Unit HUMAN PHYSIOLOGY 1

Course
Medicine and surgery
Study-unit Code
A000327
Location
PERUGIA
Curriculum
In all curricula
CFU
10
Course Regulation
Coorte 2020
Offered
2021/22
Type of study-unit
Obbligatorio (Required)
Type of learning activities
Attività formativa integrata

HUMAN PHYSIOLOGY - MOD. 1

Code A000329
Location PERUGIA
CFU 5
Teacher Fabio Massimo Botti
Teachers
  • Fabio Massimo Botti
Hours
  • 62.5 ore - Fabio Massimo Botti
Learning activities Base
Area Funzioni biologiche integrate di organi, sistemi e apparati umani
Academic discipline BIO/09
Type of study-unit Obbligatorio (Required)
Language of instruction Italian
Contents Sensory system
Motor system
Higher functions
Reference texts Fisiologia medica - F. Conti Edi Ermes
Kandel, Schwartz, Jessel - Principi di Neuroscienze ed. Casa Editrice Ambrosiana - III edizione italiana
Schmidt- Thews-Lang Fisiologia umana Idelson-Gnocchi
Educational objectives Knowledge of the physiology of the nervous system
Prerequisites In order to understand the contents of the course and to achieve the learning objectives, the student must possess the fundamental knowledge in:
Physics
Chemistry
Biochemistry
Human anatomy
Teaching methods theoretical and theoretical-practical frontal lessons
Other information -
Learning verification modality The level of learning achieved will be evaluated with a final oral exam consisting of two tests, which the student can take at different times. A test is aimed at ascertaining the level of knowledge reached on the theoretical contents indicated in the program related to organ physiology (cardio-circulatory, respiratory, urinary and digestive systems) and the other on the contents related to the physiology of the nervous and endocrine system. In each test the student will be asked two questions by two different teachers of the course. The test is considered to be passed if the student reaches the sufficiency in both questions. The sequence of tests is chosen by the student. The oral exam will also allow the student to verify the communication skills of the student with language properties and the organization of the exposition on the topics under discussion and his reasoning skills.
The final grade will be the average of the marks obtained in the 4 questions.

For information on support services for students with disabilities and / or DSA visit the page http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa
Extended program Physiology of muscle contraction
•. Striated muscle: types of contraction, length / strength curve, load / speed curve. Types of muscle fibers, motor units, single twitch and muscle tetanus, force modulation. Electromyography

Sensory systems.
• Organization of the sensitive system. Receptor concept, sensory modalities, receptor classification, receptor potential, intensity coding, adaptation, receptive fields, lateral inhibition. Psychophysics of perception.
• Vision. Eye: functional anatomy, photoreceptors and photo-transduction, retinal network, ganglion cells and optic nerve. Central visual pathways decussation, SNA contingents, superior colliculus, lateral geniculate body. Cortical processing: primary visual cortex (V1), receptive fields and columnar organization. Dorsal and ventral cortical pathways.
• Hearing. Ear: functional anatomy, cochlea and Corti organ, transduction mechanism, active amplification mechanisms and lateral inhibition. Acoustic pathways: tonotopic organization, ganglionic connections, spatial localization, auditory cortices.
• Vestibular receptors. Semicircular canals: structure, transduction mechanism. Utricolo and sacculo: structure, transduction mechanism. Central connections.
• Touch sense. Types of receptors and their characteristics, discrimination, metameric organization, ascending pathways, somatotopic organization.
• Proprioception. Neuromuscular spindles: structure, transduction mechanism, innervation, role of gamma innervation. Golgi -tendon organs: localization, transduction mechanism. Ascending pathways.
• Thermal sensitivity. Caloceptors, frigoceptors, ascending pathways.
• Pain. Types of pain, receptors, afferent pathways, referred pain, hyperalgesia, ascending pathways, peripheral and central control mechanisms.

