Fisiologia animale - Prof. Mauro Giorgi, Appunti di Fisiologia Umana

Scarica Fisiologia animale - Prof. Mauro Giorgi e più Appunti in PDF di Fisiologia Umana solo su Docsity! CUORE E CIRCOLAZIONE L’apparato cardiovascolare è costituito da una pompa muscolare (cuore) e da una serie di condotti (i vasi sanguigni) nei quali si muove un fluido (il sangue) che viene pompato in tutto il corpo, il cuore e i vasi sono anche indicati complessivamente come apparato circolatorio. Il compito del sangue che si muove nell’apparato circolatorio è trasportare e trasferire da un tessuto all’altro gas respiratori, nutrienti, prodotti di scarto, ormoni, calore, cellule e molecole del sistema immunitario. L’apparato cardiovascolare trasporta nel sangue i materiali da e verso tutte le regioni corporee. Tra le tante sostanze trasportate ci sono due gas: l’ossigeno e l’anidride carbonica: l’ossigeno, necessario per la respirazione cellulare, entra nella circolazione a livello dei polmoni e viene trasportato a tutte le cellule del corpo; l’anidride carbonica, prodotto di scarto della stessa respirazione cellulare, segue il percorso inverso. Ma le caratteristiche che rendono efficiente l’apparato sono tre: - l’apparato cardiovascolare è un sistema chiuso  il sangue si muove sempre all’interno dei vasi sanguigni e non entra mai in contatto diretto con il liquido interstiziale. Gli scambi tra il angue e il liquido interstiziale avvengono esclusivamente attraverso le pareti dei vasi più sottili, ovvero i capillari, che filtrano ciò che esce e ciò che entra. - l’apparato è organizzato in modo da formare due circuiti distinti  la circolazione polmonare ha lo scopo di ossigenare il sangue ed eliminare l’anidride carbonica; la circolazione sistemica, invece, distribuisce l’ossigeno, i nutrienti e le sostante utili a tutti i tessuti del corpo e, inoltre, preleva l’anidride carbonica e le sostanze di scarto. - il cuore è diviso in quattro camere  l’atrio e il ventricolo sulla parte destra del nostro corpo corrispondono al cuore destro; l’atrio e il ventricolo sulla sinistra costituiscono il cuore sinistro. Il cuore destro non è in comunicazione con il cuore sinistro. MOVIMENTI DEL SANGUE  Il cuore umano è un organo muscolare cavo, diviso in quattro camere: due arti e due ventricoli. Gli arti ricevono il sangue dalle grandi vene e ciascuno di essi lo trasferisce al sottostante ventricolo; i ventricoli spingono con forza il sangue nei due circuiti (la circolazione doppia permette una distribuzione più rapida e un maggiore flusso di sangue nei tessuti). Per facilitare il flusso del sangue, nel cuore sono presenti quattro valvole: - due valvole atrio-ventricolari, poste fra gli atri e ventricoli, impediscono il reflusso del sangue nell’atrio quando il ventricolo si contrae; - due valvole semilunari (valvola polmonare e aortica), poste fra i ventricoli e le arterie maggiori, prevengono il reflusso di sangue nei ventricoli quando questi si rilassano. Riassumendo: la circolazione polmonare ha inizio dal ventricolo destro, con le arterie polmonari, e termina nell’atrio sinistro, con le vene polmonari; la circolazione sistemica, invece, parte dal ventricolo sinistro, con l’aorta, e si conclude nell’atrio destro, con le vene cave. 1) L’atrio destro riceve il sangue povero di ossigeno dalla vena cava superiore e dalla vena cava inferiore; queste vene dall’ampio calibro raccolgono il sangue che sta tornando al cuore rispettivamente dalla parte superiore e inferiore del corpo. 2) Dall’atrio destro, il sangue passa attraverso una valvola atrio- ventricolare chiamata valvola tricuspide, posta nel ventricolo destro. 3) Il ventricolo destro, a questo punto, si contrae, portando alla chiusura della valvola atrio-ventricolare e pompando il sangue in una grande arteria che si suddivide, a sua volta, in due arterie polmonari (dirette ai polmoni). 4) Nei polmoni le arterie si ramificano; all’interno dei capillari il sangue si carica di ossigeno e si libera dell’anidride carbonica. 5) Il sangue ossigenato passa dai capillari alle vene polmonari, che si dirigono dai polmoni all’atrio sinistro. 6) Dall’atrio sinistro il sangue entra nel ventricolo sinistro attraverso un’altra valvola atrio-ventricolare chiamata valvola bicuspide, o mitrale. 7) L’aumento di tensione, generato dalla contrazione delle pareti del ventricolo sinistro, chiude la valvola bicuspide e, quando la pressione nel ventricolo sinistro è abbastanza alta, apre la valvola aortica. A questo punto, il sangue si riversa nell’aorta per ricominciare il proprio percorso attraverso il corpo. VASI SANGUIGNI  Le arterie sono i vasi che trasportano il sangue dal cuore ai vari organi; esse si ramificano in vasi più piccoli chiamati arteriole, che a loro volta alimentano i letti capillari, ovvero un’estesa rete di vasi di dimensioni minuscole chiamati capillari, i quali connettono tra loro le arterie e le vene. All’interno dei capillari, mentre il sangue fluisce, alcune sostanze diffondono. Di conseguenza il sangue che entra in un capillare modifica gradualmente la sua composizione. Nella circolazione sistemica, ad esempio, il sangue entra ad un’estremità del capillare ricco di ossigeno e privo di anidride carbonica e ne esce, all’estremità opposta, privo di ossigeno e ricco in anidride carbonica. La situazione opposta si verifica nei capillari della circolazione polmonare. Piccoli vasi chiamati venule drenano, poi, i letti capillari e si uniscono insieme a formare vasi più grandi definiti vene, che trasportano il sangue verso il cuore. Il flusso sanguigno attraverso le vene che si trovano sopra il livello del cuore è favorito dalla gravità. Sotto il livello del cuore, invece, il ritorno venoso avviene contro gravità. La forza più importante che spinge il sangue da queste regioni al cuore è la compressione delle vene dovuta alle contrazioni dei muscoli scheletrici che le circondano. CUORE  Il cuore è un organo situato nella cavità toracica, dietro lo sterno e in mezzo ai polmoni. Anatomia del cuore: La parete del cuore è costituita da tre strati: - l’endocardio, che è il sottile strato epiteliale che riveste le cavità interne e forma le valvole; - il miocardio, che è lo strato muscolare e forma la struttura vera e propria della parete; - l’epicardio, ovvero una sottile membrana sierosa che riveste esternamente il cuore. Esternamente all’epicardio si trova un’altra membrana sierosa che collega il cuore allo sterno e al diaframma, mantenendolo in posizione nel torace. Tale complesso (l’epicardio e la membrana esterna) costituisce il pericardio. Ciclo cardiaco: Atri e ventricoli alternano fasi di rilassamento, nelle quali si riempiono di sangue, e fasi di contrazione durante le quali si svuotano, spingendo il sangue nei due circuiti. Queste fasi interessano contemporaneamente i due lati del cuore che si alternano in modo che il flusso del sangue sia sempre unidirezionale. L’intera sequenza costituisce il ciclo cardiaco, che ha una durata di circa 0,8 secondi e comprende fasi di sistole (contrazione) e fasi di diastole (rilassamento). - Diastole (0,4 s): Il miocardio è rilassato, le valvole atrio-ventricolari sono aperte e il sangue entra spontaneamente negli atri e nei ventricoli; le valvole semilunari sono chiuse. - Sistole atriale (0,1s): Durante questa fase brevissima gli atri si contraggono e si svuotano, spingendo con forza tutto il sangue nei ventricoli che sono ancora in diastole. - Sistole ventricolare (0,3s): I ventricoli cominciano a contrarsi e la pressione al loro interno diventa più lata di quella presente negli atri. Tale crescita di pressione provoca l’apertura delle valvole semilunari, permettendo al sangue di fluire nell’aorta e nelle arterie polmonari. Osservando il grafico sarà possibile, quindi, affermare che a pressioni elevate (arterie) la velocità di scorrimento del sangue risulterà essere maggiore, e viceversa (capillari). Per poter chiarire ciò è necessario tener conto dell’equazione: 𝑽 = 𝑭𝒍𝒖𝒔𝒔𝒐 𝑺𝒆𝒛𝒊𝒐𝒏𝒆 Da tale equazione riscontriamo che la velocita è la sezione sono valori inversamente proporzionali; ciò implica che a sezioni elevate vi sarà una velocità di scorrimento del sangue minore, che favorisce lo scambio di sostanze (capillari  essendone molti la sezione totale è maggiore); mentre, a sezioni minori la velocità di scorrimento del sangue risulterà essere elevata (arterie). - Tubulo renale: Nel tubulo renale avvengono le altre due fasi del processo di formazione dell’urina (riassorbimento e secrezione) che modificano la composizione del filtrato renale. In tale struttura si distinguono tre diversi tratti chiamati tubulo contorto prossimale, ansa di Henle e tubulo contorto distale. Il tubulo contorto prossimale è il segmento iniziale e si trova per la maggior parte nella corticale, ma si estende per un tratto nella midollare formando un’ansa ad U chiamata ansa di Henle. Quando raggiunge la corticale, il tratto ascendente dell’ansa di Henle diventa il tubulo contorto distale. All’interno della corticale, i tubuli contorti distali di molti nefroni si riuniscono in un dotto collettore; a loro volta, questi ultimi, tornano a scendere attraverso la piramide renale parallelamente alle anse di Henle, per andare a svuotarsi nella pelvi renale. - Capillari peritubulari: Dall’arteria renale si ramificano arterie sempre più piccole che si irradiano nella corteccia; inoltre un’arteriola afferente porta il sangue a ciascuno glomerulo. Il sangue in uscita dal glomerulo è raccolto da un’arteriola efferente che dà origine ai capillari peritubulari, la maggior parte dei quali circonda le porzioni corticali dei tubuli. Tali capillari servono da siti di scambio fra il filtrato presente nei tubuli renali e il liquido extracellulare. Tutti i capillari peritubulari provenienti da un nefrone si riuniscono in una venula che, a sua volta, si riunisce con le venule provenienti da altri nefroni per raggiungere la vena renale. PRODUZIONE DI URINA  La produzione di urina nei nefroni avviene in tre tappe. MECCANISMI DI AUTOREGOLAZIONE (regolano il flusso ematico renale e la velocità di filtrazione) - Meccanismo miogenico: Uno dei meccanismi che regola la funzione dei reni è la dilatazione delle arteriole renali afferenti quando la pressione sanguigna cala bruscamente. Questa dilatazione diminuisce la resistenza nelle arteriole e aiuta a mantenere una pressione sanguigna stabile all’interno del glomerulo. - Feedback tubulo glomerulare: Si attua tramite variazioni del calibro dell’arteriola afferente date dai sistemi renina-angiotensina e della macula densa (punto di passaggio fra il segmento rettilineo e quello convoluto del tubulo distale. Se la dilatazione delle arteriole non basta, il rene rilascia nel sangue un enzima, la renina. Quest’ultima agisce su una proteina presente in circolo per convertirla in un ormone attivo, chiamato angiotensina. - L’angiotensina provoca una contrazione delle arteriole renali efferenti che aumenta la pressione del sangue nei capillari glomerulari. - L’ormone provoca, inoltre, un restringimento dei vasi sanguigni periferici di tutto il corpo, aumentando la pressione sanguigna sistemica. - L a corteccia surrenale viene stimolata a rilasciare un altro ormone, l’aldosterone, che insieme all’angiotensina stimola il riassorbimento di sodio da parte del rene rendendo, così, più efficace anche il riassorbimento di acqua. Aumentando il riassorbimento di acqua è possibile mantenere stabile il volume ematico e, quindi, anche la pressione sanguigna. - Infine, l’angiotensina agisce sul cervello per stimolare il senso della sete. La sete ci fa bere di più permettendo, così, l’aumento del volume ematico e la pressione sanguigna. Filtrazione glomerulare: Il sangue viene filtrato all’interno del glomerulo, che risulta essere estremamente permeabile a determinate sostanze ed impermeabile alle molecole più grandi. La filtrazione non è un processo attivo e avviene sempre attraverso le pareti dei capillari grazie alla spinta fornita dalla pressione del sangue. L’acqua e le molecole a basso peso molecolare (glucosio, sali minerali, composti azotati, amminoacidi) attraversano le pareti dei capillari e passano all’interno della capsula di Bowman, mentre le cellule del sangue restano nei vasi sanguigni. Riassorbimento tubulare: Dal glomerulo il filtrato passa nel tubulo renale. Le cellule che rivestono la superficie di tale tubulo modificano il filtrato glomerulare attraverso il riassorbimento di specifici ioni, sostanze nutritive ed acqua, trasferendo questi ultimi nel sangue e concentrando gli ioni in eccesso e i prodotti di scarto. La maggior parte dei soluti presente nel filtrato glomerulare è riassorbita dal tubulo contorto prossimale. Le cellule di tale tubulo sono caratterizzate da microvilli, necessari per aumentare la superficie di assorbimento. Le sostante passano dal tubulo, attraverso diffusione e trasporto attivo, ai capillari; il glucosio e gli amminoacidi vengono riassorbiti completamente mentre i sali minerali presentano un riassorbimento parziale. Per quanto riguarda l’acqua, invece, viene assorbita per osmosi, ovvero segue passivamente le sostanze assorbite precedentemente; infatti, con lo spostamento delle sostanze ai capillari si crea una disparità di concentrazione che determina lo spostamento, parziale, dell’acqua stessa (importante ansa di Henle). I composti azotati restano nel tubulo in quanto sostanze di scarto. Secrezione tubulare: Il filtrato che giunge dal glomerulo è ulteriormente modificato dalle cellule del tubulo contorto distale che secernono sostanze di scarto rimaste nel sangue dopo la filtrazione. Esse vengono trasportate dal plasma dei capillari peritubulari nell’urina. Tale meccanismo permette anche di eliminare molti farmaci e ioni 𝐻+ (importante per mantenere costane il Ph fisiologico del sangue). I nefroni, inoltre, sono in grado di modulare la loro attività in relazione alle esigenze dell’organismo; questo dipende dalla particolare disposizione dei tratti del tubulo renale a livello dell’ansa di Henle, dove l’acqua viene riassorbita in misura maggiore o minore in base alla pressione osmotica e al volume del plasma presente nei capillari. Le cellule dell’ipotalamo possono, inoltre, stimolare il rilascio dell’ipofisi posteriore di un ormone chiamato ormone antidiuretico (ADH) che può agire sulle acquaporine presenti sulle membrane plasmatiche per aumentare la permeabilità all’acqua delle membrane stesse. Quando il volume ematico è elevato, invece, viene rilasciato il Peptide natriuretico atriale (ANP), ovvero un ormone