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PORTALE DELLA DIDATTICA

Fondamenti di biologia, anatomia e fisiologia

01NEAMA

A.A. 2019/20

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea in Ingegneria Biomedica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 55.5
Esercitazioni in aula 4.5
Tutoraggio 30
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Roatta Silvestro - Corso 1 Personale di altra universita   33 3 0 0 10
Roatta Silvestro - Corso 2 Personale di altra universita   33 3 0 0 10
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
BIO/09 6 C - Affini o integrative Attività formative affini o integrative
2018/19
L'insegnamento intende fornire agli studenti una visione integrata del funzionamento del corpo umano dei principali sistemi di regolazione e delle loro interazioni. Nell'ambito del corso saranno inoltre fornite le necessarie nozioni propedeutiche di Biologia e di Anatomia e un'introduzione alla terminologia e alle convenzioni in uso nell'ambito biomedico.
The course provides an integrated view of the different body functions, regulatory systems and their interactions. During the course the basic notions of biology and anatomy will be introduced. Information about the terminology used in the biomedical field will be provided.
Lo studente dovrà possedere una visione di insieme del corpo umano, una comprensione del funzionamento dei vari sistemi e apparati come descritti nel programma del corso e dovrà aver acquisito famigliarità con la terminologia necessaria alla loro trattazione. Le nozioni acquisite gli consentiranno di ragionare sui meccanismi di adattamento del corpo alle mutevoli situazioni interne ed ambientali, e sui vari sistemi di regolazione e che garantiscono il mantenimento dell'omeostasi e la sopravvivenza. Il bagaglio di conoscenza e il linguaggio acquisito dovranno inoltre facilitare lo studente nel dialogo con interlocutori di estrazione biomedica e nell'approfondimento di argomenti specifici nella letteratura medica.
After attending the course the student should have acquired a comprehensive understanding of body functions and should be able to identify and describe the regulatory mechanisms that respond to internal and environmental challenges, and grant the maintenance of homeostasis and survival. At the end of the course the student should have improved his capacity to discuss and interact with professionals with biomedical background.
Nessuno.
No specific prerequisites.
La cellula Accenni di microscopia ottica ed elettronica. La cellula eucariotica: definizione della struttura e del funzionamento dei differenti organelli. Struttura e funzioni della membrana plasmatica e concetto di mosaico fluido. Reticolo endoplasmatico liscio e rugoso. Apparato di Golgi e lisosomi. Citoscheletro: microfilamenti, microtubuli e filamenti intermedi. Struttura e funzione del nucleo: meccanismi di replicazione e trascrizione del DNA e traduzione proteica. Meccanismi di regolazione dell'espressione genica, il promotore di un gene, i fattori di trascrizione, gli enhancers, la regolazione dell'impacchettamento della cromatina. Meccanismi di divisione cellulare: mitosi e meiosi. Tessuti Giunzioni cellulari: desmosomi, emidesmosomi, giunzioni occludenti, giunzioni intermedie e giunzioni comunicanti (gap Junctions). Tessuti: definizione della composizione e della funzione della matrice extracellulare (glicosamminoglicani, proteoglicani, aggrecani, fibre collagene e fibre elastiche, fibre reticolari). Tessuto connettivo: classificazione (tessuto connettivo propriamente detto (denso, lasso), cartilagineo e osseo) e funzionamento. Caratterizzazione della struttura e del ruolo del tessuto cartilagineo (cartilagine ialina, fibrosa ed elastica). Struttura del tessuto osseo lamellare (spugnoso e compatto: osteone). Accenni all'utilizzo di scaffold ossei (protesi ed impianti). Sistema nervoso generale Correnti ioniche di diffusione attraverso la membrana e condizione di equilibrio (Legge di Nernst), concetto di gradiente elettrochimico. Potenziale di membrana. Conduzione di stimoli elettrici nella fibra nervosa passiva (propagazione elettrotonica). Il potenziale d’azione, meccanismi di insorgenza e sviluppo. Conduzione di potenziali d’azione in fibre mieliniche e amieliniche. Canali ionici, tipi e caratteristiche (cenni). Sinapsi elettriche (cenni). La sinapsi chimica, funzionamento, potenziali post-sinaptici