PRESENTAZIONE

Il corso di Fisiologia Umana I fornisce gli elementi per comprendere il funzionamento degli apparati che sovraintendono alla vita vegetativa e la loro integrazione dinamica nel mantenimento dell’omeostasi dell’organismo nell’uomo sano e conoscere i principi dell’applicazione della biofisica e delle tecnologie biomediche alla medicina.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Apprendere il funzionamento degli apparati che sovraintendono alla vita vegetativa e la loro integrazione dinamica nel mantenimento dell’omeostasi dell’organismo. Sapere interpretare i principali parametri funzionali nell’uomo sano. Conoscere i principi dell’applicazione della biofisica e delle tecnologie biomediche alla medicina. Esercitazioni di fisiopatologia cardiocircolatoria e respiratoria, anche su manichino (presso il SIMAV).

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

 Lo scopo dell’insegnamento è quello di fornire agli studenti del corso di laurea le nozioni per apprendere il funzionamento degli apparati cardiovascolare, respiratorio, renale, digerente e le basi di scienza dell’alimentazione e fisiologia dello sport che sovraintendono alla vita vegetativa e la loro integrazione dinamica nel mantenimento dell’omeostasi dell’organismo.

PREREQUISITI

La fisiologia è lo studio scientifico del funzionamento dell’organismo vivente, in termini di processi fisici e chimici. Lo studente otterrà migliori risultati nella comprensione dell’insegnamento se potrà avvalersi di solide basi di matematica, fisica, chimica, biochimica e biologia.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali di Fisiologia

Laboratori di fisiologia cardiocircolatoria e respiratoria.

Gli studenti con certificazioni valide per Disturbi Specifici dell'Apprendimento (DSA), per disabilità o altri bisogni educativi, sono invitati a contattare il docente e il referente per la disabilità della Scuola/Dipartimento all'inizio del corso per concordare eventuali modalità didattiche che, nel rispetto degli obiettivi dell'insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali.

PROGRAMMA/CONTENUTO

FISIOLOGIA CELLULARE

Il potenziale di membrana. Composizione dei compartimenti liquidi intra- ed extracellulari. Struttura e caratteristiche della membrana plasmatica. Movimento di ioni attraverso la membrana: canali ionici e trasportatori. Il principio della neutralità elettrica. Misura del potenziale di membrana. Origine del potenziale di membrana. Gradiente chimico e gradiente elettrico. L’equazione di Nernst e il potenziale di equilibrio per le varie specie ioniche. Equazione di Goldman. Depolarizzazione e iperpolarizzazione. La pompa Na+/K+- ATPasi. Le proprietà passive della membrana. Risposta della membrana alla corrente. Il circuito equivalente: conduttanza e capacità. Costante di tempo. Costante di spazio.

Le proprietà attive della membrana: il potenziale d’azione. Cellule non eccitabili e cellule eccitabili. I canali voltaggio-dipendenti: aspetti strutturali e funzionali. Fasi del potenziale d’azione e flussi ionici associati. Concetti di soglia, di evento “tutto o nulla” e di refrattarietà. Applicazione delle tecniche di voltageclamp e patch-clamp.

Propagazione del potenziale d’azione. Propagazione non decrementale. Conduzione punto a punto e conduzione saltatoria. Direzionalità della conduzione. Ruolo delle proprietà passive della membrana e della guaina mielinica nella conduzione del potenziale d’azione.

Muscolo scheletrico. Cenni di organizzazione anatomica, istologica, citologica e molecolare. Actina/miosina, sarcomero, teoria scorrimento, ciclo dei ponti trasversi. Controllo: nervi motori e unita motoria, placca neuromuscolare, accoppiamento eccitazione/contrazione. Tipi di muscolatura scheletrica.  Modulazione della Forza Muscolare: reclutamento, scossa semplice e tetano completo incompleto. Contrazione isometrica ed isotoniche. Relazioni T/L e F/Vel.

Il muscolo liscio. Ultrastruttura del muscolo liscio. Contrazione e accoppiamento eccitazione-contrazione nel muscolo liscio. Giunzioni intercellulari nel muscolo liscio. Caratteristiche meccaniche e modalità di contrazione del muscolo liscio. Innervazione del muscolo liscio e potenziali pacemaker. Ciclo veloce e ciclo lento. Stato allacciato.

