Fisiologia

Fisiologia: cenni storici

Gli studi di fisiologia umana applicati al campo medico vengono fatti risalire a Ippocrate (420 a.C. circa) e Aristotele (350 a.C. circa), con la sua teoria sulla correlazione tra struttura e funzione. Tuttavia, è Claudio Galeno (129-201 d.C. circa) a essere considerato il padre della fisiologia sperimentale, essendo stato il primo a studiare il funzionamento del corpo umano tramite esperimenti scientifici. Il termine "fisiologia", tuttavia, non esiste ancora all'epoca di Galeno e viene introdotto soltanto nel XVI secolo dal medico francese Jean Fernel. Tra il XIX e il XX secolo la conoscenza della fisiologia si sviluppa in maniera esponenziale, ampliando, sviluppando e portando a termine le importantissime scoperte effettuate nei secoli antecedenti. Oggi la fisiologia è considerata una branca della scienza fondamentale in campo medico e non solo.

Funzioni fisiologiche

La fisiologia, come già visto, ha il compito di studiare il funzionamento degli organismi viventi. Il mantenimento dell'omeostasi nella fisiologia umana e più in generale della maggior parte degli organismi viventi rappresenta un aspetto di primaria importanza e oggetto di studio della fisiologia.

Omeostasi nella fisiologia umana

Il controllo dell’omeostasi è uno degli oggetti di studio principali della fisiologia.

In realtà, le condizioni interne del corpo umano non sono mai esattamente statiche. Al contrario, si sforzano sempre di raggiungere uno stato di equilibrio ottimale. In altre parole, l'omeostasi è uno stato di equilibrio dinamico caratterizzato da risposte diverse ai cambiamenti dell'ambiente esterno e interno. Questi cambiamenti possono essere interni o esterni alla cellula, al tessuto, all'organo o all'organismo. Il nostro organismo utilizza meccanismi coordinati e complessi per mantenere questo stato di equilibrio dinamico. Lo studio di questi meccanismi è oggetto della fisiologia.

Significato dell'omeostasi

L'omeostasi è essenziale per il funzionamento e la sopravvivenza degli organismi. L'omeostasi è importante per mantenere le strutture delle proteine, il potenziale idrico del corpo e per adattare con successo la temperatura corporea alle mutevoli condizioni esterne.

Adattamento ad habitat e spazi geografici diversi

Un esempio di mantenimento della omeostasi è la capacità di conservare la temperatura interna del corpo a un livello costante, il che consente agli animali di essere più indipendenti dall'ambiente esterno. Questo adattamento significa che gli organismi saranno in grado di sopravvivere in una più ampia varietà di aree geografiche e in climi diversi. Una tale caratteristica ha permesso ai mammiferi nei corso dei millenni di adattarsi alla vita nella maggior parte degli habitat, dai deserti roventi alle gelide regioni polari.

I meccanismi di controllo dell'omeostasi

Affinché un meccanismo omeostatico funzioni efficacemente, sono necessari cinque componenti (figura 1):

1. Un punto ottimale: la condizione ottimale in cui il sistema funziona al meglio.

2. Un sensore: il recettore o il gruppo di recettori che percepisce eventuali cambiamenti o deviazioni dal valore desiderato.

3. Un coordinatore: il centro di controllo che conserva il valore del punto ottimale e ha un modo per confrontare il valore attuale, fornito dal sensore, con quello desiderato.

4. Un effettore: un organo, spesso un muscolo o una ghiandola secretoria, che ha la capacità di modificare il valore della variabile al valore determinato dal coordinatore.

5. Un meccanismo di retroazione: il meccanismo con cui il recettore risponde al cambiamento della variabile, sintonizzandosi sul punto ottimale grazie all'azione dell'effettore. Esistono due tipi di meccanismi di retroazione: negativi e positivi.

Meccanismi a feedback negativo

La segnalazione tramite feedback negativo è il tipo di comunicazione più comune negli organismi viventi. In un feedback negativo, il recettore rileva la necessità di ristabilire il punto ottimale e trasmette il segnale al centro di controllo che spegne l'effettore.

Termoregolazione

Un esempio di feedback negativo è la regolazione della temperatura corporea negli endotermi come i mammiferi. Essi devono mantenere la loro temperatura corporea a un livello relativamente costante, nonostante le fluttuazioni della temperatura dell'ambiente.

