Fisiologia generale - Parte 4

Fisiologia

Lezione numero 14 del 23.03.2021

Sistema olfattivo

Abbiamo visto il sistema somatosensoriale, nocicezione, sistema uditivo, parliamo ora di sistema olfattivo.

Il sistema olfattivo è per me un sistema molto importante perché è il mio argomento di ricerca, io mi occupo di studiare il sistema olfattivo nell'uomo, le sue caratteristiche, le sue funzioni in diverse popolazioni, in diverse condizioni, per cui è ovvio che ci sono particolarmente affezionata. Questa lezione sarà dedicata quindi a spiegarvi qual è la fisiologia di questo organo di senso molto particolare.

Il sistema olfattivo è forse il sistema più arcaico, l'abbiamo detto anche quando abbiamo parlato dei recettori sensoriali in genere. Secondo gli scienziati, non tutte le fibre che partono dal sistema olfattivo raggiungono il talamo, ma alcune proiettano direttamente in altre regioni del cervello. Diciamo che nell'uomo non è particolarmente sviluppato se comparato ad altri animali, pensate ai cani: i cani hanno un sistema olfattivo, e anche i gatti, più sviluppato di quello dell'uomo. Pensate ai mammiferi in genere, ai ratti. Invece l'uomo ha sopperito a una serie di informazioni, che per altri animali vengono date dal sistema olfattivo, con altri organi di senso, in modo particolare con la vista.

Noi vedremo che il sistema olfattivo, intanto, negli anni sta incominciando ad avere particolare interesse e quindi si sta studiando tantissimo, molto più di quanto si faceva in passato, e poi vedremo come svolge delle funzioni molto importanti.

Per esempio, noi possiamo dire che può essere coinvolto nella percezione della composizione chimica dell'ambiente esterno. Infatti l'olfatto svolge principalmente tre funzioni per quanto riguarda le informazioni che provengono dall'ambiente esterno:

• Ci segnala la presenza di pericoli, quindi la presenza, che ne so, di gas tossici, di fumi, che possono essere nocivi, se un cibo è avariato oppure bruciato, che sono tutti i segnali di allarme del sistema.
• La seconda importante funzione svolta dal sistema olfattivo ha a che fare con la comunicazione sociale, cioè con le interazioni tra individui. Per esempio, una funzione è quella del riconoscimento tra una madre e il proprio bambino, perché il bambino impara l'odore della propria madre durante la vita intrauterina, ed è quindi in grado di riconoscerla in qualunque momento. Tant'è che succede, non so se vi è mai capitato di vederlo, ci sono dei bambini che stanno piangendo disperati perché magari li prende qualcuno in braccio e poi, quando vengono presi dalla madre, smettono di piangere, perché riconoscono proprio l'odore materno. Ma come comunicazione sociale si intende anche l'interazione tra individui, quindi ad esempio la scelta del partner per l’accoppiamento. Sembra che la capacità olfattiva permetta, che impedisca l’inbreeding, perché c'è una sorta di repulsione verso le persone che possono essere legate a noi tramite legami di parentela e che quindi impediscono che ci sia una sorta di attrattività reciproca. Qui si può entrare anche nel mondo dei feromoni, cioè di quelle molecole segnale che stanno alla base dell'industria profumiera, che cerca sempre di riuscire a trovare delle molecole chimiche da mettere nei profumi universali che siano come l'elisir d'amore per tutti a scopo economico.
• Ovviamente non per ultimo di importanza, ma il terzo ambito in cui il sistema olfattivo svolge una funzione molto importante è il comportamento alimentare, perché noi, se andiamo a mangiare le cose di cui ci piace l'odore, tendiamo a rifiutare quelle il cui odore non ci piace. La sensibilità olfattiva verso il cibo non ha soltanto questa funzione, ma ne svolge molte altre. Una la ritroveremo anche quando parleremo di sistema gastrointestinale, perché abbiamo che l'olfatto partecipa a quella che è la fase cefalica della digestione, cioè quando noi sentiamo l'odore del cibo prepariamo il nostro organismo inconsciamente a ricevere il cibo. Sicuramente a tutti è successo di camminare per strada, magari all'ora di pranzo o comunque in una situazione in cui si ha dell’appetito, e sentire dei profumi di cibo che provengono dai ristoranti, piuttosto che dalle case delle signore che stanno preparando il pranzo per la famiglia con le finestre aperte, e iniziare a sentire i gorgoglii nello stomaco, quindi lo stomaco che gorgheggia. Questo è un meccanismo innato del nostro corpo che si prepara ad accogliere il cibo, anche se noi non lo stiamo ancora mangiando, perché noi siamo ancora per strada. Però il nostro olfatto segnala la presenza di cibo e quindi noi ci troviamo in una situazione glicemica particolare, ecco che il nostro corpo si prepara ad accogliere il cibo. L’olfatto interviene anche nel comportamento alimentare, quindi non solo nelle abitudini ma anche nella quantità di cibo che noi mangiamo, perché entra in quel concetto di sazietà sensoriale che si raggiunge quando noi mangiamo grandi quantitativi di un determinato alimento. A un certo punto quell’alimento ci nausea, nel momento in cui ci nausea anche soltanto il suo odore noi smettiamo di mangiarlo, quindi diciamo che le funzioni che vengono svolte nel comportamento alimentare sono diverse.

