La densità | Quizalize

La densità di una sostanza attraverso l'esperienza di laboratorio di fisica

IlIEcco la traduzione dell'estratto di Crash Course Physics suddivisa in paragrafi con titoli: **Introduzione: L'affascinante mondo dei fluidi** Questo episodio di Crash Course Physics è sponsorizzato da Audible. Trovo i fluidi affascinanti e fantastici. Poiché sono la mia area di competenza come ingegnere nella dinamica dei fluidi. Ma non sono l'unico a essere incuriosito da come le cose scorrono. La leggenda narra che un uomo una volta corse nudo per le strade perché era così entusiasta di aver scoperto una proprietà importante dei fluidi. Ora, personalmente, non sono mai arrivato a tanto... Ma comunque, la comprensione dei fluidi è estremamente utile. Perché qualsiasi cosa fluisca, sia liquido o gas, è un fluido. Quindi, l'acqua conta, ma lo fa anche l'aria, così come il sciroppo di mais. **Proprietà dei fluidi: Densità e Pressione** Fino ad ora, abbiamo spesso descritto la fisica degli oggetti in base alla loro massa. Ma quando si tratta di fluidi, usiamo principalmente una diversa grandezza: la densità, rappresentata nelle equazioni dalla lettera greca rho. Probabilmente sei familiare con la densità: è la massa divisa per il volume e si misura in chilogrammi per metri cubi. Se un oggetto - o un fluido - è costituito da atomi o molecole più pesanti, o se queste particelle sono più vicine tra loro, avrà una densità maggiore. E c'è un'altra importante caratteristica dei fluidi, una di cui pensano molto i subacquei e gli alpinisti: la pressione. **Pressione e Fluido in Equilibrio** Nel nostro ultimo episodio, abbiamo definito la pressione come la forza applicata divisa per l'area. Si misura in unità di Newton per metri quadrati, conosciute come Pascal. E i fluidi applicano pressione in OGNI direzione. Quindi, in questo momento, c'è aria che esercita pressione su di te - e su di me - da ogni lato. In effetti, la pressione media dell'aria al livello del mare è di 101 MILLE 325 Pascal. E se saltassi in una piscina, anche l'acqua eserciterebbe pressione su di te. Ma se hai mai provato a tuffarti in fondo a una piscina, saprai che c'è più pressione sul fondo che in superficie, ed è per questo che in profondità, ti fanno male le orecchie e sembra che la testa stia per implodere. **Calcolo della Pressione a Profondità Diversa** Questo perché più vai in profondità, più fluido c'è sopra di te, con il suo peso che spinge verso il basso. C'è un modo semplice per calcolare la pressione di un fluido a una determinata profondità: è semplicemente (la densità del fluido); (moltiplicata per la piccola g); (moltiplicata per la distanza dalla superficie), rappresentata dalla lettera h - per altezza. E la variazione di pressione in base alla profondità è uguale a (la densità del fluido), (moltiplicata per la piccola g), (moltiplicata per la variazione della distanza dalla superficie). **Principio di Pascal e Idraulica** Quindi, diciamo che stai nuotando in una piscina profonda tre metri e vuoi sapere quanto più pressione avrai in fondo alla piscina rispetto a quanto profondo sei ora, che assumiamo sia un quarto di metro. La densità dell'acqua è di 1000 chilogrammi per metro cubo, e la variazione della distanza dalla superficie è di 2,75 metri. Il che significa che la pressione in fondo alla piscina è di 27.000 Pascal in più rispetto alla pressione, a un quarto di metro di profondità. L'acqua nella piscina potrebbe essere un esempio di un fluido confinato, perché se avessi un pistone delle dimensioni della superficie della piscina e lo usassi per spingere giù l'acqua, l'acqua non avrebbe da dove andare. **Strumenti di Misura della Pressione** E già nel 1600, il fisico francese Blaise Pascal si rese conto di qualcosa riguardo al modo in cui la pressione funzionava nei fluidi confinati: se applichi pressione a un fluido confinato, la pressione in ogni parte del fluido aumenta di quella quantità. Se hai dell'acqua in una tazza e usi un pistone per applicare 10.000 Pascal di pressione sulla superficie dell'acqua, allora la pressione in tutto l'acqua aumenta di 10.000 Pascal. Oggi, questo concetto è noto come Principio di Pascal ed è la ragione per cui l'idraulica è così utile. **Principio di Archimede e Galleggiamento** Diciamo che hai dell'acqua in un tubo, con dei pistoni su entrambi i lati. Il principio di Pascal ti dice che se usi il pistone sul lato sinistro per applicare pressione all'acqua, l'acqua eserciterà la stessa pressione sul pistone sul lato destro del tubo. E la pressione è uguale a (forza) divisa per (area). Quindi, diciamo che hai un altro tubo che ha più la forma di un cono, con un pistone sul lato sinistro che ha un'area di un metro quadrato e uno sul lato destro che ne ha due. Di nuovo, applichi 10.000 Pascal di pressione al pistone sul lato sinistro, il che significa 10.000 Newton di forza. Ma il pistone sul lato destro ha il doppio dell'area. Quindi, affinché le pressioni siano uguali, l'acqua deve applicare il doppio della forza al pistone rispetto a quanto hai applicato all'acqua, e finirai con 20.000 Newton di forza sul pistone del lato destro. **Conclusione: Misura della Pressione e Galleggiamento** Questo è un grande affare! Raddoppi la forza in ingresso, ma non devi mettere alcuno sforzo extra! E maggiore è la differenza di area, maggiore.

