CORSO DI LAUREA IN FARMACIA

CORSO DI FISIOLOGIAE24 030 - 11 CFU (80 + 16 = 96 ore)

A.A. 2015 - 2016

STUDENTI A-L

I SEMESTREGiovedì: aula G08, via Golgi - 15.30/17.30Venerdì: aula G22, via Golgi - 13.30/15.30

LE MIE COORDINATE

Università degli Studi di Milano

Facoltà di Scienze del Farmaco

DISFeB – Dipartimento di Scienze Farmacologiche e Biomolecolari

Sezione di Biochimica, Biofisica, Fisiologia e Immunopatologia

Via Trentacoste 2, 20134 MILANO

Prof. Gianluigi Monticelli

Tel +39-2-503.15802 / Fax 503.15813

E-mail gianluigi.monticelli@unimi.it

http://users.unimi.it/monticy/homedida.htm

Finalità e obiettivi dell’insegnamentoLa Fisiologia studia i fenomeni e le funzioni degli organismi viventi. Il corso èimpostato sullo studio della fisiologia umana senza trascurare la rigorosa descrizione dei meccanismi a livello cellulare e molecolare. Nel corso vengono fatti continui riferimenti alle alterazioni più significative dei meccanismi che, alterando le funzioni, portano alla malattia.La buona comprensione degli argomenti è facilitata dalla conoscenza di elementi di chimica generale ed organica, biochimica, matematica, fisica e biologia.

Course objectivesPhysiology is the science of functions and phenomena of living things. This course deals with human physiology at the molecular, cellular, organ and whole-body organizational levels.Examples are given illustrating physiologic mechanisms of how alteration of normal homeostatic mechanisms are related to disease.Students taking this course are expected to have a background in general, organic and bio-chemistry, calculus, physics and biology.

1 - INTRODUZIONEOrganizzazione dell’organismo umano: cellule, tessuti, organi, sistemi di organi, organismo. Cos’è la fisiologia? Definizione e finalità. Caratteristiche principali di un essere vivente. La cellula e i suoi componenti.

Programma del corso (1 – 12)

1 - INTRODUCTIONOrganization of the human body: cells, tissues, organs, organ systems, organism. What is physiology? Definition and objectives. Characteristics of living matter. The cell and its components.

OTZI – Similaun m 359919/9/1991

vanadinite

2 - COSTITUENTI DELLA MATERIA VIVENTEAcqua e sua distribuzione nell’organismo. Bilancio idrico giornaliero. Componenti organici. Componenti minerali: importanza e loro distribuzione. Compartimenti dei liquidi nell’organismo e composizione. Omeostasi.

2 - HUMAN BODY COMPOSITIONWater. The distribution of the body water. The water balance. Organic molecules. The function of minerals. Organization and composition of body fluid compartments. Homeostasis.

3 - MEMBRANE BIOLOGICHE E FENOMENI DI TRASPORTOLa membrana cellulare: composizione, struttura e funzione. Equilibri semplici. Tonicità, proprietà delle soluzioni. Diffusione: I legge di Fick, flussi unidirezionali. Osmosi: pressione osmotica, coefficienti osmotici, osmolarità. Coefficiente di ripartizione. Rapporto superficie/volume. Potenziali chimico ed elettrochimico. Stato di equilibrio e stato stazionario. Equilibrio di Gibbs-Donnan. Pori e canali di membrana. Fagocitosi. Pinocitosi. Assorbimento. Secrezione. Permeabilità agli zuccheri. Diffusione facilitata. Equazione diMichaelis-Menten. Trasporto attivo.

3 - BIOLOGICAL MEMBRANES AND TRANSPORT PHENOMENAIntroduction to the cell membrane: composition, structure and function. Simple equilibria. Tonicity. Some properties of solutions. Diffusion: Fick’s first law,unidirectional fluxes. Osmosis: osmotic pressure, osmotic coefficients, osmolarity. Influence of the lipid/water partition coefficient. Area to volume relationship. Chemical and elettrochemical potentials. Equilibrium state versussteady state. The Gibbs-Donnan equilibrium. Channels and pores. Phagocytosisand pinocytosis. Absorption and secretion. Permeability to sugars. Facilitated diffusion. Michaelis-Menten relationship. Active transport.

4 - ECCITABILITÀPotenziale di membrana a riposo. Potenziali di equilibrio. Legge di Nernst. Equazione di Goldman-Hodgkin-Katz. Generazione e conduzione del potenziale d’azione: basi ioniche. Conduttanze e canali ionici. Analogo elettrico di una membrana eccitabile. Pompa sodio-potassio. La curva intensità-durata. Periodo refrattario. Tecniche di registrazione extracellulari ed intracellulari.

4 - EXCITABILITYResting membrane potential. Electrochemical equilibrium and the Nernstequation. The Goldman-Hodgkin-Katz equation. Generation and conduction of action potentials: ionic bases. Ionic channels. Ionic conductances. The electrical equivalent circuit model of the plasma membrane. The sodium pump. The strength-duration curve. The refractory periods. Extracellular and intracellular recordings.

