Course Syllabus
Obiettivi
Il corso fornisce allo studente le nozioni indispensabili inerenti le funzioni vitali dell'uomo, con particolare riferimento alle funzioni di cui il Fisioterapista è tenuto ad avere una specifica conoscenza. Analizza i meccanismi inerenti l’eccitabilità cellulare, l’interazione tra cellule eccitabili. Analizza la fisiologia dei sistemi sensoriali e motorio.
Il corso analizza le funzioni di controllo motorio a livello centrale con particolare riferimento alla comprensione del comportamento fisiologico e dell’eziologia di vari disturbi neuromotori. Un particolare approfondimento delle nozioni inerenti il controllo neuromotorio è finalizzato alla comprensione delle conoscenze fisiopatologiche e cliniche necessarie all’esercizio della professione. Il Corso, organizzato in un unico semestre, si articola in lezioni frontali, esercitazioni e in attività seminariali.
- Conoscenza e capacità di comprensione: è fondamentale che tutti gli studenti di area medica ricevano una sufficiente esposizione dei concetti fisiologici alla base delle funzioni del controllo del movimento
- Conoscenza e capacità di comprensione applicate: gli obiettivi curriculari sono focalizzati principalmente sulla normale funzione del controllo neuromotorio, tuttavia, il materiale viene presentato in un contesto che prepara gli studenti alla professione. Pertanto, quando possibile, esempi clinici saranno utilizzati per illustrare i principi di base fisiologici.
- Autonomia di giudizio: correlare la struttura e la funzionalità normale del sistema nervoso centrale come complesso sistema in continuo adattamento, interpretando le anomalie morfo-funzionali che si riscontrano nelle diverse malattie
- Abilità comunicative: acquisizione dell'insieme delle competenze che permettono di interagire efficacemente con gli altri, sia a livello verbale che non verbale.
- Capacità di apprendere: acquisiszione dei concetti fisiologici alla base delle funzioni del controllo neuromotorio che forniranno le basi necessarie per ulteriori studi in farmacologia, patologia, fisiopatologia e clinica medica.
Contenuti sintetici
Struttura e funzione della membrana plasmatica: i canali ionici, il potenziale di membrana di riposo
• Genesi e propagazione del potenziale d’azione, il potenziale recettoriale, la trasmissione sinaptica
• Risposte mediate dai recettori sensoriali, modalità, localizzazione, intensità, durata.
• Percezione del dolore - nocicettori: distribuzione anatomica, meccanismi di attivazione e sensibilizzazione
• Organizzazione del sistema motorio
• Il controllo posturale
• Il controllo del tronco encefalico e del midollo spinale da parte dei motoneuroni superiori
• La modulazione del movimento da parte dei gangli della base
• La modulazione del movimento da parte del cervelletto
• I movimenti oculari e l’integrazione motoria sensoriale
Programma esteso
Eccitabilità cellulare, membrana plasmatica, eccitazione e conduzione. Permeabilità, diffusione, osmosi, trasporti attivi e passivi attraverso la membrana. Canali ionici. Equilibrio elettrochimico ed equazione di Nernst. Potenziale di membrana a riposo, equazione di Goldman. La pompa Na+/K+. Proprietà elettriche passive della membrana. Potenziale d’azione: genesi, basi ioniche e proprietà. Conduzione del potenziale d'azione nelle fibre nervose amieliniche e mieliniche. Classificazione delle fibre nervose. Interazioni elementari tra cellule eccitabili. La sinapsi. Concetti generali sulla trasmissione sinaptica. La giunzione neuromuscolare. La sinapsi centrale. Eventi elettrici nei neuroni postsinaptici. Integrazione neuronale degli input sinaptici: sommazione spaziale e temporale. Neurotrasmettitori, agonisti e antagonisti nel Sistema Nervoso Centrale.
Struttura dell’apparato contrattile. Il sarcomero: proteine contrattili e proteine regolatrici. Accoppiamento eccitazione-contrazione: ruolo dello ione Ca2+. Basi molecolari della contrazione. Meccanica della contrazione. Scossa e tetano. Contrazione isotonica ed isometrica. Relazioni tensione-lunghezza e forza-velocità. Classificazione delle fibre muscolari scheletriche. Definizione e classificazione delle unità motorie. Regolazione della produzione di forza mediante variazione della frequenza di scarica e reclutamento delle unità motorie. Il muscolo liscio. Accoppiamento tra cellule muscolari lisce: muscolo unitario e multiunitario.
