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FISIOLOGIA INDICE 1. CONCETTI FONDAMENTALI di FISIOLOGIA. 2. AMBIENTE INTERNO, OMEOSTASI, ARCO RIFLESSO. 3. POTENZIALI DI MEMBRANA A RIPOSO. 4. POTENZIALI LOCALI O GRADUATI. 5. SINAPSI. 6. INTEGRAZIONE SENSITIVO MOTORIA. 7. TESSUTO NERVOSO. 8. MUSCOLO. 1 FONDAMENTALI di FISIOLOGIA insieme dei meccan...

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FISIOLOGIA INDICE 1. CONCETTI FONDAMENTALI di FISIOLOGIA. 2. AMBIENTE INTERNO, OMEOSTASI, ARCO RIFLESSO. 3. POTENZIALI DI MEMBRANA A RIPOSO. 4. POTENZIALI LOCALI O GRADUATI. 5. SINAPSI. 6. INTEGRAZIONE SENSITIVO MOTORIA. 7. TESSUTO NERVOSO. 8. MUSCOLO.

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1.CONCETTI FONDAMENTALI di FISIOLOGIA ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Omeostasi = insieme dei meccanismi attraverso i quali un organismo tenta di mantenere costanti i caratteri chimico – fisici del suo ambiente interno. Adattamento = modificazione della struttura e della funzione o morfologia che migliora la possibilità di sopravvivenza di un organismo in un dato ambiente. Adattamento fisiologico individuale è una modificazione più o meno duratura della struttura e della funzione indotta dallo stimolo persistente che permette all’organismo di rispondere più efficacemente a successive esposizioni all’esercizio. Specificità = adattamenti fisiologici sono SPECIFICI per il tipo di attività effettuata sia per il volume sia per l’intensità dell’allenamento. Sinmorfosi = modificazione delle caratteristiche morfologiche di un organo indotta dalle modificate necessità funzionali e che deriva dalla morfogenesi regolata. -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

2.AMBIENTE INTERNO, OMEOSTASI, ARCO RIFLESSO ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Il liquido extracellulare è il liquido esterno alla cellula e costituisce l’ambiente interno del nostro corpo, agisce come mezzo per lo scambio di nutrienti e di prodotti di rifiuto e fornisce l’ambiente chimico – fisico necessario per il funzionamento della membrana e per quello della cellula. La costanza dell’ambiente interno è la condizione per una vita libera e indipendente. Il mezzo interno è il liquido extracellulare ed è qui che i meccanismi omeostatici vanno ad agire. Omeostasi = mantenimento di condizioni stabili del mezzo interno reso possibile da risposte regolatrici di compenso dette meccanismi omeostatici. Il meccanismo omeostatico è un sistema di controllo costituito da un insieme di cellule funzionalmente connesse che serve a mantenere relativamente costante una variabile chimica o fisica del mezzo interno. L’omeostasi è tipicamente regolata da sistemi a feedback negativo, costituito da un recettore, un centro di controllo, un effettore e le rispettive vie di connessione. In un sistema a feedback negativo, l’aumento o una diminuzione della variabile oggetto di regolazione induce risposte che tendono a opporsi alla variazione stessa. In un sistema a retroazione negativa la variazione di un

parametro attiva delle risposte che tendono a far modificare il valore della variabile in direzione opposta rispetto alla perturbazione iniziale (es: arco riflesso). Esiste anche un feedback positivo (es: contrazioni uterine durante il parto) in cui il cambio di variabile da regolare induce un’amplificazione del cambio stesso e non una minimizzazione come nel feedback negativo. I sistemi di controllo omeostatici non possono mantenere una perfetta costanza di ogni parametro del mezzo interno; perciò ogni variabile oscillerà entro un ambito più o meno ampio di valori normali. L’acquisizione di informazioni consente ad alcuni sistemi di prevedere gli effetti del loro stesso intervento. Si parla di regolazione anticipativa quando il sistema di controllo conosce la dinamica temporale di un processo, ne ha una rappresentazione interna sotto forma di memoria e la utilizza per anticipare l’evoluzione del processo stesso, applicando i segnali di correzione prima di conoscere l’output del processo. -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

