1

FIZIOLOGIE

AN I MEDICINA

Conf. Univ. Dr. ANCA BĂDĂRĂU

2

OBIECTUL FIZIOLOGIEI

• Studiaza :

Procesele

Constantele

normale ale structurilor biologice superior organizate, incepand cu celula si agregatele celulare din tesuturi si organe si sfarsind cu organismul uman .

• Termenul “fiziologie” – de origine greaca

( physis=natura, fiinta; logos=stiinta )

3

OBIECTUL FIZIOLOGIEI

• Termenul de fiziologie introdus in medicina de

J. FERNEL ( 1542 ) – in tratatul MEDICINA, ca titlu al primului capitol despre filozofia naturii.

4

OBIECTUL FIZIOLOGIEI

• Denumita si “anticamera patologiei” , a abordat de la inceput modul de desfasurare a proceselor vitale, factorii care le determina si mecanismele lor de intretinere .

• Obiectul fiziologiei clar conturat

• Evolutia fiziologiei lenta si anevoioasa datorita conceptiilor filozofice dominante si lipsei de metode si tehnici adecvate

• William Harvey : initiaza temelia fiziologiei experimentale a animalelor si omului in lucrarea sa despre circulatia sangelui ( 1628 )

• Fiziologia precizeaza sub raport functional limitele dintre normal si patologic , oferind pe baza cunoasterii mecanismelor normale, principiile orientative asupra corectarii acestor mecanisme dereglate in cursul bolilor.

• Orice patologie incepe si sfarseste cu fiziologia

5

FIZIOLOGIA IN ANTICHITATE

Hippocrate ( 400-377 I.e.n ) , conducator al scolii de medicina din Cos a fondat medicina rational-empirica .

Organismul alcatuit din patru umori : sange, flegma, bila galbena, bila neagra ( sange venos ) derivate din cele patru elemente ale filozofiei ionice : aer, pamant, apa si foc

Galen ( 129-201 I.e.n.) din Pergam arata ca :

ventriculul stang si arterele contin sange,

Intre creier, maduva si nervii periferici sunt legaturi structurale

Este intemeietorul vivisectiei

6

FIZIOLOGIA RENASTRII SECOLUL AL XIX-LEA

Leonardo da Vinci ( 1452-1519 ) Descrie valvele inimii Modul lor de functionare Explica zgomotul arterial cardiac prin inchiderea valvulara Toate arterele si venele pleaca din inima, nu din ficat Miscarile plamanilor sunt pasive, urmand cutia toracica Muschii sunt alcatuiti din fibre in care se termina nervii Andreas Vesalius( 1514-1564 ) Intemeiaza o metoda de studiu anatomic Stabileste o nomenclatura anatomica Jean Francois Fernel ( 1497-1558 ) Admite posibilitatea contractiei musculare in afara vointei William Harvey ( 1578-1657 ) Intemeietorul morfologiei functionale a animalelor si omului Descrie circulatia sangelui in inima, circulatia mica Postuleaza existenta unor pori in tesuturi intre ramificatiile aortei si venele circulatiei mari Marcello Malphighi ( 1628-1694) Descrie capilarele pulmonar, confirmand ipoteza lui Harvey a porilor dintre artere si vene

7

OBSERVATIILE LUI HARVEY ASUPRA CIRCULATIEI VENOASE

8

FIZIOLOGIA RENASTRII SECOLUL AL XIX-LEA - II -

Stephen Hales ( 1677-1761 ) Masoara presiunea arteriala si venoasa Masoara volumul sanguin Antoine Lavoisier ( 1743-1794 ) Formarea de caldura in organismul viu este rezultatul proceselor de oxidare Localizeaza insa oxidatiile la nivelul plamanilor

9

FIZIOLOGIA CAUZAL ANALITICA

Claude Bernard ( 1813-1878 ) A demonstrat functia glicogenetica si glicogenolitica a ficatului Descopera actiunile digestive principale ale sucului pancreati Sustine existenta unor fermentatii fara microorganisme Descrie nervii vasomotori Creaza conceptul de mediu intern cu compozitie constanta Etienne Marey( 1830-1904 ) , Otto Franck ( 1865-19440 , Ernest

