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Il senso dell’olfatto

Così come il gusto, l’olfatto è considerato un senso chimico, quindi dipendente dall’interazione tra sostanze chimiche presenti nell’aria e chemocettori presenti al livello della mucosa olfattiva. Il sistema olfattivo è unico nel suo genere in quanto è l’unico caso in cui si ha tessuto neurale (i neuroni olfattivi) a diretto contatto con l’ambiente esterno. L’olfatto è in parte coinvolto nella percezione dei sapori, ma la sua importanza è legata soprattutto alla possibilità di riconoscere la presenza di altri animali nelle vicinanze. Esso è quindi indispensabile per i comportamenti di attacco e fuga nonché per le funzioni riproduttive e parentali.

Il senso dell’olfatto è il senso meno compreso, in parte probabilmente perché l’olfatto è un fenomeno piuttosto soggettivo, difficile da classificare e da valutare in modelli animali. Inoltre, questo senso ha perso di importanza negli esseri umani, dove è molto poco sviluppato rispetto ad altri mammiferi.

La mucosa olfattiva

La struttura in grado di percepire gli odori è la mucosa olfattiva. Essa si trova nella parte superiore delle cavità nasali ed è costituita da una tonaca connettivale e da uno strato epiteliale che prende il nome di epitelio olfattivo.

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Qui ritroviamo 3 principali tipi di cellule:

  • Neuroni olfattivi: neuroni bipolari i cui dendriti formano delle protuberanze ricoperte da cilia nella mucosa delle cavità nasali. Sono le cilia stesse poi a reagire con gli odori. Troviamo all’incirca 100 milioni di neuroni olfattivi;
  • Cellule di sostegno: paragonabili alle cellule gliali, con funzione trofica e di supporto;
  • Cellule basali: che si trovano lungo la lamina basale dell’epitelio olfattivo. Esse sono cellule staminali in grado di replicarsi e di differenziarsi in cellule di sostegno o in neuroni olfattivi.

Nell’epitelio olfattivo si trovano inoltre piccole ghiandole, dette di Bowman, che rilasciano il muco che ricopre la mucosa.

Stimolazione delle cellule olfattive

Le sostanze odoranti diffondono inizialmente nel muco e successivamente si legano ai recettori di membrana presenti a livello delle cilia. Questi recettori sono proteine a 7 passaggi transmembrana accoppiati a proteine G. Studi sui geni che codificano per questi recettori suggeriscono che ve ne siano almeno 100 tipi diversi, in grado di rispondere ad altrettanti odori.

In seguito alla stimolazione del recettore una delle 3 subunità che compongono la proteina G attiva l’adenilato ciclasi che convertirà l’ATP in AMP ciclico (cAMP). Il cAMP a sua volta permetterà l’apertura di canali ionici per il sodio il quale, entrando nella cellula, comporta la formazione del potenziale d’azione e quindi l’eccitazione del neurone olfattivo. Una volta generato il segnale, i recettori olfattivi vanno incontro ad adattamento molto rapidamente.
Le molecole che possono stimolare questi recettori devono essere volatili nonché almeno parzialmente idrosolubili per poter passare attraverso il muco che riveste le cilia.

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Range di attivazione dei recettori

Una differenza interessante rispetto agli altri recettori sensoriali è il range di attivazione dei recettori olfattivi. Normalmente i recettori sensoriali presentano range estremamente ampi, in cui il livello di discriminazione delle intensità dello stimolo è elevatissimo. In questo caso invece abbiamo una soglia minima molto bassa ma un range molto piccolo. Quindi questi recettori si attivano facilmente, ma raggiungono quasi subito il livello massimo di attivazione. Questa caratteristica può forse essere spiegata dal fatto che è più importante rilevare la presenza o assenza di una sostanza piuttosto che conoscerne l’esatta quantità.

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I bulbi olfattivi

Le fibre nervose amieliniche provenienti dai neuroni olfattivi attraversano la lamina cribrosa, una porzione orizzontale dell’osso etmoide riccamente forata, per dirigersi verso i bulbi olfattivi. Questo insieme di fibre nervose costituisce il nervo olfattivo o primo nervo cranico. I bulbi olfattivi sono la porzione più anteriore del cervello della maggior parte dei vertebrati e si dividono in 2 porzioni: bulbo olfattivo principale e accessorio.