eccitatori e inibitori, integrazione a livello del neurone, sommazione spaziale e temporale, Neurotrasmettitori (cenni). Tipi di recettori postsinaptici (cenni). I recettori somatici, caratteristiche generali e classificazione. Processo di trasduzione e codifica dello stimolo. Potenziale di recettore. Sensibilità statica e dinamica, adattamento. Dallo stimolo alla sensazione: soglia assoluta e differenziale, soglia di discriminazione spaziale, legge di Weber-Fechner (cenni). Muscolo Il muscolo scheletrico, basi anatomiche; accoppiamento eccitazione-contrazione e ruolo del Ca endoplasmatico. La scossa semplice, contrazione subtetanica e tetanica. Contrazione isometrica e isotonica. Relazione forza-lunghezza e forza-velocità. Unità motoria. Tipi di fibre muscolari: toniche e fasiche. Strategie per il controllo della forza sviluppata. Metabolismo muscolare (cenni). Farmacologia e patologia (cenni). Sistema nervoso centrale e periferico Sistema nervoso centrale e periferico: organizzazione generale anatomica e funzionale. Glia nel sistema nervoso centrale e periferico. Liquido cerebrospinale. Sensibilità somatica: campo recettivo di un neurone, vie leminscale ed extralemniscale. Organizzazione somatotopica della corteccia somatosensitiva e motoria; organizzazione generale della corteccia cerebrale (cenni); EEG (cenni). Cenni di controllo motorio: caratterizzazione delle principali classi di movimento (riflessi, ritmici, posturali, volontari). Recettore fusale e sua funzione (controllo efferente gamma: escluso). Il riflesso miotatico. Il riflesso flessorio di retrazione. Vie corticospinali. Organizzazione gerarchica delle principali strutture coinvolte nel controllo motorio. Il sistema nervoso autonomo: caratteristiche anatomiche, neurotrasmettitori, peculiarità dei due sottosistemi: simpatico e parasimpatico. Apparato cardio-circolatorio Il cuore: cenni di anatomia, eccitazione ritmica del cuore e conduzione dell’eccitazione durante il ciclo cardiaco, concetto di dipolo elettrico e elettrocardiogramma nelle tre derivazioni bipolari standard (Einthoven), aritmie cardiache (cenni). Analisi del ciclo cardiaco in termini di volume e pressione in relazione all’ECG. Toni cardiaci. Regolazione intrinseca della gittata sistolica (legge di Frank-Starling). Regolazione dell’attività cardiaca da parte del sistema nervoso. Circolazione sistemica: cenni di anatomia, concetto di resistenza idraulica e di caduta di pressione, legge di Poiseuille, andamento della pressione del sangue nell’albero circolatorio e azione del sistema simpatico sul letto vascolare; onda pulsatoria e polso arterioso, variazioni di pressione nell’albero circolatorio legate alla postura. Misura della pressione arteriosa. regolazione della pressione arteriosa: determinanti della pressione arteriosa sistemica, riflessi a breve, medio e lungo termine, determinanti del ritorno venoso. Compartimenti liquidi dell’organismo e equilibrio osmotico (cenni), filtrazione capillare, azione del sistema linfatico (cenni), edema e sue cause, controllo metabolico della perfusione tissutale. Apparato respiratorio Cenni di anatomia. Meccanica respiratoria: muscoli coinvolti, volumi polmonari, pressione alveolare e pressione intrapleurica nel ciclo respiratorio a riposo, pneumotorace; compliance del sistema toraco-polmonare, Legge di Laplace (cenni), concetto di tensione superficiale e ruolo del surfactante; prove di funzionalità respiratoria (cenni); sistemi di ventilazione artificiale (cenni). Diffusione e trasporto dei gas nel sangue: leggi dei gas (ripasso) e concetto di pressione parziale, composizione dell’aria libera e dell’aria alveolare, pressioni parziali di O2 e CO2 nel sangue arterioso e venoso, scambio di gas a livello alveolare e tissutale, ruolo dell’emoglobina e sua curva di dissociazione, modificazioni durante attività fisica, trasporto della CO2. Circolazione ematica polmonare e influenza della postura (cenni). Controllo nervoso della respirazione, chemocettori centrali e periferici e riflesso chemocettivo; altri riflessi motori che coinvolgono l’apparato respiratorio (cenni); problemi respiratori in alta quota e acclimatazione; respirazione in condizioni iperbariche (cenni). Rene Cenni di anatomia dell’apparato urinario; filtrazione glomerulare, autoregolazione della velocità di filtrazione glomerulare. Clearence plasmatica renale: significato e applicazioni cliniche (misura