimale e possono, pertanto, facilitare l'assorbimento di sali e d'acqua.

Di norma, le porzioni centrale e distale del colon vengono riempite di feci semisolide da parte di un movimento di massa. Solamente i movimenti di massa (e non l'haustrazione), infatti, determinano un rapido movimento delle feci verso il retto.

II colon contiene due classi dicellule pacemaker:

una costituita dalle cellule interstiziali situate nei pressi del bordo sottomuco della muscolatura circolare; che generano onde lente con frequenza di 6/min.
una costituita da cellule interstiziali localizzate tra lo strato muscolare longitudinale e quello circolare, che genera oscillazioni del potenziale mienterico di piccola e irregolare ampiezza. La frequenza di queste oscillazioni è molto più elevata di quella delle onde lente.

La muscolatura circolare del colon, di norma, non genera potenziali d'azione. II potenziale di membrana delle cellule muscolari dello strato longitudinale esibisce le oscillazioni del potenziale mienterico e, a intervalli regolari, dal picco di queste oscillazioni sono generati potenziali d'azione a punta. Ogni potenziale d'azione a punta evoca una contrazione muscolare. Gli agonisti che stimolano la contrattilità aumentano la frequenza e cui vengono generati i potenziali d'azione.

La distensione di un segmento del colon evoca il rilasciamento riflesso di altri segmenti. Questo fenomeno è definito riflesso coloncolico ed è parzialmente mediato dall'innervazione simpatica del colon. La presenza di cibo nello stomaco provoca un aumento della motilità delle porzioni prossimali e distali del colon e della frequenza dei movimenti di massa; questo riflesso gastrocolico èmediato dalle fibre nervose del sistema nervoso autonomo, anche se la CCK e la gastrina possono contribuire al suo sviluppo.

II retto, generalmente quasi vuoto, ha un 'attività contrattile segmentaria superiore a quella del colon sigmoideo, e di conseguenza il contenuto rettale tende a essere trasportato all'indietro, verso il sigma. Il canale anale è saldamentemente chiuso per l'azione degli sfinteri anali. Prima della defecazione il retto viene riempito per l'azione di un movimento di massa del colon sigmoideo. La sua conseguente distensione induce il rilasciamento riflesso dello sfintere anale interno e la contrazione, sempre per via riflessi dello sfintere anale esterno, che provoca la sensazione d'urgenza di defecare.

Quando un individuo rilascia volontariamente lo sfintere anale esterno, consentendo il procedere della defecazione. La defezione è un'azione complessa che dipende da meccanismi riflessi e volontari. // centro d'integrazione per le azioni riflesse si trova nel midollo spinale sacrale ed è modulato dai centri superiori. Prima della defecazione gli strati muscolari lisci del colon discendente e del sigma si contraggono in un movimento di massa che sospinge le riverso l'ano. Le vie efferenti sono costituite dalle fibre parasimpatiche colinergiche che decorrono nei nervi pelvici. Anche le azioni volontarie sono importanti nella defecazione. Infatti lo sfintere anale esterno viene volontariamente mantenuto in uno stato di rilasciamento e la pressione intraddominale viene aumentata per facilitare l'espulsione delle feci.

Fisiologia del tessuto liscio e cardiaco

IL MUSCOLO CARDIACO

Osservando il muscolo cardiaco, possiamo riscontrare 2 tipi di tessuto: il tessuto di conduzione e il miocardio di lavoro: il tessuto di conduzione è un tessuto formato da cellule con proprietà particolari: in particolare le cellule del nodo seno striale sono cellule senza un potenziale di riposo stabile; hanno dei canali ionici tali per cui quando il potenziale di membrana scende verso valori positivi tende a essere nuovamente depolarizzato per l’apertura di questi canali che si aprono per iperpolarizzazione; questi canali sono stati scoperti nel nodo seno atriale del cuore, ai quali è stato dato il nome di Funny Channel, situati anche nel sistema nervoso centrale nei neuroni autoritmici.

Questi canali hanno una particolarità: sono aperti quando il potenziale di membrana si iperpolarizza, hanno come co-agonista i nucleotidi ciclici, specialmente gli AMP ciclici e i GMP ciclici; dunque maggiore è la quantità di AMP o GMP ciclico nella cellula, tanto più questi canali sono attivi; questo ci fornisce un buon meccanismo di modulazione x l’intensità della corrente. Le proprietà del nodo seno atriale li ha anche il nodo atrio ventricolare; anche’egli è in grado di generare un potenziale auto ritmico, ma ha una quantità di IF inferiore a quello del seno atriale, si depolarizzano con ritmo più lento; se il nodo seno atriale si depolarizza con uno spike al secondo, il nodo atrio-ventricolare si depolarizza con uno spike ogni due secondi.

Il nodo seno atriale e il nodo atrio ventricolare sono connessi tra di loro; l’eccitazione che si genera nel nodo seno atriale si propaga nel nodo atrio ventricolare; al nodo atrio ventricolare arriva 1 impulso al secondo, e per tanto in condizioni fisiologiche si genera un impulso al secondo, dunque il nodo seno atriale è il pace maker dominante.

Nel miocardio di lavoro non esiste la corrente IF, c’è invece un potenziale di membrana stabile e il potenziale d’azione ha una forma particolare in quanto la fase depolarizzante dura a lungo, vi è un plateau, che apre i canali voltaggio dipendenti per il calcio, vi è dunque un afflusso di calcio durante tutto il potenziale d’azione; questo calcio verrà utilizzato nel meccanismo del rilascio del calcio indotto da calcio; quindi il calcio che entra in questi canali verrà utilizzato per il meccanismo di rilascio di calcio indotto da calcio; quindi il calcio che entra in questi canali farà in modo che si rilasci altro calcio per la contrazione del muscolo cardiaco.

Abbiamo detto che in regioni diverse del cuore i potenziali d’azione hanno forme diverse, e come si vedrà hanno forme diverse e tempi diversi.

In questo momento ci interessa la diversa forma del miocardio ventricolare dal potenziale d’azione del tessuto di conduzione; dunque questo lungo plateau (lunga fase di depolarizzazione) è a carico dell’ingresso di calcio attraverso i canali voltaggio dipendenti.

Nel miocardio di lavoro vi è una depolarizzazione iniziale molto rapida dovuta all’apertura dei canali voltaggio dipendenti per il sodio nella membrana plasmatica; questa prima depolarizzazione portata dal sodio è seguita dalla fase di plateau con la quale vi è l’ingresso di calcio dai canali voltaggio-dipendenti presenti sulla membrana. Il calcio che entra attiva i recettori presenti nel reticolo sarcoplasmatico, causando il rilascio di calcio indotto da calcio. Questo calcio liberato massicciamente nel citoplasma causa la contrazione. Il potenziale d’azione è seguito da un massiccio ingresso di calcio, seguito a sua volta dalla contrazione. Affinché il cuore possa rilasciarsi naturalmente, è indispensabile che il calcio venga eliminato dal citoplasma; se il cuore si contrae per pompare, deve rilasciarsi per potersi riempire. Se il cuore x espellere il sangue si contrae, si riempie in maniera passiva; se vi è una condizione di tranquillità emotiva, il cuore compie un ciclo al secondo ed ha il tempo per rilasciarsi e riempirsi; ma se la frequenza cardiaca aumenta, la durata di ciascun ciclo si riduce, riducendo di conseguenza il tempo perché si rilasci e si riempia. I cicli che portano alla contrazione del cuore portano anche ad un accelerazione del rilasciamento cardiaco. Dunque, all’aumentare della contrazione, aumenta anche la velocità con cui il cuore accoglie la gittata sistolica. Il calcio deve essere eliminato dal citoplasma. Il calcio necessario alla contrazione proviene dal reticolo sarcoplasmatico, e li deve tornare; principalmente si occupa di questo una pompa (una calcio ATPasi) posta sulla membrana del reticolo sarcoplasmatico, che pompa il cacio nel reticolo, questa è controllata da una proteina chiamata Fosfolambano.

Sulla membrana plasmatica delle cellule cardiache è presente la pompa sodio potassio, che estrude ioni sodio per far entrare ioni potassio; è presente anche la calcio ATPasi, ma soprattutto sul reticolo è presente uno scambiatore, un trasportatore secondario che scambio sodio con calcio; dunque 3 ioni Na buttati fuori dalla pompa sodio potassio, vengono poi riportati dentro dallo scambiatore, che approfitta dell’energia guadagnata per eliminare il calcio citoplasmatico. Anche questa pompa è elettrogenica, in quanto lo ione sodio possiede 3 cariche positive e il calcio ne ha 2. questa pompa elettrogenica, accoppiata alla pompa sodio potassio ATPasi, diventa elettroneutra, in quanto gli ioni sodio che escono rientrano e il flusso netto è due ioni potassio che entrano (dunque due cariche positive) e uno ione sodio che esce, dunque altre 2 cariche positive; il funzionamento accoppiato di queste due pompe è elettroneutro. Nelle condizioni in cui la pompa sodio potassio non funziona, o funziona male, ne viene a essere influenzato il funzionamento dello scambiatore sodio-calcio; questo significa che se per qualche motivo la pompa sodio calcio smette di funzionare, smette di funzionare anche lo scambiatore sodio-calcio, e se smette di funzionare quest’ultimo, il calcio si accumula nel citoplasma; questo è un meccanismo alla base di una serie di eventi, in particolare, se il calcio si accumula nelle cellule si può avere morte cellulare per citotossicità, ovvero il calcio accumulato diventa tossico; ad esempio in caso di ischemia del miocardio, non vi è più ossigenazione del tessuto miocardico, senza ossigeno la pompa smette di funzionare e il calcio inizia ad accumularsi nel citoplasma delle cellule conducendole a morte; questo meccanismo è sfruttato farmacologicamente, specie con la digitale, per ridurre il funzionamento della pompa sodio potassio, dunque il funzionamento dello scambiatore sodio calcio, aumenta la quantità di calcio intracellulare e aumenta la forza di contrazione ventricolare. Quindi la digitale è un farmaco che se ben dosato ha un effetto cardiotonico, ma se dosata male può portare ad avvelenamento da digitale e morte.

L’estrusione del calcio è responsabile dell’abbassamento del calcio citoplasmatico; è ovvio che la membrana plasmatica si deve ripolarizzare, tramite i canali del potassio; quindi quando la membrana si ripolarizza e i vari meccanismi estrudono calcio, la contrazione del miocardio cessa.

Il muscolo del miocardio va incontro a periodi di refrattarietà assoluta, in cui i canali voltaggio-dipendenti per il sodio sono inattivati; se abbiamo una depolarizzazione che perdura, avremo una inattivazione dei canali voltaggio dipendenti che perdurano. I canali voltaggio dipendenti per il sodio sono inattivati per tutta la durata della depolarizzazione; quindi durante tutta la durata del plateau, i canali voltaggio dipendenti per il sodio sono inattivati e vi è un periodo di refrattarietà assoluta, seguito da un periodo di refrattarietà relativa. Il problema è anche che nel miocardio, oltre ad essere importante il sodio è anche importante il calcio; quello che succede è che nel periodo di refrattarietà relativa, sebbene alcuni canali voltaggio dipendenti per il sodio, l’omeostasi del calcio non funziona bene, in quanto è ancora presente nel citoplasma, ma non è sufficiente, quello che succede è che nel periodo di refrattarietà relativa si possono generare potenziali d’azione, ma di norma questi sono abortivi per il periodo di refrattarietà relativa. Fondamentalmente il ritmo cardiaco è regolato anche da meccanismi intrinseci di refrattarietà relativa.

Fondamentalmente il ritmo incide anche sulla durata del potenziale d’azione; questo è il meccanismo di rilascio di calcio indotto da calcio nel cuore: all’inizio vi è una depolarizzazione della membrana, abbiamo l’apertura di canali voltaggio-dipendenti per il calcio, l’entrata di calcio attraverso i canali; il poco calcio che entra viene moltiplicato dal fatto che si aprono i canali sul reticolo sarcoplasmatico, che sono canali calcio-sensibili, che si aprono in risposta alla piccola quantità di calcio che entra attraverso i canali voltaggio dipendenti. Da qui vi è una uscita massiccia di calcio, la concentrazione citoplasmatica aumenta e il meccanismo contrattile entra in azione.