di origine peptidica prodotto da cellule specializzate del miocardio. - In presenza di un deficit di acqua, la secrezione di ADH aumenta; l’ormone agisce aumentando la permeabilità del tubulo distale e del dotto collettore, provocando il riassorbimento dell’acqua e la conseguente concentrazione dell’urina. - In presenza di un eccesso di acqua, la produzione di ADH si arresta; non si verifica riassorbimento a livello del tubulo distale e del dotto collettore determinando, così, urine diluite. Tale ormone agisce a livello dei reni per ridurre l’acqua, il sodio e i carichi adiposi nel sistema circolatorio abbassando, per questo, la pressione sanguigna. Inoltre, l’ANP, favorisce la diuresi, dilata le arteriole, inibisce l’assorbimento di NaCl e, inoltre, inibisce l’ADH e la renina. APPARATO RESPIRATORIO Le funzioni dell’apparato respiratorio si possono riassumere nei seguenti punti: - scambio di gas tra atmosfera e sangue; - regolazione omeostatica del Ph corporeo (reni più efficienti); - protezioni da patogeni inalati; - vocalizzazione. Mentre le funzioni delle vie aeree sono le seguenti: - collegamento tra aria esterna e alveoli; - riscaldamento dell’aria inspirata; - umidificazione dell’aria inspirata attraverso un surfactante polmonare, ovvero una miscela di fosfolipidi e lipoproteine che agisce sulla superfice degli alveoli ricoprendoli di un velo di fluido; - filtrazione del materiale estraneo attraverso il muco. ANATOMIA DELL’APPARATO RESPIRATORIO UMANO  Posizione dei polmoni: I polmoni umani sono due organi a forma di cono dalla consistenza spugnosa contenuti nelle cavità toraciche destra e sinistra. Posteriormente si estendono dalle clavicole fino al diaframma, un muscolo a cupola che delimita la cavità toracica; anteriormente, invece, si appoggiano alle coste. Esternamente ogni polmone è rivestito da una doppia membrana chiamata pleura: la pleura viscerale aderisce alla superficie esterna del polmone, mentre la pleura parietale aderisce alla parete toracica. Le due pleure delimitano una cavità pleurica al cui interno è presente un sottile strato di fluido lubrificante: in questo modo le due pleure possono scivolare e scorrere l’una sull’altra durante i movimenti respiratori. Gli alveoli, piccoli sacchetti cavi con pareti molto sottili, sono le strutture in cui avviene lo scambio gassoso. Essi sono immersi in un tessuto connettivo abbastanza elastico, chiamato stroma, che li sostiene e conferisce forma e consistenza ai polmoni. Ogni alveolo è rivestito da cellule molto sottili ed è circondato da una fitta rete di capillari, le cui pareti sono costituite anch’esse da cellule con spessore minimo. L’aria contenuta nell’alveo e il sangue che scorre nel capillare, quindi, sono separati solo da un sottilissimo strato di tessuto. L’apparato respiratorio comprende le vie aeree superiori (naso e faringe) e le vie aeree inferiori (laringe, trachea, bronchi e polmoni). L’aria entra nell’apparato respiratorio attraverso la cavità orale o le aperture nasali, che si uniscono a livello della faringe. Questa è un condotto dotato di una parete muscolare che costituisce una via di transito comune sia per il cibo che per l’aria. Dalla faringe l’aria passa nella laringe e poi nella trachea. La laringe accoglie le corde vocali ed è, quindi, l’organo della fonazione. La sua apertura superiore è delimitata dall’epiglottide, una struttura cartilaginea molto elastica che può sollevarsi e abbassarsi: quando si abbassa durante la deglutizione, ad esempio, essa impedisce al cibo di passare dalla faringe nelle vie aeree. La laringe, inoltre, esternamente ha una struttura a forma di scudo chiamata “pomo d’Adamo”. La trachea presenta delle pareti molto sottili che sono in grado di mantenere la propria rigidità grazie a rinforzi cartilaginei a forma di anello. Essa si ramifica in due bronchi, ognuno dei quali porta ad un polmone, ovvero un organo elastico, di grandi dimensioni, in grado di espandersi per accogliere l’aria o ridurre il proprio volume per farla uscire. Nei polmoni, i bronchi si ramificano in vie respiratorie progressivamente più piccole che si estendono a tutte le regioni dei polmoni. Le ramificazioni più sottili sono prive di rinforzo cartilagineo e sono dette bronchioli. Bronchi e bronchioli hanno una parete sottile in cui è presente uno strato di muscolatura liscia che può contrarsi o rilassarsi ostacolando o facilitando il flusso dell’aria. Le ramificazioni più fini dei bronchioli terminano in grappoli di alveoli che costituiscono il punto di arrivo finale delle vie respiratorie. APPARATO DIGERENTE L’apparato digerente è formato da un tubo digerente, che si estende dalla bocca all’ano, e da numerosi organi annessi che collaborano ai vari processi. Il tubo digerente è costituito da diverse parti specializzate: la bocca, la faringe, l’esofago, lo stomaco e l’intestino, che termina con un’apertura detta ano. L’intestino, la parte più lunga del tubo digerente (9m), è diviso in due parti principali: intestino tenue e intestino crasso. Vi è, inoltre, la presenza di sfinteri, ovvero spessi anelli di muscolatura liscia circolare, che impediscono il movimento a ritroso del cibo; essi si trovano in vari punti del tratto digestivo: - lo sfintere esofageo, posto nel punto in cui l’esofago si immette nello stomaco; - lo sfintere pilorico, che controlla il transito dei contenuti dello stomaco nell’intestino; - lo sfintere anale che circonda l’ano. ANATOMIA DELL’APPARATO DIGERENTE  Dall’esofago all’intestino crasso, il tubo digerente è rivestito da quattro strati di tessuto chiamati tonache. Procedendo dall’interno verso l’esterno si incontrano i seguenti tessuti: mucosa, sottomucosa, tonaca muscolare e peritoneo. - Mucosa: La mucosa è costituita da uno strato di tessuto epiteliale che poggia su uno strato di tessuto connettivo, al di sotto del quale si trova un sottile strato di muscolatura liscia. In alcune regioni del canale alimentare le cellule dell’epitelio sono dotate di microvilli, responsabili dell’assorbimento. Nel tessuto epiteliale, inoltre, si trovano cellule con funzione di secrezione: alcune secernono muco, che lubrifica e protegge le pareti del canale; altre secernono ormoni o enzimi digestivi. - Sottomucosa: Appena al di sotto della mucosa si trova la sottomucosa, uno strato di tessuto convettivo in cui troviamo i vasi sanguigni e linfatici che raccolgono le sostanze assorbite e le distribuiscono al resto del corpo. La sottomucosa contiene il sistema nervoso enterico, ovvero una rete di neuroni sensoriali che controllano molte funzioni secretorie del canale alimentare. - Tonaca muscolare: Il terzo strato è costituito dalla tonaca muscolare, un doppio strato di muscolatura liscia responsabile dei movimenti del tubo digerente; tali movimenti, che sono involontari, sono chiamati movimenti di peristalsi. Fra i due strati di muscolo liscio si trova un’ulteriore rete di neuroni che coordina la frequenza e l’intensità delle contrazioni. Nella zona della bocca, della faringe e della parte alta dell’esofago, la tonaca muscolare contiene una componente di muscolo scheletrico, che produce la deglutizione volontaria (analogamente per lo sfintere anale). - Peritoneo: Lo strato più esterno che circonda il tratto gastrointestinale è la tonaca sierosa, o peritoneo. Tale membrana, che secerne un liquido lubrificante utile a permettere lo scorrimento dei visceri l’uno sull’altro, riveste sia la parete addominale sia gli organi stessi. DIGESTIONE  1) Masticazione  Il cibo viene introdotto nell’apparato digerente attraverso la bocca, dove viene masticato e mischiato con la saliva. Alla cavità orale sono annessi lingua, denti e tre paia di ghiandole salivari. Queste ultime sono ghiandole esocrine che secernono la saliva, una miscela fluida composta da acqua, muco ed enzimi. La saliva ha anche una funzione protettiva; essa contiene, infatti, un enzima chiamato lisozima che è in grado di uccidere i batteri. La salivazione, ovvero la secrezione della saliva, è controllata dal sistema nervoso autonomo. 