Unit HUMAN PHYSIOLOGY 1

HUMAN PHYSIOLOGY - MOD. 1

Code	A000329
CFU	5
Learning activities	Base
Area	Funzioni biologiche integrate di organi, sistemi e apparati umani
Academic discipline	BIO/09
Type of study-unit	Obbligatorio (Required)

Cognomi A-L

CFU

5

Teacher

Fabio Massimo Botti

Teachers

• Fabio Massimo Botti

Hours

• 62.5 ore - Fabio Massimo Botti

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
Biology
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
Vegetative controls. • Autonomic nervous system. Structure, similarities and differences of the sympathetic and parasympathetic sections, neurotransmitters and receptors. •Hypothalamus. Functions: endocrine regulation, thermoregulation, nutrition regulation, emotional expression. • Basal metabolism. Concept of basal metabolic rate, energy balance, basal conditions, direct calorimetry and indirect calorimetry. • Thermoregulation. Central and peripheral temperature, heat exchange mechanisms, thermal neutral zone, responses to cold, responses to heat, fever. •Features of the endocrine system. Functions controlled by hormones, chemical nature, biosynthesis, transduction mechanisms, secretion control. • Growth hormone. Control of secretion, IGF, direct and indirect effects, interaction with other hormones, dwarfism and gigantism.•Thyroid hormones. Biosynthesis, secretion control, effects on metabolism and growth, thyroid pathologies. •Integrated blood sugar control. Insulin: biosynthesis, secretion control, metabolic effects on different target tissues, effect on growth. Glucagon: control of secretion, metabolic effects in various tissues, synergism with other hyperglycaemic hormones. •Integrated blood calcium control. Plasma calcium, calcium and phosphate balance, calcium absorption and reabsorption, bone metabolism, parathyroid hormone, calcitriol and calcitonin. •Integrated response to stress. Definition of stress, phases according to Selye, nervous arm and chemical arm. Adrenaline: biosynthesis, adrenergic receptors, metabolic effects. Cortisol: secretion control, metabolic effects, other effects.

Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile

Cognomi M-Z

CFU

5

Teacher

Fabio Massimo Botti

Teachers

• Fabio Massimo Botti

Hours

• 62.5 ore - Fabio Massimo Botti

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
Biology
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
Vegetative controls. • Autonomic nervous system. Structure, similarities and differences of the sympathetic and parasympathetic sections, neurotransmitters and receptors. •Hypothalamus. Functions: endocrine regulation, thermoregulation, nutrition regulation, emotional expression. • Basal metabolism. Concept of basal metabolic rate, energy balance, basal conditions, direct calorimetry and indirect calorimetry. • Thermoregulation. Central and peripheral temperature, heat exchange mechanisms, thermal neutral zone, responses to cold, responses to heat, fever. •Features of the endocrine system. Functions controlled by hormones, chemical nature, biosynthesis, transduction mechanisms, secretion control. • Growth hormone. Control of secretion, IGF, direct and indirect effects, interaction with other hormones, dwarfism and gigantism.•Thyroid hormones. Biosynthesis, secretion control, effects on metabolism and growth, thyroid pathologies. •Integrated blood sugar control. Insulin: biosynthesis, secretion control, metabolic effects on different target tissues, effect on growth. Glucagon: control of secretion, metabolic effects in various tissues, synergism with other hyperglycaemic hormones. •Integrated blood calcium control. Plasma calcium, calcium and phosphate balance, calcium absorption and reabsorption, bone metabolism, parathyroid hormone, calcitriol and calcitonin. •Integrated response to stress. Definition of stress, phases according to Selye, nervous arm and chemical arm. Adrenaline: biosynthesis, adrenergic receptors, metabolic effects. Cortisol: secretion control, metabolic effects, other effects.

Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile

HUMAN PHYSIOLOGY - MOD. 2

Code	A000331
CFU	5
Learning activities	Base
Area	Funzioni biologiche integrate di organi, sistemi e apparati umani
Academic discipline	BIO/09
Type of study-unit	Obbligatorio (Required)

Cognomi A-L

CFU

5

Teacher

Alessandro Tozzi

Teachers

• Alessandro Tozzi

Hours

• 62.5 ore - Alessandro Tozzi

Language of instruction

Italian

Contents

FISIOLOGIA I

SISTEMA NERVOSO
•Sistema sensitivo; Sensibilità somatica; Propriocezione; Apparato acustico; Apparato visivo; Gusto e olfatto;
•Muscolo scheletrico; Accoppiamento elettro-meccanico; Biofisica del sistema contrattile; Unità motorie.
•Muscolo liscio.
•Midollo spinale; Riflessi.
•Tronco-Diencefalo; Postura ed equilibrio.
•Corteccia motoria; Nuclei della base e cervelletto.
•Movimenti di inseguimento e ballistici.
•Funzioni superiori.

