Fisiologia Umana: Omeostasi, Regolazione Ormonale e Funzione Renale

Omeostasi: L'Equilibrio Dinamico del Corpo Umano

L'omeostasi è la capacità del corpo di mantenere un ambiente interno stabile, nonostante i cambiamenti esterni. Questo equilibrio è fondamentale per la sopravvivenza e il corretto funzionamento degli organi e dei sistemi.

Regolazione Neuroendocrina dell'Omeostasi

L'equilibrio idrosalino, la pressione sanguigna, la temperatura corporea e i livelli di glucosio sono mantenuti entro valori normali grazie al controllo integrato dei sistemi endocrino e nervoso.

Il Ruolo di Ipofisi e Ipotalamo

• Ipofisi: Ghiandola endocrina principale, coinvolta nella regolazione del bilancio idrosalino e di numerose altre funzioni vitali.
• Ipotalamo: Struttura del sistema nervoso che controlla il funzionamento della ghiandola pituitaria (ipofisi), agendo come centro di coordinamento neuroendocrino.

Meccanismi di Feedback

I circuiti di retroazione (feedback) sono essenziali per la regolazione omeostatica. Essi registrano informazioni dall'ambiente esterno o interno di un organismo, regolando il funzionamento degli organi e dei sistemi. I meccanismi di feedback possono essere:

• Feedback Negativo (-): Riduce o inverte le differenze rilevate. È il meccanismo più comune negli organismi e opera per mantenere l'omeostasi. Quando si verifica un disturbo nell'ambiente interno, il feedback negativo inibisce il processo che ha causato l'aumento o la diminuzione di una sostanza, riportando i valori alla normalità.
• Feedback Positivo (+): Amplifica le differenze riscontrate. È meno comune e spesso associato a processi che richiedono un rapido e significativo cambiamento, come il parto o la coagulazione del sangue.

Regolazione della Glicemia

Diversi ormoni sono coinvolti nella regolazione della concentrazione di glucosio nel sangue (glicemia). I principali sono l'insulina e il glucagone, prodotti da specifiche cellule del pancreas.

• Insulina: Viene secreta in risposta a un aumento della concentrazione di glucosio nel sangue. Favorisce l'ingresso del glucosio nelle cellule e ne incoraggia l'utilizzo, oltre a stimolare l'immagazzinamento del glucosio sotto forma di glicogeno nei muscoli e nel fegato.
• Glucagone: Quando la concentrazione di glucosio nel sangue è bassa, il pancreas rilascia il glucagone. Questo ormone stimola la degradazione del glicogeno immagazzinato nei muscoli e nel fegato, rilasciando glucosio nel sangue. Gli effetti del glucagone sono opposti a quelli esercitati dall'insulina.

Regolazione della Pressione Sanguigna

La pressione sanguigna è regolata da meccanismi complessi che coinvolgono il sistema nervoso, il sistema endocrino e il sistema renale. Questi meccanismi assicurano che la pressione sanguigna rimanga entro valori ottimali per la perfusione dei tessuti.

Stress e Omeostasi

I sistemi nervoso ed endocrino sono profondamente coinvolti nell'omeostasi delle variabili organiche, come la pressione sanguigna, l'equilibrio idrosalino e il pH del sangue, anche in risposta a un agente stressante che può influenzare l'omeostasi.

Cos'è lo Stress?

Gli specialisti definiscono lo stress come una risposta innata a una minaccia. Si tratta di una reazione difensiva o di adattamento che mira a controllare il comportamento del soggetto di fronte a uno stimolo stressogeno.

Cosa succede al nostro corpo sotto stress?

Quando si prova paura o stress, la forza e la frequenza delle contrazioni cardiache aumentano rapidamente. Questa risposta è dovuta all'azione del sistema nervoso simpatico, che rilascia il neurotrasmettitore adrenalina. L'adrenalina viene anche rilasciata dalle ghiandole surrenali nel sangue, integrando l'azione del sistema nervoso e mantenendo il corpo in uno stato di allerta prolungato se la situazione stressante persiste.