FISIOLOGIA CARDIOVASCOLARE

Aspetti generali e componenti dell'apparato cardiovascolare. Organismi unicellulari e pluricellulari. Diffusione dei gas e dei nutrienti. Necessità di un sistema di distribuzione. Funzioni e caratteristiche dell'apparato cardiovascolare.

Sangue ed emostasi. Composizione del sangue: plasma, siero, elementi figurati, ematopoiesi e generalità su eritrociti, leucociti, trombociti; volume del sangue e fattori di regolazione. Emostasi: risposta vasomotoria; adesione ed aggregazione piastrinica. Coagulazione: meccanismi intrinseco ed estrinseco. Fibrinolisi e retrazione del coagulo.

Principi di emodinamica. Legge di Bernoulli e principio della continuità del flusso. Legge di Hagen- Poiseuille. Resistenza al flusso: fattori vasali. Vasi in serie e in parallelo. Resistenza al flusso: viscosità del sangue. Flusso laminare e flusso turbolento. Accumulo assiale dei globuli rossi. Velocità critica. Influenza della gravità sulla circolazione. Ruolo diagnostico del moto turbolento.

L'attività elettrica del cuore. Proprietà elettriche del miocardio: automatismo, conducibilità, eccitabilità. Il potenziale d'azione miocardico e le sue basi ioniche. L'automatismo del cuore: avviatori primari e secondari. Basi ioniche dell'automatismo e della sua modulazione ad opera del sistema nervoso vegetativo. Il sistema di conduzione e la propagazione del potenziale d'azione nel miocardio. Fasci di conduzione anomali. Correlazione tra eventi elettrici ed eventi meccanici.

L'elettrocardiogramma. Fondamenti di elettrocardiografia. Il vettore elettrico cardiaco. Derivazioni bipolari ed unipolari. Il tracciato elettrocardiografico: nomenclatura. Origine delle onde elettrocardiografiche. L'elettrocardiogramma normale nelle varie derivazioni e sua interpretazione. Asse elettrico del cuore. L'elettrocardiogramma patologico (turbe del ritmo o della conduzione, cardiopatia ischemica).

Proprietà meccaniche delle fibre miocardiche. Proteine contrattili e meccanismo molecolare della contrazione. Accoppiamento eccitazione-contrazione: recettori per la rianodina, rilascio di calcio dai depositi intracellulari. Componente elastica e componente contrattile. Contrazione isometrica e contrazione isotonica. Curva forza-lunghezza e forza-velocità. Definizione di precarico e postcarico. Il cuore come pompa. Aspetti anatomo-funzionali della pompa cardiaca: fasci muscolari, valvole atrioventricolari e semilunari. Eventi meccanici del ciclo cardiaco: aspetti pressori, volumetrici e valvolari. Origine e caratteristiche dei toni cardiaci. Soffi cardiaci e vizi valvolari. Correlazione tra eventi elettrici, meccanici e fonici. Bioenergetica e metabolismo del miocardio. Lavoro e rendimento del cuore. Legge di Laplace applicata al cuore. Regolazione intrinseca omeometrica ed eterometrica della contrattilità. Legge del cuore o di Starling. Regolazione estrinseca della frequenza e contrattilità cardiaca. Curve di prestazione ventricolare o di Sarnoff. Insufficienza cardiaca.

Caratteristiche generali dei vasi sanguigni. Organizzazione funzionale del sistema vasale. Proprietà delle pareti vasali. Vasi elastici e muscolari. Pressione transmurale. Distensibilità e pressione critica di chiusura. Vasi di resistenza e vasi di capacitanza. Relazione pressione-volume nel sistema circolatorio. Legge di Laplace.

Pressione arteriosa e onda del polso. Pressione sistolica, diastolica e differenziale. Elasticità delle grandi e medie arterie. L'onda del polso o onda sfigmica: genesi, fasi e propagazione. Il polso normale e patologico. Misurazione diretta e indiretta della pressione arteriosa.

La microcircolazione. Citoarchitettonica della microcircolazione. Capillari continui, fenestrati e discontinui. Meccanismi di scambio a livello capillare. Diffusione. Filtrazione: ipotesi di Starling. Circolazione linfatica. Fisiopatologia degli scambi capillare: l'edema.

Il ritorno venoso al cuore. Fattori emodinamici. Valvole venose e pompa muscolare. Fattori ausiliari. Relazione tra ritorno venoso e gettata cardiaca.

Il controllo della circolazione. Controllo regionale e sopraregionale della circolazione. Vasomotilità. Autoregolazione locale. Metaboliti vasodilatatori. Il controllo della pressione arteriosa sistemica. Il riflesso barocettivo (recettori, vie afferenti, centri bulbari, vie efferenti). Controllo ormonale. Controllo renale (diuresi da pressione).