Starling ( 1866-1927 ) Cercetari asupra circulatiei sangelui Willem Einthoven ( 1860-1927 ) Inventeaza galvanometrul cu coarda si studiaza cu ajutorul sau

electrocardiograma umana Ion Athanasiu ( 1868-1926 ) Fondatorul scolii romanesti de fiziologie experimentala Promotorul electrofiziologiei , initiatorul cercetarilor electromiografice

10

GALVANOMETRUL CU COARDA

11

EVOLUTIA FIZIOLOGIEI

Neuronii Ramon Y Cajal (1890) : entitati morfo-functionale distincte ale sistemului nervos

Sinapsa Sherrington ( 1897 ) : pentru a defini relatiile de contiguitate dintre neuroni

Reflexele conditionate in studiul activitati nervoase superioare I.P. Pavlov( 1904 )

Sistemul port hipotalamo-hipofizar Gr.T. Popa si Unna Fielding ( 1930 )

Pancreina Nicolae C. Paulescu

( 1921) hormon pancreatic hipoglicemiant

Insulina Banting si Best (1922)- premiu Nobel

12

PREMIILE NOBEL STOCKHOLM 10 DECEMBRIE

13

PREMIUL NOBEL PENTRU FIZIOLOGIE SAU

MEDICINA 2006

14

PREMIILE NOBEL STOCKHOLM 10 DECEMBRIE 2006

15

NOBEL BANKET 2006

16

SISTEMELE DE CONTROL ALE CORPULUI FEEDBACK NEGATIV

17

FEEDBACK NEGATIV IN REGLAREA RESPIRATIEI

18

SISTEMELE DE CONTROL ALE CORPULUI FEEDBACK POZITIV

19

APA IN ORGANISM

CONTINUTUL DE APA

60% din greutate

20

COMPARTIMENTELE LICHIDIENE I

21

COMPARTIMENTE LICHIDIENE II

22

In lichidele organismului se gasesc dizolvati :

- compusi organici, cu molecula mica ( glucoza, uree, aminoacizi )

- substante macromoleculare ( mai alea proteine )

- electroliti anorganici

Electrolitii anorganici au rol in distributia si retinerea apei, in determinarea presiunii osmotice si a concentratiei de H+ ioni

ELECTROLITII IN ORGANISM

23

COMPOZITIA ELECTROLITICA A FLUIDELOR CORPULUI

24

PRINCIPALELE MINERALE DIN ORGANISM( I )

Sodiul ( Na + )

- Forme:ionizat in plasma

ion predominant extracelular

membrana celulara foarte permeabila pentru Na+

- Roluri :- ion caracteristic extracelular cu rol in

- repartitia hidrica intra si extracelulara

- intretinerea presiunii osmotice extracelulare – 80%

- reglarea EAB ( component in sistemele tampon de bicarbonat si fosfat )

- transmiterea impulsului nervos

- mentinerea proprietatilor muschilor si contractiile miocardului

25

SODIUL

26

PRINCIPALELE MINERALE DIN ORGANISM (II)

Potasiul ( K+)

- Forme: ionizat intracelular

membrana celulara este mai putin permeabila pentru K+

- Roluri : ion caracteristic intracelular cu rol in

- mentinerea presiunii osmotice

- reglarea pH-ului

- repartitia hidrica intra si extracelulara

- excitabilitate, conductibilitate, transmitere sinaptica

- contractie musculara si a miocardului

- transfer O2 si CO2 in sange

27

POTASIUL

28

Principalele minerale din organism ( III )

Clorul ( Cl-)

Forme : Nacl – circa 120 gr

predomina in tesutul conjunctiv intestinal si piele

Roluri : ion caracteristic extracelular cu rol in

- mentinerea presiunii osmotice , a pH-ului si balantei hidrice intra si extracelular

- fenomenul Hamburger ( migratia ionilor de Cl-)

- formarea HCl in stomac

- activarea amilazei

29

Principalele minerale din organism ( IV )

