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te Tascabile

FisiologiaStefan SilbernaglAgamemnon Despopoulos

Atlante Tascabile4a Edizione

La quarta edizione italiana condotta sulla settima inglese si pone l’o-

biettivo di fornire al lettore, in modo pratico e funzionale, una visione

completa della fisiologia, disciplina in continua evoluzione e fonda-

mentale per qualsiasi specializzazione si voglia intraprendere in cam-

po medico.

Un testo particolarmente indicato per l’apprendimento e il ripasso, ag-

giornato e ampliato alla luce dei rapidi sviluppi della ricerca.

Da segnalare in particolare:

• oltre 200 tavole a colori affiancano un testo semplice ed esauriente,

che funge contemporaneamente da spiegazione degli argomenti e

da didascalia delle immagini;

• numerosi riferimenti alla medicina clinica e alle patologie eviden-

ziati a lato del testo, parole-chiave di nozioni fisiopatologiche e cli-

niche indicate a fondo pagina, in modo da facilitarne l’immediato

riconoscimento e il reperimento di informazioni;

• nuovi capitoli sull’invecchiamento, sull’obesità, sulla funzione delle

ciglia e sulla fisiologia cellulare della muscolatura scheletrica;

• appendice con una lista dei valori fisiologici normali e un elenco

delle principali abbreviazioni.

FisiologiaStefan SilbernaglAgamemnon Despopoulos

Stefan SilbernaglAgamemnon Despopoulos

Disegni di Ruediger Gaye Astried Rothenburger

Edizione italiana a cura diEugenio Riva di Sanseverino

Atlante tascabileFisiologia

CASA EDITRICE AMBROSIANA

4a edizione italiana condotta sulla 7a inglese

I-XIII_Romane_corr_Layout 1 22/11/17 07:55 Pagina III

V

Indice breve

1 Principi fondamentali, fisiologia cellulare 2

2 Nervo e muscolo, lavoro 46

3 Sistema nervoso vegetativo (autonomo) 82

4 Sangue 92

5 Respirazione 112

6 Metabolismo acido-base 146

7 Rene 156

8 Cuore e sistema circolatorio 198

9 Bilancio termico e termoregolazione 234

10 Apparato digerente 238

11 Ormoni e riproduzione 280

12 Sistema Nervoso Centrale e organi di senso 328

13 Appendice 394

Bibliografia 413

Indice analitico 415

I-XIII_Romane_Layout 1 29/11/17 12:18 Pagina V

VI

1 Principi fondamentali, fisiologia cellulare 2

L’organismo: un sistema aperto provvisto di ambiente interno (con Tavola 1.1) ··· 2Controllo e regolazione (con Tavola 1.2-3) ··· 4La cellula (con Tavola 1.4-7) ··· 8Trasporto intra- e intercellulare (con Tavola 1.8-9) ··· 16Trasporto passivo mediante diffusione (con Tavola 1.10-11) ··· 20Osmosi, filtrazione e convezione (con Tavola 1.12) ··· 24Trasporto attivo (con Tavola 1.13-15D) ··· 26Migrazione cellulare (con Tavola 1.15E) ··· 30Potenziale di membrana e canali ionici (con Tavola 1.16-17) ··· 32Ciglia come elementi motori, sensitivi, di supporto nello sviluppo (con Tavola 1.18) ··· 36Ruolo degli ioni Ca2+ nella regolazione cellulare (con Tavola 1.19) ··· 38Bilancio energetico (con Tavola 1.20) ··· 40Invecchiamento (con Tavola 1.21) ··· 44

2 Nervo e muscolo, lavoro 46

Struttura e funzione della cellula nervosa (con Tavola 2.1) ··· 46Il potenziale di riposo della membrana (con Tavola 2.2) ··· 48Potenziale di azione (con Tavola 2.3) ··· 50Propagazione del potenziale di azione lungo la fibra nervosa (con Tavola 2.4) ··· 52Eccitazione artificiale delle cellule nervose ··· 54Trasmissione a livello della sinapsi (con Tavola 2.5-8) ··· 54Placca motrice (con Tavola 2.9) ··· 60Motilità e tipi di tessuto muscolare (con Tavola 2.10) ··· 62Apparato contrattile della fibra muscolare striata (con Tavola 2.11-12A) ··· 64Contrazione della fibra muscolare striata (con Tavola 2.12B-13) ··· 66Proprietà meccaniche del muscolo scheletrico (con Tavola 2.14-15) ··· 70Muscolatura liscia (con Tavola 2.16) ··· 74Fonti di energia per la contrazione muscolare (con Tavola 2.17) ··· 76L’organismo durante il lavoro fisico (con Tavola 2.18) ··· 78Capacità di prestazioni fisiche, allenamento (con Tavola 2.19) ··· 80

3 Sistema nervoso vegetativo (autonomo) 82

Organizzazione del sistema nervoso vegetativo (con Tavola 3.1-3) ··· 82Acetilcolina e trasmissione colinergica nel SNV (con Tavola 3.4) ··· 86Catecolamine, trasmissione e recettori adrenergici (con Tavola 3.5-6) ··· 88Midollare surrenale ··· 90Trasmettitori non-colinergici e non-adrenergici nel SNV ··· 90

4 Sangue 92

Composizione e funzioni del sangue (con Tavola 4.1) ··· 92Metabolismo del ferro, eritropoiesi (con Tavola 4.2) ··· 94Proprietà del flusso del sangue (con Tavola 4.3A) ··· 96

Indice

I-XIII_Romane_Layout 1 29/11/17 12:18 Pagina VI

Indice VII

Plasma, distribuzione ionica (con Tavola 4.3B, D) ··· 96Difesa immunitaria (con Tavola 4.4-6) ··· 98Allergie (con Tavola 4.7A, B) ··· 104Gruppi sanguigni (con Tavola 4.7C, D) ··· 104Emostasi (con Tavola 4.8-9) ··· 106Fibrinolisi, inibizione della coagulazione (con Tavola 4.10) ··· 110

5 Respirazione 112

Funzione polmonare, respirazione (con Tavola 5.1) ··· 112Meccanica respiratoria (con Tavola 5.2) ··· 114Purificazione dell’aria respiratoria ··· 116Respirazione artificiale (con Tavola 5.3A) ··· 116Pneumotorace (con Tavola 5.3B) ··· 116Volumi polmonari e loro determinazione (con Tavola 5.4) ··· 118Spazio morto e volume residuo (con Tavola 5.5) ··· 120Rapporto press.-vol. del polmone e del torace, lavoro respiratorio (con Tavola 5.6) ··· 122Tensione superficiale degli alveoli (con Tavola 5.7A) ··· 124Test respiratori dinamici (con Tavola 5.7B, C) ··· 124Scambio di gas nel polmone (con Tavola 5.8) ··· 126Irrorazione polmonare, rapporto ventilazione-perfusione (con Tavola 5.9) ··· 128Differenza ossigeno alveolare-ossigeno arterioso (AaDO2

) (con Tavola 5.10) ··· 130Trasporto di CO2 nel sangue (con Tavola 5.11) ··· 132Legame di CO2 nel sangue (con Tavola 5.12A) ··· 134CO2 nel liquor (con Tavola 5.12B) ··· 134Legame e trasporto di O2 nel sangue (con Tavola 5.13) ··· 136Respirazione tissutale, ipossia (con Tavola 5.14) ··· 138Regolazione della respirazione, stimoli respiratori (con Tavola 5.15) ··· 140Respirazione in immersione (con Tavola 5.16) ··· 142Respirazione a elevate altitudini (con Tavola 5.17) ··· 144Avvelenamento da O2 ··· 144

6 Metabolismo acido-base 146

Valore del pH, azione tampone, equilibrio acido-base (con Tavola 6.1) ··· 146Il sistema tampone bicarbonato-anidride carbonica (con Tavola 6.2) ··· 148Acidosi e alcalosi (con Tavola 6.3-4) ··· 150Determinazione dei rapporti acido-base (con Tavola 6.5) ··· 154

