Riassunto - Conti con integrazioni dal Kandel.PDF.ParteII PDF

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Summary

Disclaimer: Il contenuto di questo riassunto mi è stato "donato" attraverso un gruppo facebook (purtroppo non ricordo quale nè chi è stato a passarmelo) io ho semplicemento sistemato la grafica (per favorire la stampa in B/N) e ristrutturato il layout. Enjoy it! ...

Description

FISIOLOGIA DEGLI ORGANI E DEI SISTEMI •

Sezione I: SISTEMA NERVOSO o

I. Organizzazione morfofunzionale del sistema nervoso

o

II. Fisiologia generale del telencefalo

o

III. Sistemi sensoriali

o

IV. Sistemi motori

o

V. Funzioni superiori

o

VI. Sistema nervoso vegetativo e relazioni tra sistema autonomo e sistema immunitario

•

Sezione II: SISTEMA ENDOCRINO

•

Sezione III: SANGUE E SISTEMA CARDIOVASCOLARE

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Sezione IV: SISTEMA RESPIRATORIO

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Sezione V: SISTEMA GASTROINTESTINALE E NUTRIZIONE UMANA

•

Sezione VI: COMPARTIMENTI IDRICI E SISTEMA RENALE

•

Sezione VII: FUNZIONI OMEOSTATICHE E ADATTATIVE INTEGRATE o

I. Fisiologia delle grandi relazioni integrate

o

II. Fisiologia degli adattamenti

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11. OMEOSTASI E SISTEMI FISIOLOGICI DI R EGOLAZIONE E CONTROLLO Stato stazionario o equilibrio dinamico → condizione di equilibrio determinata da forze che agiscono in senso contrario. Omeostasi → stato che risulta dall’interazione di una serie di stati stazionari; in questo stato sono mantenute dinamicamente entro limiti ristretti tutte le condizioni dell’ambiente interno di una cellula grazie a processi autoregolati. L’insieme dei meccanismi che contribuiscono all’omeostasi svolge un ruolo fondamentale nell’adattamento dell’organismo alle variazioni ambientali. SISTEMI DI CONTROLLO IN FISIOLOGIA Un sistema è una struttura reale e circoscritta costituita da elementi uniti da interazioni misurabili. I sistemi biologici sono aperti → scambiano materia o energia con l’ambiente: possiedono quindi un ingresso (input), uno stato e un’uscita (output). L’insieme dei processi che nel sistema opera sugli input trasformandoli in output è detto operatore (o funzione di trasferimento) . Si crea una rete di sistemi (supersistemi) quando gli output di un sistema rappresentano gli input per altri. Nei sistemi lineari l’output è in ogni momento la somma algebrica delle risposte individuali a ogni singolo input (principio di sovrapposizione) → input maggiori generano output maggiori esattamente nello stesso rapporto (principio di graduazione proporzionale). I sistemi biologici sono non-lineari ma spesso approssimabili ai lineari. Un sistema è controllato quando i suoi ingressi sono manipolati in maniera tale da causare variazioni predeterminate (o da non causare variazioni) delle sue uscite. Alcune uscite (variabili controllate) rappresentano un sottogruppo di tutte le uscite del sistema controllato. Le perturbazioni (o disturbi) sono tutte le entrate non controllate, che quindi producono modificazioni non volute nello stato del sistema. Le funzioni forzanti (o forzanti) sono le output del sistema detto controllore: queste possono essere manipolate e la funzione del controllore è generare forzanti adeguate ai propri input, chiamati set point (o segnali comando o valori di riferimento), che derivano dai sensori. I sensori misurano la variabile controllata e definiscono lo stato del sistema: ricevono o le perturbazioni stesse (sistema di controllo a feedforward) o la variabile controllata, cioè gli effetti che una perturbazione ha avuto sullo stato del sistema (sistema di controllo a feedback). Regolazione → processo o insieme di processi che mantengono lo stato di un sistema o il valore di una determinata variabile Controllo → specifico meccanismo utilizzato per mantenere costante la variabile regolata; è un mezzo per ottenere la regolazione 64