Crea 20 domande di fisica sulle unità di misura, la densità e le conversioni

Riassunto lezione precedente Caratteristiche generali degli epiteli: ● avascolarizzati ● innervati ● capacità rigenerativa Funzioni: ● Barriera ● Secrezione Specializzazioni del dominio apicale: ● Microvilli, orletto a spazzola ● Stereociglia ● Ciglia Specializzazioni del dominio laterale ● Giunzioni cellulari [Qui inizia la lezione di oggi] Classificazione morfo-funzionale degli epiteliali di rivestimento ⮚ Epiteli pavimentosi: se le cellule sono pavimentose ⮚ Epiteli cubici: se le cellule sono cubiche, quindi altezza e larghezza si equivalgono ⮚ Epiteli cilindrici: se le cellule hanno altezza maggiore della larghezza. Possono essere sia monostratificati quindi epiteli semplici, oppure pluristratificati Nell’ epitelio pluristratificato il nome dell’epitelio lo capiamo dall’ultimo strato, per esempio se l’ultimo strato ha cellule appiattite l’epitelio sarà pavimentoso, se l’ultimo strato ha cellule cubiche sarà cubico stratificato. Non importa la forma delle cellule degli strati inferiori. Possono inoltre essere pluristratificati o epiteli di transizione. Classificazione in base alle specializzazioni ⮚ Epiteli ciliati ⮚ Epiteli non ciliati La morfologia dell’epitelio riflette un po’ la sua funzione, per esempio l’epitelio semplice si trova dove non serve una grande protezione da stress meccanico. Per esempio: epitelio squamoso semplice: nel polmone, dove devono essere facilitati gli scambi gassosi di ossigeno e anidride carbonica. Epitelio cubico semplice: nei dotti delle ghiandole esocrine; nei tubuli renali dove abbiamo sempre assorbimento o secrezione Epitelio colonnare semplice: riveste l’intestino, anche qui con funzione di assorbimento. Pseudostratificato: già visto nella lezione precedente, lo troviamo ad esempio nella trachea, ed è un epitelio ciliato, dove le ciglia non servono a spostarsi. Gli epiteli semplici li troveremo in zone non sottoposte a grandi stress meccanici, ma dove c’è bisogno di facilitare la funzione di assorbimento e scambio. Mentre gli epiteli stratificati li troviamo per esempio dell’epidermide, cavità orale dell’esofago, vagina, ovvero sedi anatomiche solitamente esposte a stress meccnici. Epitelio di transizione: tipico della vescica, la cui caratteristica fondamentale è l’estensione. Esempio di epitelio pavimentoso semplice: Endotelio ovvero l’epitelio dei vasi sanguigni I vasi possono essere molto diversi fra loro ⮚ Capillare: epitelio associato alla lamina basale ⮚ Arterie: endotelio e lamina basale, e lamina elastica (formata da elastina, favorisce la dilatazione del vaso) che formano la tonaca intima; strato intermedio, tonaca media dove troviamo cellule muscolari lisce; tonaca avventizia di tessuto connettivo ⮚ Vene: stessa struttura, ma è più abbondante lo strato di tonaca avventizia (tessuto connettivale) rispetto alle arterie, dove la più abbondante è la tonaca media. Nell’immagine si vede come la dimensione di vene e arterie può cambiarne la morfologia. CAPILLARI La funzione dell’epitelio è di favorire gli scambi tra il torrente circolatorio e i tessuti. I capillari sono costituiti da una “barriera” formata dalle cellule dell’endotelio e la lamina sottostante. dall’immagine possiamo vedere all’interno del capillare un globulo rosso, quindi il diametro di un capillare è molto ridotto, può essere anche più piccolo di un globulo rosso, che per passare si deve deformare. Si vede il globulo rosso, la piastrina e la cellula endoteliale a formare la parete del capillare, dove c’è l’asterisco è una zona più elettrondensa che rappresenta la giunzione occludente. Le strutture più sottili sono capillari Le arteriole le riconosciamo dalle cellule muscolari lisce. Possiamo vedere le cellule endoteliali che costituiscono la parete di questi vasi. Classificazione dei capillari A seconda della zona anatomica dove ci troviamo cambia la morfologia dei capillari. ⮚ Capillari continui: cellule endoteliali giustapposte fra loro, giunzioni occludenti, lamina basale contigua, passaggio di sostanze è ampiamente regolato dalla cellula stessa. Possiamo trovare associati al capillare i periciti, che sono cellule staminali e vescicole che fanno pinocitosi (endocitosi di particelle liquide) ⮚ Capillari fenestrati: dove devono essere favoriti gli scambi. Si formano fenestrazioni tra le cellule della parete del capillare. Recenti studi pensano che queste fenestrazioni siano il risultato di un’abbondante pinocitosi. ⮚ Capillari discontinui/sinusoidi: le fenestrazioni sono ancora più grandi e la lamina basale è discontinua, quindi passaggio favorito. Esempio in microscopia elettronica del capillare continuo e fenestrato nella prima immagine il capillare è continuo, non ci sono interruzioni della lamina basale, non ci sono fenestrazioni, sono evidenti le giunzioni cellulari, si vedono le vescicole di pinocitosi. Nella seconda immagine ci sono interruzioni delle cellule endoteliali. In questa immagine invece vediamo un e sinusoide in cui le fenestrazioni sono più grandi, la lamina basale è discontinua, quindi passa anche il plasma. Associato alla cellula endoteliale possiamo trovare il Pericita, cellula staminale mesenchimale (cellula mesenchimale da origine a tessuto osseo, muscolare). Queste cellule hanno capacita di migrare e differenziarsi. Se per esempio rimuoviamo i periciti e induciamo una lesione per esempio a livello della spina dorsale dell'animale c’è impossibilità di rigenerazione del tessuto. CONDIZIONI PATOLOGICHE