Respirazione in acqua ed in aria. Adattamenti del sistema circolatorio e digestivo nei vertebrati. Reni ed organi di osmoregolazione extrarenali nei vertebrati. Adattamenti del metabolismo e della termoregolazione nei vertebrati.
Randall, Burggren, French: Fisiologia animale, Zanichelli (trad. IV Ed americana)
Hille, Wise, Anderson: Fisiologia animale, Zanichelli
Taglietti, Casella: Principi di Fisiologia e biofisica della cellula, La Goliardica Pavese s.r.l.
Knut Schmidt-Nielsen: Animal Physiology: Adaptation and Environment 5th Edition
Obiettivi Formativi
Conoscenze:
Adattamento all’ambiente dei processi fisiologici impiegati dai diversi animali.
Differenze tra vertebrati nei processi che sostengono le funzioni della vita vegetativa e di relazione.
Competenze acquisite:
Valutazione del valore adattativo dei processi fisiologici.
Capacità acquisite al termine del corso:
Analisi e interpretazione di risultati sperimentali.
Prerequisiti
Conoscenze di base della Fisiologia generale e della Biochimica.
Metodi Didattici
Lçezioni frontali
Modalità di verifica apprendimento
Esame orale
Programma del corso
Introduzione al corso.
Concetti fondamentali della fisiologia: relazione struttura/funzione, omeostasi, feedback negativo, conformità e regolazione. Similarità geometrica. Relazioni allometriche, la relazione tra massa e metabolismo basale nei mammiferi e negli uccelli.
Respirazione.
Richiami sulle proprietà dei gas: equazione di stato dei gas. Composizione dell'aria, equivalenza tra unità di misura della pressione. Variazioni delle pressioni parziali dei gas con l'altitudine. Contenuto di vapore acqueo dell'aria. Gas in soluzione. Confronto tra coefficiente di solubilità dell'ossigeno e dell'anidride carbonica. Diffusione dei gas, equazione di Fick applicata ai gas. Fattori che limitano lo scambio di gas attraverso la superficie esterna di un organismo. Principali tipi di organi respiratori. Requisiti funzionali degli organi respiratori. Il trasporto convettivo dei gas. Alternanza di convezione e diffusione negli organismi superiori. Rapporti tra ventilazione e circolazione, proprietà dei principali tipi di scambio gassoso. Proprietà chimico fisiche dell'aria e dell'acqua. Rapporto pressione parziale dell'ossigeno e dell'anidride carbonica in aria e in acqua. Rapporto tra pressione parziale di ossigeno e di anidride carbonica nel mezzo inalato e nel sangue. Struttura e funzione delle branchie. Ventilazione nei teleostei: ventilazione attiva e ventilazione dinamica. Respirazione bimodale in ambiente acquatico. Pesci a respirazione aerea, principali tipi di organi respiratori accessori. Pesci polmonati: ruolo delle branchie e dei polmoni. Respirazione negli anfibi, struttura polmone e meccanica della ventilazione polmonare, ruolo dei vari organi respiratori durante lo sviluppo. Ruolo della cute negli scambi gassosi nei vari vertebrati. Sistema respiratorio dei rettili. Anatomia del sistema respiratorio degli uccelli, la funzione dei sacchi aerei. Struttura dei parabronchi scambio gassoso a corrente crociata. Confronto col sistema respiratorio degli uccelli e dei mammiferi. Scambi gassosi nell’uovo degli uccelli. Il polmone dei mammiferi, rapporto tra massa corporea e volume polmonare. Relazione tra grado di suddivisione e area della superficie alveolare. Spessore della parete alveolare. Spazio morto anatomico. Volumi e capacità polmonari. Rinnovamento del gas alveolare. Superficie per lo scambio dei gas nei polmoni. Rapporto di scambio respiratorio e quoziente respiratorio. Correzione del volume di gas per la temperatura, pressione, umidità. Materiale tensioattivo e stabilità polmonare. Funzione del tensioattivo polmonare. Controllo del respiro: meccanismi tronco-encefalici che generano il ritmo respiratorio. Controllo chemocettivo della respirazione. Risposta all’ipercapnia. Regolazione dello scambio di gas e della respirazione. Trasporto di ossigeno e di anidride carbonica nel sangue. Struttura e funzione dei pigmenti respiratori. Curva di dissociazione dell’ossiemoglobina. Effetto della temperatura, del pH (effetto Bohr) e dei fosfati inorganici sulla curva di dissociazione dell'ossiemoglobina. Curva di dissociazione del dell'emoglobina fetale. Curva di dissociazione del monossido di carbonio. Effetto Root e vescica natatoria. Trasporto dell'anidride carbonica nel sangue.