Circolazione in distretti speciali. Circolazione coronarica: eventi emodinamici e regolazione umorale. Circolazione cerebrale, polmonare, splancnica e cutanea.

FISIOLOGIA DELLA RESPIRAZIONE

Meccanica della respirazione. Muscoli respiratori e loro effetti meccanici. Definizioni dei volumi e delle capacità polmonari. Lo spirometro di Benedict. Statica. Curva di rilasciamento del sistema polmone-torace. Compliance e sue variazioni. Elastanza. Diagramma pressione/volume del polmone isolato. Diagramma pressione/volume del torace. Dinamica. Diagramma pressione/flusso. Diagramma pressione/variazioni di volume. Test di funzionalità respiratoria. Lavoro respiratorio. Rapporto ventilazione/perfusione. Perfusione polmonare: regime di pressioni nel piccolo circolo; resistenze vascolari e loro variazioni in rapporto a pressione e volume polmonari; flusso ematico polmonare; distribuzione regionale della perfusione; effetti della postura sulla perfusione. Ventilazione polmonare e sue differenze regionali. Rapporto ventilazione/perfusione e sue differenze regionali. Alterazioni della meccanica respiratoria in condizioni patologiche.

I gas respiratori e gli scambi alveolo-capillari. Aria atmosferica. Composizione e variazioni in rapporto alla quota. Aria alveolare. Composizione e variazioni in rapporto alla fase del ciclo respiratorio ed alla regione polmonare. Scambi alveolo-capillari: strutture costituenti la superficie di scambio; principi fondamentali della diffusione; equilibrio dei gas nei capillari polmonari; misura della capacità di diffusione nel polmone. Trasporto di O2. Contenuto di O2 nel sangue arterioso e venoso: soluzione fisica, emoglobina, tipi di Hb e loro curve di dissociazione, variazioni di affinità Hb/O2; effetto Bohr; Hb come tampone. Scambi di O2 nei polmoni e nei tessuti. Trasporto di CO2. Contenuto di CO2 nel sangue arterioso e venoso: soluzione fisica, carbamino composti, acido carbonico/bicarbonati; Diagramma pCO2/[CO2]: effetto Haldane. Scambi di CO2 nei polmoni e nei tessuti.

Il controllo nervoso della respirazione. Meccanismi nervosi centrali: bulbari, pontini, proencefalici. Genesi del ritmo respiratorio. Meccanismi nervosi periferici: propriocettivi (riflessi da insufflazione, da deflazione, da stiramento); esterocettivi; barocettivi; recettori J. Il controllo chimico della respirazione. Meccanismi centrali: fisiologia delle aree chemosensitive bulbari. Meccanismi periferici: fisiologia dei glomi aortici e carotidei. Risposte ventilatorie acute e croniche a variazioni di pCO2, pO2, [H+].

FISIOLOGIA RENALE

Compartimenti idrici dell'organismo. Identificazione dei principali compartimenti idrici e delle loro caratteristiche fisico-chimiche. Processi coinvolti nel trasferimento di soluti e solvente tra compartimenti: diffusione, pressione idrostatica, pressione osmotica. Osmolarità e tonicità. Determinazione del volume dei compartimenti idrici mediante sostanze indicatrici. Pressione oncotica. Equilibrio di Gibbs-Donnan.

Aspetti di anatomia funzionale del rene. Cenni di anatomia renale: parenchima, letto vasale, innervazione. L'unità funzionale del rene: il nefrone, parte vascolare e parte tubulare. Nefroni corticali e juxtamidollari. Funzioni dell'apparato renale. Bilancio osmotico. Bilancio di varie specie chimiche. Equilibrio acido-base. Controllo della concentrazione delle scorie azotate. Detossificazione. Controllo della pressione arteriosa. Funzioni endocrine: eritropoietina e attivazione della vitamina D.

Ultrafiltrazione renale. Filtrazione e ultrafiltrazione. Rapporto ultrafiltrato/ultrafiltrando. Composizione dell'ultrafiltrato. Pressione dell'ultrafiltrazione. Caratteristiche della membrana filtrante: ultrastruttura del glomerulo e permeabilità selettiva della barriera di filtrazione. Effetto di peso molecolare, forma e carica elettrica delle sostanze plasmatiche sul rapporto ultrafiltrato/ultrafiltrando. Velocità di filtrazione glomerulare e sua regolazione intrinseca ed estrinseca.

