Olfatto

Nella vita degli animali terrestri, l'olfatto svolge un ruolo importante nella comunicazione con l'ambiente esterno. Serve a riconoscere gli odori e a determinare le sostanze odorose gassose contenute nell'aria. Nel processo evolutivo, l'organo olfattivo, di origine ectodermica, si è formato inizialmente in prossimità dell'apertura boccale, per poi integrarsi con la parte iniziale delle vie respiratorie superiori, separata dalla cavità orale. Alcuni mammiferi hanno un olfatto molto sviluppato (macrosmatici). Questo gruppo comprende insettivori, ruminanti, ungulati e predatori. Altri animali non hanno alcun senso dell'olfatto (anasmatici). Tra questi, i delfini. Il terzo gruppo è costituito da animali il cui senso dell'olfatto è poco sviluppato (microsmatici). Tra questi, i primati.

Nell'uomo, l'organo olfattivo (organum olfactorium) è situato nella parte superiore della cavità nasale. La regione olfattiva della mucosa nasale (regio olfactoria tunicae mucosae nasi) comprende la mucosa che ricopre la conca nasale superiore e la parte superiore del setto nasale. Lo strato recettoriale nell'epitelio che ricopre la mucosa include cellule neurosensoriali olfattive (ccllulae neurosensoriae olfactoriae), che percepiscono la presenza di sostanze odorose. Tra le cellule olfattive si trovano cellule epiteliali di supporto (epitheliocyti sustenans). Le cellule di supporto sono capaci di secrezione apocrina.

Il numero di cellule neurosensoriali olfattive raggiunge i 6 milioni (30.000 cellule per 1 mm² ⁾. La parte distale delle cellule olfattive forma un ispessimento, il "club olfattivo". Ciascuno di questi ispessimenti può contenere fino a 10-12 ciglia olfattive. Le ciglia sono mobili e possono contrarsi sotto l'influenza di sostanze odorose. Il nucleo occupa una posizione centrale nel citoplasma. La parte basale delle cellule recettrici si prolunga in un assone stretto e contorto. Sulla superficie apicale delle cellule olfattive sono presenti numerosi villi.

Le ghiandole olfattive (glandulae olfactoriae) sono situate nello spessore del tessuto connettivo lasso della regione olfattiva. Sintetizzano una secrezione acquosa che umidifica l'epitelio tegumentario. In questa secrezione, che lava le ciglia delle cellule olfattive, si dissolvono le sostanze odorose. Queste sostanze vengono percepite da proteine recettrici situate nella membrana che ricopre le ciglia. I processi centrali delle cellule neurosensoriali formano 15-20 nervi olfattivi.

I nervi olfattivi penetrano nella cavità cranica attraverso le aperture della lamina cribrosa dell'osso olfattivo, per poi dirigersi verso il bulbo olfattivo. Nel bulbo olfattivo, gli assoni delle cellule neurosensoriali olfattive dei glomeruli olfattivi entrano in contatto con le cellule mitrali. I processi delle cellule mitrali, nello spessore del tratto olfattivo, si dirigono verso il triangolo olfattivo e, come parte delle strisce olfattive (intermedia e mediale), penetrano nella sostanza perforata anteriore, nell'area subcallosa e nella striscia diagonale (bandaletta [stria] diagonalis) (stria di Broca). Come parte della striscia laterale, i processi delle cellule mitrali proseguono nel giro paraippocampale e nell'uncino, che contiene il centro olfattivo corticale.

Meccanismi neurochimici della percezione olfattiva

All'inizio degli anni '50, Earl Sutherland utilizzò l'esempio dell'adrenalina, che stimola la formazione di glucosio dal glicogeno, per decifrare i principi della trasmissione del segnale attraverso la membrana cellulare, che si rivelarono comuni a un'ampia gamma di recettori. Già alla fine del XX secolo, si scoprì che la percezione degli odori avviene in modo simile, persino i dettagli della struttura delle proteine recettoriali risultavano simili.

Le proteine recettoriali primarie sono molecole complesse, il cui legame con i ligandi causa notevoli cambiamenti strutturali, seguiti da una cascata di reazioni catalitiche (enzimatiche). Per il recettore olfattivo, così come per il recettore visivo, questo processo termina con un impulso nervoso percepito dalle cellule nervose delle corrispondenti aree del cervello. Le proteine recettoriali primarie sono costituite da segmenti contenenti da 20 a 28 residui ciascuno, sufficienti ad attraversare una membrana di 30 Å di spessore. Queste regioni polipeptidiche sono ripiegate a formare un'α-elica. Pertanto, il corpo della proteina recettoriale è una struttura compatta di sette segmenti che attraversano la membrana. Tale struttura delle proteine integrali è caratteristica dell'opsina nella retina dell'occhio, dei recettori della serotonina, dell'adrenalina e dell'istamina.