Agenti Stressanti: Esogeni ed Endogeni

L'agente che produce lo stress, chiamato fattore di stress o agente stressante, può essere di due tipi:

• Esogeno: Deriva dall'ambiente esterno e dalle persone che ci circondano. Esempi includono inquinamento, fumo, droghe, violenza, traffico, furti.
• Endogeno: Nasce all'interno dell'individuo. Le minacce più comuni e universali derivano dall'ambiente e minacciano l'integrità fisica e mentale delle persone.

Per affrontare i fattori di stress, il corpo necessita di aumentare l'afflusso di sangue al cervello e ai muscoli, oltre a incrementare l'apporto di ossigeno (O₂) e glucosio trasportati dal sangue a questi organi. L'adrenalina (che può agire sia come neurotrasmettitore che come ormone) e il cortisolo sono esempi di sostanze chimiche che permettono queste funzioni. La risposta allo stress genera un aumento dell'ossigeno e del glucosio disponibili per il corpo, il che spiega l'aumento della frequenza cardiaca e respiratoria.

Tipi di Stress

• Stress Acuto: Si verifica quando una situazione pericolosa può minacciare la nostra vita. La risposta innata contro l'agente stressante è un comportamento che assicura la sopravvivenza.
• Stress Cronico: Si verifica quando la situazione stressante si protrae nel tempo, come in caso di condizioni invalidanti, pressione costante sul lavoro o difficoltà relazionali.

Risposta Neuroendocrina allo Stress

Sia il sistema nervoso che il sistema endocrino rilasciano sostanze chimiche specifiche per combattere lo stress. Il sistema nervoso agisce a livello delle sinapsi, mentre il sistema endocrino rilascia ormoni nel sangue. Il sistema nervoso esercita i suoi effetti più velocemente, mentre il sistema endocrino genera una risposta più sostenuta nel tempo.

Di fronte a una situazione di stress, il sistema nervoso simpatico attiva i centri che inviano informazioni a diverse parti del corpo. Ad esempio, stimola la midollare del surrene a sintetizzare adrenalina e noradrenalina, ormoni che causano:

• Aumento della frequenza cardiaca.
• Costrizione dei vasi sanguigni dei visceri.
• Sintesi del glucosio.
• Riduzione delle attività digestive.
• Espansione delle vie aeree.

Il processo di risposta allo stress può essere schematizzato come segue:

1. Agente Stressante → Ipotalamo → Sistema Nervoso Simpatico → Adrenalina: Questo porta a un aumento della frequenza cardiaca, dello stato di veglia e dell'irrorazione sanguigna di muscoli e cervello, con riduzione dell'irrorazione di pelle e reni.
2. Sistema Endocrino (Ghiandole Surrenali) → Adrenalina e Cortisolo: Questi ormoni aumentano il glucosio disponibile, riducono l'infiammazione e inibiscono le reazioni allergiche.

In caso di aumento della pressione sanguigna, i barocettori (recettori di pressione) inviano informazioni al bulbo rachideo, dove il centro cardiaco determina un aumento dell'attività del sistema parasimpatico. Questo produce una riduzione della frequenza cardiaca e della gittata cardiaca. Contemporaneamente, il centro vasomotore determina una diminuzione dell'attività del sistema simpatico, provocando vasodilatazione e una conseguente diminuzione della resistenza dei vasi sanguigni, che porta al calo della pressione arteriosa.

Il Sistema Urinario e la Formazione dell'Urina

Il sistema urinario è fondamentale per l'eliminazione delle scorie metaboliche e la regolazione dell'equilibrio idrosalino e del pH del sangue.