Il flusso plasmatico renale. Autoregolazione del flusso plasmatico renale e della velocità di filtrazione glomerulare. Riflesso di Bayliss, sistema renina-angiotensina e prostaglandine. Controllo nervoso estrinseco.

Processi di riassorbimento e secrezione tubulare. Meccanismi attivi e passivi di trasporto tubulare. Trasporto attivo primario e secondario.. Esempio di riassorbimento tubulare: il glucosio, soglia renale teorica ed empirica. Esempio di secrezione tubulare: l'acido p-amino-ippurico (PAI). La clearance renale. Definizione di clearance. Determinazione della velocità di filtrazione glomerulare mediante la clearance dell'inulina e della creatinina. Valori di clearance per sostanze riassorbite e secrete. Determinazione del flusso plasmatico ed ematico renale mediante la clearance del PAI. Frazione di filtrazione.

Il riassorbimento di sodio e acqua. Ruolo centrale del trasporto di sodio nella funzione renale. Regolazione del carico escreto di sodio. Riassorbimento di sodio e acqua nei segmenti prossimali del nefrone. Diuresi osmotica. Genesi e mantenimento del gradiente osmotico cortico-midollare: meccanismo di moltiplicazione della concentrazione per controcorrente e funzione dei vasa recta. Riassorbimento di acqua nei segmenti distali del nefrone. Meccanismo d'azione dell'ADH. Regolazione del bilancio degli altri soluti. Regolazione del bilancio del potassio. Regolazione del bilancio di calcio, fosforo, magnesio, fosfati e amminoacidi. Riassorbimento tubulare dell'urea e clearance dell'urea.

Regolazione dell'osmolarità e del volume dei liquidi corporei. Lavoro osmotico e di volume nello stato di diuresi ed antidiuresi. Clearance osmolare e clearance dell'acqua libera. Osmocettori, volumocettori e regolazione della secrezione di ADH. Compensi renali.

Regolazione dell'equilibrio acido-base. Il pH dei liquidi corporei. Principali sistemi tampone dell'organismo. L'equazione di Henderson-Hasselbalch. Il sistema acido carbonico-bicarbonato. Il rene nel mantenimento dei sistemi tampone circolanti: escrezione di acidità titolabile e di ioni ammonio, riassorbimento dei bicarbonati. Acidosi ed alcalosi metabolica e respiratoria. Il diagramma di Davenport. Compensazione respiratoria e renale. Fisiologia dell'azione dei diuretici. Sito e meccanismo d'azione delle principali classi di diuretici: diuretici osmotici, inibitori dell'anidrasi carbonica, diuretici dell'ansa, diuretici tiazidici, diuretici risparmiatori di potassio.

FISIOLOGIA DELLA DIGESTIONE E DELLA NUTRIZIONE

Fisiologia della nutrizione. Alimenti. Metabolismo energetico. Determinazione del fabbisogno energetico, valore energetico degli alimenti, misura del dispendio energetico, calorimetrie diretta e indiretta. Metabolismo basale, misurazioni e variazioni del metabolismo basale. Fabbisogno energetico complessivo, calcolo del fabbisogno calorico. Razione alimentare, fabbisogni di: proteine, lipidi e glicidi, la fibra alimentare, bevande, vitamine liposolubili: A, D, E, K, F, vitamine idrosolubili: B1, B2, B3, B5, B6 B8 B9 B12,C, i minerali principali: calcio, fosforo, magnesio sodio cloro e potassio e zolfo, gli oligominerali: ferro, zinco, iodio, fluoro. Acqua.

Meccanismi della fame e della sazietà: meccanismi centrali e periferici: a lungo e breve termine.

Sistema nervoso enterico. Innervazione del tratto gastrointestinale, divisione simpatica, parasimpatica ed enterica. Organizzazione sistema nervoso enterico, plessi gangliari e agangliari. Neuroni enterici, classificazione morfologica, funzionale e loro distribuzione. Meccanismi di trasmissione neuronale. Recettori per neurotrasmettitori e neuromodulatori. Relazioni funzionali fra neuroni enterici: giunzione fra neuroni enterici e cellule effettrici, motoneuroni inibitori ed eccitatori. Comportamento elettrico e sinaptico dei neuroni enterici: PPE rapidi, lenti e PPI lenti, meccanismi a cancello. Innervazione estrinseca tratto gastrointestinali, riflessi simpatici e parasimpatici.