3.POTENZIALI DI MEMBRANA A RIPOSO ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------I neuroni e le cellule muscolari sono cellule eccitabili  hanno la proprietà di produrre segnali elettrici. Il potenziale di riposo è proprio di tutte le cellule mentre il potenziale d’azione è solo di una cellula eccitabile. In quasi tutte le cellule dei mammiferi vi è un leggero squilibrio del numero di ioni positivi e negativi che sono distribuiti all’interno e all’esterno della membrana plasmatica. A livello della membrana plasmatica si verificano fenomeni elettrici conseguenti alla distribuzione di queste particelle cariche, molto importanti nell’integrazione dei segnali e nella comunicazione intercellulare. Cariche elettriche separate di segno opposto hanno la potenzialità di effettuare lavoro ( potenziale elettrico) determinata dalla differenza delle due cariche ( differenza di potenziale). A causa di queste differenza nella distribuzione ionica all’interno e all’esterno della membrana plasmatica, tutte le cellule in condizioni di riposo sono caratterizzate da una differenza di potenziale attraverso la membrana con l’interno della cellula carico negativamente rispetto all’esterno. Questo potenziale è definito come il potenziale di membrana a riposo (PMR). Il PMR di molte cellule è di -70mV. L’ampiezza del PMR dipende da 3 fattori: 1. Differenze nelle concentrazioni di ioni nei liquidi intra ed extra cellulare; 2. Dalla permeabilità di membrana ai differenti ioni che riflettono il numero di canali aperti.

3. Dalla pompa sodio-potassio che porta dentro 2 ioni potassio e fuori 3 ioni sodio. Un potenziale è generato attraverso la membrana per lo più a causa del movimento di potassio lungo il suo gradiente di concentrazione attraverso canali aperti al potassio che ne consentono l’uscita sotto la spinta di un forte gradiente di concentrazione contrastato dal gradiente elettrico. Tuttavia, il potenziale di riposo misurato sperimentalmente NON è uguale al potenziale di equilibrio del potassio (-90mV), poiché un basso numero di canali del sodio sono aperti nello stato di riposo, e alcuni ioni sodio continuamente si muovono verso l’interno della cellula anche se c’è una scarsa permeabilità della membrana al sodio, che ne riduce l’ingresso nonostante la forte spinta determinata dal gradiente elettrico e di concentrazione cancellando l’effetto di un equivalente numero di ioni potassio che simultaneamente si muovono verso l’esterno. Ad un potenziale di riposo di -70mV, né il sodio né il potassio sono al loro potenziale di equilibrio (-90mV per il potassio, 60mV per il sodio), così che vi è un movimento netto attraverso i canali ionici del sodio verso l’interno della cellula e di potassio verso l’esterno. Se questi movimenti hanno luogo, perché la concentrazione intracellulare di sodio non aumenta progressivamente e quella intracellulare di potassio non diminuisce? La ragione è che la pompa sodio-potassio muove 3 ioni sodio fuori per ogni 2 ioni potassio che porta dentro. -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

4.POTENZIALI LOCALI O GRADUATI ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Soltanto dei cambiamenti nello stato della membrana plasmatica consentono la trasmissione dell’informazione. Ciò avviene tramite i potenziali d’azione e i potenziali graduati. POTENZIALI GRADUATI: sono eventi locali confinati a piccole distanze dal punto di origine (1-2 mm). Possono:     

Indurre sia una depolarizzazione che una iperpolarizzazione. Essere di grandezza differente Sono decrementali. Dar luogo a processi di sommazione. Essere di durata variabile.

I potenziali graduati sono modificazioni del potenziale di membrana confinate ad una regione relativamente piccola della membrana plasmatica e la carica fluisce fino alle regioni adiacenti. È decrementale  il flusso di carica diminuisce con l’aumento della distanza della sede d’origine del potenziale graduato.