Circolazione.
Componenti del sistema circolatorio. Il cuore come pompa. Le cellule muscolari cardiache. Attività elettrica dei cardiomiociti. Differenza tra cuori miogeni e neurogeni. Proprietà delle cellule pacemaker e loro localizzazione nei vertebrati. Differenza tra potenziale d'azione cardiaco e scheletrico. Potenziali d'azione a risposta lenta e a risposta rapida. Basi ioniche del potenziale d'azione a risposta rapida. Correnti di potassio. Correnti di Sodio. Correnti di calcio. Basi ioniche dei potenziali d'azione a risposta lenta e potenziale pacemaker. Relazione tra durata del potenziale d'azione e frequenza cardiaca. Controllo nervoso del potenziale pacemaker. L'elettrocardiogramma. Relazione tra elettrocardiogramma e registrazioni dei potenziali d'azione. Accoppiamento eccitazione contrazione. Ossigenazione del miocardio nei vertebrati. Relazione tra massa cardiaca e massa corporea nei mammiferi e negli altri vertebrati. Relazione tra frequenza cardiaca e massa corporea. Definizione di gittata cardiaca e gittata sistolica. Misura della gittata cardiaca. Effetto dell'aumento del consumo di ossigeno sulla gittata sistolica. Definizione contrattilità cardiaca. Regolazione della contrazione cardiaca, intrinseca ed estrinseca. Variazione dei diagrammi pressione volume. Calcolo della pressione aortica media. Struttura dei vasi venosi e arteriosi. Funzioni dell'endotelio vascolare. Relazione tra spessore del vaso e diametro, equazione di Laplace. Pressione colloido-osmotica e sistema linfatico. Circolazione nei vertebrati: compartimenti idrici. Sistemi circolatori: pesci teleostei e elasmobranchi. Disposizione del sistema circolatorio in alcuni pesci a respirazione aerea. Sistema circolatorio pesci polmonati. Sistema circolatorio degli anfibi. Sistema circolatorio dei rettili. Il sistema circolatorio dei mammiferi e degli uccelli confrontato con quello degli altri vertebrati.
Osmoregolazione.
Organismi osmoregolatori e osmoconformi. Ambiente acquatico: composizione ionica dell'acqua dolce, dell'acqua di mare e delle acque salmastre. Ambiente aereo. Meccanismi di osmoregolazione. L'azione dei reni nella regolazione osmotica. Scambi obbligatori di ioni e acqua. Composizione dei fluidi extracellulari animali d'acqua dolce. Meccanismi osmoregolatori nei vertebrati d'acqua dolce. Meccanismi osmoregolatori nei teleostei marini. Vertebrati isosmotici all'acqua di mare. Perdite di acqua in ambiente terrestre. Organi osmoregolatori extrarenali nei vertebrati terrestri: ghiandola del sale. Anatomia del rene dei mammiferi. Struttura e funzione del nefrone. Formazione dell'urina. La filtrazione glomerulare, composizione dell'ultrafiltrato renale. Regolazione del flusso ematico renale (FER) e del volume di filtrazione glomerulare (VFR). Riassorbimento e secrezione tubulare. La Clearence renale. Misura della velocità di filtrazione glomerulare. Riassorbimento lungo il nefrone di NaCl, soluti e acqua. Tubulo prossimale. Ansa di Henle meccanismo di moltiplicazione controcorrente. Tubulo distale. Dotto collettore, e il controllo del riassorbimento dell’acqua. Sviluppo della papilla renale e massima osmolarità dell'urina. Il rene dei vertebrati inferiori. Controllo del volume del liquido extracellulare: regolazione dell’escrezione renale di NaCl. Sistema renina-angiotensina. Il pH del liquido extracellulare: tamponi corporei. Risposte alle alterazioni acido-base. Regolazione renale del pH. Squilibri acido-base semplici. Escrezione dei residui azotati in relazione con l'habitat. Animali ammoniotelici. Animali ureotelici. Animali uricotelici.