SISTEMI DI CONTROLLO A FEEDFORWARD (“ALL OSTATICI”) La perturbazione è rilevata dal sensore prima che induca i suoi effetti sullo stato del sistema, quindi il controllore sa calcolare gli effetti che la perturbazione indurrà sulla variabile regolata e li previene evitando al sistema di applicare poi interventi correttivi. Questi sono molto rari in fisiologia perché dovrebbero avere sofisticati meccanismi predittivi per i molteplici (e dinamici) potenziali disturbi al sistema. SISTEMI DI CONTROLLO A FEEDBACK La perturbazione esercita la propria azione sul sistema, modificandone lo stato e quindi l’uscita, che viene rilevata dal sensore; questi sistemi quindi non richiedono meccanismi predittivi ma sono più lenti (occorre aspettare l’output) e tendono a produrre oscillazioni in caso di azioni correttive eccessive. Il sensore rileva la variabile controllata; il suo output è proporzionale al valore della variabile controllata e al suo valore è sottratto il set point (che è il valore desiderabile della variabile regolata) generando il segnale errore: questo viene poi amplificato, elaborato e inviato al sistema controllato come funzione forzante. Il segnale errore può essere positivo o negativo: se l’azione del controllore ha segno opposto a quella del segnale errore è detta negativa ( → feedback negativo), altrimenti è positiva (→ feedback positivo). Solo i sistemi a feedback negativo sono regolatori omeostatici. SISTEMI DI CONTROLLO A FEEDBACK NEGATIVO È finalizzato a ridurre la differenza tra la variabile regolata e il set point → mantenere entro un certo ambito la variabile (generare equilibrio). Un esempio è la regolazione della temperatura. L’entità della riduzione dell’errore provocato dalla perturbazione è determinata dal guadagno (o amplificazione), che stabilisce il grado di efficienza con cui un sistema di controllo mantiene costanti le condizioni (l’azione del sistema può poi dipendere da altri parametri). Elevati guadagni comportano però il rischio di generare instabilità nel sistema, soprattutto perché nei sistemi reali la correzione avviene dopo un certo intervallo di tempo e può quindi non essere più totalmente appropriata e divenire un disturbo essa stessa (ciò può generare saturazione del sistema o generare oscillazioni). Il set point è la risultante di una complessa serie di operazioni nervose e perciò variabile nel tempo e soggetto a influenze. I sistemi di controllo in cui il set point non è costante ma varia con il tempo sono detti servomeccanismi e l’input al controllore è detto segnale comando e non set point. SISTEMI DI CONTROLLO A FEEDBACK POSITIVO Non sono regolatori omeostatici; amplificano la differenza e il sistema tende alla crescita o al declino esponenziale, fino all’esplosione o al blocco.

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MECCANISMI E ETEROGE NEITÀ DEI CIRCUITI DEI SISTEMI DI CONTROLLO A FEEDBACK NEGATIVO Questi meccanismi omeostatici sono mediati da: Riflessi → il sensore è rappresentato da specifici recettori, il controllore da cellule e fibre nervose che ricevono il segnale, lo elaborano e trasmettono al sistema controllato per riportare verso il valore di riferimento la variabile. Mediati sia da componente simpatica che parasimpatica Meccanismi ormonali → il sensore è un recettore (proteina recettoriale), il controllore sono le vie di trasduzione del segnale e la modifica di produzione di ormoni è la funzione forzante. Spesso meccanismi ormonali e nervosi contribuiscono entrambi alla regolazione di una variabile. In alcuni casi anche il comportamento contribuisce all’omeostasi aggiungendosi a questi due meccanismi. Nei circuiti semplici la variabile controllata viene rilevata da un sensore che attiva il controllore di quella variabile. Se questa è rilevata da più di un sistema e i loro output collaborano a controllarla si parla di circuiti multipli, che introducono ridondanza e maggiore sicurezza, oltre che complessità (con interazione tra meccanismi omeostatici si intende la condizione in cui più sistemi di controllo inviano funzioni forzanti allo stesso sistema controllato). OMEOSTASI E CONTROLLO ADATTATIVO I meccanismi omeostatici hanno un fondamentale significato adattativo, in quanto permettono il mantenimento di parametri vitali entro limiti compatibili con il perfetto funzionamento dell’organismo anche in presenza di significative variazioni dell’ambiente esterno. Esistono tuttavia anche sistemi di controllo adattativo non basati sui meccanismi omeostatici a feedback (es. degeneranza o sistemi allostatici capaci di apprendimento).