2) Deglutizione Nella cavità orale il cibo viene, quindi, triturato dai denti e mescolato con l’aiuto della lingua e della saliva, determinando la formazione del bolo. Raramente le sostanze presenti nel bolo vengono assorbite a livello del cavo orale; proprio per questo, il bolo masticato, viene spinto verso la gola della lingua. Quando il cibo entra in contatto con il palato molle ha inizio la deglutizione, che spinge il bolo attraverso la faringe fino all’esofago (tubo muscolare che corre posteriormente alla trachea). La deglutizione è un processo che comprende una complessa serie di riflessi. Prima di tutto, per evitare che il cibo entri nella trachea, la laringe si chiude e una piega di tessuto, chiamata epiglottide, ne ricopre l’ingresso. Giunto nell’esofago, il bolo di cibo viene spostato verso lo stomaco da movimenti di peristalsi. È importante ricordare che la muscolatura del primo terzo dell’esofago è scheletrica ed è controllata dal sistema nervoso volontario, mentre per la restante parte si parlerà di muscolatura liscia. Quest’ultima si contrae in risposta allo stiramento, che si verifica quando un bolo raggiunge l’esofago; i muscoli reagiscono contraendosi e spingendo, quindi, il cibo verso lo stomaco. Il movimento a ritroso del cibo dallo stomaco nell’esofago è impedito dallo sfintere esofageo; tale sfintere, normalmente, è contratto, ma le ondate peristaltiche lo spingono a rilassarsi quanto basta per far passare il cibo dall’esofago nello stomaco. 3) Digestione meccanica \ chimica Lo stomaco ha la forma di una J e si trova al di sotto del diaframma. Il cardias è la zona che circonda lo sfintere esofageo, il fondo è la porzione superiore, posta a sinistra e al di sopra dello sfintere, mentre la parte più grande ripiegata, in basso e centrale, è detta corpo; infine, la regione inferiore, più ristretta, è il piloro. La principale funzione dello stomaco è quella di immagazzinare il cibo e di mescolarlo, operando la disinfezione; proprio per questo, tale organo è espandibile, e dopo un pasto può arrivare a contenere fino a 1,5 L di alimenti. Lo stomaco ha anche funzioni secretorie: l’epitelio che riveste la sua mucosa, infatti, si estroflette a formare profonde depressioni chiamate fossette gastriche, contenenti tre tipi di cellule secretrici: - le cellule principali, che secernono il pepsinogeno, un enzima in forma inattiva; - le cellule parietali, che producono acido cloridrico (𝐻𝐶𝑙), che ha il duplice scopo di uccidere i microrganismi che raggiungono lo stomaco e di convertire il pepsinogeno nella sua forma attiva: la pepsina, ovvero un enzima in grado di digerire le proteine; - le cellule mucose, che secernono muco. La miscela di acido cloridrico e pepsina costituisce il succo gastrico (Ph al di sotto di 1), un miscuglio acido che potenzialmente sarebbe in grado di danneggiare la mucosa. Il pericolo è scongiurato grazie all’azione delle cellule mucose, che rivestono le pareti dello stomaco con uno strato di materiale protettivo. Tale muco contiene anche sostanze tampone che mantengono il Ph, sulla superficie mucosa, vicino alla neutralità, ed enzimi, chiamati inibitori delle proteasi, che riducono il danno provocato dagli enzimi gastrici. Quando il bolo raggiunge lo stomaco, le pareti si distendono e il Ph tende ad aumentare; queste variazioni danno luogo ad impulsi nervosi che stimolano la secrezione del succo gastrico e attivano le onde di mescolamento, ovvero modesti movimenti peristaltici prodotti dalla tonaca muscolare. In questo modo il cibo si mescola al succo gastrico e diventa un liquido denso chiamato chimo. Mentre la digestione meccanica procede, ha inizio la digestione chimica delle proteine, che vengono idrolizzate e trasformate in brevi peptidi a opera della pepsina. Ogni onda di mescolamento spinge piccoli spruzzi di chimo nell’intestino tenue attraverso lo sfintere pilorico (parzialmente aperto), mentre la maggior parte viene spinta nuovamente indietro verso il corpo dello stomaco. In questo modo, lo stomaco umano si svuota gradualmente nel corso di un periodo di circa 4 ore, senza sovraffaticare l’intestino. 4) Digestione chimica e assorbimento Nell’intestino tenue avviene la maggior parte della digestione chimica. Esso è un organo molto esteso e, proprio per facilitare l’enorme mole di lavoro che deve svolgere, la sua parete è riccamente pieghettata. Su tali pieghe si trovano miriadi di piccole estroflessioni, chiamate villi e microvilli, che conferiscono all’intestino un’enorme area superficiale interna per l’assorbimento delle sostanze nutritive, attraverso diffusione. Le cellule che rivestono l’intestino tenue svolgono due diverse funzioni: - secernono muco e piccole quantità di enzimi che vanno a costituire il succo enterico; - assorbono le sostanze prodotte dalla digestione. L’intestino tenue, inoltre, può essere diviso in tre sezioni: la parte iniziale, chiamata duodeno, è la porzione più corta ed è collegata direttamente al piloro; questo è il sito dove si completa la digestione. Nel digiuno e nell’ileo ha, invece, luogo il 90% dell’assorbimento delle sostanze nutritive. La digestione nell’intestino tenue richiede l’intervento di molti enzimi specializzati, cosi come di numerose altre secrezioni. La maggior parte di questi ultimi è fornita da due organi ausiliari che non fanno parte del canale digestivo: il fegato e il pancreas. 1 - FASE ORALE 2 - FASE FARINGEA Può essere volontaria o involontaria. 3 - FASE ESOFAGEA Fase involontaria che determina la chiusura della laringe tramite l’epiglottide. Fase involontaria nella quale il bolo, passando nell’esofago tramite contrazioni, si accumula nello stomaco. Pancreas  Il pancreas è una grande ghiandola posizionata al di sotto dello stomaco ed è composto da una frazione esocrina e da una endocrina: - le cellule esocrine del pancreas producono una miscela di enzimi digestivi che costituisce il succo pancreatico; - le cellule endocrine del pancreas producono diversi ormoni che si riversano nel sangue e raggiungono tutte le altre cellule del corpo. Il succo pancreatico si riversa nel dotto pancreatico, che confluisce con il dotto biliare comune, per poi sfociare nel duodeno. Questo liquido limpido ed incolore contiene acqua, numerosi enzimi digestivi e ioni bicarbonato, utili a neutralizzare l’acidità del chimo proveniente dallo stomaco. 