I recettori sensoriali: definizione e classificazione dei recettori. Trasduzione e codificazione del segnale. Stimolo adeguato. Adattamento. Campi recettivi. Dimensioni della sensazione: modalità, localizzazione, intensità, durata. Sensibilità somatica: tatto, propriocezione, termocezione, dolore
Il mantenimento dell’equilibrio. I riflessi posturali. Meccanismi di controllo a feedback e feed-forward. Movimenti ritmici e locomozione. Organizzazione del sistema motorio: livello spinale, tronco dell'encefalo e corteccia cerebrale. Cervelletto e Nuclei della base: generalità sull’organizzazione funzionale e ruolo nel controllo motorio. L’organizzazione anatomica del cervelletto. Le proiezioni al cervelletto. Le proiezioni dal cervelletto. I circuiti intrinseci del cervelletto. I circuiti cerebellari e la coordinazione dei movimenti in corso di esecuzione. Conseguenze delle lesioni cerebellari. Le proiezioni ai gangli della base. Le proiezioni dai gangli della base ad altre regioni cerebrali. I circuiti intrinseci dei gangli della base, il ruolo della dopamina. I disturbi del movimento: l’ipocinesi e l’ipercinesi. I sistemi mediale e laterale nel controllo motorio. Funzioni motorie del midollo spinale: riflessi spinali; fuso neuromuscolare e riflesso miotatico diretto; riflesso miotatico inverso; riflessi flessori; il preparato spinale. Funzioni motorie del tronco dell'encefalo e della corteccia: controllo sovraspinale del riflesso miotatico; postura e suo mantenimento. Riflessi vestibolari e cervicali. I movimenti oculari e l’integrazione motoria sensoriale. Controllo corticale del movimento. Aree motorie della corteccia e loro ruolo funzionale. Mediatori chimici. Organizzazione dei riflessi vegetativi. Funzioni vegetative del tronco encefalico. Centri nervosi di controllo delle funzioni viscerali. Livello di approfondimento: Elevato o intermedio a seconda della rilevanza degli argomenti
Prerequisiti
Conoscenze propedeutiche: Fondamenti di fisica, biochimica, istologia e anatomia del sistema nervoso centrale e periferico
Modalità didattica
Tutte le lezioni sono svolte in presenza in modalità erogativa: il docente inizia con una prima parte in cui vengono esposti dei concetti
(modalità erogativa) e poi si apre un’interazione con gli studenti che definisce la parte successiva della lezione (modalità interattiva).
Quando possibile, verranno proposte analisi di casi clinici per la valutazione dei parametri fisiologici specifici.
I metodi di insegnamento includeranno lezioni frontali, video e discussioni in classe.
Gli insegnamenti verranno erogati in modalità “in presenza”, salvo successive diverse disposizioni ministeriali, nel qual caso gli insegnamenti verranno erogati in modalità mista da remoto asincrono con eventi in videoconferenza sincrona (WEBEX)
Materiale didattico
Belfiore et al., FISIOLOGIA UMANA FONDAMENTI, edi-ermes
Bossi et al., FISIOLOGIA UMANA ELEMENTI, edi-ermes
Dale Purve et al., NEUROSCIENZE, Zanichelli
A.C. Guyton & J.E. Hall, FISIOLOGIA MEDICA, Piccin W.J.
