ITALIANO

Flusso e permeazione, permeazione di una membrana omogenea, osmosi, struttura della membrana plasmatica, diffusione semplice attraverso le membrane cellulari, diffusione facilitata, trasporti attivi primari, trasporti attivi secondari, trasporti mediati da vescicole, trasporti transepiteliali, recettori cellulari, vie dei secondi messaggeri, attivazione delle proteine segnale, via del calcio, cellule eccitabili e non eccitabili, potenziale di membrana, potenziale di azione, proprietà generali del potenziale di azione, propagazione del potenziale di azione, trasmissione sinaptica elettrica, trasmissione sinaptica chimica, neurotrasmettitori, comunicazione chimica tra le cellule, ormoni, motilità e contrattilità, proteine motrici, motilità cellulare, struttura della fibra muscolare scheletrica, eccitamento e contrazione, placca motrice, accoppiamento eccitazione-contrazione

Taglietti-Casella, Fisiologia e Biofisica – EdiSES
Sherwood, Fondamenti di fisiologia umana - Piccin

La Fisiologia è lo studio delle funzioni degli organismi viventi ossia di quei processi volti ad assicurarne la sopravvivenza e che ne consentono la distinzione dalla materia inanimata. Al termine del corso di fisiologia lo studente dovrebbe avere acquisito le conoscenza dei meccanismi fondamentali delle funzioni biologiche considerando i principi fisico-chimici che sono alla loro base.
Nello specifico lo studente sarà in grado di:
- Conoscere i meccanismi di azione alla base dei processi che avvengono a livello cellulare;
- Conoscere le diverse modalità con le quali le cellule comunicano tra di loro;
- Conoscere come i sistemi organici mantengono l’omeostasi, uno stato stazionario dinamico dell’ambiente interno;
- Acquisire la consapevolezza dell’importanza dello studio della Fisiologia Generale per la comprensione della Fisiologia Umana;
- Comprendere come il sistema nervoso e quello endocrino vanno a regolare l’attività di organi e apparati.

Conoscenze e abilità fornite dal corso di Biologia, Biochimica, Matematica e Fisica

Il corso è articolato in 48 ore di lezioni frontali svolte dal docente in cui verrà esposta la teoria, riprendendo alcuni concetti di base sulla struttura cellulare che consentirà allo studente di comprendere meglio le successive nozioni. Nel suo lavoro personale lo studente dovrà assimilare conoscenze e concetti alla base della fisiologia generale necessari per la comprensione della funzionalità degli apparati.

L'esame consiste nel superamento di una prova orale i cui parametri di valutazione si basano sulla capacità di collegamenti critici, capacità di sintesi, qualità dell’organizzazione del discorso e dell’esposizione, uso del lessico specialistico, capacità di approfondimenti.
Lo studente disserterà su almeno tre diversi argomenti tratti dal programma. L'esame si considererà superato se lo studente avrà dimostrato una conoscenza sufficiente degli argomenti chiesti.
La valutazione finale sarà espressa in trentesimi.

Lo studente potrà avvalersi del materiale didattico (slides) consegnate dal docente durante il corso e di materiale integrativo fornito sempre dal docente.
Il docente è disponibile per ricevimento studenti nei giorni indicati sulla scheda insegnamento e su richiesta inoltrata via email

