ECTS - University of Pisa
Corso Integrato di Fisiologia Umana II
CORE CURRICULUM
Sistema endocrino
Sistema nervoso
Il corso tratta la fisiologia del sistema endocrino, delle funzioni sensoriali, del sistema neuromuscolare e l’organizzazione delle principali funzioni integrative da cui dipendono le manifestazioni basilari della vita di relazione degli organismi viventi. Il corso parte dalla fisiologia del sistema endocrino a cui segue l'organizzazione funzionale dei sistemi sensoriali. La biofisica degli organi di senso; (vista, udito, gusto, olfatto e tatto). L'organizzazione gerarchica del controllo motorio a partire dalla fisiologia del muscolo. Le principali funzioni nervose superiori (attenzione, memoria, motivazione, emozione).
The student who successfully completes the course will have acquired an in-depth knowledge of nervous system function, from sensory perception to motor output, cognition, memory and learning. In addition, a thorough understanding of hormonal control systems and their targets will be gained.
Fino a nuove disposizioni delle autorità accademiche l'esame finale consisterà in un orale telematico attraverso la piattaforma MS Teams. In condizioni ordinarie invece viene svolto uno scritto con domande a risposta aperta, seguito da un orale opzionale. Tutti i dettagli sulle modalità di somministrazione vengono date sulla pagina eLearning del corso. Preghiamo gli studenti di voler consultare regolarmente detta pagina.
COVID-19: Until further notice all examinations will consist of an oral exam given through the MS Teams platform. Written and in-person exams are suspended.
In ordinary conditions: During the written examination the student will be assessed on his/her knowledge and deep understanding of the topics dealt with during the course. During the discretionary oral exam the focus will shift on the student's ability to link different topics in a comprehensive view. Details on the exam are provided on the course website (eLearning platform).
I docenti danno molta enfasi alla capacità degli studenti di rielaborare le conoscenze acquisite durante il corso applicandole a situazioni nuove. Pertanto si raccomanda di affrontare lo studio della materia con spirito critico andando ben oltre un apprendimento mnemonico.
During the exam the instructors will emphasize the ability of the students to apply the knowledge acquired during the course to novel situations. It is therefore strongly recommended that human physiology is approached by the student with a critical mind, going well beyond a memorizing of facts.
Stesse modalità indicate sopra.
See above.
Biofisica e Neuroanatomia.
Biophysics and Neuroanatomy.
Lezioni frontali
Lezioni telematiche attraverso la piattaforma MS Teams.
Esercitazioni
Le esercitazioni riguardano aspetti particolari della funzione sensoriale, dimostrazioni di funzioni nervose specifiche in vivo e con mezzi audiovisivi o mediante simulazione al computer che consente l’intervento dello studente secondo uno schema di apprendimento interattivo basato sull’approfondimento dei temi trattati nel corso.
Online lectures via the MS Teams platform.
Sistema endocrino
1. I meccanismi di azione degli ormoni.
2. Gli ormoni ipotalamici e gli ormoni adeno-ipofisari.
3. Le ghiandole endocrine controllate dall’asse ipotalamo-ipofisario.
4. Il controllo ormonale della glicemia e suoi disturbi.
5. L’omeostasi del calcio.
6. Controllo ormonale dell’accrescimento.
7. Ormoni sessuali maschili e femminili.
Sistema nervoso
8. Organizzazione morfo-funzionale del sistema nervoso centrale e periferico.
9. Meccanismi di elaborazione dell’informazione sensoriale. I recettori. Determinazione di misure psicofisiche nelle varie modalità sensoriali.
10. Fisiologia della visione: Ottica fisiologica, fototrasduzione e adattamento alla luce e al buio, la fisiologia della retina.
