Programma di fisiologia infermieristica

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1 Programma di fisiologia infermieristica Omeostasi:ambiente interno ed esterno- compartimenti liquidi-meccanismi omeostatici (feedback positivo e negativo) Biofisica della membrana: la membrana plasmatica,forze che guidano il trasporto attraverso la membrana (forza chimica, forza elettrica), potenziale di riposo di membrana, potenziale di equilibrio, trasporti di membrana passivi e attivi, osmosi, tonicità Sistema nervoso: organizzazione, cellule nervose, genesi dei segnali elettrici (potenziale di riposo, potenziale graduato, potenziale di azione), funzioni della mielina, sinapsi e trasmissione sinaptica, neurotrasmettitori, riflessi spinali, arco riflesso semplice) Muscolo scheletrico: struttura cellulare e molecolare, sarcomero, contrazione muscolare, accoppiamento eccitazione-contrazione Sistema cardiocircolatorio: Sangue: composizione, funzioni, gruppi sanguigni sistema ABO ed Rh Cuore: muscolo cardiaco, eccitazione del miocardio e conduzione dell impulso (cellule auto ritmiche- pacemaker, sistema di conduzione) ciclo cardiaco, gittata cardiaca, controllo nervoso della gittata cardiaca Sistema circolatorio: forze che regolano il flusso del sangue, funzioni del sistema arterioso e venoso, ritorno venoso, ritorno venoso, funzioni capillari (scambio capillare-filtrazione e assorbimento), pressione arteriosa (sistolica-diastolica), controllo nervoso della pressione arteriosa Sistema renale: principali funzioni renali, il nefrone, ultrafiltrazione glomerulare, riassorbimento e secrezioni tubulari, concentrazione dell urina (aldosterone e ormone antidiuretico) Sistema respiratorio: vie aeree superiori e inferiori, pressioni polmonari, legge di Boyle, inspirazione, espirazione, ventilazione polmonare, ventilazione alveolare, composizione dell area, membrana respiratoria, Legge di Dalton, scambi gassosi a livello alveolare, scambi gassosi a livello tissutale

2 Testi consigliati: Fisiologia per la pratica infermieristica, S. M. Hinchliff, S.E. Montague, R. Watson, CEA Fondamenti di anatomia e fisiologia. F.H.Martini, EdiSES

3 OMEOSTASI BIOFISICA DELLA MEMBRANA

4 Ambiente interno e ambiente esterno MEZZO INTERNO: fluido che circonda le cellule e scambia le varie sostanze con il sangue

5 COMPARTIMENTI LIQUIDI DELL ORGANISMO Membrane cellulari ed epiteli: barriere semipermeabili Liquido corporeo Volume (L) Acqua corporea totale TBW Liquido intracellulare ICF TBW 42 ICF 28 ECF 14 Plasma 3 ISF 11 Liquido extracellulare ECF Plasma Liquido interstiziale ISF

6 LIQUIDO EXTRACELLULARE Liquido interstiziale ISF Plasma

7 LIQUIDO INTRACELLULARE LIQUIDO INTERSTIZIALE Liquido intracellulare ICF PO 4 n- Liquido interstiziale ISF

8 LIQUIDO INTRACELLULARE LIQUIDO EXTRACELLULARE PO 4 n-

9 Differenze di composizione dei comp. liquidi sono necessarie per assicurare un corretto funzionamento delle cellule e sono possibili perché la permeabilità delle membrane cellulari nei confronti di alcuni soluti è bassa e le membrane permettono uno scambio selettivo solo di alcuni soluti LIQUIDO INTRACELLULARE Potassio: K + Magnesio: Mg + Fosfato: PO 4 - Proteine - LIQUIDO INTERSTIZIALE Sodio: Na + Cloro: Cl - Bicarbonato: HCO 3 - PLASMA Sodio: Na + Cloro: Cl - Bicarbonato: HCO 3 - Proteine -

10 OMEOSTASI Capacità di mantenere costante il mezzo/ambiente interno (composizione, volume, temperatura, ph) Incapacità di mantenere l omeostasi provoca la malattia MECCANISMI OMEOSTATICI Meccanismi fisiologici che operano per preservare le condizioni necessarie per la vita nel mezzo/ambiente interno Sensori Centro di controllo Effettori Feedback negativo Feedback positivo