Motor system and higher functions.
• Spinal cord and reflexes. Morpho-functional characteristics, basic circuits, reflex concept, modulation, deep reflexes (myotatic), superficial reflexes (flexor r.).
• Locomotion. Phillipson model, kinematics, central pattern generator, integration of afferent signals, supraspinal control.
• Posture and Balance. Postural tone, vestibular, reticular and cerebellar contributions, postural stability, visual and somatosensory contributions, integration, postural reactions, postural strategies and synergies.
• Voluntary movement. Organization of descending pathways, primary motor area, premotor areas, supplementary motor areas, reaching and grasping, mirror neurons.
• Basal ganglia, basic circuitry, direct and indirect pathways, hypo and hyperkinetic disorders, motor, oculomotor, cognitive, and limbic circuits.
• Cerebellum. G eneral organization, basic circuit, simple and complex potentials, recalibration, Typical signs of cerebellar pathology
• Eye movements. Types of eye movements, extrinsic muscles. Vestibulo-ocular reflex: control network, transfer function, time constants and central integrator. Optokinetic reflex: characteristics of the response, integration with the vestibulo-ocular reflex. Saccadic eye movements: control circuits, role of the superior colliculus, frontal eye fields. Smooth pursuit eye movements.
• Electroencephalography (EEG), sleep and consciousness. Source of EEG signal, EEG rhythms, synchronization, evoked potentials. Sleep: sleep stages,regulation of the sleep-wake cycle, circadian rhythms. Definition of consciousness, integrated information theory.
• Language and lateralization. Areas involved in languageand aphasia. Written language and spoken language. Anatomical asymmetries, studies on split brain, hemispheric specialization.
• Memory and learning. Classification criteria of types of memory. Non-associative memory (habituation and sensitization) experimental models. Associative memory, classical and operative conditioning. explicit memory implicit memory types, hippocampal role, place cells and spatial memory