Componenti del Sistema Urinario

• Rene: Organo emuntore principale, coinvolto nell'eliminazione delle scorie metaboliche e nella regolazione della concentrazione di sali, della quantità di acqua e del pH del sangue.
• Uretere: Trasporta l'urina dal rene alla vescica.
• Vescica Urinaria: Immagazzina l'urina fino al momento della minzione.
• Uretra: Consente la minzione o l'evacuazione dell'urina dalla vescica verso l'esterno.
• Corteccia Renale: Regione esterna del rene, che si estende dalla capsula renale alla base delle piramidi renali.
• Piramide Renale: Struttura conica la cui base è orientata verso la corteccia e l'apice verso il centro del rene, contenente parte del sistema tubulare del nefrone.

Fasi della Formazione dell'Urina

La formazione dell'urina avviene in tre stadi principali all'interno del nefrone:

1. Filtrazione Glomerulare
2. Riassorbimento Tubulare
3. Secrezione Tubulare

Filtrazione Glomerulare

Il sangue entra nel glomerulo attraverso l'arteriola afferente. Qui, piccoli soluti disciolti nel plasma possono passare attraverso i capillari glomerulari (permeabili) e entrare nella capsula di Bowman. Questa parte liquida del plasma che passa nella capsula di Bowman è chiamata filtrato glomerulare. Il glomerulo agisce come una sorta di filtro che trattiene le cellule del sangue e le proteine di grandi dimensioni, ma permette il passaggio di rifiuti metabolici (soprattutto urea) e sostanze nutritive di piccole dimensioni come glucosio e amminoacidi. Il liquido incorporato nella capsula contiene sia sostanze di scarto che molecole utili per l'organismo.

Riassorbimento Tubulare

Il filtrato glomerulare avanza nei tubuli renali, dove le molecole utili vengono riassorbite e rientrano nel sangue, nei capillari peritubulari. Questo processo è chiamato riassorbimento tubulare. Non tutte le sostanze filtrate vengono riassorbite nel sangue; le sostanze utili vengono riassorbite selettivamente, mentre gli scarti vengono eliminati nell'urina. Il riassorbimento tubulare avviene lungo tutto il tubulo renale. Ogni minuto, circa 125 ml di plasma e soluti disciolti vengono filtrati nello spazio urinifero, per un totale di circa 180 litri al giorno. Tuttavia, solo circa 1 ml di urina viene prodotto al minuto, poiché circa 124 ml vengono riassorbiti. Questo processo di riassorbimento selettivo permette il recupero di glucosio, acqua e altri nutrienti. Le cellule dei tubuli renali catturano le sostanze utili attraverso meccanismi di trasporto attivo o passivo, trasferendole nello spazio interstiziale e poi di nuovo nel sangue. Il riassorbimento dell'acqua si verifica nella prima parte dei tubuli renali per osmosi (riassorbimento obbligatorio) e il resto viene riassorbito in regioni più distali (riassorbimento facoltativo), regolato dall'azione dell'ormone antidiuretico (ADH).

Secrezione Tubulare

La secrezione tubulare è l'ultimo stadio di pulizia, in cui alcune sostanze che non sono state filtrate (come potassio, ioni idrogeno, urea) vengono rimosse dai capillari sanguigni (peritubulari) e aggiunte al lume del tubulo renale. Questo processo è simile al riassorbimento, ma avviene nella direzione opposta: dal sangue all'urina. Anche la secrezione può essere realizzata tramite trasporto attivo o passivo. In questo modo, sostanze tossiche o in eccesso che non sono state eliminate dalla filtrazione vengono rimosse dall'organismo.

Variazione della Concentrazione e del Volume dell'Urina

La concentrazione e il volume dell'urina variano in base alle necessità del corpo per mantenere l'omeostasi idrosalina. I sistemi endocrino e nervoso sono coinvolti nella formazione di urina più concentrata o più diluita, e di volume inferiore o superiore.

Urina Ipotonica e Ipertonica

• Formazione di Urina Ipotonica (diluita): Si verifica quando c'è un aumentato riassorbimento di soluti e una diminuzione della secrezione di ADH (ormone antidiuretico). Questo determina che le cellule del tubulo collettore impediscano la fuoriuscita di acqua per osmosi dal filtrato, portando a un riassorbimento facoltativo di acqua ridotto.
• Formazione di Urina Ipertonica (concentrata): Si verifica quando i tubuli renali riassorbono più acqua, ad esempio in caso di disidratazione. L'urina prodotta dopo l'ingestione di acqua è più diluita perché viene riassorbita meno acqua dal filtrato glomerulare.

