Fondamenti di Fisiologia e Anatomia L26 San Raffaele

Fondamenti di fisiologia e anatomia è l'esame del secondo anno di L26 San Raffaele che spiega come funziona il corpo umano: 8 CFU e 40 videolezioni che vanno dall'omeostasi cellulare al sistema nervoso, dal cuore ai reni, fino all'apparato digerente. In un corso di scienze dell'alimentazione è il punto in cui la chimica e la biochimica del primo anno incontrano l'organismo: cosa succede a un nutriente dopo il primo boccone, chi decide quando secernere un enzima, come rene e polmone mantengono stabile l'ambiente interno. Il programma ufficiale lo presenta come la base anatomo-fisiologica per corsi più avanzati come Scienze della nutrizione umana e Scienze e tecnologie degli alimenti.

Di cosa parla il programma

Il programma ufficiale (cod. 0262208BIO09) è organizzato in un solo modulo: una lezione introduttiva e nove sezioni, per un totale di 40 videolezioni da circa 30 minuti. La sezione più ampia è quella sul sistema nervoso, con 11 lezioni; seguono apparato cardiovascolare e apparato digerente, con 5 lezioni ciascuno. Anatomia e fisiologia non sono divise in due blocchi: ogni apparato viene presentato prima nella sua struttura e poi nel suo funzionamento. La scheda segnala inoltre 12 lezioni come approfondimento della parte di anatomia, senza test di autovalutazione: l'elenco è indicato nel programma ufficiale.

Argomenti del programma da approfondire

Il programma elenca le sezioni per apparati, partendo dal cuore. Per studiarle conviene seguire le dipendenze tra gli argomenti: sistema nervoso e sistema endocrino regolano tutti gli altri apparati, quindi vanno capiti per primi; il confronto tra i tre tipi di muscolo spiega come lavorano cuore, vasi e tubo digerente; circolazione, respirazione e rene agiscono insieme sull'ambiente interno; la digestione, per ultima, usa tutto quello che la precede. Le lezioni restano le stesse, cambia solo l'ordine in cui affrontarle.

Omeostasi e meccanismi di controllo

La fisiologia studia il funzionamento normale dell'organismo, e il suo concetto organizzatore è l'omeostasi: la capacità di mantenere relativamente stabile l'ambiente interno — il liquido extracellulare che circonda le cellule — mentre l'ambiente esterno cambia. Non significa immobilità: variabili come glicemia, pressione arteriosa, pH e osmolarità oscillano entro un intervallo attorno a un valore di riferimento (set point). Quando la regolazione non riesce più a compensare, si passa dallo stato fisiologico a quello patologico.

Ogni sistema di controllo ha gli stessi elementi: uno stimolo (la variazione), un sensore che la rileva, un centro di integrazione che la confronta con il set point e un effettore che produce la risposta. Nel feedback negativo, di gran lunga il più diffuso, la risposta si oppone allo stimolo: se la glicemia sale dopo un pasto, il pancreas libera insulina e la glicemia scende. Nel feedback positivo la risposta amplifica lo stimolo finché un evento esterno non interrompe il ciclo, come nelle contrazioni del parto o nella coagulazione. Il controllo anticipatorio (feedforward), infine, prepara la risposta prima della variazione: la saliva e il succo gastrico secreti alla vista e all'odore del cibo.

Collegamento: sensore, centro ed effettore si trovano spesso in organi diversi. Perché il circuito funzioni le cellule devono comunicare, ed è il tema della seconda lezione.

Comunicazione e integrazione

L'acqua corporea è circa il 60% del peso in un giovane adulto di sesso maschile ed è divisa in due compartimenti: due terzi nel liquido intracellulare, un terzo nel liquido extracellulare, a sua volta ripartito tra liquido interstiziale (circa tre quarti) e plasma (circa un quarto). I due compartimenti hanno la stessa osmolarità ma composizione diversa: all'esterno prevalgono Na⁺ e Cl⁻, all'interno K⁺. La differenza è mantenuta dalla pompa Na⁺/K⁺-ATPasi, che per ogni ATP porta fuori 3 Na⁺ e dentro 2 K⁺, ed è all'origine del potenziale di membrana a riposo, negativo all'interno della cellula.

Le cellule comunicano in quattro modi: con le giunzioni comunicanti (gap junctions), canali che uniscono direttamente due citoplasmi; con segnali dipendenti dal contatto tra molecole di superficie; con segnali chimici locali, autocrini (sulla cellula stessa) o paracrini (sulle vicine); con la comunicazione a distanza, affidata agli ormoni trasportati dal sangue e ai neuroni. Un segnale agisce solo sulle cellule che hanno il recettore specifico: i messaggeri idrosolubili si legano a recettori di membrana e attivano spesso secondi messaggeri come l'AMP ciclico o il Ca²⁺; quelli liposolubili attraversano la membrana e raggiungono recettori nel citoplasma o nel nucleo.

Collegamento: tra le forme di comunicazione a distanza, quella nervosa è la più rapida, perché si basa su un segnale elettrico che viaggia lungo il neurone.

Il tessuto nervoso e il potenziale d'azione

Il sistema nervoso si divide in centrale (SNC: encefalo e midollo spinale) e periferico (SNP), con una divisione afferente, sensitiva, e una efferente: somatica, verso i muscoli scheletrici, e autonoma, verso muscolo liscio, cuore e ghiandole. Il tessuto nervoso è formato da neuroni e cellule gliali. Un neurone riceve segnali da dendriti e corpo cellulare, li integra nel cono di emergenza (la zona trigger) e li trasmette lungo l'assone fino ai terminali. La glia sostiene e protegge: nel SNC astrociti, oligodendrociti (che formano la mielina), microglia e cellule ependimali; nel SNP cellule di Schwann (la mielina periferica) e cellule satelliti.

A riposo il potenziale di membrana di un neurone è circa −70 mV. I potenziali graduati sono variazioni locali, proporzionali allo stimolo, che si attenuano con la distanza. Se al cono di emergenza la depolarizzazione raggiunge la soglia (circa −55 mV), parte il potenziale d'azione: si aprono i canali Na⁺ voltaggio-dipendenti, il Na⁺ entra e la membrana arriva a circa +30 mV; poi i canali Na⁺ si inattivano, si aprono quelli K⁺, il K⁺ fluisce all'esterno e la membrana si ripolarizza, con una breve iperpolarizzazione finale. Il potenziale d'azione è tutto o nulla: l'intensità dello stimolo è codificata dalla frequenza dei potenziali, non dalla loro ampiezza. Il periodo refrattario impedisce la propagazione all'indietro, e nelle fibre mielinizzate la conduzione è saltatoria, da un nodo di Ranvier all'altro, molto più veloce.

Collegamento: arrivato al terminale dell'assone, il segnale deve passare a un'altra cellula. Succede nella sinapsi.

La trasmissione sinaptica

Le sinapsi elettriche sono giunzioni comunicanti: la corrente passa direttamente da una cellula all'altra, in modo rapido. La maggior parte delle sinapsi però è chimica e segue una sequenza precisa: il potenziale d'azione depolarizza il terminale presinaptico; si aprono canali Ca²⁺ voltaggio-dipendenti; il Ca²⁺ entrato provoca l'esocitosi delle vescicole di neurotrasmettitore; il neurotrasmettitore diffonde nella fessura sinaptica e si lega ai recettori postsinaptici. I recettori ionotropici sono canali ionici che si aprono direttamente (risposta rapida); i metabotropici agiscono tramite proteine G e secondi messaggeri (risposta più lenta e duratura).

