Coordinatore: Prof. G. Miserocchi Crediti Formativi (CFU) totali 20 Biofisica (3 CFU), Fisiologia Umana 1 (9 CFU), Fisiologia Umana 2 (8 CFU)

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1 FISIOLOGIA UMANA Coordinatore: Prof. G. Miserocchi Crediti Formativi (CFU) totali 20 Biofisica (3 CFU), Fisiologia Umana 1 (9 CFU), Fisiologia Umana 2 (8 CFU) Settore scientifico-disciplinare: FIS/07 Fisica Applicata, BIO/09 Fisiologia Docenti di Riferimento: Prof. Giuseppe Miserocchi (Fisiologia Umana 1 e 2), Prof. Francesco Mantegazza (Biofisica), Dr. Giulio Sancini (Fisiologia Umana 1 e 2), Dr.ssa Ilaria Rivolta (Fisiologia Umana 1 e 2), Dr. Domenico Salerno (Biofisica) FINALITA GENERALI La Fisiologia Umana indaga i meccanismi alla base delle funzioni vitali ed inoltre interpreta le perturbazioni indotte su detti meccanismi nella transizione dalla condizione fisiologica a quella patologica. Il corso si prefigge di fornire un bagaglio di nozioni consolidate indispensabili per la comprensione e la trattazione quantitativa dei problemi medici. Il corso si propone anche di sviluppare negli studenti l interesse per l approccio sperimentale; infatti, la fisiologia conserva il carattere di scienza dinamica in grande evoluzione e rappresenta, nella moderna ricerca biologica, una disciplina di integrazione e di raccordo tra le altre scienze di base. La attuale ricerca fisiologica si sviluppa in stretta collaborazione con la biochimica e la biologia molecolare. Il corso prevede un corposo programma di esercitazioni pratiche destinato all acquisizione di conoscenze specifiche nell ambito della valutazione funzionale del sistema trasporto-utilizzo dell ossigeno che fornisce le nozioni indispensabili per comprendere la fisiopatologia di molte patologie. Viene offerta agli studenti l opzione per una residenzialità per un totale di 220 ore annue per studente. Finalità dell iniziativa è fornire agli interessati la possibilità di approfondimento e avvicinamento all ambiente della ricerca, favorendo quindi lo sviluppo di una mentalità scientifica. Gli studenti potranno familiarizzare con le seguenti tematiche fisiologiche: valutazioni ergometriche, valutazioni di funzionalità cardio-polmonare in soggetti sani e patologici, fisiologia dell ambiente interstiziale e del microcircolo (fisiopatologia dell edema e dell organo trapiantato), esposizione all alta quota, esposizione alla microgravità, elettrofisiologia cellulare. Un nuovo settore di ricerca è rappresentato dalla nanomedicina. Ci occupiamo in particolare del movimento delle nanoparticelle nei compartimenti fluidi dell organismo e dell interazione nanoparticelle-cellule e dell uptake cellulare. OBIETTIVI DIDATTICI BIOFISICA BIOFISICA DI BASE Interazione tra cariche elettriche: concetto di campo elettrico e potenziale elettrostatico Distribuzione di cariche elettriche: dipolo elettrico e strato dipolare Significato della costante dielettrica La capacita di un condensatore Concetto di corrente stazionaria e di corrente transitoria Carica e scarica di un condensatore Onde elettromagnetiche: generazione e propagazione Distribuzione di pressione nei liquidi in quiete e in moto Legge di Stevino Principio di Archimede Teorema di Bernoulli Proprieta dei liquidi reali e concetto di viscosita La distribuzione di velocita e le leggi del trasporto dei liquidi in moto stazionario: concetto di resistenza idraulica di un condotto Superfici, interfacce, membrane: fenomeni alla superficie di separazione tra mezzi diversi Il concetto di tensione superficiale nei liquidi; i tensioattivi; fenomeni di adesione e capillarita Tensione elastica di membrana e legge di Laplace Spiegare il concetto di carica elettrica, di forze elettrostatiche e di campo elettrico