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagel, FISIOLOGIA, EdiSes
M. Berne & M. N. Levy FISIOLOGIA, UN APPROCCIO INTEGRATO, Casa Editrice Ambrosiana
Dale Purves, George J. Augustine, David Fitzpatrick, William C. Hall, Anthony-Samuel LaMantia, Richard D. Mooney, Michael L. Platt, NEUROSCIENCE (6th Edition) – eBook - Sinauer Associates (Oxford University Press); 6th edition
E. R. Kandel, J. H. Schwartz, T. M. Jessel, S. A. Siegelbaum, A. J. Hudspeth, PRINCIPLES OF NEURAL SCIENCE, Mc Graw Hill Medical
Susan E. Mulroney, Adam Myers, NETTER'S ESSENTIAL PHYSIOLOGY, Elsevier
Periodo di erogazione dell'insegnamento
2 semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
L'esame consiste in una prova scritta. Verranno somministrate domande aperte e chiuse allo studente al fine di valutare la conoscenza generale degli argomenti. Allo studente verrà chiesto di rispondere a quesiti che richiedono l'analisi di un fenomeno complesso, la sua razionalizzazione e l'applicazione di principi fisiologici specifici e di risolvere semplici esercizi. Infine, può essere presentato un caso clinico che richiederà l'analisi delle interconnessioni tra diverse variabili fisiologiche.
Orario di ricevimento
Su appuntamento, previa comunicazione da inviare a giulio.sancini@unimib.it
Sustainable Development Goals
Aims
The course provides the student with the essential knowledge concerning the functions of which the Physiotherapist is required to have a specific knowledge. It analyzes the mechanisms of the cell excitability, the interaction between excitable cells and the physiology of the motor and sensory systems.
The course provides the student with the essential knowledge concerning the functions of which the Physiotherapist is required to have a specific knowledge. It analyzes the mechanisms of the cell excitability, the interaction between excitable cells, cell motility and the physiology of the motor and sensory systems. A deep knowledge of the neuromotor control is aimed at understanding the most common physio-pathological clinical issues. The course, organized in a single semester, consists of lectures, exercises and seminars.
1 . Knowledge and Understanding: It is essential that all medical students receive sufficient exposure to the physiological concepts underlying the functions of movement control
2. Applied Knowledge and Understanding: The curricular objectives are primarily focused on the normal function of neuromotor control, however, the material is presented in a context that prepares students for the profession. Therefore, whenever possible, clinical examples will be used to illustrate the basic physiological principles.
3. Autonomy of judgment: Correlate the normal structure and function of the central nervous system as a complex system in continuous adaptation, interpreting the morpho-functional abnormalities that occur in different diseases
4. Communication skills: Acquisition of the set of skills that allow one to interact effectively with others, both verbally and non-verbally.
5. Ability to learn: Acquisition of the physiological concepts underlying the functions of neuromotor control that will provide the necessary foundation for further studies in pharmacology, pathology, physiopathology and clinical medicine.
Contents
Structure and function of the plasma membrane: ion channels, resting membrane potential
• Genesis and propagation of the action potential, the receptor potential, the synaptic transmission
• Responses mediated by sensory receptors – mode of action, intensity, localization and duration of the applied stimulus.
• Pain perception - nociceptors: anatomic distribution and function
• The motor system and the motor unit activation
• Postural control
• Control of the spinal cord by the upper motor neurons
• The modulation of movement by the basal ganglia
• The modulation of the movement by the cerebellum
• Eye movements and sensory motor integration
Detailed program
Cell excitability - plasma membrane. Permeability, diffusion, osmosis, active and passive transport through the membrane. Ionic channels. Electrochemical equilibrium and Nernst equation. Resting membrane potential. The Na + / K + pump. Passive electrical properties of the membrane. The action potential: genesis, ionic bases and properties. Conduction of the action potential in the myelinated and unmyelinated nerve fibers. Classification of nerve fibers. Elementary interactions between excitable cells. The synapse. General concepts on synaptic transmission. The neuromuscular junction. The central synapse. Electrical events in postsynaptic neurons. Neuronal integration of synaptic inputs: spatial and temporal integration. Neurotransmitters in the Central Nervous System.
The sarcomere: the contractile and the regulatory proteins. Excitation-contraction coupling: role of the Ca2+. Molecular basis of the muscle contraction. The mechanism of contraction. The isotonic and isometric contraction. Voltage-length and force-speed relationships. Muscle fibers classification. The motor units: force output by the frequency discharge and by recruitment of the motor units. The smooth muscle. Coupling between smooth muscle cells: unitary and multi-unitary muscle.