5) Assorbimento e formazione delle feci La motilità dell’intestino tenue spinge gradualmente i suoi contenuti nell’intestino crasso. La parete di tale intestino è composta dai quattro strati tipici del tubo digerente ed è rivestita da un epitelio semplice, privo di microvilli. Tale tratto si divide in tre regioni: - il cieco, che è collegato all’ileo tramite lo sfintere ileo-cecale e alla cui estremità si trova una corta struttura tubulare, l’appendice; - il colon, che è la porzione più lunga; - il retto, la cui parte finale termina con l’ano, è circondato da uno sfintere esterno di muscolatura scheletrica (volontaria). Una volta che il chimo raggiunge il colon ha luogo la fase finale della digestione dovuta ai batteri che lo popolano; la flora batterica fermenta qualsiasi residuo di zuccheri, decompone le proteine rimaste e sintetizza vitamine. A questo punto la maggior parte delle sostanze nutritive originariamente presenti nel chimo è stata rimossa, ma rimangono ancora ioni inorganici e molta acqua. Il colon assorbe l’acqua e gli ioni producendo feci semisolide che vengono eliminate tramite l’ano. CONTROLLO DELLA DIGESTIONE  Il sistema nervoso e gli ormoni controllano molte fasi della digestione. - Il primo ormone che fu scoperto si trovava nel duodeno e fu chiamato secretina in quanto provoca la secrezione dei succhi digestivi da parte del pancreas. - In risposta alla presenza di grassi e proteine nel chimo, la mucosa dell’intestino tenue secerne la colecistochinina, un ormone che stimola la colecisti a rilasciare bile e il pancreas a rilasciare gli enzimi digestivi. La colecistochinina e la secretina, inoltre, rallentano i movimenti dello stomaco e, quindi, l’ingresso del chimo nell’intestino tenue. - Ogni volta che sono stimolate dalla presenza di cibo, cellule presenti nelle parti più a valle della mucosa gastrica, secernono nel sangue un ormone chiamato gastrina. La gastrina presente in circolo raggiunge cellule localizzate in aree della parte superiore della parete gastrica, dove stimola le secrezioni e i movimenti dello stomaco. Fegato  Il fegato è la più grande ghiandola del corpo umano; esso è formato da cordoni cellulari disposti a formare un esagono, a loro volta, percorsi da vasi sanguigni. Ai vertici, tramite dei canali, entra la vena porta; tali canali, poi, indirizzano il sangue non ossigenato dalla vena porta a quella centrale. Da qui, il sangue fluisce fuori dal fegato attraverso la vena cava. All’ossigenazione del fegato lavora l’arteria epatica. Per quanto riguarda le funzioni del fegato, sono le seguenti: - Metabolismo glucidico: Sintesi del glicogeno a partire dal glucosio ematico e dall’acido lattico accumulato in granuli o, all’occorrenza, degradazione del glicogeno in glucosio. - Metabolismo lipidico: Demolizione ossidativa degli acidi grassi. - Metabolismo proteico: Il fegato è l’unico organo in grado di deaminare (deaminazione  fuoriuscita da una molecola di un gruppo amminico, con conseguente produzione di una molecola di ammoniaca) gli amminoacidi in urea; questo determina la sintesi di quasi tutte le proteine plasmatiche. - Funzione protettiva: Il fegato trasforma e rende innocue sostanze tossiche assorbite dall’intestino o prodotte dalla flora batterica. - Funzione secretoria: Esso ha il compito di sintetizzare la bile, una miscela fluida di sali e pigmenti biliari, colesterolo e altri lipidi. La bile non contiene enzimi, quindi non svolge direttamente alcuna azione digestiva, ma ha il compito di emulsionare le grosse gocce di grassi che giungono nell’intestino, trasformandole in minuscole goccioline. Sinusoide  In esso il sangue arterioso e quello venoso si mischiano. Gli enzimi digestivi demoliscono le biomolecole in molecole più semplici; essi vengono secreti in punti differenti del tratto digestivo e rompono i legami chimici per idrolisi, ovvero una reazione in cui una macromolecola viene scissa in due o più parti ad opera di una molecola d’acqua. Enzimi per carboidrati  Gli enzimi per la degradazione dei carboidrati (amilasi, lattasi, saccarosi) sono presenti sulla superficie degli enterociti (cellula epiteliale). Enzimi per proteine  Tali enzimi si trovano sulla membrana degli enterociti; questi enzimi permettono la degradazione dei di- e trigliceridi non totalmente degradati in precedenza. Enzimi per lipidi  Tale enzima prende il nome di colipasi pancreatica e determina la liberazione di goccioline lipidiche da acidi biliari (che ne permettono l’emulsione). Si ha, inoltre, la formazione del chilomicrone, ovvero un aggregato sferico di proteine che permette il trasporto lipidico nel sangue tramite il sistema linfatico. Le proteine sui chilomicroni permettono il riconoscimento delle cellule, che vengono fagocitate, consumandole subito o utilizzandole come riserva. TRASPORTI DELLA MEMBRANA CELLULARE I processi del metabolismo richiedono che la cellula possa ricevere ed espellere, nonché mobilitare tra i vari organuli al proprio interno, svariate sostanze in modo regolato secondo precise esigenze. Queste funzioni sono svolte, rispettivamente, dalla membrana plasmatica e dal sistema di membrane interne che sono membrane semipermeabili o selettivamente permeabili. La membrana plasmatica tiene separati due ambienti, il citoplasma e la matrice extracellulare, dove si trovano in soluzione molecole e ioni di varie sostanze in concentrazioni differenti. DIFFUSIONE  Il fenomeno della diffusione rappresenta la naturale tendenza delle particelle delle sostanze liquide (e gassose) a disporsi in modo uniforme nello spazio disponibile e, quindi, a spostarsi da zone in cui sono presenti in concentrazioni maggiori verso zone dove sono meno concentrate. Tale differenza di concentrazione viene chiamata gradiente di concentrazione: il suo valore, massimo all’inizio, tende a ridursi via via che le particelle si diluiscono nel volume disponibile, fino ad annullarsi quando la loro distribuzione è uniforme. Il movimento di diffusione, quindi, avviene secondo gradiente di concentrazione ed è proprio per questo che il processo si produce spontaneamente senza richiedere apporto di energia. - Diffusione semplice: È la tipica modalità di transito attraverso la membrana di piccole molecole, ad esempio 𝑂2 e 𝐶𝑂2, secondo gradiente di concentrazione. Nel caso dell’anidride carbonica si ha uno spostamento dall’interno della cellula verso l’esterno; viceversa per l’ossigeno. Varie molecole, polari o di grandi dimensioni, e vari ioni non riescono a passare attraverso la membrana plasmatica, anche se il gradiente di concentrazione è favorevole. Per farlo richiedono l’ausilio di proteine di trasporto incorporate nella membrana stessa. - Canali di membrana: Certe proteine di trasporto, dette proteine canale, offrono semplicemente un canale interamente idrofilo (polare) che alcune molecole o ioni possono attraversare agevolmente. Ad esempio, il canale del sodio garantisce una certa selettività, impedendo il passaggio del potassio attraverso il diametro del canale. Le molecole di Na idrate hanno un diametro maggiore rispetto a quelle di K idrate, mentre le molecole di Na non idrate presentano un diametro minore di quelle di K non idrate. Quindi, per il canale selettivo al potassio si useranno le molecole con diametro idrato, cosicché le molecole di sodio non potranno passare (canale selettivo al potassio  desolvatante  la desolvatazione è la separazione delle molecole del solvente da un soluto); viceversa, per il canale selettivo del sodio si useranno le molecole con diametro non idrato, cosicché le molecole di potassio non potranno passare (canale selettivo al sodio  non desolvatante). L’acqua, per la sua natura polare, incontra una certa difficoltà ad attraversare la membrana, ma può avvalersi si speciali proteine canale dette acquaporine, che ne consentono una rapida diffusione.  