Fornire la definizione di potenziale elettrico e di dipolo elettrico Definire le caratteristiche delle correnti elettriche, la potenza e la differenza di potenziale (volt, watt e ampere). Illustrare la legge di Ohm. Descrivere l'effetto Joule Spiegare il significato di isolante, di conduttore, di conduzione elettrica e di potenza dissipata Definire il condensatore e la capacità di un conduttore isolato Indicare le differenze tra corrente continua e corrente alternata e descriverne gli effetti sulle strutture biologiche e in particolare sul corpo umano Descrivere il fenomeno della capillarità Spiegare le leggi di Pascal e di Archimede (fornendo esempi alle applicazioni in medicina) Spiegare le differenze di comportamento dei liquidi ideali e di quelli reali; illustrare il teorema di Bernoulli e la legge di Poiseuille (con esempi applicativi) Definire la resistenza idrostatica e in condotti in serie e condotti in parallelo con applicazione di tale leggi alla circolazione sanguigna Spiegare la distinzione tra moto laminare e moto turbolento e dare la definizione di numero di Reynolds Fornire la definizione di viscosità e coefficiente di viscosità di un liquido reale; descrivere sinteticamente il trasporto in regime viscoso, i processi di sedimentazione, elettroforesi, centrifugazione con esempi di applicazioni in campo medicolaboratoristico

2 FISIOLOGIA UMANA 1 ELETTROFISIOLOGIA DI BASE Potenziale di membrana Caratteristiche elettriche della membrana cellulare Canali di membrana Scambi ionici, modello elettrico della membrana cellulare Potenziale di equilibrio di uno ione (legge di Nerst) Pompa sodio-potassio Potenziale di azione Propagazione dell impulso nervoso Esercitazione pratica: misura della velocità di conduzione sensitiva e motoria. Spiegare i principi generali di elettrofisiologia: le basi ioniche dei potenziali di membrana, i potenziali a riposo e i potenziali d'azione Definire il fenomeno della fluorescenza ed indicare le principali utilizzazioni delle caratteristiche della fluorescenza in ambito biomedico Indicare le funzioni della glia SINAPSI Neurocitologia delle sinapsi Sinapsi elettriche Sinapsi chimiche Neurotrasmettitori Potenziali postsinaptici; inibizione presinaptica Definire il concetto di plasticità sinaptica, indicare i fattori neurotrofici e sintetizzare i processi neuro-fisiologici di invecchiamento e morte cellulare Illustrare le modalità d interazione fra le cellule eccitabili Illustrare l organizzazione anatomo-funzionale della corteccia cerebrale Correlare i principi elettrofisiologici con i più comuni risultati fisiologici e patologici dell elettroencefalogramma IL SISTEMA SENSITIVO AFFERENTE La funzione recettoriale Elettrogenesi dei recettori Meccanismi di trasduzione, potenziale generatore Trasmissione delle informazioni dai recettori al sistema nervoso centrale Riflessi spinali, sommazione spaziale e temporale Fusi neuromuscolari Il riflesso da stiramento Sensibilità somatica Sensibilità tattile e propriocettiva Organi muscolo-tendinei di Golgi Vie centrali della sensibilità Capacità discriminativa Vie dolorifiche Indicare nelle linee generali l organizzazione morfo-funzionale del sistema nervoso centrale e periferico Illustrare i meccanismi fisiologici della sensibilità somatica e viscerale: tattile, termica, propiocettiva e dolorifica, correlandoli con le strutture anatomiche che ne acquisiscono e conducono la percezione IL CONTROLLO MOTORIO Tipologia del movimento Organizzazione gerarchica del controllo motorio Controllo motorio volontario Ruolo dei gangli della base Ruolo del cervelletto Il tono posturale Tono gamma Indicare nelle sue componenti maggiori l organizzazione del sistema motorio Illustrare i meccanismi spinali di