La Fisica delle membrane nei sistemi biologici.
Introduzione: Introduzione alla Teoria dei Processi Irreversibili. Equazione di Teorell. Definizione di Flusso di soluto, Flusso di volume, Coefficiente di Partizione, Gradiente. Unità di misura nei sistemi biologici.
Diffusione e Filtrazione:
Le membrane nei sistemi biologici: classificazione e relative funzioni. Il fenomeno della Diffusione. Agitazione termica e calcolo del numero di collisioni tra molecole. 1° e 2° Legge di Fick. Diffusione libera ed attraverso le membrane. Permeabilità della membrana.
Fenomeni elettrici nei sistemi biologici:
Introduzione. Flussi elettrochimici. Composizione del plasma. Potenziali ed equilibri elettrochimici. Equazione di Nernst. Equilibrio di Donnan. La pressione oncotica. La membrana capillare. La membrana cellulare: potenziale di membrana a riposo e meccanismi di trasporto passivo. Flussi ionici in assenza di equilibrio e meccanismi di trasporto attivo (Pompa Sodio-Potassio).
Il “mezzo interno” e l’omeostasi
L’Importanza dell’Acqua: La molecola d’acqua - Capacità solvente - Ponti idrogeno e proprietà coesive dell’acqua - Densità dell’acqua in funzione della temperatura; formazione del ghiaccio- Interazioni idrofobiche (legami idrofobici). L’importanza della regolazione nei processi vitali: Controllo ad anello aperto - Controllo ad anello chiuso - La plasticità- Bilancio energetico
Scambi tra cellula e ambiente
Flusso e permeazione: principi teorici: Definizione di flusso e di “driving force”- Modalità di flusso in una soluzione acquosa- Flusso sanguigno- Permeazione di una membrana omogenea- Osmosi. Membrana cellulare o plasmatica: Tela membranale fosfolipidica- Glicolipidi- Proteine delle membrane cellulari
Trasporti Transmembranari
Modalità di trasporto: Diffusione semplice attraverso le membrane cellular i- Scambi tramite proteine transmembranarie.Trasporti mediati: Diffusine facilitata - Trasporti attivi primari - Trasporti attivi secondari- Trasporti mediati da vescicole. Trasporti transepiteliali: Epiteli di scambio (alveoli polmonari e capillari sanguigni)- Gli scambi gassosi- Epiteli di trasporto- Assorbimento transepiteliale del NaC l- Assorbimento dell’acqua- Assorbimento transepiteliale degli zuccheri e degli aminoacidi- Trasporti transepiteliali e funzione digestiva
Flussi ionici e potenziali transmembranari
Cellule eccitabili e non eccitabili. Differenze di potenziale a cavallo di una membrana semipermeabile: Potenziale di Nernst- Potenziale di Goldman- Hodgkin- Katz (GHK). Potenziale di membrana. Circuito elettronico equivalente alla membrana: Voltaggio- dipendenza e relazioni corrente-voltaggio. Misura delle proprietà elettriche di membrana: Current clamp- Misura delle proprietà elettriche passive di membrana- Voltage clamp- Voltaggio-dipendenza e tempo-dipendenza della conduttanza di membrana
Il potenziale d’azione
Caratteri generali del potenziale d’azione- Teoria di Hodgkin e Huxley (HH) dell’eccitabilità cellulare: Le due componenti ioniche fondamentali: INae IK –Ricostruzione del processo di attivazione per la corrente di K+- Ricostruzione del processo di attivazione per la corrente di Na+- Ricostruzione del processo di inattivazione per la corrente di Na+- Correnti ioniche puramente voltaggio-dipendenti e correnti di background- Ricostruzione del potenziale d’azione di Hodgkin e Huxley- Proprietà generali del potenziale d’azione: Relazione intensità- durata- Relazione intensità-intervallo: refrattarietà elettrica