Vedremo nel corso delle nostre lezioni che tutto l'organismo è ricco di recettori chimici che sono in grado di rispondere a degli stimoli olfattivi e che possono in qualche modo andare ad agire dall'interno su quello che è il nostro comportamento alimentare. Infatti più avanti noi vedremo una connessione tra il sistema olfattivo e l'ipotalamo, se noi ci ricordiamo, in quella regione del sistema nervoso centrale dove avviene il maggior controllo delle funzioni omeostatiche, come il controllo della glicemia, dove abbiamo visto che sono presenti il centro della fame e il centro della sazietà.

Abbiamo che il sistema olfattivo svolge una funzione molto importante, tant’è che negli ultimi anni si è scoperto che una delle regioni del sistema olfattivo coadiuva proprio la funzione dell'ipotalamo nel controllare il meccanismo di assunzione di cibo, sia a lungo sia a breve termine. Comunque una parte di queste cose le rivediamo più avanti, una parte di questi concetti li rivedremo alla fine del corso se riusciremo a fare quegli aspetti della nutrizione di cui vi dicevo quando abbiamo parlato del programma.

Percezione olfattiva ortonasale e retronasale

Andiamo a vedere meglio questa percezione olfattiva. Noi abbiamo due tipi di percezione olfattiva: una è la percezione olfattiva ortonasale, consiste in quando noi avviciniamo un oggetto al naso o quando stiamo annusando l'ambiente attorno a noi. Tutti gli odori che vengono inalati attraverso le narici e quindi trasportati dall'aria sono quelli che vengono percepiti attraverso la via olfattiva ortonasale.

Una serie di odori vengono però percepiti attraverso quella che viene chiamata via olfattiva retronasale, perché noi sappiamo che c'è una comunicazione tra la bocca e il naso.

Attraverso il retro della bocca, quando noi mangiamo, soprattutto quando noi mastichiamo, vengono liberate le molecole chimiche in seguito alla masticazione. Alcune di queste andranno a raggiungere i recettori gustativi, altre, quelle volatili, raggiungeranno attraverso il retro della bocca le cavità nasali per andare a raggiungere la sede di identificazione delle molecole odorose propriamente dette, così come noi la intendiamo, dove vengono percepite sia le molecole attraverso la via ortonasale che quelle della via retronasale, che è una regione specializzata che si trova nella parte superiore del naso.

Epitelio olfattivo

Andiamo a vedere come è formato l'epitelio olfattivo. È formato da diversi tipi di cellule, vediamo due immagini perché ognuna ci fa vedere diverse caratteristiche. Nell’epitelio olfattivo noi possiamo distinguere delle cellule basali che si trovano nella parte più profonda dell'epitelio olfattivo e si trovano subito sotto l'osso etmoide, che rappresenta il pavimento del cranio.

Questo pavimento del cranio, come ci fa vedere la figura a sinistra, è forellato, perché l’epitelio olfattivo si prolunga all'interno della scatola cranica, tant'è che l'epitelio olfattivo viene visto come strumento attraverso il quale alcuni germi e batteri possono raggiungere il sistema nervoso centrale, proprio perché in questa regione della scatola cranica noi abbiamo che l'osso è sottilissimo e presenta addirittura delle forellature che permettono il passaggio di strutture nervose.

Nella parte più profonda dell'epitelio olfattivo noi abbiamo le cellule cosiddette staminali o basali che sono in continuo turnover. I recettori sensoriali veri e propri del sistema olfattivo, che sono i neuroni sensoriali olfattivi, sono rappresentati in blu e in celeste nelle immagini in basso, sono i filamenti bianchi nella figura in alto a destra. Sono cellule nervose bipolari, quindi cellule nervose propriamente dette, sono caratterizzate da un soma cellulare che si trova a metà dello strato dell'epitelio olfattivo, una zona che proietta verso il sistema nervoso centrale.

