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FISIOLOGIA UMANA

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Carbone - Aicardi - Cicirata Fisiologia: dalle molecole ai sistemi integrati

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PROPRIETA’ DELLA DIFFUSIONE

dxdCDJ ⋅=

(Legge di Fick)

Descrive la dipendenza della diffusione dalla concentrazione in condizioni stazionarie: J é il flusso in Moli cm-2 s-1; D é il coeff. di diffusione: dC/dx il gradiente spaziale di concentrazione

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Ad ogni istante di tempo la distribuzione delle molecole in seguito alla diffusione é descritta da una relazione matematica nota come distribuzione normale o di Gauss:

x=xc

x=-w x=w

[C]

x

( )( )

2

22

2

][ wxx c

ew

AxC−

−⋅

⋅=

π

x; posizione

[C](x); conc. in funz. x

A; area sotto la curva

w & -w; valori che delimitano il 95% di A

xc ; valore iniziale

Il 95% delle molecole sono distribuite tra -w e w.

QUAL’È LA DISTRIBUZIONE SPAZIALE DELLE MOLECOLE CHE DIFFONDONO?

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w=80

w=40

w=20

w=10

x

[C]

A

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

QUAL’È LA DIPENDENZA DAL TEMPO DELLA DIFFUSIONE?

Relazione tra w e t nel caso di diffusione monodimensionale

tDw ⋅⋅= 2

La relazione tra tempo e spazi percorsi durante la

diffusione non é lineare; per raddoppiare lo spazio

percorso in un dato intervallo occorre un tempo 4

volte maggiore.

tDw ⋅⋅= 6

Relazione tra w e t nel caso di diffusione tridimensionale

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Che relazione esiste tra D e PM?

Assumendo una molecola come una sfera ideale, il suo volume sarà:

3

34

srV ⋅⋅= π

Assumendo la densità delle molecole costante, il PM è proporzionale al volume. Un aumento di rs di 10 volte è associato ad un aumento di 1000 volte del PM

( ) 13 −∝ PMD

Fig. 6, pag. 282 da Hill B. “ionic channels of excitable mebranes” 2nd edition - Sinauer

srTkD

⋅⋅⋅⋅

=ηπ6

Nel caso della diffusione in ambiente acquoso questa relazione é precisa per molecole con raggio>>> di H20

Per molte molecole di interesse biologico D = 1x10-5 cm-2 s-1

Coefficiente di diffusione k; cost. di Boltzmann T; temp. assoluta η; viscosità del mezzo rs; raggio ideale della molecola che diffonde

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Dalla cellula uovo verso il mondo

pluricellulare: la prima divisione

(riunione dei pronuclei)

Da 2 a 4 cellule: sono le cellule

staminali embrionali totipotenti:

ognuna di loro può essere isolata e

dare origine ad un nuovo

embrione

Da 6 cellule allo stadio di morula

STADI DI SVILUPPO “IN VITRO” DI UN EMBRIONE UMANO

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Durante questi stadi di sviluppo l’embrione riceve nutrienti per diffusione.

E’ allo stadio di blastocisti che avviene

l’impianto nell’utero e la formazione di

gruppi cellulari che controllano gli scambi

con l’endometrio uterino.

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Nella blastocisti si forma una cavità che

contiene al suo interno un gruppo di cellule

(cellule della massa interna): sono le cellule

staminali multipotenti, più comunemente note

come cellule staminali embrionale (ES).

Ogni cellula staminale multipotente può dare

origine a tutti i tessuti dell’organismo adulto,

ma non a quelli degli annessi embrionali

necessari per l’impianto nell’utero.

Il trofoblasto formerà invece gli annessi

embrionali che danno origine alle strutture

vascolari che collegano tra loro il sistema

vascolare dell’embrione e quello materno.

Embrione allo stadio di blastocisti trofoblasto

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EMBRIONE ALLO STADIO DI BLASTOCISTI

I tempi di diffusione su spazi superiori a 1 mm non consentono la rapida crescita di un tessuto. La

diffusione impone quindi lo sviluppo di un sistema circolatorio che garantisca un “ambiente interno”

uguale e costante per tutte le cellule dell’organismo.

Con omeostasi si intende la capacità di mantenere stabile l’ambiente interno, ed i meccanismi che

provvedono al mantenimento dell’omeostasi vengono detti omeostatici.

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IL MARE INTERNO

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