Se il canale lascia entrare cationi la membrana postsinaptica si depolarizza: è un potenziale postsinaptico eccitatorio (PPSE). Se lascia entrare Cl⁻ o uscire K⁺ si iperpolarizza: potenziale postsinaptico inibitorio (PPSI). Un neurone riceve migliaia di sinapsi e scarica solo se la somma raggiunge la soglia: sommazione spaziale quando i potenziali arrivano insieme da sinapsi diverse, temporale quando arrivano in rapida successione dalla stessa. Il segnale si chiude rimuovendo il neurotrasmettitore: per ricaptazione, per degradazione enzimatica — l'acetilcolinesterasi scinde l'acetilcolina — o per diffusione.

Collegamento: l'effetto di una sinapsi dipende dalla coppia neurotrasmettitore-recettore, e l'uso ripetuto ne modifica l'efficacia. Sono i due temi della lezione successiva.

Neurotrasmettitori e plasticità sinaptica

I neurotrasmettitori si raggruppano per struttura chimica:

• l'acetilcolina, nella giunzione neuromuscolare, nei gangli autonomi e nel parasimpatico, con recettori nicotinici (ionotropici) e muscarinici (metabotropici);
• le amine: dopamina, noradrenalina e adrenalina (le catecolamine, derivate dalla tirosina), serotonina (dal triptofano) e istamina;
• gli amminoacidi: il glutammato è il principale trasmettitore eccitatorio del SNC, il GABA il principale inibitorio nell'encefalo, la glicina un inibitorio importante nel midollo spinale;
• i peptidi, come la sostanza P e gli oppioidi endogeni (endorfine, encefaline);
• le purine (ATP, adenosina) e i gas, come l'ossido nitrico, che diffonde attraverso le membrane.

La plasticità sinaptica è la capacità delle sinapsi di cambiare efficacia con l'uso, ed è alla base di apprendimento e memoria. Il modello più studiato è il potenziamento a lungo termine (LTP) nell'ippocampo: il glutammato attiva i recettori AMPA, la depolarizzazione rimuove il blocco del Mg²⁺ dai recettori NMDA, il Ca²⁺ entra e avvia vie di secondi messaggeri che portano altri recettori AMPA sulla membrana. Da quel momento lo stesso stimolo produce una risposta più ampia. La depressione a lungo termine (LTD) è il processo opposto: una stimolazione prolungata a bassa frequenza riduce la risposta postsinaptica, anche rimuovendo recettori AMPA dalla membrana.

Collegamento: neuroni e sinapsi sono organizzati in strutture anatomiche precise. La più semplice è il midollo spinale.

Midollo spinale, nervi spinali e riflessi

Il midollo spinale si trova nel canale vertebrale e, come l'encefalo, è avvolto da tre meningi — dura madre, aracnoide e pia madre — e protetto dal liquido cerebrospinale. Nell'adulto termina all'altezza delle prime vertebre lombari; più in basso le radici nervose formano la cauda equina. In sezione trasversale la sostanza grigia, centrale e a forma di farfalla, contiene i corpi dei neuroni: alle corna dorsali arrivano le informazioni sensitive, dalle corna ventrali partono i motoneuroni, nelle corna laterali del tratto toraco-lombare si trovano i neuroni autonomi. La sostanza bianca, periferica, è fatta di assoni raggruppati in fasci ascendenti, verso l'encefalo, e discendenti.

Dal midollo emergono 31 paia di nervi spinali: 8 cervicali, 12 toracici, 5 lombari, 5 sacrali e 1 coccigeo. Ognuno nasce dall'unione di una radice dorsale, sensitiva, con il ganglio che contiene i corpi dei neuroni sensitivi, e di una radice ventrale, motoria: per questo i nervi spinali sono misti. Il midollo è anche un centro di integrazione autonomo, capace di riflessi spinali senza l'intervento dell'encefalo. Il riflesso patellare è un riflesso da stiramento monosinaptico (neurone sensitivo → motoneurone); il riflesso di retrazione da uno stimolo doloroso è polisinaptico, con interneuroni che coordinano più muscoli.

Collegamento: i fasci della sostanza bianca collegano il midollo all'encefalo, dove si trovano i centri che integrano le informazioni.

Encefalo e nervi cranici

L'encefalo si divide in quattro parti. Il telencefalo comprende la corteccia cerebrale, con i lobi frontale, parietale, temporale e occipitale, e i nuclei profondi, tra cui i gangli della base. Il diencefalo contiene il talamo, stazione di smistamento delle informazioni sensitive verso la corteccia, e l'ipotalamo, centro di controllo di fame, sete, temperatura e sistema endocrino. Il tronco encefalico — mesencefalo, ponte e bulbo — ospita i centri di respirazione, frequenza cardiaca e pressione arteriosa e i nuclei di quasi tutti i nervi cranici. Il cervelletto coordina movimento ed equilibrio.

I nervi cranici sono 12 paia, numerati con cifre romane in ordine dall'avanti all'indietro. Per chi studia alimentazione sono particolarmente importanti quelli coinvolti in olfatto, gusto, masticazione, salivazione e deglutizione, e il vago, che porta la maggior parte delle fibre parasimpatiche dirette a cuore, polmoni e tubo digerente.

Collegamento: il vago introduce la parte del sistema nervoso che lavora senza controllo volontario: il sistema nervoso autonomo.

Il sistema nervoso autonomo

Il sistema nervoso autonomo controlla muscolo liscio, muscolo cardiaco, ghiandole e parte del tessuto adiposo con una via a due neuroni: un neurone pregangliare, con il corpo nel SNC, e uno postgangliare, con il corpo in un ganglio. In entrambe le divisioni il neurone pregangliare libera acetilcolina, che agisce su recettori nicotinici; le differenze riguardano anatomia, neurotrasmettitore postgangliare ed effetti.

La midollare del surrene è un ganglio simpatico modificato: al posto di un neurone postgangliare, le sue cellule liberano adrenalina, e in minor parte noradrenalina, direttamente nel sangue. Quasi tutti gli organi ricevono una doppia innervazione con effetti antagonisti, e il risultato dipende dal bilancio tra le due: nel tubo digerente il parasimpatico stimola motilità e secrezioni, il simpatico le riduce. Prova a classificare alcuni effetti.

Collegamento: il sistema autonomo esegue programmi in gran parte automatici. Le funzioni più complesse — scegliere un movimento, restare svegli, provare un'emozione, ricordare — dipendono dai circuiti dell'encefalo.

Funzioni cerebrali e gangli della base

La corteccia cerebrale è organizzata in aree funzionali. Le aree sensitive ricevono le informazioni dai recettori: la corteccia somatosensoriale nel lobo parietale, la visiva nell'occipitale, l'uditiva nel temporale, la gustativa nell'insula. Le aree motorie, nel lobo frontale, controllano i movimenti volontari. Le aree associative integrano le informazioni e le trasformano in percezione e comportamento. I due emisferi comunicano attraverso il corpo calloso e non sono del tutto equivalenti: nella maggior parte delle persone il linguaggio dipende da aree dell'emisfero sinistro, l'area di Broca e l'area di Wernicke.