5 - TESSUTI ECCITABILIClassificazione e caratteristiche delle fibre nervose. Proprietà dei nervi. Tessuto muscolare: scheletrico, cardiaco, liscio. Muscoli scheletrici: morfologia, fenomeni elettrici e meccanici. Meccanismo della contrazione muscolare a livello molecolare. Fonti di energia e metabolismo. Miocardio: proprietàelettriche e meccaniche. Sinapsi elettriche. Sinapsi chimiche. Sommazione dei potenziali postsinaptici. Giunzione neuromuscolare. Generazione di impulsi in organi di senso e recettori. Codifica dell’informazione sensoriale.

5 - EXCITABLE TISSUESNerve fiber types and function. Properties of mixed nerves. Skeletal, smooth and cardiac muscles. Striated muscle: morphology, electrical phenomena and contractile responses. The molecular basis of contraction. Energy sources and metabolism. Cardiac muscle: electrical and mechanical properties. Electrical synapses. Chemical synapses. Summation of synaptic inputs. The neuromuscular junction. Sense organs and receptors. Coding of sensory information.

6 - FUNZIONI DEL SISTEMA NERVOSOOrganizzazione del sistema nervoso. L’arco riflesso. Sensi: cutanei, viscerali e profondi. Vista: occhio, richiami di ottica, riflessi pupillari, accomodamento, fotochimica della visione, ciclo della rodopsina, visibilità fotopica e scotopica, elettrofisiologia della retina, fotorecettori (coni e bastoncelli). Udito: struttura dell’orecchio, richiami di acustica, trasmissione dello stimolo, risposte uditive, elettrofisiologia della coclea, audiogramma. Olfatto. Gusto. Funzione motoria del sistema nervoso centrale. Funzione sensitiva del sistema nervoso centrale. Sistema nervoso autonomo. Funzioni dell’ipotalamo. Regolazione della temperatura corporea.

6 - FUNCTIONS OF THE NERVOUS SYSTEMOrganization of the nervous system. The reflex arc. Cutaneous, deep and visceral sensation. Visual system: the eye, elementary optical principles, pupillary reflexes, accomodation, photochemistry of vision, the rhodopsin cycle, photopic and scotopicvisions, electrical activity in the retina, photoreceptors (rods and cones). Auditory system: the structure of the ear, sound waves, auditory pathways and mechanism, auditory responses, cochlear electrophysiology, audiogram. Smell. Taste. The central nervous system: sensory and motor functions. Autonomic nervous system. Hypothalamic function. Regulation of body temperature.

7 - LIQUIDI CIRCOLANTIIl sangue. Plasma: componenti ionici, componenti proteici e non proteici. Elementi figurati: eritrociti, leucociti e piastrine. Il globulo rosso: caratteristiche, composizione, proprietà della membrana e fenomeno di Hamburger. La linfa.

7 - CIRCULATING BODY FLUIDSBlood. Plasma: ionic constituents, proteins and nonproteins. Blood cells: erythrocytes, leukocytes and platelets. The red blood cell: structure, chemical composition, membrane properties and Hamburger shift. Lymph.

8 - CUORE E CIRCOLAZIONEApparato circolatorio. Muscolo cardiaco: cavità e valvole. Circolo sistemico e circolo polmonare. Vasi sanguigni: struttura e funzione. Pressioni e volumi durante il ciclo cardiaco. Calcolo del lavoro del cuore. Teorema di Bernoulli. Idrodinamica della circolazione del sangue. Effetto della gravità. Legge di Poiseuille. Resistenza vascolare. Resistenza periferica. Fattori influenzanti il volume-minuto cardiaco e la gettatasistolica. Toni cardiaci. Misura della pressione arteriosa: metodo ascoltatorio. Origine del battito cardiaco e propagazione dell’eccitamento. Attività contrattile. Attivitàelettrica delle singole cellule cardiache: registrazione. Ritmi. Elettrocardiogramma (ECG). Triangolo di Einthoven. Componenti dell’ECG. Meccanismi regolatori cardiovascolari. Controllo della frequenza cardiaca. Controllo della pressione arteriosa.

8 - THE CARDIOVASCULAR SYSTEMThe circuitry. The cardiac pump: right and left sides, valves. Systemic circulation. Pulmonary circulation. Circulatory vessels: structure and function. Pressure and volume changes during the cardiac cycle. Cardiac work. Bernoulli’s principle. Hemodynamics. Gravitational effects. Poiseuille’s law. Vascular resistance. Peripheral resistance. Cardiac output. Control of cardiac output. Heart sounds. Blood pressure measurement. Electrical activity in the heart: initiation and pattern of conduction. Contractile events. Intracellular electrical activity. Cardiac rhythms. The electrocardiogram (ECG). Einthoven’s triangle. Components of the ECG. Cardiovascular regulatory mechanisms. Control of heart rate. Regulation of arterial pressure.