Noi sappiamo bene che la frequenza cardiaca varia a seconda del tipo di attività che si sta svolgendo: dai 40 battiti al minuto durante il sonno, ai 70 di veglia ai 280 durante una corsa; se l’organismo è in grado di generare tre ritmi cardiaci in tre condizioni fisiologiche diverse, vuol dire anche che è in grado di adattare il funzionamento del ritmo alle esigenze dell’organismo; un’altra cosa che varia oltre al ritmo cardiaco, è la frequenza di contrazione. Il lavoro del cuore si svolge con un continuo alternarsi di contrazione e rilasciamenti, sistole è diastole. Se i filamenti contrattili scorrendo, tirano, alla fine della sistole, il sangue stesso pensa a ridiscenderli (come un palloncino pieno d’aria).

Noi vediamo che quando il miocardio è disteso, i filamenti sottili sono ben separati e iperdigitati con i ponti trasversi di miosina, mentre alla fine della contrazione, i filamenti di actina tendono ad essere piuttosto sovrapposti, quindi è chiaro che si formano più ponti trasversi in condizione di distenzione di quanti se ne formano in una condizione di contrazione; il miocardio esercita una forza maggiore quando è ben disteso, e soprattutto quando è ben riempito; questo significa che se durante la diastole torna al cuore tanto sangue, il cuore può regolare la sua contrazione in modo da espellere tutto il sangue che è tornato; i sarcomeri si stendono bene e aumenta la gittata sistolica in modo completamente automatico; quindi se al cuore torna più sangue, la gittata sistolica di adegua automaticamente al ritorno venoso. Questa è detta legge di starling. Qui vediamo che la forza esercitata dal sarcomero aumenta con la lunghezze del sarcomero, raggiungendo il massimo attorno ai due micron, qui esercita la forza di contrazione massima. Il muscolo cardiaco che lavora a riposo ha una lunghezza del sarcomero inferiore a quella che produce la forza massima; quindi normalmente il cuore non esercita la massima forza possibile; questo è importante perché in questo modo, quando è sotto forte esercizio fisico e deve accogliere un ritorno venoso aumentato, riesce a farvi fronte, in quanto all’aumentare del sarcomero, aumenta anche la dimensione e la forza con cui il cuore pompa fuori il sangue. Il riempimento del cuore prima della sistole si chiama volume telediastolico, comune alla fine della diastole. Il volume telediastolico è messo in comunicazione con la gittata sistolica; normalmente la gittata sistolica è di 70 millilitri e il volume telediastolico è circa il doppio; se il volume telediastolico aumenta, aumenta automaticamente la gittata sistolica, in quanto l’actina e la miosina vengono disposti in modo da interagire meglio. Mentre il muscolo cardiaco ha una grande riserva, il muscolo scheletrico in generale lavora alla lunghezza ottimale. Il cuore è una pompa, si riempie e si svuota, il muscolo scheletrico è inserito fra due ossa e più di una certa quantità il muscolo non si allunga.

Parallelamente ad un elastico, se noi tiriamo un muscolo, quest’ultimo accumula energia elastica e quando lo rilascio, egli torna alla lunghezza di riposo, vi è dunque un accorciamento, ma non una contrazione; in questo caso l’energia necessaria a contrarsi non la da l’ATP, ma la do io con lo stiramento (similmente ad un arco). Se il muscolo viene ad essere disteso passivamente, ha poi un ritorno elastico. Se aumenta un volume telediastolico, aumenta anche la distensione del muscolo cardiaco, quindi aumenta anche l’energia elastica che può cedere al momento di contrarsi, il momento in cui viene meno la forza che lo tiene disteso. Se rappresentiamo quante pressione viene esercitata nel ventricolo passivamente, vediamo che all’inizio il cuore è cedevole, mentre dopo un po’ diventa rigido (analogamente al palloncino che si gonfia, all’inizio con poco sforzo, poi, raggiunta la distensione massima le pareti diventano rigide e aggiungendo altra aria, c’è il rischio che scoppia). Il miocardio, all’inizio, pompando dentro sangue è cedevole, poi quando si raggiunge la distensibilità massima si irrigidisce. La forza che il cuore riesce ad esercitare (di contrazione) aumenta all’aumentare del volume telediastolico. Nel tessuto miocardico, la forza passiva è relativamente trascurabile rispetto la forza attiva, ma questo non vale per il muscolo scheletrico.

Nel sistema di rilascio di calcio indotto da calcio, indotto dal reticolo sarcoplasmatico, all’aumentare del calcio causato dai canali voltaggio-dipendenti, abbiamo un’amplificazione di una quantità di calcio già maggiore, vi sarà dunque un rilascio di calcio ancora maggiore dal reticolo sarcoplasmatico, il porterà ad una contrazione ancora più vigorosa del muscolo cardiaco. Se riuscissimo ad aumentare l’ingresso di calcio dai canali voltaggio-dipendenti, potremmo aumentare anche la forza di contrazione. Vi è un gran numero di sostanze che riducono la quantità di calcio che passa attraverso i canali voltaggio-dipendenti. Per verificare la funzionalità di questo tipo di sostanze, si sperimenta aumentando poco alla volta la quantità introdotta; arrivando alla massima dose raggiungibile, vi è un netto aumento del plateau, quindi effettivamente il calcio regola la contrazione del muscoli cardiaci; possiamo quindi aumentare la contrazione cardiaca, facendo passare più calcio attraverso i canali voltaggio-dipendenti, che sarà amplificato e genererà una maggiore forza di contrazione. Il calcio a livello molecolare si lega alla troponina, per spostare la tropomiosina; più calcio c’è, tanti più ponti trasversi si possono formare, tanto più la forza di contrazione sarà maggiore.

L’innervazione cardiaca è a carico del nervo vago (10° nervo cranico) e dell’ortosimpatico. Il simpatico e il parasimpatico hanno sul cuore, come sulla maggior parte degli organi un’azione antagonista. L’eccitazione del cuore è intrinseca, a carico del nodo seno-atriale, che riceve innervazione sia a carico del nervi vaghi che dei nervi ortosimpatici; il miocardio di lavoro è innervato solo dal sistema ortosimpatico, quindi non vi è innervazione vagale nel miocardio di lavoro, solo il nodo seno atriale è innervato dal vago, il sistema parasimpatico può avere effetti su ciò che accade nel nodo seno atriale, ma non a ciò che accade al miocardio ventricolare; il sistema simpatico innerva il tessuto di conduzione e il miocardio di lavoro, ha un effetto sia sul tessuto di conduzione, sia sul miocardio.

Il sistema ortosimpatico rilascia nel sistema di conduzione del cuore, la noradrenalina. Nel muscolo miocardico sono presenti recettori adrenergici tipo beta 2. i recettori adrenergici fanno parte di quei recettori metabotropi accoppiate a proteine G; in particolare, i beta 2 sono accoppiati, tramite una proteina G stimolatrice all’adenilato ciclasi, quindi i recettori beta 2, una volta attivati, attivano una GS, che a sua volta attiva l’adenilato ciclasi. I canali voltaggio dipendenti della membrana cardiaca, è che questi sono fosforilati dalla proteina chinasi A (AMP ciclico dipendente) e che in numero di ioni calcio che fanno passare è proporzionale al grado di fosforilazione; se i canali sono poco fosforilati, fanno passare poco calcio, se sono molto fosforilati, fanno passare molto calcio.

Se si attiva l’adenilato ciclasi si produce più AMP ciclico, se viene prodotto, viene attivata la proteina chinasi A, che se attivata viene a essere più fosforilato il canale per il calcio voltaggio dipendente, che se fosforilato viene fatto passare più calcio, quindi abbaiamo messo in atto fisiologicamente il meccanismo per cui, agendo sui canali di membrana per il calcio, possiamo modulare la forza di contrazione, se entra più calcio, aumenta la forza di contrazione, questo è l’effetto inotropo del sistema simpatico. L’attivazione del simpatico ha un effetto isotropo positivo, ovvero aumenta la forza di contrazione. Il parasimpatico non riesce ad agire sul miocardio, poiché non innerva il miocardio, dunque non può avere azione su di esso. Se aumenta la frequenza cardiaca, aumenta anche la velocità con cui il miocardio si rilascia, questo è l’effetto lusitropo. Anche questo è associato alla stimolazione neuroadrenergica simpatica del miocardio di lavoro, pichè abbiamo detto che la velocità con cui il calcio viene ripompato nel reticolo sarcoplasmatico dipende da come il fosfolambano modula questa pompa. Il fosfolambano viene fosforilato in presenza di stimolazione noradrenergica, quindi attiva la calcio ATPasi del reticolo sarcoplasmatico, dunque aumenta la velocità con cui il calcio viene pompato fuori dal citoplasma e quindi la velocità con cui il miocardio si rilascia. L’effetto lusitropo è dunque l’accellerazione della velocità con cui il calcio citoplasmatico viene rimosso, dunque la velocità di contrazione del miocardio.

Se la stimolazione dei recettori neuroadrenergici deve portare alla fosforilazione dei canali voltaggio-dipendenti per il calcio, il trucco per assicurarsi che questo accada è tenerli vicini, in un elemento citoscheletrico che li tiene ancorati insieme.

Il sistema nervoso deve agire anche sul ritmo cardiaco, poiché se la frequenza cardiaca deve variare, da 40 a 180 battiti al minuto, in qualche minuto, il sistema autonomo deve agire anche sul ritmo cardiaco, in quanto, se la frequenza deve variare da 40 a 180 bpm, in qualche modo il sistema nervoso autonomo deve agire. Il ritmo origina dal nodo seno atriale, che è innervato da rami del parasimpatico e dell’ortosimpatico , dunque entrambi agiscono sul ritmo cardiaco.

Il sistema ortosimpatico agisce tramite la secrezione di noradrenalina, mentre il parasimpatico (vagali) agisce tramite secrezione di acetilcolina. Nel nodo S.A. non sono presenti recettori nicotinici, ma muscarinici, chiamati M2, recettori metabotropi, accoppiati con G proteine di tipo inibitorio, che inibiscono l’adenilato ciclasi; abbiamo anche detto che afficheè si sviluppi un potenziale d’azione nel nodo seno atriale è necessaria l’attivazione dei canali funny e l’apertura dei canali voltaggio dipendenti per il calcio che provocano lo spike; quindi, andando a controllare questi due tipi di canali, si può controllare l’eccitabilità del nodo seno atriale, dunque la sua ritmicità. Nel nodo seno atriale, all’arrivo di una depolarizzazione, si attivano i canali per il calcio, che lasciano passare una certa quantità di calcio; quando si ha una iperpolarizzazione si aprono i canali Funny che fanno passare sodio. I canali funny sono responsabili della contrazione diastolica lenta, mentre i canali per il calcio sono responsabili dello spike rapido.

I canali Funny sono modulati dai nucleotidi ciclici, tanto più AMP ciclico, tanto più sodio fanno passare; se passa più sodio, la depolarizzazione diastolica diventa più rapida; questo vale anche per il calcio: tanto più calcio entra, tanto più rapido sarà lo spike; in realtà il parasimpatico è un sistema inibitore, poiché quando si ha attivazione vagale, dunque rilascio di acetilcolina, e attivazione dei recettori M2, si attiva una proteina inibitrice, che fa diverse cose: intanto nella membrana dei cardiomiociti del nodo seno atriale sono presenti dei canali per il potassio, chiamati canali muscarinici, poiché la subunità beta-gamma della G proteina si lega a questi canali, aprendoli; fatto questo, la membrana si iperpolarizza, un effetto contrario all’eccitabilità; inoltre la G proteina va ad inibire l’adenilato ciclasi, riducendo la quantità di AMP ciclico prodotta, e contemporaneamente viene ridotta la fosforilazione dei canali voltaggio dipendenti per il calcio, dunque entra meno calcio nella membrana, si ha anche la quantità di AMP ciclico che modula positivamente il canale funny, entra quindi meno sodio. La depolarizzazione diastolica diventa quindi più lenta e lo spike diventa più pronunciato; quindi l’attivazione vagale provoca Bradicardia, e de l’attivazione vagale è particolarmente intensa vi è l’arresto della funzionalità cardiaca. Se all’inizio vi è uno spike ogni 700 millisecondi, dopo attivazione vagale vi è uno spike ogni 900 millisecondi.

La stimolazione vagale non ha effetto sulla contrazione; questo perché non innerva il miocardio di lavoro, altrimenti avrebbe un effetto sui canali voltaggio-dipendenti per il calcio; ma innervando il nodo seno atriale e il nodo atrio-ventricolare ha solo un effetto cronotropo negativo sulla frequenza.