11 CENTRO DI CONTROLLO Riceve segnali dai sensori, confronta il valore rilevato con il set point e organizza le risposte appropriate SENSORI Rilevano le variazioni di una variabile regolata EFFETTORI Ricevono segnali dal centro di controllo e mettono in atto la risposta finale

12 OMEOSTASI: Feedback negativo controllo della temperatura corporea La risposta del sistema va in direzione opposta al cambiamento della variabile che l ha prodotta

13 OMEOSTASI: Feedback positivo coagulazione ematica Un processo potenzialmente pericoloso o stressante deve essere portato a termine rapidamente La risposta del sistema va nella stessa direzione del cambiamento della variabile che l ha prodotta

14 la cellula...è l unità fondamentale della materia vivente

15 Le cellule sono le unità costitutive delle piante e degli animali sono prodotte dalla suddivisione di preesistenti cellule sono le più piccole unità che svolgono tutte le funzioni fisiologiche vitali mantengono la propria omeostasi La tendenza dei sistemi fisiologici a stabilizzare le condizioni interne

16 Le funzioni tessutali, di organo, di apparato e di organismo riflettono le azioni coordinate di molte cellule

17 Una cellula tipica tutte le cellule possiedono una membrana e un corredo di organelli sostanzialmente comune a tutti i tipi cellulari

18 La membrana plasmatica è una barriera selettiva Molecole nutritizie desiderabili Dogana Molecole nutritizie Componenti intracellulari Molecole indesiderabili, microorganismi ecc. Prodotti metabolici inutili Isolamento fisico Regolazione degli scambi con l ambiente Sensibilità Supporto strutturale

19 Funzioni della membrana plasmatica Ricevere informazione Capacità di movimento ed espansione Import-export di molecole

20 organizzazione del plasmalemma il doppio strato fosfolipidico è la struttura portante della membrana e costituisce un sigillo impermeabile per moltissime sostanze 5 nm

21 Permeabilità del doppio strato lipidico I gas diffondono rapidamente Col tempo, piccole molecole polari non cariche diffondono attraverso un bilayer lipidico Molecole solubili nei lipidi tendono a diffondere Grosse molecole polari non cariche, molecole polari cariche e ioni non permeano gas piccole molecole polari non cariche molecole lipofile grosse molecole polari cariche ioni ossigeno Anidride carbonica azoto glicerolo etanolo ormoni steroidei amino acidi glucosio bilayer lipidico

22 Le membrane biologiche sono composte di 1. Lipidi il doppio strato lipidico crea una barriera idrofobica Per la maggior parte fosfolipidi ma anche glicolipidi e colesterolo 2. Proteine conferiscono specificità alle funzioni svolte dalla membrana a. Proteine di membrana periferiche legate alla superficie della membrana b. Proteine di membrana integrali contengono domini idrofobici e idrofilici anfipatiche c. Glicoproteine (integrali) contengono molecole glucidiche recettori di superficie

23 Quali funzioni sono associate ai vari componenti? Lipidi: - Barriera idrofobica Proteine: - Trasporto Specifico - Riconoscimento e comunicazione - Conversione di energia

24 MEMBRANA PLASMATICA

25 Proteine di membrana Nelle cellule animali, il 50% della massa del membrana plasmatica sono proteine Le proteine di membrane hanno molte funzioni: Trasportatori Collegamento Recettori Enzimi SPAZIO EXTRACELLULARE CITOSOL Membrane differenti esprimono proteine differenti funzioni differenti

26 MEMBRANA PLASMATICA Funzioni principali: Permettere lo scambio di materiali tra la cellula e il liquido interstiziale Barriera che limita il passaggio di molecole tra il liquido intracellulare e il liquido extracellulare per mantenere le differenze di composizione tra i due compartimenti LIQUIDO INTRACELLULARE BARRIERA Sodio: Na + SELETTIVA Cloro: Cl - SEMIPERMEABILE Bicarbonato: Potassio: K + Magnesio: Mg + Fosfato: PO - 4 Proteine - LIQUIDO INTERSTIZIALE HCO 3 -

27 Il Potenziale di Membrana In tutte le cellule è possibile misurare una differenza di potenziale a cavallo della membrana plasmatica Questa differenza di potenziale è stabile nel tempo (tranne nelle cellule eccitabili), dura per tutta la vita cellulare ed è fondamentale per tutti i fenomeni cellulari. (lato int. negativo, lato est. positivo)