È importante mantenere la continuità di questo epitelio, infatti la lesione dell’endotelio è patologica, si chiama Arterosclerosi una delle maggiori cause di morte. la lesione parte dalla tonaca intima (endotelio, lamina basale), per esempio causata da alti livelli di colesterolo. Infiltrazione, i monociti si depositano tra lamina elastica ed endotelio, i monociti migrano in questa zona, assorbono lipidi intorno a queste cellule schiumose e si può formare questa lesione che può far sforzare di più il cuore, o provocare un embolo. Istologia di un vaso normale e un vaso con arterosclerosi. La colorazione è la Tricromica di Masson, che colora in viola i nuclei, in rosso il citoplasma e tessuto muscolare, in blu il collagene. Essendo il collagene il principale componente del tessuto connettivo nella seconda immagine notiamo deposizioni di tessuto connettivo in seguito alla lesione. [il professore nomina Histology guide, un sito consultabile online dove troviamo la maggior parte delle sezioni e immagini istologiche che lui spiega a lezione] MESOTELIO Altro esempio di epitelio pavimentoso semplice è il mesotelio, che riveste o le parti interne del corpo: mesotelio parietale; o gli organi: mesotelio viscerale. Per esempio la pleura viscerale riveste direttamente il polmone e la pleura parietale la parete del torace. Mesotelio che riveste il rene: singolo strato di cellule pavimentose. Mesotelio cardiaco: abbiamo una parete esterna: pericardio parietale; poi il liquido pericaridico che riduce l’attrito; e pericardio viscerale: diretto contatto col cuore. Nell’istologia del mesotelio vediamo uno strato di cellule e sotto la lamina basale le grosse cellule bianche sono di tessuto adiposo. Questo tipo di epitelio lo troviamo per esempio nell’intestino. Peritoneo parietale: parte esterna Dopo la parete muscolare c’è la sierosa, mesotelio Viscerale, composto da cellule pavimentose semplici, lamina basale. ALVEOLO POLMONARE Nell’alveolo Polmonare l’epitelio pavimentoso semplice svolge un ruolo fondamentale, perché deve facilitare gli scambi gassosi. Strato sottile: pneumocita dell’epitelio alveolare Capillare con globulo rosso Giunzioni occludenti tra pneumociti PATOLOGIA Rottura degli alveoli polmonari, per esempio inalando particolato, o col fumo di sigaretta, c’è il collasso dell’alveolo polmonare, quindi infiltrazione di particolato: Enfisema; oppure con un’infezione per esempio polmonite vediamo la presenza di essudato ricco di leucociti, quindi le cellule infiammatorie. EPITELIO CUBICO SEMPLICE Il nucleo della cellula è rotondo, non pù schiacciato come nelle cellule pavimentose. La cellula ha larghezza e altezza simili. Questo tipo di tessuto si trova nei dotti di alcune ghiandole, o le cellule secernenti dei follicoli tiroidei. Quindi con funzione di trasporto o secrezione. EPITELIO CILINDRICO SEMPLICE Nucleo solitamente posizionato nella parte più vicina alla lamina basale, la cellula è alta e stretta. Tra le cellule epiteliali troviamo le cellule mucipare caliciformi. Cripte intestinali Spesso troviamo una presenza abbondante di microvilli che formano l’orletto. Nelle immagini vediamo lo stesso tessuto trattato con due colorazioni diverse, nella Tricromica di Masson la struttura colorata di azzurro è la lamina basale. Nelle cripte intestinali abbiamo sia assorbimento e secrezione. ● Enterociti: dedicati all’assorbimento ● Enteroendocrine: disperse nell’epitelio, considerate i maggiori organi esocrini del nostro organismo, rilasciano Somatotossina e istamina ● Cellule di Paneth: secernono sostanze antimicrobiche, funzione di protezione ● Cellule staminali: soprattutto nella parte più basale della cripta ● Cellule caliciformi Quelle indicate dalla freccia sono giunzioni occludenti PATOLOGIA La morfologia egli epiteli è importante, alterazioni di questi tessuti sono associate a patologie. Per esempio perdita di continuità dell’epitelio dell’intestino che è rivelatore di una trasformazione neoplastica. Le cellule epiteliali assumono funzione mesenchimale e possono invadere la sottomucosa. È importante individuare la lesione prima che invada la sottomucosa perché mentre l’epitelio è avascolarizzato nella sottomucosa ci sono i vasi sanguigni, e il tumore può fare metastasi. EPITELIO CILINDRICO SEMPLICE CILIATO nelle tube uterine abbiamo sia cellule ciliate che non ciliate, che provengono dalla stessa cellula iniziale che poi differenzia. [legge la slide accanto] EPITELIO PSEUDOSTRATIFICATO Come si può riconoscere? A prima vista sembra pluristratificato perché i nuclei sono posti su nuclei differenti, ma non è così, perché tutte le cellule poggiano sulla lamina basale. Ma non tutte le cellule arrivano nello strato apicale. Quindi il nucleo è delocalizzato nella parte più grande della cellula. Possono essere ciliati o non ciliati. L’epididimo per esempio ha specializzazioni ma sono Stereociglia, quindi è epitelio pluristratificato non ciliato. Mentre un esempio di epitelio pseudostratificato ciliato è la trachea. Le ciglia sono un po’ più corte. (si riconosce la trachea perché sotto l’epitelio ci sono dischi di cartillagine) All’interno dell’epitelio della trachea possiamo trovare cellule mucipare caliciformi, che secernono muco, e non sono ciliate. Evidente nell’immagine con microscopio elettronico a scansione. TESSUTO EPITELIALE Epiteli pluristratificati Abbiamo visto gli epiteli semplici, quindi un unico strato di cellule e zero stratificazioni. Adesso vedremo alcune delle caratteristiche degli epiteli pluristratificati, che