Se prendiamo un cuore di rana (piccolo) e lo mettiamo in una soluzione salina, lui continua a battere, con una frequenza maggiore di quella del cuore in situ; questo significa che il cuore normalmente è sotto controllo vagale, che rallenta la frequenza cardiaca, mantenendola sui 70 battiti al minuto, che è la frequenza cardiaca normale.

Il sistema ortosimpatico rilascia Noradrenalina; nel nodo seno atriale sono presenti recettori adrenergici accoppiati a una proteina beta 1 e beta 2. Quando viene rilasciata noradrenalina si attiva il recettore adrenergico, si attiva la GS, si attiva la adenilato ciclasi, aumenta la quantità di AMP ciclico che viene prodotto, aumenta la produzione della proteina chinasi A, aumenta la fosforilazione dei canali voltaggio-dipendenti per il calcio, aumenta la quantità di calcio che entra; aumentando l’AMP ciclico disponibile, aumenta anche l’AMP che agisce sui canali Funny, aumenta la corrente per il sodio, si accede alla depolarizzazione diastolica, si accede alla depolarizzazione sistolica e l’effetto della stimolazione simpatica sul cuore è un effetto cronotropo positivo, vi è tachicardia. Il sistema simpatico si attiva sotto stress, questo spiega come mai un avvenimento rilevante dal punto di vista emotivo fa battere il cuore più velocimento.

Sotto stimolazione simpatica, non diminuisce tanto la durata dello spike, ma la depolarizzazione diastolica, per questo è necessario un meccanismo lusitropo, poiché quella che diminuisce è la diastole, ovvero il tempo in cui il cuore impiega per svuotarsi.

L’effetto lusitropo è necessario, poiché quella che si accorcia è la diastole.

IL MUSCOLO LISCIO

Il muscolo liscio ha delle caratteristiche unificanti: per primo non ha un arrangiamento in sarcomeri come nel muscolo liscio; ha quello che alcuni libri di testo chiama “mini-sarcomeri” in cui vi è molta meno miosina che nel muscolo striato (il contenuto di miosina del muscolo liscio è inferiore circa 5 volte rispetto lo striato). Un altro aspetto importante è che il muscolo liscio riveste organi viscerali; vi sono delle analogie funzionali con il miocardio, nel senso che viene disteso dal suo contenuto. Una caratteristica (di alcuni muscoli lisci) è il fatto di vivere perennemente contratti, come ad esempio i muscoli sfinterici, contratti sempre, tranne che quando devono far passare il loro contenuto (lo sfintere esofageo superiore si apre solo quando il cibo deve entrare nello stomaco).

Anche tutta la muscolatura liscia dei vasi è perennemente contratta, si rilascia solo quando si deve avere una vaso-dilatazione.

Il fatto che alcuni muscoli devono essere perennemente contratti significa che devono esserlo con la minore spesa energetica possibile; pensiamo ad esempio alla muscolatura liscia delle grandi arterie, che battito dopo battito accoglie la gittata sistolica: pensiamo anche alla muscolatura intestinale, che deve essere in grado di sopportare carichi di lavoro elevati, e deve sopportare forze notevoli. La muscolatura uterina ad esempio deve sostenere un peso di anche 3 kg contro la forza di gravità (guadagnato dalla stazione eretta umana).

Il muscolo liscio ha delle proprietà particolari: rimane contratto con bassa spesa energetica, esercita grande forza, più del muscolo scheletrico, ed è in grado di produrre un grande accorciamento (come i muscoli della vescica uterina che vara di grandezza prima e dopo la minzione).

Il muscolo liscio possiede inoltre una grande distensibilità; la muscolatura uterina può aumentare anche 1000 volte di volume durante la gravidanza. Nel muscolo liscio a livello molecolare, sono presenti molte isoforme di miosina, tra cui alcune forme di miosina tipica del muscolo liscio. Sono presenti anche dei corpi densi ai quali si ancorano i filamenti, e delle porzioni di membrana che tengono insieme questa rete citoscheletrica tramite filamenti.

Questi mini sarcomeri nel muscolo liscio sono disposti in più direzioni, percorrono poi longitudinalmente la fibra muscolare liscia; questo significa che se la fibra muscolare striata si accorcia in una sola direzione, quella nella quale sono disposti i sarcomeri, la liscia si accorcia in tutte le direzioni; il che fa si che la contrazione avvenga lungo tutti gli assi, inoltre la lunghezza delle fibre muscolari lisce può diminuire di molto, e l’organo cavo può strizzarsi fino ad annullare completamente il suo volume.

Le miocellule sono più piccole rispetto il muscolo scheletrico, dunque il rapporto superficie-volume è molto diverso, hanno molta superficie in rapporto al loro volume (il volume di una sfera cresce con il cubo del raggio, mentre la superficie cresce con il quadrato)

Questo vuol dire che un organo più grande ha un rapporto superficie-volume inferiore rispetto un organo piccolo. Questo ci fa concludere che una persona grande ha meno superficie rispetto una persona piccola, per questo un neonato disperde più calore rispetto un uomo adulto.

Ritornando al muscolo liscio, una differenza sostanziale con quello striato, è che i ponti traversi della miosina nel liscio tirano tutte nella stessa direzione; questo fa si che vi sia uno scorrimento maggiore rispetto al muscolo striato (nel quale sono disposti in maniera molto meno ordinata) dunque maggiore capacità di contrarsi.

Vi sono molti tipi di muscolo liscio, e vari tipi di attività, abbiamo un muscolo che tipicamente è contratto e si rilascia solo occasionalmente, come il cardias, che solitamente è contratto per mantenere i succhi gastrici nello stomaco, e si riapre solo quando deglutiamo. Questo è valido anche per la muscolatura delle vie aeree. Ci sono muscoli che presentano un’attività fasica, quindi rilasciamento-contrazione, con la classica forma a sinusoide, come quelli del canale alimentare, che spingono il cibo per 24 ore. Ci sono poi delle muscolature rilasciate, che si contraggono di tanto in tanto, come il muscolo della vescica, che normalmente è rilasciato per accogliere l’urina e si contrae solo il momento della minzione. Il che vale anche per lo stomaco; lo stomaco solitamente è rilasciato e si contrae solo durante la deglutizione. La colecisti allo stesso modo è rilasciata per accogliere la bile, e si rilascia solo quando deve espellere sali biliari.

Nel muscolo striato il calcio opera un controllo sull’actina (facendo spostare tramite troponina le catene di tropomiosina; nel muscolo liscio il calcio opera un controllo sulla miosina, ovvero il complesso calcio-calmodulina attiva la chinasi delle catene leggere della miosina, che fosforila le catene leggere di miosina, che fa si che sia possibile l’interazione actina-miosina. Nella miosina fosforilata le teste di miosina sono ripiegate e legate alle code di miosina stessa; quando vanno ad essere fosforilate invece si aprono e vanno ad interagire con l’actina. Ricordiamoci sempre che la reazione di fosforilazione è tenuta insieme da due enzimi principali, la chinasi, che fosforila il substrato e la miosina-fosfatasi che defosforila il substrato. Nel muscolo liscio c’è sicuramente una miosina che una volta fosforilata può dare colpi di forza; se la miosina non si stacca dall’actina resta contratta (rigor mortis); negli sfinteri l’actina e la miosina è fondamentale che non si stacchino e i ponti traversi restino formati (meccanismo a chiavistello), condizione mantenuta con minima spesa energetica. In generale quando al catena leggera della miosina è fosforilata, si può avere formazione dei ponti traversi a bassa attività ATPasica, quindi il muscolo liscio si contrae molto lentamente.

Per riassumere abbiamo aumento del calcio citoplasmatico, fosforilazione delle catene leggere della miosina, lento sviluppo della forza. Attraverso i canali del calcio voltaggio-dipendenti entra calcio, che può portare direttamente alla contrazione; naturalmente è necessario che la cellula di depolarizzi, possibile grazie ad un meccanismo di pace maker (simile di quello cardiaco).

In alcune cellule vi sono recettori accoppiati alla proteina chinasi C o MP3, che può far rilasciare calcio.

Fisiologia del sistema respiratorio

La normale attività metabolica dei tessuti dipende dalla presenza in essi di ossigeno: di qui la necessità d'un suo continuo rifornimento operato dall’apparato respiratorio.

L’apparato respiratorio è composto da un’insieme di organi cavi, canaliformi, le vie respiratorie, e dai polmoni, organi in cui avvengono gli scambi gassosi fra aria e sangue.

Le vie respiratorie si distinguono in superiori e inferiori. Fanno parte delle vie respiratorie superiori le cavità nasali e la parte nasale della faringe (rinofaringe) mentre le vie respiratorie inferiori sono costituite invece dal condotto laringo-tracheale e dai bronchi che, dalla biforcazione della trachea, si dirigono ai polmoni, all’interno dei quali si distribuiscono con vari ordini di rami. Lo scheletro osseo o cartilagineo che si trova nella parete delle vie respiratorie superiori e inferiori fa si che esse rimangano costantemente pervie facilitando il passaggio dell’aria. La mucosa che ne tappezza le pareti (mucosa respiratoria), oltre alla funzione di rivestimento, ha anche quella di riscaldare (data la sua ricca vascolarizzazione), di umidificare (per mezzo della secrezione ghiandolare) e di filtrare (per mezzo del muco che arresta il pulviscolo atmosferico e del movimento delle ciglia che lo convoglia verso l’esterno) l’aria inspirata prima che raggiunga l’area respiratoria.

Il trasporto dei gas respiratori all’interno del corpo avviene mediante:

Convezione: trasporto su lunghe distanze in cui le sostanze disciolte vengono “trascinate” da un flusso
Diffusione: trasporto di una sostanza in base ai movimenti termici casuali delle sue molecolo o ioni

Nel trasporto dell’O2 dall’ambiente alle cellule partecipano in sequenza:

trasporto convettivo agli alveoli mediante la ventilazione
diffusione dagli alveoli al sangue nei capillari polmonari
trasporto convettivo dai capillari polmonari a quelli dei tessuti mediante il circolo sanguigno
diffusione dai capillari tissutali alle cellule circostanti

Nella rimozione della forma della CO2 i quattro processi sono ordinati in sequenza inversa.

Nell’inspirazione la contrazione dei mm. intercostali esterni comporta un innalzamento dell’arcata costale e quindi un ampliamento del cavo toracico in senso laterale e antero-posteriore. Nell’espirazione, normalmente passiva, l’arcata costale può essere abbassata ulteriormente dall’azione dei mm. intercostali interni ad orientamento opposto.

La respirazione intercostale viene coadiuvata nella respirazione profonda dai muscoli respiratori ausiliari: agiscono da muscoli inspiratori ausiliari tutti quei muscoli che sono nella condizione di innalzare le coste (mm. pettorali maggiore e minore, i mm. scaleni e il m. sternocleidomastoideo). Agiscono da muscoli espiratorii ausiliari soprattutto i muscoli addominali, che abbassano le coste e che nel torchio addominale comprimono i visceri addominali spingendo il diaframma cranialmente.

Il muscolo inspiratorio più efficace è il diaframma, innervato dal nervo frenico. Nella contrazione delle sue fibre si abbassa la cupola diaframmatica e il cavo toracico si amplia verso il basso per l’apertura del seno costo-diaframmatico che offre alle parti corrispondenti del polmone una buona possibilità di espansione e quindi di ventilazione.

Con l’espansione del polmone durante l’inspirazione, aria fresca viene condotta nelle regioni ove avvengono gli scambi gassosi attraverso un sistema ramificato di condotti. L’aria fresca raggiunge la trachea attraverso i due bronchi principali e da lì le sempre più sottili diramazioni dell’albero bronchiale. Fino ai bronchioli terminali (16ma generazione) il sistema delle vie aere ha esclusivamente funzioni di conduzione. Quindi compaiono i bronchioli respiratori (17-19ma generazione) nelle cui pareti si aprono gli alveoli. Con la 20ma generazione iniziano i dotti alveolari, le cui pareti sono quasi completamente occupate da alveoli. Questo distretto, che serve prevalentemente agli scambi gassosi, viene indicato come zona respiratoria. Fino ai bronchiolo terminali il movimenti dell’aria avviene solamente per convezione. Da qui in poi la diffusione assume un ruolo importante nel trasporto dei gas respiratori.

La sezione dei bronchi è controllata attraverso il sistema nervoso vegetativo. Sotto l’influsso del simpatico si giunge durante l’inspirazione ad un rilasciamento della muscolatura liscia bronchiale e quindi ad una broncodilatazione. Il parasimpatico causa durante la fase terminale dell’espirazione una contrazione della muscolatura liscia e quindi una broncocostrizione.

