CLM “C” IN MEDICINA E CHIRURGIA C.I. Metodologia medico-scientifica di base II

(Scienze umane 2 – Epistemologia)

A.A. 2013-2014 – I° anno, 2° semestre

ACQUISIZIONE SPERIMENTALE DELLA CONOSCENZA

NELLE “SCIENZE DELLA NATURA”.

Prof. Roberto Strom e-m: strom@bce.uniroma1.it

Sito su elearning2: EPISTEMOLOGIA 2014

La nascita, tra il ‘600 e il “700, delle “scienze sperimentali” ha generato un nuovo approccio per affrontare il problema di quanto il processo conoscitivo (nonché le sensazioni che possono essere state alla sua origine) sia effettivamente in grado di corrispondere al “VERO”. Alla stessa epoca risale anche l’introduzione di lettere nell’approccio algebrico di astrazione dei ragionamenti sulle componenti quantitative sia delle sensazioni che dei risultati sperimentali. La necessità di ottenere risultati in condizioni strettamente controllate, di modo che essi fossero riproducibili anche sotto un aspetto quantitativo, ha fatto sì che venisse abbandonato l’approccio “olistico” (globale), a favore di un approccio “riduzionistico”, nel quale si prendono in considerazione solo alcune parti (opportunamente isolate) di un organismo e le si esaminano in condizioni sperimentali ben controllate, suscettibili anche di essere alterate a volontà. Si possono così ottenere risultati anche quantitativi, da correlare ai parametri sperimentali tramite la formulazione di modelli matematici tali da permettere previsioni “falsificabili”. Singoli eventi vengono così sviscerati sia nel loro meccanismo e nelle loro eventuali conseguenze, che nei loro limiti di validità. (che aprono la porta ad ulteriori indagini). La ricostruzione di processi complessi viene ovviamente rinviata a successive fasi di sintesi.

Nel settore della medicina, ciò ha portato, nell’800, a distinguere il momento “eziologico” delle forme morbose (che mira alla identificazione della causa prima di una patologia) dal momento “patogenetico” (che chiarisce il meccanismo che provoca il danno, ne spiega i sintomi, e sottende poi alla sua evoluzione). La dimostrazione di specifiche alterazioni morfologiche (soprattutto istopatologiche) è spesso (ma non sempre!) il metodo più valido per caratterizzare il momento patogenetico e/o la sua evoluzione. L’ulteriore sviluppo, a partire dal XX secolo, di metodi di indagine a livello molecolare, più rigorosi e specifici (ma anche più complessi dal punto di vista dell’analisi dei risultati sperimentali) ha favorito ulteriori approfondimenti dell’approccio riduzionisitico, che sempre più spesso si dimostrano in grado di essere poi integrati tra loro, consentendo di stabilire collegamenti fisiopatologici sempre più coerenti, suscettibili di generare ipotesi falsificabili e conseguentemente ulteriori progressi di conoscenza.

ESEMPIO N. 1: Le emoproteine respiratorie Le emoproteine sono delle proteine di colore rosso, presenti soprattutto nel sangue. nei muscoli scheletrici e nel cuore. Il colore rosso è dovuto alla presenza, in esse, di un composto chimico (l’eme) contenente ferro. Esse sono in grado di legare l’ossigeno atmosferico.

Descrizione formale matematica del legame tra una proteina (Mioglobina) e il suo ligando (O2)

Y = x a+x

pO2

Curva di dissociazione della Mb dall’O2

Y= frazione dei siti legati a O2 , per interazione con molecole di O2 libere in soluzione

Y= MbO2/Mbtot

Hb+ nO2 HbO2n

La sigmoidicità della curva di saturazione dell’Hb è vantaggiosa:

A livello dei polmoni la pO2 è = 100 mmHg

A livello dei tessuti la pO2 è = 25-30 mm Hg

la Hb e la Mb sono sature di O2

la Hb è satura per il 25%, la Mb è satura per il 100%

La Mb lega l’O2 troppo saldamente è un deposito, non un traspor- tatore di O2

HbO2/Hb %

HbO2/HbTot

La diminuzione del pH L’aumento della [CO2] L’aumento di temperatura

spostano la curva a destra

condizioni presenti nei tessuti

l’aumento del pH la diminuzione della [CO2] la diminuzione della temperatura

fanno diminuire l’affinità

spostano la curva a sinistra fanno aumentare l’affinità

condizioni presenti nei polmoni

Grafico di Hill

Ridistribuzione spaziale delle subunità durante la transizione deossi-ossi (T/R)

Una catena α si lega più saldamente ad una β e le due si muovono come corpi rigidi, l’asse di simmetria ruota di 7,5°

Movimento del Fe dell’eme a seguito di interazione con O2

Nella forma deossi- (linea nera) il centro dell’atomo di Fe è sopra il piano della porfirina, quando assume l’O2 si muove nel piano trascinando con sé l’His prossimale e l’elica F. Nell’Hb tetramerica, le modificazioni conformaz. sono trasmesse alle altre subunità, si spezzano i legami salini intercatena e la strutt. diventa di tipo R (linea più chiara)

Nella molecola tetramerica dell’Hb, lo spostamento indotto in un eme dal suo legame con O2 si trasmette sino all’eme controlaterale attraverso una serie di contatti tra aminoacidi delle rispettive catene globiniche:

Modelli di allosteria: concertato, sequenziale

MWC

KNF

Il 2,3- DPG

•si lega alla deossiemoglobina e contrasta il legame della Hb con O2

•fa diminuire l’affinità della Hb per l’O2

Hb(O2)4 + 2,3-DPG Hb-2,3-DPG + 4O2

ESEMPIO N. 2: La conduzione dell’impulso nervoso.

Nelle vie di conduzione dello stimolo costituite, nel miocardio, dalle strutture sinciziali dei miocardiociti, la fase di ripolarizzazione, che inizia dopo l’overshoot dello spike dovuto all’apertura (fase 0) di canali del sodio, è suddivisa in più fasi: 1) “della ripolarizzazione precoce”, dovuta

ad una breve corrente transitoria in uscita di ioni K+ e ad un aumento della permeabilità agli ioni cloruro;

2) “di plateau”, dovuta all’ingresso di ioni calcio attraverso appositi canali voltaggio-dipendenti che si attivano e si disattivano assai lentamente, e che eguagliano all’incirca l’efflusso degli ioni K+;

3) “di ripolarizzazione finale”, con chiusura dei canali del calcio mentre prosegue la fuoriuscita di ioni K+;

4) “di ripristino”, con fuoriuscita di Na+, tramite la pompa Na-K (in un rapporto 3:2) + una pompa Na/Ca (in un rapporto 2:1).