APPARATO ENDOCRINO
•Metabolismo basale.
•Termoregolazione.
•Caratteristiche del sistema endocrino.
•Ormone somatotropo; Ormoni tiroidei.
•Controllo integrato della glicemia; Controllo integrato della calcemia.
•Cortisolo.
•Sistema nervoso autonomo; Ipotalamo

Extended program

FISIOLOGIA I

Sistema nervoso
•Mezzo interno. Liquido intra- ed extracellulare. Omeostasi. Meccanismi omeostatici a feedback negativo. Il feedback positivo e i controlli anticipatori in feed-forward. 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 voltaggio dipendenti 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.
•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, ruolo delle neurotrofine e possibile ruolo del sistema immunitario.
•Sistema nervoso autonomo. Funzioni. Struttura, similitudini e differenze della sezione simpatica e di quella parasimpatica. Neuroni pre- e post-gangliari. Neurotrasmettitori e recettori. L’ipotalamo e meccanismi di controllo vegetativi.

•Sistema sensitivo.
•Recettori. Classificazione. Potenziale di recettore e generatore. Trasduzione. Codificazione in ampiezza e frequenza. Soglia. Relazione intensità dello stimolo / ampiezza del potenziale di recettore e frequenza dei potenziali d’azione. Soglia del recettore. Legge di Stevens. Recettori con esponente minore, uguale e maggiore di 1. Saturazione. Adattamento: tonicità e fasicità. Modalità della sensazione. Stimolo adeguato. Potenziale di recettore o potenziale generatore.
•Sensibilità somatica. Sensibilità tattile: recettori tonici e fasici, soglia assoluta soglia spaziale simultanea. Inibizione laterale. Vie centrali. Morfognosia, ilognosia, stereognosia. Vibrazione. Solletico.
Sensibilità termica. Calocettori, frigocettori. Vie centrali. Psicofisica della sensazione termica.
Sensibilità dolorifica. Classificazione dei recettori. Tipi di dolore. Sistema afferente. Specificità del segnale dolorifico e meccanismi di stimolazione. Neuroni ad ampio spettro dinamico (allodinia) e neuroni specifici. Neurotrasmettitori e neuromodulatori del dolore. Iperalgesia primaria e secondaria. Tessuti sensibili. Dolore riferito. Controllo di entrata e discendente del dolore.
•Propriocezione. Meccanismi di attivazione recettoriale. Afferenze primarie e secondarie del fuso neuromuscolare. Innervazione gamma statica e dinamica. Organo muscolo-tendineo del Golgi. Sensibilità alle variazioni di lunghezza, velocità e forza. Riflessi propriocettivi.
Apparato vestibolare. Canali semicircolari e sensibilità all’accelerazione angolare. Meccanismi di stimolazione recettoriale. Sistema otolitico: sensibilità alla gravità e alle accelerazioni rettolineari. Trasferimento centrale dell’informazione dei canali semicircolari e dei recettori otolitici. Effetti oculari e posturali: stimolazioni naturali e cliniche. Lesione labirintica.
•Apparato acustico. Trasmissione del suono: timpano, via ossea e aerea, orecchio interno, oscillazione scala vestibolare, media e timpanica. Organo del Corti. Onda viaggiante. Cellule ciliate esterne ed interne. Meccanismo di eccitazione e oscillazione delle cellule acustiche. Sistema efferente. Potenziali microfonici. Otoemissioni acustiche. Meccanismi di separazione delle frequenze. Separazione spaziale, phase locking, teoria duplex. Nuclei centrali e corteccia acustica: organizzazione funzionale del sistema uditivo centrale. Separazione spaziale dei suoni. Psicofisica. Audiogramma. Localizzazione dei suoni. Mascheramento.
•Apparato visivo. Mezzi diottrici, formazione delle immagini sulla retina, accomodazione, vizi di rifrazione, riflessi pupillari, fondo oculare. Miosi, midriasi, accomodazione e convergenza. Retina: bastoncelli e coni, cellule bipolari, orizzontali, curva fotopica e scotopica, adattamento al buio e alla luce, risposte recettoriale, corrente al buio, trasduzione del segnale e amplificazione. Rete retinica. Cellule ganglionari on e off, campi recettivi, vie centrali, corteccia visiva. Cellule semplici, complesse, ipercomplesse. Psicofisica della visione, acuità visiva, visione dei colori, contrasto. Campo visivo, visione binoculare, convergenza, oroptero, punti corrispondenti, stereoscopia. Riconoscimento delle immagini.
•Gusto e olfatto. Recettori, discriminazione e vie centrali.