coordinazione motoria: azione riflessa, ruolo degli interneuroni Illustrare dal punto di vista morfo-funzionale l organizzazione del movimento volontario: rapporti tra strutture anatomiche (aree corticali, via cortico-spinale) e funzioni motorie Descrivere le caratteristiche funzionali dei sistemi di controllo motorio: cervelletto, gangli della base ORGANI DI SENSO La luce e la formazione delle immagini Lenti e ottica geometrica Difetti ottici dell occhio Percezione dei colori Meccanismo della visione La sensibilità acustica L apparato vestibolare La funzione visiva: l occhio come sistema ottico, i recettori retinici, le vie ottiche

3 Gusto Olfatto Spiegare l organizzazione anatomo-funzionale dei sistemi sensitivi Descrivere i meccanismi fisiologici della visione, dell'udito e della fonazione, correlandoli alla struttura dei corrispondenti organi nella componente neurologica Illustrare il meccanismo di accomodamento dell'occhio Spiegare le modalità di formazione dell'immagine per lenti sottili; definire le principali aberrazioni delle lenti e le rispettive correzioni Definire i principali difetti dell'occhio come sistema ottico e indicare le loro correzioni Descrivere gli aspetti salienti della fisiologia del gusto ed olfatto FISIOLOGIA DEL SONNO Il sonno normale e le sue fasi Spiegare le basi anatomo-funzionali delle funzioni nervose superiori: sonno, linguaggio, memoria L IPOTALAMO Controllo della fame e dell ingestione del cibo La termoregolazione Controllo sull ipofisi anteriore e posteriore Descrivere le funzioni degli ormoni ipotalamici e gli ormoni adeno-ipofisari, nonché i meccanismi di feedback delle le ghiandole controllate dall'asse ipotalamo-ipofisario Descrivere gli aspetti anatomo-funzionali del sistema limbico e le funzioni omeostatiche dell'ipotalamo Illustrare i meccanismi generali e specifici di feedback nella regolazione delle increzioni ormonali SISTEMA NERVOSO VEGETATIVO Organizzazione funzionale del sistema ortosimpatico e parasimpatico Midollare del surrene Tratteggiare i meccanismi generali comuni d azione degli ormoni, nella trasmissione di messaggi funzionali specifici FISIOLOGIA DEL MUSCOLO Struttura del tessuto muscolare striato La contrazione muscolare Accoppiamento elettromeccanico Relazioni forza-lunghezza, forza-velocità, potenza-velocità L unità motoria Modulazione della forza muscolare La contrazione del muscolo liscio Esercitazioni pratiche: riflesso H e M, capacità di estrazione muscolare dell ossigeno (NIRS) Illustrare i meccanismi fisiologici di regolazione di postura e locomozione, mediati dal sistema posturale mediale e dai riflessi vestibolari Fornire il razionale dell elettromiografia FISIOLOGIA UMANA 2 FISIOLOGIA DEL SISTEMA DIGERENTE Attività di secrezione Funzione di digestione ed assorbimento La motilità intestinale Illustrare le funzioni del canale alimentare: motilità, secrezione, digestione, assorbimento e spiegare i meccanismi fisiologici del loro espletamento Indicare i meccanismi di regolazione delle funzioni intestinali, che integrano il SNC, il cervello enterico e gli ormoni gastrointestinali Illustrare i meccanismi del controllo neuro-ormonale sull'assunzione di liquidi ed alimenti Descrivere nelle funzioni biochimiche tipiche il ruolo esercitato dal fegato nella nutrizione e nel metabolismo intermedio Illustrare il controllo ormonale della glicemia APPARATO CIRCOLATORIO E SANGUE Il sangue; composizione, reologia Biofisica della circolazione: principio di Bernouilli, legge di Poiseuille, Proprietà meccaniche dei vasi: arterie, arteriole, capillari, vene Legge di Laplace Velocità del sangue La pressione arteriosa e il suo controllo Circolo sistemico e polmonare Il sistema venoso Il cuore come pompa: meccanica cardiaca, lavoro e rendimento del cuore La gettata cardiaca Autoregolazione della gettata cardiaca (legge di Starling)