Scariche di potenziali d’azione nei neuroni e nelle fibre nervose
Propagazione del potenziale d’azione- Fibre nervose: Velocità di propagazione del potenziale d’azione- Fibre nervose. Genesi del potenziale d’azione in condizioni fisiologiche.
Trasmissione sinaptica
Proprietà generali- Trasmissione sinaptica elettrica: Correlati strutturali e molecolari delle sinapsi elettriche- Proprietà funzionali delle sinapsi elettriche. Trasmissione sinaptica chimica: proprietà generali: Meccanismi generali della trasmissione sinaptica chimica- Meccanismi presinaptici- Meccanismi Postsinaptici- Destino del neurotrasmettitore- Eventi elettrici postsinaptici- Trasmissione sinaptica lenta- Regolazione presinaptica della trasmissione. Neurotrasmettitori: Cenni metodologici- Acetilcolina (ACh) -Recettori sinaptici: Recettori ionotropici- Recettori metabotropici.
Trasduzione dei segnali chimici
Recettori cellulari: Recettori intracellulari- Recettori di membrana- Curve di attivazione e regolazione della funzione recettoriale. Le vie dei secondi messaggeri: La via dell’adenosin-monofosfato ciclico (cAMP)- la via dei messaggeri inositidici (DAG e IP3)- La via del guanosin-monofosfato ciclico (cGMP). Attivazione delle proteine-segnale: Attivazione (e inattivazione) fosforilativa- Proteine G. La via del calcio: Omeostasi del Ca2+ intracellulare- Gli ioni Ca2+ come secondi (o terzi) messaggeri- La rete di comunicazione intracellulare.
Comunicazione chimica tra le cellule
Ormoni: Ormoni di natura proteica- Ormoni steroidei- Trasporto degli ormoni- Controllo della funzione endocrina- Ormoni del sistema ipotalamo-ipofisiario- Ormoni della tiroide e delle paratiroidi- Ormoni pancreatici- Ormoni gastro-enterici- Ormoni surrenalici- Ormoni gonadici.
Motilità e contrattilità. Proteine motrici ed esempi di motilità cellulare
Proteine motrici: Molecole delle proteine motrici- Funzioni delle proteine motrici- Struttura e funzione delle miosine- Ciclo operativo delle proteine motrici.
Tessuti muscolari: muscoli scheletrici
Struttura della fibra muscolare scheletrica: Miofibrille e sarcomeri- Reticolo sarcoplasmatico. Ultrastruttura dei sarcomeri: Miofilamenti sottili- Miofilamenti spessi- Strie Z- Altre proteine sarcomeriche. Eccitamento e contrazione delle fibre muscolari scheletriche. Placca motrice (giunzione nueromuscolare): Struttura della placca motrice- Trasmissione nella placca motrice- Fatica di placca- Funzione trofica dell’innervazione muscolare- Potenziale d’azione muscolare: refrattarietà- Accoppiamento eccitazione-contrazione: Liberazione del Ca2+ - Sistema DHPR/RyR- Attivazione del sistema troponina-tropomiosina- Deattivazione dell’apparato contrattile. Contrazione dei sarcomeri: Ciclo dei ponti- Schema di Lymn-Taylor.
Tessuti muscolari: muscolo cardiaco
Elettrofisiologia dei miociti cardiaci: miociti di lavoro, miociti del sistema specifico; Accoppiamento elettro-meccanico del miocita cardiaco: attivazione dell’apparato contrattile, deattivazione dell’apparato contrattile, azione della SERCA e fosfolambano; Meccanica del miocardio.
Il sistema urinario
Reni: Funzione, anatomia e processi fondamentali, Filtrazione glomerulare, Riassorbimento tubulare, Secrezione Tubulare, Escrezione di Urina e Clearance renale.
Il sistema digerente
Aspetti generali della digestione, bocca, faringe ed esofago,stomaco secrezioni pancreatiche e biliari, intestino tenue, intestino crasso.