VFG). Meccanismi di assorbimento e secrezione (cenni) Proprietà funzionali dei diversi segmenti del tubulo. (cenni) Destino in termini di filtrazione/riassorbimento/secrezione dei principali costituenti del plasma (cenni). Meccanismo di concentrazione dell’urina Modulazione ormonale dell’attività renale e ruolo renale di mantenimento dell’omeostasi. Equilibrio acido-base Sistemi di regolazione dell’equilibrio acido-base e loro caratteristiche; i sistemi tampone; sistema respiratorio e inter dipendenza tra ventilazione e pH arterioso; meccanismi di regolazione renale del pH; stati di alcalosi/acidosi di origine respiratoria o metabolica e loro compensazione. Sistema endocrino (cenni) Definizione di ormone (lipo_idro solubile) Ispofisi: neuroipofisi, adenoipofisi, struttura e diverso meccanismo secretorio, controllo ipotalamico Pancreas: insulina, meccanismo di secrezione in funzione della glicemia, recettori, funzioni; glucagone. Surrenale: midollare e corticale tiroide: funzione ormoni tiroidei, secrezione Apparato digerente Cenni di anatomia. Funzioni e processi dell’apparato digerente. La deglutizione. Motilità della parete gastrointestinale: tipi di contrazione. Secrezione di liquidi, ioni ed enzimi.. Digestione e assorbimento di protidi, lipidi e carboidrati. Regolazione nervosa e umorale della funzione gastrointestinale (cenni). Il sistema immunitario Distinzione tra sistema immunitario naturale (innato) e specifico (acquisito). Sistema immunitario naturale: componenti chimico-fisiche e biologiche. Cellule del sistema innato: leucociti (granulociti e agranulociti), mastociti e macrofagi. Genesi della linea mieloide e linfoide nel midollo emopoietico. Definizione del processo di fagocitosi. Immunità acquisita: linfociti (T e B). Classificazione dei linfociti (T helper e citotossici) e B (cellule mature della memoria e plasmacellule). Recettori dei linfociti B e T (Immunoglobuline e TCR). Accenno alle molecole del complesso maggiore di istocompatibilità I e II e loro ruolo nella presentazione dell'antigene ai recettori delle cellule T. Meccanismi di memoria immunitaria e discriminazione tra self e non self (selezione clonale). Sistema Linfatico (ruolo dei linfonodi) e processo infiammatorio (ruolo delle cellule del sistema immunitario aspecifico, meccanismi di diapedesi).
Biology of cells and tissues Electronic and optic microscope. Eucaryotic cells: intracellular structures and functions. Plasma membrane. Endoplasmic reticulum. Golgi apparatus and lysosomes. Cytoskeleton. Nucleus and its functions: DNA duplication and transcription. Gene expression: gene promoters, transcription factors. Cell division: mitosis and meiosis. Cell junctions: Tight and Gap juntions. Definitionof composition and function of extracellular matrix.Connective tissue: classification, structure anf function. Bone tissue. Bone implants Introduction to nervous system The resting membrane potential and action potential. Nernst equation. Membrane potential. Electrotonic propagation of electric stimuli. Action potential and myelination. Ion channels, electrical and chemical synapses. Neurotrasmitters. Postsynaptic receptors. Somatic receptors. Potential receptor. Dinamic and static sensibility, adaptation. From stimulus to sensation: absolute and differential threshold, spatial threshold. Weber-Fechner law. Muscles. Skeletal Muscles, excitation-contraction coupling. Tetanic and sub-tetanic contractions. Isometric and isotonic contractions. Types of muscle fibres. Motor unit and recruitment. Force control strategies. Electromyography. Comparative description of smooth and cardiac muscles and functional difference. Central and peripheral nervous system Anatomy. The glia. Cerebrospinal fluid. Somatic sensitivity. Somatosensory and motor cortex. Motor control. Corticospinal pathways. Autonomic Nervous System: main actions of sympathetic and parasympathetic systems on the organs and tissues. Adrenal medulla. Stress reactions Cardiovascular System Heart: Pace-maker cells and the conduction system. Mechanical aspects of the cardiac cycle. Regulation and assessment of cardiac output. Neural control. Electrocardiography: genesis of ECG signal – Standard recordings and computation of average axis of ventricular electric activity. Main abnormalities of ECG. Vascular system: in-parallel and in-series vascular circuits. Pressure, volume and vascular resistance. Arterial blood pressure