Calciul ( Ca2+)Forme:- nedifuzibil ( proteinat de Ca

2+) –60% -neionizat, difuzibil ( fosfati,

citrati ) -ionizat , difuzibil ( Ca2+)- 40-

50% activ fiziologicRoluri : rol structural esential in oase

si dinti ( fosfat tricalcic si --hidroxiapatita ) confera

rezistenta si duritate - coagularea sangelui - contractia musculara -functiile miocardului - transmiterea sinaptica -activator enzimatic pentru

tripsina, lipaza, fosfataza alcalina

30

PRINCIPALELE MINERALE DIN ORGANISM ( V )

Fosforul ( P )

Roluri : rol structural esential in oase si dinti ( fosfat tricalcic , hidroxiapatita) – confera rezistenta si duritate

- constituent al AND si ARN cu rol in sinteza proteinelor , multiplicarea celulara , transmitere genetica

- ca fosfolipide in structura membranelor celulare si reglarea transportului prin membrane

- molecule macroergice : ATP,ADP,GTP

- activarea vitaminelor din grupul B

Magneziul ( Mg )

Roluri : ion caracteristic intracelular

- component al unor sisteme enzimatice cu tiaminpirofosfat ca si cofactor , pentru fosforilarea oxidativa

- contractia musculara

- transmiterea neuromusculara ( sinergic cu ionii de Ca2+)

31

DEPLASAREA APEI IN ORGANISM

32

PRINCIPIUL DILUTIEI :

Volumul (ml )= Cantitatea de substanta indicator introdusa

Concentratia per ml a substantei dispersate in lichid

RETINETI :

1. Cantitatea totala de substanta indicator introdusa in vas

2. Concentratia substantei in lichid dupa dispersie

33

SUBSTANTELE MARKER

• Netoxice• Inerte metabolic• Nefixabile pe elementele figurate , alte celule sau

albumina• Sa nu afecteze distributia lichidiana prin modificari de

presiune osmotica • Sa nu paraseasca rapid compartimentul• Omogenizabile rapid • Dozabile

34

Determinarea volumelor compartimentelor lichidiene

Apa totala : apa radioactiva sau apa grea contine tritiu radioactiv sau deuteriu . Dupa injectarea IV , acestea se amesteca cu apa totala in cateva ore , iar pentru calculul apei toatale se foloseste principiul dilutiei

Volumul lic. extracelular : sodiul radioactiv, clorul radioactiv,ionul tiocianat, inulina si zaharoza . Dupa injectare se amesteca in 30-60 min cu lichidul extracelular , iar pentru calcul se foloseste principiul dilutiei

Volumul lic. Intracelular : se calculeaza prin diferenta dintre apa totala si lichidul extracelular

Volumul plasmatic :se folosesc proteine plasmatice radioactive ( marcate cu 131I ) sau proteine plasmatice de care se leaga coloranti ( T-1824 numit si albastru Evens )

Volumul eritrocitar: se foloseste cromul radioactiv care se leaga de eritrocite .

35

ECHILIBRUL HIDRIC

36

REGLAREA ECHILIBRULUI HIDRIC

Se face prin :

- reglarea ingestiei de lichide prin senzatia de sete

- reglarea pierderilor de apa , prin hormonul antidiuretic cu rol major in controlul reabsorbtiei renale de apa si al osmolaritatii plasmei

Reglarea aportului hidric :

* senzatia de sete apare la reducerea continutului hidric din organism sub 1%.

Setea poate fi produsa prin :

- stimularea osmoreceptorilor hipotalamici ( prin cresterea presiunii osmotice a lic. extracelular )

- stimularea voloreceptorilor atriali ( in hipovolemie )

37

FACTORII DE CONTROL AI SETEI

Factorul Cresterea senzatiei

de sete Scaderea senzatiei de sete

Osmolaritatea Crescuta Scazuta

Volumul sanguin Scazut Crescut

Presiunea sanguina

Scazuta Crescuta

Angiotensina II Crescuta Scazuta

Alti factori Uscarea mucoasei bucofaringiene

Distensia gastrica

38

REGLAREA ELIMINARILOR DE APA

Se face prin reactii compensatorii - hormonul antidiuretic (ADH ) si

ALDOSTERON , pentru retinerea apei si prin

FACTORUL NATRIURETIC ATRIAL , pentru eliminarea apei

39

REGLAREA SECRETIEI DE ADH

40

TULBURARI ALE ECHILIBRULUI HIDRIC

Perturbarile metabolismului apei intereseaza si sodiul in majoritatea cazurilor, dar poat fi si separate.