7 Rene 156

Funzione e struttura del rene (con Tavola 7.1) ··· 156Circolazione sanguigna del rene (con Tavola 7.2) ··· 158Filtrazione glomerulare, clearance (con Tavola 7.3) ··· 160Processi di trasporto lungo il nefrone (con Tavola 7.4-5) ··· 162Riassorbimento di sostanze organiche (con Tavola 7.6) ··· 166Escrezione di sostanze organiche (con Tavola 7.7) ··· 168Riassorbimento di Na+ e Cl– (con Tavola 7.8) ··· 170Riassorbimento dell’acqua e concentrazione dell’urina (con Tavola 7.9-10) ··· 172Bilancio idrico dell’organismo (con Tavola 7.11) ··· 176Regolazione del metabolismo idrico-salino (con Tavola 7.12-14A) ··· 178Diuresi e farmaci diuretici (con Tavola 7.14F) ··· 182

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IndiceVIII

Rene e metabolismo acido-base (con Tavola 7.15-16) ··· 184Riassorbimento ed escrezione di fosfati, ioni Ca2+ e Mg2+ (con Tavola 7.17-18) ··· 188Metabolismo del potassio (con Tavola 7.19-20) ··· 192Retroazione tubulo-glomerulare, sistema renina-angiotensina (con Tavola 7.21) ··· 196

8 Cuore e sistema circolatorio 198

Visione d’insieme (con Tavola 8.1) ··· 198Sistema dei vasi sanguigni e flusso ematico (con Tavola 8.2) ··· 200Fasi dell’attività cardiaca (ciclo cardiaco) (con Tavola 8.3) ··· 202Formazione e propagazione dell’eccitazione cardiaca (con Tavola 8.4-5) ··· 204Elettrocardiogramma (ECG) (con Tavola 8.6-7) ··· 208Eccitazione cardiaca in caso di disturbi elettrolitici ··· 210Disturbi del ritmo cardiaco (con Tavola 8.8) ··· 212Rapporto pressione-volume dei ventricoli (con Tavola 8.9) ··· 214Lavoro cardiaco e capacità cardiaca ··· 214Regolazione della gittata cardiaca (con Tavola 8.10A) ··· 216Reflusso venoso (con Tavola 8.10B) ··· 216Pressione sanguigna arteriosa (con Tavola 8.11) ··· 218Processi di scambio nell’endotelio (con Tavola 8.12) ··· 220Rifornimento di O2 nel miocardio (con Tavola 8.13) ··· 222Regolazione della circolazione (con Tavola 8.14-16) ··· 224Shock circolatorio (con Tavola 8.17) ··· 230Circolazione prima e durante il parto (con Tavola 8.18) ··· 232

9 Bilancio termico e termoregolazione 234

Bilancio termico (con Tavola 9.1) ··· 234Termoregolazione (con Tavola 9.2) ··· 236

10 Apparato digerente 238

Nutrizione (con Tavola 10.1) ··· 238Metabolismo energetico e calorimetria (con Tavola 10.2) ··· 240Omeostasi energetica, peso corporeo (con Tavola 10.3-4) ··· 242Apparato gastro-intestinale (con Tavola 10.5) ··· 246Integrazione nervosa e ormonale (con Tavola 10.6) ··· 248Saliva (con Tavola 10.7) ··· 250Deglutizione (con Tavola 10.8A, B) ··· 252Vomito (con Tavola 10.8C) ··· 252Stomaco: struttura e motilità (con Tavola 10.9) ··· 254Succo gastrico (con Tavola 10.10) ··· 256Intestino tenue: struttura e motilità (con Tavola 10.11) ··· 258Pancreas (con Tavola 10.12) ··· 260Colecisti (cistifellea) (con Tavola 10.13) ··· 262Funzione escretrice del fegato, bilirubina (con Tavola 10.14) ··· 264Digestione dei grassi (con Tavola 10.15) ··· 266Distribuzione e immagazzinamento dei grassi (con Tavola 10.16-17) ··· 268Digestione e assorbimento di carboidrati e proteine (con Tavola 10.18) ··· 272Assorbimento delle vitamine (con Tavola 10.19) ··· 274Assorbimento di acqua e minerali (con Tavola 10.20) ··· 276Intestino crasso, defecazione, feci (con Tavola 10.21) ··· 278

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IXIndice

11 Ormoni e riproduzione 280

Sistemi di integrazione dell’organismo (con Tavola 11.1) ··· 280Gli ormoni (con Tavola 11.2-3) ··· 282Segnali ormonali: regolazione e azione (con Tavola 11.4) ··· 286Trasmissione cellulare di sostanze segnale extracellulari (con Tavola 11.5-7) ··· 288Il sistema ipotalamo-ipofisario (con Tavola 11.8) ··· 294Metabolismo dei carboidrati, ormoni pancreatici (con Tavola 11.9-10) ··· 296Ormoni tiroidei (con Tavola 11.11-12) ··· 300Metabolismo del calcio e del fosfato (con Tavola 11.13-15) ··· 304Biosintesi degli ormoni steroidei (con Tavola 11.16) ··· 310Corticale surrenale: glucocorticosteroidi (con Tavola 11.17) ··· 312Oogenesi, ciclo ovarico (con Tavola 11.18) ··· 314Regolazione ormonale del ciclo ovarico (con Tavola 11.19) ··· 316Estrogeni ··· 318Progesterone ··· 319Regolazione ormonale della gravidanza e del parto (con Tavola 11.20) ··· 320Prolattina, ossitocina (con Tavola 11.21) ··· 322Androgeni, funzione dei testicoli (con Tavola 11.22) ··· 324Riflessi sessuali, coito, fecondazione (con Tavola 11.23) ··· 326

12 Sistema Nervoso Centrale e organi di senso 328

Organizzazione del Sistema Nervoso Centrale (con Tavola 12.1A, C-E) ··· 328Liquor (con Tavola 12.1B) ··· 328Ricezione ed elaborazione degli stimoli (con Tavola 12.2) ··· 330La sensibilità dell’apparato cutaneo (con Tavola 12.3) ··· 332Sensibilità profonda, riflesso da stiramento (con Tavola 12.4) ··· 334Dolore (con Tavola 12.5) ··· 336Riflessi polisinaptici (con Tavola 12.6A) ··· 338Inibizione della trasmissione nervosa a livello della sinapsi (con Tavola 12.6B, C) ··· 338Conduzione degli stimoli sensoriali nel SNC (con Tavola 12.7) ··· 340Sensomotricità (con Tavola 12.8-10) ··· 342Ipotalamo, sistema limbico (con Tavola 12.11) ··· 348Organizzazione della neocortex, EEG (con Tavola 12.12) ··· 350Ritmi circadiani, stadi del sonno (con Tavola 12.13) ··· 352Coscienza, sonno (con Tavola 12.14) ··· 354Apprendimento, memoria, lingua (con Tavola 12.15-16) ··· 356Glia (con Tavola 12.17A, B) ··· 360Senso del gusto (con Tavola 12.17C-E) ··· 360Senso dell’olfatto (con Tavola 12.18) ··· 362Equilibrio (con Tavola 12.19) ··· 364Organizzazione dell’occhio, liquido lacrimale, umore acqueo (con Tavola 12.20) ··· 366L’apparato ottico (con Tavola 12.21) ··· 368Acuità visiva, fotorecettori (con Tavola 12.22-23) ··· 370Adattamento dell’occhio a diverse intensità di luce (con Tavola 12.24) ··· 374Elaborazione dello stimolo luminoso a livello della retina (con Tavola 12.25) ··· 376Visione dei colori (con Tavola 12.26) ··· 378Campo visivo, vie ottiche ed elaborazione degli stimoli visivi... (con Tavola 12.27) ··· 380Movimenti oculari, visione binoculare e visione remota (con Tavola 12.28) ··· 382Fisica del suono, stimolo sonoro e sensazione acustica (con Tavola 12.29) ··· 384Conduzione sonora e recettori acustici (con Tavola 12.30-31) ··· 386

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IndiceX

Elaborazione degli stimoli sonori nel SNC (con Tavola 12.32) ··· 390Voce e linguaggio (con Tavola 12.33) ··· 392

13 Appendice 394

Grandezze e unità di misura ··· 394Potenze e logaritmi ··· 402Rappresentazione grafica dei dati sperimentali ··· 403L’alfabeto greco ··· 406Valori normali ··· 406Formule principali della fisiologia ··· 410

Bibliografia 413

Indice analitico 415

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XI

La quarta edizione italiana dell’atlante tascabiledi Fisiologia mostra ancora una volta la com-petenza degli Autori nel seguire l’evoluzione bio-medica della Fisiologia umana, disciplina fon-damentale per qualsiasi specializzazione sivoglia intraprendere in campo medico.

