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 ,  respiratoria e fisiologia dell'esercizio fisico.

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 voltage-clamp 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

Compartimenti idrici dell'organismo. Principali compartimenti idrici e loro caratteristiche fisico-chimiche. Processi coinvolti nel trasferimento di soluti e solvente tra compartimenti: diffusione, pressione idrostatica, pressione osmotica. Osmolarità e tonicità. Pressione oncotica. Equilibrio di Gibbs-Donnan. Determinazione del volume dei compartimenti idrici mediante sostanze indicatrici.  Aspetti generali e componenti dell'apparato cardiovascolare. Necessità di un sistema di distribuzione. Diffusione dei gas e dei nutrienti. 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. Proprietà dinamiche del sangue. Emostasi: risposta vasomotoria. L'attività elettrica del cuore. Proprietà elettriche del miocardio: automatismo, conducibilità, eccitabilità. Il potenziale d'azione miocardico e le sue basi elettrofisiologiche. L'automatismo del cuore: avviatori primari e secondari. Basi elettrofisiologiche dell'automatismo e della sua modulazione vegetativa. 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. Cenni di elettrocardiografia patologico (turbe del ritmo o della conduzione, cardiopatia ischemica).

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.

Proprietà meccaniche delle fibre miocardiche. Proteine contrattili e meccanismo molecolare della contrazione. Accoppiamento eccitazione-contrazione: recettori per la rianodina e meccanismo dell’aumento citosolico di calcio indotto dall’entrata di calcio (Calcium-induced calcium release). 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. Onda sfigmica: genesi, fasi, propagazione. Onda sfigmica fisiologica e patologica. Misurazione della pressione arteriosa.

La microcircolazione. Citoarchitettonica della microcircolazione. Capillari continui, fenestrati e discontinui. Meccanismi di scambio 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. 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.

FISIOLOGIA DELLA RESPIRAZIONE

Organizzazione anatomica e funzionale e meccanica della respirazione. Funzioni respiratorie e non respiratorie del polmone. Organizzazione anatomica, istologica e citologica delle vie aeree di conduzione, di transizione e di scambio. Funzioni delle vie aeree di conduzione: riscaldamento, umidificazione e filtrazione dell’aria inspirata; clearance mucociliare e fibrosi cistica. Spazio morto anatomico e funzionale. Ventilazione polmonare e ventilazione alveolare. Area della sezione trasversa totale, velocità dell’aria e distribuzione delle resistenze lungo le vie aeree; variazioni delle resistenze in rapporto al volume polmonare e al tipo di flusso. Flusso laminare, transizionale e turbolento; legge di Poiseuille, numero di Reynolds ed equazione di Rohrer. Modulazione delle resistenze delle vie aeree da parte del sistema nervoso autonomo. Muscoli respiratori e loro effetti meccanici. Inspirazione ed espirazione tranquille e forzate. Pleure, spazio pleurico e pressione intrapleurica; pneumotorace. Definizione dei volumi e delle capacità polmonari. Spirometria statica e spirometro di Benedict. Determinazione dei volumi non misurabili mediante spirometria: tecnica di diluizione dell’elio e pletismografia. Meccanica statica della respirazione. Pressioni alveolare, intrapleurica, transpolmonare, transtoracica e transmurale del sistema toraco-polmonare. Curve pressione-volume del polmone isolato, della gabbia toracica e del sistema toraco-polmonare. Curva di rilasciamento del sistema polmone-torace e capacità funzionale residua. Compliance, compliance specifica ed elastanza; loro variazioni fisiologiche e patologiche. Componenti tissutali ed alveolari del ritorno elastico polmonare. Tensione superficiale, legge di Laplace, surfattante, stabilità alveolare e isteresi della curva pressione-volume. Meccanica dinamica della respirazione. Relazioni tra pressione, flusso e variazioni di volume durante il ciclo respiratorio. Componenti elastica e resistiva del lavoro respiratorio e loro variazioni nell’esercizio fisico e nelle patologie ostruttive e restrittive. Test di funzionalità respiratoria: spirometria dinamica mediante flussimetro; curve volume-tempo e flusso-volume; capacità vitale forzata, FEV₁/VEMS e indice di Tiffeneau. Compressione dinamica delle vie aeree e punto di uguale pressione. Quadri spirometrici ostruttivi e restrittivi. I gas respiratori e gli scambi alveolo-capillari. Aria atmosferica: composizione e variazioni delle pressioni parziali dei gas in rapporto alla quota. Aria alveolare: composizione e variazioni in rapporto alla fase del ciclo respiratorio e alla regione polmonare. Struttura della zona di scambio e della barriera alveolo-capillare. Principi fondamentali della diffusione; equilibrio dei gas nei capillari polmonari; capacità di diffusione del polmone. Trasferimento dei gas limitato dalla diffusione o dalla perfusione.Circolazione polmonare e rapporto ventilazione/perfusione. Regime di pressioni nel piccolo circolo; resistenze vascolari e loro variazioni in rapporto alle pressioni e ai volumi polmonari; vasocostrizione polmonare ipossica. Flusso ematico polmonare e distribuzione regionale della perfusione; effetti della postura e zone di West. Tempo di percorrenza del capillare alveolare a riposo e durante l’esercizio fisico. Ventilazione polmonare e sue differenze regionali. Rapporto ventilazione/perfusione e sue differenze regionali. Alterazioni del rapporto ventilazione/perfusione e principali cause di ipossiemia. Trasporto dei gas nel sangue. Trasporto dell’O₂. Contenuto di O₂ nel sangue arterioso e venoso: soluzione fisica ed emoglobina. Principali tipi di emoglobina e curve di dissociazione; variazioni dell’affinità dell’emoglobina per l’O₂ in rapporto a pCO₂, pH, temperatura e 2,3-DPG. Effetto Bohr ed emoglobina come tampone. Scambi di O₂ nei polmoni e nei tessuti. Trasporto della CO₂. Contenuto di CO₂ nel sangue arterioso e venoso: soluzione fisica, composti carbaminici e sistema acido carbonico-bicarbonato. Effetto Haldane. Scambi di CO₂ nei polmoni e nei tessuti. Il controllo nervoso e chimico della respirazione. Meccanismi nervosi centrali bulbari, pontini e proencefalici. Genesi del ritmo respiratorio e ruolo del complesso pre-Bötzinger. Meccanismi nervosi periferici: recettori polmonari da stiramento e irritativi, terminazioni vagali e recettori J; riflessi da insufflazione e da deflazione; afferenze propriocettive, esterocettive e barocettive. Controllo chimico della respirazione. Meccanismi centrali: fisiologia delle aree chemosensibili bulbari. Meccanismi periferici: fisiologia dei glomi carotidei e aortici. Risposte ventilatorie acute e croniche alle variazioni di pCO₂, pO₂ e concentrazione degli H⁺. Modificazioni del controllo ventilatorio in alta quota e durante il sonno.

