Omeostasi e feedback
Agosto a Palermo: fuori ci sono 38 °C, eppure la temperatura interna del tuo corpo resta intorno a 37 °C. Come fa l'organismo a non "seguire" l'ambiente? Alla fine della pagina saprai spiegarlo.
Che cos'è l'omeostasi
Le cellule funzionano bene solo entro intervalli stretti di temperatura, pH, glicemia, concentrazione di sali e di acqua. L'ambiente esterno però cambia di continuo. L'insieme di questi parametri nel liquido che circonda le cellule si chiama ambiente interno.
Non significa "valore fisso", ma oscillazione attorno a un valore di riferimento (set point), dentro un intervallo di normalità. Il perché è semplice: gli enzimi, i canali di membrana e le cellule nervose lavorano bene solo in quell'intervallo. Fuori da esso le funzioni vitali si alterano e, se lo squilibrio dura, si arriva alla malattia.
| Parametro | Valore normale (circa) |
|---|---|
| Temperatura interna | 37 °C |
| Glicemia a digiuno | 70–100 mg/dL |
| pH del sangue | 7,35–7,45 |
| Calcemia | 8,5–10,5 mg/dL |
| Osmolarità plasmatica | circa 290 mOsm/L |
Definisci l'omeostasi e spiega perché è importante per la sopravvivenza di un organismo.
Definisci l'omeostasi e spiega perché è importante per la sopravvivenza di un organismo.
Il circuito di regolazione
Ogni sistema omeostatico ha tre componenti, come un termostato di casa.
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Recettore: sente la variabile (per esempio la temperatura) e invia l'informazione.
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Centro di controllo: confronta il valore misurato con quello di riferimento ed elabora la risposta (spesso ipotalamo, o una ghiandola endocrina).
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Effettore: organo o tessuto (muscolo, ghiandola) che esegue la risposta e riporta il valore verso il riferimento.
Nel sistema di regolazione omeostatica indica la funzione di ciascuno dei tre componenti: recettore, centro di controllo, effettore.
Nel sistema di regolazione omeostatica indica la funzione di ciascuno dei tre componenti: recettore, centro di controllo, effettore.
Feedback negativo e positivo
Il feedback negativo produce una risposta che si oppone alla variazione iniziale: se il valore sale, lo fa scendere; se scende, lo fa salire. È il meccanismo tipico dell'omeostasi, perché stabilizza.
Il feedback positivo produce una risposta che rafforza la variazione, la amplifica. Spinge il sistema sempre più lontano dal punto di partenza, finché un evento esterno al circuito lo interrompe. Per questo non può mantenere l'equilibrio in condizioni normali: sarebbe instabile. Si usa per processi che devono completarsi rapidamente.
| Feedback negativo | Feedback positivo | |
|---|---|---|
| Effetto sulla variazione | la riduce | la amplifica |
| Stabilità | stabilizza | destabilizza (finché non si interrompe) |
| Esempi | termoregolazione, glicemia | parto, coagulazione |
Distingui tra feedback negativo e feedback positivo e fai un esempio per ciascuno.
Distingui tra feedback negativo e feedback positivo e fai un esempio per ciascuno.
Termoregolazione
Torniamo ai 38 °C di Palermo. I termocettori della pelle e dell'ipotalamo rilevano il riscaldamento. L'ipotalamo è il centro di controllo e confronta con il riferimento di circa 37 °C. Gli effettori attivano due risposte principali:
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vasodilatazione cutanea: più sangue vicino alla pelle, quindi più calore ceduto all'esterno;
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sudorazione: le ghiandole sudoripare secernono sudore.
Il sudore raffredda perché evaporando assorbe energia: l'acqua ha un alto calore latente di evaporazione (circa 2,4 kJ per grammo a temperatura corporea). Il calore viene sottratto alla pelle, che si raffredda. Con aria molto umida l'evaporazione è lenta e il raffreddamento è meno efficace: ecco perché l'afa si sopporta peggio.
Se invece fa freddo, l'ipotalamo attiva vasocostrizione, brividi (contrazioni muscolari che producono calore) e riduce la sudorazione.
Torniamo all'inizio: il corpo resta a 37 °C perché un circuito a feedback negativo (termocettori → ipotalamo → vasi e ghiandole sudoripare) corregge ogni scostamento.
Una persona passeggia in una giornata d'agosto a Palermo con $38\,°\text{C}$ all'ombra. La temperatura interna del corpo umano si mantiene intorno a $37\,°\text{C}$. a)…
Una persona passeggia in una giornata d'agosto a Palermo con $38\,°\text{C}$ all'ombra. La temperatura interna del corpo umano si mantiene intorno a $37\,°\text{C}$.
- a) Quale organo funge da centro di controllo della termoregolazione?
- b) Descrivi due risposte effettrici che riducono la temperatura corporea.
- c) Spiega perché il sudore raffredda il corpo, facendo riferimento al calore latente di evaporazione.
Glicemia e diabete
Dopo un piatto di pasta la glicemia sale (per esempio da 90 a 140 mg/dL). Le cellule β delle isole di Langerhans del pancreas rilevano l'aumento e secernono insulina. L'insulina agisce sulle cellule bersaglio:
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aumenta l'ingresso del glucosio nelle cellule (muscolo, tessuto adiposo);
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stimola nel fegato la sintesi di glicogeno (e nel tessuto adiposo di grassi) dal glucosio.
La glicemia scende verso il riferimento: feedback negativo. Se invece la glicemia cala (digiuno, sforzo), le cellule α secernono glucagone, che stimola il fegato a scindere il glicogeno e rilasciare glucosio.
Diabete mellito
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Tipo 1: autoimmune, le cellule β vengono distrutte e manca l'insulina. Trattamento: insulina per iniezione o microinfusore.
