(16 CFU – 160 ore)

Coordinatore: prof. Bruno Grassi

Obiettivi formativi

L’obiettivo generale del corso è di fornire allo studente un approccio sintetico ed integrato ai principi di funzionamento dei principali organi e sistemi di organi dell’uomo. Verranno sottolineati in particolare gli aspetti rilevanti dal punto di vista funzionale (fisiologico e fisiopatologico), nonché gli aspetti di regolazione e di integrazione tra organi e sistemi di organi. L’integrazione dei moduli di fisiologia con il modulo di biofisica ha l’obiettivo di mettere lo studente nelle condizioni di comprendere e, ove possibile, di dare una descrizione quantitativa, delle basi fisiche e biofisiche e dei meccanismi fisiologici dell’attività dei sistemi integrati, dal livello subcellulare all’organismo in toto. Le lezioni dei moduli di fisiologia verranno integrate da un ciclo di esercitazioni pratiche.

Propedeuticità

Il corso deve essere preceduto da tutti gli insegnamenti del I anno tranne Inglese, Informatica, Economia ed Etica.

Modulo: FISIOLOGIA UMANA

SSD: BIO/09

(11 CFU, 110 ore)

Docente: prof. Bruno Grassi

Programma

Sangue e liquidi corporei

Plasma e componente corpuscolata del sangue. Volemia. Compartimenti idrici dell’organismo: plasma, liquido interstiziale, liquido intracellulare. Composizione del plasma, proteine plasmatiche. Pressione osmotica e colloido-osmotica. Midollo osseo e cenni di emopoiesi. Globuli rossi, ematocrito. Resistenza globulare al carico osmotico. Velocità di eritrosedimentazione. Emostasi: vasocostrizione, aggregazione piastrinica, coagulazione, fibrinolisi. Ruolo dell’endotelio. Equilibrio tra fattori pro-coagulanti e anti-coagulanti; significato funzionale in condizioni fisiologiche e patologiche.

Muscolatura scheletrica e muscolatura liscia.

I diversi tipi di muscolo: muscolo scheletrico, miocardio, muscolo liscio. Muscolo scheletrico. Fibre muscolari, miofibrille, sarcomeri. Organizzazione generale. Unità motoria. Reclutamento. Organizzazione generale della fibra muscolare. Proteine contrattili, proteine di regolazione, proteine di stabilizzazione ed elastiche. Accoppiamento eccitazione-contrazione; rilasciamento muscolare; ruolo del calcio; SERCA. Contrazione muscolare, scorrimento dei filamenti. “Ciclo meccanico” e “ciclo biochimico” dei ponti trasversali. Elementi di meccanica muscolare: contrazione isotonica, contrazione isometrica; contrazione concentrica ed eccentrica; relazione tra tensione sviluppata e lunghezza della fibra; relazione tra forza sviluppata e velocità di accorciamento o di allungamento Scossa singola, sommazione, tetano incompleto, tetano. Elementi di bioenergetica. Meccanismi responsabili della resintesi dell’ATP. Diversi tipi di fibre muscolari; isoforme della miosina.

Muscolatura liscia.

Principali funzioni. Organizzazione generale. Muscoli unitari e multiunitari. Accoppiamento eccitazione-contrazione; molecole e meccanismi coinvolti. Controllo della contrazione e del rilasciamento della muscolatura liscia. Ciclo dei ponti trasversali; “stato bloccato”.