Il manuale si riconferma particolarmente in-dicato per lo studio della Fisiologia grazie allasua struttura con tavole e testo a fronte che fun-ge contemporaneamente da spiegazione de-gli argomenti e da didascalia delle tavole. Loscopo, i vantaggi e la praticità dell’Atlante sonoquindi confermati anche in questa nuova edi-zione.

Grazie alla sua impostazione, la lettura, lacomprensione e la memorizzazione del testosono processi facilmente recepiti dal lettore; gliargomenti sono arricchiti di numerosissimi dati,difficilmente reperibili in altri testi del genere,che completano e rendono pratici i concetti, ta-lora complessi, della Fisiologia.

Oltre alla revisione generale dei testi, in que-sta nuova edizione il testo è stato arricchito conl’aggiunta di nuovi argomenti, e quindi sonostate inserite anche nuove tavole con illu-strazioni particolareggiate e funzionali al-l’apprendimento.

Un aspetto di notevole interesse mantenu-to in questa edizione è l’inserimento nei vari ca-pitoli di una serie di aggiornamenti ripresi dal-

la letteratura più recente, con l’aggiunta di im-portanti e numerosi dati e concetti di biologiamolecolare.

Pertanto, Fisiologia. Atlante tascabile è rivoltonon soltanto agli studenti che frequentano lelauree triennali e a ciclo unico in ambito me-dico e sanitario, ma è indicato anche per queilaureati specializzandi o addirittura specia-lizzati che si trovino nella situazione di dove-re rivedere rapidamente un argomento di Fi-siologia umana. Per la sua organizzazione di-dattica, il presente Atlante è indicato anche pergli studenti di Scienze biologiche e disciplineaffini.

Ritengo che la traduzione in lingua italianapossa essere valutata in modo soddisfacente:la difficoltà maggiore è stata quella di tradur-re occupando lo stesso spazio del testo in lin-gua inglese; l’augurio è che questa limitazio-ne non abbia influito sulla chiarezza del pe-riodare. Chiunque vorrà suggerirmi modifichee correzioni per la successiva ristampa svolgeràcritica costruttiva, sempre apprezzabile.

Per concludere, mi è gradito rivolgere un vivoe profondo ringraziamento all’Editore e aisuoi collaboratori per l’opera prestata in que-sto periodo di intenso e paziente lavoro con me.

Gennaio, 2018Eugenio Riva di Sanseverino

Prefazione all’edizione italiana

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XII

Prefazione alla settima edizione

Dall’ultima edizione, le conoscenze nelcampo della Fisiologia si sono notevolmenteampliate e arricchite. In particolare, la proteo-mica, ossia la ricerca di tutte le proteine in unasingola cellula e nell’intero organismo in con-dizioni e periodi temporali specifici, ha porta-to alla luce una visione completamente nuovasullo sviluppo cellulare, sull’informazione e sul-la comunicazione, così come su molteplici fun-zioni integrative del corpo. Perciò è stato ne-cessario rivedere e in alcuni casi incrementa-re alcune parti del libro, per esempio i capito-li sull’invecchiamento, sull’obesità, sulla fun-zione delle ciglia e sulla fisiologia cellulare del-la muscolatura scheletrica.

Recentemente sono stati aggiunti moltiaspetti fisiopatologici ed esempi clinici alla fi-siologia medica. Per tenere conto di tale svi-luppo anche in questo atlante a colori, i nu-merosi riferimenti alla medicina clinica sonostati indicati con una serie di pallini blu a latodel testo; le parole-chiave di nozioni fisiopa-tologiche e cliniche sono indicate a fondo pa-gina. In questo modo si è cercato di facilitarel’immediato riconoscimento di eventi fisiologici

e di clinica medica e il reperimento di infor-mazioni più approfondite nei testi di fisiopa-tologia e di clinica medica.

Sono molto grato per i numerosi suggeri-menti e le critiche costruttive avute da esper-ti lettori e dai miei colleghi. Ancora, è stato ungrande piacere lavorare con Ruediger Gay e conAstried Rothenburger, verso i quali sono in de-bito per avere revisionato molte illustrazioni dellibro e per avere disegnato alcune nuove tavolea colori. A loro estendo il mio ringraziamento.Sono inoltre riconoscente alla traduttrice, Ge-raldine O’Sullivan, al personale editoriale, An-gelika Findgott, Annie Hollins e Joanne Stead,e a Gerald Schmitt per la sua assistenza. Voglioringraziare anche Katharina Voelker per la suacostante assistenza nel preparare gli indici.

Mi auguro che anche questa settima edizionedell’Atlante a colori di Fisiologia sarà un utile aiu-to per gli studenti nella comprensione della ma-teria e inoltre un valido punto di riferimento permedici generici e scienziati, per rinfrescare pre-cedenti informazioni acquisite e apprendereconcetti nuovi.

Stefan Silbernagl, 2014

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Dott. Agamemnon Despopoulos

Prefazione alla prima edizione

L’efficacia dell’immagine nella didattica è sen-z’altro superiore rispetto ad altre modalità di in-formazione. Questo libro quindi si avvale del-la rappresentazione visiva per riprodurre la si-multaneità e la molteplicità di eventi fisiologi-ci. Sebbene alcuni argomenti si prestino più dialtri, si è cercato di rappresentare tutti gli ele-menti chiave della Fisiologia senza selezionarli.

È opportuno sottolineare che questo volu-me di poco più di 300 pagine, solo metà dellequali è relativa al testo, non può essere consi-derato come testo base per lo studio della Fi-siologia. Tuttavia, esso contiene la maggior par-te dei principi fondamentali che si apprendo-no ai corsi introduttivi di medicina. Ciascunaunità del testo e le figure possono essere uti-lizzate inizialmente come una supervisione in-troduttiva e successivamente come una revi-sione riassuntiva dell’argomento medesimo. Icontenuti sono aggiornati e includono sia le no-zioni di base per lo studente principiante sia det-tagli e approfondimenti specifici per studenti ve-terani.

Un libro di questo genere può sembrare ap-parentemente poco originale come struttura, mamolte figure sono nuove e, noi speriamo, in-novative. Diverse persone hanno contribuito di-rettamente e indirettamente alla realizzazionedi questo volume, ma nessuno più di Sarah Jo-nes, che ha dato una notevole assistenza edi-toriale. Riconoscimenti per l’aiuto critico e i con-sigli sono dovuti anche ai dott. R. Greger, A. Rat-ner, J. Weiss e S. Wood e al prof. H. Seller. Sia-mo grati a Joy Vieser per il suo aiuto nel con-trollo delle bozze. Particolare ringraziamentoa Wolf-Ruediger e Barbara Gay non solo per illoro lavoro “artistico”, ma per il loro contribu-to concettuale. Gli Editori hanno fornito la loroimportante assistenza, un Autore non potreb-be desiderare di meglio. Infine uno speciale ri-conoscimento al dott. Walter Kumpmann peravere suggerito il progetto e per la sua indi-scutibile fiducia agli autori.

Agamemnon Despopoulos e Stefan Silbernagl, 1979

Dalla Prefazione alla terza edizione

La prima edizione tedesca di questo libro eragià in stampa quando, il 2 novembre del 1979,Agamemnon Despopoulos e sua moglie SarahJones-Despopoulos si imbarcarono da Bizerta,Tunisia. L’intenzione era di attraversare l’Atlan-tico con la loro imbarcazione. Quella è stata l’ul-tima volta che li ho visti e abbiamo perso ognisperanza di rivederli ancora. Senza l’entusia-smo creativo di Agamemnon Despopoulossarebbe stato impossibile pensare alla pubbli-cazione di questo libro; senza il suo supportopersonale non avremmo proseguito nel nostroprogetto. Mentre ripensavo ai nostri intenti ori-ginali, ho revisionato completamente il libro,introducendo gli ultimi sviluppi della Fisiologiae i suggerimenti provenienti da lettori delle pri-me edizioni; ad essi rivolgo il mio ringrazia-mento per il loro attivo interesse.

Stefan Silbernagl, 1985

XIII

I-XIII_Romane_corr_Layout 1 22/11/17 07:55 Pagina XIII

2 L’organismo: un sistema aperto provvisto di ambiente interno1

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Applicazione clinica: collasso cardiocircolatorio, insufficienza renale e respiratoria

Le forme viventi più semplici sono rappresen-tate dagli organismi unicellulari. Persino tali or-ganismi devono soddisfare due esigenze con-trapposte, ma comunque indispensabili per lasopravvivenza: da un lato devono isolarsi dal«disordine» che regna nell’ambiente abiotico,dall’altro, in quanto «sistemi aperti» (→ p. 42),essi dipendono dall’ambiente circostante per loscambio di calore e di ossigeno, per l’assunzionedi sostanze nutritive, per l’eliminazione dei ca-taboliti e per la trasmissione di informazioni.