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30 La genesi di questa differenza di potenziale è legata all esistenza di un disequilibrio ionico tra ambiente intra ed extracellulare. Liquido intracellulare Liquido extracellulare Liquido intracellulare Liquido extracellulare

31 Potenziale di membrana e Segnali elettrici Il potenziale di membrana è determinato dalla separazione di cariche elettriche di segno opposto ai capi della membrana plasmatica ed è dovuto fondamentalmente a tre fattori: 1. Diversa distribuzione delle specie ioniche 2. Diversa permeabilità della membrana ai diversi ioni 3. La presenza sulla membrana di pompe elettrogeniche

32 Forze che guidano i TRASPORTI ATTRAVERSO LA MEMBRANA FORZE CHIMICHE Gradiente di concentrazione movimento secondo gradiente FORZE ELETTRICHE Liquido intracellulare Liquido extracellulare Liquido intracellulare Liquido extracellulare Direzione della forza elettrica: dipende dal segno del potenziale di membrana e dalla carica dello ione

33 MOVIMENTO DI IONI attraverso la membrana FORZA ELETTROCHIMICA = forza chimica + forza elettrica Potenziale di equilibrio= potenziale di membrana al quale le forze elettriche sono uguali e opposte alle forze chimiche E K = -94 mv E k = -94mV V m = -94mV

34 Cosa accade quando la membrana è permeabile solo ad uno ione? elettroneutralità nessuna differenza di potenziale elettroneutralità

35 Cosa accade quando la membrana è permeabile solo ad uno ione? un catione si muove dalla zona ad alta a quella a bassa concentrazione elettroneutralità nessuna differenza di potenziale elettroneutralità

36 Cosa accade quando la membrana è permeabile solo ad uno ione? Su entrambi i lati le cariche non sono più bilanciate - voltaggio + eccesso di carica - eccesso di carica +

37 Cosa accade quando la membrana è permeabile solo ad uno ione? l eccesso di cariche + tende a respingere i cationi da questo lato - voltaggio + eccesso di carica - eccesso di carica +

38 Cosa accade quando la membrana è permeabile solo ad uno ione? viene raggiunto un equilibrio: la forza dovuta al gradiente di concentrazione uguaglia la forza dovuta al gradiente elettrico - voltaggio + eccesso di carica - eccesso di carica +

39 Prima di affrontare il tema del trasporto di sostanze attraverso la membrana plasmatica Quali meccanismi regolano il movimento di sostanze fra due compartimenti qualsiasi? per esempio, cosa regola il movimento di bagnanti fra due spiagge contigue?

40 diffusione semplice

41 se molti individui sono concentrati in una spiaggia

42 e il passaggio dall una all altra è libero...

43 i bagnanti tenderanno rapidamente a distribuirsi in numero approssimativamente uguale nelle due spiagge

44 se molti individui sono concentrati in una spiaggia La diffusione semplice è il movimento netto di sostanze da un area a concentrazione maggiore a un area a concentrazione minore

45 diffusione facilitata

46 questa spiaggia è popolata da bambini e da lottatori di sumo

47 mentre i bambini passano facilmente fra i paletti di recinzione, i lottatori devono usare speciali porte girevoli

48 il passaggio dei lottatori è facilitato dalle porte girevoli ma se i lottatori di sumo sono molti, si crea una coda davanti ai passsaggi e ci vorrà più tempo perché fra le due spiagge sia raggiunto l equilibrio.

49 TRASPORTO ATTRAVERSO LA MEMBRANA PLASMATICA TRASPORTO ATTIVO: richiede dispendio di energia TRASPORTO PASSIVO: non richiede energia ENERGIA di una soluzione dipende dalla concentrazione del soluto ( e dalla carica se è uno ione), più alta è la concentrazione del soluto maggiore è la sua energia FORZA: differenza di energia ai due lati della membrana, con direzione che va dalla più alta energia alla più bassa

