Fisiologia d'organo e dei sistemi prof.lorenzon fa ctf

Universita' degli Studi di Trieste

Facolta' di Farmacia

Fisiologia

prof.Paola Lorenzon Dipartimento di Scienze della Vita

B) Fisiologia d'organo e dei sistemi

1. Cuore

2. Sistema vascolare

3. Apparato respiratorio

4. Apparato renale

5. Apparato digerente

01.Cuore FOS01 - 1 www.perpetuum-lab.com.hr

prof.Paola Lorenzon UniTS Farmacia

L’apparato cardiocircolatorio

Il cuore genera un gradiente pressorio



Il gradiente pressorio nella piccola e grande circolazione

La localizzazione del cuore nella gabbia toracica



La stuttura del cuore

Il sistema di conduzione del cuore (tessuto specifico)



Meccanismo di conduzione del potenziale d’azione

(sinapsi elettrica)

I potenziali d’azione cardiaci



Basi ioniche del potenziale d’azione

di una cellula P del tessuto specifico del cuore


di una cellula del tessuto cardiaco comune



Le giunzioni comunicanti (gap junctions)


di una cellula P del tessuto specifico del cuore




di una cellula del tessuto cardiaco comune

La sequenza di propagazione del potenziale d’azione cardiaco



La propagazione del potenziale d’azione cardiaco in numeri

L’elettrocardiogramma (ECG): basi fisiche I



L’elettrocardiogramma (ECG): basi fisiche II

L’elettrocardiogramma (ECG): II derivazione



Tracciato normale di una derivazione elettrocardiografica

bipolare degli arti

Le fasi del ciclo cardiaco



Le valvole cardiache

Le valvole semilunari



Ciclo cardiaco, toni cardiaci ed elettrocardiogramma (ECG)

Diastole ventricolare isotonica e sistole atriale

(fase di riempimento)

Sistoleventricolare isometrica

Sistole ventricolare

isotonica(fase di eiezione)

Diastoleventricolare isometrica

Variazioni pressorie durante le fasi del ciclo cardiaco



L’efficienza del cuore

L’attività del cuore è adeguata alle diverse condizioni funzionali

Esse modificano l’efficienza meccanica (volume sistolico o gittata sistolica)

e l’attività elettrica del cuore (frequenza cardiaca)

GS�120-160 ml

f�160-200 batt/min

I parametri cardiocircolatori cambiano durante l’ontogenesi



L’efficienza meccanica del cuore

I meccanismi che controllano tale parametro influenzano

il volume sistolico o gittata sistolica,

ossia la quantità di sangue espulsa dal ventricolo ad ogni sistole

(in media pari a 70 ml)

La regolazione dell’attività meccanica cardiaca

La gittata sistolica è funzione del:

1) precarico o carico diastolico (legge del cuore di Starling)

- tensione sviluppata dalla sistole atriale

- rilasciamento elastico delle fibre ventricolari

- pressione venosa centrale

2) postcarico o carico sistolico

- pressione arteriosa diastolica

- resistenza elastica delle pareti delle grandi arterie

- resistenze vascolari periferiche

3) contrattilità

- concentrazione citoplasmatica dello ione calcio

durante la sistole



1) Il precarico: la legge di Starling e la curva pressione-volume

Le basi molecolari della legge del cuore di Starling





1) precarico o carico distolico (legge del cuore di Starling)








3) contrattilità

- concentrazione citoplasmatica dello ione calcio

durante la sistole

2.0) Il postcarico: la pressione arteriosa diastolica



2.1) Il postcarico: elasticità (B) e resistenze periferiche (C)



1) precarico o carico distolico (legge del cuore di Starling)








3) contrattilità

- concentrazione citoplasmatica dello ione Ca2+ durante la sistole



L’effetto inotropo

3) La contrattilità (inotropia): controllo nervoso e umorale

�1 �2



La collaborazione tra SNA e sistema endocrino

(noradrenalina e catecolamine circolanti)