I gangli della base sono nuclei di sostanza grigia profondi: nucleo caudato e putamen (insieme, lo striato), globo pallido, nucleo subtalamico e sostanza nera. Ricevono informazioni dalla corteccia e le rinviano, tramite il talamo, alla corteccia motoria, con due circuiti di segno opposto: la via diretta facilita il movimento voluto, la via indiretta inibisce quelli indesiderati. La dopamina prodotta dalla sostanza nera regola l'equilibrio tra le due. Nella malattia di Parkinson la degenerazione di questi neuroni dopaminergici rende difficile avviare i movimenti: lentezza, rigidità e tremore a riposo sono i segni tipici. È un esempio chiaro di come l'alterazione di un circuito segni il passaggio dal fisiologico al patologico.

Collegamento: oltre ai circuiti per compiti specifici, l'encefalo ha sistemi diffusi che regolano lo stato generale dell'organismo: veglia e sonno, umore, motivazione.

Stati comportamentali, emozioni, motivazione e memoria

I sistemi di stato comportamentale sono gruppi di neuroni del tronco encefalico e della base dell'encefalo che proiettano a vaste aree del SNC e ne modulano l'attività complessiva. Si distinguono per neurotrasmettitore — noradrenergico (locus coeruleus), serotoninergico (nuclei del rafe), dopaminergico, colinergico — e, insieme al sistema reticolare attivatore, regolano attenzione e ciclo sonno-veglia. Il sonno alterna fasi non-REM, con onde lente all'elettroencefalogramma, e fasi REM, con un tracciato simile alla veglia, movimenti oculari rapidi, atonia muscolare e sogni. Il ritmo di circa 24 ore è impostato dal nucleo soprachiasmatico dell'ipotalamo, che regola anche la secrezione notturna di melatonina da parte dell'epifisi.

Le emozioni dipendono dal sistema limbico, che comprende tra l'altro l'amigdala (centrale per la paura e la memoria emotiva), l'ippocampo, il giro del cingolo e l'ipotalamo, che traduce l'emozione in risposte autonome ed endocrine: il cuore che accelera quando si ha paura. La motivazione spinge verso comportamenti finalizzati; le forme più semplici sono le pulsioni regolate dall'ipotalamo, come fame e sete. La fame è un esempio che interessa da vicino chi studia alimentazione: nasce dall'integrazione, nell'ipotalamo, di segnali nervosi e ormonali, tra cui la leptina del tessuto adiposo, segnale di sazietà, e la grelina dello stomaco, che stimola l'appetito.

La memoria si divide in memoria a breve termine, compresa la memoria di lavoro, e memoria a lungo termine; il passaggio dall'una all'altra è il consolidamento, a cui partecipa l'ippocampo. La memoria a lungo termine è dichiarativa (esplicita: fatti ed eventi richiamabili consapevolmente) oppure procedurale (implicita: abilità e abitudini, come andare in bicicletta), che coinvolge cervelletto e gangli della base.

Collegamento: tutte queste funzioni lavorano su informazioni che arrivano dai recettori e producono comandi diretti ai muscoli. Le vie che portano questi segnali aprono la sezione sui sistemi di integrazione e controllo.

Vie sensitive e motorie

Le informazioni somatiche raggiungono la corteccia attraverso una catena di tre neuroni: il primo, con il corpo nel ganglio della radice dorsale, porta il segnale nel SNC; il secondo lo trasmette al talamo; il terzo alla corteccia somatosensoriale primaria, nel giro postcentrale del lobo parietale. Le vie principali sono due e si distinguono per il punto in cui incrociano la linea mediana. La via delle colonne dorsali (o del lemnisco mediale), per tatto fine, vibrazione e propriocezione, sale dallo stesso lato e incrocia nel bulbo. La via spinotalamica, per dolore e temperatura, incrocia già nel midollo spinale. In entrambi i casi ogni emisfero riceve le informazioni dal lato opposto del corpo. La corteccia somatosensoriale contiene una mappa ordinata del corpo, l'omuncolo, in cui labbra, lingua e mani occupano aree sproporzionate rispetto alle loro dimensioni, perché hanno una sensibilità molto più fine.

Il percorso motorio è speculare. Il comando volontario parte dalla corteccia motoria primaria (giro precentrale, lobo frontale) e scende lungo la via corticospinale, o piramidale, le cui fibre incrociano in gran parte nel bulbo (decussazione delle piramidi). Il motoneurone superiore, nella corteccia, fa sinapsi, direttamente o tramite interneuroni, con il motoneurone inferiore del corno ventrale del midollo o dei nuclei dei nervi cranici, che raggiunge il muscolo. Cervelletto e gangli della base non inviano comandi diretti ai muscoli, ma correggono e rendono fluido il movimento.

Collegamento: il primo anello di ogni via sensitiva è il recettore. La fisiologia sensoriale studia come trasforma uno stimolo in un segnale nervoso, e per chi studia alimentazione i sensi più importanti sono gusto e olfatto.

Fisiologia sensoriale: gusto e olfatto

Ogni recettore sensoriale risponde in modo preferenziale a un tipo di stimolo, lo stimolo adeguato: esistono chemocettori, meccanocettori, termocettori, fotocettori e nocicettori. La trasduzione converte lo stimolo in un potenziale di recettore che, se supera la soglia, genera potenziali d'azione. L'intensità è codificata dalla frequenza di scarica e dal numero di recettori attivati; molti recettori si adattano, riducendo la risposta a uno stimolo costante, lentamente (recettori tonici) o rapidamente (recettori fasici).

Il gusto è un senso chimico. I recettori si trovano nei calici gustativi, raccolti nelle papille della lingua — fungiformi, circumvallate e fogliate; le filiformi non ne contengono — e presenti anche su palato e faringe. I gusti di base sono cinque: dolce, umami e amaro sono riconosciuti da recettori accoppiati a proteine G (le famiglie T1R e T2R), salato e acido da canali ionici. La vecchia "mappa della lingua" con zone dedicate a un solo gusto non è corretta: tutte le aree con calici gustativi percepiscono tutti i gusti. Il segnale viaggia nei nervi faciale, glossofaringeo e vago, raggiunge il nucleo del tratto solitario nel bulbo e, tramite il talamo, la corteccia gustativa.

L'olfatto inizia nell'epitelio olfattivo, sulla volta della cavità nasale. I neuroni olfattivi sono neuroni bipolari che si rinnovano per tutta la vita; ciascuno esprime un solo tipo di recettore olfattivo — nell'uomo ne esistono circa 400 tipi funzionali, tutti accoppiati a proteine G — e la combinazione di recettori attivati permette di distinguere un numero di odori molto più grande. Gli assoni attraversano la lamina cribrosa dell'etmoide e raggiungono il bulbo olfattivo; da qui il segnale arriva alla corteccia olfattiva e al sistema limbico senza passare prima dal talamo, a differenza degli altri sensi, e questo spiega il legame stretto tra odori, emozioni e ricordi. Quello che nel linguaggio comune chiamiamo "sapore" di un cibo è in gran parte olfatto: durante la masticazione le molecole volatili raggiungono l'epitelio olfattivo dalla bocca, per via retronasale.

Collegamento: il sistema nervoso non è l'unico sistema di controllo. L'altro, più lento ma con effetti più duraturi, è il sistema endocrino, che il programma presenta partendo dall'anatomia delle ghiandole.