HUMAN PHYSIOLOGY - MOD. 2

Code A000331
Location PERUGIA
CFU 5
Teacher Alessandro Tozzi
Teachers
  • Alessandro Tozzi
Hours
  • 62.5 ore - Alessandro Tozzi
Learning activities Base
Area Funzioni biologiche integrate di organi, sistemi e apparati umani
Academic discipline BIO/09
Type of study-unit Obbligatorio (Required)
Language of instruction Italian
Extended program Sistema nervoso
•Mezzo interno. Liquido intra- ed extracellulare. Omeostasi. Meccanismi omeostatici a feedback negativo. Il feedback positivo e i controlli anticipatori in feedforward. Movimento di molecole nell’organismo: flusso di volume e flusso per diffusione. Sistemi di comunicazione cellulare. Organizzazione generale del sistema nervoso: sistema afferente, centrale, efferente.
•Diffusione. La membrana neuronale, proteine e trasportatori. Equazione di Fick. Coefficiente di diffusione. Permeabilità. Passaggio mediato da vettori. Diffusione facilitata e trasporto attivo. Saturazione. Trasporti. Principali meccanismi di trasporto facilitato. Principali sistemi di trasporto attivo primario e secondario.
•Canali ionici. Diffusione semplice attraverso i canali ionici. Struttura proteica del canale. Canali passivi e ad accesso variabile. Selettività. Porta di apertura/chiusura e inattivazione. Meccanismi di apertura: ligando, potenziale, fosforilazione, stiramento meccanico. Meccanismo della voltaggio-dipendenza. Blocco e inattivazione. La tecnica del patch-clamp per misurazioni di correnti di singolo canale o totali. La legge di Ohm. Canali ohmici e rettificanti. Il neurone come conduttore coassiale. Registrazione dei potenziali di membrana di un neurone. Registrazione intracellulare: descrizione di potenziale di riposo, iperpolarizzazione, depolarizzazione, potenziale d'azione. Principali canali voltaggio dipendenti.
•Potenziale di membrana. Differenza di concentrazione e permeabilità di membrana. Modello semplificato della genesi del potenziale di membrana. Potenziale di equilibrio per uno ione: equazione di Nernst. equazione di Goldman. Pompa sodio/potassio: mantenimento delle concentrazioni intracellulari ed effetto elettrogenico. Permeabilità al potassio e al sodio della membrana a riposo. Contributo della pompa sodio-potassio.
•Potenziale d’azione: variazioni della permeabilità di membrana durante le fasi di salita e discesa del potenziale d'azione sodio, potassio. Effetti della corrente elettrica sulla membrana. Polarità: depolarizzazione e iperpolarizzazione. Intensità: correlazione dell'intensità dello stimolo con l'ampiezza della variazione del potenziale. Livello soglia per la nascita del potenziale d'azione. Legge del tutto o nulla. Basi ioniche. Periodo refrattario: assoluto e relativo. Meccanismi ionici del periodo refrattario.
•Conduzione dei segnali elettrici lungo le membrane eccitabili. Conduzione passiva o elettrotonica. Correnti locali o correnti elettrotoniche: andamento temporale e distribuzione spaziale del potenziale. Costante di tempo e costante di spazio. Conduzione del potenziale d'azione. Distribuzione spaziale del potenziale in un assone. Influenza del diametro dell'assone sulla costante di spazio. Relazione tra costante di spazio e rapporto resistenza di membrana/resistenza interna dell’assone. Propagazione del potenziale d'azione: stimolazione sopra soglia e registrazione lungo la fibra. Costante di spazio e velocità di propagazione del potenziale d’azione. Conduzione saltatoria. Correlazione tra velocità di conduzione e distanza tra i nodi. Classificazioni delle fibre nervose in base al diametro e alla velocità di conduzione.
•Sinapsi chimica: fase di trasmissione e ricezione. Recettori post-sinaptici ionotropici e metabotropici. Potenziali postsinaptici graduati eccitatori e inibitori. Descrizione della sinapsi neuro-muscolare. Potenziale di placca. Registrazione dei potenziali di placca in miniatura e loro scomparsa dopo distruzione del motoneurone. Concetto di “quanto” di neurotrasmettitore. Meccanismi della trasmissione sinaptica nella sinapsi neuro-muscolare; zone attive. Potenziali di placca in miniatura: dimostrazione della natura quantale del rilascio di acetilcolina. Relazioni con il numero di molecole di acetilcolina in un quanto e le vescicole sinaptiche. Numero di vescicole rilasciate. Effetti del calcio citopolasmatico sul rilascio di neurotrasmettitore. Apertura dei canali del calcio con porta a potenziale ed ingresso di calcio nel terminale. Soglia di apertura dei canali del calcio e bassa velocità di apertura. Effetto del calcio sulla probabilità di rilascio.
•Esocitosi del neurotrasmettitore. Ciclo delle vescicole sinaptiche: mobilizzazione docking e priming. Proteine regolatrici: sinapsina, sinaptotagmina, complesso SNARE, alfa-sinucleina.
•Turn-over dell’acetilcolina. Diffusione, inattivazione ad opera della acetilcolinesterasi, legame con i recettori sinaptici. Ricaptazione della colina. Azione del curaro sui recettori muscolari. Selettività ionica del recettore nicotinico muscolare dell’acetilcolina: potenziale di inversione del potenziale di placca e della corrente di singolo canale.
•Sinapsi chimica centrale. Fibre eccitatorie ed interneurone inibitorio. Potenziali postsinaptici eccitatori ed inibitori e rispettivi meccanismi ionici. Propagazione passiva dei potenziali postsinaptici. Sommazione spaziale e temporale. Inibizione presinaptica e possibili meccanismi. Facilitazione presinaptica e ruolo dei recettori nicotinici presinaptici permeabili al calcio.
•Neurotrasmettitori chimici. Definizione e classificazione. Neurotrasmettitori classici e neuropeptidi. Principali neurotrasmettitori: acetilcolina, glutammato, acido gamma-amino-butirrico (GABA), glicina, dopamina, noradrenalina, serotonina. Messaggeri retrogradi. Principio di Dale-Eccles.
•Recettori sinaptici. Principi di azione dei neurotrasmettitori: proprietà fisiologiche dei recettori ionotropi e dei recettori accoppiati a proteine G. Possibili effetti cellulari delle proteine G. Desensibilizzazione del recettore. Facilitazione sinaptica, depressione sinaptica a breve termine, potenziamento post-tetanico. Recettori del glutammato: AMPA, kainato, NMDA, metabotropici. Recettori del GABA e della glicina. Sistemi di proiezione colinergico, dopaminergico, noradrenergico e serotoninergico.
•Plasticità sinaptica. Sinaptogenesi e rimodellamento sinaptico. Fenomeni di plasticità sinaptica funzionale a breve e a lungo termine. Facilitazione sinaptica e potenziamento post tetanico. Fenomeni a lungo termine: potenziamento e depressione a lungo termine della trasmissione sinaptica; sinapsi glutammatergica, organizzazione pre- e post-sinaptica di recettori, enzimi ed elementi strutturali; ruolo del recettore NMDA. LTP e LTD: fasi precoci e tardive; modifiche pre- e post-sinaptiche; fosforilazioni, defosforilazioni, messaggeri retrogradi e rimodellamenti strutturali. Modulazione delle vie di segnalazione nella plasticità a lungo termine e ruolo delle neurotrofine.
•Muscolo scheletrico. Ultrastruttura del muscolo scheletrico. Organizzazione in miofibrille e sarcomeri. Associazione delle proteine contrattili e regolatrici. Meccanismo contrattile, interazione dei ponti trasversali con i filamenti sottili. Calcio e troponina.
•Accoppiamento elettro-meccanico. Funzione dei tubuli-T, dei recettori per la diidropiridina, rianodina. Meccanismi di recupero del calcio sarcoplasmatico: pompa calcio ATP-dipendente, scambiatore Ca2+/Na+.
•Scossa muscolare semplice. Sommazione delle scosse e tetano muscolare. Ruolo dell’ATP e apporto energetico.
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