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12. SISTEMA NERVOSO: COMPONENTI E ORGANIZZAZIONE Le funzioni nervose dipendono da cellule che hanno le stesse proprietà di quelle che compongono gli altri organi ma che si distinguono per la loro capacità di comunicare. Il sistema nervoso è suddiviso in: •

Sistema nervoso centrale (SNC) → cervello + midollo spinale (rivestiti da meningi)

•

Sistema nervoso periferico (SNP) → gangli periferici, recettori sensoriali e porzioni periferiche dei nervi spinali e cranici (tranne il II)

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Sistema nervoso autonomo o vegetativo (SNA o SNV) → regolazione funzioni viscerali.

È costituito da cellule nervose (neuroni) e da cellule gliali. NEURONI I neuroni sono cellule specializzate per la ricezione e la generazione di segnali. Vi si distinguono 4 domini funzionali: •

Corpo cellulare (o soma) → è il centro genetico e metabolico.

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Dendriti → processi ramificati che emergono dal corpo; membrana ricca di recettori per neurotrasmettitori → principale apparato per ricezione di segnali; spesso hanno piccole escrescenze, le spine dendritiche.

•

Assone → origina dal corpo (dal cono d’emergenza o monticolo assonico) da cui può allontanarsi per ampie distanze, a cui segue il segmento iniziale dove generalmente si genera il potenziale d’azione; non possiede ramificazioni (dà però collaterali) e può essere rivestito da mielina. È deputato alla trasmissione e nel suo citoplasma (assoplasma) ci sono numerosi microtubuli e neurofilamenti per stabilità strutturale e scambi bidirezionali di molecole tra corpo e terminale.

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Terminale presinaptico (assonico) → contiene vescicole sinaptiche e l’apparato molecolare per la liberazione di neurotrasmettitori, oltre a numerosi mitocondri.

Sono cellule estremamente polarizzate; le proteine sono sintetizzate nel corpo e poi trasportate lungo l’assone (trasporto anterogrado, stessa direzione del potenziale d’azione), e alcune componenti invece sono riportate al corpo (trasporto retrogrado). Entrambi i trasporti consumano ATP e dipendono molto dai microtubuli; la teoria prevalente è che i microtubuli siano come rotaie su cui si muovono le proteine vettrici, ma per alcuni sono mobili. Il trasporto anterogrado Può essere: •

Trasporto rapido → 50-400 mm/die; trasporto di organuli delimitati da membrane e alcune molecole prodotte dal corpo cellulare; proteine vettrici sono soprattutto chinesine (ATPasi, si muovono verso l’estremità + del microtubulo).

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•

Trasporto lento di tipo A → 0,3-3 mm/die; trasporto di proteine di microtubuli e neurofilamenti

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Trasporto lento di tipo B → 2-8 mm/die; trasporto proteine dei microfilamenti e citoplasmatiche

Il trasporto retrogrado Interessa componenti di vescicole sinaptiche, mitocondri e segnali neurotrofici; ha velocità simile a quella dell’anterogrado rapido e è mediato probabilmente dalle dineine. Una delle classificazioni dei neuroni è sulla base del numero di dendriti: neuroni unipolari, neuroni bipolari (processi che emergono dai due poli), neuroni pseudounipolari (bipolari in cui i processi si sono fusi in uno che poi si ramifica in due rami entrambi assonali), neuroni multipolari (i più presenti, molti processi dendritici e un assone). Funzionalmente invece si distinguono: •

Neuroni di proiezione (o di tipo I di Golgi o di relais o principali) → assone raggiunge regioni distanti rispetto a quella del corpo

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Interneuroni (o di tipo II di Golgi o locali o intrinseci) → assone rimane vicino al corpo senza uscire dalla struttura in cui è collocato.