Bulbo olfattivo principale

Il bulbo olfattivo principale ha una struttura suddivisa in diversi strati concentrici.

Dalla superficie verso il centro distinguiamo:

  • Strato dei glomeruli, strutture con forma sferica circondate da neuroni periglomerulari e da cellule gliali;
  • Strato plessiforme esterno, dove troviamo gli interneuroni adibiti ai segnali inibitori di feedback;
  • Strato delle cellule mitrali
  • Strato plessiforme interno, dove non troviamo neuroni ma solo fibre nervose;
  • Strato delle cellule granulari, le quali sono neuroni caratterizzati da un corpo cellulare molto piccolo.

A livello dei glomeruli si hanno le sinapsi tra nervi olfattivi, cellule mitrali ed interneuroni. Ogni glomerulo riceve informazioni da neuroni olfattivi che esprimono lo stesso tipo di recettori. In questo modo questo strato rappresenta come una mappa degli odori dove neuroni olfattivi sensibili a molecole chimiche simili, mandano il loro segnale a glomeruli vicini.

Vie olfattive

Le cellule mitrali, in risposta ai segnali ricevuti dai nervi olfattivi e ai segnali di feedback laterale degli interneuroni e delle cellule granulari, trasferiscono il segnale a diverse zone del cervello tramite i tratti olfattivi.

Questi raggiungono:

  • la corteccia olfattiva
  • l’amigdala
  • la corteccia piriforme
  •  la corteccia entorinale, la quale manda informazioni all’ippocampo ed è coinvolta quindi nella memoria olfattiva la quale ha forti connessioni con la memoria emozionale

Bulbo olfattivo accessorio

Il bulbo olfattivo accessorio si trova in molti animali, tra cui la maggior parte dei mammiferi e dei rettili, ma non è presente nell’uomo (questo rimane ancora argomento di dibattito fra i ricercatori). Questa regione non riceve informazioni dai neuroni olfattivi della mucosa nasale, bensì dai neuroni dell’organo vomeronasale. Esso si trova nella cavità nasale, al di sopra del palato. I neuroni dell’organo vomeronasale sono sensibili ad odori non-volatili, quindi richiedono il contatto fisico diretto con queste sostanze. Questo avviene per esempio quando gli animali strofinano il muso contro un altro animale od una superficie.

Il principale ruolo di questa struttura è quello di percepire i feromoni emessi da possibili prede, predatori o compagni sessuali. Gli assoni di questi neuroni mandano i loro segnali al bulbo olfattivo accessorio. I neuroni di questa regione contattano l’amigdala e da qui l’ipotalamo, la regione in grado di regolare le attività metaboliche e riproduttive.

Plasticità del sistema olfattivo

Il sistema olfattivo dei mammiferi è caratterizzato da una plasticità alquanto peculiare. Esso è infatti capace di rigenerare i neuroni olfattivi della mucosa nasale in seguito a danno, nonché di produrre nuovi interneuroni del bulbo olfattivo per poter rispondere ad odori sconosciuti.

Rigenerazione dei neuroni recettoriali

I neuroni recettoriali che troviamo nella mucosa olfattiva sono continuamente rigenerati durante l’intero corso della vita di un individuo. Questo avviene in seguito a danno cellulare o semplicemente quando questi neuroni raggiungono un’età critica (6-8 settimane).
Ciò è reso possibile grazie ad una continua divisione delle cellule basali dell’epitelio olfattivo. Queste, in seguito a divisione cellulare e differenziamento in neuroni olfattivi, sviluppano assoni che raggiungono i bulbi olfattivi e ristabiliscono le connessioni preesistenti con i glomeruli.

Come è facile immaginare, questo processo è estremamente delicato ed i neuroni sono aiutati da particolari cellule gliali che prendono il nome di cellule olfattive avvolgenti (olfactory ensheathing cells (OECs)).

Cellule olfattive avvolgenti (OECs)

Le cellule olfattive avvolgenti costituiscono una popolazione di cellule gliali unica nel suo genere che avvolge gli assoni dei neuroni olfattivi (i quali sono amielinici). Un’importante caratteristica che le differenzia dalle altre cellule gliali del sistema nervoso centrale e periferico è la loro origine embrionale che sembra essere quella dei placodi olfattivi.
Per cercare di comprendere il loro ruolo potremmo dire che le OEC sono una via di mezzo tra gli astrociti e le cellule di Schwann.