Muscolo scheletrico e liscio.
•Muscolo scheletrico. Architettura generale del muscolo scheletrico: muscolo pennato e fusiforme. Organizzazione in costameri, miofibrille e sarcomeri. Ultrastruttura del muscolo scheletrico. 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.
•Biofisica del sistema contrattile. Tensione muscolare e carico. Contrazione isometrica ed isotonica. Forza, Lunghezza, Velocità, Potenza. Relazione tensione-lunghezza. Tensione attiva, passiva e totale. Relazione forza-velocità. Potenza meccanica.
•Unità motorie. Fibre muscolari e unità motorie FF, FR, S, fatica muscolare, ordine di reclutamento. Controllo della forza: reclutamento e frequenza (Inibizione di Renshaw).
•Muscolo liscio. Muscolo liscio unitario e multiunitario. Funzione. Fattori stimolanti la contrazione. Potenziale d’azione del muscolo liscio, fattori ormonali, paracrini e stiramento. Onde lente, tono miogeno. Potenziali pace-maker. Accoppiamento elettro-meccanico. Ciclo dei ponti trasversi. Contrazione fasica e tonica. Relazione lunghezza-tensione, curva forza velocità.
•Midollo spinale. Sezioni spinali, effetti immediati e tardivi delle lesioni, organizzazione: afferenza, efferenza metamerica, connessioni intersegmentali. Riflesso H.
•Riflessi. Riflessi superficiali e profondi: diverso significato e influenze superiori.
•Tronco-Diencefalo. Ruolo sensitivo sistemi specifici e aspecifici, posturale, ipertonie da decerebrazioni, centri tonogeni.
•Postura ed equilibrio. Riflesso miotatico fasico, tonico, riflesso inverso da stiramento, riflesso estensore crociato. Fusi neuromuscolari, organi muscolo-tendinei del Golgi: controllo lunghezza e forza. Short and long loop dei riflessi posturali, diverso contributo alla risposta alla perturbazione. Adattamento delle risposte alla situazione posturale. Funzioni motorie del tronco dell'encefalo, riflessi posturali, riflessi di raddrizzamento, riflessi vestibolari, riflessi cervicali. Vie vestibolo-spinali, vie reticolo-spinali, via rubro-spinale. Vie reticolo-spinali laterali e mediali.
•Corteccia motoria, vie discendenti dalla corteccia cerebrale, area motoria primaria, mappa somatotopica, esperimenti di microstimolazione e rappresentazione dei movimenti, organizzazione colonnare, attività dei neuroni dell'area motoria primaria. Afferenze sensoriali e controllo del movimento. Area supplementare motoria (o area motoria secondaria). Potenziale premotorio, ideazione del movimento, corteccia premotoria, corteccia parietale posteriore. Codificazione della forza e della direzione.
•Nuclei della base e cervelletto. Fascio piramidale ed extrapiramidale. Cervelletto: effetto della lesione, contributo alla postura e al movimento, organizzazione delle microzonule. Apprendimento ed LTD nel cervelletto.
•Movimenti di inseguimento e ballistici. Controllo in feed-back and feed-forward. Strategia e tattica motoria: Sequenza delle aree di attivazione motorie. Interneuroni spinali.
Sistema oculomotore. Riflessi vestibolo-oculari, optocinetici. Movimenti saccadici e di inseguimento.
•Funzioni superiori. EEG: origine dei ritmi. Registrazione delle onde. Ruolo delle cellule corticali e dei nuclei talamici. Cellule pacemaker talamici. Sincronizzazione e desincronizzazione. Proiezione afferente diffusa. potenziali evocati. Sonno-veglia: fasi del sonno, sonno REM. Linguaggio. Memoria e riflesso condizionato.