Lo scambio dei gas respiratori fra fase gassosa e sangue capillari polmonari ha luogo negli alveoli. Il loro numero e la loro superficie totale sono stimati in circa 300 milioni e 140 m2. Gli alveoli, il cui diametro vale 0.2-0.3 mm, sono circondati da una fitta capillare. II sangue che vi scorre è quindi posto a contatto con gli alveoli attraverso una superficie molto grande.Lo scambio gassoso alveolare tra fase gassosa e sangue capillare avviene per diffusione. Il sangue nei capillari è separato dalla fase gassosa da un sottile strato tissutale dello spessore medio inferiore a 1 mm.: la cosiddetta membrana-alveolo-capillare, costituita dall'epitelio alveolare, un sottile interstizio e l'endotelio capillare,

La tendenza al collasso del polmone è in gran parte da ricondurre alla tensione superficiale presente in ciascun alveolo. La tensione superficiale è una misura della forza d’attrazione delle molecole di superficie per unità di lunghezza del materiale a cui esse sono unite. Queste forze di attrazione intermolecolare creano la tendenza alla riduzione della superficie libera del liquido. Se associamo un alveolo ad una sfera, le forze superficiali tendono a ridurre l’area di superficie e generano una pressione all’interno della sfera; secondo la Legge di La Place:

Ps = 2T

la pressione generata (Ps) è inversamente proporzionale al raggio della sfera (r), per una tensione della parete (T) costante. Stando a questo le forze di superficie nella sfera più piccola generano una pressione più elevata di quella che si genera nella sfera più grossa. Come risultato, l’aria si muove dalla sfera più piccola a quella più grossa, provocando il collasso della sfera più piccola e l’espansione di quella più grande.

La superficie interna degli alveoli è però ricoperta da un film liquido che contiene sostanze che diminuiscono la tensione superficiale. Per questa proprietà le si indicano come sostanze tensioattive surfactanti. Il loro effetto di ridurre i tensione superficiale deriva dal fatto che la forza d'attrazione fra le loro molecole è grande mentre quella verso le molecole del fluido è bassa per cui tendono ad accumularsi in superficie. Il film liquido alveolare contiene una miscela di proteine e lipidi, di cui sono soprattutto i derivati lecitinici i responsabili della specifica funzione tensioattiva Queste sostanze vengono prodotte dall'epitelio alveolare, dalle cellule di tipo II ed emesso nell’ambiente extracellulare mediante esocitosi. Il tensioattivo in pratica riduce la tensione superficiale (T) e la riduce più nella sfera più piccola che in quella più grande. Il risultato netto è che le due pressioni, quella della sfera piccola e quella della sfera grande, diventano circa uguali e si evita dunque il collasso.

Tutti i volumi polmonari sono suddivisioni della capacità polmonare totale (CPT) e sono misurati in litri. Il CTP è il volume presente nei polmoni alla fine di una inspirazione massima; essa è la somma di 4) e 5). Gli altri volumi sono:

volume corrente: volume in- od espirato, ammonta nell'adulto a circa 0,5 l e aumenta sotto sforzo;
volume di riserva inspiratoria: volume che può essere inspirato a partire dalla fine di una inspirazione normale;
volume di riserva espiratoria: volume che può essere espirato a partire dalla fine di una espirazione normale;
volume residuo: volume che rimane nei polmoni alla fine di una espirazione massima;
capacità vitale: volume che viene espirato a partire dalla massima inspirazione eseguendo un'espirazione massima; essa è la somma di 1) 2) e 3); la capacità vitale (CV) è un indice della capacità di distensione dei polmoni e della parete toracica.La CV dipende da numerosi fattori quali l’età, il sesso, la taglia corporea, la posizione del corpo e l’allenamento.
capacità inspiratoria: volume che può essere inspirato con una massima inspirazione a partire dalla fine di una espirazione normale; essa è la somma di l)e 2); serve per equilibrare le frazioni inspiratorie ed espiratorie dei gas respiratori nello spazio alveolare
capacità funzionale residua: volume presente nei polmoni alla fine di una espirazione normale; essa è la somma di 3) e 4);

Il volume delle vie aeree di conduzione è definito come spazio morto anatomico poiché in questo distretto non ha luogo alcuno scambio gassoso. A questo bisogna aggiungere il volume degli spazi alveolari che, anche ventilati, non siano però per fusi. Si definisce dunque uno spazio morto funzionale (o fisiologico) ovvero il volume di tutte quelle parti del sistema respiratorio in cui non si verifica scambio di gas. Per il calcolo dello spazio morto si fa questo ragionamento…

Il volume corrente espirato (VE), si compone di due frazioni:

VD: volume proveniente dallo spazio morto
VEA: volume proveniente dallo spazio alveolare/respiratorio

Pertanto VE = VD + VEA

Anche le quantità di O2 e CO2 espirate(FE) si compongono di due parti:

FI: provenienti dallo spazio morto ove vigono le concentrazioni presenti nell’aria fresca dall’inspirazione precedente
FA: proveniente dallo spazio alveolare, ove vigono altre concentrazioni.

Poiché la quantità di un gas può essere rappresentata come prodotto tra volume V e frazione F:

quantità espirata = quantità proveniente dallo spazio morto + quantità proveniente dallo spazio alveolare

VE · FE = VD · FI + VEA· FA

Sostituendo VEA e riarrangiando si ottiene la formula di Bohr.

VD = FE – F A

VE FI – FA

Di norma la ventilazione dello spazio morto rappresenta il 20-30% della ventilazione-minuto. La ventilazione-minuto è quel volume in- od espirato nell’unità di tempo. Questo volume è per definizione dato dal prodotto tra volume corrente e frequenza respiratoria (f). A riposo la frequenza respiratoria dell’adulto è intorno ai 14 respiri/min. Nell’uomo adulto a riposo secondo la definizione, la ventilazione-minuto è circa 7 l/min, per una frequenza respiratoria di 14 battiti/min ed un volume corrente di 0.5 l. Della ventilazione totale 5 l/min costituiscono la ventilazione alveolare, 2l/min costituiscono la ventilazione dello spazio morto.

II termine meccanica respiratoriasta a indicare la rappresentazione e l'analisi dei rapporti volume-pressione e flusso-pressione quali si osservano durante il ciclo respiratorio. Questi rapporti sono determinati prevalentemente dalle resistenze respiratorie e dalle loro variazioni.

La superfìcie polmonare è soggetta ad una certa trazione a causa della distensione dei suoi elementi parenchimali elastici e della tensione superficiale negli alveoli. Il polmone tende quindi a ridurre il proprio volume. Per vincere la trazione elastica deve essere svolto un lavoro durante l'inspirazione. L'espirazione avviene in maniera prevalentemente passiva in seguito alla retrazione polmonare. La tendenza polmonare a retrarsi comporta che nello spazio compreso fra i due foglietti pleurici e riempito di liquido si sviluppa una pressione "negativa". Durante la respirazione tranquilla la pressione intrapleurica è di ca. - 5 cm H2O (0.5 kPa) alla fine dell'espirazione e di ca. - 8 cm H20 (0.8 kPa) alla fine dell'inspirazione. Con il termine di pressione intrapleurica (PPLEU)si intende la differenza fra la pressione esistente nello spazio pleurico e quella ambiente. Questa pressione rimane una pressione negativa dal momento che il liquido presente nella cavità pleurica non è dilatabile e il polmone resta quindi aderente alla superficie interna della gabbia toracica. Lo stretto contatto tra superfici polmonare e parete toracica interna è assicurato soltanto finchè lo spazio pleurico è chiuso. Quando penetra aria nel cavo pleurico per una lesione della parete toracica o della superficie polmonare, il polmone collabisce retraendosi per effetto delle sue forze elastiche verso l’ilo. La presenza di una raccolta gassosa fra i due foglietti pleurici è definita come pneumotorace.

La forza motrice per la ventilazione, vale a dire per lo scambio gassoso tra alveoli e ambiente esterno, è rappresentata dalle differenze di pressione tra tali regioni. Il gas fluisce da una regione a pressione più elevata a una a pressione più bassa.

Negli individui normali, prima che inizi la respirazione, la pressione intrapleurica è di circa - 5 cm H2O (0.5 kPa). La pressione alveolare è a questo punto zero, in quano in assenza di flusso aereo non si verifica caduta di pressione lungo le vie aeree. Per pressione intrapolmonare (PPOL) si intende la differenza di pressione fra la pressione alveolare e quella dell’ambiente. Con l’inizio dell’inspirazione, il diaframma ed i muscoli della parete toracica si accorciano, provocando la discesa del diaframma verso la cavità addominale e il movimento verso l’alto e verso l’esterno della parete costale. La pressione intrapolmonare diventa negativa (la pressione alveolare cade sotto zero) e, quando la glottide è aperta, l’aria si muove lungo le vie aeree. Nei soggetti normali, durante la ventilazione del volume corrente, con l’inizio dell’inspirazione la pressione alveolare si riduce. Durante l’inspirazione, anche la pressione intrapleurica si riduce. Questa riduzione è uguale alla somma della retrazione elastica dei polmoni, che aumenta con l’espansione dei polmoni, e della caduta di pressione lungo le vie aeree, quando l’aria si muove dalla pressione atmosferica (zero) alla pressione negli alveoli (negativa, rispetto alla pressione atmosferica). Il flusso aereo si arresta quando la pressione alveolare e quella atmosferica diventano uguali (e quindi la pressione intrapolmonare è zero).

Durante l’espirazione, il diaframma si sposta verso l’alto nella gabbia toracica, la pressione intrapleuricadiventa meno negativa, la pressione alveolare (e quindi la pressione intrapolmonare) diventa positiva, la glottide si apre e l’aria di nuovo fluisce da una pressione più elevata (alveoli) a una meno elevata (atmosfera). Nell’alveolo, la forza di spinta per l’espirazione è data dalla somma della retrazione elastica dei polmoni e della pressione intrapleurica.

La forza sviluppata dalla contrazione dei muscoli respiratori deve vincere durante la ventilazione le resistenze elastiche e viscose.

La compliance polmonare (CP) è la misura delle proprietà elastiche dei polmoni e riflette la distensibilità polmonare. Viene definita come variazione del volume polmonare determinata da una variazione di 1 cmH2O della pressione distendente del polmone. Una compliance elevata si riferisce a polmoni facilmente distendibili, una ridotta compliance polmonare significa che il polmone non viene facilmente disteso. La compliance del polmone è calcolata come segue:

CP = DV

Le resistenze respiratorie viscose si compongono delle seguenti parti:

le resistenze al flusso nelle vie aeree di conduzione: il flusso nelle vie aeree è di tipo laminare e pertanto valgono le relazioni della legge di Hagen-Poiseuille, secondo cui il flusso è proporzionale alla differenza di pressione (PPOL) che lo genera e indirettamente proporzionale alla resistenza (che dipende a sua volta dalla sezione e lunghezza del tubo, e dalla viscosità):

V = DP R = DP

R V

le resistenze tissutali non elastiche: dovute essenzialmente all’attrito dei tessuti e alla deformazione non elastica dei tessuti nella cavità toracica e addominale

La respirazione richiede l’impegno dei muscoli respiratori con spesa energetica. Pertanto, in ogni atto respiratorio, l’inspirazione e l’espirazione richiedono energia. Nel sistema respiratorio il lavoro viene calcolato moltiplicando le variazioni di volume per la pressione esercitata attraverso il sistema respiratorio. E cioè:

Lavorio respiratorio(W) = Pressione (P) x Variazione di volume (DV)

Se nella respirazione dovessero essere vinte le sole resistenze elastiche, allora ogni variazione di volume polmonare dovrebbe essere pressocchè proporzionale alla contemporanea variazione della pressione intrapleurica.

Nel diagramma pressione-volume la reazione fra queste due grandezze sarebbe espressa da una retta (ABC). Siccome bisogna vincere anche le resistenze viscose, durante l’inspirazione la curva è convessa (AEC). Per spostare un determinato volume è infatti necessaria una maggiore riduzione della pressione pleurica rispetto a quella richiesta nel caso di una proporzionalità diretta fra le due grandezze. Soltanto alla fine dell’inspirazione (punto C) la curva raggiunge la retta, poiché in questa circostanza non c’è più movimento e agiscono solo le forze elastiche. La curva espiratoria piega in direzione opposta a causa delle resistenze viscose e raggiunge a fine espirazione il punto di partenza A.

