FISIOLOGIA - CFU 6: 48 lezioni frontali.

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1 FISIOLOGIA - CFU 6: 48 lezioni frontali. Obiettivo del corso è fornire adeguate informazioni sui principali meccanismi che consentono all'organismo di integrare le risposte di tessuti, organi ed apparati e di far fronte alle variazioni dell ambiente interno ed esterno. Dove possibile verranno fatti adeguati riferimenti alle situazioni patologiche cui il farmaco può porre rimedio con particolare riguardo agli aspetti molecolari. Dato il tempo a disposizione solo alcuni argomenti verranno approfonditi in dettaglio allo scopo di fornire allo studente una modalità di approccio alla materia più che una trattazione esaustiva. Per la comprensione del corso si considerano propedeutiche nozioni di anatomia, biologia cellulare e biochimica con particolare riferimento alla struttura e composizione delle membrane biologiche, ai meccanismi di trasportoattraverso le membrane e alle principali modalità di trasduzione dei segnali. Parte introduttiva: Composizione dell ambiente intra- ed extra-cellulare. Liquidi organici e loro ripartizioni. Osmosi e tonicità. Modalità di trasporto dell acqua. Il modello del gradiente stazionario. Basi biofisiche dell eccitabilità cellulare. Potenziale di equilibrio ed equazione di Nernst. Potenziale di membrana e canali ionici. Genesi e trasmissione dei segnali elettrici. Potenziali graduati e di azione. La neurotrasmissione: sinapsi elettriche e chimiche. Integrazione sinaptica. Sistema nervoso centrale L encefalo e le aree corticali. Organizzazione della corteccia cerebrale. Liquido cerebro-spinale e barriera emato-ecefalica. Corteccia motoria e somato-sensitiva. Vie efferenti ed afferenti. Mappe somatotopiche. Il sistema limbico, il talamo e i gangli della base. Neurotrasmettitori e neuro modulatori. Recettori ionotropici e metabotropici, esempi. Basi della memoria. NMR e PET. Conversione dell'informazione nei recettori sensoriali. Esempi di recezione degli stimoli: olfatto e gusto. La percezione e il controllo del dolore. Il sistema motore viscerale Sistema simpatico e parasimpatico. Il sistema endocrino - Ruolo dell ipotalamo e dell ipofisi. Funzioni di tiroide, paratiroidi, surrene. Il muscolo scheletrico - Anatomia funzionale del muscolo scheletrico. Potenziale di membrana e potenziale d'azione del muscolo scheletrico. Accoppiamento eccitazione-contrazione. Contrazione isotonica e contrazione isometrica. Scossa semplice e tetano muscolare. Innervazione del muscolo scheletrico: l'unità motrice. Fusi neuromuscolari e organi tendinei del Golgi. Movimento riflesso: l'arco riflesso. Proprietà generali dei riflessi ed esempi.

2 Il muscolo liscio - Struttura della cellula muscolare liscia. Muscolo liscio unitario e multi-unitario. Accoppiamento eccitazione-contrazione. Controllo umorale e nervoso del muscolo liscio. La minzione. Il muscolo cardiaco - La pompa cardiaca. Il miocardio di lavoro e il miocardio di conduzione. Potenziale di membrana e potenziale d'azione nelle cellule miocardiche. Accoppiamento eccitazione-contrazione. Automatismo cardiaco. Controllo nervoso ed umorale del muscolo cardiaco. Funzione meccanica del cuore: ciclo cardiaco. Gittata cardiaca e sua regolazione. Elettrocardiogramma. Sistema cardio-vascolare - Vasi e caratteristiche del circolo sistemico e polmonare. Il circolo venoso. Vasomotilità: controllo nervoso, ormonale e locale. Microcircolazione e fisiologia dei capillari. Meccanismi riflessi che controllano la pressione arteriosa. Regolazione renale della pressione arteriosa. Caratteristiche dei liquidi circolanti. Sangue e linfa. Aggregazione piastrinica ed emostasi. Sistema urinario - Anatomia funzionale del rene. Ultrafiltrazione glomerulare. Clearance renale. Riassorbimento e secrezione tubulare. Modalità di trasporto dell acqua. Secrezione ed assorbimento dell acqua attraverso gli epiteli. Il trasporto attraverso i capillari. Meccanismo di concentrazione dell urina. Regolazione dell osmolarità e del volume extracellulare. Ruolo delle acquaporine. L'omeostasi ionica. Omeostasi del sodio, del potassio, del calcio, dei protoni. Sistema respiratorio - Meccanica respiratoria, ventilazione polmonare. Scambio dei gas a livello della barriera alveolo-capillare. Trasporto dei gas nel sangue. Regolazione respiratoria e renale della concentrazione idrogenionica. Controllo nervoso del respiro. Sistema digerente - Processi meccanici e chimici della digestione. Processi di assorbimento. Regolazione della motilità e della secrezione gastrointestinale e pancreatica. Pancreas endocrino. La regolazione della fame. Testi consigliati SILVERTHORN Fisiologia umana un approccio integrato - CEA 2007 SHERWOOD - Fisiologia umana dalle cellule ai sistemi Zanichelli 2008 CARBONE-CICIRATA-AICARDI Fisiologia dalle molecole ai sistemi integrati EdiSES 2009 Testi di consultazione GANONG Fisiologia Medica Piccin 2001 KANDEL, SCHWARTZ and JESSELL - Principi di Neuroscienze - Casa Editrice Ambrosiana (2003). SILBERNAGL & DESPOPOULOS Fisiologia CEA tascabile BERNE & LEVY Fisiologia - CEA Verifica: Mediante compito scritto a risposta multipla ed eventuale integrazione orale