ovviamente presentano più strati di cellule; spesso la forma delle cellule cambia all’interno dei vari strati, e il nome viene dato dallo strato più superficiale. In questo caso abbiamo epitelio pluristratificato pavimentoso, anche se in effetti la cellula dello strato basale è cubica. Qual è il ruolo di questi epiteli? È quello di garantire maggiore protezione. Una delle caratteristiche di questi epiteli è che la rigenerazione, il turn-over che si fa, cioè il cambio del tessuto, è garantito dallo strato basale, perché nello strato profondo abbiamo le cellule staminali. Può essere non cheratinizzato, e lo troviamo nella bocca, nella faringe, nell’esofago, nella vagina e nel retto, oppure cheratinizzato, che è l’epitelio caratteristico dell’epidermide. Ad esempio in questo caso (foto sopra) che tipo di epitelio è? Pluristratificato pavimentoso, perché le cellule circondate di azzurro nell’ultimo strato, danno un epitelio pavimentoso. Nell’esofago abbiamo un epitelio pluristratificato non cheratinizzato. Come si può notare subito sotto l’ultimo strato abbiamo il tessuto connettivo, con la presenza di vasi sanguigni e con la mucosa muscolare. Qual è una delle caratteristiche istologiche che già si può apprezzare, come prima osservazione di questo epitelio? Cosa cambia tra questo strato (1) e questo altro strato (2) ? La densità dei nuclei. L’aspetto dello strato basale, normalmente, è appunto caratterizzato dalla maggior presenza dei nuclei, perché come accennato, sono presenti le cellule staminali, quindi le cellule sono ancora capaci di replicarsi, per rimpiazzare le cellule che sono presenti negli strati più superficiali, che sono sfaldate dallo stress meccanico. In alcuni animali anche l’esofago ha un epitelio cheratinizzato. Una delle tecniche che possiamo utilizzare per rivelare la presenza di cellule staminali, di cellule che stanno proliferando nello strato basale, è l’immunoistochimica, con la quale usiamo un anticorpo, in questo caso un anticorpo rivolto verso una proteina chiamata CD156, che è un marcatore, una proteina, presente solo nelle cellule staminali; quindi se noi coloriamo il tessuto, facciamo un’ibridazione con un anticorpo rivolto verso questa proteina, questo anticorpo è legato ad un enzima, che fa precipitare il substrato (in foto di colore marrone), e al microscopio ottico possiamo vedere dove sono presenti le cellule staminali. L’alternativa è invece coniugare l’anticorpo con il fluoroforo, e andare ad osservare con un microscopio a fluorescenza. La pelle: l’epidermide Spesso troviamo in questo tipo di epiteli, questi ripiegamenti degli strati basali, ma anche negli strati più superficiali, cosa che è evidente anche nell’epidermide. La cute è composta sia da un epitelio chiamato epidermide, sia dal derma sottostante che è un tessuto di natura connettivale. A seconda della sede anatomica che si sta analizzando, possiamo avere una cute sottile o una cute più spessa, quello che cambia è proprio lo spessore dell’epidermide, in particolare dell’ultimo strato. Questo è un esempio di cute sottile (sx), mentre questa è una cute spessa (dx). Si può apprezzare come, ad esempio, siano presenti dei ripiegamenti degli strati basali, ma in parte anche degli strati più superficiali. Dove sono più evidenti queste pieghe, ad esempio? Dove si formano le impronte digitali, viene accentuato il ripiegamento dello strato superficiale. Qui (sempre immagine sopra a dx) possiamo notare che nello strato superficiale, rispetto allo strato basale, non sono presenti i nuclei. A differenza dell’esofago in cui i nuclei sono presenti anche negli strati più superficiali, nell’epidermide le cellule proprie degli strati superficiali (i cheratinociti) perdono i nuclei. Infatti così facendo viene creato lo strato chiamato cheratina. Ovvero nello strato corneo, quello più superficiale, non abbiamo la presenza di nuclei. Quello che cambia all’interno dei vari strati è la presenza o meno di determinati tipi di giunzioni. Nello strato basale sicuramente troviamo una giunzione, che non è presente negli altri strati, ovvero gli emidesmosomi. Questo perché l’emidesmosoma è una giunzione che si trova tra la cellula epiteliale e la lamina basale, che ovviamente è a contatto solo con l’ultimo strato. Quindi l’emidesmosoma qui colorato di verde (immagine sopra), è presente solo nello strato basale. Mentre cominciamo a vedere la presenza di desmosomi tra una cellula e l’altra, che si mantengono nello strato basale ma anche nello strato spinoso. Lo strato granuloso è caratterizzato ad esempio dalla presenza di giunzioni occludenti e aderenti, che quindi rendono impermeabile l’epidermide e impediscono il passaggio di sostanze attraverso questo strato. Questi ultimi tipi di giunzioni le troviamo anche nello strato lucido, mentre i desmosomi corneificati o corneodesmosomi, li troviamo nello strato corneo. Anche il numero di cellule dei vari strati è pressoché costante. Strato basale Tramite questa sezione dell’epidermide andiamo ad ingrandire lo strato basale, a contatto con il tessuto connettivo sottostante, e possiamo vedere, come è rappresentato questo stato, ovvero la presenza massiva di nuclei, dovuti alla proliferazione delle cellule, che infatti sono positive a quest’altro marcatore, che è un importante regolatore del ciclo cellulare Ki67. Se facciamo l'immunoistochimica per questo fattore, le cellule degli strati basali lo respingono, perché sono in attiva proliferazione. Quindi se per esempio abbiamo una lesione