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NUTRI ZI ONE BATTERI CA: approvigionamento di di sostanze sostanzenutritizie nutritizie per la crescita crescita di di un un m microrganism icrorganismoo Tutti gli organismi viventi per poter crescere devono trarre dall’ambiente le SOSTANZE SOSTANZE NUTRI NUTRITI TIZI ZIEE di cui hanno bisogno per il loro METABOLI METABOLISMO SMO METABOLI SMO ENERGETI CO o catabolismo

ELEMENTI NUTRI TI ZI

METABOLI SMO BI OSI NTETI CO o anabolismo

Avviati nei processi DEMOLI TI VI

PRODUZI ONE DI ENERGI A (ATP)

Attività cellulari Trasporto di membrana Movimento ecc.

Avviati nei processi di SI NTESI La cellula costruisce o “restaura” le proprie strutture Dott. . Esin Esin TPALL TPALL2009 2009 Dott

Fisiologia umana, prof. Uberti Introduzione Lo studio di questa materia è uno studio complesso che coinvolge conoscenze antiche nuove e studi di scoperte sempre più recenti che noi andremo a aumentare andando avanti con la storia delle nostre conoscenze. Quando è iniziata la scoperta di questa materia? quando gli scienziati hanno cominciato a capire che la natura attorno a loro stessi assumeva un significato non solamente più biologico ma un significato più generale, cioè voleva dire che attraverso la conoscenza del mondo circostante influenzano la propria esistenza riuscivano a capire che ogni ragionamento, ogni movimento, ogni gesto concreto che veniva svolto aveva utilità più grande. Infatti dall'inizio non erano chiamati fisiologi ma erano chiamati fisici, erano tutti considerati sotto l'unica grande grande poi con l'andare del tempo lo studio ha cambiato faccia, è diventato uno studio più prettamente legato al mondo quello della natura e venivano chiamati fisiologi inteso come studiosi della natura o naturalisti. Questo perché insieme a questa scienza c’era anche tutto il mondo filosofico di accompagnamento e infatti era una sorta di vera e propria filosofia.  slide“Tra l'età di Omero (XIII-IX secolo a.C.) e l'età di Socrate (seconda metà del V secolo a.C.) all'interno della cultura greca si sviluppa un originale movimento di pensiero, che pone come oggetto di studio e di indagine la natura. Aristotele chiama questi pensatori "fisici" o "fisiologi", cioè studiosi della natura o "naturalisti”. Con essi si è soliti dare inizio alla filosofia vera e propria.” 1

Lo studio da questo mondo antico è poi evoluto grazie alle scoperte scientifiche arrivando a permettere all'organismo intero di essere etichettato secondo dei macrogruppi. Abbiamo: - Gli apparati - Sistemi Qual è la differenza? L'apparato è quello che viene comunemente definito un insieme di organi che sono anatomicamente collegati tra di loro e che grazie a questo collegamento sono in grado di svolgere una determinata funzione esempio classico l'apparato digerente e quello respiratorio tegumentario immunitario. Il sistema invece è un insieme di organi che svolgono una funzione comune ma che di fatto non sono necessariamente collegati tra di loro da un punto di vista anatomico esempio classico è sistema endocrino, sistema immunitario. Da questa grande suddivisione è stato poi possibile definire il corpo umano cioè dare le linee che identificavano quello che è sistema, da quello che è apparato. - sistema circolatorio - sistema digerente - sistema respiratorio - sistema urinario - sistema scheletrico - sistema muscolare - sistema tegumentario - sistema immunitario - sistema nervoso - sistema endocrino - sistema riproduttivo  che a tutti gli effetti è l'unico che è genere specifico Perché è importante considerare la connessione multipla d'organo? Perché quando noi svolgiamo qualunque tipo di attività abbiamo una moltitudine di complessi al nostro interno che si attivano per concorrere tutti alla medesima funzione. La medesima funzione cerca di essere in bilanciamento con tutte le attività che esso può svolgere ma nel contempo concorrere al mantenimento anche di una certa bilancia energetica del proprio corpo. Qualunque attività che si va a svolgere ha un costo per l'organismo il quale costo deve essere: - proporzionato alle proprie possibilità - deve essere all'interno della tollerabilità dell'individuo - e l’individuo deve essere in grado di gestirlo 100% Questo vuol dire che garantisce un'efficienza del gesto che deve essere svolto non solo dal punto di vista delle risorse interne di ognuno ma anche dal punto di vista delle capacità di espletare quella determinata funzione per questo ogni attività che noi svolgiamo non è un'attività che riflette le proprie ripercussioni solamente sull'organo specificatamente coinvolto ma va ad avere un insieme di interazioni anche con tutto il mondo che ci sta attorno. Esempio Nello specifico ho fatto le riporto l'esempio proprio più classico della lettura di un libro. 2