11. Vie visive - Organizzazione delle corteccie visive associative.
12. I meccanismi e circuiti per l'analisi della forma, della profondità e del colore.
13. I meccanismi e circuiti per l'analisi del movimento visivo.
14. La codifica del suono, vie acustiche e la fisiologia dell’udito.
15. La fisiologia del gusto e dell’olfatto.
16. Fisiologia della sensibilità somatoviscerale: tattile, termica, propriocettiva e dolore.
17. La rappresentazione dello spazio multisensoriale.
18. I meccanismi per LTD e LTP; la fisiologia dell'ippocampo e della memoria e dell’apprendimento.
19. Funzioni nervose superiori: sonno, linguaggio e attenzione.
20. Sviluppo post-natale e Plasticità.
21. Organizzazione generale del controllo motorio.
22. Muscolo scheletrico e muscolo liscio.
23. Meccanismi spinali di coordinazione motoria: azione riflessa e ruolo degli interneuroni.
24. Locomozione, controllo della postura e sistema vestibolare.
25. Organizzazione del movimento volontario: aree corticali, via cortico-spinale.
26. Sistemi di coordinazione motoria: cervelletto, gangli della base.
27. Organizzazione anatomo-funzionale della corteccia cerebrale. Elettroencefalogramma. Regolazione degli stati di vigilanza.
PROGRAMMA DETTAGLIATO
Fisiologia della vita di relazione Endocrino
Gli ormoni: proprietà generali, sistemi di comunicazione. Natura biochimica: biosintesi, secrezione, trasporto; meccanismi recettoriali. Regolazione della secrezione: up - down-regulation, feedback, regolazione cronotropa. Relazioni tra ormoni: sinergia, permissività, antagonismo. L'ipotalamo: centro di integrazione ed organo endocrino; circolo portale; barriera ematoencefalica. Asse ipotalamo-ipofisari; ormoni glandotropi: TSH, FSH, LH, ACTH, e non glandotropi: GH, Prolattina. La Neuroipofisi. La Tiroide; gli ormoni T3, T4 e Tr. Ruolo dello iodio, perossidasi e deiodasi. Effetti degli ormoni tiroidei nello sviluppo e nell'adulto; ruolo nel metabolismo; azione calorigenica. Regolazione del TSH. Gozzo, nanismo-cretinismo cenni. La Corteccia surrenale; I mineralcorticoidi, ruolo nell'omeostasi idrico-salina; regolazione dell'aldosterone, angiotensina II. I glucocorticoidi, ruolo nel metabolismo dei carboidrati, lipidi e proteine. Gli androgeni. Regolazione del ACTH. Lo stress. Cushing, Addison, sindrome adrenogenitale cenni. Le Gonadi maschili. Funzioni del testicolo; la gametogenesi; gli ormoni androgeni: ruolo nella differenziazione e sviluppo. Controllo della funzione testicolare: inibina e GnRH. Ruolo sul metabolismo. Criptorchidismo e ipogonadismo cenni. Le Gonadi femminili. Ormoni femminili: gli estrogeni e progesterone. Ciclo ovarico-ciclo uterino; ciclo secretorio della cervice. Controllo e regolazione della funzione ovarica, GnRH e inibine. Ruolo sul metabolismo. Condizioni di fertilità. La menopausa. La Prolattina. Sviluppo della ghiandola mammaria; formazione del latte.Secrezione e regolazione della prolattina: riflesso di suzione. L'ormone somatotropo o della crescita (GH); la somatostatina. Le somatomedine. La crescita ossea. Regolazione integrata del GH. Gigantismo-acromegalia e nanismo cenni. La Neuroipofisi: ADH-vasopressina: cenni nella regolazione integrata pressoria ed idrica. Ossitocina: ruolo nel parto e nell'allattamento, e nella regolazione della vita di relazione. Il Pancreas endocrino: insulina; glucagone, somatostatina. Tessuti insulino-sensibili. Fegato organo glucostatico. Omeostasi del metabolismo del glucosio plasmatico: rapporto insulina/glucagone. Processi anabolici e catabolici relativi a sazietà e digiuno. Il diabete mellito: cenni. Le Paratiroidi, Calcitonina, Calcitriolo. Omeostasi del calcio-fosfato plasmatico: mobilizzazione del calcio osseo, assorbimento intestinale, disaccoppiamento renale. Processo di rimodellamento e funzione calciostatica dell'osso. Regolazione e controllo di: paratormone, calcitonina; vitamina D3.