3 Argomenti per gruppo di lezioni - Premesse Sono considerate già acquisite conoscenze di chimica organica, biochimica, anatomia, biologia cellulare, trasportatori e pompe, meccanismi classici di trasduzione del segnale via camp, cgmp, IP3, Ca2+, chinasi e fosfatasi). Tali conoscenze durante il corso verranno riprese solo come ripasso. 01 Concetto di omeostasi, ambiente interno ed esterno Caratteristiche delle membrane biologiche: composizione, asimmetria, modello dei rafts ancora GPI. 02 Contenuto acqua; Composizione ionica dei liquidi intra ed extrac. Diffusione semplice (legge di Stoke-Einstein), Legge di Fick. Osmosi e tonicità. Esempi di Trasporti (SGLT, GLUT), Esempi di Pompe. Trasporto dell acqua attraverso gli epiteli. Secrezione ed assorbimento di acqua. Trasporto dell acqua attraverso le cellule (acquaporine). 03 Potenziale di equilibrio o di Nernst. Potenziale di membrana come potenziale di diffusione, movimento degli ioni. Ruolo della pompa Na/K nel potenziale. Canali ionici: classificazione. Velocità e selettività. Filtro di selettività. Metodi di misura: membrane lipidiche e patch clamp. Risoluzione di correnti di singolo canale. Struttura e modulazione. Modelli di canali per tipologie di famiglie. Canalopatie. 04 Struttura dei neuroni, tipi funzionali, sinapsi, segnali via potenziali graduati e PdA, EPSP-IPSP. PdA: genesi; fasi; propagazione, refrattarietà, conduzione semplice e saltatoria, PdA basati su Ca2+., demielinizzazione e velocità di conduzione. Condizioni per l eccitabilità, effetti del K+ extrac. Sinapsi elettrica e chimica.fusione vescicole, v- e t-snares. Azione delle neurotossine, neurotrasmettitori. Tipi di sinapsi. Confronto sinapsi neuromuscolare e centrale.

4 05 Funzioni SNC, encefalo e midollo spinale; tronco encefalico, cervelletto, diencefalo, telencefalo. Lobi corteccia cerebrale, aree funzionali, sistema limbico. Organizzazione corteccia. Risposta motoria ed aree cerebrali. Via discendenti e ascendenti. Gangli della base. LCS: composizione e funzioni. Barriera emato-encefalica. Neurotrasmettitori ad azione rapida e lenta. Glutammato, acetilcolina, GABA, glicina, serotonina, adrenalina, dopamina. Recettori ionotropici e metabotropici. Rec ionotropici del glutammato e modificazioni sinaptiche (LTP, STP) e del GABA/glicina. Neuroimaging : risonanza magnetica funzionale (fmrs), PET. 06 Funzioni sistema nervoso periferico e autonomo. Confronto neurotrasmettitori centrali, periferico, autonomo. Riflesso ortostatico. 07 Sistemi sensoriali. Vie ascendenti:fibre di primo, secondo, terzo ordine. Recettori sensoriali elenco. Morfologia recettori e relazione con le cellule gangliari. Campi recettivi e mappe somatotopiche. Localizzazione del segnale, correnti e potenziali del recettore. Canali ionici e cdr. Codificazione del segnale. Relazione logaritmica, soglia, discriminazione ed adattamento. Inibizione laterale. Recettori fasici, tonici e misti. Esempio di recettore: Olfattivi e gustativi. Canali CNG. Dolore nocicettivo, infiammatorio, neuropatico. Canali ionici (TRP,TREK, DRASIC) e neurotrasmettitori del dolore. Dolore e analgesia. Teoria del cancello e controllo del dolore. Dolore riferito 08 Sistema neuroendocrino. Asse ipotalamo-ipofisi. Circolo portale ipofisario e fattori di rilascio e di inibizione. Ipofisi posteriore: ADH e ossitocina. Ipofisi anteriore: ACTH, GH, FSH, LH, TSH, PRL. Azioni specifiche sui tessuti bersaglio. Ruolo del CRH nella risposta allo stress. Ghiandole endocrine: Midollare e corticale del surrene. Recettori degli ormoni steroidei. Tiroide e ormoni tiroidei. Paratiroidi: omeostasi del calcio extracellulare (PTH, calcitriolo e calcitonina: azioni specifiche). Omeostasi del calcio intracellulare. Segnale Ca2+, PKC e CaMChinasi.