4 Misura della gettata cardiaca La relazione tra consumo di ossigeno e gettata cardiaca (principio di Fick) Regolazione della frequenza cardiaca Circolazione coronarica Circolazione muscolare Circolazione cerebrale Circolazione splancnica Circolazione polmonare Circolazione renale Esercitazione pratica: misura della pressione arteriosa, elettrocardiogramma. Descrivere le caratteristiche morfo-funzionali dei componenti sangue: eritrociti, leucociti, piastrine, fattori della coagulazione e dell emostasi, proteine Descrivere sommariamente gli aspetti morfo-funzionali della microcircolazione e dell emoreologia, spiegandone il significato Illustrare le funzioni (in relazione alla struttura) delle diverse sezioni dell'albero vasale: sistema arterioso, capillari, sistema venoso, i circoli capillari e le loro peculiarità d'organo Illustrare le fasi del ciclo cardiaco correlandole con le meccanica cardiaca e definirne in risultato: la gettata cardiaca come effetto di pompa Dare la definizione di pressione e indicare le modalità per la sua misurazione Spiegare i meccanismi di regolazione della attività cardiaca e della pressione arteriosa Misurare la pressione arteriosa omerale mediante sfigmomanometro a mercurio (Riva Rocci) Spiegare i fenomeni dell eccitabilità e dell automatismo cardiaco Illustrare le modalità d interazione fra le cellule eccitabili Spiegare in termini elettrofisiologici modalità di produzione e significato delle onde normali nell'ecg FISIOLOGIA DEL TESSUTO INTERSTIZIALE Struttura della matrice extracellulare Scambi di liquido tra capillari e interstizio La funzione dei linfatici: il controllo del volume del liquido interstiziale Fluidodinamica delle cavità sierose (cavità pleurica, peritoneale, sinoviale) La circolazione dei liquidi nell occhio Fluidodinamica del liquido cefalorachidiano Fisiopatologia dell edema: il danno tessutale e la riparazione del danno Fornire le indicazioni basilari sui rapporti tra struttura e funzione del circolo linfatico Descrivere i meccanismi di trasporto dell acqua e dei soluti attraverso le membrane biologiche Correlare le cause e i meccanismi di formazione dell'edema e dell'ascite Illustrare cause, meccanismi e conseguenze fisiopatologiche delle alterazioni dell'osmolarità plasmatica I RENI Organizzazione anatomo-funzionale dei reni Il meccanismo della filtrazione glomerulare La clearance renale: funzione di filtrazione, riassorbimento e secrezione Funzioni del tubulo prossimale Funzioni dell ansa di Henle: il controllo del volume di acqua corporea, il meccanismo della sete e l azione dell ADH Funzione del tubulo distale Controllo renale del ph Controllo della pressione arteriosa Controllo dell emopoiesi Descrivere e spiegare in termini anatomo-funzionali (correlando le funzioni con le strutture anatomiche responsabili), i meccanismi di formazione dell'urina: filtrazione glomerulare, assorbimento, secrezione tubulare ed escrezione Indicare il destino dei più importanti componenti del plasma nel passaggio attraverso il rene Illustrare il contributo del rene all'equilibrio idrico-salino, del ph ematico, della volemia e della pressione arteriosa Descrivere i meccanismi fisiologici della minzione SISTEMA RESPIRATORIO Organizzazione anatomo-funzionale del sistema respiratorio La diffusione dei gas: l unità alveolo-capillare e l unità placentare La ventilazione polmonare Il rapporto ventilazione perfusione Proprietà meccaniche di polmone e parete toracica Il tensioattivo polmonare Il polmone fetale e la transizione verso il polmone dell adulto Controllo della ventilazione Le vie aeree superiori (funzioni di depurazione e