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I sensi chimici Prof. Guglielmo Puglisi Universitò degli studi di Milano L’importanza del talamo Prof. Guglielmo Puglisi Universitò degli studi di Milano Funzione di sopravvivenza e ruolo dell’esperienza I s...

I sensi chimici Prof. Guglielmo Puglisi Universitò degli studi di Milano L’importanza del talamo Prof. Guglielmo Puglisi Universitò degli studi di Milano Funzione di sopravvivenza e ruolo dell’esperienza I sensi chimici, come il gusto e l'olfatto, sono fondamentali per interagire con il mondo e garantire la nostra sopravvivenza, grazie all'azione dei chemiocettori. Questi recettori specializzati sono responsabili della rilevazione di sostanze chimiche nell'ambiente. Ad esempio, il gusto amaro, rilevato dai chemiocettori presenti sulla lingua, funge da segnale di allarme per evitare sostanze potenzialmente tossiche, proteggendo così la nostra salute. La percezione dei sapori, però, cambia con l'esperienza e le abitudini culturali. Un esempio è il caffè, il cui sapore amaro può risultare sgradevole all'inizio, ma diventa apprezzato grazie all'associazione con momenti piacevoli. Prof. Guglielmo Puglisi Universitò degli studi di Milano  Le papille gustative La lingua contiene papille, strutture che ospitano calici gustativi composti da cellule del gusto che agiscono come recettori per i sapori dolce, salato, amaro, acido e umami. Le papille si suddividono in quattro tipologie: - Filiformi: le più numerose, senza calici gustativi, responsabili della percezione della consistenza degli alimenti, distribuite nella parte dorsale della lingua. - Fungiformi: presenti sulla punta e sui lati, contengono calici gustativi e percepiscono dolcezza e salinità. - Vallate: situate nella parte posteriore, ricche di calici gustativi, sono fondamentali per percepire i sapori amari. - Foliate: si trovano ai lati e partecipano anch'esse alla percezione del gusto. Quando interagiscono con le molecole alimentari, generano segnali nervosi trasmessi al cervello, contribuendo alla formazione delle esperienze gustative. Prof. Guglielmo Puglisi Universitò degli studi di Milano La codifica dei gusti: un processo integrativo Ogni calice gustativo non è sensibile a un solo sapore, ma contiene diverse cellule gustative specializzate che in genere rispondono ad un tipo di gusto. Ad esempio, alcune cellule potrebbero essere più sensibili ai gusti dolci, mentre altre potrebbero rispondere maggiormente a quelli amari Ogni assone afferente gustativo può ricevere segnali da più cellule gustative, che rispondono a diversi tipi di gusti. Quindi, un singolo assone afferente può trasmettere informazioni su più gusti. Questo processo (codice di popolazione) consente una maggiore complessità e versatilità nella percezione dei sapori, permettendo al sistema gustativo di integrare e interpretare una vasta gamma di stimoli gustativi in modo coordinato. I microvilli, che sono piccole estensioni cellulari presenti sulla superficie delle cellule gustative, si protendono verso il poro gustativo. Questi microvilli svolgono un ruolo cruciale nella percezione gustativa, poiché contengono recettori che interagiscono con le molecole dei sapori presenti nei cibi, consentendo così la trasmissione del segnale gustativo al sistema nervoso. Prof. Guglielmo Puglisi Universitò degli studi di Milano  Le cellule gustative e la trasduzione Le cellule gustative non sono neuroni e non generano potenziali d'azione autonomamente, ma fungono da trasduttore chimico/elettrico. 1. Entrano ioni (Na+/H+) o si verifica un legame della molecola di sapore (ligando) a specifici recettori sulle cellule gustative che aprono canali ionici. 2. Flusso di ioni: L'apertura dei canali ionici consente l'ingresso di ioni positivi nella cellula, portando alla depolarizzazione della membrana (potenziale di recettore). 