Osservazioni sulla dottrina del neurone con modifiche sulla base delle attuali conoscenze: •

I neuroni sono generalmente unità anatomiche distinte; tuttavia le gap junction rappresentano una forma diretta di comunicazione interneuronale che in quei casi non li può far definire distinti

•

Lo sviluppo di un neurone dipende sia dal proprio patrimonio genetico che dall’interazione con l’ambiente; inoltre, l’espressione dei geni di un dato neurone è regolata sia dalla presenza di molecole prodotte da quel neurone che da altri neuroni (passano tramite gap junction)

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Il neurone è generalmente un’unità metabolica indipendente, anche se in certi casi dipende ad esempio dagli astrociti; inoltre, esistono subunità o domini metabolici distinti nell’ambito di un singolo neurone

•

Legge della polarizzazione dinamica: i dendriti sono la porzione ricevente e gli assoni quella trasmittente; esistono comunque anche sinapsi assoassoniche e dendrodendritiche; inoltre alcune funzioni non possono esimersi dal considerare le cellule gliali.

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La principale revisione che va fatta a questa teoria è che il neurone non è l’unica unità funzionale del sistema nervoso, in quanto ci sono altri livelli organizzativi: un livello è rappresentato dalle sinapsi; altri dalla modalità con cui le sinapsi di pochi elementi si organizzano (microcircuiti, vedi immagine) e nel modo in cui questi si raggruppano in subunità dendritiche; le relazioni sinaptiche che si stabiliscono fra le fibre afferenti a una determinata struttura e i neuroni presenti costituiscono i circuiti locali. Gli assoni dei neuroni di proiezione comunicano con altre strutture stabilendo sistemi interregionali di comunicazione. Si crea una estesa rete di connessioni in cui si verificano numerose elaborazioni che rappresentano il substrato dei sistemi comportamentali. CELLULE GLIALI Presenti sia nel SNC (astrociti, oligodendrociti (macroglia) e cellule di microglia), che nel SNP (cellule di Schwann, cellule satelliti e cellule gliali enteriche). Sono gli elementi cellulari più numerosi nel SN. ASTROCITI Hanno una complessa rete di processi ramificati che da una parte si insinuano nel neuropilo (tra neuroni e loro processi) e dall’altra si espandono in prossimità dei vasi sanguigni (pedicelli) o della superficie del SNC (glia limitans); presenti anche nei nodi di Ranvier. Spesso hanno un filamento intermedio detto proteina fibrillare acida gliale (GFAP). Sono connessi agli altri astrociti da gap junction. Si distinguono astrociti fibrosi (soprattutto nella sostanza bianca e con processi lunghi e sottili), protoplasmatici (nella grigia e con processi brevi e ramificati) e radiali (perpendicolari all’asse dei ventricoli e allungati). Gli astrociti contribuiscono alla regolazione dell’ambiente extracellulare dei neuroni e partecipano all’attività sinaptica. REGOLAZIONE DELL’AMBIENTE EXTRACELLULARE DEI NEURONI. Si occupano di supporto metabolico ai neuroni, regolazione della composizione del microambiente neuronale e regolazione dell’apporto ematico (cap.13). Il potenziale di membrana degli astrociti è più negativo di quello dei neuroni (hanno maggiore permeabilità al potassio, soprattutto canali Kv (di tipo IR), cosa che li rende più sensibili a variazioni di K+ extracellulare). Non generano potenziali d’azione perché il rapporto tra canali di sodio e di potassio è troppo basso. L’accumulo di potassio extracellulare secondario all’attività neuronale influenza l’attività morfofunzionale del sistema nervoso degli astrociti: aumentano metabolismo del glucosio per dare ai neuroni più acido lattico e hanno un influsso di bicarbonato (quindi nell’ambiente intracellulare ho una alcalinizzazione indotta da depolarizzazione). 69

Contribuiscono quindi alla regolazione del potassio tramite pompa Na+/K +, cotrasportatore Na+/K+/Cl- e canali di potassio e cloro; inoltre operano il tamponamento spaziale: grazie alle gap junction infatti il potassio può passare tra gli astrociti verso regioni dove è meno concentrato. Significato omeostatico: se aumenta [K+] e vuol dire che i neuroni sono attivi, quindi gli astrociti forniscono i substrati per dare energia e ne riducono la eccitabilità abbassando il pH e riducendo [K+] e con vari meccanismi.