condizionamento dell aria) Esercitazioni pratiche: spirometria, misura del consumo di ossigeno, misura della diffusione polmonare, prova ergometrica da sforzo Definire il concetto di tensione superficiale e di liquido tensioattivo e descrivere la legge di Laplace Spiegare su basi fisiche il meccanismo di espansione dell'alveolo polmonare. Descrivere le nozioni essenziali della fisica dei gas utili alla comprensione della funzione respiratoria Correlare i concetti di meccanica respiratoria e lavoro respiratorio Descrivere l indagine spirometrica e correlarne i risultati con la funzionalità respiratoria

5 Illustrare i principi e i meccanismi fisiologici che regolano gli scambi gassosi alveolo-capillari e il trasporto dei gas respiratori nel sangue Spiegare i meccanismi chimici, neurologici e d'altra natura che regolano l attività respiratoria Spiegare le modalità di regolazione del ph plasmatico da parte della funzione respiratoria e riconoscere le variazioni del ph dovute a questa Spiegare i meccanismi fisiopatologici che provocano le alterazioni dell'equilibrio acido base di origine metabolica e respiratoria Correlare le fasi dell attività respiratoria con la morfologia e la funzionalità delle strutture che vi sovrintendono Indicare i meccanismi fisiopatologici dei difetti diffusivi polmonari Indicare i meccanismi fisiopatologici dei difetti nei meccanismi di trasporto-utilizzo dell'ossigeno IL LAVORO MUSCOLARE La risposta cardiaca sotto sforzo La risposta ventilatoria Il consumo energetico Valutazione funzionale del sistema trasporto-utilizzo dell ossigeno Meccanismi esoergonici: la via aerobica, la via anaerobica alattacida e lattacida Il combustibile di scelta nel lavoro muscolare La termoregolazione L esposizione all alta quota Lo sport subacqueo Biomeccanica di alcuni sport Spiegare gli aggiustamenti cardio-circolatori e respiratori durante la attività fisica Descrivere i metodi validati per quantificare l'attività fisica del paziente ed indurne un aumento razionale Delineare controindicazioni e rischi dell'esercizio fisico in funzione di condizioni parafisiologiche (età, gravidanza) e patologiche Definire il ruolo dell'attività fisica (lavorativa ed extralavorativa) e delle modificazioni dello stile di vita nella terapia e nella prevenzione delle principali malattie (UDE provvisoria; descrittori provvisori) Prescrivere o proscrivere e fornire consigli personalizzati relativi a specifiche attività o esercizi fisici in pazienti con specifiche patologie (cardiopolmonari, dell'apparato locomotore, del metabolismo, ecc.) e avviarli, quando opportuno, allo specialista (riabilitatore, fisiatra, medico dello sport, ecc) Prescrivere la giusta attività fisica, in relazione al sesso e all'età, a pazienti con obesità, obesità centrale, sindrome metabolica Fornire al paziente indicazioni generali sulle dosi/quantità di esercizio fisico, con riferimento all'età, al sesso e alla condizione fisiologica/parafisiologica Descrivere gli effetti collaterali delle principali sostanze dopanti TESTI CONSIGLIATI Fisiologia e Biofisica Medica, a cura di F. Baldissera, Poletto Editore, Fisiologia Medica, di Guyton e Hall, ed. EDISES Fisiologia e Fisiopatologia respiratoria, G Miserocchi, Ed CEA, Altri testi di riferimento: Fisica biomedica, D. Scannicchio, Edises, Milano Fisiologia applicata allo sport, W.D. Mc Ardle, F.I. Katch, V.L. Katch, ed. CEA Principi di Neuroscienze, di E.R. Kandell, J. H. Schwartz e T. M. Jessel, ed. CEA ORARI DI RICEVIMENTO Prof. Miserocchi, giovedì: giuseppe.miserocchi@unimib.it Prof. Mantegazza, su appuntamento francesco.mantegazza@unimib.it MODALITA dell ESAME 4 o 5 domande aperte con punteggio scalare in funzione della difficoltà della domanda (9, 8, 7, 6 punti).