L’«isolamento» dall’ambiente esterno vienerealizzato principalmente dalla membrana pla-smatica, le cui caratteristiche idrofobe impedi-scono il mescolamento letale delle componentiidrofile tra ambiente acquoso intracellulare eambiente esterno. Localizzate nello spessoredella membrana plasmatica si trovano co-munque particolari proteine che permettono adeterminate sostanze di attraversare questa bar-riera. Alcune proteine formano pori (canali), al-tre costituiscono più complessi sistemi di tra-sporto, i cosiddetti carrier (→ p. 22 e 26 e se-guenti). La permeabilità della membrana èdunque selettiva e, nella maggior parte dei casi,l’attività delle proteine di membrana risulta ri-gidamente regolata. Le molecole idrofobe(come i gas), d’altra parte, possono attraversa-re liberamente la membrana plasmatica e ciòè particolarmente importante per lo scambio diO2 e di CO2 e per l’assunzione delle sostanze-segnale di natura lipofila. Questa caratteristicaespone tuttavia la cellula al rischio di introdurresostanze tossiche, come certi gas (ad es. CO) oaltri composti di natura lipofila, come i solventiorganici. Determinate proteine associate allamembrana plasmatica fungono da recettori e ser-vono per ricevere segnali umorali e trasmette-re successivamente le informazioni all’internodella cellula (trasduzione del segnale). Altre pro-teine hanno funzione enzimatica e permetto-no di rielaborare metabolicamente specificisubstrati extracellulari.

I primi organismi unicellulari vivevano nel-l’oceano primordiale (→ A), ovvero in un am-biente piuttosto costante, che non subiva so-stanziali cambiamenti in seguito all’estrazio-

ne di sostanze nutritive e all’immissione dei pro-dotti metabolici finali degli unicellulari. Nono-stante ciò, persino gli organismi unicellularisono capaci di rispondere a segnali provenientidall’ambiente, ad esempio alle variazioni del-la concentrazione di sostanze nutritive, spo-standosi attivamente per mezzo di ciglia o me-diante la formazione di pseud opodi.

Eventi come il passaggio dalla condizioneunicellulare a quella pluricellulare, l’aggrega-zione di gruppi di cellule specializzate a for-mare organi, la comparsa dei due sessi, la vitaall’interno di gruppi sociali e la colonizzazio-ne delle terre emerse, hanno aumentato enor-memente le capacità di sopravvivenza degli or-ganismi, le loro possibilità di svolgere deter-minate funzioni, il loro raggio di azione e la loroindipendenza. Il presupposto per tutto questoè stato tuttavia lo sviluppo contemporaneo diuna complessa infrastruttura nell’organismo.Infatti, ogni singola cellula di un organismo ne-cessita ancora dell’ambiente caratteristicodell’oceano primordiale per poter vivere e so-pravvivere. Tale ambiente dalle condizioni co-stanti corrisponde al liquido interstiziale cheriempie gli spazi extracellulari (→ B). Tuttavia,il volume occupato da tale liquido non è infi-nitamente grande, ma è anzi considerevol-mente inferiore al volume stesso delle cellu-le (→ p. 176). In assenza di organi capaci dimantenere costante questo «ambiente inter-no» (omeostasi), mediante l’assunzione di so-stanze nutritive, elettroliti e acqua e l’escre-zione dei prodotti metabolici terminali con lefeci e l’urina, le attività metaboliche delle cel-lule consumerebbero molto rapidamente l’os-sigeno e le sostanze nutritive contenute nel li-quido interstiziale, e i prodotti catabolici vi siaccumulerebbero. Grazie alla circolazione san-guigna questi organi sono connessi con ognialtra parte dell’organismo, anche con quelle piùdistanti, dove lo scambio metabolico tra san-gue e interstizi provvede a tenere costante lacomposizione chimica dell’ambiente in cuisono immerse le singole cellule. L’apparato di-gerente e il fegato sono responsabili dell’as-sunzione delle sostanze nutritive, della loro ela-

«...quando si seziona un organismo vivente, isolando le parti di cui è formato, lo si fa per semplifi-care l’analisi sperimentale e in nessun caso per comprendere il funzionamento delle parti come strut-ture isolate. Infatti, se si vuole attribuire a una data attività fisiologica il suo giusto valore e il suo rea-le significato, la si deve sempre considerare come parte di un insieme e le deduzioni finali devonoessere tratte soltanto in base al suo effetto sull’intero organismo.»

Claude Bernard (1865)

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Tavola 1.1 Ambiente esterno e interno 3

A. Organismo unicellulare nell’ambiente costante dell’oceano primordiale

Oceanoprimordiale

Assunzione del segnale

Calore

AcquaDigestione

Genoma

Motilità

Assunzione ed escrezione di sostanze

Escrezione

Scambi gassosi

Scambio ionico

CO2

O2

B. Mantenimento dell’ambiente «interno» nell’uomo

Segnali esterniIntegrazione da parte del sistema nervoso, ormoni

Scambi gassosi

CO2O2

Polmone

Sangue

Interstizio

Spazio intracellulare

Spazio extra-cellulare

AssunzioneSostanze nutritive, acqua, sali e altro

EscrezioneProdotti di rifiuto e tossine

Canale alimentare

Fegato

Distribuzione

Segnaliinterni

Regolazione

ComportamentoEmissioneCalore(acqua, sali)

Cute

Prodotti di rifiuto e tossine

Escrezionetroppo

– acqua– sali– acidi

Rene

⎫⎬⎭

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44

L’invecchiamento è un processo normale ed ine-vitabile che termina con la morte. Vi è una gran-de variabilità nel mondo nella media della pre-visione di morte fatta al momento della nascita deibambini (→ A); in Germania, tale media nel 2009era di 76,3 anni per il sesso maschile e di 82,4anni per il sesso femminile.

L’aspettativa di vita media aumenta con gli anni se non siconsiderano coloro che sono morti in giovane età. La ri-duzione della mortalità infantile e il controllo della maggiorparte delle malattie infettive hanno permesso all’aspettati-va di vita di aumentare consistentemente nei paesi indu-strializzati durante il secolo passato. Le principali cause dimorte nei paesi citati sono ora malattie dell’età avanzata,con le malattie cardiovascolari che ammontano a circa il 50%(uomini > donne) e con i tumori a circa il 25%.

Le malattie sono ciò che usualmente impediscealla gente di raggiungere il loro massimo periododi vita, che, in passato, era di circa 100 anni.Dopo 10 anni, soltanto lo 0,005% di 98enni è an-cora vivo.

L’invecchiamento provoca una riduzione dimolte funzioni corporee. Per la maggior parte del-le persone molto anziane, che sono altrimenti insalute, la fragilità diventa il fattore limitante. Que-sta “debolezza legata all’età” è caratterizzata dauna diminuzione della forza muscolare, riflessi piùlenti, mobilità e equilibrio compromessi e una man-canza di resistenza. Ciò porta a cadute, a frattu-re e a perdita di indipendenza. La debolezza mu-scolare è causata non soltanto dall’invecchiamentoe da processi degenerativi delle articolazioni maanche da mancanza di esercizio fisico.

Anche il sistema immunitario invecchia (im-munosenescenza). Nell’età avanzata, l’attiva-zione della risposta immunitaria è più lenta, levaccinazioni sono meno efficaci e maggiorisono la suscettibilità alle infezioni, lo sviluppodi tumori e le malattie autoimmuni.

L’arco della vita e l’invecchiamento sono inmodo parziale geneticamente determinate.

Alcune mutazioni sono causate da un invecchiamento pre-maturo. Al contrario, esistono mutazioni genetiche (inclusol’invecchiamento-1) che possono aumentare in modo si-gnificativo l’arco della vita dei nematodi. La mutazione in-vecchiamento-1 conferisce resistenza aumentata ai radica-li reattivi dell’ossigeno (radicali reattivi dell’ossigeno o ROS).La scoperta che molecole danneggiate dai ROS si accumulanonell’organismo con l’invecchiamento (→ C), mentre l’attivi-tà di enzimi che proteggono dall’ossidazione diminuisce, sug-gerisce che il danno ossidativo può essere responsabile del-l’invecchiamento umano.