Le ghiandole endocrine

Il sistema endocrino è formato da ghiandole senza dotti, che secernono ormoni nel sangue, e da cellule endocrine sparse in altri organi, come stomaco, intestino, rene e cuore. Le ghiandole principali, con la loro sede e i loro ormoni:

L'ipofisi è collegata all'ipotalamo dal peduncolo ipofisario e ha due parti di origine diversa. La neuroipofisi è tessuto nervoso: vi terminano gli assoni di neuroni ipotalamici che producono ADH e ossitocina e li liberano nel sangue. L'adenoipofisi è tessuto ghiandolare e riceve gli ormoni ipotalamici attraverso un circolo dedicato, il sistema portale ipotalamo-ipofisario. La tiroide è organizzata in follicoli pieni di colloide, dove si accumula la tireoglobulina da cui derivano gli ormoni tiroidei, che contengono iodio: una carenza di iodio nella dieta riduce la sintesi degli ormoni e può causare il gozzo, il motivo per cui si promuove l'uso del sale iodato. La corticale del surrene ha tre zone concentriche: glomerulare (aldosterone), fascicolata (cortisolo) e reticolare (androgeni). Le isole di Langerhans sono piccoli gruppi di cellule endocrine sparsi in un pancreas che per la gran parte della sua massa è una ghiandola esocrina.

Collegamento: dall'anatomia si passa alla fisiologia: come agiscono gli ormoni e come l'organismo ne regola la quantità.

Ormoni e vie di regolazione

Un ormone è una molecola secreta nel sangue che agisce a distanza, a concentrazioni molto basse, sulle cellule bersaglio dotate del recettore specifico. Per struttura chimica gli ormoni si dividono in tre classi, e la classe ne determina il comportamento.

La secrezione è regolata soprattutto per feedback negativo. Il modello tipico è l'asse ipotalamo-ipofisi-ghiandola periferica: l'ipotalamo libera un ormone di rilascio, l'adenoipofisi risponde con un ormone trofico che stimola la ghiandola periferica, e l'ormone finale inibisce sia l'ipotalamo sia l'ipofisi. Nell'asse dello stress il CRH ipotalamico stimola il rilascio di ACTH, che stimola la secrezione di cortisolo dalla corticale del surrene; il cortisolo frena CRH e ACTH. L'asse della tiroide segue lo stesso schema: TRH → TSH → T4 e T3.

Altre ghiandole rispondono direttamente alla variabile che controllano, senza passare dall'ipofisi. Il caso più importante per chi studia alimentazione è la glicemia. Dopo un pasto la glicemia sale e le cellule β del pancreas liberano insulina, che fa entrare il glucosio nelle cellule muscolari e adipose — portando in membrana i trasportatori GLUT4 — e favorisce la sintesi di glicogeno, grassi e proteine. Quando la glicemia scende, le cellule α liberano glucagone, che agisce sul fegato stimolando glicogenolisi e gluconeogenesi. I due ormoni antagonisti mantengono la glicemia a digiuno tra circa 70 e 100 mg/dL. Il calcio plasmatico segue una logica simile: il paratormone lo fa salire, agendo su osso e rene e stimolando nel rene l'attivazione della vitamina D.

Collegamento: sistema nervoso ed endocrino agiscono su effettori, e il più diffuso è il tessuto muscolare. Esiste in tre tipi, e le loro differenze sono la chiave per capire cuore, vasi e tubo digerente.

Muscolo scheletrico, cardiaco e liscio

Il muscolo scheletrico è formato da fibre lunghe e multinucleate, piene di miofibrille. L'unità contrattile è il sarcomero, compreso tra due linee Z: contiene filamenti spessi di miosina e filamenti sottili di actina, a cui sono associate le proteine regolatrici tropomiosina e troponina. La contrazione avviene per scorrimento dei filamenti: i filamenti non si accorciano, ma i sottili scivolano su quelli spessi e il sarcomero si accorcia.

Tutto parte dalla giunzione neuromuscolare: il motoneurone libera acetilcolina, che si lega a recettori nicotinici e genera un potenziale d'azione nella fibra. Il potenziale si propaga nei tubuli T e, attraverso i recettori diidropiridinici accoppiati meccanicamente ai recettori della rianodina, provoca la liberazione di Ca²⁺ dal reticolo sarcoplasmatico. Il Ca²⁺ si lega alla troponina, la tropomiosina si sposta e scopre i siti di legame dell'actina: le teste di miosina formano i ponti trasversali, compiono il colpo di forza e si staccano quando legano un nuovo ATP. Anche il rilassamento consuma energia, perché una pompa Ca²⁺-ATPasi riporta il calcio nel reticolo. Un motoneurone e tutte le fibre che innerva formano un'unità motoria: la forza cresce reclutando più unità motorie e aumentando la frequenza degli stimoli, fino alla contrazione sostenuta del tetano. Scegli una dimensione per confrontare i tre tipi di muscolo.

Collegamento: il muscolo cardiaco, autoritmico e non tetanizzabile, è il motore dell'apparato cardiovascolare, la prima sezione di organo del programma.

Il cuore: anatomia e attività elettrica

L'apparato cardiovascolare è formato da cuore, vasi e sangue, organizzati in due circuiti in serie: la circolazione polmonare (piccola circolazione), dal ventricolo destro ai polmoni fino all'atrio sinistro, e la circolazione sistemica (grande circolazione), dal ventricolo sinistro a tutti i tessuti fino all'atrio destro. Il cuore, nel mediastino e avvolto dal pericardio, ha quattro cavità. L'atrio destro riceve il sangue venoso dalle vene cave superiore e inferiore e lo passa al ventricolo destro attraverso la valvola tricuspide; il ventricolo lo spinge nel tronco polmonare oltre la valvola polmonare. L'atrio sinistro riceve il sangue ossigenato dalle vene polmonari e lo passa al ventricolo sinistro attraverso la valvola mitrale (bicuspide); il ventricolo lo spinge nell'aorta oltre la valvola aortica. La parete del ventricolo sinistro è la più spessa, perché deve generare la pressione della circolazione sistemica. Il miocardio è nutrito dalle arterie coronarie, che nascono dalla base dell'aorta.

Il battito nasce nel cuore stesso. Circa l'1% delle cellule miocardiche è autoritmico: invece di un potenziale di riposo stabile ha un potenziale pacemaker che sale lentamente verso la soglia, grazie a canali che lasciano entrare cationi (canali I_f). Il ritmo è imposto dal nodo senoatriale, nell'atrio destro. L'eccitazione si diffonde agli atri e raggiunge il nodo atrioventricolare, dove rallenta — il ritardo permette agli atri di svuotarsi prima che i ventricoli si contraggano — poi percorre il fascio di His, le sue branche e le fibre di Purkinje, che attivano i ventricoli dall'apice verso la base. Nelle cellule contrattili il potenziale d'azione ha un lungo plateau, dovuto all'ingresso di Ca²⁺. L'elettrocardiogramma registra la somma di questi eventi: l'onda P corrisponde alla depolarizzazione atriale, il complesso QRS a quella ventricolare, l'onda T alla ripolarizzazione ventricolare.

Collegamento: l'attività elettrica è il comando; la risposta meccanica è il ciclo cardiaco, che determina quanto sangue il cuore pompa ogni minuto.

Ciclo cardiaco e gittata cardiaca

Il ciclo cardiaco è la sequenza di contrazione (sistole) e rilasciamento (diastole) di un battito. In diastole i ventricoli si riempiono, per la maggior parte passivamente, e la contrazione degli atri completa il riempimento. All'inizio della sistole ventricolare la pressione nei ventricoli supera quella negli atri e le valvole atrioventricolari si chiudono (primo tono cardiaco). Segue la contrazione isovolumetrica, con tutte le valvole chiuse, finché la pressione ventricolare supera quella di aorta e tronco polmonare: le valvole semilunari si aprono ed è la fase di eiezione. Quando i ventricoli si rilasciano le semilunari si chiudono (secondo tono) e, dopo il rilasciamento isovolumetrico, il ciclo ricomincia.