Sensory system: organization and general mechanisms. Sensory receptors: definition and classification of receptors. Signal transduction and coding. Appropriate stimulation. Adaptation. Receptive fields’ dimensions: stimulus location, intensity, duration. Somatic sensitivity: touch, proprioception, pain. Ascending pathways of somatic sensitivity. Somatosensory cortex. Pain. Nociceptors: anatomic distribution, activation and sensitization mechanisms, somatic, deep and visceral nociceptors.
Maintaining equilibrium: the postural reflexes. Feedback and feedforward control mechanisms. Rhythmic movements and locomotion. The organization of the motor system. Cerebellum and Basal Ganglia: general information on the functional organization and their roles in the motor control. The anatomical organization of the cerebellum. Projections to the cerebellum. Projections from the cerebellum. The intrinsic circuits of the cerebellum. The cerebellar circuits and the coordination of the in progress movements. Consequences of most common cerebellar lesions. Projections to the basal ganglia. Projections from the basal ganglia to other brain regions. The intrinsic circuits of the basal ganglia, the role of dopamine. Movement disorders: hypokinesis and hypercinesi. Medial and lateral systems in motor control. Motor functions of the spinal cord: spinal reflexes; muscle spindle and myotatic reflex; the reverse myotatic reflex; flexor reflexes, the supra-spinal control of the myotatic reflex; posture and its control. Vestibular and cervical reflexes. Eye movements and sensory motor integration. Cortical control of the movement. Motor areas of the cortex and their functional role, neurochemical mediators. Organization of vegetative reflexes. Vegetative functions of the midbrain, medulla and pons. Nerve centers for visceral function control. Level of study: High or intermediate depending on the relevance of the topics.
Prerequisites
Preliminary knowledge: Foundations of physics, biochemistry, histology and anatomy of the nervous system, anatomy of the musculoskeletal system.
Teaching form
All lessons are held in person in delivery mode (direct instruction): the teacher begins with a first part in which concepts are exposed (direct mode) and then an interaction opens with the students which defines the next part of the lesson (interactive mode).
The teaching methods will include lectures, videos, and class discussions. Whenever possible, clinical case analyzes will be proposed for the evaluation of the specific physiological parameters.
Lessons in attendance, subject to any ministerial changes.
In case of pandemic restrictions, the courses will be delivered in mixed mode from asynchronous remote with synchronous videoconferencing events (WEBEX)
Textbook and teaching resource
Belfiore et al., FISIOLOGIA UMANA FONDAMENTI, edi-ermes
Bossi et al., FISIOLOGIA UMANA ELEMENTI, edi-ermes
Dale Purve et al., NEUROSCIENZE, Zanichelli
A.C. Guyton & J.E. Hall, FISIOLOGIA MEDICA, Piccin W.J.
Klinke, Pape, Kurtz, Silbernagel, FISIOLOGIA, EdiSes
M. Berne & M. N. Levy FISIOLOGIA, UN APPROCCIO INTEGRATO, Casa Editrice Ambrosiana
Dale Purves, George J. Augustine, David Fitzpatrick, William C. Hall, Anthony-Samuel LaMantia, Richard D. Mooney, Michael L. Platt, NEUROSCIENCE (6th Edition) – eBook - Sinauer Associates (Oxford University Press); 6th edition
E. R. Kandel, J. H. Schwartz, T. M. Jessel, S. A. Siegelbaum, A. J. Hudspeth, PRINCIPLES OF NEURAL SCIENCE, Mc Graw Hill Medical
Susan E. Mulroney, Adam Myers, NETTER'S ESSENTIAL PHYSIOLOGY, Elsevier
Semester
2nd semester
Assessment method
The exam consists in a written test. Open and closed questions will be posed to the student in order to evaluate the general knowledge of the topics. Moreover, the student will be asked to answer to questions that require the analysis of a complex phenomenon, its rationalization and the application of specific physiology principles and to solve simple exercises. Finally, a clinical case may be presented which will require the analysis of the interconnections between different physiological variables in the light of the theoretical paradigms.
Office hours
By appointment, subject to communication to be sent to giulio.sancini@unimib.it
Sustainable Development Goals
Staff
-
Giulio Alfredo Sancini