Funzioni delle OEC

La loro principale funzione è quella di favorire la crescita assonale dei neuroni olfattivi neoformati ed accompagnarne l’estensione fino ai bulbi olfattivi. Questo sembra possibile grazie al fatto che le OEC sono connesse tra loro tramite gap junction e creano così un microambiente che isola gli assoni olfattivi dal contesto circostante. Questo microambiente contiene fattori che facilitano la crescita degli assoni e li guidano verso la loro destinazione finale. Un’altra importante funzione delle OEC sembrerebbe essere quella di proteggere l’epitelio olfattivo da patogeni provenienti dall’ambiente esterno grazie alle loro capacità fagocitarie.

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Potenziale terapeutico delle OEC

In luce del loro ruolo primario nel supportare la rigenerazione dei nervi olfattivi, diversi studi si sono concentrati sull’utilizzo di queste cellule in ambito terapeutico. Per esempio, si è visto un ruolo benefico delle OEC in modelli sperimentali di lesioni del midollo spinale o di nervi periferici. L’impianto di OEC nelle zone lese ha permesso una rigenerazione e rimielinizzazione degli assoni coinvolti, la formazione di vasi sanguigni e una regolazione del sistema immunitario. Le conoscenze su queste cellule e le loro capacità sono ancora estremamente acerbe e studi più approfonditi permetteranno forse di sfruttare appieno il loro potenziale.

Neurogenesi nel bulbo olfattivo adulto

Il bulbo olfattivo è una delle uniche 2 regioni del cervello dei mammiferi a mantenere un attivo e costante processo di neurogenesi anche nell’adulto. Le cellule staminali neurali dalle quali derivano i nuovi neuroni che si integrano nel bulbo olfattivo si trovano lungo la parete dei 2 ventricoli laterali. Da qui, neuroblasti immaturi migrano per raggiungere i bulbi olfattivi principali e accessori. Nei bulbi queste cellule completano il loro processo di maturazione e differenziamento e si integrano nei circuiti preesistenti. Il 94% delle cellule neoformate si differenzia in interneuroni dei granuli, il 4% in interneuroni glomerulari ed una piccolissima parte in astrociti. La seconda regione del cervello che mantiene la capacità di produrre neuroni durante l’età adulta è il giro dentato dell’ippocampo.

Ruolo del processo di neurogenesi

La funzione di questo processo è ancora oggetto di studi in numerose specie. La sopravvivenza dei neuroni neoformati dipende notevolmente dall’attività olfattiva dell’animale. In particolare si è visto che una deprivazione olfattiva riduce il numero delle cellule granulari mentre un arricchimento degli stimoli olfattivi nell’ambiente ne stimola la sopravvivenza. Molti studi sembrano inoltre collegare l’attività dei nuovi interneuroni con i processi di apprendimento, discriminazione e memoria olfattiva.

Nei topi si è visto, per esempio, che i feromoni di un maschio dominante aumentano la neurogenesi dei bulbi olfattivi nelle femmine. Questo processo è necessario per la preferenza che hanno le femmine nei confronti del maschio dominante. Allo stesso tempo i neuroni neogenerati nei maschi sono indispensabili per il riconoscimento dei loro cuccioli.

…e nell’uomo?

Numerosissimi sono gli studi che cercano di capire se questo processo si sia mantenuto anche nell’uomo. Ad oggi esistono diverse prove che sembrerebbero dimostrare la presenza di neuroni neogenerati nel cervello umano adulto. Tuttavia, questo non sembra riguardare i bulbi olfattivi della nostra specie.

Referenze

  • Costanzo R.M. Regeneration of Olfactory Receptor Cells. (2007) Novartis Foundation Symposia
  • Fisiologia. Molecole, cellule e sistemi, a cura di Egidio D’Angelo e Antonio Peres – Edi ermes.
  • Lledo P-M and Valley M. Adult Olfactory Bulb Neurogenesis. (2016) Spring Harb Perspect Biol
  • Roet K.C.D. and Verhaagen J. Understanding the neural repair-promoting properties of olfactory ensheathing cells. (2014) Experimental Neurology 261, 594-609
  • Su Z. and He C. Olfactory ensheathing cells: Biology in neural development and regeneration. (2010) Progress in Neurobiology 92, 517-532
  • Textbook of Medical Physiology, thirteenth edition, Guyton and Hall – Elsevier
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