Italian

Flow and permeation, permeation of the homogeneous membrane, osmosis, structure of the plasma membrane, simple diffusion across cell membranes, facilitated diffusion, active transport primary, secondary active transport, transport mediated by vesicles, transepithelial transport, cellular receptors, pathways of second messengers, activation of signaling proteins, excitable and non-excitable cells, membrane potential, action potential, the general properties of the action potential, the propagation of the action potential, electrical synaptic transmission, chemical synaptic transmission, neurotransmitters, chemical communication between cells, hormones, motility and contractility, cell motility, structure of skeletal muscle fiber, excitement and contraction, excitation-contraction coupling

Taglietti-Casella, Fisiologia e Biofisica – EdiSES
Sherwood, Fondamenti di fisiologia umana - Piccin

The aim of this course is to study functions of living organisms ie those processes intended to assure the survival and allowing its distinction from inanimate matter. The purpose of this course is to provide students the knowledges of the fundamental mechanisms of biological functions considering the physico-chemical principles that lie behind them.
Specifically, the student will be able to:
- Know the mechanisms of action at the base of the processes that take place at the cellular level;
- Know the different ways in which cells communicate with each other;
- Know how organic systems maintain homeostasis, a stationary dynamic state of the internal environment;
- Acquire the awareness of the importance of the study of General Physiology for the understanding of Human Physiology;
- Understand how the nervous and endocrine systems regulate the activity of organs and systems.

Knowledges and skills furnished by the course of Biology, Biochemistry, Mathematics and Physics

The course is divided into 48 hours of lectures conducted by the teacher in which the theory will be exposed, taking up some basic concepts on the cellular structure that will allow the student to better understand the subsequent concepts. In his personal work the student will have to assimilate knowledge and concepts underlying the general physiology necessary for understanding the functionality of the apparatus.

The exam consists in passing an oral test whose evaluation parameters are based on the ability of critical connections, ability to synthesize, quality of the organization of the speech and of the exposition, use of the specialized vocabulary, capacity for further study.
The student will discuss at least three different topics from the program. The exam will be considered passed if the student has demonstrated sufficient knowledge of the subjects requested
The final evaluation will be expressed in thirtieths.

The student can use the teaching material (slides) delivered by the teacher during the course and supplementary material always provided by the teacher.
The teacher is available to receive students on the days indicated on the teaching card and on request sent by email