9 - RESPIRAZIONE E TRASPORTO DEI GAS RESPIRATORIProprietà dei gas. Polmoni di ventilazione. Meccanica della respirazione.Muscoli respiratori. Surfattante. Volumi polmonari. Controllo della respirazione. Ventilazione e scambio dei gas. Shunt fisiologico. Trasporto dell’ossigeno: emoglobina, curva di dissociazione dell’ossiemoglobina. Trasporto della CO2. Respirazione tissutale. Effetti della respirazione sull’equilibrio acido-base.

9 - RESPIRATIONProperties of gases. The lungs. The mechanics of respiration. Respiratory muscles. Surfactant. Lung volumes. The control of respiration. Ventilation and gas exchange. Physiological shunt. Oxygen transport: hemoglobin, oxyhemoglobin dissociation curve. Carbon dioxide transport. Tissue gas exchange. Effects of ventilation on acid-base balance.

Achille Compagnoni e Lino Lacedelliin vetta al K2 (8611 m); 31 luglio 1954

10 - FUNZIONE RENALERene. Nefrone. Circolazione renale. Filtrazione glomerulare (FG). Fattori influenzanti la FG. Concetto di clearance. Misura del flusso di FG. Funzionetubulare. Meccanismi di riassorbimento. Curva di titolazione per il glucosio. Secrezione tubulare. Meccanismo di moltiplicazione in controcorrente. Ansa diHenle. Dotto collettore. Azione degli ormoni sulla funzione renale. Sistemarenina-angiotensina. Regolazione renale dell’equilibrio acido-base.

10 - RENAL FUNCTIONThe kidney. The nephron. Renal circulation. Glomerular filtration (GF). Determinants of GF rate. Clearance concept. GF rate measurement. Tubular function. Reabsorptive processes. Glucose titration curve. Tubular secretion. Counter-current mechanism. Henle’s loop. Collecting duct. The action of hormones upon renal function. Renin-angiotensin system. Role of the kidney in acid-base balance.

11 - FUNZIONE GASTROINTESTINALEL’enterocita. Superficie di assorbimento. Assorbimento di acqua ed elettroliti. Digestione ed assorbimento di carboidrati, proteine e lipidi. Meccanismo di secrezione dell’acido cloridrico. Succo pancreatico e bile. Masticazione, deglutizione, motilità gastrica e movimenti dell’intestino.

11 - GASTROINTESTINAL FUNCTIONThe enterocyte. Absorbing surface. Absorption of water and electrolytes. Digestion and absorption of carbohydrates, proteins and lipids. Secretion of acid by the stomach. Pancreatic secretion. Bile secretion. Mastication, deglutition, gastric motility and movements of the intestine.

12 - ENDOCRINOLOGIAIpotalamo, neuroipofisi e adenoipofisi. Ormoni tiroidei: sintesi e secrezione, regolazione e azioni. Funzione endocrina del pancreas. Midollare e corticale surrenali. Paratiroidi e metabolismo del calcio e dei minerali correlati. Ormoni sessuali steroidei. Sistema riproduttivo maschile. Sistema riproduttivo femminile. Ciclo mestruale e contraccezione.

12 - ENDOCRINOLOGYPrinciples of hormone action and control. The hypothalamus and pituitary (anterior and posterior) gland. Thyroid hormones: synthesis and secretion, regulation and actions. Hormones of the pancreatic islets. The adrenal cortex. The adrenal medulla. Parathyroid gland function: regulation of the metabolism of calcium and related minerals. Sex steroid hormones. Male reproduction. Female reproduction. Menstrual cycle and contraception.

Altre attività• Esercitazioni pratiche (8 – 10 h)

1. Fenomeni di trasporto ed eccitabilità cellulare

2. Misura della pressione arteriosa – metodo ascoltatorio

• Corso teorico pratico di rianimazione (6 – 8 h)

Testi di consultazione

•G. Monticelli (a cura di) “Fisiologia” II ed., Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2014.

•G. Monticelli e G. Esposito “Fenomeni di trasporto ed elettrici in membrane biologiche”, edi-ermes, Milano, 1990.

•M. Gussoni, G. Monticelli e A. Vezzoli “Dallo stimolo alla sensazione –Fisiologia degli organi di senso”, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2006.

•R. M. Berne, M. N. Levy, B. M. Koeppen e B. A. Stanton “Fisiologia”, V ed.ital., Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2005.

Learning aids

Valutazione dello studenteEsame orale finale. Lo studente deve dimostrare la comprensione dei meccanismi di base e delle funzioni dei vari organi e delle loro interazioni, piuttosto che la memorizzazione di dati e dettagli.

Student evaluationOral final exam. Students should be able to demonstrate their understanding of the fundamental organization and functions of the organ systems and of the integration and interactions of these systems with one another rather than memorizing details.

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