Non sono disponibili dati strutturali a raggi X sufficienti per ricostruire la struttura dei recettori di membrana. Pertanto, i modelli computerizzati analogici sono attualmente ampiamente utilizzati in tali schemi. Secondo questi modelli, il recettore olfattivo è formato da sette domini idrofobici. I residui amminoacidici che legano il ligando formano una "tasca" situata a 12 Å dalla superficie cellulare. La tasca è rappresentata come una rosetta, costruita allo stesso modo per diversi sistemi recettoriali.

Il legame dell'odorante al recettore determina l'attivazione di una delle due cascate di segnalazione: l'apertura dei canali ionici e la generazione di un potenziale recettoriale. La proteina AG specifica delle cellule olfattive può attivare l'adenilato ciclasi, che porta a un aumento della concentrazione di cAMP, il cui bersaglio sono i canali cationici selettivi. La loro apertura determina l'ingresso di Na+ e Ca2+ nella cellula e la depolarizzazione della membrana.

Un aumento della concentrazione intracellulare di calcio provoca l'apertura dei canali del Cl controllati dal Ca, che porta a una depolarizzazione ancora maggiore e alla generazione di potenziale recettoriale. L'attenuazione del segnale si verifica a causa di una diminuzione della concentrazione di cAMP, dovuta a specifiche fosfodiesterasi, e anche perché il Ca₂+, in un complesso con la calmodulina, si lega ai canali ionici e ne riduce la sensibilità al cAMP.

Un'altra via di estinzione del segnale coinvolge l'attivazione della fosfolipasi C e della protein chinasi C. La fosforilazione delle proteine di membrana apre i canali cationici e, di conseguenza, modifica istantaneamente il potenziale transmembrana, che genera anche un potenziale d'azione. Pertanto, la fosforilazione delle proteine da parte delle protein chinasi e la defosforilazione da parte delle corrispondenti fosfatasi si sono rivelate un meccanismo universale per la risposta istantanea di una cellula a uno stimolo esterno. Gli assoni diretti al bulbo olfattivo si raggruppano in fasci. La mucosa nasale contiene anche terminazioni libere del nervo trigemino, alcune delle quali sono anch'esse in grado di rispondere agli odori. Nella faringe, gli stimoli olfattivi possono eccitare le fibre dei nervi cranici glossofaringeo (IX) e vago (X). Il loro ruolo nella percezione degli odori non è associato al nervo olfattivo ed è preservato in caso di disfunzione dell'epitelio olfattivo dovuta a malattie e lesioni.

Istologicamente il bulbo olfattivo è suddiviso in più strati, caratterizzati da cellule di una forma specifica, dotate di processi di un certo tipo con tipici tipi di connessioni tra loro.

La convergenza delle informazioni avviene sulle cellule mitrali. Nello strato glomerulare, circa 1.000 cellule olfattive terminano sui dendriti primari di una cellula mitralica. Questi dendriti formano anche sinapsi dendrodendritiche reciproche con le cellule periglomerulari. I contatti tra cellule mitrali e periglomerulari sono eccitatori, mentre i contatti in direzione opposta sono inibitori. Gli assoni delle cellule periglomerulari terminano sui dendriti delle cellule mitrali del glomerulo adiacente.

Le cellule granulari formano anche sinapsi dendrodendritiche reciproche con le cellule mitrali; questi contatti influenzano la generazione di impulsi da parte delle cellule mitrali. Le sinapsi sulle cellule mitrali sono anche inibitorie. Le cellule granulari formano anche contatti con le collaterali delle cellule mitrali. Gli assoni delle cellule mitrali formano il tratto olfattivo laterale, che è diretto alla corteccia cerebrale. Le sinapsi con neuroni di ordine superiore forniscono connessioni con l'ippocampo e (tramite l'amigdala) con i nuclei autonomi dell'ipotalamo. Neuroni che rispondono agli stimoli olfattivi si trovano anche nella corteccia orbitofrontale e nella formazione reticolare del mesencefalo.