Il volume espulso a ogni battito è la gittata sistolica, differenza tra volume telediastolico e telesistolico: in un adulto a riposo circa 135 − 65 = 70 mL. Moltiplicata per la frequenza cardiaca dà la gittata cardiaca: GC = FC × GS, cioè 72 battiti/min × 70 mL ≈ 5 L/min, quasi l'intero volume di sangue ogni minuto. La frequenza dipende dal sistema autonomo. La gittata sistolica dipende dalla contrattilità, aumentata dal simpatico, e dal ritorno venoso: per la legge di Frank-Starling, se al cuore arriva più sangue le fibre si allungano di più e si contraggono con più forza, così il cuore pompa tutto il sangue che riceve.

Collegamento: il cuore genera la pressione. Cosa succede al sangue una volta nei vasi dipende dalle leggi del flusso e dalla regolazione della pressione arteriosa.

Flusso sanguigno e pressione arteriosa

Il sangue scorre da zone a pressione più alta verso zone a pressione più bassa: il flusso è proporzionale alla differenza di pressione e inversamente proporzionale alla resistenza. La resistenza dipende soprattutto dal raggio del vaso, perché è inversamente proporzionale alla sua quarta potenza: dimezzare il raggio di un vaso ne moltiplica la resistenza per 16. Per questo le arteriole, con una parete ricca di muscolo liscio che ne cambia il calibro, sono i vasi di resistenza che distribuiscono il flusso tra i tessuti. Le grandi arterie elastiche smorzano le oscillazioni della pressione; i capillari, con una parete di un solo strato di cellule, sono la sede degli scambi, e il sangue vi scorre lentamente perché la loro sezione complessiva è enorme; le vene, a bassa pressione, contengono più della metà del volume di sangue e fanno da serbatoio.

Negli scambi capillari si confrontano due forze: la pressione idrostatica del sangue spinge liquido fuori dal capillare, la pressione colloido-osmotica delle proteine plasmatiche lo richiama all'interno. All'estremità arteriosa prevale la filtrazione, a quella venosa il riassorbimento; il liquido filtrato in eccesso è raccolto dal sistema linfatico e riportato nel sangue.

La pressione arteriosa si esprime come sistolica e diastolica, per esempio 120/80 mmHg. La pressione arteriosa media, quella che spinge il sangue nei tessuti, si stima come diastolica + 1/3 della differenza: 80 + 40/3 ≈ 93 mmHg. Dipende da gittata cardiaca e resistenze periferiche, e il controllo rapido è affidato al riflesso barocettivo: i barocettori del seno carotideo e dell'arco aortico informano il centro cardiovascolare del bulbo, che corregge frequenza cardiaca, contrattilità e calibro delle arteriole attraverso il sistema autonomo. Se la pressione sale aumenta l'attività parasimpatica e cala quella simpatica; se scende, il contrario.

Collegamento: il sangue non è solo un liquido da spostare: è un tessuto, con componenti e funzioni proprie.

Il sangue

In un adulto il volume di sangue è circa 5 litri, formati da plasma ed elementi figurati. La frazione occupata dai globuli rossi, l'ematocrito, è normalmente intorno al 40-45%. Il plasma è per oltre il 90% acqua, con proteine plasmatiche — albumine, che mantengono la pressione colloido-osmotica e trasportano molecole; globuline, tra cui gli anticorpi; fibrinogeno, per la coagulazione — nutrienti, elettroliti, ormoni e prodotti di scarto. Tutti gli elementi figurati derivano da cellule staminali del midollo osseo rosso.

• I globuli rossi sono privi di nucleo e pieni di emoglobina, una proteina con quattro catene, ciascuna con un gruppo eme che contiene ferro e lega una molecola di O₂. Vivono circa 120 giorni; la loro produzione è stimolata dall'eritropoietina, prodotta dal rene quando l'ossigeno ai tessuti diminuisce, e richiede ferro, vitamina B12 e folati.
• I globuli bianchi difendono l'organismo: granulociti neutrofili (i più numerosi), eosinofili e basofili, linfociti e monociti.
• Le piastrine sono frammenti di grandi cellule del midollo, i megacariociti.

Quando un vaso si lesiona interviene l'emostasi, in tre tappe: vasocostrizione, formazione del tappo piastrinico e coagulazione. La coagulazione è una cascata di enzimi che termina con la trasformazione della protrombina in trombina; la trombina converte il fibrinogeno solubile in una rete di fibrina che stabilizza il tappo. Diversi fattori della coagulazione sono sintetizzati dal fegato grazie alla vitamina K, e il processo richiede Ca²⁺. Riparata la lesione, la fibrinolisi, mediata dalla plasmina, scioglie il coagulo.

Collegamento: l'emoglobina lega l'ossigeno nei polmoni e lo cede ai tessuti. Per capire come, si passa all'apparato respiratorio.

Apparato respiratorio e parametri polmonari

Le vie aeree superiori — cavità nasali, faringe e laringe — riscaldano, umidificano e filtrano l'aria. Le vie aeree inferiori iniziano con la trachea, che si divide nei due bronchi principali e poi in rami sempre più piccoli fino ai bronchioli. Fino ai bronchioli terminali l'aria è solo condotta (zona di conduzione); gli scambi avvengono nella zona respiratoria: bronchioli respiratori, dotti e sacchi alveolari. Gli alveoli hanno una parete sottilissima di pneumociti di tipo I, attraverso cui passano i gas, e pneumociti di tipo II, che producono il surfattante, una miscela di fosfolipidi e proteine che riduce la tensione superficiale e impedisce il collasso degli alveoli più piccoli. I polmoni — il destro con tre lobi, il sinistro con due — sono avvolti dalla pleura, due foglietti separati da un sottile strato di liquido.

La ventilazione segue la legge di Boyle: a temperatura costante, pressione e volume di un gas sono inversamente proporzionali. Nell'inspirazione diaframma e intercostali esterni si contraggono, il torace si espande, la pressione negli alveoli scende sotto quella atmosferica e l'aria entra. L'espirazione a riposo è passiva, dovuta al ritorno elastico di polmoni e torace; sotto sforzo diventa attiva, con intercostali interni e muscoli addominali.

I parametri polmonari si misurano con la spirometria. Valori tipici in un giovane adulto di sesso maschile: volume corrente circa 500 mL, volume di riserva inspiratoria circa 3.000 mL, volume di riserva espiratoria circa 1.100 mL, volume residuo — l'aria che resta nei polmoni anche dopo un'espirazione forzata, non misurabile con la spirometria semplice — circa 1.200 mL. Le capacità sono somme di volumi: la capacità vitale (corrente più le due riserve) è circa 4.600 mL, la capacità polmonare totale circa 5.800 mL. Non tutta l'aria inspirata arriva agli alveoli: circa 150 mL restano nelle vie di conduzione, lo spazio morto anatomico. Per questo, a parità di aria mossa in un minuto, il modo in cui si respira cambia l'aria che partecipa davvero agli scambi.

Valori di esempio, con spazio morto anatomico fissato a 150 mL.