Il gene Klotho (così denominato da uno dei Fatidella mitologia greca) inibisce l’invecchia-mento. Quando l’espressione di questo gene au-menta, la vita viene prolungata, invece l’arco

della vita è accorciato quando esso è assente.Klotho codifica una proteina di membrana chesi lega al recettore per il fattore di crescita dei fi-broblasti (FGF23) e regola l’omeostasi fosfa-to/calcica. L’assenza omozigotica di entrambii geni Klotho e FGF23 provoca la comparsa diiperfosfatemia e ipercalcemia seguita da in-vecchiamento accelerato.

Metabolismo energetico: non viene più rego-lato in modo ottimale nella vecchiaia (per lecause vedi → B; CCK = colecistochinina). Co-munque, anche il consumo energetico dimi-nuisce, almeno non a causa di una ridotta at-tività fisica.

Le cause dell’invecchiamento non sono chia-re. Anche le cellule in vitro invecchiano, ossiacessano di dividersi dopo un certo numero dicicli. Solo poch e cellule sono “immortali”: cel-lule germinali, cellule del sistema emopoieti-co e cellule tumorali.

Una dieta ipocalorica in gioventù aumental’aspettativa di vita poiché tale dieta riduce, adigiuno, la glicemia, la colesterolemia, la resi-stenza all’insulina, il grasso viscerale e laconseguente liberazione di mediatori dell’in-fiammazione.

Questi effetti positivi possono essere stimolati con il resvera-trol, un polifenolo trovato nel vino. Esso attiva i geni che codi-ficano le sirtuine (Sirt 1-7, deacetilasi NAD-dipendente). In mol-te specie, Sirt 1 aumenta la resistenza allo stress ossidativo perquanto riguarda l’aspettativa di vita; alcuni di questi effetti del-la sirtuina sono mediati da fattori di trascrizione (FOXO). Se ciòsi verifica anche nella specie umana, non è ancora chiaro.

I cromosomi vanno via via danneggiandosidurante il corso della vita (→ C). Questo fattoè di norma prevenuto dal telomero, uno specialecomplesso nucleoproteico che si trova suicromosomi come un cappuccio protettivo.

Nelle cellule somatiche, il telomero diventaun po’ più corto durante la divisione di ciascunacellula. Quando ciò accade in molte generazionicellulari, la protezione telomerica cessa e il mec-canismo che ripara il DNA si svolge automati-camente, con l’attivazione della via reattiva p53,e si ferma l’ulteriore divisione cellulare.

Anche i mitocondri invecchiano, special-mente nelle cellule non-proliferative comequelle del cuore e dell’encefalo. Le mutazioni nelmtDNA si verificano sempre in aumento, com-promettendo il rifornimento energetico allacellula. Nei topi che presentano una disfunzio-ne del telomero, si sviluppa anche una disfun-zione dei mitocondri, in quanto è ridotta l’atti-vità dei principali regolatori dei mitocondri(PGC-1α e 1β). Ancora, il p53, che sopprime i geniPGC-1, è il fattore ritenuto responsabile (→ C).

Ac: senescenza, malattie senili, per es. del cuore e dell’encefalo

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Invecchiamento

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45Tavola 1.21 Invecchiamento

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cellu

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PGC-1

ROS

Disfunzione telomerica

Telomere ridotto Divisione cellulare

Circa 70 cicli nei fibroblasti

Divisione di cellule proliferative bloccata:senescenza ripetutaPrevenzione

di tumori spontanei Apoptosi

Morte cellulare

Cromosoma

Nucleocellulare

DNA

Cromosoma

Attivazione del p53

82 anni e più anziani

74 – 81 anni

72 – 73 anni

65 – 71 anni

55 – 65 anni

40 – 54 anni

35 – 39 anni

meno di 35 anni

Disfunzione mitocondriale in cellule non-proliferative

Cuore

Cervello

Scelta del cibo

AppetitoProblemi di masticazione

Plasma:– Glucosio– Acidi grassi liberi – Insulina– Glucagone

CCK

Sazietà veloce

Bilancio energetico disturbato

Disappetenza

Assorbimento alimentare ritardato

Svuotamento gastrico rallentato

Fase gastrica

Senso dell’olfatto e del gusto

Risposta del DNA danneggiato

Cibo

per es. nel

C. Disfunzione telomerica e mitocondriale

B. Energia metabolica indebolita nella vecchiaia

A. Previsione di vita media dei neonati negli Stati membri del Regno Unito (2006)

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Capacità di prestazioni fisiche, allenamento

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o

Ac: allenamento di riabilitazione, ergometria, fisioterapia

La capacità di effettuare prestazioni fisiche vie-ne misurata mediante metodi standardizzati fa-cilmente eseguibili sia dall’esaminatore chedall’esaminato: ergometria. A tali test vengonoregolarmente sottoposti sia gli atleti, per potercontrollare il grado di allenamento, sia i pazientidurante il periodo di riabilitazione. Durante i testergometrici determinati parametri fisiologici,come l’assunzione di O2 (V·O2

), la frequenza car-diaca, la frequenza respiratoria (→ p. 84) e la con-centrazione plasmatica di lattato (→ A), vengo-no messi in relazione (in W o W/kg di peso cor-poreo) con le relative prestazioni fisiche del sog-getto.

Nella cicloergometria si imposta il numero di Watt sul fre-no; nell’ergometria del nastro scorrevole in salita (ango-lo α) la capacità (W) viene calcolata nel modo seguente: mas-sa corporea (KM) [kg] · accelerazione terrestre g [m · s–2] · di-stanza percorsa [m] · sen α · 1/tempo della prestazione [s–1].Nel test dei gradini secondo Margaria il soggetto prende ve-locità e sale le scale nel minor tempo possibile; in questo casoil rendimento si calcola da: massa corporea [kg] · g [m · s–2]· altezza/tempo [m · s–1]. Esistono inoltre altri metodi ergometricispecifici per particolari discipline sportive.

Con i test a breve termine (10-30 s) è possibile mi-surare il rendimento ottenuto in modo anaero-bio con le riserve energetiche prontamente uti-lizzabili (creatinfosfato, glicogeno nel tessuto mu-scolare). Con i test a medio termine (30-180 s) èinvece possibile determinare il rendimento do-vuto alla glicolisi anaerobia (→ p. 76). I rendi-menti aerobi di durata maggiore (con ossidazionedi glucosio e di acidi grassi liberi), infine, ven-gono determinati misurando la massima as-sunzione di O2 (V·O2

max) (→ p. 78).Anche il metabolismo anaerobio iniziale

porta alla produzione di acido lattico, che si dis-socia successivamente in lattato e ioni H+. In casodi pesante lavoro fisico (a partire da circa 2/3 del-la massima capacità di prestazione) l’energia ot-tenibile in modo aerobio non è più sufficiente permantenere lo sforzo fisico e pertanto si svolgo-no contemporaneamente anche le reazionimetaboliche anaerobie. In questo modo si ori-gina una condizione di (latt-)acidosi e la con-centrazione di lattato nel plasma aumenta ra-pidamente (→ A). Le prestazioni che provoca-no l’aumento di tale concentrazione fino araggiungere 2 µmol/l (cosiddetta soglia aerobia)possono essere tollerate per lungo tempo, men-tre il superamento di una concentrazione di 4µmol/l (cosiddetta soglia anaerobia) indica cheil limite di rendimento sta per essere raggiunto.Tuttavia, non è il lattato stesso che costringe adabbandonare la prestazione, ma piuttosto la pro-gressiva acidosi (→ p. 76). La degradazione dellattato avviene soprattutto nel fegato e nel cuo-re, dove tale composto viene ossidato fino a CO2

(con consumo di H+) oppure viene utilizzato perla gluconeogenesi.