APPARATO ENDOCRINO
Funzioni: regolazione endocrina, termoregolazione, regolazione dell’alimentazione, espressione emozionale.
•Metabolismo basale. Concetto di metabolismo basale, bilancio energetico, condizioni basali, calorimetria diretta e calorimetria indiretta.
•Termoregolazione. Temperatura centrale e periferica, meccanismi di scambio del calore, zona termica neutra, risposte al freddo, risposte al caldo, febbre.
•Caratteristiche del sistema endocrino. Funzioni controllate dagli ormoni, natura chimica, biosintesi, meccanismi di trasduzione, controllo della secrezione.
•Ormone somatotropo. Controllo della secrezione, IGF, effetti diretti ed indiretti, interazione con altri ormoni, nanismo e gigantismo.
•Ormoni tiroidei. Biosintesi, controllo della secrezione, effetti sul metabolismo e sull’accrescimento, patologie della tiroide.
•Controllo integrato della glicemia. Insulina: biosintesi, controllo della secrezione, effetti metabolici sui diversi tessuti bersaglio, effetto sull’accrescimento. Glucagone: controllo della secrezione, effetti metabolici nei vari tessuti, sinergismo con gli altri ormoli iperglicemizzaanti.
•Controllo integrato della calcemia. Calcio plasmatico, bilancio del calcio e del fosfato, assorbimento e riassorbimento del calcio, metabolismo dell’osso, paratormone, calcitriolo e calcitonina. •Risposta integrata allo stress. Definizione di stress, fasi secondo Selye, braccio nervoso e braccio chimico. Adrenalina: biosintesi, recettori adrenergici, effetti metabolici.
•Cortisolo. Controllo della secrezione, effetti metabolici, altri effetti.
Controlli vegetativi.
•Sistema nervoso autonomo. Struttura, similitudini e differenze della sezione simpatica e di quella parasimpatica, neurotrasmettitori e recettori.
•Ipotalamo

Cognomi M-Z

CFU

5

Teacher

Alessandro Tozzi

Teachers

• Alessandro Tozzi

Hours

• 62.5 ore - Alessandro Tozzi

Language of instruction

Italian

Contents

FISIOLOGIA I

SISTEMA NERVOSO
•Sistema sensitivo; Sensibilità somatica; Propriocezione; Apparato acustico; Apparato visivo; Gusto e olfatto;
•Muscolo scheletrico; Accoppiamento elettro-meccanico; Biofisica del sistema contrattile; Unità motorie.
•Muscolo liscio.
•Midollo spinale; Riflessi.
•Tronco-Diencefalo; Postura ed equilibrio.
•Corteccia motoria; Nuclei della base e cervelletto.
•Movimenti di inseguimento e ballistici.
•Funzioni superiori.

APPARATO ENDOCRINO
•Metabolismo basale.
•Termoregolazione.
•Caratteristiche del sistema endocrino.
•Ormone somatotropo; Ormoni tiroidei.
•Controllo integrato della glicemia; Controllo integrato della calcemia.
•Cortisolo.
•Sistema nervoso autonomo; Ipotalamo

Extended program

FISIOLOGIA I

Sistema nervoso
•Mezzo interno. Liquido intra- ed extracellulare. Omeostasi. Meccanismi omeostatici a feedback negativo. Il feedback positivo e i controlli anticipatori in feed-forward. 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 voltaggio dipendenti 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.
•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, ruolo delle neurotrofine e possibile ruolo del sistema immunitario.
•Sistema nervoso autonomo. Funzioni. Struttura, similitudini e differenze della sezione simpatica e di quella parasimpatica. Neuroni pre- e post-gangliari. Neurotrasmettitori e recettori. L’ipotalamo e meccanismi di controllo vegetativi.