dell’epidermide, sicuramente questo marcatore non reagirà. Quindi le cellule perdono la capacità di proliferare, nello strato spinoso e nello strato granuloso la perdono totalmente, e addirittura nello strato corneo perdono proprio il nucleo, quindi è impossibile che la cellula si replichi. E questa è l’importanza dello strato basale, che regola il turnover di questo tessuto che è di circa 30-40 giorni, cioè una cellula passa dallo strato basale a quello corneo in 30-40 giorni, e così facendo si rinnova totalmente l’epidermide. Se guardiamo lo strato basale o germinativo, abbiamo una cellula piuttosto piccola, tondeggiante, prolifera e sono presenti sia desmosomi, sia emidesmosomi. Strato spinoso Nello strato spinoso, è presente uno spazio intercellulare tra una cellula e l’altra. Si possono osservare delle spine, questi sono dei processi citoplasmatici, che servono poi a connettere un cheratinocita e l’altro. Ovvero in queste spine sono presenti i desmosomi. In questo strato inizia il differenziamento cellulare, il cheratinocita inizia ad esprimere le cheratine, quindi perde la capacità di proliferare. Strato granuloso Lo strato granuloso è chiamato così, proprio per il suo aspetto istologico, per la presenza di granuli all’interno del citoplasma in ambiente cellulare. Normalmente dovrebbe riportare 3 file di cellule in questo strato, visualizzando la presenza dei granuli in ogni cellula. Questi granuli contengono proteine come cheratoialina, filegrina e loricrina, sostanze che serviranno, poi, a rendere l’epidermide resistente. Le giunzioni tra una cellula ed un’altra sono desmosomi e giunzioni occludenti, infatti, se noi facciamo l’immunofluorescenza per proteine come la claudina, che colora le giunzioni più immature, possiamo colorare anche cellule degli strati limitrofi; se invece utilizziamo l’immunofluorescenza per l’occludina, che è una giunzione più matura, si può vedere com’è proprio più localizzata e ristretta allo strato granuloso. Inoltre si può notare (foto sotto) anche la microscopia elettronica con le giunzioni occludenti. Qui (sotto) possiamo vedere una bellissima immunoistochimica proprio con la claudina, dove possiamo vedere la sezione dell’epidermide con l’immunoistochimica. E qui già possiamo vedere alcune cellule, che perdono il nucleo negli strati più superiori dello strato granuloso, e la cosa risulta poi evidente nello strato corneo, dove i nuclei sono assenti, che è la caratteristica fondamentale, con la quale si riconosce questo strato. Strato corneo La cellula quindi forma queste lamine, prive di nucleo, il citoplasma è farcito di cheratina aggregata, le giunzioni sono dei desmosomi modificati e sono rivestiti da un involucro cellulare corneificato, ovvero: involucrina, loricrina, filamenti di cheratina e molecole lipidiche, che rendono lo strato impermeabile. La cheratina va classificata tra i filamenti intermedi importanti nel citoscheletro. Infatti si ricordi la presenza dei filamenti sottili di actina, di tubulina e poi a seconda del tessuto possiamo avere dei determinati filamenti intermedi. In particolare, la cheratina forma il filamento intermedio nell'epitelio. I desmosomi, ovvero la giunzione tra un cheratinocita e l’altro, è regolata dal pH. Per questo è importante mantenere il pH della cellula, perché via via che aumentiamo l’acidità del pH, promuoviamo lo sfaldamento dei cheratinociti e quindi il ricambio dello strato più superficiale. In alcune sedi come, ad esempio, il palmo della mano e dei piedi, è presente un ulteriore strato, che è definito lucido, proprio per il suo aspetto istologico, ed è presente tra lo stato corneo e lo strato granuloso. Qui (sotto) abbiamo una microscopia elettronica a trasmissione di una sezione di tessuto di epidermide sottile, dove si possono vedere i cheratinociti nei vari strati. Questa la si può sempre colorare artificialmente e si può così riconoscere la struttura dei vari strati. Quindi sostanzialmente salendo dallo strato basale allo strato corneo, abbiamo il differenziamento dei cheratinociti dalle cellule staminali che sono in grado di replicarsi. Si ricordi infatti che per cellula staminale non si intende solo una cellula che è in grado di differenziarsi ma è anche in grado di autoregolarsi. Dunque da una parte formerà una nuova progenie di cellule staminali in grado di differenziarsi, dall’altra i cheratinociti iniziano il processo di differenziamento passando allo strato spinoso. Iniziano quindi ad esprimere le cheratine, cambiano la forma, cambiano il tipo di giunzione, fino a produrre l’involucro di cheratina nello strato corneo e questo ha un timing ben preciso a seconda della zona. Per capire l’importanza dell’aspetto molecolare di questo differenziamento (non verrà richiesto all’esame) si faccia presente che tutti i geni del differenziamento dell’epidermide sono presenti nei cluster presenti nel cromosoma umano. Ovvero sono presenti tutti i geni necessari per il progredire del differenziamento dei cheratinociti all’interno dell’epidermide. All’interno degli epiteli non abbiamo solo i cheratinociti, ma abbiamo quattro tipi cellulari: -i cheratinociti -i melanociti - le cellule di Langerhans - le cellule di Merkel I melanociti Sono i responsabili della produzione della melanina, che è un pigmento, che viene formato dalla ossidazione della tirosina, ad opera della tirosinasi, viene accumulata all’interno dei melanosomi, di queste vescicole, e poi vengono rilasciate dal melanocita e vanno a fondere con le cellule dei cheratinociti