Collegamento: l'aria che arriva agli alveoli deve passare nel sangue ed essere trasportata ai tessuti. È il tema delle lezioni sulla respirazione.

Scambi gassosi e controllo del respiro

I gas diffondono secondo il gradiente della propria pressione parziale. Nell'alveolo la PO₂ è circa 100 mmHg e la PCO₂ circa 40 mmHg; il sangue venoso che arriva ai polmoni ha una PO₂ di circa 40 mmHg e una PCO₂ di circa 46 mmHg. L'ossigeno passa quindi dall'alveolo al sangue e l'anidride carbonica in senso opposto; nei tessuti, dove la PO₂ è bassa e la PCO₂ alta, avviene il contrario.

L'ossigeno è poco solubile in acqua: oltre il 98% viaggia legato all'emoglobina. La curva di dissociazione dell'emoglobina ha forma a S: a 100 mmHg l'emoglobina è saturata per circa il 98%, e a 40 mmHg, nei tessuti a riposo, lo è ancora per circa il 75%, una riserva che si usa durante l'esercizio. La curva si sposta a destra — l'emoglobina cede O₂ più facilmente — quando aumentano PCO₂, acidità (effetto Bohr), temperatura o 2,3-bisfosfoglicerato, cioè proprio nei tessuti che lavorano di più. L'anidride carbonica viaggia per circa il 70% come ione bicarbonato, grazie all'anidrasi carbonica dei globuli rossi (CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻), per circa il 23% legata all'emoglobina e per circa il 7% disciolta nel plasma.

Il ritmo respiratorio è generato da gruppi di neuroni nel bulbo e nel ponte, modulati dai chemocettori. Quelli centrali, nel bulbo, rispondono all'aumento di PCO₂ attraverso gli ioni H⁺ che si formano nel liquido cerebrospinale: sono il segnale principale, e per questo il respiro è regolato soprattutto dalla CO₂. Quelli periferici, nei glomi carotidei e aortici, rispondono anche a un calo marcato della PO₂ (sotto circa 60 mmHg) e al pH del sangue.

Collegamento: la CO₂ che il polmone elimina è anche un acido. Polmone e rene collaborano per mantenere stabili il pH e la composizione del liquido extracellulare, e il rene è il protagonista della sezione sull'apparato escretore.

Il rene e il nefrone

I reni sono due organi retroperitoneali ai lati della colonna vertebrale. In sezione si distinguono una corticale esterna e una midollare interna, organizzata in piramidi; l'urina si raccoglie nei calici e nella pelvi renale e prosegue lungo uretere, vescica e uretra. L'unità funzionale è il nefrone, circa un milione per rene. Comincia con il corpuscolo renale: un gomitolo di capillari, il glomerulo, avvolto dalla capsula di Bowman. Seguono il tubulo contorto prossimale, l'ansa di Henle, che scende nella midollare e risale, il tubulo contorto distale e il dotto collettore, condiviso da più nefroni. Il glomerulo è compreso tra due arteriole, afferente ed efferente, e il tubulo distale passa accanto a esse formando l'apparato iuxtaglomerulare, un sensore di pressione e di NaCl.

Il rene lavora con quattro processi: filtrazione (dal glomerulo alla capsula), riassorbimento (dal tubulo al sangue), secrezione (dal sangue al tubulo) ed escrezione. Vale quindi: quantità escreta = filtrata − riassorbita + secreta. La velocità di filtrazione glomerulare è circa 125 mL/min, cioè circa 180 litri al giorno, ma le urine sono circa 1,5 litri: oltre il 99% del filtrato viene riassorbito. Il filtrato ha la composizione del plasma senza proteine e cellule, trattenute dalla barriera di filtrazione. Il tubulo prossimale riassorbe circa il 70% del filtrato, compresi normalmente tutto il glucosio e gli amminoacidi. Il riassorbimento del glucosio dipende però da trasportatori che possono saturarsi: quando la glicemia è molto alta, come nel diabete non controllato, il glucosio filtrato supera il trasporto massimo e una parte compare nelle urine (glicosuria).

Collegamento: filtrare e riassorbire sono il meccanismo; lo scopo è mantenere costanti volume e composizione dei liquidi corporei.

Equilibrio idro-elettrolitico

Il bilancio dell'acqua è in pareggio quando le entrate — bevande, acqua degli alimenti, acqua prodotta dal metabolismo — eguagliano le perdite: urine, sudore, respirazione, feci. Il rene non può produrre acqua, ma può risparmiarla, formando urine più o meno concentrate: da molto diluite fino a circa 1.200 mOsm/L, grazie al gradiente osmotico che l'ansa di Henle crea nella midollare con il meccanismo di moltiplicazione controcorrente. Tre sistemi ormonali controllano acqua e sodio:

• l'ADH (ormone antidiuretico o vasopressina), prodotto dall'ipotalamo e liberato dalla neuroipofisi quando gli osmocettori ipotalamici rilevano un aumento dell'osmolarità, o quando pressione e volume calano molto. Nel dotto collettore fa inserire in membrana canali per l'acqua, le acquaporine (AQP2): l'acqua viene riassorbita e le urine si concentrano. Insieme all'ADH si attiva la sete;
• il sistema renina-angiotensina-aldosterone, attivato soprattutto dal calo della pressione arteriosa. Le cellule iuxtaglomerulari liberano renina, che trasforma l'angiotensinogeno prodotto dal fegato in angiotensina I; l'enzima di conversione (ACE) la trasforma in angiotensina II, che contrae le arteriole e stimola sete, liberazione di ADH e secrezione di aldosterone. L'aldosterone agisce su tubulo distale e dotto collettore aumentando il riassorbimento di Na⁺ e la secrezione di K⁺: l'acqua segue il sodio e il volume aumenta;
• il peptide natriuretico atriale, liberato dagli atri quando sono troppo distesi, che agisce in senso opposto e favorisce l'eliminazione di sodio e acqua.

L'ultimo tassello è l'equilibrio acido-base. Il pH del plasma è mantenuto tra circa 7,38 e 7,42 da tre linee di difesa: i sistemi tampone, primo fra tutti il bicarbonato (lo stesso equilibrio visto per il trasporto della CO₂); la ventilazione, che in pochi minuti elimina più o meno CO₂; il rene, più lento, che secerne H⁺ e riassorbe o produce bicarbonato.

Collegamento: con rene e polmone si chiude il controllo dell'ambiente interno. Resta l'apparato che introduce acqua, elettroliti e nutrienti: il digerente, dove si ritrovano muscolo liscio, sistema nervoso, ormoni e circolazione.

Anatomia dell'apparato digerente

L'apparato digerente è formato dal tubo digerente — bocca, faringe, esofago, stomaco, intestino tenue e crasso — e dalle ghiandole annesse: ghiandole salivari (parotidi, sottomandibolari e sottolinguali), fegato con la cistifellea, pancreas. Lo stomaco si divide in cardias, fondo, corpo, antro e piloro, chiuso dallo sfintere pilorico. L'intestino tenue comprende il duodeno, in cui sboccano i dotti di fegato e pancreas, il digiuno e l'ileo. L'intestino crasso comprende cieco con l'appendice, colon (ascendente, trasverso, discendente e sigmoideo) e retto.