Fisiologia e Biofisica degli organi di senso e dei meccanismi integrativi
Recettori sensoriali: acustici, vestibolari, visivi, tattili, nocicettivi, gustativi, olfattivi. Proprietà generali: traduzione, codificazione, relazione intensità-ampiezza. Varie modalità di traduzione (es: fototrasduzione e cascata enzimatica). Genesi ionica dei potenziali di recettore.
Meccanismi di specificità tonotopica del recettore acustico. Adattamento recettoriale: meccanismi ionici responsabili. Ruolo del calcio. Codificazione delle informazioni sensoriali: piano organizzativo comune a tutti i sistemi sensoriali. Leggi psicofisiche che regolano la percezione dell’intensità degli stimoli. Sensibilità somatiche: meccanismi periferici e centrali della percezione tattile, propriocettiva, termica e dolorifica; meccanismi dell’analgesia. La funzione visiva: analisi delle informazioni visive nella retina e nelle stazioni sottocorticali; elaborazione corticale della percezione della forma, del movimento e della profondità; visione dei colori; movimenti oculari. Sviluppo e plasticità del sistema visivo. Funzione uditiva: anatomia funzionale della coclea ed elaborazione corticale dei suoni. Sensi chimici: gusto ed olfatto. Neurotrasmettitori, neuromodulatori e sistemi attivanti la corteccia. Funzioni delle cortecce associative: rappresentazione dello spazio, attenzione e memoria. Ritmo sonno- veglia, meccanismi e stati del sonno. Neurofisiologia e neurochimica degli stati di vigilanza. Elettroencefalogramma (EEG).
Fisiologia dei sistemi motori
Organizzazione gerarchica del controllo motorio. Sistema muscoloscheletrico e momenti meccanici. Principi generali: equivalenze motorie, trasformazioni dirette e inverse, invarianze, controllo anticipatorio e in retroazione.
Muscolo scheletrico. Accoppiamento eccitazione-contrazione, ciclo dei ponti trasversi e metabolismo. Controllo neuromuscolare e regolazione della forza: le unità motorie e il loro sviluppo, fattore di sicurezza nella trasmissione sinaptica, sommazione temporale e spaziale, tipologie di fibra, atrofia/ipetrofia, denervazione e paralisi.
Muscolo liscio. Caratteristiche morfologiche ed elettriche. Fattori estrinseci di attivazione. Ciclo dei ponti trasversi e sua regolazione. Fenomeno del ‘latch-bridge’. Esempi.
Cinestesia e propriocezione. Fusi neuromuscolari, Recettori cutanei dello stiramento e organi tendinei del Golgi.
Fisiologia del midollo spinale. I principali riflessi spinali: riflessi di retrazione, riflessi propriocettivi. Fisiologia degli interneuroni spinali. Decerebrazione e spinalizzazione.
Movimenti ritmici e stereotipati. Locomozione.
Vie discendenti del controllo motorio: sistema piramidale e sistema corticomotoneuronale, sistema extrapiramidale e sue componenti principali.
Fisiologia del tronco encefalico. Apparato vestibolare. Meccanismi del tono posturale. Sistemi reticolo spinali. Riflessi posturali.
Sistema oculo-motore. Movimenti oculari. Collicolo superiore. Riflessi vestibolo-oculari. Sistema opto-cinetico. Organizzazione del movimento volontario. Fisiologia della corteccia motoria. Fisiologia delle aree corticali premotorie. Fisiologia dei nuclei della base. La coordinazione del movimento. Fisiologia del cervelletto. La plasticità cerebellare.
The endocrine system; Functional organization of sensory systems, including vision, hearing, taste, olfaction and tactile perception; Smooth and skeletal muscle function; The hyerarchical organization of motor control: reflexes, rhythmic and stereotyped motor patterns, distal/fine motor tasks; Higher and cognitive functions, including attention, memory, motivation, learning and emotion.