Concetti Fondamentali di Fisiologia

Compartimenti dei Fluidi Corporei

I fluidi corporei sono distribuiti in diversi compartimenti:

• Liquido Intracellulare: Circa il 63% del totale.
• Liquido Extracellulare: Circa il 37% del totale, suddiviso in:
  • Liquido Interstiziale
  • Plasma
  • Liquido Transcellulare (es. liquido cerebrospinale, sinoviale)
  • Linfa

Soluti, Solventi e Osmosi

• Solvente: Il mezzo (solitamente acqua) in cui il soluto si scioglie.
• Soluto: La sostanza che si scioglie nel solvente (es. sali).

L'ambiente interno di un organismo mantiene una quantità costante di soluto, mentre la concentrazione del solvente (volume) può variare. L'ambiente esterno ha una propria concentrazione di soluto.

Soluzione Isotonica, Ipotonica, Ipertonica

• Isotonica: Stessa concentrazione di sali (soluto) rispetto al solvente di riferimento.
• Ipotonica: Minore concentrazione di sali (soluto) rispetto al solvente di riferimento.
• Ipertonica: Maggiore concentrazione di sali (soluto) rispetto al solvente di riferimento.

Osmosi: Movimento dell'acqua (solvente) attraverso una membrana semipermeabile da un mezzo con una minore concentrazione di soluto a un mezzo con una maggiore concentrazione di soluto. Nell'osmosi, si sposta solo il solvente, non il soluto.

Equilibrio Idrosalino e pH

L'omeostasi idrosalina e del pH è cruciale per la vita. Il corpo deve mantenere costanti i livelli di acqua, sali, temperatura e pH (acidità).

• Esempio (Pesci marini): I pesci che vivono in ambiente marino hanno meccanismi specifici per mantenere i livelli di H₂O nel loro corpo ed evitare di perderla eccessivamente, mantenendo i livelli isotonici nel sangue e nel liquido interstiziale.

Fattori che Influenzano l'Equilibrio Idrosalino

Diversi fattori possono alterare l'equilibrio idrosalino:

• Temperatura elevata (perdita di H₂O attraverso il sudore)
• Assunzione di sali e acqua (ingresso)
• Salinità e umidità dell'ambiente
• Esercizio fisico (perdita di H₂O)

Vie di Perdita e Assunzione di Acqua

Il corpo perde acqua attraverso:

• Urine (reni)
• Sudore (pelle)
• Feci
• Lacrime, salivazione (lubrificanti)
• Respirazione (polmoni)

L'assunzione di acqua e la sua produzione di urina sono correlate: una maggiore assunzione di acqua porta a una maggiore produzione di urina. La produzione urinaria si riferisce alla quantità di urina prodotta in un dato periodo di tempo.

Lo ione principale coinvolto nell'omeostasi di sali e acqua è il Na⁺ (sodio), spesso assunto come NaCl (cloruro di sodio). Un aumento dei livelli di assunzione di acqua nel plasma sanguigno aumenta la produzione di urina. I livelli di sodio nel sangue o nel plasma devono essere mantenuti costanti; pertanto, un aumento di tali livelli nel plasma sanguigno richiede che i reni eliminino una maggiore quantità di sodio, anche se i livelli di sodio nell'urina tendono a essere costanti.

Il rene, attraverso il sistema renina-angiotensina-aldosterone, controlla anche la pressione sanguigna e la concentrazione di sali e acqua. Il sistema di regolazione dell'equilibrio del pH controlla l'escrezione di H⁺ (protoni).

Il percorso della formazione dell'urina è: Arteria Renale → Nefrone → Uretere → Vescica → Uretra → Urina eliminata.