L’allenamento incrementa e mantiene il ren-dimento fisico. Si distinguono tre categorie di al-lenamento, di cui spesso due o tre risultano com-binate tra loro. F L’apprendimento motorio serve al migliora-mento del coordinamento neuromuscolare e del-la motivazione (ad es. battere a macchina); in al-tre parole esso serve soprattutto a migliorare iprocessi che si svolgono nel SNC.F L’allenamento di fondo, ovvero i rendimentisubmassimali di lunga durata (ad es. la mara-tona), aumentano tra l’altro le capacità ossida-tive (ad es. maggiore densità di mitocondri) al-l’interno delle unità motorie lente (→ p. 62), lagittata cardiaca e pertanto V·O2

max (→ B, C). Unaumento di peso del cuore porta a una maggioregittata sistolica (→ C) e anche il volume respi-ratorio aumenta, e ciò provoca in condizioni diriposo una bassa frequenza sia respiratoria siacardiaca, mentre durante il lavoro permette unaumento maggiore sia della gittata cardiaca siadel volume respiratorio per unità di tempo ri-spetto a quanto accade nel soggetto non allenato(→ C). Nell’individuo sano, V·O2

max risulta limi-tato dalla capacità dell’apparato cardio-circo-latorio e non da quella dell’apparato respirato-rio. Nel soggetto sottoposto ad allenamento difondo, durante il lavoro fisico il livello di latta-to aumenta di meno e comunque tale aumen-to inizia più tardi rispetto a quanto avviene nelsoggetto non allenato (→ A).F L’allenamento con sviluppo di forza, ovveroquello che permette di effettuare prestazioni mas-sime di breve durata (ad es. il sollevamento dipeso) provoca soprattutto ipertrofia muscolare(aumento delle dimensioni delle fibre muscola-ri) e una maggiore capacità glicolitica da partedelle unità motorie rapide (→ p. 62).

Rendimenti fisici particolarmente elevati por-tano a dolori muscolari dovuti a sforzo. Il do-lore in realtà non è dovuto all’accumulo di aci-do lattico nel tessuto, ma piuttosto alle micro-lesioni che provocano rigonfiamento e dolore eche indicano la presenza di (micro-)infiamma-zioni (→ D).

L’affaticamento può essere periferico e origi-narsi prevalentemente in seguito all’esauri-mento delle riserve energetiche e all’accumulodei prodotti metabolici terminali nella musco-latura in attività. Questo tipo di affaticamento siverifica con particolare rapidità durante il lavo-ro di sostegno (→ p. 70). Si parla invece di affa-ticamento centrale quando, ad esempio, i dolorimuscolari e articolari dovuti al lavoro muscola-re influiscono negativamente sul proseguimen-to della prestazione o sulla motivazione.

80

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Tavola 2.19 Capacità di prestazioni fisiche, allenamento 81

A. Concentrazione di lattato durante il lavoro B. Massima assunzione di O2

C. Confronto tra soggetti non allenati a soggetti con allenamento di fondo

D. Dolori muscolari

Spostamento in seguitoad allenamento

Assunzione di ossigeno V.O2

(ml/min per kg di peso corporeo)

Sogliaanaerobia

Soglia aerobia

Donne

a riposo V.O2 max

non allenate

allenate

Uomini

non allenati

allenatiCarico (Watt/kg peso corporeo)

Parametri fisiologici Non allenato Con allenamento di fondo(2 uomini, 25 anni, 70 kg)

80 40140

0,38,05,6

3005,6

500

A riposo

Strappi nei dischi ZPrestazione particolarmente elevatadi singoli muscoli Degradazione proteica

Migrazione di acqua

Rigonfiamento

Dolore

Cattiva irrorazione

Stiramento riflessoDiverse orePerdita di forza

A riposo(D

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-J. U

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)MassimoMassimo

5,9180 180

5,220035190

2,810018100

0,3

8,0

5,670

Peso del cuore (g)

Frequenza cardiaca (min–1)

Gittata sistolica (ml)

Gittata cardiaca (l/min)Vol. respiratorio per unità di tempo (l/min)

Assunzione di O2 (l/min)

Volume ematico (l)

Conc

entra

zione

di l

atta

to (m

mol

/l)

10

8

6

0 1 5

2,3

3,3

3,2

4,8

38

55

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2

0

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Allergie

4 Sa

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Ac: allergie, malattie autoimmuni, anafilassi, patologie del siero, errori di trasfusione

Un’allergia è una reazione eccessiva da partedel sistema immunitario nei confronti di una so-stanza estranea (ma innocua) all’organismo, ov-vero a un antigene (→ p. 98 e seguenti), che vie-ne pertanto indicato come allergene. Anche leproteine proprie dell’organismo alle quali sonolegate piccole molecole estranee possono svol-gere un’azione allergenica; queste ultime co-stituiscono pertanto antigeni «incompleti», i co-siddetti apteni. Normalmente l’aumentata rea-zione immunitaria (secondaria) esercita uneffetto protettivo in caso di contatto ripetuto conl’antigene (immunizzazione; → p. 98 e seguenti).In caso di allergia, tuttavia, essa provoca la di-struzione di cellule sane e di tessuti intatti, ov-vero in questo caso il contatto primario inne-sca una reazione di ipersensibilizzazione. Ciò puòinteressare anche proteine proprie dell’orga-nismo, e in tal caso vengono prodotti autoan-ticorpi. Il danno tissutale è provocato preva-lentemente da reazioni infiammatorie.

Tipi di reazioni allergiche: spesso si trattadi reazioni del I tipo. Durante il primo contat-to, l’allergene incorporato dai linfociti B vienepresentato ai linfociti TH2, provocando la pro-liferazione dei linfociti B e il loro differenzia-mento in plasmacellule (→ p. 102). Queste li-berano immunoglobulina (Ig)-E, che si lega conla sua estremità Fc alle mastcellule e ai granu-lociti basofili. Durante un secondo contatto conl’antigene, questo si lega alle mastcellule giàpresenti e provviste di IgE sulla loro superficie(→ A). Grazie alla rapida liberazione di me-diatori infiammatori in parte vasoattivi (ista-mina, leucotriene, PAF [platelet-activating fac-tor] e altro) in queste cellule si realizza in po-chi secondi o minuti la reazione immediata (ana-filassi). In questo modo gli allergeni introdot-ti, ad esempio con l’aria inspirata, provocanoil raffreddore da fieno o l’asma. La vasodila-tazione che ha luogo durante una reazione ge-neralizzata del I tipo può provocare shock ana-filattico (→ p. 230).

Nelle reazioni del II tipo vengono attacca-te soprattutto cellule del sistema immunitarioad azione antigenica e ciò può verificarsi in se-guito a trasfusione di sangue appartenente a ungruppo non compatibile (vedi oltre) o in seguitoal legame di apteni (ad es. farmaci) a cellule pro-prie dell’organismo, ad esempio piastrine, e ciòpuò provocare una trombocitopenia.

La reazione del III tipo (→ B) è innescata da complessi (im-munitari) antigene-anticorpo. Se, rispetto all’anticorpo, l’an-tigene è presente in quantità maggiore, allora per un periodopiù o meno lungo nel sangue circolano complessi antige-

ne-anticorpo solubili (→ B), che si depositano soprattuttonei capillari. La parete capillare viene allora aggredita dal si-stema del complemento e si manifestano dolori alle arti-colazioni e febbre (la cosiddetta malattia del siero; → B).

La reazione del IV tipo è dovuta principalmenteai linfociti TH1, ai linfociti T killer e ai macrofa-gi e raggiunge il suo massimo dopo 2-4 gior-ni dall’esposizione all’allergene (reazione «ri-tardata»). Questa reazione allergica è innescatasoprattutto da agenti patogeni, da proteineestranee e da apteni, come farmaci e componentivegetali. Anche il rigetto primario degli organitrapiantati appartiene alla reazione del IV tipo.Gli apteni (ad es. il nichel contenuto in certi gio-ielli) provocano spesso una reazione del IV tiposulla pelle, provocando la cosiddetta dermati-te da contatto.

Gruppi sanguigni

Determinati glicolipidi situati sulla membranadegli eritrociti svolgono la funzione di antige-ni, i cosiddetti gruppi sanguigni. Nel sistemaAB0 si tratta di A (antigene A sull’eritrocita, nelsiero anticorpi anti-B), B (B, anti-A), 0 (né A néB, ma anticorpi anti-A e anti-B) o AB (A + B, mané anti-A, né anti-B) (→ C).Se durante una trasfusione di sangue A vieneerroneamente in contatto con anti-A, o B conanti-B, allora gli eritrociti si aggregano per mez-zo delle IgM (agglutinazione) e scoppiano(emolisi; → C1). Prima di una trasfusione di san-gue è pertanto indispensabile determinare ilgruppo sanguigno sia del ricevente sia del do-natore e verificare la compatibilità tra i due tipidi sangue (prova incrociata; → C2).