dello strato spinoso, e formano una sorta di barriera, al di sopra del nucleo delle cellule dello strato spinoso. La funzione importante della melanina è (oltre a “renderci più attraenti d’estate”) proteggere il nucleo delle cellule dell’epidermide dai raggi ultravioletti, per impedire l’insorgere di mutazioni. I melanociti si possono identificare nello strato basale, e infatti possiamo mettere in evidenza la presenza dei melanociti con dei marcatori (come, per esempio, le tirosinasi che formano la melanina), che sono localizzati nello strato basale. In questo caso possiamo vedere, nell’epitelio della cornea, la presenza dell’immunofluorescenza, dei melanociti marcati con questo marcatore specifico del melanocita (e che quindi sono proprio nello strato basale). Quest’ultimo in particolare è positivo alla p-caderina che è quindi un marcatore del melanocita della cellula nello strato basale. Mentre la cheratina/la pan cheratina marca gli strati superiori. Cosa succede se abbiamo una iperplasia del melanocita? A cosa ci si sta predisponendo? Al melanoma. Quindi sotto un punto di vista medico istologico, prima di avere la trasformazione tumorale, i melanociti diventano più abbondanti e di dimensioni più irregolari. In particolare li troviamo anche negli strati superiori e non solo nello strato basale quando viene effettuato l’esame istologico. Cellule di Langerhans Le cellule di Langerhans sono delle cellule del sistema immunitario, che derivano dalla famiglia dell’ovocita dei macrofagi, troviamo cellule derivate da questa famiglia in diversi tessuti, e nell’epidermide si differenziano nelle cellule di Langerhans. Per esempio nell’osso differenziano nell’osteoclasto, oppure nel connettivo in macrofagi. Quindi sono tutte cellule che derivano dall’ovocita (da questa famiglia), e che hanno delle caratteristiche comuni, come la capacità di fagocitare, o di presentare l’antigene. Sono marcate ad esempio dall’antigene Cd1, e sono la prima sentinella dell’epidermide per i noxa patogena. Ovvero possono fagocitare e possono attivare la risposta immunitaria in caso di patogeni. Qui possiamo vedere una cellula di Langerhans, all’interno di uno strato spinoso, con questi lunghi processi citoplasmatici, che caratterizzano la cellula di Langerhans, ma anche le altre cellule della stessa famiglia. Cellula di Merkel Infine abbiamo la cellula di Merkel, che è responsabile della percezione sensitiva, quindi tramite il tatto, è più abbondante in alcune zone anatomiche, come ad esempio i polpastrelli e le labbra. In questa microscopia elettronica a trasmissione, possiamo vedere, la cellula di Merkel sopra al nucleo, è presente nello strato basale, perché subito sotto dal tessuto connettivo arrivano le terminazioni nervose, che prendono contatto diretto con la cellula di Merkel. Quindi la cellula di Merkel funziona da meccanorecettore, che trasmette direttamente al sistema nervoso la percezione meccanica. E qui possiamo vedere la giunzione con una cellula nervosa e la presenza delle cellule di Schwann, che sono delle cellule di sostegno associate al neurone, che stabilizzano le giunzioni con le sinapsi dei neuroni, e hanno poi la funzione di formare la guaina mielinica lungo l’assone. Non esistono solo le cellule di Merkel come recettori del tatto associati alla cute (lo vedremo poi con anatomia), esistono terminazioni nervose libere, corpuscoli dei bacilli e altre strutture. Abbiamo poi gli epiteli pluristratificati pavimentosi. Ma abbiamo la distribuzione limitata anche degli epiteli pluristratificati cubici (in foto a dx), che sono presenti in alcuni solchi maggiori e in alcune ghiandole esocrine (la funzione è sempre quella di trasporto). Lo stratificato colonnare, che è molto raro nei mammiferi (in foto a sx), presenta sempre alcuni dotti di alcune ghiandole esocrine. È caratterizzato di solito da due strati: uno di cellule cubiche e uno superiore di cellule cilindriche o colonnari. Infine abbiamo l’epitelio di transizione, che a seconda dello stato rilassato o disteso dell’organo, ha una conformazione differente. Quando la vescica è rilassata, abbiamo un maggior numero di strati, le cellule superficiali hanno questa forma a cupola; quando, invece, la vescica è piena l’epitelio/il tessuto si distende, e questo anche grazie alla presenza delle giunzioni tra una cellula epiteliale e l’altra, le cellule cambiano di forma e ci appaiono più schiacciate, ad esempio negli strati più superficiali (quindi diminuisce il numero di strati). Questa caratteristica permette una grande capacità di distensione. Cosa intendiamo con Metaplasia? Intendiamo un processo che è ancora reversibile, dove la cellula epiteliale passa da un tipo di epitelio a un altro, perché sottoposta, ad esempio a stress, o costante infiammazione o infezione virale. Quindi la metaplasia è il primo passo della trasformazione carcinogenica a cellule squamose o ad adenocarcinoma. Per esempio in foto è presente la cervice uterina, dove l’epitelio colonnare semplice converte, quando abbiamo metaplasia, in epitelio squamoso stratificato, che è ovviamente disfunzionale. Per esempio se si prendesse la trachea di ratto, esposta o meno al fumo di sigaretta (ovvero un fattore stressogeno), le cellule sono sottoposte continuamente a sostanze infiammatorie, che possono causare la mutazione dell’epitelio della trachea, che è pseudostratificato ciliato, ad un epitelio che invece è stratificato. Quindi ovviamente, in questo caso si ha una perdita di funzione dell’epitelio della trachea.