Quindi gli assoni dei neuroni sensoriali olfattivi attraversano l'osso etmoide e quindi quei forellini servono proprio a queste fibre nervose per potere attraversare e proiettarsi verso il sistema nervoso centrale. Presentano invece un dendrite che si estende verso la superficie nasale e termina con una superficie ciliata, lo vedremo meglio nell’immagine successiva.

Quindi che cosa possiamo dire? Oltre ai neuroni sensoriali olfattivi e alle cellule basali, noi abbiamo una parete di cellule che sono le cellule di supporto. Ancora, abbiamo le ghiandole del Bowman, che sono rappresentate in questa figura in basso a destra. Per quanto riguarda queste ghiandole, queste hanno il compito di produrre due sostanze fondamentali: uno strato di muco perché i terminali di questi neuroni olfattivi proiettano, come abbiamo detto, nella cavità nasale e quindi sono in stretto contatto con l'aria, perché quando noi respiriamo questi neuroni olfattivi entrano a contatto diretto con l'aria.

Siccome le cellule devono rimanere in un ambiente protetto, per evitare il disseccamento e la disidratazione, sono bagnate da questo muco, quindi questo fa sì che le cellule rimangano in un ambiente umido.

Non solo, il muco ha anche un'altra funzione: intanto la funzione, per esempio, di catturare delle sostanze che possono essere contenute nell'aria e che possono essere dannose per l'organismo e quindi vengono intrappolate in questo strato di muco e poi vengono eliminate attraverso la presenza del sistema immunitario. Ancora, questo strato di muco ha la funzione di catturare tutte le molecole odorose che sono contenute nell'aria e di permettere che queste molecole odorose possano raggiungere i neuroni dei recettori sensoriali olfattivi.

Le ghiandole del Bowman, oltre al muco, secernono anche delle proteine chiamate proteine che legano gli odori, che hanno la funzione di catturare le molecole odorose quando raggiungono lo strato di muco e di trasportarle fino al recettore olfattivo.

Per quanto riguarda invece le cellule basali o staminali, queste hanno la funzione di permettere il continuo ricambio dei neuroni olfattivi. I neuroni olfattivi però presentano un tempo di vita compreso tra i tre e quattro mesi, quindi vengono continuamente sostituiti e quindi nell’epitelio olfattivo c'è una grande quantità di cellule staminali.

Tant'è che degli studi recenti, però è anche vero che si sta cercando di valutare se si possono utilizzare delle cellule staminali olfattive anche come cellule staminali totipotenti per altre strutture del nostro corpo. Queste cellule staminali però non si differenziano solo ed esclusivamente in neuroni recettoriali, ma si differenziano anche negli altri tipi cellulari che formano l'epitelio olfattivo.

Ancora abbiamo le cellule di supporto, queste hanno funzioni variabili e hanno il compito di stabilizzare l'epitelio olfattivo e quindi creare una struttura di supporto fisico per i neuroni sensoriali e per altri tipi cellulari, ma hanno il compito di fornire nutrienti ai neuroni olfattivi e quindi di essere responsabili del metabolismo a livello dell’epitelio olfattivo.

Olfatto e COVID

Gli studi che si stanno compiendo nell'ultimo anno legati al COVID hanno messo in evidenza questo: uno dei sintomi che ora vengono addirittura considerati tra i più importanti per verificare la presenza di una infezione da SARS COVID-2 è la disfunzione olfattiva o gustativa.

Per quanto riguarda l'olfatto, la proteina Spike di questo virus si va a legare ai recettori ACE, che non sono nelle cellule recettoriali ma sono nelle cellule di supporto e nelle cellule che forniscono nutrimento a tutte le altre cellule. Quindi, nel momento in cui queste cellule vengono distrutte per effetto del virus, nel frattempo muoiono anche i neuroni e vanno a morire anche le cellule basali, quindi viene a mancare anche la possibilità di un continuo turnover delle cellule che invece è garantito in condizioni normali.

Ecco perché si perde il senso dell'olfatto con il COVID, non perché vengono attaccati i neuroni olfattivi ma perché vengono attaccate le strutture di supporto che ne garantiscono la vita.

Inoltre, essendo tra le strutture che vengono interessate a lungo termine anche la cellula del Bowman, venendo a mancare il muco che bagna i terminali dendritici dei neuroni olfattivi, che poi sono quelli responsabili della percezione degli odori, anche tutta la struttura in cui si vanno, che deve essere integra e deve essere organizzata in un certo modo perché possiamo percepire gli odori, è danneggiata perché viene a mancare anche il muco che permette questa organizzazione qui.