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Tipo 2: le cellule bersaglio rispondono poco all'insulina (insulino-resistenza), legata a obesità e sedentarietà. Trattamento: dieta, attività fisica, farmaci e, a volte, insulina.
Senza insulina il glucosio resta nel sangue (glicemia alta) anche se le cellule "hanno fame": non riesce a entrarvi a sufficienza. Quando la glicemia supera la soglia renale (circa 180 mg/dL), il rene non riassorbe tutto il glucosio filtrato: compare glucosio nelle urine, che trattiene acqua per osmosi e causa poliuria (e sete).
Dopo un pasto ricco di carboidrati, la glicemia di una persona sale da $90$ mg/dL a $140$ mg/dL. a) Quale ormone viene secreto dal pancreas e da quali cellule? b)…
Dopo un pasto ricco di carboidrati, la glicemia di una persona sale da $90$ mg/dL a $140$ mg/dL.
- a) Quale ormone viene secreto dal pancreas e da quali cellule?
- b) Descrivi due effetti di questo ormone sulle cellule bersaglio che riportano la glicemia al valore normale.
- c) Il ciclo è di feedback negativo o positivo? Giustifica.
Una paziente con diabete di tipo 1 non produce insulina. A digiuno ha una glicemia di $250$ mg/dL. a) Spiega il meccanismo per cui la glicemia resta alta nonostante la…
Una paziente con diabete di tipo 1 non produce insulina. A digiuno ha una glicemia di $250$ mg/dL.
- a) Spiega il meccanismo per cui la glicemia resta alta nonostante la presenza di glucosio nel sangue, collegandolo alla funzione dell'insulina.
- b) Perché la paziente può presentare glucosio nelle urine e poliuria? Spiega con il concetto di soglia renale.
- c) Confronta il diabete di tipo 1 con quello di tipo 2 in termini di cause e di trattamento.
Acqua, calcio e feedback positivo
Equilibrio idrosalino
Se perdi acqua (sudore in montagna, per esempio sul Gran Sasso) l'osmolarità del plasma aumenta (da 290 a 305 mOsm/L). Gli osmocettori dell'ipotalamo lo rilevano; l'ipotalamo stimola la sete e la neuroipofisi rilascia ADH (ormone antidiuretico). L'ADH rende il tubulo collettore del nefrone più permeabile all'acqua, che viene riassorbita: l'urina diventa meno abbondante e più concentrata. L'osmolarità torna verso 290: feedback negativo. Se la sete non venisse soddisfatta, la perdita idrica continuerebbe, con disidratazione e danno alle cellule.
Calcemia
La calcemia (8,5–10,5 mg/dL) è regolata da due ormoni antagonisti. Il paratormone (paratiroidi) la innalza: libera calcio dalle ossa, riduce la perdita renale e favorisce l'assorbimento intestinale (via vitamina D). La calcitonina (tiroide) la abbassa favorendo la deposizione di calcio nell'osso. Nell'ipoparatiroidismo il valore resta stabilmente basso (6,5 mg/dL): non è un nuovo equilibrio fisiologico, perché è fuori dall'intervallo e il circuito non riesce a correggerlo. Il calcio riduce l'eccitabilità della membrana: se manca, i neuroni e i muscoli si attivano troppo facilmente, con formicolii, crampi, spasmi (tetania).
Un feedback positivo: il parto
La testa del feto preme sulla cervice → rilascio di ossitocina → contrazioni uterine più forti → più pressione sulla cervice → altra ossitocina. Il ciclo si amplifica e si interrompe solo con la nascita, che elimina lo stimolo.
Il parto è regolato da un meccanismo in cui la pressione della testa del feto sulla cervice stimola il rilascio di ossitocina, che aumenta le contrazioni uterine, le…
Il parto è regolato da un meccanismo in cui la pressione della testa del feto sulla cervice stimola il rilascio di ossitocina, che aumenta le contrazioni uterine, le quali aumentano a loro volta la pressione.
- a) Questo è un esempio di feedback positivo o negativo? Spiega.
- b) Che cosa interrompe il ciclo?
- c) Perché i meccanismi di feedback positivo non sono adatti a mantenere l'omeostasi in condizioni normali?
Un escursionista disidratato sul Gran Sasso ha un'osmolarità plasmatica che passa da $290$ a $305$ mOsm/L. a) Descrivi la catena completa di eventi: recettori, centro di…
Un escursionista disidratato sul Gran Sasso ha un'osmolarità plasmatica che passa da $290$ a $305$ mOsm/L.
- a) Descrivi la catena completa di eventi: recettori, centro di controllo, ormone rilasciato, effetto sul rene.
- b) Prevedi come cambieranno volume e concentrazione dell'urina.
- c) Spiega perché la risposta è di feedback negativo e che cosa succederebbe se la sete non venisse soddisfatta.
Il tuo professore presenta il grafico della concentrazione plasmatica di calcio in funzione del tempo in una persona sana: oscilla stabilmente tra $8,5$ e $10,5$ mg/dL.…
Il tuo professore presenta il grafico della concentrazione plasmatica di calcio in funzione del tempo in una persona sana: oscilla stabilmente tra $8,5$ e $10,5$ mg/dL. In un paziente con ipoparatiroidismo, il valore scende stabilmente a $6,5$ mg/dL.
- a) Descrivi il ruolo di paratormone e calcitonina nella regolazione della calcemia.
- b) Spiega perché nel paziente il valore stabile basso indica una perdita dell'omeostasi e non un nuovo equilibrio fisiologico.
- c) Quali sintomi neuromuscolari ti aspetti e perché, in base al ruolo del calcio nella eccitabilità della membrana?