Gli anticorpi AB0 appartengono alla classedelle IgM e quindi di regola non superano la bar-riera placentare.

A differenza del sistema AB0, gli anticorpicontro le caratteristiche rhesus (C, D, E) deglieritrociti (D presente: Rh+, D assente: Rh–) si for-mano soltanto dopo un processo di sensibiliz-zazione. Gli anticorpi anti-D appartengono allaclasse delle IgG e pertanto sono capaci di at-traversare la barriera placentare (→ p. 97 D).Soggetti con gruppo sanguigno rh– possonoprodurre anticorpi contro gli eritrociti Rh+

(anti-Rh+), ad esempio in caso di trasfusione disangue non compatibile o quando una donnaRh– partorisce un bambino Rh+. Un secondocontatto con il sangue non compatibile provocauna forte reazione antigene-anticorpo, ovve-ro l’agglutinazione intravasale degli eritrocitied emolisi (→ D).

104

092-111_Capitolo_4_Layout 1 22/11/17 06:45 Pagina 104

+

=

D. Sensibilizzazione Rh tra madre e figlio e mediante trasfusione del sangue

C. Incompatibilità dei gruppi sanguigni ABO

4 Sa

ngue

Tavola 4.7 Allergie, gruppi sanguigni 105

A. Anafilassi B. Malattia del sieroAntigene

Antigene

Giorni dopo il primo contatto

(da Kownatzki)

Anticorpi liberi

Complessianticorpo-

antigene

Conc

entra

zione

nel

san

gue

Granulo

IgE

Recettore per IgE

Anti-Rh+Rh+

Rh+

Rh+

rh–

Rh+

Rh+

rh–rh–

rh–

Padre Madre

Sangue

Eritrociti Rh+

Successivo figlio Rh+Primo figlio Rh+

Formazione anti-Rh+

Danno

Elevato titolo anti-Rh+

Danno

Grave emolisi nel figlio

Elevato titolo anti-Rh+

Eritrociti Rh+

Successiva trasfusione Rh+ errataPrima trasfusione Rh+ errata

1 2

Mastcellula o granulocitabasofilo

Istamina, PAF, leucotriene e altri mediatori

Sintomi della malattia

5 10 15 20

Emolisi

Agglutinazione

Anticorpi

Eritrociti

Eritr

ociti

del

gru

ppo

sang

uign

o

Siero del gruppo sanguigno

compatibile

Anti-A

Anti-B

0 A B AB

A non compatibile(agglutinazione)

0

B

AB

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Visione d’insieme

Applicazione clinica: patologie cardiocircolatorie e relativa compensazione

1988

Cuor

e e

sist

ema

circ

olat

orio

Il ventricolo sinistro del cuore pompa il sanguenei vasi arteriosi del circolo sistemico (grandecircolo) fino ai capillari sanguigni situati nelleregioni periferiche del corpo. Attraverso le vene,il sangue ritorna al cuore e viene spinto dal ven-tricolo destro nel circolo polmonare (piccolo cir-colo) prima di raggiungere nuovamente il cuo-re sinistro (→ A).

Il volume ematico complessivo ammonta acirca 4-5 l (circa il 7% della massa corporea 92di grassi: vedi anche tab. p. 92) e approssima-tivamente l’80% di tale volume si trova nel co-siddetto sistema a bassa pressione, ovvero nel-le vene, nel cuore destro e nei vasi del picco-lo circolo (→ A, a sinistra). Grazie alla sua altadilatabilità e alla sua elevata capacità, il sistemaa bassa pressione svolge anche una funzionedi riserva di masse ematiche, che possono esseremobilitate mediante costrizione delle vene. Seil normale volume ematico aumenta (ad es. inseguito a trasfusione di sangue), allora oltre il99% del volume immesso si trova nel sistemaa bassa pressione e soltanto meno dell’1% è si-tuato nel sistema a pressione elevata. Vicever-sa, quando il volume ematico complessivo ètroppo basso, si assiste quasi esclusivamentealla riduzione del sistema a bassa pressione. Incondizioni normali di funzionalità cardiaca epolmonare, la pressione venosa centrale (nor-malmente 4-12 cm H2O) costituisce pertantouna buona misura per la determinazione del vo-lume ematico.

La gittata cardiaca (GC) si calcola moltipli-cando la frequenza cardiaca per la gittata sisto-lica e in condizione di riposo essa corrispondea circa 70 [min–1] · 0,08 [l], ovvero a circa 5,6l/min (più precisamente [il cosiddetto indice car-diaco]: in media 3,4 l/min per ogni m2 di su-perficie corporea). Un incremento della fre-quenza cardiaca e/o della gittata sistolica puòaumentare la gittata cardiaca di varie volte.

Nel sistema circolatorio sistemico gli orga-ni sono posti in parallelo (→ A, valori Q· ) e la git-tata cardiaca si distribuisce agli organi sia inbase alla loro importanza vitale che in base alfabbisogno effettivo (vedi anche p. 225 A). Unasufficiente irrorazione dell’encefalo (in condi-zioni di riposo circa il 13% della gittata cardiaca)è particolarmente importante non solo perchési tratta di un organo di vitale importanza, maanche perché esso è estremamente sensibilealle carenze di O2. Inoltre, una fibra nervosamorta non può di regola essere sostituita. An-che la perfusione delle arterie coronarie del mu-

scolo cardiaco (a riposo circa il 4% della gitta-ta cardiaca) non deve abbassarsi, poiché il con-seguente disturbo della funzione di pompa in-fluisce negativamente su tutto il sistema cir-colatorio. I reni ricevono circa il 20-25% dellagittata cardiaca; in base al loro peso (soltantolo 0,5% del peso corporeo), si tratta di una per-centuale estremamente alta che serve in granparte per il mantenimento delle funzioni di con-trollo e di escrezione svolte da quest’organo. Incondizioni di shock (→ p. 230), l’irrorazione re-nale può tuttavia essere ridotta temporanea-mente a favore di quella del cuore e dell’en-cefalo. Nel corso di un forte lavoro fisico, la mu-scolatura scheletrica riceve fino a 3/4 della git-tata cardiaca (in questo caso incrementata). Du-rante i processi digestivi, l’apparato gastro-in-testinale riceve una percentuale relativamentealta della gittata cardiaca e ciò spiega per qua-le motivo questi due sistemi di organi non pos-sono ricevere contemporaneamente la loromassima irrorazione. La perfusione della cute(a riposo circa il 10% della GC) serve in primoluogo per l’emissione di calore e pertanto risultaincrementata in caso di elevata produzione dicalore (lavoro fisico) e/o quando le tempera-ture esterne sono molto alte. Tuttavia, in casodi necessità l’irrorazione cutanea può anche es-sere ridotta a favore degli organi più importantiper la sopravvivenza dell’organismo (pallore,ad es. in caso di shock).

Il circolo polmonare riceve l’intera gittatacardiaca ed è posto in serie con il circolo si-stemico (→ A). Il sangue povero di ossigeno(«venoso») raggiunge i polmoni con il troncodell’arteria polmonare e i suoi due rami destroe sinistro e viene arricchito di O2 (sangue ar-terioso). Attraverso le arterie bronchiali una pic-cola quantità di sangue ossigenato giunge inol-tre dal circolo sistemico e garantisce l’irrora-zione del polmone stesso. L’efflusso dei due vo-lumi ematici avviene attraverso le 4 vene pol-monari.

Nel piccolo circolo la resistenza al flusso cor-risponde soltanto a una minima parte della re-sistenza periferica totale (RPT) del grande circolo,cosicché il ventricolo destro deve generare unapressione media notevolmente inferiore (circa15 mmHg = 2 kPa) rispetto a quella prodotta dalventricolo sinistro (100 mmHg = 13,3 kPa). Nelgrande circolo la resistenza maggiore si sviluppaa livello delle piccole arterie e delle arteriole(→ A, in alto a destra), che vengono pertantodefinite complessivamente vasi di resistenza.

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A. Sistema cardiocircolatorio

8 Cu

ore

e si

stem

a ci

rcol

ator

io

Tavola 8.1 Visione di insieme 199

64%Vene

Cuore(diastole)

Piccole arteriee arteriole

Distribuzione dei volumi

Grandiarterie

Encefalo:

V.O2

= 21%

Q.