Il vantaggio del diagramma pressione – volume consiste soprattutto nella possibilità di visualizzare il lavoro come area. Il carico di lavoro meccanico totale è rappresentato dall’area trapezoidale OAECD ma può essere suddiviso nelle seguenti frazioni:

OABCD: lavoro necessario per vincere la resistenza elastica
AECF: lavoro necessario per vincere la resistenza non elastica
AECB: lavoro necessario per vincere la resistenza non elastica durante l’inspirazione
ABCF:lavoro necessario per vincere la resistenza non elastica durante l’espirazione (rappresenta l’energia elastica immagazzinata dall’inspirazione)

Nella respirazione profonda l’area ABCF (e quindi il lavoro) non è sufficientemente grande per riportare la curva al punto di partenza, pertanto la respirazione non è passiva. Serve dunque l’intervento della muscolatura espiratoria per vincere le resistenze al flusso.

I disturbi della meccanica respiratoria si distinguono in:

disturbi ventilatori di tipo restrittivo: comprendono tutti quei disturbi funzionali nei quali l’espandibilità del polmone o del torace risulta ridotta.
disturbi ventilatori di tipo ostruttivo: sono caratterizzati da una restrizione delle vie aeree di conduzione, e quindi da un aumento della resistenza al flusso.

La ventilazione è il processo mediante il quale entra ed esce aria dai polmoni. La perfusione è il processo mediante il quale il sangue deossigenato passa attraverso i polmoni e viene ossigenato. L’area che entra nei condotti respiratori è differente come contenuti gassosi da quella presente negli alveoli. Per calcolare le frazioni di O2 e CO2 nella miscela alveolare di gas prendiamo in considerazione il bilancio delle masse: L’assunzione di O2 da parte del sangue (V O2) corrisponde alla differenza fra le quantità di O2 immessa negli alveoli con l’inspirazione (FI - O2 · VA) e quella spostata dagli alveoli con l’espirazione (FA - O2 · VA):

V O2 = FI - O2 · VA – FA - O2 · VA

La quantità di CO2 ceduta dal sangue (V CO2) corrisponde a quella che viene allontanata dagli alveoli

(FA - CO2 · VA) coll’espirazione dal momento che con l’aria inspirata non viene praticamente introdotta negli alveoli:

V CO2 = FA - CO2 · VA

Riarrangiando:

FA - O2 = FI - O2 - V O2 FA - CO2 = V CO2

VA VA

Il quoziente respiratorio è il rapporto tra l’anidride carbonica escreta (V CO2 ) e l’ossigeno assunto (V O2). Questo quoziente è il numero delle molecole di anidride carbonica prodotte in rapporto al numero di molecole di ossigeno consumate dal metabolismo. In condizioni normali si assume che sia 0.8 quindi, la quantità di ossigeno assunto supera la quantità di anidride carbonica liberata dagli alveoli.

Secondo la legge di Dalton ogni gas in una miscela esercita una pressione parziale PGAS proporzionale alla frazione del volume totale da esso occupata FGAS.Nell'applicare questa legge va tenuto presente che tanto l'aria quanto la miscela alveolare contengono oltre O2, CO2, N2 e gas nobili anche vapor acqueo, il quale esercita una sua pressione parziale. La pressione totale (pressione barometrica PB) deve pertanto essere diminuita della pressione del vapor d'acqua PH2O

PGAS = FGAS · (PB - PH2O)

Considerando i valori delle frazioni di O2 e di CO2 nell'atmosfera (tabella 25-3), i corrispondenti valori di pressione parziale a livello del mare equivalgono a circa PI02 = 150 mmHg (20 kPa) e P,CO2 = 0.2 mmHg (0.03 kPa). Con l'aumentare dell'altezza le pressioni parziali di O2 e CO2 nell'aria inspirata si riducono in proporzione diretta alla riduzione di PB .

Per lo studio degli scambi gassosi polmonari è utile indicare le frazioni di O2 e di CO2 nella miscela alveolare dei gas in unità di pressione parziale. Presi in considerazione i dati della respirazione a riposo a livello del mare si ha:

PAO2 = 100 mmHg (13,3 kPa) P ACO2 = 40 mmHg (5,3 kPa)

Le pressioni parziali di O2 e CO2 negli alvoli dipendono soprattutto dalla ventilazione alveore VA:

normoventilazione: ventilazione normale con la quale viene mantenuta una PACO2 di circa 40 mmHg (5,3 kPa)
iperventilazione: incremento della ventilazione alveolare oltre le esigenze metaboliche (PACO2 < 40 mmHg)
ipoventilazione: riduzione delle ventilazione alveolari al di sotto delle esigenze metaboliche (PACO2 > 40 mmHg)

Un aumento della ventilazione alveolare (iper-ventilazione) provoca un aumento della PAO2 ed una caduta della PACO2, mentre una diminuzione (ipoventilazione) ha l'effetto opposto.

Per il corretto funzionamento dello scambio gassoso il tessuto deve essere correttamente ventilato ma anche correttamente perfuso. Poiché infatti i gas respiratori scambiati nel distretto alveolare vengono ad esso sottratti o portati dalla corrente ematiche, le quote scambiate sono accoppiate alla per fusione polmonare. Le pressioni parziali di O2 e di CO2 alveolari dipendono pertanto anche dal rapporto tra ventilazione alveolare e perfusione polmonare.

Negli alveoli polmonari viene mantenuta una elevata pressione parziale di O2 (100 mmHg), mentre il sangue venoso giunge ai capillari alveolari con una bassa pressione parziale di O2(40 mmHg). Per la CO2 esiste una differenza di pressione parziale opposta (46 mmHg all'inizio dei capillari polmonari, 40 mmHg negli alveoli). Queste differenze di pressioni parziali rappresentano le "forze motrici" per la diffusione di O2 e CO2 e quindi per lo scambio gassoso polmonare. Secondo la legge di Fick sulla diffusione il flusso diffusionale M, cioè la quantità di una sostanza che attraversa uno strato con superficie F e spessore d, è direttamente proporzionale alla differenza fra le concentrazioni della sostanza DC. Quando un gas disciolto diffonde attraverso un fluido, allora la centrazione del gas deve essere sostituita con la sua pressione parziale essendo le due grandezze direttamente proporzionali

M = K F DP

II fattore di proporzionalità K viene indicato come coefficiente diffusionale. Nei polmoni KCO2 è circa 23 voltai maggiore di KQ2; cioè a parità delle altre condizioni diffonde 23 volte più CO2 che O2 attraverso un strato. Per questo motivo è comunque assicurata un'adeguata cessione di CO2 per diffusione nonostante la piccola differenza di pressione parziale di CO2 nei polmoni. La superficie alveolare F è di circa 140 m2 e il un tragitto diffusionale d è di alcuni mm.

Durante il tempo di contatto di circa 0.3 s le pressioni parziali del sangue divengono uguali ai valori dell’aria negli alveoli. In questo modo la diffusione dei gas termina. Una misura delle condizioni di diffusione nell'intero polmone è la capacità di diffusione. La riduzione del rapporto tra capacità di diffusione di O2 e perfusione polmonare caratterizza i disturbi della diffusione.

La perfusione polmonare di 5-6 I/min a riposo viene mantenuta da una differenza di pressione fra arteria polmonare e atrio sinistro di soli 8 mmHg . Paragonata a quella del circolo sistemico, il circolo polmonare oppone quindi una resistenza al flusso molto piccola. Quando nel lavoro muscolare pesante la perfusione polmonare aumenta fino a quattro volte rispetto alle condizioni di riposo, la pressione nell'arteria polmonare aumenta soltanto di due volte. Ciò significa che la resistenza diminuisce coll'aumentare della perfusione. La caduta della resistenza è una conseguenza passiva dell'aumento pressorio, che produce dilatazione dei vasi polmonari e apertura dei capillari di riserva. Mentre a riposo solo circa il 50% dei capillari disponibili sono perfusi, questa frazione aumenta con l'incrementare del carico. In questo modo aumenta contemporaneamente anche la superficie per gli scambi respiratori e quindi anche la capacità diffusionale, per cui l'assunzione di O2 e la cessione di CO2 possono essere incrementate secondo le esigenze metaboliche.

La perfusione polmonare dimostra una distribuzione regionale marcatamente disomogenea, inomogeneità la cui entità dipende principalmente dalla postura. Nella postura eretta le parti basali del polmone sono assai più perfuse di quelle apicali. Ne è causa la differenza di pressione idrostatica fra vasi nelle regioni basali e apicali, che per una differenza di livello di 30 cm è di 23 mmHg (3 kPa). Così la pressione arteriosa nelle regioni apicali del polmone è inferiore a quella alveolare, per cui i capillari sono qui collassati. Viceversa i capillari delle regioni declivi del polmone hanno un ampio lume, poiché la pressione intravasale eccede quella intraalveolare. Come conseguenza di questa distribuzione regionale delle resistenze vascolari si osserva una riduzione quasi lineare della perfusione andando dalla base fino all'apice del polmone. L'ipoventilazione alveolare porta ad una costrizione delle arteriole dovuta all'ipossia e quindi ad un aumento delle resistenze, di modo che la perfusione viene adattata alla ridotta ventilazione (meccanismo di Euler-Liljestrand).

I valori delle pressioni parziali di O2 e CO2, che si instaurano nel sangue dopo il passaggio attraverso i polmoni sono determinati primariamente dalla ventilazione alveolare, dalla perfusione polmonare e dalla capacità di diffusione. Inoltre il grado di arterializzazione è influenzato dalle inomogeneità regionali (distribuzione) di queste grandezze. Negli apici polmonari il rapporto ventilazione-perfusione e quindi anche la pressione parziale alveolare di O2 è maggiore rispetto alle basi polmonari. Dopo il miscelamento del sangue arterioso di tutte le regioni e l'aggiunta del sangue cortocircuitato la pressione parziale arteriosa di O2 è di circa 10 mmHg inferiore al valore alveolare e ammonta nel giovane a circa 90 mmHg. Questo valore si riduce con l'aumentare dell'età.

Lo scambio polmonare dei gas richiede una ventilazione periodica dei polmoni tramite i movimenti della gabbia toracica e del diaframma. La causa è una attività neuronale ritmica che origina nella rete neurotica respiratoria del bulbo. La meccanica della ventilazione polmonare (che dura 3-6 s.) si svolge in due fasi:

inspirazione che dura 1-1.5 s.
espirazione che dura 2-3.5 s.

Il ritmo respiratorio nervoso e le rispettive contrazioni muscolari si sviluppano invece in tre fasi:

fase-I inspirazione, viene regolata dall’attività crescente (rampa inspiratoria) dei nervi dei muscoli inspiratori. Si verifica una contrazione crescente del diaframma e un allargamento della gabbia toracica.
fase-PI espirazione passiva, si verifica a causa della riduzione controllata dell’intensità di contrazione dei muscoli inspiratori.
fase-E2: espirazione attiva, si verifica per l’attivazione e la contrazione dei mm. intercostali interni e dei muscoli espiratori addominali e lombari.

Nella respirazione rapida e superficiale il ritmo respiratorio nervoso si compone solo di due fasi cicliche, l’inspirazione e la postinspirazione.

La ritmicità del respiro origina nel bulbo. Due distinti nuclei bulbari sono coinvolti nella genesi del ritmo respiratorio:

gruppo respiratorio dorsale (GRD): costituito da cellule del nucleo del tratto solitario localizzato nella regione dorsomediale del bulbo. Queste cellule sono principalmente responsabili dell’inspirazione. Nel nucleo del tratto solitario vi sono numerosi interneuroni che ricevono le afferente delle vie respiratorie, dai polmoni e dal sistema cardiocircolatorio.
gruppo respiratorio ventrale (GRV): localizzato nella regione ventro-laterale del bulbo in una regione contigua al nucleo ambiguo. Contiene neuroni inspiratori ed espiratori. Questo nucleo è costituito da tre gruppi di cellule:

nucleo retrofacciale rostrale: è attivo durante l’espirazione
nucleo retroambiguo caudale: è attivo durante l’espirazione
nucleo parambiguo: è attivo durante l’inspirazione

Si distinguono tra i neuroni respiratori bulbari tre diverse classi:

neuroni I: inspiratori che scaricano durante l’inspirazione. Si dividono a loro volta in:

neuroni-I a rampa: scaricano durante tutta la fase inspiratoria con una frequenza crescente
neuroni-pre-I: scaricano soltanto poco rima e all’inizio dell’inspirazione
neuroni-I-precoci: scaricano durante la fase iniziale dell’inspirazione (sono interneuroni inibitori)
neuroni-I-tardivi: scaricano durante la fase finale dell’inspirazione

neuroni PI: postispiratori che scaricano durante la prima fase dell’espirazione
neuroni E: espiratori che scaricano durante la fase attiva dell’espirazione

I neuroni respiratori sono collegati tra loro mediante sinapsi creando una rete che viene attivata da afferente della formazione reticolare attiva spontaneamente. Tramite connessioni sinaptiche specifiche dei diversi neuroni respiratori vengono evocati:

potenziali postsinaptici eccitatori (PPSE glutamergico)
potenziali postsinaptici inibitori (PPSI glicinergici e GABAergici)

La loro interazione porta a delle oscillazioni periodiche lente del potenziale di membrana e durante la depolarizzazione sopra soglia della membrana alla scarica di treni di potenziali d’azione.

