L omeostasi Controllo dell ambiente interno
Omeostasi (Homeo = simile + stasis = condizione) L insieme dei processi che permettono all organismo a vari livelli di mantenere costanti le caratteristiche chimico-fisiche dei suoi ambienti interni cellulari ed extracellulari, anche al variare dell ambiente esterno.
Claude Bernard (1813-1878) Milieu intérieur = ambiente interno la fissità dell ambiente interno è la condizione della vita libera e indipendente Walter B. Cannon (1929) * Creò la parola Omeostasi * Cannon WB. Organization for physiological homeostasis. Physiol. Rev. 9: 399-443, 1929.
Variabili regolate Omeostasi osmotica (concentrazione dell acqua e concentrazione totale dei soluti). Omeostasi ionica (concentrazione dei singoli ioni e loro rapporti). Omeostasi complessiva dei costituenti organici e dell energia (concentrazione dei protidi, lipidi, glucidi, vitamine, oltre che l energia ricavata dalle prime tre classi di composti). Omeostasi termica (temperatura corporea).
Fisiopatologia Causa esterna Sostanze chimiche tossiche Traumi fisici Virus e batteri Causa interna Cancro e tumori benigni Malattie autoimmuni Morte prematura di cellule Alterazione dei processi cellulari Malattie ereditarie
Sistemi di regolazione omeostatica Una rete di componenti dell organismo funzionalmente interdipendenti che operano per mantenere relativamente costante attorno ad un livello ottimale un dato fattore dell ambiente interno. Regolazioni intrinseche (locali). Regolazioni estrinseche. Dee Unglaub Silverthorn, Fisiologia umana 2010 Pearson Italia S.p.A
Meccanismi di controllo omeostatico Dispositivi per mantenere o restaurare l omeostasi. Circuito di controllo a feedback (feedback = retroazione) Negativo Positivo
Sensori = cellule sensibili alle modificazioni della variabile. Input = segnali che raggiungono un centro integrativo. Centro integrativo = ha la funzione di comparare la variabile regolata al valore del set point e di organizzare le risposte appropriate. Output = segnali in uscita dal centro integrativo. Effettori = cellule, tessuti o organi che mettono in atto la risposta finale. Principio di retroazione Meccanismo sensoriale (sensore). Centro di integrazione o di controllo (integratore). Meccanismo effettore (effettore).
Figura 6.23 Dee Unglaub Silverthorn, Fisiologia umana 2010 Pearson Italia S.p.A
Controllo a retroazione in un sistema di controllo a feedback negativo
Feedback negativo La risposta del sistema ha direzione opposta rispetto al cambiamento che l ha prodotta.
Oscillazione intorno al valore di riferimento
Feedback positivo La risposta del sistema va nella stessa direzione del cambiamento della variabile che l ha prodotta.
Retroazione negativa e positiva
Esempio di un processo di retroazione positiva Controllo ormonale delle contrazioni uterine durante il parto.
Cicli ormonali
Sistemi di controllo dei viventi Meccanismi chimico-fisici (omeostasi passiva). Sistemi tampone (regolazione ph). Meccanismi fisiologici (omeostasi attiva). Rene e polmone (regolazione ph).
Omeostasi cellulare Regolazione della selettività delle membrane e dei trasporti. Entrata Regolazione delle reazioni chimiche. Prodotto X Consumato Uscita
Omeostasi cellulare
Regolazione della selettività delle membrane e dei trasporti Diffusione Coefficiente di permeabilità Trasporti diffusionali in fila singola Trasporti facilitati Trasporti attivi Regolatori
Regolazione delle reazioni chimiche Legge dell azione di massa Azione di massa in una reazione enzimatica Induzione e repressione enzimatica Attivazione ed inibizione enzimatica
Biosintesi dell isoleucina E (+) F (+) A (-) = R (-)
Omeostasi dell organismo
Omeostasi dell organismo Vie di entrata e di uscita
Omeostasi dell organismo
Allostasi E la capacità di mantenere la stabilità dei sistemi fisiologici per mezzo del cambiamento.
Termoregolazione
Omeotermi Pecilotermi
Temperatura corporea Temperatura corporea media 35,5-37,7 C Temperatura corporea centrale 37,8 C Fattori che influenzano la temperatura corporea: Esercizio fisico Termogenesi alimentare Ritmo circadiano Ovulazione +0,5-1 C. Zona di neutralità termica 27,8-30 C Termoregolazione per temperature ambientali comprese tra i 10 e i 55
Bilancio termico Il bilancio termico è la risultante tra i processi di termogenesi e i meccanismi di termodispersione.
Bilancio termico
Termogenesi Reazioni di ossido-riduzione Fegato, muscolatura scheletrica e cardiaca Tessuto adiposo bruno Regolazione termogenesi Attività muscolatura scheletrica Tono muscolare Tremore muscolare, brividi Meccanismi ormonali Catecolamine Disaccoppianti Ormoni tiroidei Grasso bruno
Termodispersione Metodi fisici che permettono la termodispersione: Conduzione Convezione (Proporzionale al gradiente termico e alla superficie corporea esposta) Irraggiamento (λ = 0,8-1000 ) Evaporazione (Calore latente di evaporazione 0,58 kcal/g di H 2 O) Perspiratio insensibilis ( 800-1000 ml H 2 O; 460-580 kcal) Evaporazione di sudore (1000-1500 ml/h)
Evaporazione
Regolazione dispersione termica Differente temperatura tra cute e ambiente Circolazione del sangue 0,5 l/min - 3 l/min Pannicolo adiposo Regolazione vasomotoria Fibre nervose ortosimpatiche (vasocostrizione) Piloerezione
Termografie
Termocezione Canali ionici TRP (Transent Receptor Potential) TRPM8 termocettori per il freddo; TRPV4 e TRPV3 termocettori per il caldo. Nocicettori termici per il freddo (TRPA1, < 14 C); Nocicettori termici per il caldo (TRPV1, > 43 C).
Centri nervosi della termoregolazione Vie nervose ortosimpatiche Sistema nervoso somatico Ipotalamo Ipofisi (TSH) Termocettori centrali Ipotalamo anteriore (Area preottica) Diencefalo Tronco encefalico Midollo spinale Risposte al caldo Termocettori periferici Recettori cutanei del freddo Recettori cutanei del caldo
Risposte termoregolatrici integrate
Variazione della termoregolazione Fisiologiche Ritmo circadiano Ciclo mestruale Vampate di calore Febbre (pirogeni esogeni lipopolisaccaridi batterici; pirogeni endogeni prostaglandine, IL-1, IL-6, interferone, TNF) Antifebbrili (antipiretici) = Piramidone, acido acetilsalicilico. Patologiche Collasso da calore Colpo di calore Ipertermia maligna (Ca 2+ ) Ipotermia
Termografia nella medicina Patologico Normale