50 TRASPORTI ATTRAVERSO LA MEMBRANA trasporti passivi Meccanismi che permettono alle molecole di spostarsi attraverso una barriera che separa due compartimenti in modo passivo ovvero guidato da forze chimiche o elettriche che le spingono verso una situazione di equilibrio Diffusione semplice Diffusione facilitata trasporti attivi Basati su meccanismi che accoppiano il trasferimento di molecole contro gradiente (elettrochimico) con altre reazioni biochimiche o con trasferimento di altre molecole verso il loro equilibrio Trasporto attivo primario Trasporto attivo secondario

51 TRASPORTO PASSIVO Secondo gradiente chimico o elettrochimico Non è richiesta energia Diffusione semplice Velocità di diffusione (attraverso una membrana): forza solubilità nei lipidi superficie della membrana dimensione e forma permeabilità della membrana temperatura spessore della memb.

52 TRASPORTO PASSIVO Secondo gradiente chimico o elettrochimico Non è richiesta energia Diffusione facilitata trasportatore proteico Legano la moleocla da un lato della membrane e la trasportano dall altro lato con un cambiamento di conformazione della proteina Velocità di diffusione: n. trasportatori gradiente di concentrazione vel. trasporto del singolo trasp Diffusione facilitata canale ionico Formano pori idrofilici nella membrana attraverso cui certi ioni possono diffondere Velocità di diffusione: n. canali aperti velocità di trasporto del singolo canale gradiente elettrochimico

53 TRASPORTO ATTIVO Contro gradiente elettrochimico Richiede energia (adenosina trifosfato, ATP) Trasporto attivo primario utilizza direttamente ATP o altre fonti energetiche Produzione segnali elettrici Regolazione della contrazione muscolare Assorbimento nutrienti nel tratto digerente Regolazione dei liquidi corporei da parte dei reni Pompe: funzionano sia come proteine trasportatrici che come enzimi POMPA Na+/K+ ATPasi FONDAMENTALE per RICARICARE la membrana

54 TRASPORTO ATTIVO Contro gradiente elettrochimico Richiede energia (ATP) Trasporto attivo secondario Trasporto attivo che utilizza l energia di un gradiente di concentrazione o di un gradiente elettrochimico che è stato precedentemente creato da un trasporto attivo primario. cotrasporto controtrasporto

55 Trasporto del glucosio dal lume intestinale al sangue Sangue Glucosio nel sangue Canale del K + GLU permeasi (diffusione facilitata) Cellule dell epitelio intestinale Glucosio assunto Co-trasportatore Na/GLU Glucosio contro gradiente Lume intest.

56 Riassumendo. Alcune delle possibilità di movimento di molecole tra citoplasma (1) e spazio extracellulare (2). Trasporto passivo: - A. Diffusione - B. Diffusione facilitata Trasporto attivo: D. Trasporto primario (contro gradiente) C.-E. Trasporto secondario: - E. cotrasporto

57 osmosi

58 Per comprendere meglio l osmosi, torniamo per un momento al meccanismo di diffusione semplice, immaginando di condurre un piccolo esperimento...

59 questo recipiente è diviso in due da un filtro e contiene, nel comparto di sinistra, un alta concentrazione di una sostanza in grado di attraversare il filtro. questa è la diffusione semplice l equilibrio di concentrazione viene ristabilito dal rapido passaggio di tale sostanza attraverso la membrana.

60 Il filtro che divide questo recipiente, invece, non consente il passaggio di detta sostanza (le sue maglie sono troppo fini). questa è l osmosi l equilibrio di concentrazione viene ristabilito grazie al passaggio di acqua (solvente) dal compartimento di destra a quello di sinistra.

61 Osmosi E la diffusione delle molecole d acqua (solvente) attraverso una membrana Per osmosi, l acqua attraversa una membrana verso il comparto a maggiore concentrazione di soluti

62 TRASPORTO DI ACQUA (H 2 O) OSMOSI: trasporto passivo di acqua attraverso una membrana Osmolarità: concentrazione totale di particelle di soluti in una soluzione (1 mole X litro= 1 Osmolare) mole =peso molecolare della sostanza espresso in grammi, quantità di sostanza che contiene un numero fisso, N, di molecole pari a N=6,02X10 23 Concentrazione =quantità di sostanza contenuta in un determinato volume, moli/litro= molarità 0,1 molare (M) glucosio= 0,1 Osm (osmolare) 0,1 M NaCl= 0,2 Osm 0,1 M glucosio -0,1 M NaCl= 0,3 Osm Osmolarità intracellulare = 300 mosm