La regolazione dell’attività elettrica del cuore

I meccanismi che controllano l’attività elettrica del tessuto specifico del cuore

influenzano:

1) la frequenza cardiaca (cronotropia)

2) l’eccitabilità delle cellule cardiache (batmotropia)

3) la velocità di conduzione del potenziale d’azione (dromotropia)

I meccanismi che controllano la disponibilità di calcio nelle cellule del tessuto comune

del cuore influenzano:

1) la contrattilità cardiaca (inotropia)



L’innervazione del cuore

L’effetto cronotropo

effetto cronotropo positivo effetto cronotropo negativo



L’effetto cronotropo

L’effetto batmotropo



L’effetto dromotropo

La circolazione coronarica

La circolazione coronarica provvede alla nutrizione del cuore



L’organizzazione della vascolarizzazione coronarica

Flusso, gradiente pressorio e resistenza

Il flusso è funzione

- del gradiente pressorio

- della resistenza

F = �P/R



Variazioni del flusso coronarico durante il ciclo cardiaco

Il flusso è funzione

del gradiente pressorio

della resistenza

F = �P/R

La nutrizione del cuore

avviene prevalentemente

durante la diastole

Regolazione della perfusione coronarica

1

4

3

2



L’influenza dell’ipossiemia sul flusso coronarico



La composizione della parete nei diversi tipi di vasi




Schema funzionale generale del sistema circolatorio




Il distretto arterioso attenua l’intermittenza del flusso

Le variazioni della pressione arteriosa

A

B



La propagazione dell’onda sfigmica

L’elasticità arteriosa si riduce durante l’invecchiamento



I parametri cardiocircolatori cambiano durante l’ontogenesi

Il polso arterioso si attenua

verso i vasi arteriosi di minor diametro



La pressione arteriosa

E’ la forza che il sangue esercita sulle pareti dei vasi arteriosi.

Essa dipende da due fattori:

� la gittata sistolica (volemia)

� le resistenze vascolari periferiche

Il flusso laminare ed il flusso turbolento



La misurazione della pressione arteriosa

(metodo indiretto secondo Riva-Rocci)

sfigmomanometro

arteria brachiale

toni di Korotkov

La pressione ematica si riduce lungo l’albero vascolare



Le arteriole sono i primi vasi ad elevata resistenza




Le arteriole controllano la resistenza d’accesso

dei diversi distretti circolatori

Le arteriole controllano

la distribuzione del volume di gittata cardiaca ai vari organi



I meccanismi di controllo della vasomotilità

1

2a

2b

3

1) Il riflesso miogeno




1

2a

2b

3

2) Il controllo nervoso della vasomotilità

!!



La noradrenalina può essere

un fattore vasocostrittore (�1, �2) o vasodilatatore (�2)! !


1

2a

2b

3



3) Il controllo chimico della vasomotilità (iperemia reattiva)

L’iperemia reattiva: il ruolo della P(O2)



L’iperemia reattiva: il ruolo della P(CO2)

I capillari sono vasi di scambio




Le modalità di passaggio attraverso l’endotelio del capillare



La permeabilità del capillare dipende dalla sua struttura

Modalità di scambio nei capillari continui



La permeabilità del capillare dipende dalla sua struttura

Lo scambio

avviene attraverso

un meccanismo di

filtrazione-riassorbimento



Le forze coinvolte nel passaggio di solvente e soluti

attraverso la parete capillare (ipotesi di Starling)

N.B. Lo scambio transcapillare è favorito anche dalla bassa velocità del sangue

(� 0.5 mm/s) nel distretto capillare

La formazione della linfa

Dipende dal gradiente pressorio esistente

tra spazio interstiziale e lume del capillare linfatico

Garantisce il mantenimento della pressione interstiziale negativa

(contrasta l’edema)



Il sistema linfatico

La linfa

Il volume della linfa è di circa 2.5-4 litri

E’ costituita dal liquido filtrato dai capillari sanguigni (polo arterioso)

che non è stato successivamente riassorbito (polo venoso)

