05181 - FISIOLOGIA

Anno Accademico 2017/2018

  • Docente: Valentina Benfenati
  • Crediti formativi: 9
  • SSD: BIO/09
  • Lingua di insegnamento: Italiano
  • Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza
  • Campus: Cesena
  • Corso: Laurea in Ingegneria biomedica (cod. 0946)

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente possiede le nozioni basiche dei processi fisiologici dell'organismo umano sia a livello funzionale che molecolare. In particolare, lo studente conosce i meccanismi di base delle funzioni vitali di determinati apparati dell'organismo umano, quale necessaria cognizione delle basi biologiche per la ricerca, la progettazione e l'utilizzo di materiali e macchinari impiegati in campo fisico sanitario.

Contenuti

1) Cellula e ambiente interno: la cellula come unità dei sistemi funzionali dell'organismo. Differenze funzionali delle cellule e tessuti dell'organismo: muscolare, cardiaco, nervoso, connettivo. Le colture cellulari in vitro. Compartimenti idrici dell'organismo e loro composizione. Il concetto di omeostasi. Sistemi di mantenimento omeostatico.

2) Flussi ionici attraverso la membrana cellulare: meccanismi di trasporto transmembrana passivi ed attivi. I canali ionici: proprietà biofisiche, strutturali e funzionali. I recettori di membrana.

Approfondimento-tesina: l'interazione tra cellule e materiali. I materiali biofunzionali e bioselettivi.

3)        Segnali bioelettrici cellulari. Proprietà bioelettriche di tutte le cellule. Il potenziale di membrana a riposo. Basi chimico-fisiche del potenziale di membrana a riposo. Gradienti chimici ed elettrici. Potenziale di equilibrio elettrochimico di Nerst. L'equilibrio secondo Goldman–Hodgkin–Katz. Ruolo della pompa sodio-potassio. Proprietà bioelettriche di cellule eccitabili. Potenziale d'azione. Genesi del potenziale d'azione. - Soglia di eccitabilità. Conduttanze ioniche nelle diverse fasi di depolarizzazione, ripolarizzazione e iperpolarizzazione. Periodo refrattario assoluto e relativo. Propagazione del potenziale d' azione nelle fibre mieliniche ed amieliniche. Funzioni della pompa sodio-potassio. Il potenziale d'azione secondo Hodgkin-Huxley.

Approfondimento-tesina: tecnologie all'avanguardia nello studio dei canali ionici.

4)   Generalità sul Sistema Nervoso. Sistema Nervoso Centrale: classificazione anatomo-funzionale. Cellule del Sistema Nervoso. Neuroni e Glia.  Generalità sul Sistema Nervoso Autonomo. Cenni sulla organizzazione anatomica e sulla fisiologia delle divisioni simpatica e parasimpatica. Esempi di attivazione delle due divisioni del sistema nervoso autonomo.

5)  Comunicazione intercellulare in cellule eccitabili e non eccitabili

Sinapsi - Sinapsi chimiche. Anatomia funzionale delle sinapsi. Sintesi, liberazione e inattivazione dei neurotrasmettitori. Eventi ionici generati dall' interazione tra neurotrasmettitori e recettori. Potenziali postsinaptici eccitatori e inibitori. Sommazione temporale e spaziale dei potenziali postsinaptici. Sinapsi elettriche. Le connessine e le giunzioni comunicanti. Trasmissione neuromuscolare: struttura e funzione della giunzione neuro-muscolare. Onde di calcio e gliotrasmissione. Elettroencefalogramma.

I recettori sensitivi. Definizione, funzione e classificazione dei diversi tipi di recettori. Meccanismo di codificazione e trasduzione degli stimoli. Caratteristiche bioelettriche del potenziale generatore. Recettori tonici e fasici. Adattamento dei recettori. Codificazione della qualità, intensità e durata dello stimolo.

Approfondimento-tesine tematiche: la cellula come biosensore. la bioelettronica organica. Lab on-a-chip per la point of care diagnostic.

6)        Tessuto muscolare: muscolo scheletrico, muscolo cardiaco, muscolo liscio. Meccanismo molecolare e funzionale della contrazione muscolare. Accoppiamento eccitazione contrazione. Tetano muscolare. Graduazione della forza della contrazione muscolare. Unità neuromotorie. Differenze morfo-funzionali tra muscolo scheletrico e muscolo liscio. Modello meccanico del muscolo. Contrazione isometrica e isotonica.

Approfondimento-tesina: Tecniche classiche e tecnologie di avanguardia nella misurazione e modulazione dell'attività muscolare elettrofisiologica.

7)      Organizzazione del sistema cardiovascolare - Schema generale del sistema cardiovascolare. Caratteristiche del grande circolo e del piccolo circolo. Circoli speciali. Composizione, volume e funzioni del sangue.

8)      Attività elettrica del cuore: struttura del sistema di generazione e conduzione dell'eccitamento cardiaco. Attività elettrica del miocardio specifico (tessuto nodale e fibre di Purkinje) e del miocardio comune. Origine e propagazione dell'eccitamento cardiaco. Effetti della stimolazione vagale e simpatica sulla attività elettrica del miocardio specifico e comune. Correlazione temporale tra eventi elettrici e meccanici del ciclo cardiaco. Elettrocardiogramma.

9)      Attività meccanica del cuore: eventi meccanici del ciclo cardiaco: movimenti delle valvole e variazioni della pressione e del volume del sangue negli atri e nei ventricoli. Durata delle fasi del ciclo cardiaco. Rumori cardiaci e loro genesi.

Emodinamica - Caratteristiche funzionali del sistema vasale. Innervazione dei vasi. Relazione fra flusso, pressione e resistenza. Profilo pressorio nel circolo sistemico. Ritorno del sangue venoso al cuore.

Approfondimento-tesina: Bioassay per la determinazione della cardiotossicità.

10)  Fisiologia del sistema renale. Membri della funzione renale. Principio di base della fisiologia renale. Filtrazione glomerulare. Secrezione tubulare e riassorbimento. Acqua e regolazione del sodio. Concentrazione urinaria e diluizione. Ruolo del sistema renina-angiotensina-aldosterone nella regolazione del volume del sangue del liquido extracellulare. Fattori che regolano la diuresi. Ruolo dell'ormone antidiuretico nel controllo della osmolarità.

Approfondimento: biomateriali per la plasmaferesi e la dialisi

11)      Il Sistema Respiratorio: Generalità su struttura e funzione del sistema respiratorio e delle sue componenti. Statica, dinamica ed energetica della ventilazione. Azioni muscolari e proprietà meccaniche. Modelli del sistema respiratorio: morfometrici e funzionali, a parametri concentrati e distribuiti. clinica. Ventilazione meccanica. Interazioni con il sistema cardiovascolare. Controllo della ventilazione.

Approfondimento: Metodi di misura delle variabili primarie (volumi, flussi, pressioni e concentrazioni di gas). Metodi di indagine.

12)      Introduzione alla fisiologia degli Organi di Senso. Principi alla fisiologia dell'occhio e della visione. Principi alla fisiologia dell'orecchio e dell'udito.

Approfondimento-tesina: approcci di frontiera per la retina artificiale e per apparecchi acustici.

 



Testi/Bibliografia

Testi consigliati

 

Taglietti V, Casella C, Fisiologia e Biofisica della cellula. EDISES

Silverthon D.U., Fisiologia Umana, Casa Editrice Pearson, II.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame di verifica scritto sulle tematiche proposte con domande a quiz domande aperte e domande a scelta. La tesine di approfondimento saranno considerate in sede di verifica e per la valutazione complessiva della preparazione.

Orario di ricevimento

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