La parete del tubo ha quattro strati, dall'interno verso l'esterno: la mucosa, con l'epitelio che secerne e assorbe, una lamina propria di connettivo e una sottile muscolaris mucosae; la sottomucosa, con vasi, tessuto linfatico e il plesso sottomucoso (di Meissner); la muscolare esterna, con uno strato circolare interno e uno longitudinale esterno (nello stomaco anche uno obliquo) e, tra i due, il plesso mienterico (di Auerbach); la sierosa, che nei tratti addominali corrisponde al peritoneo viscerale. I due plessi formano il sistema nervoso enterico, capace di controllare motilità e secrezione anche da solo. Nel tenue la superficie di assorbimento è moltiplicata da tre livelli di ripiegamento: pliche circolari, villi e microvilli degli enterociti, che formano l'orletto a spazzola. Il sangue di stomaco e intestino confluisce nella vena porta e attraversa il fegato prima di raggiungere la circolazione generale.

Collegamento: conosciuta la struttura, la fisiologia descrive cosa fa questo tubo: muove il contenuto e secerne i liquidi che lo digeriscono.

Motilità e secrezioni digestive

L'apparato digerente svolge quattro processi: digestione, assorbimento, secrezione e motilità. La muscolatura liscia del tubo ha un'attività elettrica spontanea, le onde lente, generate dalle cellule interstiziali di Cajal. Le contrazioni sono di due tipi: la peristalsi, onde che spingono il contenuto in avanti, e la segmentazione, contrazioni alternate di brevi tratti che rimescolano il chimo con le secrezioni. A digiuno, tra un pasto e l'altro, il complesso motorio migrante spinge i residui da stomaco e intestino verso il colon a intervalli di circa 90 minuti. Il percorso comincia con la deglutizione: la fase orale è volontaria, quelle faringea ed esofagea sono riflesse, coordinate da un centro del bulbo; l'epiglottide chiude la laringe e la peristalsi esofagea porta il bolo allo stomaco attraverso lo sfintere esofageo inferiore.

Le secrezioni principali sono quattro:

• saliva, circa 1,5 litri al giorno: acqua, muco, amilasi salivare, lipasi linguale e sostanze antibatteriche come il lisozima;
• succo gastrico: le cellule parietali secernono acido cloridrico, tramite la pompa H⁺/K⁺-ATPasi, e il fattore intrinseco, indispensabile per assorbire la vitamina B12; le cellule principali secernono pepsinogeno, che l'acido attiva in pepsina, e lipasi gastrica; le cellule mucose producono muco e bicarbonato che proteggono la parete. Nella mucosa ci sono anche cellule G (gastrina), cellule D (somatostatina) e cellule enterocromaffini-simili (istamina);
• succo pancreatico: gli acini producono gli enzimi — amilasi, lipasi con la colipasi, proteasi come tripsinogeno e chimotripsinogeno, secrete in forma inattiva — e i dotti il bicarbonato, che neutralizza l'acido in arrivo nel duodeno. Il tripsinogeno è attivato in tripsina dall'enteropeptidasi (enterochinasi) dell'orletto a spazzola, e la tripsina attiva poi gli altri enzimi;
• bile: prodotta dal fegato e concentrata nella cistifellea, contiene i sali biliari, che emulsionano i grassi, e la bilirubina, derivata dalla degradazione dell'eme. I sali biliari sono riassorbiti nell'ileo terminale e riportati al fegato: è il circolo enteroepatico.

Collegamento: motilità e secrezioni vanno dosate in base a cosa si mangia e a dove si trova il cibo. La regolazione è affidata a nervi e ormoni.

La regolazione della digestione

La regolazione combina tre livelli. I riflessi brevi nascono e si chiudono nel sistema nervoso enterico: distensione o sostanze nel lume attivano i neuroni dei plessi, che modificano motilità e secrezione. I riflessi lunghi passano dal SNC e comprendono anche le risposte a stimoli esterni al tubo digerente, come vista e odore del cibo. Gli ormoni gastrointestinali, prodotti da cellule endocrine sparse nella mucosa, coordinano organi distanti tra loro. Il pasto attraversa tre fasi:

• nella fase cefalica vista, odore, sapore e anche il pensiero del cibo attivano, attraverso il vago, salivazione e secrezione gastrica prima che il cibo arrivi nello stomaco: è il controllo anticipatorio visto con l'omeostasi;
• nella fase gastrica la distensione dello stomaco e i peptidi nel lume stimolano la gastrina, e con essa acido e pepsinogeno;
• nella fase intestinale il chimo acido e ricco di grassi che arriva nel duodeno libera secretina e colecistochinina, che richiamano bile e succo pancreatico e rallentano lo svuotamento dello stomaco, così che il duodeno riceva solo quanto riesce a digerire.

Scegli una dimensione per confrontare gli ormoni principali.

Collegamento: con le secrezioni al posto giusto e nel momento giusto, i nutrienti possono essere scissi in molecole abbastanza piccole da attraversare l'epitelio. È l'ultima lezione della sezione.

Digestione e assorbimento

Si assorbono solo molecole piccole — monosaccaridi, amminoacidi e piccoli peptidi, acidi grassi e monogliceridi — e quasi tutto l'assorbimento dei nutrienti avviene nell'intestino tenue.

Per i carboidrati, le amilasi riducono l'amido a maltosio, maltotriosio e destrine, e gli enzimi dell'orletto a spazzola completano la digestione fino ai monosaccaridi. Se manca la lattasi, il lattosio non digerito arriva al colon e viene fermentato dai batteri: è il meccanismo dell'intolleranza al lattosio. Per le proteine lavorano endopeptidasi come pepsina, tripsina e chimotripsina, che tagliano all'interno della catena, ed esopeptidasi come la carbossipeptidasi, che staccano un amminoacido alla volta dall'estremità; i di- e tripeptidi assorbiti sono scissi dentro l'enterocita.

I lipidi richiedono più passaggi, perché non si sciolgono in acqua. I sali biliari li emulsionano in goccioline che aumentano la superficie esposta agli enzimi; la lipasi pancreatica, ancorata alle goccioline dalla colipasi, idrolizza i trigliceridi in monogliceridi e acidi grassi, che con i sali biliari formano le micelle e raggiungono l'orletto a spazzola. Nell'enterocita i trigliceridi vengono ricostruiti e, con colesterolo e proteine, confezionati nei chilomicroni, troppo grandi per i capillari: entrano nei vasi linfatici dei villi e raggiungono il sangue attraverso il dotto toracico, senza passare prima dal fegato. Le vitamine liposolubili A, D, E e K seguono la via dei grassi.

Ogni giorno nel tubo digerente entrano circa 9 litri di liquidi: circa 2 con cibo e bevande, circa 7 con le secrezioni. Il tenue ne riassorbe la maggior parte, il colon quasi tutto il resto, e con le feci se ne perde circa 0,1 litri. Il ferro è assorbito soprattutto nel duodeno, il calcio nel tenue con l'aiuto della vitamina D, la vitamina B12, legata al fattore intrinseco, nell'ileo terminale. Nel colon il microbiota fermenta la fibra non digerita producendo acidi grassi a catena corta e gas, e sintetizza alcune vitamine, tra cui la vitamina K.

Collegamento: con l'assorbimento si chiude il programma. Prima del metodo di studio conviene rileggere l'intero percorso da un'altra angolazione: quella dei circuiti di controllo che tengono insieme gli apparati.

Sintesi: i circuiti di controllo

Quasi ogni sezione del programma descrive un circuito dello stesso tipo visto con l'omeostasi: una variabile, dei sensori, un centro, degli effettori. Rimetterli in fila aiuta a vedere il corso come un unico sistema invece che come nove capitoli separati, ed è il tipo di sintesi e correlazione tra argomenti che i risultati di apprendimento del corso richiedono esplicitamente.