Sistema cardiovascolare

Organizzazione generale. Elementi di anatomia funzionale. Organizzazione generale morfo-funzionale del cuore. Miocardio. I diversi tipi di cellule muscolari cardiache. Accoppiamento eccitazione-contrazione. Rilasciamento. Ruolo del calcio. Elementi in comune e distintivi rispetto al muscolo scheletrico. Regolazione della forza contrattile da parte del sistema nervoso ortosimpatico e delle catecolamine circolanti. Potenziale di azione delle cellule miocardiche; cellule miocardiche contrattili; cellule miocardiche autoritmiche. Effetti della stimolazione parasimpatica, ortosimpatica e delle catecolamine circolanti. Conduzione elettrica nel cuore; componenti del sistema di conduzione; ruolo funzionale. Rapporti temporali tra eventi elettrici ed eventi meccanici. Elementi di elettrocardiografia. Ciclo cardiaco. Gettata cardiaca, gettata sistolica, frequenza cardiaca. Relazioni forza / lunghezza e pressione / volume. Pre-carico e post-carico. Regolazione della forza contrattile. Regolazione della gettata cardiaca. Misurazione della gettata cardiaca. Distribuzione della gettata cardiaca. Vasi sanguigni, elementi di anatomia funzionale. Elasticità arteriosa. Onda sfigmica. Resistenze vascolari periferiche. Controllo da parte del sistema nervoso simpatico e delle catecolamine circolanti. Pressione arteriosa nei diversi distretti del sistema cardiovascolare. Pressione arteriosa sistolica, diastolica e media. Misurazione della pressione arteriosa. Principali fattori determinanti la pressione arteriosa. Meccanismi di regolazione della pressione arteriosa; riflesso barocettore; regolazione renale. Distribuzione del volume di sangue nei diversi distretti del sistema cardiovascolare. Regolazione del flusso sanguigno locale; regolazione “metabolica” e da parte del sistema nervoso autonomo. Circolazione capillare e scambi a livello capillare; filtrazione e riassorbimento; legge di Starling; differenze tra circoli capillari in diversi organi. Sistema linfatico. Alterazioni di filtrazione / riassorbimento; edema. Sistema venoso. Effetti idrostatici. Pompa muscolare. Ritorno venoso al cuore. Effetti della respirazione. Elementi di regolazione del sistema cardiovascolare. Circolazioni speciali: circolo cerebrale; circolo miocardico; circolo polmonare; circolazione fetale.

Sistema respiratorio

Organizzazione generale. Elementi di anatomia funzionale. Vie aeree superiori. Muscoli della respirazione. Gabbia toracica. Pleure, spazio pleurico e pressione intrapleurica. Rapporti polmone – gabbia toracica. Pneumotorace. Generazione dei gradienti pressori per il flusso di aria. Ventilazione polmonare e ventilazione alveolare, spazio morto. Frequenza respiratoria e volume corrente. Volumi e capacità polmonari. Spirometria; alterazioni ostruttive e restrittive. Misurazione del volume residuo. Compliance ed elasticità polmonare. Tensione superficiale e surfattante polmonare. Caratteristiche meccaniche della gabbia toracica. Curve pressione - volume a rilasciamento del sistema toraco – polmonare, del polmone e della gabbia toracica. Resistenze delle vie aeree, broncocostrizione, broncodilatazione. Curve flusso – volume in inspirazione ed espirazione. Compressione dinamica delle vie aeree. Circolazione sanguigna polmonare. Diffusione dei gas a livello della membrana alveolo-capillare. Pressioni parziali dei gas a livello dell’aria ambiente, delle vie respiratorie superiori, degli alveolari, del sangue venoso misto e a livello arterioso. Effetti dell’ipossia e dell’esercizio fisico. Fisiopatologia delle principali alterazioni della diffusione alveolo-capillare. “Shunt”. Eterogeneità della ventilazione polmonare e della della perfusione polmonare. Rapporto ventilazione / perfusione e scambi gassosi a livello polmonare. Effetti sulla capacità di trasporto dell’O2 a livello arterioso. Trasporto dei gas respiratori nel sangue. Trasporto dell’ossigeno. Emoglobina. Curva di dissociazione dell’ossiemoglobina. Trasporto dell’anidride carbonica; curva di dissociazione dell’anidride carbonica. Interazioni tra trasporto dell’ossigeno e trasporto dell’anidride carbonica, a livello polmonare e periferico. Scambi gassosi a livello dei tessuti. Regolazione della ventilazione; organizzazione generale. Cenni sui centri di regolazione del respiro. Chemorecettori periferici. Chemorecettori centrali. Interazioni tra chemorecettori centrali e periferici. Riflessi a partenza dal polmone e dalle vie aeree.