FISIOLOGIA RENALE

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 vasarecta. Riassorbimento di acqua nei segmenti distali del nefrone. Meccanismo d'azione dell'ADH. Regolazione del bilancio degli altri soluti.. 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 DELL’APPARATO DIGERENTE E 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, 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. Innervazione estrinseca tratto gastrointestinale, riflessi simpatici e parasimpatici, regolazione endocrina.

Motilità gastrointestinale. Attività muscolare: modulazione nervosa, contrazione e rilasciamento, onde elettriche lente, cellule interstiziali di Cajal, innervazione estrinseca, funzioni motorie, tipi di motilità e sfinteri. Masticazione e deglutizione. Motilità esofagea. Motilità gastrica: serbatoio gastrico, modulazione nervosa, endocrina e rilasciamento. Pompa antrale, potenziale d’azione e onde di contrazione. Svuotamento gastrico. Motilità intestino tenue e crasso, organizzazione funzionale, tipi di motilità, motilità interdigestiva e complesso motorio migrante, motilità digestiva, propulsione e movimenti di massa, defecazione.

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

Digestione e assorbimento: dei carboidrati, delle proteine, dei lipidi e delle vitamine. Assorbimento e secrezione di elettroliti, acqua, minerali e oligominerali. Meccanismi di adattamento dell’apparato digerente

FISIOLOGIA DELLO SPORT

Introduzione alla fisiologia dell’esercizio fisico e dello sport: Il muscolo scheletrico e l’esercizio fisico. Metabolismo e sistemi energetici. Risposte metaboliche all’esercizio. Controllo cardiovascolare durante l’esercizio. Regolazione respiratoria durante l’esercizio. Adattamenti metabolici, cardiorespiratori, muscolari indotti dall’allenamento. La valutazione funzionale dell’atleta. Il test da sforzo cardiopolmonare (CPET). Metodi di valutazione funzionale dell’atleta. Funzioni fisiologiche nell’invecchiamento. Invecchiamento e muscolo scheletrico: la sarcopenia. Risposte fisiologiche all’esercizio fisico in ambienti estremi.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

FISIOLOGIA MEDICA –Conti et al. - Editore: Edi-Ermes

FISIOLOGIA - Berne Levy et al. Editore: CEA

Fisiologia dell’esercizio L’essenziale -McArdle W.D., Katch F.I., Katch V.L.,. Piccin Editore

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Si rimanda all’ Agenda Web | Università degli Studi di Genova, reperibile al seguente link

https://easyacademy.unige.it/portalestudenti/

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.