Tulburarile se datoreaza :

- pierderilor excesive de apa ( deficitelor de apa ) – bilant hidric negatic

- retentiei in exces a apei ( exces de apa ) – bilant hidric pozitiv

41

DEFICITUL DE APA

Intereseaza in special compartimentul extracelular , unde are loc o crestere a presiunii osmotice ( in plasma si lic. Interstitial ) .

Apa este atrasa din celule si se produce: deshidratare celulara cu senzatie de sete; uscaciunea mucoasei bucofaringiene

Daca mecanismele homeostatice sunt eficiente are loc secretia de ADH.

Tulburarile semnalate se corecteaza rapid dupa ingestia corespunzatoare de apa .

42

EXCESUL DE APA

Prezenta unui exces de lichid in tesuturile organismului EDEM

Edemul poate fi prezent in compartimentul :

- intracelular

- extracelular

Edemul intracelular apare in doua situatii :

1. Deprimarea sistemelor metabolice tisulare sau o nutritie inadecvata a celulelor. Poate apare acolo unde fluxul sanguin local este redus iar aportul de O2 si substante nutritive este prea mic pentru a mentine un metabolism tisular normal . Are loc deprimarea activitatii pompelor membranare , in special a pompei ce scoate sodiul din celula. Se produce osmoza apei in celula .

2. Inflamatia determina o crestere a permeabilitatii membranelor celulare . Spdiul si alti ioni intra in celula , producand osmoza consecutiva a apei in celula

43

EXCESUL DE APA

Edemul extracelular

Poate fi cauzat de :

- extravazarea exagerata de lichid din sangele capilar sau insuficienta sistemului limfatic de a drena lichidul din interstitii

- retentia renala de apa si sare

44

EDEMUL PRODUS PRIN EXTRAVAZAREA DE LICHID DIN CAPILARE SAU OBSTRUCTIE LIMFATICA

1.Presiunea capilara crescuta

- retentie renala excesiva de apa si sare ( ( insuficienta renala, exces de mineralocorticoizi )

- presiune venoasa ridicata ( insuficienta cardiaca , staza venoasa localizata , insuficienta pompelor venoase )

2. Scaderea proteinelor plasmatice

- pierderi de proteine prin urina

- pierderi prin lipsa tegumentara ( arsuri, rani )

- sinteza proteica insuficienta ( boli hepatice, deficit de aport )

3. Permeabilitate capilara crescuta

- reactii imune ce produc eliberare de histamina sau alte substante imune

- toxine

- infectii bacteriene

4. Blocajul drenajului limfatic

45

TEST PENTRU EDEM

46

EDEMUL PRODUS PRIN RETENTIE RENALA DE APA SI SARE

Clorura de sodiu ramane aproape in totalitate in compartimentul extracelular.

Cele mai multe boli care compromit functia renala au tendinta de a reduce excretia de apa si sare prin urina.

Consecinte :

1. Edem extracelular intins

2. Hipertensiune datorata cresterii volemiei

47

RELATIA DINTRE PRESIUNEA LI SI VOLUMUL LI

Presiunea Li ~ - 3 mmHg

La – 3mmHg , volumul LI este de ~ 12 litri.

LI este sub forma de gel .

Gelul este importantprevine curgerea cu prea mare usurinta a lichidului printre tesuturi din cauza filamentelor de proteoglicani

( formate din ac. hialuronic si proteine ) care actioneaza ca un burete

48

“FACTOR DE SIGURANTA ANTIEDEM “

Consta din trei mecanisme :

1. Presiunea negativa a Li sa fie anulata si sa devina pozitiva

2. Fluxul limfatic poate creste de la 10 la 50 de ori – constituie factor de siguranta deoarece previne cresterea presiunii LI la valori pozitive

3. “Spalarea” proteinelor din LI. Pe masura ce proteinele sunt indepartate din interstitiu , creste diferenta dintre presiunea coloidosmotica a plasmei si cea interstitiala , crescand absorbtia osmotica a lichidului din interstitii in capilare

49

ECHILIBRUL OSMOTIC

Membrana celulara este o structura relativ permeabila, prin care apa trece prin osmoza .