Sistema renale

Organizzazione generale anatomo-funzionale. Ruolo del rene nel controllo del volume liquido extracellulare e dell’osmolarità. Bilancio idrico dell’organismo. Meccanismi comportamentali. Nefrone, elementi tubulari e vascolari. Principali funzioni del rene: filtrazione, riassorbimento, secrezione, escrezione. Filtrazione glomerulare. Feedback tubulo-glomerulare. Riassorbimento tubulare. Concetto di clearance. Clearance di inulina, creatinina, glucosio, urea, acido para-amino-ippurico. Ansa di Henle. Meccanismo di moltiplicazione controcorrente; generazione del gradiente di osmolarità nell’interstizio. Vasa recta, ciclo dell’urea; regolazione da parte dell’ormone antidiuretico. Tubulo contorto distale. Regolazione del riassorbimento di sodio; sistema renina-angiotensina-aldolsterone; principali effetti dell’angiotensina II. Bilancio del potassio. Ruolo del rene nella regolazione del pH; recupero dei bicarbonati filtrati; eliminazione di H+, “rigenerazione dei bicarbonati”. Dotto collettore. Regolazione della concentrazione e del volume di urina; ormone antidiuretico; regolazione del rilascio di ormone antidiuretico. Peptidi natriuretici atriali ed altri. Ruolo del rene nel controllo della volemia e della pressione arteriosa. Risposte omeostatiche integrate ad eccessiva introduzione di liquidi, di sale, emorragia, disidratazione.

Altre funzioni omeostatiche ed adattative integrate

quilibrio acido-base e controllo del pH. Bilancio degli ioni idrogeno dell’organismo. Principali sistemi tampone. Il sistema acido carbonico – bicarbonato. [HCO3-] e “riserva alcalina”. Ruolo del polmone nella regolazione dell’equilibrio acido-base; ipoventilazione e iperventilazione; chemorecettori centrali e periferici. Ruolo del rene nella regolazione dell’equilibrio acido-base. Diagramma di Davenport. Alterazioni dell’equilibrio acido-base e meccanismi di compenso. Acidosi respiratoria, acidosi metabolica, alcalosi respiratoria, alcalosi metabolica.

Esercizio fisico.

Meccanismi energetici di resintesi dell’ATP; meccanismo della fosfocreatina, glicolisi anaerobica, meccanismo ossidativo o aerobico; principali fattori limitanti; significato funzionale. Scorte di glicogeno muscolare e tolleranza all’esercizio. Metabolismo basale. I diversi tipi di fibre muscolari; principali caratteristiche; sistemi di classificazione; significato funzionale. Relazione consumo di O2 – carico di lavoro; massimo consumo di O2. Fattori limitanti il massimo consumo di O2, in condizioni fisiologiche e patologiche. Significato funzionale del massimo consumo di O2. Adeguamenti respiratori cardiovascolari e metabolici all’esercizio fisico. “Cinetica di adeguamento” del consumo di O2 all’inizio dell’esercizio; contrazione e pagamento del debito di O2; significato funzionale. Quoziente respiratorio; effetti dell’utilizzazione dei substrati; effetti del tamponamento dell’acido lattico da parte del sistema dei bicarbonati; compenso respiratorio dell’acidosi metabolica lattica. Il concetto di “soglia anaerobica”; significato funzionale; sistemi di determinazione in base all’analisi degli scambi dei gas alla bocca e mediante analisi della concentrazione ematica di acido lattico. Metabolismo energetico lattacido durante esercizi “sottomassimali” e “sopramassimali”. Produzione, utilizzazione ed accumulo muscolare ed ematico di acido lattico; significato energetico. Adattamenti fisiologici all’ipossia, all’iperbaria e alla microgravità. Regolazione della temperatura corporea. Animali omeotermi e pecilotermi. Temperatura corporea. Zona termica neutra, ipotermia, ipertermia. Meccanismi di termogenesi e di termodispersione. Bilancio termico. Circolazione cutanea, circolazione venosa superficiale e profonda. Modello di termoregolazione. Risposte al caldo e al freddo. Febbre. Termogenesi, termodispersione e termoregolazione durante esercizio e in condizioni ambientali diverse.