assessment and its dependence on posture. Mechanisms responsible for venous return. Determinants and regulation of arterial blood pressure. Properties defining feedback systems: gain, range and amplitude of the response. Coronary and cerebral circulations. Microcirculation: capillary exchange. Liquid compartments in the body. Capillary filtration, oedema. The lymphatic system. The Respiratory System. Mechanics of breathing, lung volumes and pressures, compliance of the involved structures. Gas laws. Gas exchange in lungs and tissues and gas transport in the blood, role of haemoglobin. Neural control of ventilation. Hypo- and hyperbaric conditions. Hypoxia. The Kidneys and urinary system. Overview of renal function: filtration, reabsorption, secretion, excretion, micturition. Autoregulation of glomerular filtration rate. Concept of clearance. Water balance and the integrated control of volume and osmolarity. Sources of acids and bases in the body. Regulation of pH by buffers, lungs and kidneys. Alterations of acid-base balance Endocrine System: Hormones, classification and reflex pathways. Control of hormone release. Main effects of hyper- and hypo-secretion of the various hormones. The Digestive system and Metabolism Anatomy. Motility, secretion, digestion and absorption of the gastrointestinal tract. Muscle contraction. Enzymes, liquid and ions secretion. Digestion and adsorption . Nervous control of digestive function. Immune system: Natural and specific immune system. Leukocytes, mast cells and macrophages. Hematopoiesis. Phagocytosis. T and B lymphocytes and their receptors. Major histocompatibility complex: structure and function. Immune memory. Lymphatic system and inflammatory process.
Nell'ambito del corso vengono organizzate un paio di esercitazioni pratiche a gruppo unico in cui viene illustrata la misura elettrocardioagrafica e le potenzialità dell'indagine con ecografia ad ultrasuoni ed Eco-Doppler. Vengono inoltre effettuate un paio di simulazioni d'esame che sono anche occasioni di ripasso e di chiarimento dei dubbi residui.
Experimental sessions are organized in order for the students to to directly observe and measure different physiological variables, e.g., cardiac activity by ECG, vascular reactivity by eco-Doppler flowmetry. Two simulations of the written exam are also performed during the year. In these occasions residual questions and doubts are once more addressed and discussed.
Sulla pagina del corso vengono caricate le slides utilizzate a lezione Alcuni testi consigliati (ma ne esistono tanti altri): Stanfield, Fisiologia, ed. Edises Napoli Silverthorn, Fisiologia umana, ed. Pearson, Milano-Torino. Klinke Fisiologia Edises, Napoli Thibodeau e Patton, Anatomia e Fisiologia, Ambrosiana, Milano Martini F.H. Fondamenti di anatomia e fisiologia. Edises, Napoli
Slides used during the lectures are provided on the website Some suggested text books (but many others are available) Stanfield, Fisiologia, ed. Edises Napoli Silverthorn, Fisiologia umana, ed. Pearson, Milano-Torino. Klinke Fisiologia Edises, Napoli Thibodeau e Patton, Anatomia e Fisiologia, Ambrosiana, Milano Martini F.H. Fondamenti di anatomia e fisiologia. Edises, Napoli
Modalità di esame: prova scritta; prova scritta; prova orale facoltativa;
Gli studenti devono sostenere un esame scritto che può contenere una parte a “quiz” con affermazioni da valutare con risposta Vero/Falso e domande con risposte aperte. Per la parte a quiz viene valutata con peso 1 la risposta corretta, 0 la risposta non data e -0.5 quella errata. Il peso relativo tra domande aperte e quiz viene indicato esplicitamente sul compito. Sono ammessi all'orale gli studenti che superino lo scritto con voto maggiore o uguale a 17. Per i voti sufficienti l'orale non è obbligatorio. Il voto finale è la media degli esami scritto e orale.
Exam: written test; written test; optional oral exam;
The written exam may include both close-ended (T/F) and open-ended questions. Close-ended questions are scored 1 if correct, 0 if not answered and -0.5 if wrong. The relative weight between the two parts is detailed in the text. Students scoring at least 17/30 at the written exam are admitted to the oral exam, which is not mandatory if the mark is greater or equal to 18/30. The final mark is the average of the ones obtained at the written and oral tests.


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