Quiz evaluativo crecimiento y densidad de la población

Clasificación de los elementos: metales, no metales, metaloides y gases nobles. Explicar la variación de propiedades (densidad, temperatura de ebullición y fusión) de sustancias simples en la tabla periódica

Understanding Quantum Theory of Electrons in Atoms The goal of this section is to understand the electron orbitals (location of electrons in atoms), their different energies, and other properties. The use of quantum theory provides the best understanding to these topics. This knowledge is a precursor to chemical bonding. As was described previously, electrons in atoms can exist only on discrete energy levels but not between them. It is said that the energy of an electron in an atom is quantized, that is, it can be equal only to certain specific values and can jump from one energy level to another but not transition smoothly or stay between these levels. The energy levels are labeled with an n value, where n = 1, 2, 3, …. Generally speaking, the energy of an electron in an atom is greater for greater values of n. This number, n, is referred to as the principal quantum number. The principal quantum number defines the location of the energy level. It is essentially the same concept as the n in the Bohr atom description. Another name for the principal quantum number is the shell number. The shells of an atom can be thought of concentric circles radiating out from the nucleus. The electrons that belong to a specific shell are most likely to be found within the corresponding circular area. The further we proceed from the nucleus, the higher the shell number, and so the higher the energy level (Figure 9.4.1). The positively charged protons in the nucleus stabilize the electronic orbitals by electrostatic attraction between the positive charges of the protons and the negative charges of the electrons. So the further away the electron is from the nucleus, the greater the energy it has. This quantum mechanical model for where electrons reside in an atom can be used to look at electronic transitions, the events when an electron moves from one energy level to another. If the transition is to a higher energy level, energy is absorbed, and the energy change has a positive value. To obtain the amount of energy necessary for the transition to a higher energy level, a photon is absorbed by the atom. A transition to a lower energy level involves a release of energy, and the energy change is negative. This process is accompanied by emission of a photon by the atom. The following equation summarizes these relationships and is based on the hydrogen atom: The values nf and ni are the final and initial energy states of the electron. The principal quantum number is one of three quantum numbers used to characterize an orbital. An atomic orbital, which is distinct from an orbit, is a general region in an atom within which an electron is most probable to reside. The quantum mechanical model specifies the probability of finding an electron in the three-dimensional space around the nucleus and is based on solutions of the Schrödinger equation. In addition, the principal quantum number defines the energy of an electron in a hydrogen or hydrogen-like atom or an ion (an atom or an ion with only one electron) and the general region in which discrete energy levels of electrons in a multi-electron atoms and ions are located. Another quantum number is l, the angular momentum quantum number. It is an integer that defines the shape of the orbital, and takes on the values, l = 0, 1, 2, …, n – 1. This means that an orbital with n = 1 can have only one value of l, l = 0, whereas n = 2 permits l = 0 and l = 1, and so on. The principal quantum number defines the general size and energy of the orbital. The l value specifies the shape of the orbital. Orbitals with the same value of l form a subshell. In addition, the greater the angular momentum quantum number, the greater is the angular momentum of an electron at this orbital. Orbitals with l = 0 are called s orbitals (or the s subshells). The value l = 1 corresponds to the p orbitals. For a given n, p orbitals constitute a p subshell (e.g., 3p if n = 3). The orbitals with l = 2 are called the d orbitals, followed by the f-, g-, and h-orbitals for l = 3, 4, 5, and there are higher values we will not consider. There are certain distances from the nucleus at which the probability density of finding an electron located at a particular orbital is zero. In other words, the value of the wavefunction ψ is zero at this distance for this orbital. Such a value of radius r is called a radial node. The number of radial nodes in an orbital is n – l – 1. Consider the examples in Figure 9.4.2. The orbitals depicted are of the s type, thus l = 0 for all of them. It can be seen from the graphs of the probability densities that there are 1 – 0 – 1 = 0 places where the density is zero (nodes) for 1s (n = 1), 2 – 0 – 1 = 1 node for 2s, and 3 – 0 – 1 = 2 nodes for the 3s orbitals. The s subshell electron density distribution is spherical and the p subshell has a dumbbell shape. The d and f orbitals are more complex. These shapes represent the three-dimensional regions within which the electron is likely to be found. Principal quantum number (n) & Orbital angular momentum (l): The Orbital Subshell: https://youtu.be/ms7WR149fAY If an electron has an angular momentum (l ≠ 0), then this vector can point in different directions. In addition, the z component of the angular momentum can have more than one value. This means that if a magnetic field is applied in the z direction, orbitals with different values of the z component of the angular momentum will have different energies resulting from interacting with the field. The magnetic quantum number, called ml, specifies the z component of the angular momentum for a particular orbital. For example, for an s orbital, l = 0, and the only value of ml is zero. For