Membrana celulara este relativ impermeabila pentru ionii mici , astfel ca apa traverseaza membrana in gradient , spre compartimentul unde concentratia solvitilor este crescuta

50

ECHILIBRUL OSMOTIC

• OSMOZA = FLUXUL DE APA PRINTR-O MEMBRANA SEMIPERMEABILA

( dinspre compartimentul cu concentratie scazuta , spre cel cu concentratie crescuta )

51

OSMOZA SI PRESIUNEA OSMOTICA ( I )

Osmoza este fluxul de apa printr-o membrana semipermeabila , dinspre compartimentul cu concentratie scazuta , spre cel cu concentratie crescuta .

Se produce ca urmare a miscarii cinetice permanente a particulelor , de o parte si alta a membranei

Presiunea osmotica

- este data de micromoleculele dizolvate

- impiedica osmoza

- creste odata cu cresterea concentratiei solutiilor

Osmolul- capacitatea solvitilor de a realiza osmoza si de a produce presiune osmotica se masoara in osmoli . Este o masura a numarului total de particule

52

OSMOZA

53

OSMOZA SI PRESIUNEA OSMOTICA ( II )

In mod curent , se foloseste termenul de miliosmol egal cu 1/1000 osm . Activitatea osmotica exprimata in mOsm /kg apa – se numest osmolalitate Activitatea osmotica exprimata in mOsm /l apa – se numeste osmolaritate

La temperatura de 37 grade o concentratie de un osmol la litru , va genera in solutie o presiune osmotica de 19,300 mmHg. Multiplicand cu 300

( osmolaritatea normala a LEC si IC ), obtnem o valoare a presiunii osmotice de 5790 mmHg.

Presiunea osmotica(mmHg) = 19,3 x osmolalitate(mOsm/Kg apa)

Osmolaritatea totala a fiecaruia din cele trei compartimente este de ~ 300mOsm/l. Osmolaritatea plasmei este cu 1,3 mOsm mai mare decat in LI si LIC . Diferenta este produsa de efectul osmotic al proteinelor plasmatice care creaza in capilare o presiune cu ~ 20 mmHg mai mare decat in LI .

54

VALORILE OSMOLARITATII DETERMINATE DE SUBSTANTELE OSMOTIC ACTIVE

(mOsm/l)

INDICATORUL PLASMA LICHIDUL INTERSTITIAL

LICHIDUL INTRACELULAR

1. ACTIVITATEA OSMOLARA TOTALA

302,8 301,5 302

2. PRESIUNEA OSMOTICA

( mmHg)

5450 5430 5430

55

ECHILIBRULUI OSMOTIC INTRE COMPARTIMENTUL EXTRACELULAR SI

INTRACELULAR

• TONICITATEA UNEI SUBSTANTE

proprietatea acesteia de a determina deplasarea apei in celula ( influx de apa ) sau in afara celulei ( eflux de apa )

56

MENTINEREA ECHILIBRULUI OSMOTIC INTRE COMPARTIMENTUL INTRA SI

EXTRACELULAR

57

DEZECHILIBRUL OSMOTIC

Echilibrul osmotic intre compartimentele IC si EC – corectat rapid ( in sec sau minute )

Hiperosmolaritatea –

Cauze : - aport insuficient de apa

- pierderi excesive de apa ( renale si extrarenale )

- aport excesiv de sodiu

Hipoosolaritatea –

Cauze : aport crescut de apa sau solutii de glucoza si eliminari deficitare

58

CONTROLUL OSMOLARITATII LEC SI A CONC. DE SODIU

Ionii de sodiu din LEC , determina direct sau indirect peste 90% din presiunea osmotica a acestui compartiment .