Testi consigliati

E.P. Widmaier, H. Raff, K.T. Stranf. Vander Fisiologia, Casa Editrice Ambrosiana, Milano. 2011.

Modulo: FISIOLOGIA ENDOCRINA DIGESTIVA

SSD: BIO/09

(2 CFU, 20 ore)

Docente: prof. Bruno Grassi 

Programma

Sistema gastroenterico.

Gli ormoni del tratto gastro-enterico. Eterogeneità di struttura. Funzioni fisiologiche di gastrina, colecistochinina, secretina. Cenni al polipeptide pancreatico, peptide inibitore gastrico, grelina, enteroglucagone e somatostatina enterica. Generalità sul tratto gastro-intestinale. L’innervazione del tubo digerente. Concetti generali sulla motilità del tratto gastro-enterico. La masticazione e la deglutizione. Le funzioni motorie dello stomaco: funzione di serbatoio e svuotamento ordinato, la pompa antrale. Movimenti di segmentazione e di peristalsi. La progressione oro-aborale. La motilità interdigestiva: il complesso mioelettrico migrante. I movimenti di massa del colon. Cenni al riflesso della defecazione. Le secrezioni dell’apparato digerente. La saliva e sue funzioni. Effetto della velocità di secrezione sulla composizione della saliva. L’ipotesi dei 2 stadi. Meccanismi di controllo della secrezione. La secrezione gastrica. Funzioni del succo gastrico. Effetto della velocità di secrezione sulla composizione del succo gastrico. L’ipotesi delle 2 componenti. Meccanismi di controllo della secrezione. La secrezione pancreatica. Composizione del succo pancreatico. Stimoli alla secrezione pancreatica. La secrezione epatica. Composizione della bile. Il circolo entero-epatico dei sali biliari. Stimoli alla secrezione biliare. Cenni alle secrezioni intestinali. I principali meccanismi di trasporto di membrana. La digestione dei carboidrati. L’amilasi come enzima endoluminale; le oligosaccaridasi come enzimie di membrana. L’assorbimento dei glucidi in co-trasporto con il Na+. La digestione delle proteine: enzimi endoluminali, di membrana e citoplasmatici. L’assorbimento degli aminoacidi in co-trasporto con il Na+ e dei piccoli peptidi in co-trasporto con H+. La funzione emulsionante dei sali biliari. La digestione dei lipidi. La formazione delle micelle. La resintesi citoplasmatica dei trigliceridi e la formazione di choilomicroni e VLDL. L’assorbimento dei lipidi nel vaso chilifero centrale. L’assorbimento di acqua e sali minerali (Calcio e Ferro). Le funzioni del fegato.

Sistema endocrino.

Generalità sul sistema endocrino. Definizione di ormone. Modalità d’azione. Generalità sulla sintesi e secrezione degli ormoni proteici e degli ormoni steroidei. Trasporto ematico degli ormoni: effetti delle proteine vettrici. Il legame ormone-recettore ed il grafico di Scatchard. La curva dose-risposta di un ormone. I vari tipi di recettori per gli ormoni. L’asse ipotalamo-ipofisario. Gli ormoni della neuroipofisi. Caratteristiche comuni. ADH: effetti fisiologici, regolazione della secrezione. Ossitocina: effetti fisiologici. Gli ormoni dell’ipofisi anteriore. La prolattina: effetti fisiologici, regolazione della secrezione. Gli ormoni che regolano la crescita e lo sviluppo. GH: effetti fisiologici diretti e indiretti, regolazione della secrezione. Asse ipotalamo-ipofisi-tiroide. Il TSH. Struttura e biosintesi dell’ormone tiroideo. Effetti fisiologici del T3 e T4. Regolazione della secrezione. Asse ipotalamo-ipofisi-surrene. L’ACTH. Caratteristiche, cenni alla biosintesi, degradazione degli ormoni cortico-surrenalici. Effetti fisiologici e regolazione della secrezione dei glicocorticoidi. Effetti fisiologici e regolazione della secrezione dei mineralcorticoidi. La midollare del surrene. Struttura di adrenalina e noradrenalina. Effetti delle catecolamine. Gli ormoni pancreatici nel controllo dell’omeostasi glicemica. Struttura, modalità di secrezione e funzioni dell’insulina. Struttura e funzioni del glucagone. Cenni alle funzioni della somatostatina del polipeptide pancreatico nella regolazione della glicemia. Cenni alla regolazione della glicemia in corso di esercizio fisico. Problematiche nel paziente diabetico insulino-dipendente. La regolazione della calcemia e della fosforemia. Funzioni del calcio e del fosforo. La vitamina D vista come ormone. Vie di sintesi ed effetti del calcitriolo. Il paratormone. Stimoli alla secrezione e sue funzioni. Stimoli alla secrezione di calcitonina. Effetti della calcitonina. Cenni alla funzione endocrina del tessuto adiposo. Leptina, adipochina, interleuchina-6, TNF-alfa. Relazioni con la massa grassa del soggetto. Effetti di esercizio fisico e dimagramento.