•Sistema sensitivo.
•Recettori. Classificazione. Potenziale di recettore e generatore. Trasduzione. Codificazione in ampiezza e frequenza. Soglia. Relazione intensità dello stimolo / ampiezza del potenziale di recettore e frequenza dei potenziali d’azione. Soglia del recettore. Legge di Stevens. Recettori con esponente minore, uguale e maggiore di 1. Saturazione. Adattamento: tonicità e fasicità. Modalità della sensazione. Stimolo adeguato. Potenziale di recettore o potenziale generatore.
•Sensibilità somatica. Sensibilità tattile: recettori tonici e fasici, soglia assoluta soglia spaziale simultanea. Inibizione laterale. Vie centrali. Morfognosia, ilognosia, stereognosia. Vibrazione. Solletico.
Sensibilità termica. Calocettori, frigocettori. Vie centrali. Psicofisica della sensazione termica.
Sensibilità dolorifica. Classificazione dei recettori. Tipi di dolore. Sistema afferente. Specificità del segnale dolorifico e meccanismi di stimolazione. Neuroni ad ampio spettro dinamico (allodinia) e neuroni specifici. Neurotrasmettitori e neuromodulatori del dolore. Iperalgesia primaria e secondaria. Tessuti sensibili. Dolore riferito. Controllo di entrata e discendente del dolore.
•Propriocezione. Meccanismi di attivazione recettoriale. Afferenze primarie e secondarie del fuso neuromuscolare. Innervazione gamma statica e dinamica. Organo muscolo-tendineo del Golgi. Sensibilità alle variazioni di lunghezza, velocità e forza. Riflessi propriocettivi.
Apparato vestibolare. Canali semicircolari e sensibilità all’accelerazione angolare. Meccanismi di stimolazione recettoriale. Sistema otolitico: sensibilità alla gravità e alle accelerazioni rettolineari. Trasferimento centrale dell’informazione dei canali semicircolari e dei recettori otolitici. Effetti oculari e posturali: stimolazioni naturali e cliniche. Lesione labirintica.
•Apparato acustico. Trasmissione del suono: timpano, via ossea e aerea, orecchio interno, oscillazione scala vestibolare, media e timpanica. Organo del Corti. Onda viaggiante. Cellule ciliate esterne ed interne. Meccanismo di eccitazione e oscillazione delle cellule acustiche. Sistema efferente. Potenziali microfonici. Otoemissioni acustiche. Meccanismi di separazione delle frequenze. Separazione spaziale, phase locking, teoria duplex. Nuclei centrali e corteccia acustica: organizzazione funzionale del sistema uditivo centrale. Separazione spaziale dei suoni. Psicofisica. Audiogramma. Localizzazione dei suoni. Mascheramento.
•Apparato visivo. Mezzi diottrici, formazione delle immagini sulla retina, accomodazione, vizi di rifrazione, riflessi pupillari, fondo oculare. Miosi, midriasi, accomodazione e convergenza. Retina: bastoncelli e coni, cellule bipolari, orizzontali, curva fotopica e scotopica, adattamento al buio e alla luce, risposte recettoriale, corrente al buio, trasduzione del segnale e amplificazione. Rete retinica. Cellule ganglionari on e off, campi recettivi, vie centrali, corteccia visiva. Cellule semplici, complesse, ipercomplesse. Psicofisica della visione, acuità visiva, visione dei colori, contrasto. Campo visivo, visione binoculare, convergenza, oroptero, punti corrispondenti, stereoscopia. Riconoscimento delle immagini.
•Gusto e olfatto. Recettori, discriminazione e vie centrali.