Pentru reglarea osmolaritatii LEC si a conc de sodiu , actioneaza trei sisteme de control , independente :

1. Sistemul osmoreceptor- hormon antidiuretic

2. Mecanismul setei

3. Mecanismul apetitului pentru sare

59

CONTROLUL OSMOLARITATII LEC

1. SISTEMUL OSMORECEPTOR –

HORMON ANTIDIURETIC

( ADH )

60

ADH-ul

V 2 receptori pentru vasopresina

AQ 2 aquaporina 2

61

REGIUNEA ANTEROVENTRALA A VENTRICULULUI 3 ( AVaV3 )

Arie neuronala pentru controlul osmolaritatii

In regiunea AVa V3 , cat si in vecinatatea ei , exista :neuroni :

- stimulati de cresteri minime ale osmolaritatii LEC

- inhibati de scaderea osmolaritatii LEC osmoreceptori

In partea superioara a zonei AVaV3 se afla o structura specializata denumita organ subfornical

in partea inferioara o alta structura numita organ vascular al laminei terminale .

Intre aceste doua zone se afla nucleul median preoptic care are multiple conexiuni nervoase :

- cu cele doua organe

- cu nucleul supraoptic `

- cu centrii de control ai presiunii arteriale

62

2. MECANISMUL SETEI

Setea este primul reglator al aportului de apa .

Definita ; cerinta ( pofta ) constienta pentru apa .

Localizarea centrilor setei :

- Regiunea AVaV3

- Zona preoptica hipotalamica

centrul setei

Stimulul fiziologic : deshidratarea celulara datorita cresterii presiunii osmotice a LEC prin :

- aport hidric deficitar

- exces de sodiu

- pierderi de poatasiu

63

CENTRII SETEI

64

HOMEOSTAZIA APEI SI SARII

Controlul hormonal al echilibrului hidro-electrolitic

1. Deshidratare scaderea eliminarilor de apa

2. Hiperhidratare cresterea eliminarilor de apa

3. Exces de sare cresterea eliminarilor de sare

4. Deficit in sare dimunuarea eliminarilor de sare

65

CONTROLUL SECRETIEI DE ALDOSTERON

66

MECANISMUL APETITULUI PENTRU SARE

Stimulii care determina apetitul pentru sare sunt :

1.Scaderea concentratiei sodiului in LEC

2. Insuficienta circulatorie determinata de hipovolemie

Diferenta majora intre sete si apetitul pentru sare :

- setea apare imediat

- apetitul pentru sare apare dupa cateva ore si creste progresiv

Importanta apetitului pentru sare :

- demonstrata la bolnavii cu boala Addison (nu au secretie de aldosteron)

ceea ce produce pierderi masive de sare prin urina , cu scaderea conc sodiului in LEC si a volemiei → stimuleaza dorinta de sare

67

ALTI FACTORI HORMONALI DE CONTROL AI SECRETIEI DE SODIU

Factori Mecanismul si actiunea

-factorul natriuretic atrial

(FNA )

- factorul natriuretic hipotalamic (FNH)

- sistemul prostaglandinic renal

( SPG )

-actioneaza pe rec. FNA de tip A de la nivel glomerular ; inhiba reabsorbtia de sodiu si secretia de renina, inhiba eliberarea de aldosteron si vasopresina, vasodilatator, hipotensiv

- actioneaza pe receptorii FNH de tip B ; vasodilatator

-PGE 2 renala este produsa la expansiunea LEC ; efect inhibitor asupra transportului tubular de sodiu

68

APA IN ORGANISM - INTREBARI -

Varianta : RASPUNSURI MULTIPLE 1. Un exercitiu fizic prelungit nu determina pierderi de apa prin :A. Sistemul respiratorB. Piele C. Materii fecale D. Transpiratie E. Urina 2. Factorii care determina sensul de deplasare al apei in organism sunt :A. Presiunea osmotica B. Presiunea hidrostatica C. Membranele celulare D. Presiunea coloidosmotica E. Structura moleculara a apei 3. Care din volumele compartimentelor lichidiene din organism se determina direct cu

ajutorul markerilor :A. Apa intracelulara B. Apa totala C. Apa extracelulara D. Volumul interstitialE. Volumul plasmatic