Endocrine system
DETAILED PLAN
Endocrine relationship life physiology
Hormones: general properties, communication systems. Biochemical nature: biosynthesis, secretion, transport; receptor mechanisms. Secretion regulation: up - down-regulation, feedback, chronotropic regulation. Relations between hormones: synergy, permissiveness, antagonism. The hypothalamus: center of integration and endocrine organ; portal circle; blood brain barrier. Hypothalamic-pituitary axis; glandotropic hormones: TSH, FSH, LH, ACTH, and non-glandotropic hormones: GH, Prolactin. The Neurohypophysis. The Thyroid; the hormones T3, T4 and Tr. Role of iodine, peroxidase and deiodase. Effects of thyroid hormones in development and in adults; role in metabolism; calorigenic action. TSH regulation. Goiter, dwarfism-cretinism hints. The adrenal cortex; Mineralocorticoids, role in water-saline homeostasis; regulation of aldosterone, angiotensin II. Glucocorticoids, role in the metabolism of carbohydrates, lipids and proteins. The androgens. ACTH regulation. The stress. Cushing, Addison, adrenogenital syndrome outlines. The male gonads. Functions of the testicle; gametogenesis; androgens: role in differentiation and development. Control of testicular function: inhibin and GnRH. Role on metabolism. Cryptorchidism and hypogonadism outlines. The female gonads. Female hormones: estrogen and progesterone. Ovarian cycle-uterine cycle; secretory cycle of the cervix. Control and regulation of ovarian function, GnRH and inhibins. Role on metabolism. Fertility conditions. The menopause. Prolactin. Development of the mammary gland; milk formation. Secretion and regulation of prolactin: sucking reflex. Somatotropic or growth hormone (GH); somatostatin. The somatomedins. Bone growth. Integrated GH regulation. Gigantism-acromegaly and dwarfism. The Neurohypophysis: ADH-vasopressin: hints in the integrated pressure and water regulation. Oxytocin: role in childbirth and breastfeeding, and in the regulation of social life. The endocrine pancreas: insulin; glucagon, somatostatin. Insulin-sensitive tissues. Liver glucostatic organ. Homeostasis of plasma glucose metabolism: insulin / glucagon ratio. Anabolic and catabolic processes related to satiety and fasting. Diabetes mellitus: outline. The Parathyroid, Calcitonin, Calcitriol. Plasma calcium-phosphate homeostasis: mobilization of bone calcium, intestinal absorption, renal uncoupling. Remodeling process and calcostatic function of the bone. Regulation and control of: parathyroid hormone, calcitonin; vitamin D3.
Physiology and biophysics of sense organs and integrative mechanisms Sensory receptors: acoustic, vestibular, visual, tactile, nociceptive, gustatory, olfactory. General properties: translation, coding, intensity-amplitude relationship. Various methods of translation (eg phototransduction and enzymatic cascade). Ionic genesis of receptor potentials. Mechanisms of tonotopic specificity of the acoustic receptor. Receptor adaptation: responsible ionic mechanisms. Role of football. Coding of sensory information: organizational plan common to all sensory systems. Psychophysical laws that regulate the perception of the intensity of stimuli. Somatic sensitivities: peripheral and central mechanisms of tactile, proprioceptive, thermal and pain perception; mechanisms of analgesia. The visual function: analysis of visual information in the retina and subcortical stations; cortical processing of the perception of shape, movement and depth; color vision; eye movements. Development and plasticity of the visual system. Auditory function: functional anatomy of the cochlea and cortical processing of sounds. Chemical senses: taste and smell. Neurotransmitters, neuromodulators and systems activating the cortex. Functions of the associative cortices: representation of space, attention and memory. Sleep-wake rhythm, sleep mechanisms and states. Neurophysiology and neurochemistry of alert states. Electroencephalogram (EEG). Physiology