Approfondimento sulla diffusione dell’acqua: osmosi  Viene chiamata osmosi la diffusione dell’acqua attraverso una membrana semipermeabile. Come ogni sostanza, l’acqua diffonde attraverso la membrana plasmatica secondo il gradiente di concentrazione: parlando di una soluzione, l’acqua risulta concentrata quando contiene poche particelle di soluto e diluita quando ne contiene molte. Di conseguenza, essa, passa per diffusione dal lato della membrana dove è più diluita a dove è più concentrata; tali spostamenti possono produrre, tra i due lati della membrana, significative variazioni di volume e pressione che sono all’origine della pressione osmotica. L’osmosi, quindi, non è altro che il flusso netto di acqua che tende a riequilibrare le concentrazioni ai due lati della membrana. Di fatto, il flusso netto di acqua si annulla e il sistema raggiunge l’equilibrio dinamico quando la pressione osmotica e quella idrostatica si bilanciano. È, inoltre, importante tenere a mente che il fenomeno dell’osmosi è funzione del numero di particelle di soluto e non della FORMA LIBERA TRASPORTI MEDIATI Diffusione nella matrice fosfolipidica. DIFFUSIONE SEMPLICE Diffusione attraverso proteine carrier. DIFFUSIONE FACILITATA Migrazione in canali membranali. CANALI DI MEMBRANA TRASPORTO ATTIVO PRIMARIO TRASPORTO ATTIVO SECONDARIO Trasporti passivi (equilibranti): Trasporti che non richiedono il consumo di energia. Trasporti attivi (non equilibranti): Trasporti che richiedono il consumo di energia; essi trasformano energia chimica (ATP) in differenza di concentrazione ionica. loro natura. Due soluzioni con la stessa concentrazione di soluto sono dette istoniche (uguali); non si ha, quindi, alcun passaggio netto di acqua fra le due soluzioni. Se le soluzioni, invece, hanno concentrazioni differenti, quella a maggior concentrazione di soluto è detta ipertonica, quella a minore concentrazione ipotonica; in questo caso si avrà un passaggio netto di acqua dalla soluzione ipotonica a quella ipertonica. Consideriamo il caso dei globuli rossi. In condizioni normali, l’ambiente esterno è costituito da una soluzione isotonica rispetto all’ambiente interno, come accade per la maggior parte delle cellule degli organismi animali: l’acqua entra ed esce dal globulo rosso in ugual misura raggiungendo, così, una condizione di equilibrio. Se un globulo rosso si trova immerso in una soluzione ipotonica, l’acqua tende ad entrare al suo interno: la cellula si gonfia e può arrivare alla rottura. Viceversa, se il globulo rosso è a contatto con una soluzione ipertonica, l’acqua tende a fuoriuscire dal suo interno determinando la disidratazione della cellula stessa. La maggior parte delle cellule animali possiede, comunque, meccanismi di osmoregolazione che permettono di compensare le variazioni di tonicità dell’ambiente esterno. - Diffusione facilitata: Altre proteine di trasporto, dette proteine carrier, si legano alle sostanze che devono trasferire (tra queste il glucosio), cambiando leggermente forma per meglio accoglierle al proprio interno, e le depositano dall’altra parte della membrana. TRASPORTO ATTIVO PRIMARIO  La cellula può avere necessità di fare passare al proprio interno, attraverso la membrana, soluti che si trovano all’esterno in concentrazione più bassa, o viceversa, di espellere soluti che devono rimanere al proprio interno in concentrazione inferiore rispetto all’esterno. In questi casi, il movimento del avvenire contro gradiente di concentrazione ed è effettuato con l’intervento di proteine di trasporto che agiscono come “pompe” (pompe di membrana): ciò comporta un dispendio di energia, che è fornita dalle molecole di ATP. Le proteine coinvolte subiscono un cospicuo mutamento di forma per adattarsi ai soluti che devono far transitare. - Pompa sodio-potassio: In tutte le cellule animali, la concentrazione degli ioni potassio nel citoplasma è tipicamente da 10 a 20 volte superiore rispetto all’ambiente extracellulare, mentre per gli ioni sodio avviene il contrario. Queste differenze di concentrazione determinano una differenza di potenziale elettrochimico che svolge un ruolo cruciale. La proteina di trasporto ha proprio la funzione di pompare continuamente ioni sodio all’esterno (a tre per volta) e ioni potassio all’interno (a due per volta), contro i rispettivi gradienti di concentrazione. L’ATP cede alla pompa sodio-potassio un gruppo fosfato che fornisce alla proteina l’energia necessari al lavoro di trasporto. - Pompa del calcio: È una pompa unidirezionale che determina la fuoriuscita di calcio che deve essere eliminato. Se presente nel citoplasma, il calcio determina l’inizio della contrazione muscolare. - Pompa idrogeno-potassio: Tramite il consumo di ATP, tale pompa determina l’entrata di ioni potassio e la fuoriuscita degli ioni idrogeno, dalla cellula. La pompa idrogeno-potassio si trova principalmente nelle cellule ossintiche delle ghiandole gastriche. TRASPORTO ATTIVO SECONDARIO  Il trasporto attivo secondario sfrutta l’energia cinetica di uno ione che si muove passivamente secondo il suo gradiente di concentrazione per trasportare una molecola o un altro ione contro gradiente. Le molecole o gli ioni cotrasportati possono muoversi nella stessa direzione (simporto) oppure in direzione opposta (antiporto). I più comuni sistemi di trasporto attivo secondario sono mediati da proteine transmembrana che sfruttano il gradiente di concentrazione del 𝑁𝑎+ creato dalla 𝑁𝑎+- 𝐾+ - ATP. In tal caso, l’alta concentrazione extracellulare di 𝑁𝑎+ favorisce il legame dello ione sul lato esterno del trasportatore, che a sua volta è facilitato a legare una molecola o un altro ione e a trasportarli dal lato opposto a quello in cui si trovano, senza ulteriore spesa di energia. - Trasporti attivi secondari NON – Na – DIPENDENTI:  Ione motore 𝐾+  Il potassio tende ad uscire in quanto è più concentrato, internamente. Esso, quindi, determina un simporto del cloro (𝐶𝑙−) che si muove contro gradiente di concentrazione.  