Che cos'è che accade? I nostri occhi che sono l'elemento con cui noi riusciamo ad inquadrare l'immagine, i caratteri, la scrittura e il contenuto del nostro libro ci trasmettono un'informazione, la quale va traslata al nostro encefalo, il quale una volta che riceve queste informazioni dovrà dire ai muscoli nel nostro corpo di lavorare, di collaborare a una determinata funzione. Questo lo fa perché cerca di mantenere in maniera corretta tutto l'apparato di supporto all'attività che viene svolta e questo è garantito grazie al rilascio di alcuni mediatori che vanno direttamente ad agire sui nervi e muscoli per aiutare a continuare quella data attività. Qual è quella data attività in questo esempio? Il mantenimento del libro in mano, lo sfogliare le pagine e la posizione in cui uno è nel mentre in cui sta leggendo, tutto questo viene garantendo a tutto il resto del nostro organismo che coinvolgerà da un lato nostro cuore che risponderà lavorando sulla nostra respirazione per mandare in circolo sangue in una determinata velocità per garantire che il nostro corpo abbia sufficiente ossigenazione per far sì che il nostro cervello riesca a rielaborare più agilmente quella data informazione. Nel contempo noi avremo una certa quantità di energia che andrà convogliata a livello dell'apparato digerente che è il riflesso secondario di quello che il nostro cervello sta andando a rielaborare. Infine i nostri muscoli e le nostre gambe che risentiranno dal fatto di essere in posizione seduta o in posizione eretta e che necessariamente consumeranno una serie di altre attività. Contestualmente, il mantenimento della posizione seduta diventa un ipercontrazione delle nostre cellule che quindi a un certo punto consumeranno di più rispetto alle altre ed è il motivo per il quale si tende ad avere dei movimenti quando si sta seduti a lungo. L'uomo quindi è fatto da un sacco di elementi che collaborano tutti ad un'unica funzione, il fatto di riuscire a collaborare tutti in unica funzione non implica però che non ci sia un grado di arricchimento dal punto di vista strutturale cellulare importante. Questo vuol dire che se noi andassimo da analizzare un organo nello specifico troveremmo che questo organo è particolarmente elaborato dal punto di vista costruttivo. Per esempio apparato digerente a livello dell’apparato digerente noi abbiamo il nostro stomaco che ha una grande importanza perché ha una struttura all'interno di sé stesso suddivisa in strati differenti, che garantisce un peso importante all’organo stesso e garantisce che le nostre cellule possano continuare a lavorare in maniera corretta. Questa struttura garantisce: - una solidità dal punto di vista cellulare - una solidità al punto di vista strutturale e - quindi una complessità dal punto di vista organico e chimico Questo diventa importantissimo perché fa si che la stratificazione che possiamo trovare all'interno di un organo sia volta tutta inevitabilmente al mantenimento della massima funzionalità possibile. La suddivisione che noi possiamo avere all'interno dei nostri tessuti diventa fondamentale per creare delle zone di specializzazione dell'organo stesso l’esempio più classico che viene fatto quello della parete dello stomaco, la quale ha delle superfici che sono completamente diverse abbiamo: - tessuto epiteliale  di protezione, di secrezione, di assorbimento - tessuto connettivale  che fa la zona portante - un tessuto muscolare  perché è quello che permette la contrazione, la dilatazione - tessuto nervoso  quello invece con tutta la zona di comunicazione coordinamento e controllo di tutti i mediatori chi vengono rilasciati per promuovere l’assetto digestivo e nel contempo per avviare quello che è il principio di inizio di assorbimento dei nutrienti 3