= 13%

= 4%

Arterie

Vene

Distribuzione delle resistenzenel circolo sistemico

Pressionesanguigna nell’aorta:120/80 mmHg(Pressione media 100 mmHg)

PolmoneVene polmonari

Ventricolodestro

Ventricolosinistro

Fegato e apparatogastro-intestinale:

Muscolo scheletrico: Sist. a pressione elevata(funzione di mantenimento)

Consumo di O2da parte degli organi in %del consumo totale di O2(consumo totalea riposo ≈ 0,25 l/min)

Perfusione degli organiin % della gittata cardiaca(a riposo GC ≈ 5,6 l/min a 70 kgdi peso corporeo)

Sist. a bassa pressione(funzione di riserva)

Cute ealtri organi

Circolocoronarico:

Pressione sanguignanell’arteria polmonare:

25/10 mmHg(Pressione media 15 mmHg)

Capillari

Piccole arteriee arteriole

Capillari

Polmone7%

8% 7%5% 27%

47%

19%

7%

9%

V.O2

Q.

Q.

= 11%V.O2

V.O2

= 23%

Q.

= 24%

V.O2

= 27%

Q.

= 21%

Rene:

V.O2

= 7%

Q.

= 20%

198-233_Capitolo_8_Layout 1 22/11/17 07:19 Pagina 199

Equilibrio

12 S

iste

ma

Ner

voso

Cen

tral

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orga

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i sen

so

Ac: danni dei canali semicircolari e della macula (ischemie, morbo di Menière), nistagmo, vertigine

I tre canali semicircolari (→ A1) sono disposti perpen-dicolarmente l’uno rispetto all’altro e contengono nell’am-polla rispettivamente una cresta (→ A2) provvista di cellulesensoriali secondarie (cellule capellute), le cui ciglia (→ A3)sono adagiate nella cupola (→ A2). I processi apicali del re-cettore comprendono rispettivamente un lungo chinocigliodisposto marginalmente rispetto a circa 80 stereociglia (ovilli) di varia lunghezza, i cui apici risultano connessi con leciglia adiacenti attraverso tip links (→ A3).

Canali semicircolari. Quando le ciglia si trovanonella condizioni di riposo, le cellule capelluteliberano il trasmettitore (glutammato), chegenera potenziali di azione (PA) nelle fibre ner-vose del ganglio vestibolare. Quando un sog-getto gira la testa, a causa dell’inerzia dell’en-dolinfa, si genera per un breve periodo una dif-ferenza di pressione sui due lati della cupola, pro-vocando l’inclinazione di quest’ultima e quin-di anche delle stereociglia (→ A2). Queste ul-time si spostano le une rispetto alle altre e ciò cau-sa variazioni della conducibilità di canali ioni-ci localizzati nella membrana delle ciglia stes-se. L’inclinazione delle stereociglia in direzio-ne del chinociglio aumenta la conducibilità e ioniK+, Na+ e Ca2+ affluiscono nell’ambiente intra-cellulare (tra endolinfa e citoplasma delle cel-lule capellute esiste un alto gradiente elettro-chimico per questi tre tipi di ioni, vedi anche p.386). La membrana si depolarizza, i canali pergli ioni Ca2+ si aprono, maggiori quantità di glu-tammato vengono liberate e la frequenza deiPA aumenta. Quando, d’altra parte, le stereo-ciglia si inclinano in direzione opposta rispet-to al chinociglio, gli eventi sono opposti e la fre-quenza dei PA si abbassa. Il compito dei tre ca-nali semicircolari è di registrare le accelerazio-ni rotatorie, o angolari (stimolo adeguato) intornoa tutti i possibili assi dello spazio (tutti i pos-sibili movimenti della testa). Dal momento chei normali movimenti della testa hanno una du-rata < a 0,3 s (accelerazione ⇒ arresto), la sti-molazione dei canali semicircolari registraprevalentemente la velocità di rotazione.

Quando il corpo viene fatto ruotare per un certo periododi tempo, la differenza di pressione sui due lati della cupolascompare. Arrestando i movimenti di rotazione, si genera quin-di un gradiente pressorio in direzione opposta: se l’inclina-zione delle ciglia all’inizio del movimento rotatorio ha provocatoun aumento della frequenza di PA, quando il movimento ces-sa, la frequenza di PA si abbassa e viceversa. Tali stimoli pro-vocano vertigini e nistagmo (vedi oltre).

Macule. Le ciglia situate nel sacculo e nel-l’utricolo (→ A1, 4) sono immerse in una sortadi membrana gelatinosa (→ A4) contenente cri-stalli di calcite relativamente pesanti (otoliti; den-sità ≈ 3,0). Questi cristalli spostano la membrana

degli otoliti e dunque anche le ciglia in essa im-merse (→ A4). Tale movimento avviene in se-guito a movimenti della testa a causa dell’inerziae in condizioni di riposo a causa delle variazionidi direzione della forza di gravità terrestre. È dun-que compito delle macule segnalare (a) i mo-vimenti rettilinei (accelerazione da traslazione)e (b) i discostamenti della testa dalla posizioneverticale.

Connessioni centrali. I neuroni bipolari delganglio vestibolare trasmettono l’eccitazione ainuclei vestibolari (→ A, B). Importanti vie si por-tano successivamente in direzione eterolaterale,ai nuclei dei muscoli oculari, al cervelletto (→ p.344), ai motoneuroni della muscolatura sche-letrica e al giro postcentrale (orientamento co-sciente nello spazio). I riflessi vestibolari par-tecipano (a) al mantenimento dell’equilibrio delcorpo (motricità di sostegno; → p. 346) e (b) allavigilanza visiva dell’ambiente circostante no-nostante i movimenti della testa e del tronco(motricità oculare, → B e p. 382).

Quando, ad esempio nel corso di un esperimento, viene fat-to oscillare il pavimento su cui si trova una persona (→ C),la conseguente stimolazione dell’organo vestibolare provo-ca l’estensione del braccio e della gamba che si trovano sulversante più basso del pavimento (sostegno) e la flessio-ne dell’altro braccio (→ C2). Un soggetto affetto da distur-bi a livello dell’organo vestibolare non è capace di effettuarequesti movimenti riflessi e cade (→ C3).

Dal momento che l’organo vestibolare non puòdistinguere se un determinato movimentocoinvolge (o ha coinvolto; postura) soltanto latesta o tutto il corpo (senso del movimento), neinuclei vestibolari vengono inoltre elaborate in-formazioni provenienti dai proprioricettori del-la muscolatura del collo e informazioni visive. Leefferenze raggiungono i nuclei dei muscolioculari e ogni variazione della posizione dellatesta viene corretta immediatamente da un mo-vimento opposto degli occhi (→ B). Questo ri-flesso vestibolo-oculare permette l’orientamentonello spazio.

L’esame clinico della funzionalità dell’organo vestibolare puòessere effettuato attraverso la motricità oculare. Inizialmen-te si fa girare il soggetto in esame per un tempo prolunga-to intorno al suo asse verticale (sedia girevole), poi si arre-sta il movimento; a causa della stimolazione dei canali se-micircolari orizzontali si verifica un nistagmo post-rotatorio:gli occhi si muovono lentamente sul piano orizzontale in di-rezione della rotazione, per poi spostarsi rapidamente in di-rezione opposta. Una rotazione del corpo a destra porta anistagmo sinistro e viceversa (→ p. 382). La stimolazionetermica del canale semicircolare orizzontale con acqua fred-da (30 °C) o calda (44 °C), che viene introdotta nel mea-to uditivo, provoca nistagmo calorico e permette di esami-nare separatamente i due organi vestibolari.

364

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12 S

iste

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Cen

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e e

orga

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i sen

so

Tavola 12.19 Senso dell’equilibrio 365

A. Organo vestibolare (o dell’equilibrio)

B. Organo vestibolare: azione sulla motricità oculare

C. Organo vestibolare: azione sulla motricità di sostegno

Canali semi-circolari

Movimentodella testa

Membranadegli otoliti

Gangliovestibolare

1

4 3

2

Mac

ula

Sinapsi

Ciglia «Tip link»

Attivazione

Inibizione

Otoliti

SacculoMaculaUtricolo

Ampolla

Endolinfa Canale semicircolare

Cupola

Ciglia

SinapsiCresta

Ganglio vestibolare

Movimento della testa

Alla muscolatura di sostegno

Normale

(sec

ondo

Kor

nhub

er)

1 2 3 Patologico

Muscoli oculomotori

Organovestibolare

Posizione verticale degli occhi

Nuclei dei muscolioculomotori

Nuclei vestibolari

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