of motor systems Hierarchical organization of motor control. Musculoskeletal system and mechanical moments. General principles: motor equivalences, direct and inverse transformations, invariances, anticipatory and feedback control. Skeletal muscle. Excitation-contraction coupling, cross-bridge cycle and metabolism. Neuromuscular control and strength regulation: motor units and their development, safety factor in synaptic transmission, temporal and spatial summation, types of fiber, atrophy / hypetrophy, denervation and paralysis. Smooth muscle. Morphological and electrical characteristics. Extrinsic activation factors. Cross bridge cycle and its regulation. Phenomenon of the 'latch-bridge'. Examples. Kinesthesia and proprioception. Neuromuscular spindles, skin stretch receptors and Golgi tendon organs. Spinal cord physiology. The main spinal reflexes: retraction reflexes, proprioceptive reflexes. Physiology of spinal interneurons. Decerebration and spinalization. Rhythmic and stereotyped movements. Locomotion. Descending pathways of motor control: pyramidal system and corticomotoneuronal system, extrapyramidal system and its main components. Brain stem physiology. Vestibular apparatus. Mechanisms of postural tone. Spinal reticulum systems. Postural reflexes. Oculo-motor system. Eye movements. Superior colliculus. Vestibulo-ocular reflexes. Opto-kinetic system. Organization of the voluntary movement. Physiology of the motor cortex. Physiology of premotor cortical areas. Physiology of the nuclei of the base. The coordination of movement. Physiology of the cerebellum. Cerebellar plasticity.
Testi consigliati
KANDEL, SCHWARTZ, JESSELL, SIEGELBAUM, HUDSPETH, “Principi di Neuroscienze”, IV ed, Casa Ed. Ambrosiana 2014 (o V edizione originale in lingua inglese)
BERNE, LEVY, KOEPPEN, STANTON, “Fisiologia di Berne&Levi” con accesso online al sito Student Consult; V ed, Elsevier- Masson, 2007.
GUYTON, HALL “Fisiologia Medica”, XI ed, Elsevier-Masson, 2006. CONTI, “Fisiologia Medica” 2 volumi, edi-ermes, 2005.
Testi di consultazione
GANONG, “Fisiologia Medica”, X edizione, Piccin editore, 2006.
SILVERTHORN, “Fisiologia: un approccio integrato”, III ed, Casa Ed. Ambrosiana, 2007. SCHIMDT, THEWS, Lang: “Fisiologia Umana”, V Ed, Idelson-Gnocchi, 2008.
KLINKE, SILBERNAGL: “Fisiologia”, 1999 Zanichelli.
Principles of Neural Science, V ed. 2012, E. Kandel
Physiology, R.M Berne M.N. Levy
Per l'esperienza dei docenti una frequenza regolare delle lezioni aumenta nettamente le chance di ottenere un risultato brillante all'esame finale. Viceversa una scarsa frequentazione delle lezioni è un buon predittore di risultati mediocri.
Fino a nuove disposizioni delle autorità accademiche l'esame finale consisterà in un orale telematico attraverso la piattaforma MS Teams. In condizioni ordinarie invece viene svolto uno scritto con domande a risposta aperta, seguito da un orale opzionale. Tutti i dettagli sulle modalità di somministrazione vengono date sulla pagina eLearning del corso. Preghiamo gli studenti di voler consultare regolarmente detta pagina.
COVID-19: Until further notice all examinations will consist of an oral exam given through the MS Teams platform. Written and in-person exams are suspended.
In ordinary conditions: During the written examination the student will be assessed on his/her knowledge and deep understanding of the topics dealt with during the course. During the discretionary oral exam the focus will shift on the student's ability to link different topics in a comprehensive view. Details on the exam are provided on the course website (eLearning platform).
Il materiale didattico integrativo, le informazioni sugli esami e tutte le news più aggiornate sono disponibili esclusavamente sulla pagina eLearning del corso. Eventuali registrazioni audiovisive delle lezioni saranno rese disponibili sulla piattaforma MS Teams (accesso protetto da password).
RICEVIMENTO STUDENTI
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