A valle della rete primaria si trovano neuroni inspiratori, postinspiratori e espiratori con proiezioni assoniche reticolospinali che attivano ritmicamente i motoneuroni spinali della muscolatura respiratoria attraverso connessioni mono e polisinaptiche. Ad essere innervati oltre ai motoneuroni spinali dei muscoli respiratori sono anche i nervi encefalici IX, X, XII e i neuroni broncomotori; in questo modo il tono della muscolatura linguale, faringea, laringea e bronchiale si adatta aritmicamente al ciclo respiratorio. Durante l’inspirazione sono inoltre stimolati i neuroni simpatici e le fibre del vago che modulano la rete cardiovascolare.

Il ritmo respiratorio dipende da un’alternanza oscillatoria dell’attività dei neuroni inspiratori, postinspiratori e di solito, ma non necessariamente, espiratori. La base di questa ritmogenesi sono le interazioni sinaptiche inibitorie ed eccitatorie tra i neuroni del GRV e la conseguente modulazione dei neuroni. Vediamo cosa avviene nelle varie fasi:

fase della inspirazione:

vengono inibiti i neuroni espiratori che hanno una funzione inibitrice sui neuroni inspiratori. Anche i neuroni PI sono inibiti
la mancanza dell’inibizione dei neuroni espiratori, provoca l’eccitazione dei neuroni-I precoci e a “a rampa”
attraverso un feedback positivo, tramite neuroni sinergici, l’attività dei neuroni-I a rampa si accresce. Si ha un aumento della frequenza di scarica
i neuroni-I-precoci hanno una funzione inibitoria sui neuroni-I-tardivi ma vanno incontro ad adattamento
i neuroni-I-tardivi si trovano infine disinibiti e la loro scarica determina la prima inibizione dei neuroni I-a rampa innescando il cambio di fase.

fase della postinspirazione:

i recettori di stiramento polmonari eccitano i neuroni PI che si attivano
i neuroni PI inibiscono definitivamente i neuroni I
l’adattamento alla scarica dei neuroni PI determina il cambio di fase

fase dell’espirazione attiva

l’effetto eccitatorio della formazione reticolare attivante e le afferente dai recettori di irritazione bronchiale causano l’eccitamento dei neuroni E
quando i neuroni-E scaricano, essi inibiscono i neuroni I e PI e il ciclo si completa con l’espirazione attiva
la fase termina con la scarica dei neuroni pre-I che inibisce gli E
la riduzione dell’inibizione esercitata dai neuroni E sui neuroni-I può iniziare il successivo ciclo respiratorio

In determinate condizioni può mancare del tutto la fase dell'espirazione attiva. Sotto l'influsso di strutture sopra-bulbari del SNC (corteccia, sistema limbico, ipotalamo) o in seguito a riflessi (per esempio nella febbre, dolore) si può osservare un incremento dell'attivazione della parte inspiratoria della rete. Ciò comporta la ripresa dell'attività inspiratoria ogniqualvolta termina la postinspirazione. La rete respiratoria oscilla in queste condizioni tra due fasi del ciclo, l'inspirazione e la postinspirazione, mentre manca del tutto la fase E2.

I valori di PaCO2 (pressione parziale arteriosa della CO2), PaO2 (pressione parziale arteriosa dell'O2) e [H+]a (concentrazione arteriosa dell' H+) sono determinati in maniera rilevante dalla respirazione esterna e dallo scambio gassoso e regolano a loro volta le funzioni della respirazione e circolazione. L'adattamento riflesso della ventilazione, di seguito descritto, assicura che i gas respiratori siano mantenuti costanti nel sangue arterioso.

Sia la velocità che la profondità del respiro sono regolate per mantenere la PaCO2 prossima a 40mmHg. Anche durante periodi di attività, di riposo o di sonno, le variazioni della PaCO2 sono mantenute entro i limiti di 2 o 3 mmHg (la pendenza della relazione lo dimostra): i chemocettori centrali e periferici rilevano le variazioni della PaCO2 e trasmettono queste informazioni ai centri respiratori bulbari. Il centro di controllo del respiro regola quindi il volume-minuto (ventilazione-minuto) e mantiene la PaCO2 nell’ambito normale. La ventilazione aumenta quando la PaCO2 aumenta. La pendenza che determina quest’aumento è in dipendenza della PaO2 ed è chiamata risposta ventilatoria alla PCO2. In presenza di una normale PaO2 , la ventilazione incrementa di circa 3L/min per ogni mmHg di aumento della PaO2 . In presenza di una bassa PaO2 , per ogni dato valore della PaCO2, la ventilazione è maggiore e l’aumento della ventilazione per un dato incremento della PaCO2 è aumentato (la pendenza è maggiore).

La curva della risposta ventilatoria al pH mostra una pendenza sorprendentemente bassa (circa 2 l/min per una variazione del pH di 0,1) nelle acidosi non-respiratorie. Questa scarsa sensibilità della regolazione fisiologica della respirazione si spiega con l'incrementata cessione iperventilatoria della CO2. È proprio questa cessione di CO2 responsabile della compensazione respiratoria nell'acidosi non-respiratoria

Per quanto riguarda invece la curva della risposta ventilatoria alla PO2, la riduzione della PO2 nell'aria inspirata e quindi della PaO2 nel sangue arterioso porta ad un aumento del volume minuto respiratorio (VMR) per incremento del volume corrente e della frequenza respiratori. Un aumento della PaO2 comporta invece soltanto una scarsa riduzione della ventilazione.

La curva della risposta all'O2, cioè le variazioni del volume/minuto respiratorio dipendendi dalla PaO2, mostra in condizioni normali (curva fisiologica) soltanto una scarsa pendenza.. Questa apparentemente scarsa sensibilità della regolazione respiratoria al PaO2 è dovuta alla riduzione dello stimolo della CO2, in quanto l'incremento del volume/minuto respiratorio dovuto all'ipossia causa la riduzioni della PaCO2.

Le risposte della regolazione respiratoria alla PaO2, alla PaCO2 e alla [H+]a sono mediate principalmente da chemocettori arteriosi. Tali sensori si trovano bilateralmente nel glomo carotideo, un paraganglio nato alla biforcazione dell'a.carotide comune in aa. carotide interna ed esterna. Il giorno carotideo viene innervlato dal nervo del seno carotideo, ramo del n. glosso/aringo (IX). Altri chemocettori si trovano nei paragangli dell'arco aortico e dell'a. succlavia destra (glorni aortici), innervati dal nervo aortico, ramo del n. laringeo superiore.

Quando la PaO2 diminuisce, la PaCO2 e [H+]a aumentano, le cellule sensoriali rispondono una depolarizzazione della membrana e quindi la liberazione del trasmettitore. Ciò provoca l'incremento dell'attività nelle fibre nervose afferenti. Soprattutto la sensibilità all'O2 è molto marcata, cellule del giorno sono attive già ad una PaO2 normale di 95-100 mmHg, in quanto la «soglia dell'O2» si trova ad una PaO2 di 110 mmHg circa.

Se il sensore O2 non riesce a legare O2 vengono inibiti dei nali K+ e le cellule del giorno si depolarizzano. Ciò innesca una corrente d'entrata di Ca2+ con la conseguenza di una incrementata liberazione di trasmettitore . La sensibilità alla CO2 e alla [H+l si basa probabilmente e principalmente sull'aumento dell'acidità del citosol delle cellule sensoriali. Ciò determina, attraverso la stimolazione dei sistemi funzionalmente accoppiati del trasporto di membrana, un incremento della Ca2+ ntracellulare e quindi l'aumento dell'esocitosi del trasmtitore.

L'attivazione dei cheorecettori arteriosi eccita le fibre nervose afferenti nel glomo (neurone secondario), che trasmettono l'informazione alle stazioni di commutazione nel nucleo del tratto solitario del bulbo. Lì sono eccitati neuroni terziari che attivano per via sinaptica l'intera rete respiratoria. Ciò provoca l'aumento di tutti i movimenti respiratori.

Una influenza notevole della CO2 e [H+] sulla respirazione avviene attraverso strutture nervose centrali nel tronco encefalico stesso: a causa della buona diffusibilità della CO2, qualsiasi variazione della PaCO2 provoca rapidamente un aumento della PeCO2 extracellulare e della [H+]e nel liquido extracellulare del bulbo e con un po' di latenza anche della PCO2 e della [H+] del liquor cerebrospinale.

La respirazione viene coordinata tramite una coinnervazione “collaterale” con il sistema cardiocircolatorio e con quasi tutte le risposte sensomotorie. I segnali da molteplici strutture del SNC, nonché i riflessi a partenza da recettori periferici, formano il presupposto per questo adattamento dinamico della respirazione.

Le vie respiratorie e il tessuto polmonare sono dotati di sensori chemo- e meccanosensibili che innescano dei riflessi protettivi importanti In specifici sottonuclei del nucleo del tratto solitario si trovano interneuroni secondari e terziari che modulano l'attività della rete respiratoria attraverso connessioni sinaptiche, adattando i movimenti respiratori ovvero il flusso dell'aria nel tratto respiratorio alle diverse condizioni. E importante ricordare che tutti questi riflessi possono influenzare anche le funzioni cardiovascolari. Recettori meccano- e chemosensibili nella laringe e a livello della trachea evocano intensi riflessi . I recettori sono costituiti da terminazioni nervose libere nel tessuto sottoepiteliale che proiettano ai nuclei ventrali del NTS. Le variazioni riflesse del ritmo respiratorio consistono in una intensa attivazione soprattutto dei componenti inspiratori ed espiratori della rete (ma anche di quelli postinspiratori). Il riflesso della tosse così evocato aumenta la velocità del flusso espiratorio dell'aria fino a valori di 200-300 km/ora. Il flusso d'aria turbolento così creato pulisce la trachea e la laringe e le particelle irritanti vengono espulse. A causa della resistenza al flusso sale la pressione intrapolmonare fino a 30 cm H2O. Esiste quindi il pericolo di un sovraccarico meccanico delle pareti alveolari e di una sovradistensione dei polmoni.

Una forte attivazione dei sensori laringei e tracheali causa un blocco totale dei movimenti respiratori ritmici (apnea riflessa). Il ritmo respiratorio si arresta nella postinspirazione finché i riflessi chemocettivi non interrompono l'apnea. Questa inibizione massiccia del ritmo respiratorio si spiega con l'attivazione dei componenti postinspiratori della rete.

Il ritmo respiratorio controllato dal bulbo viene modificato continuamente attraverso la retroazione delle informazioni dall'albero branchiale. Durante ogni inspirazione l'albero bonchiale viene disteso. Ciò attiva i recettori di stiramento polmonare che per via riflessa evocano una inibizione dell'inspirazione e una attivazione della postinspirazione e della espirazione (riflesso di Hering-Breuer).

Nel caso di forte diminuzione del volume polmonare vengono attivati i «recettorì di irritazione» a rapido adattamento che proiettano anch'essi al NTS. L'attivazione dei rispettivi interneuroni causa l'attivazione dell'inspirazione e della postinspirazione, nonché l'inibizione dell'espirazione (riflesso di Head/deflazione).

Nell'interstizio dei setti alveolari si trovano delle terminazioni nervose libere meccanosensibli di fibre afferenti amieliniche, che possono evocare dei riflessi polmonari (riflesso iuxtacapillare). Ogni incremento del volume extracellulare (edema) provoca la loro attivazione e tramite riflessi bulbari l'inibizione massiccia dell'inspirazione e una attivazione dei neuroni cardiaci vagali. L'effetto del riflesso consiste quindi in casi estremi in una soppressione totale della respirazionecon ipotensione arteriosa e bradicardia. Anche i riflessi motori sono fortemente inibiti, perciò si suppone che questo riflesso limiti il carico respiratorio e cardiaco.