Muscolo scheletrico e liscio.
•Muscolo scheletrico. Architettura generale del muscolo scheletrico: muscolo pennato e fusiforme. Organizzazione in costameri, miofibrille e sarcomeri. Ultrastruttura del muscolo scheletrico. 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.
•Biofisica del sistema contrattile. Tensione muscolare e carico. Contrazione isometrica ed isotonica. Forza, Lunghezza, Velocità, Potenza. Relazione tensione-lunghezza. Tensione attiva, passiva e totale. Relazione forza-velocità. Potenza meccanica.
•Unità motorie. Fibre muscolari e unità motorie FF, FR, S, fatica muscolare, ordine di reclutamento. Controllo della forza: reclutamento e frequenza (Inibizione di Renshaw).
•Muscolo liscio. Muscolo liscio unitario e multiunitario. Funzione. Fattori stimolanti la contrazione. Potenziale d’azione del muscolo liscio, fattori ormonali, paracrini e stiramento. Onde lente, tono miogeno. Potenziali pace-maker. Accoppiamento elettro-meccanico. Ciclo dei ponti trasversi. Contrazione fasica e tonica. Relazione lunghezza-tensione, curva forza velocità.
•Midollo spinale. Sezioni spinali, effetti immediati e tardivi delle lesioni, organizzazione: afferenza, efferenza metamerica, connessioni intersegmentali. Riflesso H.
•Riflessi. Riflessi superficiali e profondi: diverso significato e influenze superiori.
•Tronco-Diencefalo. Ruolo sensitivo sistemi specifici e aspecifici, posturale, ipertonie da decerebrazioni, centri tonogeni.
•Postura ed equilibrio. Riflesso miotatico fasico, tonico, riflesso inverso da stiramento, riflesso estensore crociato. Fusi neuromuscolari, organi muscolo-tendinei del Golgi: controllo lunghezza e forza. Short and long loop dei riflessi posturali, diverso contributo alla risposta alla perturbazione. Adattamento delle risposte alla situazione posturale. Funzioni motorie del tronco dell'encefalo, riflessi posturali, riflessi di raddrizzamento, riflessi vestibolari, riflessi cervicali. Vie vestibolo-spinali, vie reticolo-spinali, via rubro-spinale. Vie reticolo-spinali laterali e mediali.
•Corteccia motoria, vie discendenti dalla corteccia cerebrale, area motoria primaria, mappa somatotopica, esperimenti di microstimolazione e rappresentazione dei movimenti, organizzazione colonnare, attività dei neuroni dell'area motoria primaria. Afferenze sensoriali e controllo del movimento. Area supplementare motoria (o area motoria secondaria). Potenziale premotorio, ideazione del movimento, corteccia premotoria, corteccia parietale posteriore. Codificazione della forza e della direzione.
•Nuclei della base e cervelletto. Fascio piramidale ed extrapiramidale. Cervelletto: effetto della lesione, contributo alla postura e al movimento, organizzazione delle microzonule. Apprendimento ed LTD nel cervelletto.
•Movimenti di inseguimento e ballistici. Controllo in feed-back and feed-forward. Strategia e tattica motoria: Sequenza delle aree di attivazione motorie. Interneuroni spinali.
Sistema oculomotore. Riflessi vestibolo-oculari, optocinetici. Movimenti saccadici e di inseguimento.
•Funzioni superiori. EEG: origine dei ritmi. Registrazione delle onde. Ruolo delle cellule corticali e dei nuclei talamici. Cellule pacemaker talamici. Sincronizzazione e desincronizzazione. Proiezione afferente diffusa. potenziali evocati. Sonno-veglia: fasi del sonno, sonno REM. Linguaggio. Memoria e riflesso condizionato.

APPARATO ENDOCRINO
Funzioni: regolazione endocrina, termoregolazione, regolazione dell’alimentazione, espressione emozionale.
•Metabolismo basale. Concetto di metabolismo basale, bilancio energetico, condizioni basali, calorimetria diretta e calorimetria indiretta.
•Termoregolazione. Temperatura centrale e periferica, meccanismi di scambio del calore, zona termica neutra, risposte al freddo, risposte al caldo, febbre.
•Caratteristiche del sistema endocrino. Funzioni controllate dagli ormoni, natura chimica, biosintesi, meccanismi di trasduzione, controllo della secrezione.
•Ormone somatotropo. Controllo della secrezione, IGF, effetti diretti ed indiretti, interazione con altri ormoni, nanismo e gigantismo.
•Ormoni tiroidei. Biosintesi, controllo della secrezione, effetti sul metabolismo e sull’accrescimento, patologie della tiroide.
•Controllo integrato della glicemia. Insulina: biosintesi, controllo della secrezione, effetti metabolici sui diversi tessuti bersaglio, effetto sull’accrescimento. Glucagone: controllo della secrezione, effetti metabolici nei vari tessuti, sinergismo con gli altri ormoli iperglicemizzaanti.
•Controllo integrato della calcemia. Calcio plasmatico, bilancio del calcio e del fosfato, assorbimento e riassorbimento del calcio, metabolismo dell’osso, paratormone, calcitriolo e calcitonina. •Risposta integrata allo stress. Definizione di stress, fasi secondo Selye, braccio nervoso e braccio chimico. Adrenalina: biosintesi, recettori adrenergici, effetti metabolici.
•Cortisolo. Controllo della secrezione, effetti metabolici, altri effetti.
Controlli vegetativi.
•Sistema nervoso autonomo. Struttura, similitudini e differenze della sezione simpatica e di quella parasimpatica, neurotrasmettitori e recettori.
•Ipotalamo