Qual è l'elemento chiave però fa si che dal punto di vista strutturale tutto questo sistema complesso posso stare in piedi? Il fatto che tutti (i dipartimenti) i contesti cellulari tessutali del nostro corpo siano in comunicazione tra di loro. Chi garantisce tutto ciò e quindi chi permette lo scambio continuo di filtrazione e di assorbimento? Acqua Il nostro corpo è composto per una buona parte di acqua: - 60% della massa corporea - 99% delle molecole corporee L’acqua non solo l’assorbiamo e la utilizziamo per il mantenimento dell'asse strutturale ma anche nel contempo la perdiamo quindi deve essere reintegrata in maniera coerente con quello che è la nostra la nostra dispersione. Già nell'epoca Antica si è notata l'importanza dell'acqua e si è notato come un individuo sia in grado di sopravvivere per un certo periodo senza cibo ma non sia in grado di sopravvivere per lo stesso periodo senza acqua. Quindi essa è diventata il principio da cui nascono e possono sorgere tutta una serie di altri elementi altrettanto importanti, questo ha generato la comprensione di un concetto di equilibrio: equilibrio tra quello che viene filtrato, tra quello che viene assorbito e tra quello che viene perso. Nello stesso identico modo il nostro corpo ha un centro di equilibrio  il nostro corpo lavora in maniera efficiente ed efficace nell'attività che devono essere svolte, se i diversi elementi che ci compongono sono tutti in bilanciamento tra di loro allora l'uomo è assolutamente bilanciato da un punto di vista funzionale, quindi energetico ed è in grado di svolgere le proprie attività quotidiane senza un’eccessiva stanchezza e senza un eccessivo consumo energetico. Perché è importante? perché il fatto di mantenere un corretto bilanciamento delle funzionalità garantisce che il nostro corpo sia salute, quindi garantisce la salute e il benessere dell'individuo. Due concetti che oggi sono molto importanti perché sono quelli che sono legati non solo al mondo della fisiopatologia che quella che determina alcune problematiche che diventeranno delle malattie ma anche perché è tutto quel mondo legato al benessere dell'invecchiamento. Oggi la popolazione ha una età media più lunga perché si riesce a far sì che l'anziano arrivi all’età più avanti con una qualità della vita piuttosto buona e questo è dovuto al fatto che le risorse che l'organismo ha durante il corso della propria vita vengono correttamente utilizzate dal nostro corpo. Claude bernard Equilibrio Claude bernard è il padre fondatore del concetto di equilibrio. Egli attraverso la scoperta del cosiddetto milieu interieur ha scoperto l'ambiente interno cioè ha scoperto il mondo cellulare come comunica con l’esterno e come il fatto di avere queste comunicazioni con l'esterno possano influenzare quello che è l'ambiente interno. Per ambiente interno non si considera solamente la cellula ma l'intero organismo. Noi dobbiamo immaginare che qualunque atto che facciamo in una giornata ha un impatto su tutto il nostro corpo  esempio una performance sportiva come quelle che vengono misurate molto spesso nel nostro laboratorio, sono degli atti che consentono di verificare lo stato energetico dell'individuo, quindi di comprendere l'equilibrio energetico di un individuo cioè le risorse che un organismo ha per affrontare non solo le attività quotidiane ma una fatica eccessiva. Questo 4

