Anatomia e fisiologia dei sistemi del corpo umano

In una giornata fredda la temperatura corporea di una persona tende a scendere sotto i 37 gradi. Descrivi, individuando i tre componenti dell'anello omeostatico, in che modo l'organismo riporta la temperatura al valore di riferimento.

1. 01Recettore

   I termorecettori cutanei e l'ipotalamo rilevano l'abbassamento della temperatura rispetto al set point (circa 37 gradi).

2. 02Centro di controllo

   L'ipotalamo confronta il valore rilevato con il set point e, constatato lo scostamento negativo, attiva le risposte di conservazione e produzione di calore.

3. 03Effettori

   I vasi sanguigni cutanei si restringono (vasocostrizione) per ridurre la dispersione di calore e i muscoli scheletrici producono brivido (contrazioni involontarie) che genera calore metabolico.

4. 04Risposta e ritorno al set point

   L'aumento di calore prodotto e trattenuto riporta la temperatura verso i 37 gradi; quando il valore è ripristinato, i recettori non segnalano più lo scostamento e la risposta cessa.

Risultato: La temperatura corporea viene riportata al valore di riferimento: l'esempio mostra un feedback negativo, perché la risposta si oppone alla variazione iniziale e tende ad annullarla.

Un ragazzo a riposo respira 12 volte al minuto con un volume corrente (volume di aria mossa a ogni atto respiratorio) di 0,5 L. Calcola la ventilazione polmonare al minuto. Sapendo che circa 150 mL per ogni atto restano nello spazio morto anatomico (vie aeree non coinvolte nello scambio), determina la ventilazione alveolare al minuto.

1. 01Ventilazione al minuto

   Si moltiplica la frequenza respiratoria per il volume corrente.

2. 02Volume alveolare per atto

   Si sottrae lo spazio morto (0,150 L) al volume corrente: 0,5 L meno 0,150 L uguale 0,350 L.

3. 03Ventilazione alveolare

   Si moltiplica il volume alveolare utile per la frequenza.

Risultato: La ventilazione polmonare al minuto è 6 L/min, mentre la ventilazione alveolare effettiva (quella che partecipa allo scambio gassoso) è 4,2 L/min: lo spazio morto riduce il volume d'aria realmente utile per la respirazione esterna.

Uno stimolo applicato al piede provoca una risposta che richiede, per la sola conduzione lungo una fibra nervosa lunga 0,90 m, un tempo di 0,015 s. Calcola la velocità di conduzione dell'impulso lungo la fibra e classifica qualitativamente la fibra (mielinizzata o amielinica).

1. 01Dati

   Lunghezza della fibra L uguale 0,90 m; tempo di conduzione t uguale 0,015 s.

2. 02Formula della velocità

   La velocità è il rapporto tra spazio percorso e tempo impiegato.

3. 03Calcolo

   Si sostituiscono i valori: 0,90 m diviso 0,015 s.

4. 04Interpretazione

   Una velocità di 60 m/s è tipica delle fibre mielinizzate di medio-grande diametro, in cui la conduzione saltatoria tra i nodi di Ranvier accelera molto la propagazione rispetto alle fibre amieliniche (pochi m/s).

Risultato: La velocità di conduzione è 60 m/s, valore compatibile con una fibra mielinizzata: la guaina mielinica e i nodi di Ranvier rendono la conduzione saltatoria molto più rapida.

Dopo una prima somministrazione di un vaccino, la concentrazione di anticorpi nel sangue di un paziente raggiunge un valore massimo relativamente basso dopo circa due settimane. A distanza di mesi viene somministrata una dose di richiamo e la concentrazione di anticorpi sale a un valore molto più alto in pochi giorni. Spiega il fenomeno in termini immunologici.

1. 01Risposta primaria

   Al primo contatto con l'antigene i linfociti B specifici devono essere selezionati, attivati e proliferare: la risposta è lenta (giorni-settimane) e produce una quantità modesta di anticorpi (curva primaria, Fig. 5).

2. 02Formazione della memoria

   Durante la risposta primaria, oltre alle plasmacellule, si generano cellule B della memoria a lunga vita, specifiche per quell'antigene.

3. 03Risposta secondaria

   Al richiamo, le cellule della memoria già presenti riconoscono subito l'antigene e si differenziano rapidamente in plasmacellule: la risposta è più rapida, più intensa e più duratura (curva secondaria, Fig. 5).

4. 04Conclusione

   Il vaccino sfrutta proprio questo meccanismo: induce la memoria immunitaria senza causare la malattia, così che a un'eventuale infezione reale l'organismo risponda come a un secondo contatto.

Risultato: L'aumento più rapido e marcato degli anticorpi dopo il richiamo si spiega con l'azione delle cellule della memoria, che rendono la risposta secondaria molto più efficiente: è il fondamento dell'immunizzazione attiva mediante vaccinazione.

L'avambraccio può essere schematizzato come una leva imperniata nel gomito. Il bicipite si inserisce a 4 cm dal gomito (fulcro) ed esercita una forza diretta verso l'alto; nella mano, a 32 cm dal gomito, viene sostenuto un peso di 20 N. Calcola la forza che il bicipite deve sviluppare per mantenere l'avambraccio in equilibrio orizzontale (trascurando il peso dell'avambraccio).

1. 01Condizione di equilibrio

   All'equilibrio il momento della forza muscolare attorno al fulcro eguaglia il momento del peso.

2. 02Dati

   Braccio del muscolo b_m uguale 4 cm uguale 0,04 m; braccio del peso b_P uguale 32 cm uguale 0,32 m; peso P uguale 20 N.

3. 03Isolamento dell'incognita

   Si ricava la forza muscolare dividendo il momento del peso per il braccio del muscolo.

4. 04Calcolo

   Si esegue il calcolo: 20 per 0,32 uguale 6,4; 6,4 diviso 0,04 uguale 160.

Risultato: Il bicipite deve sviluppare una forza di 160 N, cioè otto volte il peso sostenuto: essendo il braccio del muscolo molto più corto di quello del carico, questa leva privilegia l'ampiezza e la rapidità del movimento a scapito della forza, una caratteristica tipica delle leve dell'apparato locomotore.