Uno dei compiti più importanti del sangue è il trasporto dell’ossigeno assunto a livello polmonare, agli organi e ai tessuti, e quello dell’anidride carbonica qui prodotta ai tessuti. Questa funzione è svolta principalmente dall’emoglobina contenuta negli eritrociti.

L’emoglobina è una proteina costituita da 4 subunità e con un peso molecolare di 64500 Da; le 4 catene sono 2a (141 aminoacidi in 7 a-eliche) e 2b (146 aminoacidi in 8 a-eliche) e costituiscono l’emoglobina adulta (l’HbA). Ognuna delle 4 subunità lega gruppi eme. I gruppi eme sono ferroprotoporfirina IX, il Fe è allo stato ferroso Fe2+ esacoordinato nella ossiHb (pentacoordinato se senza O2).

La porfirina ha infatti un nucleo tetrapirrolico, costituito da anelli pirrolici legati da ponti metilici. Nell’eme si parla di ferroprotoporfirina perchè all’interno dell’anello di protoporfirina c’è un atomo di Fe allo stato ferroso Fe2+ .

Nella proteina, trovandosi in una tasca fortemente idrofobica, il Fe2+ dell’eme non subisce una reazione di ossidazione (Fe2+ + O2 à Fe 3+ + O2-) che lo porta allo stato ferrico Fe 3+ come avviene per il Fe2+ in una soluzione acquosa, ma al contrario, viene solamente ossigenato. Nel trasporto l’ossigeno viene infatto legato in maniera coordinativa all’eme senza che l’atomo di ferro cambi la sua valenza: l’emoglobina (Hb) diventa ossiemoglobina (HbO2)

In realtà c’è una piccolissima percentuale di Hb, chiamata metaemoglobina, in cui il Fe2+ dell’eme si trova allo stato ferrico Fe 3+ , non può legare l’O2 ed è pertanto inattivo. I prodotti dannosi per l’organismo, ovvero i radicali liberi, che si vengono a formare dallo stato red-ox del ferro, vengono allontanati dall’enzima glutatione perossidasi.

L’emoglobina è presente nel sangue che costituisce un ottimo mezzo di trasporto per l’ossigeno in tutto il corpo: un litro di sangue infatti trasporta 2.3 ml di ossigeno per solubilità in acqua (cioè nel plasma) e 1.34 ml di ossigeno per ogni grammo di emoglobina che contiene. Un litro di sangue quindi, contenendo circa 150 g di emoglobina, riesce a trasportare oltre 200 ml di ossigeno per litro.

La concentrazione di un gas disciolto fisicamente dipende dalla rispettiva pressione parziale (PGAS) e dal coefficiente di solubilità di Bunsen (a), come illustrato nella legge di Henry:

[GAS] = a PGAS

760

Il 760 al denominatore compare perché a è calcolato in atm mentre PGAS in mmHg (1atm = 760mmHg). Il coefficiente di solubilità della CO2 nel sangue è circa 24 volte maggiore di quella dell’ O2. In conseguenza di questo, nonostante la più bassa pressione parziale di CO2, nel sangue arterioso [CO2] = 0.026 ml/ml mentre [O2] = 0.0003 ml/ml

La maggior parte dell'O2 del plasma diffonde rapidamente nei globuli rossi, dove si lega chimicamente ai gruppi eme della molecola di emoglobina formando ossiemoglobina (HbO2).

Hb + 4O2 ↔ Hb (O2) 4

Il legame chimico tra O2 ed emoglobina avviene nei polmoni e il complesso HbO2 è il principale meccanismo di trasporto dell'O2. A livello dei tessuti, questo legame è reversibile e l'Hb cede il suo O2 ai tessuti. Il numero di molecole di O2 legate all'emoglobina dipende dalla pressione parziale dell'O2 nel sangue. La curva di dissociazione dell'Hb illustra la relazione tra la pressione parziale dell'O2 (Po2) nel sangue e la percentualedi siti dei legame per l'O2 occupati dalle molecole di O2. Con l'aumentare della pressione parziale dell'O2, aumenta la saturazione dell'Hb (S).

S = [HbO2]

[Hb]totale

Ciò è graficamente rappresentato dalla curva di dissociazione dell’ O2

La curva, è a forma di S italica: inizia a formare un plateau intorno a valori di Po2 di 50 mmHg, e si appiattisce a una Po2 di circa 70 mmHg. A pressioni parziali inferiori a 60 mmHg, l'O2 si lega rapidamente con l'Hb man mano che la pressione parziale aumenta. A valori di Po2 di 60 mmHg, l'Hb è satura al 90%; valori superiori di pressione parziale influenzano la saturazione dell'Hb solo lievemente. In modo specifico, un aumento della Po2 da 60 a 90 mmHg, aumenta la saturazione dell'Hgb solamente del 7%. Il significato clinico della porzione piatta della curva di dissociazione dell'Hb è che una caduta della Po2 da circa 100 a circa 60 mmHg lascia l'Hb ancora satura al 90%, che assicura un trasporto virtualmente adeguato di O2. Inoltre, un aumento della Po2 al di sopra di 100 mmHg ha scarsi effetti sul contenuto di O2 del sangue, in quanto l'Hb è già pienamente saturata.

Nella porzione ripida della curva di dissociazione dell'ossiemoglobina, il contenuto di O2 del sangue e, quindi, la cessione di O2 ai tessuti, sono già gravemente compromessi a valori inferiori a 60 mmHg. Il significato clinico di questa porzione della curva è che una grossa quantità di ossigeno viene rilasciata dall'emoglobina per una piccola variazione della Po2 . Questa risposta facilita la cesssione di O2 ai tessuti. II punto sulla curva per il quale ili 50% dell' Hb è satura P50. Negli adulti a livello del mare, questa condizione si verifica per una Po2 di 27 mmHg.

La forma della curva di dissociazione dipende essenzialmente dalle modalità di reazione dell’emoglobina; tuttavia fattori specifici possono modificare l’affinità di legame di O2 all’emoglobina: La curva è deviata a destra quando l'affinità dell'Hb per l'O2 si riduce; la curva è deviata a sinistra quando l'affinità dell'Hb per l'O2 aumenta, e la pso si abbassa.

Le variazioni del pH ematico provocano deviazioni della curva. Una riduzione del pH provoca deviazione della curva verso destra (incrementa la dissociazione), mentre un aumento del pH provoca deviazione verso sinistra (incrementa l'affinità per l'02), Durante il metabolismo cellulare la CO2 viene liberata nel sangue generando idrogenioni che riducono il pH. Questo provoca una deviazione della curva di dissociazione verso destra, il che indica che l'effetto è benefico per il rilascio i di O2 dall'Hb e per la conseguente diffusione dell'O2 ai tessuti e alle cellule. La deviazione a destra probabilmente non è dovuta solo alla riduzione del pH, ma anche a un effetto diretto della CO2 sull'emoglobina. Viceversa, quando il sangue passa attraverso i polmoni, la CO2 viene esalata, il che provoca una riduzione degli idrogenioni e un aumento del pH; queste variazioni comportano una deviazione verso sinistra della curva di dissociazione. L'affinità più elevata dell'Hb per l'O2 incrementa il legame tra O2 e Hb. Questo effetto della CO2 sull'affinità dell'Hgb per l'O2 è noto come effetto Bohr. L'effetto Bohr è dovuto in parte alla variazione del pH conseguente alle variazioni della CO2 e in parte a un'azione diretta della CO2 sull'Hgb. L'effetto Bohr incrementa la cessione dell'O2 ai tessuti e la sua assunzione a livello dei polmoni.

L'incremento della temperatura corporea provoca una deviazione della curva di dissociazione verso destra. Si determina in questo modo una maggiore cessione di O2 ai tessuti la cui richiesta è aumentata dall'esercizio. Durante la stagione fredda, una riduzione della temperatura corporea, specialmente alle estremità (labbra, dita della mano e del piede, orecchie) provoca una deviazione della curva di dissociazione verso sinistra.

I globuli rossi maturi non possiedono mitocondri e quindi respirano mediante glicolisi anaerobica. Durante la glicolisi si formano all'interno dei globuli rossi grosse quantità di un intermedio metabolico, il 2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG). L'affinità dell'Hb per l'O2 si riduce proporzionalmente all'incremento nel globulo rosso dei livelli di 2,3-DPG. Pertanto, la curva di dissociazione è deviata verso destra. L'affinità del 2,3-DPG perl'Hb è maggiore di quella dell'O2 per l'Hb; ne consegue che il 2,3-DPG compete direttamente con l'O2 per i siti di legame dell'Hgb.

L’anidride carbonica (CO2 ), prodotto terminale del metabolismo cellulare, giunge per via ematica ai polmoni dove viene ceduta all'ambiente. Essa viene trasportata nel sangue sia nel plasma sia nei globuli rossi in tre distinte forme chimiche: bicarbonato (HCO3-), CO2 disciolta fisicamente e complessi carboaminici.

Nel plasma la CO2 si lega a diverse proteine plasmatiche e nei globuli rossi all'Hb. Il meccanismo di trasporto predominante della CO2 è sottoforma di bicarbonato all'interno dei globuli rossi. Dopo essere diffusa attraverso i tessuti, la CO2 raggiunge il sangue dove si scioglie rapidamente in forma fisica stabilendo una pressione parziale (Paco2). La CO2 diffonde rapidamente dal plasma ai globuli rossi e si stabilisce un equilibrio tra queste due componenti del sangue. La principale via per la produzione di HCO3 è la reazione tra CO2 e H2O dalla quale si forma acido carbonico (H2CO3), che si dissocia facilmente formando bicarbonato (HCO3-) e ioni idrogeno (H+) liberi:

CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ HCO3-

Questa reazione avviene molto lentamente (secondi) come reazione chimica standard nei tessuti e nel plasma ed è probabilmente poco importante in questi compartimenti. Tuttavia, la reazione è catalizzata all'interno dei globuli rossi dall'enzima anidrasi carbonica, che accelera il tempo di reazione a pochi millisecondi. Questa reazione è la principale sorgente di HCO3-. Una volta formato all'interno dei globuli rossi, HCO3- diffonde fuori dalla cellula in cambio di Cl-. Questo scambio di Cl- prende il nome di scambio dei cloruri (fenomeno di Hamburger). Il Cl- si lega al K+, rilasciato dall'Hb durante il trasferimento dell'O2 dall'Hb ai tessuti. Lo scambio dei cloruri mantiene l'omeostasi elettrostatica nella cellula. Inoltre, viene mantenuto l'equilibrio osmotico nel globulo rosso in quanto anche l'acqua accompagna il movimento del CI . Per questa ragione, i globuli rossi sono leggermente più rigonfi nel sangue venoso che in quello arterioso.

Questa trasformazione della CO2 in acido carbonico e bicarbonato è reversibile. Queste reazioni sono deviate verso destra per generare più bicarbonato quando la CO2 entra nel sangue dai tessuti e sono deviate verso sinistra quando la CO2 viene esalata nei polmoni.

Gli idrogenioni liberi vengono rapidamente tamponati legandosi alle proteine plasmatiche o, se questi ioni sono all'interno dei globuli rossi, all'Hb, formando un complesso H • Hb. Il tamponamento degli idrogenioni è critico per mantenere la reazione in direzione della sintesi di HCO3-; elevati livelli di H+ liberi spingono la reazione in direzione opposta. Inoltre, questa fonte di idrogenioni è soprattutto responsabile di un sangue venoso leggermente più acido (pH 7.35) del sangue arterioso (pH 7.40).

Un ulteriore possibilità di legame della CO2 è data dal legame diretto con la parte proteica dell’emoglobina. La reazione avviene sui gruppi amminici che formano con CO2 al un legame carboaminico e si forma quindi la carboemoglobina:

Hb-NH2 + CO2 ↔ Hb-HNCOO + H+

Sebbene la CO2 sia 20 volte più solubile in acqua dell'O2, la forma disciolta della CO2 costituisce una piccola frazione di tutta la CO2 trasportata dal sangue. Nondimeno, la CO2 disciolta fisicamente è molto più importante nel trasporto globale della CO2 di quanto lo sia la forma disciolta dell'O2 nel trasporto globale di questo gas. Occorre notare che, anche se il trasporto della CO2 e la regolazione del H+ avvengano contemporaneamente, essi sono l'uno indipendente dall'altro e sono controllati da fattori diversi.