5 09 Muscolo scheletrico, Via Motoria Corticolo-spinale: neurone premotore e motoneurone alfa. Muscoli a confronto. Anatomia e Struttura della fibra muscolare scheletrica. Meccanismo dello scorrimento. Ruolo del Ca2+ nella contrazione. Meccanismo di accoppiamento eccitazionecontrazione nel m. scheletrico. Relazione tensione-lunghezza nel sarcomero. Rilassamento. Confronto tra PdA nel nervo e nel muscolo e scossa muscolare. Sommazione delle scosse e tetano. Contrazione isometrica e isotonica. Ruolo della componente elastica. Tipi di fibre muscolari. Metabolismo della contrazione (cenni). Unità motrici grandi e piccole. Riflessi muscolari. Riflesso di stiramento, di retrazione e di estensione crociato. Fusi neuromuscolari e organi tendinei del Golgi. Struttura e funzione. Controllo integrato del movimento. Vie piramidali ed extrapiramidali. Ruolo dei gangli della base. Corea di Huntington e morbo di Parkinson Muscolo cardiaco. Anatomia e Struttura della fibra muscolare cardiaca. Meccanismo di accoppiamento eccitazione-contrazione nel m. cardiaco. Meccanismo di accoppiamento eccitazione-contrazione nel m. cardiaco. PdA nel miocardio di lavoro. Confronto tra PdA e contrazione. Refrattarietà e contrazione nel m. cardiaco. Muscolo liscio. Anatomia e Struttura della fibra muscolare cardiaca. M- Liscio unitario e multiunitario. Potenziale di membrana del m. liscio e modalità di eccitazione e rilassamento del m. liscio. Meccanismo di accoppiamento eccitazione-contrazione nel m. liscio. Contrazione Ca2+ dipendente e Ca2+ indipendente. Sviluppo di tensione nel m. Scheletrico, cardiaco e liscio a confronto. Riflessi nel m. liscio e striato. La minzione.

6 10 Il cuore come pompa. Miocardio di lavoro e segna-passi. Il PdA nelle fibre contrattili e nel nodo seno-atriale a confronto. Correnti ioniche implicate. Effetti del SNA simpatico e parasimpatico sul cuore (frequenza, conduzione e contrattilità), azione a livello molecolare. La conduzione dell impulso elettrico ed ECG. Effetti del K+ e del Ca2+ extracellulari sull eccitabilità del cuore e sul muscolo cardiaco. Ciclo cardiaco. Gittata cardiaca. Fattori intrinseci (legge di Frank-Starling) ed estrinseci (fattori nervosi ed umorali) che regolano la GC. 11 L apparato cardio-vascolare. Il circolo sistemico e polmonare. Caratteristiche dei vasi arteriosi e venosi e distribuzione del flusso. Dipendenza del flusso da gradiente pressorio e resistenza. Legge di Poiselle. Pressione arteriosa media (PAM). Ruolo di GC, resistenze periferiche, volume ematico e distribuzione artero-venosa. Controllo del diametro dei vasi. Controllo rapido e lento della PAM. Ipertensione (cenni). Distribuzione del sangue ai tessuti. Velocità di flusso. Microcircolazione. Regolazione locale, umorale sistemica e paracrina. Voasocostrittori e vasodilatatori. Ruolo di NO, CO e EDHF. Controllo nervoso centrale. Barocettori e chemiocettori. Relazione flusso-pressione. Scambi attraverso i capillari. Filtrazione e riassorbimento. Circolazione linfatica. Edema (cenni). 12 Il sangue. Composizione e funzioni. Le proteine plasmatiche, tipologie e funzioni. I globuli bianchi e le piastrine. L emopoiesi (cenni). I globuli rossi. Caratteristiche dell emoglobina. Anemia. Emocateresi, ruolo della milza, destino delle eme e del ferro. Metabolismo del ferro. Tamponi acido-base del sangue. Emostasi. Formazione del coaugulo e fibrinolisi. Anticoagulanti