Ione motore 𝐻𝐶𝑂3 −  L’uscita del bicarbonato determina l’entrata del cloro (antiporto). PRODUZIONE DEL SUCCO GASTRICO  SEGNALAZIONE CELLULARE  - Recettori canale ionico: L’ ormone si lega alla zona recettoriale esterna e permette l’apertura del canale, un esempio è l’acetilcolina (neurotrasmettitore). - Recettore Tirosin-chinasi: Enzima il cui segnale chimico si lega alla zona recettoriale, ma la subunità effettrice (Tirosin-chiansi) è attiva all’interno, nella parte più bassa. - Recettore operante tramite proteine d’accoppiamento: La sua funzione è quella di amplificare il fenomeno, in modo tale da determinare una modificazione cellulare. La principale proteina di accoppiamento è la proteina G formata, a sua volta, da tre subunità α, β e γ. Con l’arrivo del messaggio si ha l’attivazione del sistema tramite il distacco di β e γ (γ  inibitore). L’α, da sola, è attiva e amplifica il messaggio, determinando l’attivazione dell’enzima effettore. Quest’ultimo (adenilato ciclasi), produce un ulteriore messaggio intracellulare per una maggiore amplificazione. RECETTORI CHIMICI SENSORIALI INTRACELLULARI MEMBRANALI (di superficie) NUCLEARI CITOPLASMATICI RECETTORI OPERNTI PER VIA FOSFORILATIVA RECETTORI CANALI IONICI DIRETTA (Tirosin-chinasi) MEDIATA DA SECONDI MESSAGGERI POTENZIALE D’AZIONE FUNZIONI DEL SISTEMA NERVOSO  - Conversione o trasduzione delle informazioni; - Trasmissione; - Interpretazione; - Elaborazione; - Risposta motoria o ormonale. I neuroni hanno due proprietà particolari: l’eccitabilità, cioè la capacità di generare impulsi nervosi, e la conduttività, cioè la capacità di trasmettere l’impulso ad altre cellule. L’impulso nervoso è di tipo elettrico, velocissimo e temporaneo. L’eccitabilità dei neuroni dipende da due caratteristiche fondamentali della loro membrana: l’esistenza di un potenziale elettrico di membrana e la presenza di canali ionici precisi. Molte cellule del corpo presentano un potenziale di membrana, ovvero una differenza di carica elettrica tra il versante interno e il versante esterno della membrana plasmatica; una cellula che possiede un potenziale di membrana è chiamata polarizzata. La differenza di carica elettrica tra i due lati della membrana è dovuta al flusso di ioni che entrano ed escono dalla cellula grazie a proteine transmembrana che formano dei canali ionici. quando il neurone è a riposo, quindi quando non sta conducendo un impulso nervoso, il potenziale di membrana è chiamato potenziale di riposo. POTENZIALE DI RIPOSO  A riposo, l’interno di un neurone è elettricamente negativo, mentre l’ambiente extracellulare è carico positivamente. In essi, il potenziale di riposo della membrana varia tipicamente tra i -60 mv e i -70 mv (il segno meno indica che l’interno della cellula è negativo rispetto all’esterno). Il potenziale di riposo è determinato dalla diversa concentrazione degli ioni ai due lati della membrana. Il liquido interstiziale, infatti, è ricco di ioni sodio e di ioni cloruro; nel citoplasma, invece, i principali ioni positivi sono gli ioni potassio, mentre i tipi predominanti di ioni negativi sono i fosfati legati a macromolecole organiche. Nelle cellule nervose, la concentrazione del sodio e del potassio è regolata da tre proteine di membrana: - i canali del potassio; - i canali del sodio; - la pompa sodio-potassio. Flusso di ioni potassio: Poiché la concentrazione di ioni potassio nella cellula è molto più alta di quella esterna, e poiché la membrana possiede moltissimi canali per il potassio, gli ioni potassio diffondono all’esterno della cellula. A mano a mano che gli ioni potassio escono dal citoplasma, il versante interno della membrana diventa sempre più negativo e il versante esterno sempre più positivo. Tale flusso di ioni potassio è il primo fattore responsabile dell’esistenza di un potenziale di riposo. Tuttavia, ne esiste un secondo; la maggior parte degli ioni negativi presenti nel citoplasma si trova legata a proteine o ad altre macromolecole troppo grandi per attraversare la membrana, e quindi non è in grado di seguire gli ioni potassio in uscita. Flusso di ioni sodio: La permeabilità della membrana al sodio è molto bassa, perché i canali del sodio sono pochi; ciononostante, gli ioni sodio tendono a diffondere, seppur lentamente, verso il citoplasma. Se non venisse controllato, tale flusso finirebbe per annullare il potenziale di riposo. Ruolo della pompa sodio-potassio: Le perdite di ioni sodio verso l’interno e di ioni potassio verso l’esterno vengono compensate dall’attività della pompa sodio-potassio, una proteina che trasporta attivamente gli ioni sodio all’esterno scambiandoli con ioni potassio che riversa all’interno della cellula. Poiché agisce contro gradiente di concentrazione, la pompa necessita di ATP per compire il proprio lavoro. POTENZIALE D’AZIONE  - Canali voltaggio-dipendenti, si aprono o si chiudono in risposta a cambiamenti del potenziale di membrana. - Canali regolati chimicamente, si aprono o si chiudono in seguito al legame di un messaggero chimico. - Canali regolati meccanicamente, si aprono o si chiudono in risposta all’applicazione di una forza meccanica sulla membrana plasmatica. Sulla membrana plasmatica dei neuroni sono presenti canali voltaggio-dipendenti per il sodio, il potassio e il calcio; questi sono particolarmente importanti per la generazione e la propagazione dei potenziali d’azione. - Se si aprono i canali voltaggio-dipendenti per il sodio, lo ione sodio diffonde all’interno della cellula rendendo meno negativo il potenziale di membrana, fino a farlo diventare positivo quando si scatena il potenziale d’azione; in questo caso la membrana si dice depolarizzata. - Se si aprono i canali voltaggio dipendenti per il potassio, lo ione potassio diffonde all’esterno, rendendo ancor più negativo l’interno della cellula; in questo caso la membrana si dice iperpolarizzata. Il potenziale d’azione o impulso nervoso consiste in una sequenza di eventi estremamente rapidi che diminuiscono o annullano il potenziale di membrana per poi riportarlo allo stato di riposo. Tale sequenza si attiva in seguito ad uno stimolo, ovvero ad un qualsiasi evento in grado di modificare il potenziale di riposo della membrana. Se lo stimolo innesca sulla membrana una depolarizzazione superiore ad un livello chiamato valore soglia (intorno ai -50 mv), si genera un potenziale d’azione che si trasmette lungo l’assone ad una velocità più elevata nei neuroni mielinizzati che non. Generazione potenziale d’azione: 1) Per effetto dello stimolo, la membrana subisce una lieve depolarizzazione che si propaga fino al punto in cui l’assone emerge dal corpo cellulare. Qui si concentrano i canali voltaggio-dipendenti per il sodio. 2) Quando la depolarizzazione raggiunge il valore soglia, i canali voltaggio-dipendenti per il sodio si aprono per circa un millisecondo. Poiché la concentrazione di ioni sodio è molto più elevata all’esterno dell’assone che al suo interno, e poiché l’interno è carico negativamente, il sodio si precipita dentro l’assone innescando la fase di depolarizzazione. 3) L’ingresso di ioni sodio provoca l’apertura di altri canali del sodio, fino a determinare l’inversione del potenziale di membrana (+50 mv). 4) Quando il potenziale di membrana raggiunge i +50 mv si ha il picco del potenziale d’azione. 5) Dopo un tempo che varia fra 1 e 2 millisecondi, i canali voltaggio-dipendenti per il sodio si chiudono e si aprono i canali voltaggio- dipendenti per il potassio. Poiché questi ultimi si aprono più lentamente e rimangono aperti più a lungo, la membrana inizia a ripolarizzarsi e il potenziale di membrana torna negativo. 6) Il flusso di potassio persiste fino a quando i canali voltaggio-dipendenti rimangono aperti, generando una fase di iperpolarizzazione durante la quale il potenziale di membrana diventa ancor più negativo rispetto al livello di riposo. 