La sua composizione

è simile a quella del plasma (ad esclusione del contenuto proteico)

e del liquido interstiziale



La funzione di trasporto della linfa

La circolazione linfatica ha il compito principale

del trasporto delle sostanze in essa contenute

� Proteine: solo in virtù del loro trasporto nella circolazione linfatica

possono tornare al sangue

� Lipidi: i vasi linfatici provenienti dall’intestino trasportano

più del 50% dei grassi e degli acidi grassi a lunga catena assorbiti

dalla mucosa intestinale

� Enzimi: drenati dalle cellule produttrici e, attraverso la linfa,

riversati nel circolo sanguigno

L’assorbimento della linfa

L’organizzazione anatomica delle cellule endoteliali dei capillari linfatici

rende possibile il solo flusso in entrata nel capillare linfatico



La propulsione della linfa

Il flusso in direzione centripeta è garantito dalla:

� suddivisione dei capillari linfatici in segmenti funzionali individuali

� muscolatura liscia talvolta dotata di automatismo (risposta miogena)

� compressione da parte dei tessuti circostanti




Il ritorno venoso

Il flusso di sangue nelle vene della circolazione sistemica è assicurato dalla

differenza di pressione intravascolare in ciascun punto del sistema venoso

e la pressione dell’atrio destro

All’inizio dell’albero venoso la pressione è di 11 mmHg

La “compliance” è maggiore nei vasi venosi



I vasi venosi sono vasi di capacità (riserva)

I vasi venosi sono vasi di riserva



La postura influenza la pressione arteriosa e venosa

I meccanismi favorenti il ritorno venoso

� La configurazione ad “U” del sistema vascolare

� La pressione intravasale venosa, funzione della volemia (vis a tergo).

Ad essa si associano i seguenti altri fattori:

� la pompa muscolare (� durante l’esercizio fisico)

� la pompa toraco-addominale (vis a fronte; � durante l’inspirazione)

� la forza aspirante del cuore (vis a fronte)



La pompa muscolare

I fattori che influenzano la pressione venosa centrale



Il controllo della pressione arteriosa (PA)

Il mantenimento di adeguati valori di pressione arteriosa nei vasi

sanguigni e di flusso ematico ai tessuti vengono assicurati mediante

controllo sulla:

� gittata sistolica e frequenza cardiaca (effettore = cuore)

� vasomotilità (effettore = fibre muscolari lisce)

I parametri cardiaci e la vasomotilità sono controllati da:

� meccanismi di controllo intrinseci

- legge del cuore o di Starling

- risposta miogena

- metaboliti tessutali

� meccanismi di controllo estrinseci

- nervosi (sistema nervoso simpatico e parasimpatico)

- endocrini (catecolammine circolanti,sistema RAS,ADH,aldosterone)

I sensori della regolazione nervosa della PA

1

2

3

4

6

5

7(reazione di difesa o di allerta)



1) I barocettori o pressocettori arteriosi

Sono localizzati principalmente nell’avventizia a livello del

seno carotideo e dell’arco aortico

Sono costituiti da terminazioni amieliniche

di ramificazioni di fibre nervose

Sono sensibili a deformazioni e stiramenti delle pareti arteriose

2) I barocettori o pressocettori cardiaci

Sono localizzati a livello delle cavità atriali e ventricolari

Sono costituiti da terminazioni amieliniche

di ramificazioni di fibre nervose

Sono sensibili a deformazioni e stiramenti

delle pareti delle cavità cardiache



La diversa sensibilità dei pressocettori arteriosi e atriali

L’attività elettrica dei barocettori arteriosi



L’attività dei barocettori arteriosi e cardiaci

durante il ciclo cardiaco

La regolazione (nervosa) a breve termine della PA



La distribuzione della volemia è influenzata dalla postura

La postura incide sui valori di pressione arteriosa



Il riflesso barocettivo limita le variazioni di PA

I sensori della regolazione nervosa della pressione arteriosa

1

2

3

4

6

5




3) I chemiocettori periferici e centrali

Sono localizzati principalmente a livello del

seno carotideo e dell’arco aortico (periferici)

nel bulbo (centrali)