Testi consigliati

E.P. Widmaier, H. Raff, K.T. Stranf. Vander Fisiologia, Casa Editrice Ambrosiana, Milano. 2011.

Modulo: BIOFISICA

SSD: FIS/07

(3 CFU, 30 ore)

Docente: prof.ssa aggr. Alessandra Corazza 

Programma

Statica nei fluidi.

Principio di Pascal, legge di Stevino sulla pressione idrostatica, principio di Archimede, il principio dei vasi comunicanti.

Dinamica dei fluidi.

Fluidi non viscosi: concetto di flusso o portata, equazione di continuità del flusso teorema di Bernoulli. Fluidi viscosi: resistenza di un condotto, flusso laminare, viscosità di un fluido, formula di Poiseuille fra portata e pressione, concetto di flusso turbolento, velocità critica ed il numero di Reynolds. Fenomeni di superficie: forza di coesione, forza adesione, tensione superficiale. L’acqua nei sistemi biologici: generalità sulla struttura dell’acqua, proprietà dinamiche dell’acqua, caratteristiche chimico fisiche biologicamente significative dell’acqua.

Biofisica delle membrane.

Interazione lipidi acqua, caratteristiche e proprietà dei doppi strati lipidici, transizioni di fase nei dei doppi strati lipidici. Fenomeni di trasporto nelle membrane: flusso di soluto e di flusso di soluzione, la diffusione in gradiente di concentrazione, la permeabilità delle membrane, diffusione in gradiente di pressione idraulica, la diffusione in gradiente di pressione osmotica, flussi elettrochimici, condizioni di equilibrio di Donnan-Gibbs, la diffusione in gradiente di potenziale elettrico, potenziale di riposo delle membrane. Potenziale d’azione.

Fenomeni elettrici variabili nel tempo nelle membrane biologiche, fenomeni macroscopici risultanti (ECG, EEG, EMG), proprietà di cavo dell’assone, propagazione saltatoria.

Onde sonore in Medicina.

Suono e rumore, propagazione delle onde sonore, sensazione sonora e unità di misura, l’orecchio esterno, principi delle applicazioni degli ultrasuoni in medicina (litotritore, ecografia, Doppler).

Ottica in Medicina.

Diottro, lenti sottili, microscopio semplice e composto, l’occhio come sistema ottico, la visione del colore.

Interazione radiazioni materia:

le regioni dello spettro elettromagnetico, livelli energetici e transizioni, assorbimento, saturazione e rilassamento, tecniche spettroscopiche più utilizzate nel laboratorio biomedico. Effetti biologici delle radiazioni: Radiazioni non ionizzanti ad alta energia. Radiazioni non ionizzanti a bassa energia. Radiazioni ionizzanti. Dosimetria delle radiazioni. Effetti delle radiazioni ionizzanti sulle cellule e sui tessuti. Applicazioni delle radiazioni ionizzanti in medicina.

Testi consigliati

D. Scannicchio, Fisica Biomedica, seconda edizione, EdiSES, Napoli 2010.