POTENZIALE DI AZIONE: sono ampie alterazioni del potenziale di membrana, sono molto rapidi e possono ripetersi a frequenze molto elevate. Neuroni e cellule muscolari hanno membrane plasmatiche in grado di produrre potenziali d’azione denominate membrane eccitabili mentre tutte le altre cellule possono produrre solo potenziali graduati. Attraverso la propagazione del potenziale d’azione lungo l’assone il sistema nervoso comunica su lunghe distanze. N.B: canali del sodio rispondono molto più velocemente di quelli del potassio e inoltre il sodio ha anche il “gate” d’inattivazione che limita il flusso di ioni sodio bloccando il canale appena dopo che la depolarizzazione l’ha aperto. Allo stato di riposo la membrana è da 50 a 75 volte più permeabile agli ioni K+ che agli ioni Na+. Nella fase ascendente del potenziale d’azione la permeabilità della membrana agli ioni Na+ subisce un aumento di circa 600 volte, e questi irrompono all’interno della cellula, mentre si ha solo una piccola modificazione della permeabilità al K+. Il potenziale di membrana a riposo è prossimo al potenziale di equilibrio di potassio perché vi sono più canali aperti del potassio che del sodio. Un potenziale di azione inizia con uno stimolo depolarizzante (neurotrasmettitore si lega a un canale ionico e permette al sodio di entrare nella cellula). Questa depolarizzazione iniziale stimola l’apertura di alcuni canali del sodio voltaggio-dipendenti e permette altra entrata di sodio nella cellula. Quando questa raggiunge il potenziale soglia, la depolarizzazione diventa un ciclo di feedback positivo  entrata di sodio causa depolarizzazione e così via, la membrana diventa positiva all’interno e negativa all’esterno e in questa fase la membrana si avvicina al potenziale di equilibrio del sodio (+60) senza però raggiungerlo. A questo punto la permeabilità del sodio declina improvvisamente perché i gate d’inattivazione spezzano il ciclo di feedback positivo bloccando i canali aperti del sodio. Nel frattempo la depolarizzazione ha aperto e ha iniziato ad aprire i canali voltaggio – dipendenti, più lenti di quelli del sodio, del potassio e il flusso elevato di potassio verso l’esterno della cellula ripolarizza rapidamente al valore di riposo. Il ritorno della membrana a un potenziale negativo induce i canali sodio voltaggio – dipendenti a tornare dallo stato inattivo allo stato chiuso così come i canali del potassio. Poiché i canali voltaggio dipendenti del potassio si chiudono piuttosto lentamente, immediatamente dopo un potenziale d’azione vi è un periodo in cui la permeabilità al potassio rimane al di sopra dei livelli di riposo e la membrana è temporaneamente iperpolarizzata; una volta che i canali potassio si chiudono completamente il potenziale di membrana è ripristinato. Canali voltaggio Na  feedback positivo. Canali voltaggio K  feedback negativo. L’accumulo cellulare di sodio e la perdita di potassio sono impediti dall’azione continua della pompa sodio – potassio. I potenziali d’azione si verificano solo quando lo stimolo iniziale è sufficiente a elevare il potenziale di membrana

oltre il potenziale di soglia. Principio del tutto o nulla  anche stimoli più forti di stimoli soglia innescano potenziali d’azione che hanno la stessa ampiezza. Periodo refrattario: 



ASSOLUTO  periodo di 1ms durante il quale un secondo stimolo non produrrà in risposta un secondo potenziale d’azione. Durante un potenziale d’azione un secondo stimolo non produce un secondo potenziale d’azione perché i gate d’inattivazione del sodio che ha bloccato i canali deve essere rimosso mediante ripolarizzazione della membrana. RELATIVO  periodo che può durare dai 10 ai 15ms durante il quale un secondo stimolo, di intensità notevolmente maggiore del livello di soglia può produrre una seconda risposta a tipo di potenziale d’azione (quando canali voltaggio dipendenti K hanno ripolarizzato la membrana ma sono ancora aperti).