Sono costituiti da cellule sensibili

alla P(O2), alla P(CO2) ed al pH nel sangue o nel liquor

(N.B. hanno un ruolo importante nella regolazione della ventilazione polmonare)

I sensori della regolazione nervosa della PA

1

2

3

4

6

5




La regolazione (ormonale) a lungo termine della PA:

il sistema renina-angiotensina-aldosterone

La regolazione (ormonale) a lungo termine della PA:

l’ormone antidiuretico (adiuretina o vasopressina)



L’albero respiratorio

La muscolatura respiratoria

03.Apparato respiratorio FOS03 - 1 prof.Paola Lorenzon UniTS Farmacia



L’elasticità del parenchima polmonare

La pressione transmurale




Dispositivi per la respirazione artificiale

La misurazione dei volumi polmonari

Frequenza respiratoria: 15 – 50 atti/min

Profondità respiratoria: 500 ml (eupnoica)




I volumi polmonari

2000/2500ml

1200/1500ml

1000/1250ml

450/500ml

La capacità vitale si riduce durante l’invecchiamento




Suddivisione dello spazio respiratorio

(150 ml)

(350 ml)

(20-40 ml)

(310-330 ml)

La circolazione polmonare




Durante l’inspirazione i capillari polmonari sono compressi

La membrana respiratoria




L’epitelio alveolare

Un macrofago sull’epitelio alveolare




I gradienti pressori dei gas respiratori

- coeff. di diffusione dei gas

- area di scambio

Pressioni parziali dei gas respiratori a livello alveolare




La respirazione è basata sulla diffusione

Periodo di contatto a riposo:

0.7 s

Periodo di contattodurante esercizio fisico:

0.35 s

Tempo necessario per lo scambio:

0.30 s

Respirazione esterna

Respirazione interna




Pressioni parziali dei gas respiratori a livello tessutale

La molecola trasportatrice di ossigeno: l’emoglobina (Hb)




L’importanza della molecola di ferro ferroso dell’emoglobina

Curva di dissociazione dell’emoglobina




A riposo Nello sforzo

Curva di dissociazione dell’emoglobina e della mioglobina




Curva di dissociazione dell’anidride carbonica

Modalità di trasporto della CO2




Modulazione dell’affinità dell’O2 per l’emoglobina

L’effetto Haldane




Gli scambi gassosi

durante l’esercizio fisico

� gradiente pressorio

� area di scambio

� spessore membrana respiratoria

Gli effetti dell’anossia sul sistema nervoso centrale




I parametri respiratori e l’iperventilazione

I motoneuroni inspiratori sono dotati di automatismo




L’attività dei neuroni inspiratori accompagna la fase inspiratoria

l’attività dei neuroni espiratori la fase espiratoria

La regolazione

della respirazione

1




I chemiocettori periferici

I chemiocettori centrali




Confronto tra i chemiocettori centrali e periferici

La regolazione chimica del respiro

(il riflesso chemiocettivo)




La regolazione

della respirazione

1

2

La respirazione e l’esercizio fisico




La regolazione

della respirazione

1

3

2

5

4

6




I polmoni svolgono un ruolo chiave nel controllo del pH




L’anatomia dell’apparato urinario

Le funzioni del rene

� Secrezione (escrezione)

� Equilibrio idrico (controllo della pressione arteriosa)

� Equilibrio salino (controllo della composizione elettrolitica)

� Endocrina (controllo dell’eritropoiesi)



L’anatomia del rene

La morfologia

e l’istologia del nefrone



L’irrorazione del rene e del nefrone

I tre processi di scambio del tubulo renale



Il glomerulo renale

L’anatomia

del corpuscolo renale



La membrana filtrante e l’ultrafiltrazione glomerulare

E’ costituita dall’endotelio capillare fenestrato e dal foglietto viscerale

della capsula del Bowman separate dalla membrana basale.