Motilità gastrointestinale. Attività muscolare: modulazione nervosa, contrazione e rilasciamento, onde elettriche frequenze e meccanismi molecolari, innervazione estrinseca, funzioni motorie e tipi di motilità, ileo fisiologico, sfinteri. Masticazione e deglutizione. Motilità esofagea. Motilità gastrica: serbatoio gastrico,modulazione nervosa e rilasciamento. Pompa antrale, potenziale d’azione e contrazione ad anello. Svuotamento gastrico. Motilità intestino tenue, organizzazione funzionale, tipi di motilità, motilità interdigestiva e complesso motorio migrante, motilità digestiva, propulsione e movimenti di massa. Motilità intestino crasso, organizzazione funzionale, cieco, colon regione retto sigmoidea e canale anale. Defecazione.

Secrezioni gastrointestinali. Secrezione salivare, organizzazione morfofunzionale, composizione e funzione della saliva, regolazione secrezione salivare. Secrezione gastrica, organizzazione morfofunzionale, tipi di cellule, secrezione acida, barriera mucosale, elettroliti succo gastrico, regolazione secrezione acida, pepsina, lipasi, muco, fattore intrinseco. Secrezione pancreatica, organizzazione morfofunzionale, secrezione acquosa e proteica, regolazione della secrezione pancreatica,risposta al pasto. Secrezione biliare, organizzazione morfofunzionale, composizione e produzione bile, trasporto e immagazzinamento bile liberazione bile nel duodeno. Secrezione intestinale, secrezione intestino tenue e crasso.

Digestione e assorbimento. Organizzazione morfofunzionale, intestino, meccanismi della digestione e assorbimento, digestione e assorbimento dei carboidrati, proteine, lipidi vitamine. Assorbimento elettroliti, acqua, minerali e oligominerali.

FISIOLOGIA DELLO SPORT

Definizioni. esercizio neuro-motorio; lavoro muscolare; allenamento all'esercizio neuro-motorio ed al lavoro fisiologico. Bioenergetica. equivalenti fisici e fisiologici del lavoro: metabolismo nel corso del lavoro e dell'allenamento. Adattamenti morfologici e metabolici nel corso dell'esercizio fisico. Allenamento. tipologia della muscolatura striata, tipologia delle metodiche di allenamento (sportivo ed atletico). Effetti del lavoro e dell'allenamento sugli apparati digerente, cardiovascolare, respiratorio, neuroendocrino, termoregolatorio; emuntori.

Nutrizione e Sport. Fabbisogni di nutrienti energetici nell'attività sportiva; nutrienti "plastici" e "regolatori" per lo sportivo. Valutazione dello stato nutrizionale dello sportivo. Razioni alimentari e tipologia di allenamento. Regime alimentare in relazione alla tipologia della prestazione sportiva. Metodologie alimentari per il recupero delle riserve nelle fasi pre e post-agonistiche.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Trattati di Fisiologia

Berne, Levy et al. FISIOLOGIA CEA

Conti et al. FISIOLOGIA MEDICA (2° ed.) Edi-Ermes

Guyton et al. Fisiologia Medica EDRA

Altri testi monografici

Berne & Levy, FISIOLOGIA CARDIOVASCOLARE ,McGraw-Hill

Vander, FISIOLOGIA RENALE, McGraw-Hill

Koeppen & Stanton, FISIOLOGIA RENALE, Masson

West, FISIOLOGIA DELLA RESPIRAZIONE, Piccin

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Primo semestre (fine settembre, inizio ottobre)

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Scritto + Orale

Per accedere all’esame orale occorre superare una prova scritta costituita da 30 domande a risposta multipla. Per accedere all’orale occorre raggiungere il punteggio di 15 punti ( il punteggio viene così ripartito: punti 1 per ogni domanda giusta; punti: -0,25 per ogni domanda sbagliata; nessun punteggio alle domande non risposte).  In caso di non superamento della prova orale, occorre ripetere la prova scritta.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Nell’interrogazione orale, la preparazione del candidato e il raggiungimento dei risultati di apprendimento relativi al programma vengono valutati da tre diversi  docenti di Fisiologia. Il candidato dovrà dimostrare di aver acquisito le conoscenze sufficienti sulla fisiologia generale, e sulla fisiologia degli apparati e dei sistemi  presenti nel programma.

ALTRE INFORMAZIONI

Su aulaweb sono disponibili le diapositive delle lezioni erogate dai docenti del corso.