p orbitals, l = 1, and ml can be equal to –1, 0, or +1. Generally speaking, ml can be equal to –l, –(l – 1), …, –1, 0, +1, …, (l – 1), l. The total number of possible orbitals with the same value of l (a subshell) is 2l + 1. Thus, there is one s-orbital for ml = 0, there are three p-orbitals for ml = 1, five d-orbitals for ml = 2, seven f-orbitals for ml = 3, and so forth. The principal quantum number defines the general value of the electronic energy. The angular momentum quantum number determines the shape of the orbital. And the magnetic quantum number specifies orientation of the orbital in space, as can be seen in Figure 9.4.3. Figure 9.4.4 illustrates the energy levels for various orbitals. The number before the orbital name (such as 2s, 3p, and so forth) stands for the principal quantum number, n. The letter in the orbital name defines the subshell with a specific angular momentum quantum number l = 0 for s orbitals, 1 for p orbitals, 2 for d orbitals. Finally, there are more than one possible orbitals for l ≥ 1, each corresponding to a specific value of ml. In the case of a hydrogen atom or a one-electron ion (such as He+, Li2+, and so on), energies of all the orbitals with the same n are the same. This is called a degeneracy, and the energy levels for the same principal quantum number, n, are called degenerate energy levels. However, in atoms with more than one electron, this degeneracy is eliminated by the electron–electron interactions, and orbitals that belong to different subshells have different energies. Orbitals within the same subshell (for example ns, np, nd, nf, such as 2p, 3s) are still degenerate and have the same energy. While the three quantum numbers discussed in the previous paragraphs work well for describing electron orbitals, some experiments showed that they were not sufficient to explain all observed results. It was demonstrated in the 1920s that when hydrogen-line spectra are examined at extremely high resolution, some lines are actually not single peaks but, rather, pairs of closely spaced lines. This is the so-called fine structure of the spectrum, and it implies that there are additional small differences in energies of electrons even when they are located in the same orbital. These observations led Samuel Goudsmit and George Uhlenbeck to propose that electrons have a fourth quantum number. They called this the spin quantum number, or ms. The other three quantum numbers, n, l, and ml, are properties of specific atomic orbitals that also define in what part of the space an electron is most likely to be located. Orbitals are a result of solving the Schrödinger equation for electrons in atoms. The electron spin is a different kind of property. It is a completely quantum phenomenon with no analogues in the classical realm. In addition, it cannot be derived from solving the Schrödinger equation and is not related to the normal spatial coordinates (such as the Cartesian x, y, and z). Electron spin describes an intrinsic electron “rotation” or “spinning.” Each electron acts as a tiny magnet or a tiny rotating object with an angular momentum, even though this rotation cannot be observed in terms of the spatial coordinates. The magnitude of the overall electron spin can only have one value, and an electron can only “spin” in one of two quantized states. One is termed the α state, with the z component of the spin being in the positive direction of the z axis. This corresponds to the spin quantum number ms=12. The other is called the β state, with the z component of the spin being negative and ms=−12. Any electron, regardless of the atomic orbital it is located in, can only have one of those two values of the spin quantum number. The energies of electrons having ms=−12 and ms=12 are different if an external magnetic field is applied. Figure 9.4.5 illustrates this phenomenon. An electron acts like a tiny magnet. Its moment is directed up (in the positive direction of the z axis) for the 12 spin quantum number and down (in the negative z direction) for the spin quantum number of −12. A magnet has a lower energy if its magnetic moment is aligned with the external magnetic field (the left electron) and a higher energy for the magnetic moment being opposite to the applied field. This is why an electron with ms=12 has a slightly lower energy in an external field in the positive z direction, and an electron with ms=−12 has a slightly higher energy in the same field. This is true even for an electron occupying the same orbital in an atom. A spectral line corresponding to a transition for electrons from the same orbital but with different spin quantum numbers has two possible values of energy; thus, the line in the spectrum will show a fine structure splitting. The Pauli Exclusion Principle An electron in an atom is completely described by four quantum numbers: n, l, ml, and ms. The first three quantum numbers define the orbital and the fourth quantum number describes the intrinsic electron property called spin. An Austrian physicist Wolfgang Pauli formulated a general principle that gives the last piece of information that we need to understand the general behavior of electrons in atoms. The Pauli exclusion principle can be formulated as follows: No two electrons in the same atom can have exactly the same set of all the four quantum numbers. What this means is that electrons can share the same orbital (the same set of the quantum numbers n, l, and ml), but only if their spin quantum numbers ms have different values. Since the spin quantum number can only have two values (±12), no more than two electrons can occupy the same orbital (and if two electrons are located in the same orbital, they must have opposite spins). Therefore, any atomic orbital can be populated by only zero, one, or two electrons. The properties and meaning of the quantum numbers of electrons in atoms are briefly

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