7) Infine, quando i canali del potassio si chiudono, grazie alla pompa sodio-potassio il potenziale torna al valore di riposo. Propagazione potenziale d’azione: Per trasmettere le informazioni da una parte all’altra del corpo, gli impulsi nervosi devono propagarsi dal punto in cui si innescano fino alla terminazione sinaptica; tale tipo di trasmissione si chiama propagazione. Uno stimolo di natura elettrica provoca l’apertura dei canali voltaggio-dipendenti per il sodio; quando si raggiunge il valore soglia, si genera il primo potenziale d’azione. La depolarizzazione genera un secondo potenziale d’azione che, a sua volta, ne genererà un terzo e così via. Nello stesso tempo, nella zona che si era depolarizzata per prima, si aprono i canali voltaggio-dipendenti per il potassio, che riportano la membrana al potenziale di riposo. È possibile comprendere, quindi, che i potenziali d’azione si propagano solo in una direzione; questo avviene perché, dopo essersi richiusi, i canali voltaggio-dipendenti per il sodio vanno incontro ad un periodo refrattario (durata 1-2 ms), durante il quale non possono aprirsi di nuovo. Questo fa sì che l’impulso nervoso non possa mai tornare indietro lungo l’assone. Il tipo di propagazione che abbiamo descritto si chiama propagazione continua ed è tipica degli assoni non mielinizzati. Negli assoni mielinizzati, invece, si verifica un tipo di propagazione leggermente diversa chiamata propagazione saltatoria. In questi assoni, l’unico punto dove può avvenire la conduzione del segnale sono i nodi di Ranvier (punti dove la guaina mielinica si interrompe); di conseguenza, quando un impulso nervoso viaggia lungo un assone mielinizzato, la corrente salta da un nodo di Ranvier all’altro. La velocità con cui si verifica la propagazione dell’impulso nervoso dipende, essenzialmente, da due fattori: il diametro dell’assone e la presenza della guaina mielinica; in generale, gli assoni mielinizzati e con diametro maggiore conducono il segnale più velocemente. Intensità dei potenziali d’azione: Indipendentemente dallo stimolo che li ha generati, i potenziali d’azione sono sempre uguali; essi, infatti, sono eventi del tipo “tutto o nulla”. Se lo stimolo induce una depolarizzazione sufficiente a raggiungere il livello soglia, i canali voltaggio-dipendenti per il sodio si aprono e si produce il potenziale d’azione; se lo stimolo è troppo debole, il potenziale d’azione non si innesca. Il nostro sistema nervoso riesce, quindi, a distinguere uno stimolo debole da uno stimolo forte in base alla frequenza dei potenziali d’azione. SINAPSI  I neuroni comunicano tra loro e con le cellule bersaglio (ghiandole e fibre muscolari) a livello delle sinapsi; il neurone che manda il segnale si chiama neurone presinaptico, mentre la cellula ricevente è detta cellula postsinaptica. Da un punto di vista funzionale si distinguono due tipi di sinapsi: le sinapsi chimiche, nelle quali il segnale passa da una cellula all’altra grazie a un messaggero chimico, e le sinapsi elettriche, nelle quali il potenziale d’azione diffonde direttamente dalla cellula presinaptica a quella postsinaptica. Evento presinaptico: - Giunzioni neuromuscolari: Sono sinapsi chimiche poste tra i neuroni motori e le cellule del muscolo scheletrico da essi innervate. Come tutti i neuroni, un motoneurone possiede un unico assone ramificato all’estremità; ciascuna ramificazione è dotata di terminali assonici che formano giunzioni neuromuscolari con una cellula muscolare. Presso ogni terminale assonico si trova una struttura a forma di bottone contenente molte vescicole piene del messaggero chimico (neurotrasmettitore); i motoneuroni dei vertebrati utilizzano tutti lo stesso neurotrasmettitore: l’acetilcolina (ACh). Nella giunzione muscolare, il terminale assonico e la cellula muscolare sono molto vicini, ma non si toccano: tra la membrana presinaptica e quella postsinaptica, infatti, si trova uno spazio molto piccolo chiamato fessura sinaptica.  Acetilcolina  Sintetizzata nel terminale assonico, si trova impacchettata in vescicole. Quando un potenziale d’azione raggiunge il terminale assonico, a livello della membrana presinaptica si verifica l’apertura di canali voltaggio-dipendenti per il calcio (𝐶𝑎2+). Poiché la concentrazione del calcio è maggiore all’esterno della cellula, esso entra per diffusione nel terminale assonico. L’improvviso aumento della concentrazione intracellulare del calcio provoca la fusione delle vescicole contenenti l’acetilcolina con la membrana presinaptica e, quindi, lo svuotamento del loro contenuto nella fessura sinaptica. A questo punto, una parte di acetilcolina diffonde attraverso la fessura sinaptica e si lega ai recettori dell’ACh presenti sulla membrana postsinaptica. Tali recettori sono canali ionici, regolati chimicamente, che si aprono in seguito al legame con il neurotrasmettitore; questa apertura provoca, poi, l’ingresso di ioni positivi nella membrana postsinaptica, che si depolarizza. Se la depolarizzazione indotta dal rilascio di acetilcolina raggiunge il valore soglia, i canali voltaggio-dipendenti per il sodio, che si trovano nella membrana postsinaptica, si aprono, generando un potenziale d’azione. La diffusione di tale potenziale attraverso la cellula muscolare ne provoca la contrazione. Disattivare l’azione dei neurotrasmettitori è molto importante; infatti, se le molecole di acetilcolina rimanessero nella fessura sinaptica, la membrana postsinaptica si saturerebbe e i recettori risulterebbero costantemente attivi. Di conseguenza, la cellula postsinaptica rimarrebbe sempre depolarizzata, non rispondendo ai segnali del motoneurone. Proprio per questo è necessario che la fessura sinaptica venga liberata dai neurotrasmettitori poco dopo il loro rilascio da parte del terminale assonico; ciò avviene grazie all’azione di enzimi specifici che demoliscono il neurotrasmettitore e ne permettono il riassorbimento da parte del neurone.  Nicotina  La nicotina è un’ agonista, ovvero un neurotrasmettitore falso. È in grado di attivare un sistema (muscoli), come l’acetilcolina, pur non essendo un vero e proprio neurotrasmettitore. Al contrario dell’acetilcolina, però, non può essere idrolizzata, per cui risulta tossica in elevate quantità.  Muscarina  Risulta essere un recettore più lento in quanto agisce compiendo più passaggi; agisce sul cuore come inibitore. Evento postsinaptico: In generale, le sinapsi chimiche, pur utilizzando lo stesso schema d’azione che abbiamo visto nelle giunzioni neuromuscolari, presentano alcune proprietà differenti. Diversamente dalle giunzioni neuromuscolari, che sono sempre eccitatorie, le sinapsi possono essere eccitatorie, se agiscono depolarizzando la membrana postsinaptica, oppure inibitorie, se inducono l’iperpolarizzazione della membrana postsinaptica. I neuroni hanno la capacità di integrare i segnali eccitatori e inibitori che ricevono in ogni momento: quando la somma algebrica dei potenziali locali supera il valore soglia, il neurone genera un potenziale d’azione. In altre parole, ogni neurone può ricevere un migliaio o più di input sinaptici, ma fornisce un solo output: un potenziale d’azione su un singolo assone. Nella maggior parte dei neuroni, la sommazione avviene nel cono di emergenza, ovvero la regione del corpo cellulare che si trova alla base dell’assone. - Sommazione spaziale: Integra i segnali simultanei provenienti da sinapsi poste in luoghi differenti sulla cellula postsinaptica. - Sommazione temporale: Integra i potenziali postsinaptici che vengono generati nello stesso luogo in rapida successione.