diventa molto utile sia per chi fa sport ma anche per chi è soggetto per esempio a una forma di riabilitazione post-traumatica. Walter Bradford Cannon Omeostasi Questa scoperta fatta da Claude è stata poi ripresa successivamente da colui che ha coniato il termine di omeostasi, che è il termine che ci va a identificare quello che Bernard aveva scoperto dandoci però una definizione più scientifica di questo mondo interiore che risponde alle variabili esterne. Omeostasi  è la tendenza naturale al raggiungimento di una relativa stabilità interna delle proprietà chimico-fisiche che accomuna tutti gli organismi viventi, per i quali tale stato di equilibrio deve mantenersi nel tempo, anche al variare delle condizioni esterne, attraverso dei precisi meccanismi autoregolatori. In molti processi biologici, l'omeostasi mantiene la concentrazione chimica di ioni e molecole, e permette alla cellula di sopravvivere. Questo concetto è stato studiato molto attentamente perché è il motivo per il quale oggi insorgono alcune patologie perché si ha la perdita di equilibrio che determina il conclamarsi di un evento patologico. Come è stata scoperta questa relazione diretta tra l'equilibrio interno dell'organismo e il possibile sviluppo di una patologia? È stato scoperto molto banalmente perché all'inizio del Novecento quando gli spostamenti cominciavano a diventare più facili perché i viaggi cominciavano a essere più umanamente tollerabili per l'organismo in termini di tempistica allora la gente riuscì nell’arco della giornata a svolgere più attività rispetto a quelle che svolgeva prima. Questo era una nota chiaramente assolutamente positiva dal punto di vista della scoperta scientifica ma le persone però hanno cominciato a sviluppare delle problematiche di natura neurologica:  Hanno cominciato a diventare particolarmente stressate  Hanno cominciato ad avere delle sintomatologie cliniche associate a delle patologie neurologiche non solamente legate allo stress ma anche delle complicanze delle forme di isteria Si è scoperto che quella vita frenetica aveva l'influenza sull'equilibrio interno e quindi sull’omeostasi del nostro corpo. L'omeostasi è quel concetto per il quale a livello cellulare, a livello del tessuto, a livello dell'intero organo viene assicurata un mantenimento dei parametri fisiologici che sono prevalentemente legati al mantenimento dell'integrità e mantenimento della sopravvivenza, senza però perdere la propria dinamicità in risposta a quello che può essere la perturbazione esterna che noi siamo soggetti subire. Questo significa che, durante il corso della giornata, noi abbiamo degli input esterni che fanno sì che il nostro corpo risponda in maniera attiva o meno attiva davanti a quel dato evento. Questa purtroppo è una problematica sociale la vita frenetica di tutti i giorni incide sulla salute degli individui cioè l'aumento delle attività nell’arco di una giornata ha ridotto per esempio la fertilità nelle donne e negli uomini e ha portato a un ritardo nella formazione delle famiglie. Allostasi 5