I periodi refrattari limitano il numero dei potenziali d’azione che una membrana eccitabile è in grado di produrre. PROPAGAZIONE DEL POTENZIALE D’AZIONE Il potenziale d’azione è per le sue caratteristiche un fenomeno tutto o nulla, cioè un fenomeno che c’è o non c’è, ma che, quando insorge, è sempre uguale a sé stesso e non può essere variato in ampiezza. La variazione dell’informazione nervosa è quindi ottenuta, non attraverso la modificazione di ampiezza del potenziale d’azione, ma mediante una modificazione della frequenza con cui insorgono i potenziali d’azione. Il potenziale d’azione può viaggiare lungo un neurone solo se ciascun punto della membrana è depolarizzato fino al suo potenziale di soglia mentre il potenziale d’azione scende lungo l’assone. La corrente che entra durante un potenziale d’azione è sufficiente per depolarizzare facilmente la membrana adiacente fino al potenziale soglia. Si induce così la propagazione del potenziale d’azione lungo la membrana. La velocità con cui un potenziale d’azione si propaga lungo la membrana dipende: 1. Dal diametro della fibra; 2. Dal fatto che questa sia o non sia rivestita da mielina. Maggiore è il diametro più velocemente si propaga il potenziale, questo perché una fibra grande offre meno resistenza alla corrente locale quindi fluiscono più ioni (la mielina è un isolante che rende più difficile il flusso della carica fra i compartimenti intra ed extra cellulare). I potenziali d’azione si verificano soltanto a livello dei nodi di Ranvier dove la guaina mielinica è interrotta e la concentrazione dei canali sodio voltaggiodipendenti è elevata  conduzione saltatoria. Poiché un’area di membrana che ha appena subito un potenziale d’azione è refrattarie e non può averne immediatamente un altro, l’unica direzione di propagazione possibile è in allontanamento dall’area di membrana

recentemente attivata mentre nelle cellule muscolari scheletriche il potenziale d’azione inizia vicino al centro della fibra e si propaga alle due estremità (la membrana attraverso la quale deve viaggiare il potenziale d’azione non è refrattaria). Nei neuroni la propagazione è unidirezionale.

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5.SINAPSI ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Gli impulsi sono trasmessi da una cellula nervosa all’altra tramite le sinapsi. Una sinapsi è una giunzione anatomicamente specializzata tra 2 neuroni a livello della quale l’attività elettrica in un neurone presinaptico influisce su quello di un neurone postsinaptico e può sia aumentare che diminuire la probabilità che un neurone generi un potenziale d’azione. La sinapsi chimica include:



   Lo spazio interposto tra loro

Un assone presinaptico terminale; Un recettore post sinaptico; Neurotrasmettitori; (fessura sinaptica).

Fondamentalmente esistono 2 tipi di sinapsi: 1. ELETTRICHE ; 2. CHIMICHE. Sinapsi elettriche: le membrane plasmatiche delle cellule presinaptiche e postsinaptiche sono unite da giunzioni serrate che permette al potenziale d’azione di fluire direttamente attraverso la giunzione  questo porta alla depolarizzazione del secondo e continua la propagazione del neurone fino alla soglia.