La temperatura ottimale del corpo umano oscilla tra i 36°C e i 38°C. Nell'uomo esistono due diversi sensori che rilevano le variazioni di temperatura:

• Le cellule sensoriali della pelle rilevano i cambiamenti di temperatura esterna.

• Le cellule sensoriali dell'ipotalamo rilevano i cambiamenti di temperatura interna.

Questi sensori sono collegati all'ipotalamo, che è il centro di controllo della temperatura corporea. Quando le cellule sensoriali rilevano una leggera deviazione della temperatura corporea rispetto al suo valore ottimale, inviano segnali all'ipotalamo che attiva vari meccanismi per ripristinare la temperatura corporea interna. Vediamo ora qui sotto più nel dettaglio i meccanismi messi in atto dal nostro corpo rispettivamente in risposta ad ambienti esterni freddi e caldi.

In risposta agli ambienti esterni freddi:

• Vasocostrizione delle arteriole vicino alla pelle. Le arteriole "si restringono", riducendo il diametro del vaso sanguigno e la quantità di sangue che circola vicino alla pelle. Poiché la perdita di calore nell'ambiente è minore, il calore corporeo viene preservato.

• Brividi dei muscoli scheletrici. Questo produce calore metabolico, cioè calore generato dalla produzione di ATP.

• Attivazione dei muscoli erettori dei peli. Si tratta dell'innalzamento dei peli sulla pelle, che creano uno strato d'aria isolante e contribuiscono a preservare il calore corporeo.

• Aumento del metabolismo e combustione dei grassi. Ciò contribuisce a generare più calore metabolico per aumentare la temperatura corporea centrale.

• Gli esseri umani e gli animali utilizzano anche meccanismi comportamentali per evitare la perdita di calore. Questi meccanismi includono la ricerca di un riparo, l'avvicinarsi l'uno all'altro o l'abbracciare le ginocchia, che aiutano a ridurre la perdita di calore riducendo il rapporto tra volume e superficie.

In risposta agli ambienti esterni caldi:

• Vasodilatazione delle arteriole superficiali. Questo meccanismo aumenta il flusso sanguigno verso la pelle, consentendo un maggiore scambio di calore con l'ambiente.

• Aumento della secrezione di sudore. Questo permette al corpo di perdere calore in quanto la pelle fa evaporare più acqua.

• Rilassamento dei muscoli erettori dei peli. In questo modo i peli sulla pelle si abbassano. Di conseguenza, lo strato isolante viene rimosso e la pelle perde più calore.

• Adattamenti comportamentali, come evitare il sole, stare all'ombra o buttarsi in acqua!

Figura 2. Feedback positivo durante il parto.

Se guardiamo la figura 2, possiamo vedere che la testa del feto spinge contro la cervice (1), stimolando gli impulsi nervosi dalla cervice al cervello (2). Quando il cervello viene informato, le ghiandole pituitarie vengono avvertite di rilasciare l'ormone ossitocina (3). L'ossitocina viene trasportata nel flusso sanguigno fino all'utero (4). Questo provoca contrazioni che spingono il feto verso la cervice e, finalmente, conduce al parto.

• Per fisiologia si intende il ramo della biologia che studia le funzioni vitali degli organismi viventi.

• Lo studio della fisiologia risale a tempi molto antichi. Le teorie di Ippocrate e Aristotele, qualche secolo prima della nascita di Cristo, forniscono le basi per gli esperimenti di Galeno, vissuto nel II secolo d.C. e considerato il padre della fisiologia moderna.

• L'omeostasi è uno stato di equilibrio dinamico caratterizzato da diverse risposte ai cambiamenti dell'ambiente esterno e interno. È la conseguenza di una serie di molti processi che cercano di mantenere le condizioni interne dell'organismo costanti nonostante i cambiamenti dell'ambiente esterno.

• L'omeostasi è importante per vari motivi come ad esempio l'aumento delle possibilità di sopravvivenza in uno spettro geografico più ampio o in habitat diversi.

• I meccanismi fisiologici di mantenimento dell’omeostasi possono essere di diverso tipo e normalmente coinvolgono cinque snodi fondamentali: un punto ottimale, un sensore, un coordinatore o centro di controllo, un effettore, un meccanismo di feedback.

• Il meccanismo di feedback può essere negativo (come quando abbiamo caldo o freddo) o positivo (come nel caso del parto).