olfatto. Il ruolo dei neuroni olfattivi

olfatto. Il ruolo dei neuroni olfattivi

Il sistema olfattivo è deputato alla percezione di sostanze chimiche volatili e dei gas presenti nell’aria (sostanze odoranti). La trasformazione dei segnali olfattivi in segnali elettrici (trasduzione) avviene a opera di neuroni olfattivi localizzati sulla membrana olfattiva.

I neuroni della membrana olfattiva

La membrana olfattiva ricopre i tetti delle cavità nasali sull’osso situato sotto i lobi frontali. Ha una estensione diversa a seconda delle specie animali, nell’uomo è di circa 5÷10 cm². Si distinguono tre tipi principali di cellule presenti: i neuroni olfattivi, deputati alla trasduzione degli stimoli odorosi in segnali elettrici, che con i loro assoni penetrano direttamente nel sistema nervoso centrale; le cellule di supporto, che aiutano a produrre il muco in cui vengono intrappolate le molecole odorose; le cellule basali, progenitrici dei neuroni olfattivi. Questi neuroni infatti hanno un ciclo continuo di crescita, morte e rigenerazione che varia da 4 a 8 settimane: sono cellule bipolari con un sottile e lungo dendrite che si dirige verso la superficie della mucosa olfattiva allargandosi in un rigonfiamento terminale da cui si dipartono numerose ciglia. Le sostanze odorose disciolte nel muco si legano alle ciglia attivando la trasduzione del segnale. Dal lato opposto origina un singolo assone, che attraversa la lamina cribrosa dell’osso etmoide per raggiungere il bulbo olfattivo.

Trasduzione del segnale odoroso

Quando una sostanza odorosa disciolta nel muco si lega al suo recettore specifico, una subunità della proteina G perde affinità per il GDP (guanosindifosfato), si lega al GTP (guanosintrifosfato) staccandosi così dal resto della proteina G e attivando l’enzima adenilatociclasi. Il conseguente aumento dei livelli intracellulari di cAMP induce l’apertura dei canali per il sodio e per il calcio che entrano nel neurone depolarizzandolo. L’aumento dei livelli intracellulari di Ca²⁺ causa anche l’apertura dei canali per il cloro determinando un flusso di ioni Cl^– verso l’esterno, amplificando così il fenomeno della depolarizzazione, la quale, quando raggiunge un valore soglia, determina l’insorgenza di un potenziale d’azione che viene propagato fino al bulbo olfattivo.

Recettori olfattivi

Gli odoranti si legano alle proteine recettrici dei neuroni olfattivi attraverso siti specifici localizzati sulla porzione extracellulare del recettore. Poiché il sistema olfattivo è in grado di discriminare decine di migliaia di odori diversi, è verosimile che esistano molti tipi di recettori per gli odori. I recettori olfattivi costituiscono un gruppo numeroso ed eterogeneo di proteine codificate da geni appartenenti alla stessa famiglia. Nel ratto sono stati identificati circa 1.000 geni che codificano il sito di legame di recettori diversi. Ogni recettore è lievemente diverso rispetto a un altro e ha una diversa capacità di legame con gli odoranti. Dato che ogni specifico neurone olfattivo esprime solo uno dei 1.000 differenti tipi di recettore ci sono, almeno 1.000 diversi tipi di questi neuroni, ognuno caratterizzato da un proprio gene recettore. I recettori olfattivi appartengono alla superfamiglia delle proteine dotate di sette eliche μ transmembrana e legate a proteine G. Topi che non esprimono le proteine coinvolte nella via del cAMP sono anosmici per un gran numero di odori.

Come vengono usati 1.000 tipi di cellule recettrici diverse per percepire e distinguere più di 10.000 sostanze odorose? Si ipotizza che un particolare odorante sia in grado di legare più di un recettore in modo più o meno immediato così che il recettore diviene più o meno sensibile all’odorante. Più esattamente, una porzione della molecola odorante combacia con il sito di legame del recettore e attiva i neuroni olfattivi. Ogni odorante aderisce al sito di legame di almeno un recettore e nella maggior parte dei casi si lega con più recettori attraverso differenti epitopi della molecola. Dato che ogni odorante è in grado di generare schemi di attivazioni recettoriali diversi, il sistema nervoso è in grado, sulla base del tipo di schema recettoriale attivato, di distinguere la particolare sostanza odorosa presente.

Vie olfattive centrali

Gli assoni dei neuroni olfattivi si prolungano fino all’interno dei bulbi olfattivi situati alla base del cervello sulle terminazioni dei tratti olfattivi. Essi ricevono ed elaborano le informazioni in particolari formazioni denominate glomeruli, strutture del diametro di circa 50÷200 μm, in grado di ricevere circa 25.000 assoni olfattivi primari che esprimono un particolare recettore e che formano sinapsi con i dendriti di circa 25 grandi cellule mitrali e circa 60 piccole cellule a pennacchio. Queste cellule sono neuroni olfattivi di secondo ordine che, a loro volta, inviano assoni attraverso il tratto olfattorio al sistema nervoso centrale. Nei glomeruli sono presenti anche interneuroni (cellule dei granuli e cellule periglomerulari) che stabiliscono complesse connessioni con le cellule mitrali e a pennacchio.

Questa rete di neuroni fa sì che il bulbo olfattivo non esegua un semplice trasferimento delle informazioni ai centri superiori, ma effettui una prima elaborazione che consente di aumentare la capacità di discriminare e differenziare gli stimoli olfattivi tra loro, ossia i bulbi iniziano a segregare i segnali odorosi in categorie indipendentemente dalla loro intensità. L’identificazione precisa di un odore richiede poi un’elaborazione successiva nei centri superiori. Le fibre in uscita dal bulbo olfattivo formano il tratto olfattivo che raggiunge direttamente le aree limbiche: l’ippocampo, la corteccia piriforme, l’amigdala, l’ipotalamo e la corteccia entorinale implicati nella mediazione delle componenti affettive, emozionali e nelle risposte comportamentali e fisiologiche legate alle sensazioni olfattive. Gli assoni in uscita dalle strutture limbiche raggiungono poi, tramite il talamo, le regioni neocorticali e orbitofrontali responsabili degli aspetti coscienti della sensazione olfattiva.