Collegamento: con la sintesi si chiude il percorso sugli argomenti. Le sezioni che seguono riguardano come organizzare lo studio.

Metodo di studio consigliato

Alcuni criteri utili per organizzare lo studio, in base alla struttura del programma:

• Guarda le lezioni di anatomia prima di quelle di fisiologia dello stesso apparato. Anche le lezioni che la scheda indica come approfondimento anatomico servono da base: sapere dove si trova una struttura rende molto più semplice capire cosa fa.
• Studia per circuiti, non per elenchi. Per ogni regolazione scrivi stimolo, sensore, centro, effettore e risposta: è il modo più rapido per fissare riflesso barocettivo, ADH, renina-angiotensina-aldosterone, insulina e glucagone, fasi della digestione.
• Disegna invece di rileggere. Cuore con cavità e valvole, nefrone, parete del tubo digerente, sarcomero, sinapsi: un disegno rifatto a memoria mostra subito cosa manca.
• Tieni un glossario. Gli obiettivi del corso chiedono una terminologia scientifica corretta: annota ogni termine nuovo con una definizione di una riga (isovolumetrica, gittata, spazio morto, filtrazione glomerulare…).
• Collega ogni apparato all'alimentazione. Glicemia e insulina, iodio e tiroide, vitamina K e coagulazione, B12 e fattore intrinseco, gusto e olfatto: sono i dettagli che si fissano meglio e che servono subito in Scienze della nutrizione umana.
• Usa i test di autovalutazione a fine sezione: il programma li prevede proprio per verificare la comprensione di ogni sezione prima di passare alla successiva.

Come funziona l'esame

Il formato degli esami San Raffaele è spiegato nella guida dedicata, aggiornata quando le modalità cambiano. Prima di ogni appello controlla anche il programma ufficiale dell'insegnamento.

Quanto tempo serve

Con 8 CFU e 40 videolezioni da circa mezz'ora, conviene mettere in conto 6-7 settimane: circa due per le basi e il sistema nervoso, la sezione più ampia; una per sensi, sistema endocrino e muscolo; due per cuore, sangue, respirazione e rene; una per l'apparato digerente, più qualche giorno per ricostruire i circuiti di controllo e ripassare.

Il tempo dipende anche dalle basi. Se hai appena sostenuto Biologia e Biochimica e chimica degli alimenti, membrane, trasporti e digestione dei nutrienti ti saranno già familiari; se li hai sostenuti da tempo, riserva qualche giorno al ripasso prima di iniziare.

Questa materia ti prepara a…

Il programma ufficiale indica le conoscenze anatomo-fisiologiche di questo corso come base per insegnamenti più avanzati come Scienze della nutrizione umana e Scienze e tecnologie degli alimenti. La parte su gusto e olfatto è anche la base fisiologica dell'analisi sensoriale degli alimenti, tema dell'esame a scelta Tecniche di degustazione e valutazione sensoriale. Su questa guida trovi:

• Scienze della nutrizione umana L26 San Raffaele — l'insegnamento che il programma ufficiale indica come prosecuzione: dalla fisiologia di digestione, assorbimento e controllo ormonale alla nutrizione
• Scienze e tecnologie degli alimenti L26 San Raffaele — l'altro corso che la scheda cita tra quelli che richiedono queste basi
• Biochimica e chimica degli alimenti L26 San Raffaele — l'esame del primo anno consigliato prima di questo, con digestione e assorbimento dei nutrienti visti dal lato biochimico
• Biologia L26 San Raffaele — l'altro esame del primo anno che la scheda consiglia di aver sostenuto prima di affrontare questo corso
• Gruppi studio L26 Scienze dell'Alimentazione e Gastronomia San Raffaele — la pagina di riferimento del corso, con il gruppo WhatsApp e una panoramica del piano di studi
• Gruppi LM61 Scienze della Nutrizione Umana San Raffaele — la magistrale che prosegue il percorso sul lato nutrizionale; tra gli esami del primo anno c'è Nutrizione a livello dell'organismo: tessuti, organi e funzioni, che comprende lo stesso settore di fisiologia (BIO/09)

Domande frequenti

Quanti CFU vale Fondamenti di fisiologia e anatomia L26 San Raffaele?

8 CFU (cod. 0262208BIO09, SSD BIO/09). È una materia del 2° anno e lo stesso codice compare sia nel piano di studi dell'A.A. 2026/2027 sia nel piano dell'A.A. 2024/2025.

Cosa si studia in Fondamenti di fisiologia e anatomia?

Il programma ufficiale ha 40 videolezioni in nove sezioni: fisiologia cellulare e omeostasi, apparato cardiovascolare e sangue, apparato digerente, sistema nervoso, sistemi di integrazione e controllo (vie sensitive e motorie, fisiologia sensoriale), sistema endocrino, apparato escretore ed equilibrio idro-elettrolitico, apparato respiratorio e muscolo scheletrico. Per ogni apparato si studiano prima la struttura e poi il funzionamento.

Bisogna aver sostenuto Biologia e Biochimica prima di questo esame?

È un consiglio, non un obbligo: alla voce propedeuticità la scheda ufficiale indica come consigliabile aver sostenuto gli esami di Biologia e Biochimica prima di affrontare il corso. Nel piano L26 sono esami del 1° anno, e il corso dà per acquisiti concetti come membrana cellulare, trasporti, enzimi e macronutrienti.

È lo stesso esame di Fondamenti di Fisiologia e Anatomia di Scienze Biologiche?

No, anche se il nome è lo stesso. In L13 Scienze Biologiche San Raffaele c'è un insegnamento con lo stesso titolo, ma con codice 0132412BIO09, 12 CFU e attività di laboratorio. Quello di L26 ha codice 0262208BIO09, vale 8 CFU e ha 40 videolezioni. In L22 Scienze Motorie, invece, anatomia e fisiologia sono esami separati. Fa fede il codice riportato nel tuo piano di studi.

Come funziona l'esame di Fondamenti di fisiologia e anatomia?

Il formato degli esami San Raffaele è spiegato nella guida dedicata agli esami Pegaso, Mercatorum e San Raffaele, che viene aggiornata quando le modalità cambiano. Controlla sempre anche il programma ufficiale dell'insegnamento prima dell'appello.

Quale libro è consigliato per Fondamenti di fisiologia e anatomia?

La base è il materiale in piattaforma: videolezioni, slide ed esercitazioni. Per integrarlo la scheda ufficiale indica il manuale di D.U. Silverthorn, Fisiologia umana. Un approccio integrato, nell'edizione Ambrosiana. Il titolo dell'esame somiglia a quello di alcuni manuali di anatomia e fisiologia molto cercati, ma la scheda non ne indica altri.

Quali ormoni regolano la digestione?

I principali sono gastrina, secretina, colecistochinina (CCK), le incretine GIP e GLP-1 e la motilina. La gastrina, prodotta nello stomaco, aumenta la secrezione di acido e la motilità gastrica. La secretina, liberata dal duodeno quando arriva il chimo acido, fa secernere bicarbonato al pancreas. La CCK, liberata in risposta a grassi e proteine, fa contrarre la cistifellea, stimola gli enzimi pancreatici e rallenta lo svuotamento dello stomaco. GIP e GLP-1 potenziano la secrezione di insulina dopo il pasto; la motilina regola la motilità tra un pasto e l'altro.