Contrariamente al comportamento dell'O2, la dissociazione (rimozione e assunzione) della CO2 dal sangue è in relaze quasi diretta con la Pco2 quindi, la curva di dissociazione della CO2 è lineare . La saturazione dell'Hb con l'O2 esercita un effetto importante sulla curva di dissociazione della CO2. Anche se l'O2 e la CO2 si legano all'Hb in siti diversi, l'Hb deossigenata ha un'affinità per la CO2 maggiore della Hb ossigenata. La forma deossigenata da più facilmente composti carboaminici, e lega più facilmente ioni H+ liberi rilasciati durante la formazione dell' . HCO3- Pertanto, il sangue deossigenato (sangue venoso) assume liberamente e trasporta più CO2 del sangue arterioso ossigenato. L'effetto delle variazioni della saturazione dell'Hb sulle relazioni tra contenuto di CO2 e PCO2 è conosciuto come effetto Haldane. Questo effetto si inverte nei polmoni quando l'O2 si trasferisce dagli alveoli ai globuli rossi. Insomma, il globulo rosso è ideale per trasportare O2 e CO2. La cessione di O2 lungo i capillari è aumentata dai livelli crescenti della Pco2 da una riduzione del pH (effetto Bohr), mentre l'assunzione di CO2 nel sangue è aumentata da una riduzione della saturazione della deossiemoglobina. O2 è legato all'Hb, mentre la CO2 è presente in forma di HCO3-, che viene prodotto nel globulo rosso e trasportato nel plasma.

Poiché non tutto l’ossigeno trasportato nel sangue viene scaricato a livello dei tessuti, il consumo di ossigeno (VO2) è uguale alla differenza tra il contenuto arterioso e il contenuto venoso (CO2), moltiplicato per la portata cardiaca (Q): VO2 = Q (CaO2- CvO2). Per utilizzazione di ossigeno si intende il rapporto tra consumo (VO2) e disponibilità di O2 (Q · CaO2) e varia in dipendenza del fabbisogno.

ANATOMIA E FISIOLOGIA UMANA

Anatomia: è lo studio della struttura degli organi interni di un essere vivente (ovvero di come sono fatti). Lo studio della forma e delle dimensioni esterne del corpo riguarda invece la morfologia.

Fisiologia: è lo studio del funzionamento dei vari organi interni di un essere vivente (ovvero di come funzionano).

Tutti gli organismi di medie e grandi dimensioni sono pluricellulari ed eucarioti. Mentre, come sappiamo, negli unicellulari l'unica cellula assolve a tutte le funzioni dell'organismo (nutrizione, movimento, riproduzione ecc.), nei pluricellulari le varie porzioni del corpo si dividono i compiti da eseguire. Esse però lavorano in modo coordinato e, negli animali superiori, sotto il controllo di un organo centrale, il cervello. Le parti del corpo che svolgono le singole funzioni sono dette apparati o sistemi. Nell'uomo abbiamo ad esempio il sistema nervoso o l'apparato digerente. Ogni funzione è il risultato coordinato di funzioni più semplici che, nell'apparato o nel sistema, sono svolte dai vari organi; sempre nell'uomo, esempi di organi del sistema nervoso sono il cervello oppure il midollo spinale, mentre nell'apparato digerente abbiamo ad esempio lo stomaco, l'intestino ed il fegato. A loro volta gli organi sono formati da vari tessuti, ovvero da gruppi di cellule, con forma uguale o simile, che svolgono tutte una stessa funzione.

Definizioni

Tessuto: insieme di cellule con forma uguale o simile, che svolgono tutte una stessa funzione.

Organo: insieme di tessuti uguali o diversi, che svolgono insieme una data funzione.

Sistema: insieme di organi uguali o simili, che svolgono insieme una stessa funzione (ad esempio sistema nervoso).

Apparato: insieme di organi differenti che svolgono insieme una stessa funzione (ad esempio apparato digerente).

Volendo fare una analogia tra il corpo umano ed una fabbrica, per esempio di auto, potremmo dire che le cellule sono i singoli lavoratori; i tessuti sono i vari gruppi di lavoratori che svolgono uno stesso compito (ad esempio operaio, tecnico, addetto alle pulizie, ragioniere ecc.); gli organi sono i singoli uffici o settori di un reparto; gli apparati sono i vari reparti (ad esempio carrozzeria, progettazione, amministrazione, verniciatura ecc.).

LE SUDDIVISIONI DEL CORPO UMANO

Il corpo umano può essere suddiviso nelle seguenti parti: la testa ed il collo, il tronco e gli arti.

Testa: nella testa troviamo i più importanti organi del sistema nervoso centrale (cervello, cervelletto ecc. ) che nel loro insieme formano l'encefalo racchiuso nella scatola cranica. Nella testa troviamo inoltre i principali organi di senso: vista, udito, equilibrio, olfatto e gusto, nonché l'inizio dell'apparato digerente (bocca) e di quello respiratorio (bocca e naso).

Collo: il collo rappresenta di fatto una struttura di passaggio tra la testa ed il tronco. Esso è percorso anteriormente dalle vie respiratorie (faringe e trachea), mentre posteriormente troviamo l'esofago e la colonna vertebrale. Quest'ultima, circondata da fasci di muscoli, consente i movimenti e la posizione eretta della testa.

Tronco: è la parte centrale del corpo e si divide in due cavità separate da un muscolo piatto detto diaframma. La cavità superiore è il torace, racchiuso dalle costole, che ospita i polmoni ed il cuore. La cavità inferiore, l'addome, contiene gli organi dell'apparato digerente (stomaco, intestino, fegato ecc.), l'apparato urinario (reni, ureteri e vescica) e l'apparato riproduttore.

Arti: si dividono in arti superiori (braccia) ed arti inferiori (gambe). I primi servono per afferrare e manipolare gli oggetti, mentre i secondi servono per camminare.

I TESSUTI DEL CORPO UMANO

I tessuti presenti nel corpo umano vengono suddivisi in quattro gruppi: tessuti connettivi, tessuti epiteliali, tessuti muscolari e tessuto nervoso.

TESSUTI CONNETTIVI: hanno il compito di legare tra loro e talvolta di nutrire gli altri tessuti, essi formano anche il materiale di sostegno di tutto il corpo. Le cellule connettivali sono per lo più immerse in una abbondante sostanza intercellulare che esse stesse producono, e che viene anche chiamata di sostanza fondamentale o matrice. In base alla consistenza di questa sostanza è possibile dividere i tessuti connettivi in quattro gruppi principali, alcuni dei quali sono ulteriormente suddivisibili.

Il tessuto connettivo propriamente detto si divide in tre sottogruppi: il tessuto adiposo, il tessuto connettivo compatto e quello lasso. Il tessuto adiposo è specializzato nella sintesi e nell’immagazzinamento dei grassi con funzione di riserva energetica. Le sue cellule hanno infatti un reticolo endoplasmatico liscio molto sviluppato e sono in gran parte riempite da goccioline di grasso.

I tessuti degli altri due tipi sono caratterizzati dal fatto che la sostanza intercellulare è ricca di fibre proteiche formate da collagene ed elastina. La struttura del collagene assomiglia a quella di una corda: più catene proteiche si intrecciano in filamenti, a loro volta riuniti in fibre più grosse, che conferiscono alla struttura notevole resistenza alla trazione, ma non elasticità (le corde infatti non si allungano quando vengono tirate). Il collagene è molto abbondante nei tendini (che collegano i muscoli alle ossa) e nei legamenti (che tengono unite le ossa nelle articolazioni). Le fibre di collagene si possono inoltre intrecciare tra loro, formando lamine resistenti come la pelle ed il cuoio. Le fibre formate dall’elastina sono invece elastiche; associate al collagene si ritrovano nella pelle, che infatti possiede una certa elasticità, limitata proprio dalla presenza del collagene. Fibre elastiche si trovano inoltre negli organi che debbono dilatarsi e restringersi, come fanno ad esempio le arterie al passaggio del sangue o i polmoni durante la respirazione.

Il tessuto connettivo compatto, in cui le fibre sono strettamente intrecciate, è diffuso ove viene richiesta notevole resistenza, come nei legamenti e nei tendini. Il tessuto connettivo lasso, le cui fibre non sono strettamente intrecciate, forma invece la struttura di molti organi interni, in cui la resistenza richiesta è minore.

Nel tessuto cartilagineo la matrice è formata da un impasto di fibre proteiche e di una sostanza polisaccaride, che conferisce alle cartilagini resistenza ed elasticità. Esse ad esempio formano la struttura del naso e delle orecchie e rivestono le estremità delle ossa nelle articolazioni; in questo caso le cartilagini consentono alle ossa stesse di muoversi le une rispetto alle altre e fanno da cuscinetto, ammortizzando i contraccolpi.

Nel tessuto osseo, che forma le ossa di tutti i vertebrati, la matrice è formata da fibre proteiche di collagene e da depositi inorganici, soprattutto fosfato e carbonato di calcio. Le ossa formano il sistema scheletrico, che da forma e sostegno al corpo ed insieme ai muscoli ne consente il movimento; le ossa sono inoltre fondamentali riserve di minerali ed ospitano il midollo osseo, una sostanza molle che produce alcune delle cellule del sangue.

Il sangue è un tessuto circolante, le cui cellule sono sparse in un'abbondante matrice liquida. Esso rifornisce tutte le cellule del corpo di ossigeno e nutrimento e provvede ad allontanare l’anidride carbonica e gli altri prodotti di rifiuto. Alcune cellule del sangue intervengono nella coagulazione, che impedisce la fuoriuscita del sangue stesso dalle ferite, mentre altre difendono l’organismo dall’aggressione di agenti esterni (come virus e batteri) e di sostanze tossiche.

TESSUTI EPITELIALI (o epiteli): gli epiteli svolgono nell’organismo un ruolo simile a quello svolto dalla membrana nella cellula; essi infatti proteggono le zone sottostanti, lasciando passare, in un senso o nell’altro, solo determinate sostanze, mentre per altre rappresentano una barriera impermeabile. Questi tessuti si dividono in epiteli di rivestimento ed epiteli ghiandolari. Gli epiteli di rivestimento sono privi di sostanza intercellulare ed hanno le cellule a stretto contatto tra di loro, in modo tale che nessuna molecola possa passare liberamente tra una cellula e l’altra. Essi rivestono sia tutta la superficie esterna del corpo (strato più esterno della pelle), che le cavità degli organi interni (strato più esterno delle mucose), svolgendo un ruolo di barriera selettivamente permeabile. Gli epiteli ghiandolari sono invece i costituenti fondamentali delle ghiandole, gruppi di cellule che producono sostanze di vario tipo. Le ghiandole esocrine riversano i loro prodotti o all'esterno del corpo (ad esempio quelle sudorifere), oppure nelle cavità interne ma che comunicano con l'esterno (come ad esempio il fegato ed il pancreas che riversano i loro prodotti nel tubo digerente). Le ghiandole endocrine, che formano il sistema endocrino, riversano invece i loro prodotti, chiamati ormoni, direttamente nel sangue. Gli ormoni sono sostanze definite messaggeri chimici, perché esercitano su organi o tessuti specifici un'azione di stimolo o di inibizione, contribuendo così, insieme al sistema nervoso, a coordinare le attività delle varie parti del corpo.

TESSUTO NERVOSO: è formato principalmente da cellule dette neuroni, cui si associano altre cellule meno importanti. I neuroni sono capaci di trasmettere a distanza stimoli di natura elettrica; essi hanno raggiunto un tale grado di specializzazione da aver completamente perduto la capacità di riprodursi. La descrizione completa di questo tessuto sarà fatta nel momento in cui parleremo del sistema nervoso, che è interamente formato da tessuto nervoso.

TESSUTI MUSCOLARI: hanno il compito di mettere in movimento i vari organi e le varie parti del corpo; al loro interno è possibile effettuare le seguenti distinzioni. Tessuto muscolare striato: forma i muscoli volontari, che muovono lo scheletro; si dice striato perché le sue fibre presentano un'alternanza di bande chiare e scure. Di esso parleremo estesamente quando affronteremo il sistema muscolare. Tessuto muscolare liscio: forma i muscoli involontari, che muovono gli organi interni; si dice liscio perché non presenta le striature prima citate. Tessuto muscolare cardiaco: è il tessuto che forma il cuore e che, pur essendo striato, non viene controllato dalla volontà.

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