L’omeostasi
Controllo dell’ambiente interno
Omeostasi
(Homeo = simile + stasis = condizione)
L’insieme dei processi che permettono
all’organismo a vari livelli di mantenere
costanti le caratteristiche chimico-fisiche dei
suoi
ambienti
interni
cellulari
ed
extracellulari, anche al variare dell’ambiente
esterno.
Claude Bernard (1813-1878)
• Milieu intérieur = ambiente
interno
“la fissità dell’ambiente interno è la condizione
della vita libera e indipendente”
Walter B. Cannon (1929)*
Creò la parola Omeostasi
* Cannon WB. Organization for physiological homeostasis. Physiol. Rev. 9: 399443, 1929.
Variabili regolate
• Omeostasi osmotica (concentrazione dell’acqua e
concentrazione totale dei soluti).
• Omeostasi ionica (concentrazione dei singoli ioni
e loro rapporti).
• Omeostasi complessiva dei costituenti organici e
dell’energia (concentrazione dei protidi, lipidi,
glucidi, vitamine, oltre che l’energia ricavata dalle
prime tre classi di composti).
• Omeostasi termica (temperatura corporea).
Fisiopatologia
Causa esterna
Causa interna
•Sostanze chimiche tossiche
•Traumi fisici
•Virus e batteri
•Cancro e tumori benigni
•Malattie autoimmuni
•Morte prematura di cellule
•Alterazione dei processi cellulari
•Malattie ereditarie
Sistemi di regolazione omeostatica
Una rete di componenti dell’organismo funzionalmente interdipendenti che
operano per mantenere relativamente costante attorno ad un livello ottimale un
dato fattore dell’ambiente interno.
• Regolazioni intrinseche (locali).
• Regolazioni estrinseche.
Dee Unglaub Silverthorn, Fisiologia umana © 2010 Pearson Italia S.p.A
Meccanismi di controllo
omeostatico
Dispositivi
per
mantenere
restaurare l’omeostasi.
• Circuito di controllo a feedback
(feedback = retroazione)
•
•
Negativo
Positivo
o
Principio di retroazione
• Meccanismo sensoriale (sensore).
• Centro di integrazione o di controllo
(integratore).
• Meccanismo effettore (effettore).
Sensori = cellule sensibili alle modificazioni della variabile.
Input = segnali che raggiungono un centro integrativo.
Centro integrativo = ha la funzione di comparare la variabile
regolata al valore del set point e di organizzare le risposte
appropriate.
Output = segnali in uscita dal centro integrativo.
Effettori = cellule, tessuti o organi che mettono in atto la risposta
finale.
Figura 6.23
Dee Unglaub Silverthorn, Fisiologia
umana © 2010 Pearson Italia S.p.A
Controllo a retroazione in un sistema
di controllo a feedback negativo
Feedback
negativo
La risposta del
sistema ha direzione
opposta rispetto al
cambiamento
che
l’ha prodotta.
Oscillazione intorno al valore di riferimento
Feedback
positivo
La risposta del
sistema va nella
stessa direzione del
cambiamento della
variabile che l’ha
prodotta.
Retroazione negativa e positiva
Esempio di un processo di
retroazione positiva
Controllo ormonale delle
contrazioni uterine durante il
parto.
Cicli ormonali
Sistemi di controllo dei viventi
• Meccanismi chimico-fisici (omeostasi passiva).
•
Sistemi tampone (regolazione pH).
• Meccanismi fisiologici (omeostasi attiva).
•
Rene e polmone (regolazione pH).
Omeostasi cellulare
Regolazione della
selettività
delle
membrane e dei
trasporti.
Prodotto
Entrata
X
Uscita
Regolazione delle
reazioni chimiche.
Consumato
Omeostasi cellulare
Regolazione della selettività delle
membrane e dei trasporti
•
•
•
•
•
•
Diffusione
Coefficiente di permeabilità
Trasporti diffusionali in fila
singola
Trasporti facilitati
Trasporti attivi
Regolatori
Regolazione delle reazioni
chimiche
•
•
•
•
Legge dell’azione di massa
Azione di massa in una reazione
enzimatica
Induzione e repressione enzimatica
Attivazione ed inibizione enzimatica
Biosintesi dell’isoleucina
E (+) · F (+) · A (-) = R (-)
Omeostasi dell’organismo
Omeostasi dell’organismo
Vie di entrata e di uscita
Omeostasi dell’organismo
Allostasi
E’ la capacità di mantenere la stabilità dei sistemi fisiologici per
mezzo del cambiamento.
Termoregolazione
Omeotermi
Pecilotermi
Temperatura corporea
Temperatura corporea media
35,5°-37,7°C
Temperatura corporea centrale
37,8°C
Fattori che influenzano la temperatura corporea:
•Esercizio fisico
•Termogenesi alimentare
•Ritmo circadiano
•Ovulazione +0,5 - 1°C.
Zona di neutralità termica
27,8° - 30°C
Termoregolazione per temperature
ambientali comprese tra i 10° e i 55°
Bilancio termico
Il bilancio termico è la
risultante tra i processi
di termogenesi e i
meccanismi di
termodispersione.
Bilancio termico
Termogenesi
• Reazioni di ossido-riduzione
• Fegato, muscolatura scheletrica e cardiaca
• Tessuto adiposo bruno
Regolazione termogenesi
• Attività muscolatura scheletrica
– Tono muscolare
– Tremore muscolare, brividi
• Meccanismi ormonali
– Catecolamine Disaccoppianti
– Ormoni tiroidei
– Grasso bruno
Termodispersione
Metodi fisici che permettono la termodispersione:
•Conduzione
•Convezione (Proporzionale al gradiente termico e alla superficie
corporea esposta)
•Irraggiamento (λ = 0,8-1000 )
•Evaporazione (Calore latente di evaporazione 0,58 kcal/g di
H2O)
•
Perspiratio insensibilis ( 800-1000 ml H2O; 460-580 kcal)
•
Evaporazione di sudore (1000- 1500 ml/h)
Evaporazione
Regolazione dispersione termica
• Differente temperatura tra
cute e ambiente
– Circolazione del sangue 0,5
l/min - 3 l/min
– Pannicolo adiposo
– Regolazione vasomotoria
– Fibre nervose ortosimpatiche
(vasocostrizione)
– Piloerezione
Termografie
Termocezione
Canali ionici TRP (Transent Receptor Potential)
•TRPM8 termocettori per il freddo;
•TRPV4 e TRPV3 termocettori per il caldo.
Nocicettori termici per il freddo (TRPA1, < 14°C);
Nocicettori termici per il caldo (TRPV1, > 43°C).
Centri nervosi della termoregolazione
•Vie nervose ortosimpatiche
•Sistema nervoso somatico
•Ipotalamo Ipofisi (TSH)
Termocettori centrali
•Ipotalamo anteriore (Area preottica)
•Diencefalo
•Tronco encefalico
•Midollo spinale
Termocettori periferici
Risposte al
caldo
•Recettori cutanei del freddo
•Recettori cutanei del caldo
Risposte termoregolatrici integrate
Variazione della termoregolazione
Fisiologiche
•
•
•
•
Ritmo circadiano
Ciclo mestruale
Vampate di calore
Febbre (pirogeni esogeni
lipopolisaccaridi batterici;
pirogeni endogeni
prostaglandine, IL-1, IL-6,
interferone, TNF)
Antifebbrili (antipiretici) =
Piramidone, acido
acetilsalicilico.
Patologiche
• Collasso da calore
• Colpo di calore
• Ipertermia maligna
(Ca2+)
• Ipotermia
Termografia nella medicina
Patologico
Normale