Questo è un altro motivo per cui si perde la capacità di percepire gli odori. Tuttavia, come hanno dimostrato diversi studi, questa capacità si può recuperare. Esistono una serie di training olfattivi che permettono di poter riabituare alla percezione degli odori. I tempi possono essere più o meno variabili, però siccome non va a interessare proprio i neuroni olfattivi, diciamo che le possibilità di recupero sono maggiori rispetto ad altre patologie e traumi che possono andare a interessare il sistema olfattivo.

Neuroni sensoriali olfattivi

Andiamo a vedere meglio questi neuroni sensoriali olfattivi, come possiamo vedere da questa immagine. Noi abbiamo che i neuroni sensoriali olfattivi sono colorati in modo diverso: abbiamo i neuroni blu, i neuroni verdi e i neuroni rossi. Che differenza c'è tra questi neuroni?

Se noi guardiamo la parte qui sotto, intanto vediamo questa micrografia a scansione: vediamo un rigonfiamento nella parte terminale da cui ripartono queste strutture filiformi che prendono il nome di ciglia olfattive. Il numero di ciglia varia da neurone a neurone e può essere compreso tra 5 e 20. Queste ciglia devono fluttuare nel muco in modo da entrare in contatto con le molecole odorose.

Inoltre, proprio sulla membrana cellulare di queste ciglia vediamo i recettori olfattivi, quindi noi dobbiamo stare attenti nella terminologia. Quando parliamo di neuroni, parliamo di neuroni sensoriali olfattivi, quindi quando parliamo di recettori olfattivi della cellula, quello che diciamo dovrebbe essere l'argomento legato al sistema nervoso afferente che abbiamo iniziato la settimana scorsa, il recettore olfattivo inteso come cellula lo chiamiamo neurone sensoriale olfattivo.

Questi recettori non sono uguali in ogni recettore sensoriale olfattivo, ma ogni neurone sensoriale olfattivo esprime un solo tipo di recettore olfattivo, per cui i neuroni sensoriali sono colorati in modo diverso. I neuroni blu contengono tutti lo stesso recettore olfattivo blu, quelli verdi contengono tutti lo stesso recettore olfattivo verde, quelli rossi lo stesso recettore olfattivo rosso.

Che cosa ci fa vedere ancora questa immagine? Ci fa vedere che gli assoni di questi neuroni olfattivi che presentano lo stesso recettore olfattivo proiettano tutti nella stessa regione, quindi proiettano nella prima regione di elaborazione delle informazioni olfattive del sistema nervoso centrale, che è il bulbo olfattivo.

Quindi, se noi torniamo indietro alle immagini precedenti, noi abbiamo che l'epitelio olfattivo si trova subito sotto l’osso etmoide che è un osso sottilissimo che delimita il pavimento del cranio. Questo è caratterizzato da una serie di fessure che permettono il passaggio degli assoni dei neuroni sensoriali olfattivi, che proiettano in regioni specifiche della prima stazione di elaborazione delle informazioni olfattive nel sistema nervoso centrale, che è il bulbo olfattivo.

Quindi noi abbiamo i neuroni sensoriali olfattivi nell’epitelio olfattivo, lamina cribrosa e quindi passaggio delle fibre nervose degli assoni dei neuroni sensoriali olfattivi, che proiettano in regioni specifiche di questa prima regione del sistema nervoso centrale, dove viene elaborata l'informazione olfattiva che è il bulbo olfattivo.

Queste regioni precise e specifiche di proiezione non sono a caso ma sono chiamate glomeruli, e i neuroni sensoriali olfattivi che presentano lo stesso recettore olfattivo proiettano tutti con lo stesso glomerulo, quindi nella stessa regione del bulbo olfattivo. Vedremo che questo ha un significato funzionale importantissimo, perché sta alla base della nostra capacità di riconoscere migliaia di odori.

Recettori olfattivi

Andiamo a vedere meglio questi recettori olfattivi, quindi queste proteine di membrana. Abbiamo rappresentato il doppio strato fosfolipidico, abbiamo la proteina di membrana, il recettore olfattivo, vediamo cosa è:

È un recettore caratterizzato da 7 domini transmembrana, con il terminale amminico rivolto verso il liquido extracellulare e il terminale carbossilico rivolto verso il liquido intracellulare.

I recettori olfattivi, che sono stati scoperti nel 1990 o 1991, e per i quali è stato addirittura conferito il premio Nobel, sono quindi delle proteine a 7 domini transmembrana, accoppiati a una proteina G che si chiama proteina G olfattiva, quindi che cosa succede, le molecole che