Introduction to Theory of Irreversible Processes. Teorell equation. Definition of Solute Flow, Volume Flow, Partition Coefficient, Gradient. Units of measurement in biological systems.
Diffusion and Filtration:
Membranes in biological systems: classification and related functions. The phenomenon of Diffusion. Thermal agitation and calculation of the number of collisions between molecules. 1st and 2nd Fick Law. Free diffusion and through the membranes. Membrane permeability.
Electrical phenomena in biological systems:
Introduction. Electrochemical flows. Plasma composition. Potential and electrochemical balances. Nernst's equation. Donnan equilibrium. Oncotic pressure. The capillary membrane. The cell membrane: resting membrane potential and passive transport mechanisms. Ionic flows in the absence of equilibrium and active transport mechanisms (Sodium-Potassium Pump).
The "internal medium" and homeostasis
The Importance of Water: The water molecule - Solvent capacity - Hydrogen bridges and cohesive properties of water - Water density as a function of temperature; ice formation - Hydrophobic interactions (hydrophobic bonds). The importance of regulation in vital processes: Open loop control - Closed loop control - Plasticity - Energy balance
Flow and permeation: theoretical principles: Definition of flow and "driving force" - Flow mode in an aqueous solution - Blood flow - Permeation of a homogeneous membrane - Osmosis. Cellular or plasma membrane: Phospholipid membrane membranes - Glycolipids - Cell membranes proteins
Transmembranari Transport
Transport modalities: Simple diffusion through the cellular membranes i - Exchanges via transmembrane proteins. Mediated transport: Diffused facilitated - Primary active transport - Secondary active transport - Transport by vesicles. Transepithelial transport: Exchange epithelium (pulmonary alveoli and blood capillaries) - Gaseous exchanges - Transport epithelias - Transepithelial absorption of NaC l- Water absorption - Transepithelial absorption of sugars and amino acids - Transepithelial transport and digestive function
Ionic flows and transmembrane potentials
Excitable and non-excitable cells. Potential differences straddling a semipermeable membrane: Nernst Potential - Potential of Goldman - Hodgkin - Katz (GHK). Membrane potential. Electronic circuit equivalent to the membrane: Voltage-dependency and current-voltage relations. Measurement of electrical membrane properties: Current clamp - Measurement of passive electrical properties of membrane - Voltage clamp - Voltage-dependence and time-dependence of membrane conductance
The potential for action
General characteristics of the action potential - Hodgkin and Huxley theory (HH) of cell excitability: The two basic ionic components: INae IK - Reconstruction of the activation process for the K + current - Reconstruction of the activation process for the current of Na + - Reconstruction of the inactivation process for the Na + current - purely voltage-dependent ionic currents and background currents Reconstruction of the action potential of Hodgkin and Huxley- General properties of the action potential: intensity-duration relation- intensity relation -interval: electrical refractoriness
Discharges of action potentials in neurons and nerve fibers
Propagation of action potential - Nerve fibers: Velocity of propagation of action potential - Nerve fibers. Genesis of action potential under physiological conditions.
Synaptic transmission
General properties - Electrical synaptic transmission: Structural and molecular correlates of electric synapses - Functional properties of electrical synapses. Chemical synaptic transmission: general properties: General mechanisms of chemical synaptic transmission - Presynaptic mechanisms - Postsynaptic mechanisms - Fate of the neurotransmitter - Electrical postsynaptic events - Slow synaptic transmission - Presynaptic transmission regulation. Neurotransmitters: Methodological concepts - Acetylcholine (ACh) - Synaptic receptors: Ionotropic receptors - Metabotropic receptors.
Transduction of chemical signals
Cellular receptors: Intracellular receptors - Membrane receptors - Activation and regulation curves of the receptor function. Second messengers: The cyclic adenosine-monophosphate pathway (cAMP) - the inositide messenger pathway (DAG and IP3) - The cyclic guanosine-monophosphate pathway (cGMP). Activation of signal proteins: Activation (and inactivation) phosphorylative- Proteins G. The pathway of calcium: Intracellular Ca2 + homeostasis- Ca2 + ions as second (or third) messengers- The intracellular communication network.
Chemical communication between cells: Hormones: proteic hormones - Steroid hormones- Hormone transport- Control of endocrine function- Hypothalamic-hypophyseal system hormones- Thyroid and parathyroid hormones- Pancreatic hormones- Gastro-enteric hormones- Adrenal hormones- Gonadal hormones.
Motility and contractility. Motor proteins and examples of cell motility
Motor proteins: Molecules of motor proteins - Functions of motor proteins - Structure and function of myosin - Operating cycle of motor proteins.
Muscle tissues: skeletal muscles
Structure of skeletal muscle fiber: Myofibrils and sarcomeres . Ultrastructure of sarcomeres: Thin myofilaments - Thick myofilaments - Strie Z - Other sarcomeric proteins. Excitation and contraction of skeletal muscle fibers. Driving plate (Nueromuscular junction): Structure of the driving plate- Transmission in the driving plate- Plaque fatigue- Trophic function of muscular innervation- Muscle action potential: refractoriness- Excitation-contraction coupling: Release of Ca2 + - DHPR / RyR- system Activation of the troponin-tropomyosin system - Deactivation of the contractile apparatus. Contraction of sarcomeres: Cycle of bridges - Scheme of Lymn-Taylor.
Muscle tissues: heart muscle
Electrophysiology of cardiac myocytes: working myocytes, myocytes of the specific system; Electro-mechanical coupling of the cardiac myocyte: activation of the contractile apparatus, deactivation of the contractile apparatus, action of SERCA and phospholamban; Myocardial mechanics.
The urinary system
Kidneys: Function, anatomy and fundamental processes, Glomerular Filtration, Tubular Reabsorption, Tubular Secretion, Urine Excretion and Renal Clearance.

General aspects of digestion, mouth, pharynx and esophagus, stomach pancreatic and biliary secretions, small intestine, large intestine.