Allostasi è la capacità di mantenere la stabilità del sistema fisiologico attraverso il cambiamento. È una stabilità che riguarda le funzioni primarie quindi quelle che non possono essere modificate e che è fondamentale che rimangano conservate per garantire la sopravvivenza della propria specie e dell'intero organismo. Ma è una variabilità che segue una Fitness che è molto proattiva nei confronti dell'input esterno che viene ricevuto ed è supportata dalla risorsa energetica individuale perché per adattarsi al cambiamento occorre spendere dell'energia che in qualche modo va ricompensata quindi ci sono delle modificazioni che possono far variare la nostra risposta biologica. slideL'allostasi è la capacità di mantenere la stabilità dei sistemi fisiologici per mezzo del cambiamento. È un meta-sistema di regolazione che mantiene la stabilità dei sistemi essenziali per la vita (sistemi omeostatici). La funzione dell'allostasi non è la costanza dei sistemi tramite il controllo omeostatico di alcune variabili, ma piuttosto la fitness del sistema rispetto alle domande poste dall'ambiente all'organismo in regime di selezione naturale. Questa capacità dipende dall'efficienza dell'organismo nel regolare sia la fisiologia sia i meccanismi comportamentali che supportano e modulano la fisiologia stessa. Un adattamento che coinvolge solo la fisiologia periferica (che modifica cioè solo i parametri finali di un processo complesso) rischia quindi di essere contrastato dai comportamenti e dai meccanismi di compensazione fisiologica che stanno a monte delle modificazioni dei parametri finali. Quando l'organismo è sottoposto a sfide ambientali entra in uno stato allostatico. Feedback Vista in quest'ottica è chiaro che qualunque evento esterno scatena una risposta dentro di noi che ha un riflesso su quello che è il mondo esterno, questo duplice orientamento di informazioni ha fatto nascere il concetto di feedback. Feedback è il processo per il quale si ha un riflesso d'azione su un secondo elemento che può correggere rispondendo o amplificando o riducendo uno stesso input che l'ha generato. Possiamo avere feedback:  Di natura positiva  Di natura negativa Meccanismo generale del feedback. Di fatto noi siamo in una zona di equilibrio. L’equilibrio risponde a determinati stimoli muovendosi maniera up o down regolata lo fa attraverso la risposta mediata da recettori che dirama al nostro sensore centrale controllo, che scatta quando arriva da ricettori sensoriali rimandando a degli effettori un segnale, il quale segnale andrà ad agire modulando la risposta generale per riportare l'omeostasi.

Esempi di feedback 6

1. L’esempio classico è quello dello sciacquone dove ha questo sistema di leve attraverso le quali è possibile regolare il livello di acqua in entrata e in uscitaLa stessa identica cosa avviene con i sistemi a feedback. 2. Un altro esempio classico è quello del nostro termostato, noi abbiamo il termostato interno che risponde alla variazione esterna della nostra temperatura, la variazione in alto o in basso in maniera eccessiva nell'ambiente esterno della temperatura fa si che il nostro corpo attui dei meccanismi di compensazione per prevenire il congelamento o per prevenire l’ebollizione nel nostro sangue. Riesce a fare questo perché c'è un centro controllo che dice come deve variare la temperatura nel caso sia troppo bassa in alzandola attraverso i cosiddetti brividi o nel caso invece sia troppo alta aumentando la sudorazione. Il nostro corpo risponde agli stimoli esterni e attraverso il nostro centro controllo decide come rispondere a questi stimoli esterni, associato poi all’accurvamento dell'equilibrio noi abbiamo una serie di eventi a cascata che possono innescarsi per esempio nel caso dei brividi ci sono delle micro contrazioni del nostro sistema muscolare che aiuta ad aumentare la temperatura del nostro corpo. 3. Un altro esempio è quello legato a un controllo della glicemia anche qua risponde a una variazione rispetto a un X valore. Quando noi mangiamo abbiamo una produzione di glucosio che deve essere in qualche modo compensata attraverso la produzione insulina. La produzione di insulina diminuisce quindi si ha una diminuzione dell'apporto di glucosio e quindi è un marcatore di feedback negativo. 4. Esempio del controllo della pressione arteriosa. La pressione arteriosa risponde a una serie di perturbazioni esterne soprattutto di natura emotiva, vagale, piuttosto che a eventi interni che invece sono legati più a dei processi che potenzialmente potrebbero essere patologici (una iperventilazione perché c'è uno stato di ansia, infarto ecc...) Così come abbiamo dei feedback negativi che quindi sono di modulazione down, abbiamo anche dei modulatori positivi (sono una quantità inferiore rispetto a quelli negativi). Tra quelli di natura positiva abbiamo quelli legati al mondo del ciclo ovarico e della gravidanza perché la demolizione, formazione del tessuto e la retrazione sono dei fenomeni che sono legati proprio al feedback positivo. Troviamo rappresentati in termini generici il feedback negativo e il feedback positivo. il feedback positivo prevede che rispetto a una situazione di equilibrio anche se non è propriamente definibile tale, ma è una situazione di non attività noi possiamo avere: - o un'esplosione in questo caso quindi amplificazione - oppure un blocco totale cioè una sop...