La selezione operata dalla membrana filtrante è:

� dimensione-dipendente

� carica elettrica-dipendente

� velocità di filtrazione-dipendente

(7-10 nm)

(70-100 nm)

(25-60 nm)

La porosità dei diversi strati della membrana filtrante



I fattori che influenzano l’ultrafiltrazione renale:

il peso molecolare

I fattori che influenzano l’ultrafiltrazione renale: le cariche



L’ultrafiltrazione glomerulare:

i valori pressori e la velocità di filtrazione glomerulare (VFG)

(-) (-) (-)

(-) (-) (-)

Pef = Kf (PIcap – PItub) – (POcap – POtub)



I gradienti pressori nel glomerulo,

la pressione effettiva di filtrazione,

la velocità di filtrazione glomerulare

125 ml/min


La frazione di filtrazione glomerulare

Posti i valori di 650 ml/min per il flusso plasmatico renale e di

125 ml/min per la velocità di filtrazione glomerulare, allora:

Frazione di filtrazione glomerulare (%) = (125/650) 100 = 19%

Prodotti 180 litri di ultrafiltrato al giorno!



Il tubulo prossimale: il riassorbimento obbligatorio

L’ultrastruttura di una cellula del tubulo prossimale



Gli effetti della diminuzione

della concentrazione plasmatica di Na+

Il trasporto transcellulare ed il trasporto paracellulare

di tipo secondario



Il riassorbimento del Na+: la via transcellulare

+ canali ionici+ via paracellulare

riassorbimento attivo secondario a gradiente-tempo

Il riassorbimento transcellulare di HCO3-




Il riassorbimento transcellulare del glucosio

riassorbimento attivo secondario a trasporto massimo (Tm)

Il riassorbimento transcellulare del glucosio

riassorbimento attivo secondario a trasporto massimo (Tm)



Il meccanismo di riassorbimento transcellulare di HCO3-


La pompa Na+-K+: forza trainante del trasporto tubulare



Il riassorbimento paracellulare passivo

H2O

I farmaci diuretici



La secrezione nel tubulo prossimale

La capacità renale di concentrare l’urina in diverse specie



I due tipi di nefrone

Meccanismi di concentrazione dell’urina

� La creazione di un ambiente iperosmotico (modello attivo)



Moltiplicazione controcorrente della concentrazione

Il meccanismo di concentrazione dell’urina

� Il riassorbimento di H2O



Meccanismi di concentrazione dell’urina

� La creazione di un ambiente iperosmotico (modello passivo)

Il meccanismo di concentrazione dell’urina

� Il riassorbimento di H2O



I farmaci diuretici

La diversa morfologia

dell’epitelio prossimale

e dell’epitelio distale



Morfologia delle cellule principali e delle cellule intercalari

I maggiori sistemi di trasporto del tubulo renale

ADH

Aldosterone

Controllo

pH

Controllo

pH



La rapidità d’azione dell’ormone antidiuretico (ADH)



L’ormone antidiuretico favorisce il riassorbimento d’acqua

I fattori che controllano la secrezione di ormone ADH

1

2

3

41

2



Produzione ed effetti dell’ormone antidiuretico (ADH)

Effetto renale (V2)

Effetto sistemico (V1)

Il meccanismo d’azione dell’ormone antidiuretico a livello del tubulo distale (recettore V2)



Il fenomeno della sete

L’ormone aldosterone favorisce il riassorbimento di Na+



Il meccanismo d’azione dell’ormone aldosterone

Produzione ed effetti dell’ormone antidiuretico (ADH)

Effetto renale (V2)

Effetto sistemico (V1)



La regolazione della liberazione dell’ormone aldosterone

- Sinergismo ADH-aldosterone!