63 TRASPORTO DI ACQUA (H 2 O) OSMOSI: trasporto passivo di acqua attraverso una membrana π= mmhg Osmolarità: concentrazione totale di particelle di soluti in una soluzione (1 mole X litro= 1 Osmolare) Isoosmotica: 300 mosm Ipoosmotica: minore di 300 mosm Iperosmotica: maggiore di 300 mosm Osmolarità intracellulare = 300 mosm

64 TONICITÁ:misura che indica come una soluzione influisce sul volume cellulare Dipende dalla concentrazione dei soluti E dalla loro capacità di permeare le membrane cellulari Soluzione ISOTONICA: non altera il volume cellulare Soluzione IPOTONICA: provoca il rigonfiamento cellulare Soluzione IPERTONICA: provoca il raggrinzamento cellulare

65 OSMOLARITÁ : misura che indica la concentrazione totale di soluti in una soluzione (permeanti e non permeanti) Soluzione isoosmotica TONICITÁ:misura che indica come una soluzione influisce sul volume cellulare (dipende dai soluti non permeanti).aumenta l osmolarità intracellulare Soluzione ipotonica

66 Flusso osmotico attraverso una membrana cellulare Tonicità: concentrazione extracellulare dei soluti non permeanti rispetto a quella del liquido intracellulare ISOTONICA IPOTONICA IPERTONICA SOLUZIONE FISIOLOGICA: 0.9% NaCl (9 gr in 1000 ml) (soluzione isotonica- 300mOsm) =300 mosm <300 mosm >300 mosm Soluti non permeanti

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68 TRASPORTO DI ACQUA (H 2 O) OSMOSI: trasporto passivo di acqua attraverso una membrana mole =peso molecolare della sostanza espresso in grammi, quantità di sostanza che contiene un numero fisso, N, di molecole pari a N=6, Concentrazione =quantità di sostanza contenuta in un determianto volume, Osmolarità: concentrazione totale di particelle di moli/litro= soluti molarità in una soluzione (1 mole X litro= 1 Osmolare) 0,1 molare (M) glucosio= 0,1 Osm (osmolare) 0,1 M NaCl= 0,2 Osm 0,1 M glucosio -0,1 M NaCl= 0,3 Osm Osmolarità intracellulare = 300 mosm

69 TRASPORTO DI ACQUA (H 2 O) OSMOSI: trasporto passivo di acqua attraverso una membrana π= mmhg Osmolarità: concentrazione totale di particelle di soluti in una soluzione (1 mole X litro= 1 Osmolare) Isoosmotica: 300 mosm Ipoosmotica: minore di 300 mosm Iperosmotica: maggiore di 300 mosm Osmolarità intracellulare = 300 mosm

70 OSMOLARITÁ : misura che indica la concentrazione totale di soluti in una soluzione Soluzione isoosmotica TONICITÁ:misura che indica come una soluzione influisce sul volume cellulare.aumenta l osmolarità intracellulare Soluzione ipotonica

71 Flusso osmotico attraverso una membrana cellulare ISOTONICA IPOTONICA IPERTONICA Tonicità: concentrazione extracellulare dei soluti non permeanti rispetto a quella del liquido intracellulare Isotonico: 300 mosm(non permeanti) Ipotonico: minore di 300 mosm (non permeanti) Ipertonico: maggiore di 300 mosm (non permeanti) Osmolarità: concentrazione totale di soluti permeanti e non permeanti

72 Flusso osmotico attraverso una membrana cellulare SOLUZIONE FISIOLOGICA: 0.9% NaCl (9 gr in 1000 ml) (soluzione isotonica- 300mOsm) TONICITÁ:misura che indica come una soluzione influisce sul volume cellulare ISOTONICA Dipende dalla concentrazione dei soluti e dalla loro capacità a permeare le membrane cellulari

73 TONICITÁ:misura che indica come una soluzione influisce sul volume cellulare Dipende dalla concentrazione dei soluti E dalla loro capacità di permeare le membrane cellulari Soluzione ISOTONICA: non altera il volume cellulare Soluzione IPOTONICA: provoca il rigonfiamento cellulare Soluzione IPERTONICA: provoca il raggrinzamento cellulare

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75 Proteine di membrana