Sinapsi chimiche: l’assone del neurone presinaptico termina con un lieve rigonfiamento, la terminazione assonale, nella quale ci sono vescicole sinaptiche che contengono il neurotrasmettitore. La membrana postsinaptica adiacente alla terminazione assonale ha un’elevata densità di proteine di membrana che formano un’area specializzata chiamata densità postsinaptica- i segnali sono trasmessi tramite fessura sinaptica per mezzo di un neurotrasmettitore rilasciato dalla terminazione assonale. La maggior parte delle sinapsi umane sono chimiche  lavorano tramite mediatori chimici. SINAPSI ECCITATORIA: il potenziale di membrana di un neurone postsinaptico viene portato in prossimità della soglia (cioè depolarizzato). SINAPSI INIBITORIA: il potenziale di membrana viene iper-polarizzato o si stabilizza. Il rilascio del neurotrasmettitore ha inizio quando un potenziale d’azione raggiunge le terminazioni della membrana presinaptica. Caratteristica importante è che le terminazioni neuronali hanno canali anche del Ca voltaggio dipendenti. Ka depolarizzazione durante il potenziale d’azione apre questi canali del Ca e poiché il gradiente elettrochimico favorisce l’entrata del calcio, questo fluisce nella terminazione assonale. Prima dell’arrivo di un potenziale d’azione le vescicole sono collegate alla zona attiva per l’interazione di un gruppo di proteine, SNARE. Gli ioni calcio che entrano si legano ad un gruppo di proteine associate con la vescicola, le sinaptotagmine, stimolando le proteine SNARE a indurre fusione della membrana e liberazione del neurotrasmettitore. Dopo la fusione le vescicole hanno 2 possibili destini: 1. Quando la concentrazione di calcio è bassa prevale il processo lento, in cui la vescicola si fonde completamente con il terminale pre sinaptico. 2. Quando la concentrazione di Ca è elevata, prevale il meccanismo veloce in cui le vescicole svuotate sono richiuse, trasportate in modo retrogrado lontano dalle zone attive e quindi ricaptate all’interno del terminale. STRUTTURA DEL SISTEMA NERVOSO E INTEGRAZIONE SENSITIVOMOTORIA Il sistema nervoso racchiude 2 componenti: il sistema nervoso centrale (SNC) che comprende l’encefalo (il tronco encefalico, il cervelletto, i gangli della base, il diencefalo e gli emisferi cerebrali) e il midollo spinale. Il midollo spinale riceve informazioni dalla cute e dai muscoli e invia comandi motori per il movimento. In una sezione trasversa l’area centrale è dominata da una massa di sostanza grigia con una forma grossolanamente a H, con il resto del midollo costituito di sostanza bianca. Le corna posteriori della sostanza grigia sono in continuità con fibre afferenti che entrano nel midollo spinale attraverso le radici dorsali del corrispondente nervo spinale mentre le corna anteriori della sostanza grigia sono continue con fibre efferenti che abbandonano il midollo spinale attraverso le radici ventrali dei corrispondenti nervi spinali.

Il tronco encefalico è l’estensione del midollo spinale ed è suddiviso in 3 regioni:   

BULBO; PONTE; MESENCEFALO.

Il tronco encefalico riceve info dalla cute e dai muscoli della testa e del collo e, a sua volta, controlla questi muscoli e contiene anche i corpi cellulari della maggior parte dei nervi cranici, quali il nervo acustico e vestibolare, ed è essenziale per elaborare i sensi speciali. Infine ha un ruolo importante nel controllo della postura. Il cervelletto e i gangli della base sono importanti per coordinare i movimenti e per controllare postura ed equilibrio. Il diencefalo è una zona chiave di integrazione per la trasmissione dell’informazione sensoriale e motoria, contiene anche (nell’ipotalamo) importanti regioni di controllo per l’integrazione omeostatica. Il cervello è preposto al controllo delle più elevate funzioni percettive, cognitive e motorie. Le 3 aree del cervello che rivestono maggiore importanza sono 3:   

La corteccia motoria primaria nel lobo frontale; I gangli della base al di sotto della corteccia cerebrale; La corteccia sensoriale primaria nel lobo parietale.

Il sistema nervoso periferico comprende 43 nervi (12 cranici e 31 spinali) che originano alla base cranica e dal midollo spinale e che collegano il cervello o il midollo spinale ai muscoli e alle ghiandole ed è distinto in apparato sensoriale (afferente) e motorio (efferente). L’apparato sensoriale provvede a far prevenire al sistema nervoso centrale informazioni su quanto avviene all’interno dell’organismo e all’ambiente esterno circostante mentre l’apparato motorio invia informazioni dal SNC alle diverse parti dell’organismo. -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

6.INTEGRAZIONE SENSIT...