7 13 Apparato respiratorio. Rapporti struttura funzione. Caratteristiche dei bronchi e degli alveoli. Relazione tra sacco pleurico e polmone, funzioni del liquido pleurico. Controllo del SNA. Struttura della barriera aria-sangue. Caratteristiche della circolazione polmonare. Movimento dei gas e legge di Boyle. Ventilazione: inspirazione ed espirazione a riposo e sotto sforzo. Pressione intrapleurica e pneumotorace. Dispendio energetico. Compliance ed elasticità polmonare. Alterazioni degli scambi gassosi da enfisema, fibrosi, edema polmonare, asma. Legge di Laplace ed espansione alveolare. Surfactante. Lavoro muscolare e Legge di Poiseuille. Volumi polmonari. Ventilazione polmonare ed alveolare. Trasporto dell ossigeno e dell anidride carbonica. Distribuzione dei gas nell aria esterna, nell alveolo e nel sangue. Scambi gassosi nell alveolo. Trasporto nel sangue. Accoppiamento ventilazione e perfusione. Controllo locale di arteriole e bronchi. Volemia e scompenso cardiaco. Embolia polmonare. Controllo nervoso del respiro. Chemocettori centrali e periferici 14 Apparato urinario. Le funzioni renali. Cenni di anatomia. Rapporti struttura-funzione, rene e vascolarizzazione. Anatomia microscopica del rene. Il nefrone. Il filtro glomerulare. Filtrazione, riassorbimento e secrezione. Clearance, flusso plasmatico renale e velocità di filtrazione glomerulare. Il controllo del volume e dell osmolarità. Filtrazione nella capsula di Bowmann. Pressione arteriosa e autoregolazione renale. Risposta miogena, feedback-tubulo-glomerulare. Sistema RAAS. Riassorbimento e secrezione: trasporto massimo, soglia renale, carico filtrato, esempi: glucosio, amminoacidi, peptidi, proteine, urati. Riassorbimento ed eliminazione del sodio e dell acqua nei vari tratti del nefrone. Meccanismo di azione di aldosterone, ADH e ANP. Meccanismo di concentrazione dell urina e ricircolazione dell urea. Risposta integrata nella regolazione della pressione arteriosa e del volume extracellulare. Diuresi pressoria, idrica e osmotica. Ruolo del rene nell edema. Azione dei diuretici (cenni). Regolazione del potassio. Iper- e ipokaliemia. Interazione mineracorticoidi e glucocorticoidi. Regolazione acido-base, escrezione di ammonio e fosfati. Ruolo del rene e dei polmoni nell acidosi/alcolisi respiratoria e metabolica.

8 15 Apparato digerente. Funzioni: motilità, secrezione, digestione e assorbimento. Tipi di muscolo e modalità di contrazione. Deglutizione (fase orale, faringea ed esofagea). Enzimi digestivi: ghiandole salivari, stomaco, tenue e pancreas esocrino.composizione e funzioni del muco. Aspetti molecolari Della secrezione di acido cloridrico (c. parietali) e di sodio bicarbonato (dotti pancreatici). Funzioni dello stomaco e nel tenue. Digestione ed assorbimento di carboidrati, proteine e lipidi. Intolleranza al lattosio e al glutine. Composizione e ruolo della bile. Ricircolo dei Sali-biliari. Struttura e funzione dei chilomicroni e delle lipoproteine. Fasi della digestione. Controllo della digestione nello stomaco e nel tenue. Gastrina, Secretina e Colecistochinina. Sistema portale e funzioni del fegato (cenni ittero). Controllo nervoso della digestione: snc, sna e s. nervoso enterico. Fase cefalica, gastrica e intestinale. Pancreas endocrino: insulina e glucagone. Bilancio energetixo ed equilibrio fame-sazietà. Programma completato

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