I farmaci diuretici



I maggiori sistemi di trasporto del tubulo renale

Controllo

pH

Controllo

pH

La variazione del pH lungo il tubulo renale



I valori fisiologici del pH

Sistema tampone ac. carbonico – bicarbonato

H2CO3 H+ + HCO3-

CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3

-

Sistema tampone dei fosfati

H2PO4- H+ + HPO4

-

Sistema tampone delle proteine

HPr H+ + HPr-

I sistemi tampone



Le cellule intercalate controllano

il riassorbimento di ioni H+ e HCO3-

Il controllo del pH



x

Acidosi metabolica

Acidosi respiratoria

x



La diuresi è funzione della pressione arteriosa

La regolazione del flusso renale



L’autoregolazione renale

1) il controllo della pressione glomerulare (riflesso miogeno)

Teoria metabolica

(accumulo locale di metaboliti)

Teoria delle sostanze vasoattive

(prostaglandine, chinine)


2) il feedback glomerulo-glomerulare




3) il feedback glomerulo-tubulare

A parità di flusso plasmatico renale, maggiore è la VFG, maggiore sarà la

pressione oncotica nei capillari peritubulari e quindi maggiore sarà il

riassorbimento netto di fluido intratubulare.


4) l’apparato glomerulare (il sistema RAS)



Riflesso barocettivo

[Na+]

Gli stimoli attivatori del sistema RAS

� emorragia

� stati di ipovolemia funzionale

� ridotto apporto alimentare di Na+

1. Effetto sulla circolazione glomerulare- riduzione flusso plasmatico renale- vasocostrizione preferenziale arteriola efferente (aumenta la frazione di filtrazione)

2. Effetto sul riassorbimento di Na+ e quindi di H2O- aumenta il riassorbimento di Na+ a livello prossimale- sinergismo Angiotensina II – Aldosterone (1)

3. Effetto sul flusso sanguigno della midollare- aumenta l’ipertonicità della midollare (aumenta la concentrazione delle urine)

Gli effetti dell’Angiotensina II a livello renale

1



L’effetto sistemico dell’angiotensina II: il controllo della PA

+ stimolazione “centro della sete” e della “fame di sale”

��

I meccanismi che controllano la VFG




Il Peptide Atriale Natriuretico (PAN)

Il PAN viene liberato a livello atriale in seguito ad un aumento della distensioneatriale derivante da un aumento della pressione venosa centrale.

Effetti:

1. aumenta la velocita di filtrazione glomerularediminuzione della resistenza a livello di arteriola afferente ed aumento dellaresistenza a livello dell’arteriola efferente

2. inibisce il sistema alsosteronediminuisce il riassorbimento di Na+

3. inibisce il sistema ADHdiminuisce il riassorbimento di H2O

4. inibisce il sistema RAS

� diuresi e natriuresi



L’ipossia renale stimola la produzione di eritropoietina (Epo)

L’adattamento all’altitudine:

l’acclimatazione



Visione generale

I processi elementari

della digestione

05.Apparato digerente FOS05 - 1 prof.Paola Lorenzon UniTS Farmacia



Le ghiandole salivari

Il riflesso salivare




Il controllo del riflesso salivare

� solvente

� lubrificante

� antibatterico/antivirale

� idrolitico

Il riflesso della deglutizione




La muscolatura liscia del tubo gastro-enterico

Le proprietà elettriche della muscolatura liscia




Il riflesso peristaltico

La regione pace-maker dello stomaco




Le ghiandole gastriche

I diversi tipi cellulari della parete gastrica

+ cellule G (gastrina)




Le cellule ossintiche:

la secrezione di HCl

Le cellule principali:

secrezione e attivazione

del pepsinogeno




Le cellule secondarie:

produzione di muco e di ioni HCO3-

Il controllo della secrezione gastrica: la fase cefalica




Il controllo della secrezione gastrica: la fase gastrica

Il controllo della secrezione gastrica: la fase intestinale




Le specializzazioni della parete dell’intestino tenue

I dotti biliari ed il dotto pancreatico




Il succo pancreatico: la secrezione di ioni HCO3-

Il succo pancreatico: gli enzimi




Il succo pancreatico: l’attivazione delle proteasi

I secretagoghi delle cellule acinose del pancreas




L’azione dei sali biliari e delle lipasi pancreatiche

Il controllo della secrezione del succo pancreatico




Il controllo

della secrezione della bile




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