REGOLAZIONE DELL’ATTIVITÀ SINAPTICA. I processi astrocitari che si insinuano nel neuropilo in alcuni casi raggiungono le sinapsi e si dispongono attorno agli elementi pre- e postsinaptici, interrompendo la continuità tra vallo sinaptico e liquido extracellulari → isolamento sinapsi → non c’è diffusione di neurotrasmettitore a sinapsi vicine. Gli astrociti hanno sistemi di captazione ad alta affinità (trasportatori della membrana plasmatica) per molte molecole a azione sinaptica ma soprattutto glutammato e GABA. Grazie ai trasportatori del Glu (EAAT1-5, soprattutto EAAT1 o GLAST e EAAT2 o GLT1 nei processi astrocitari distali) modulano e terminano l’azione sinaptica del glutammato; per il GABA nelle sinapsi c’è un trasportatore sulla membrana del terminale assonico (GAT1) e uno su quella dei processi astrocitari (GAT3). Gli astrociti sintetizzano anche molecole ad azione sinaptica; in particolare nel ciclo della glutammina producono questo AA che poi liberano per farlo captare dai neuroni che lo convertiranno a glutammato (possono produrlo anche dal glucosio intraneuronale). Dalla decarbossilazione del Glu si ottiene GABA. In virtù del fatto che gli astrociti sono in grado di liberare neurotrasmettitori e esprimono molti recettori per questi, si pensa che rappresentino una componente attiva di un complesso sistema bidirezionale di comunicazione con i neuroni (anche efferenze estrinseche possono modulare i recettori astrocitari).

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OLIGODENDROCITI Corpo sferico o poligonale, da cui emergono pochi processi primari che danno origine a processi secondari a decorso parallelo, spesso terminanti con strutture anulari. Presenti in tutto il SNC, nella sostanza bianca allineati tra le fibre nervose (oligodendrociti interfascicolari, responsabili del processo di mielinizzazione), e nella sostanza grigia associati a fibre nervose o neuroni per regolare il microambiente neuronale. Sono connessi da gap junction e esprimono recettori per il Glu. MIELINIZZAZIONE NEL S NC Ogni processo oligodendrocitico prende contatto con un assone e lo avvolge gradualmente, fino a che le sue due estremità vengono a contatto; poi si continua a allungare formando una spirale, e al termine del processo il citoplasma permane solo nelle porzioni iniziale e terminale. CELLULE DI SCHWANN E CELLULE SATELLITI Nel SNP le cellule satelliti avvolgono i corpi cellulari dei neuroni mentre gli assoni (sia mielinizzati che amielinici) sono avvolti dalle cellule di Schwann. Queste possono essere incapsulanti, cioè presentano invaginazioni nelle quali si localizzano assoni amielinici (Ø 0,4-1 μm), o mielinizzanti, associate a assoni di 1-15 μm. Questa differenziazione e altre caratteristiche funzionali sono regolate dall’assone stesso. MIELINIZZAZIONE NEL SNP. Il processo è simile a quello del SNC, ma ogni cellula di Schwann provvede alla mielinizzazione di un solo assone (mentre nel SNC ogni oligodendrocito mielinizza numerosi assoni) e inoltre la composizione della mielina è diversa tra SNP e SNC. CELLULE DI MICROGLIA Sono estremamente numerose e si pensa di origine mesodermica; nel SNC dell’adulto ci sono tre tipi fondamentali: a riposo (o ramificate); attivate (o reattive) in stati patologici ma non fagocitiche; fagocitiche, come macrofagi. Sembrano avere funzione di cellule immunocompetenti e/o immunoeffettrici (la loro attivazione è un processo difensivo a volte rilasciano molecole tossiche). MICROAMBIENTE NEURONALE È fondamentale che i neuroni siano immersi in un ambiente che favorisca la loro funzione e prevenga la comparsa di condizioni inappropriate → microambiente neuronale, ovvero il liquido extracellulare che bagna i neuroni (però in comunicazione con liquor, processi astrocitari e capillari). Il liquor o liquido cefalorachidiano è un liquido incolore, la cui composizione è finemente regolata, che riempie i ventricoli cerebrali e forma nello spazio subaracnoideo un sottile strato che circonda il cervello e il ...