4. Questa depolarizzazione non genera un potenziale d'azione direttamente nella cellula gustativa, ma piuttosto causa il rilascio di neurotrasmettitori, come l'ATP, nelle sinapsi con le fibre nervose afferenti. 5. I neurotrasmettitori liberati si legano ai recettori sulle fibre nervose afferenti, causando la generazione di potenziali d'azione che trasmettono segnali gustativi al cervello. 6. I segnali elettrici viaggiano lungo i nervi gustativi fino al cervello, dove il sapore viene interpretato. 1. Percezione del gusto salato (immagine Fig. 8.5a): Il sodio (Na⁺) entra direttamente nelle cellule gustative attraverso un canale del sodio. 1 2 3 Questo ingresso di sodio provoca una depolarizzazione della membrana. La depolarizzazione attiva canali del calcio voltaggio-dipendenti, facendo entrare calcio (Ca²⁺) nella cellula. L'aumento del calcio intracellulare provoca il rilascio di neurotrasmettitori (in questo caso, la serotonina) dalle vescicole sinaptiche, che inviano segnali all'assone afferente del gusto. 2. Percezione del gusto acido (immagine Fig. 8.5b): Le sostanze acide (come gli ioni H⁺) influenzano i canali ionici nella cellula gustativa. Gli ioni H⁺ entrano nella cellula gustativa tramite un canale specifici e bloccano i canali del potassio riducendo la fuoriuscita di K⁺ e provocando una depolarizzazione della membrana. La depolarizzazione attiva i canali del calcio voltaggio-dipendenti, aumentando il calcio intracellulare e portando al rilascio di serotonina, che attiverà l’assone afferente del gusto acido. 3. Percezione dei gusti amaro, dolce e umami (immagine Fig. 8.7): Le sostanze chimiche attivano il recettore legati alla proteina G, che a sua volta attiva una cascata di segnali intracellulari tramite la fosfolipasi C. Questo porta alla sintesi di IP₃ (inositolo trifosfato), che rilascia il calcio dai depositi intracellulari. Il calcio rilasciato apre canali ionici specifici nella membrana della cellula gustativa, provocando la depolarizzazione. Il principale neurotrasmettitore rilasciato è l'ATP, che passa attraverso i canali permeabili all'ATP, inviando il segnale all'assone afferente del gusto. Dalla bocca al cervello La trasmissione del segnale del gusto dalla lingua alla corteccia gustativa primaria avviene attraverso una serie di passaggi a livello del sistema nervoso centrale. 1.I segnali dai recettori gustativi vengono trasmessi attraverso le fibre nervose dei nervi cranici. In particolare, il nervo facciale (VII) è responsabile della percezione del gusto nei due terzi anteriori della lingua, il nervo glossofaringeo (IX) si occupa della parte posteriore della lingua e il nervo vago (X) contribuisce alla percezione del gusto in alcune aree della faringe e della laringe. 3. Una volta che i segnali gustativi sono stati trasmessi dai nervi, arrivano al nucleo gustativo, che è situato nel tronco encefalico, precisamente nel nucleo solitario. 4.Dal nucleo solitario, le informazioni vengono inoltrate al nucleo ventrale postero- mediale (VPM) del talamo. Il VPM è coinvolto non solo nella percezione del gusto, ma anche nell'integrazione delle informazioni sensoriali. 5. Dalla VPM, le informazioni gustative vengono proiettate verso la corteccia gustativa primaria, che si trova nella regione insulare del cervello. Qui, i segnali vengono ulteriormente elaborati e interpretati, consentendo la percezione consapevole dei gusti. Questo percorso ci permette di avvertire e riconoscere i diversi sapori, che sono essenziali per la nostra alimentazione e il nostro comportamento alimentare. Prof. Guglielmo Puglisi Universitò degli studi di Milano  L’olfatto L’epitelio olfattivo contiene tre tipi di cellule principali: Cellule recettrici dell’olfatto (neuroni): Sono cellule nervose specializzate che possiedono cilia che si estendono nel muco. Queste cilia sono il sito in cui sono presenti i recettori dove le molecole odorose si legano e attivano il segnale nervoso. Cellule di supporto: Sostengono e proteggono le cellule olfattive, mantenendo l’integrità dell’epitelio. Cellule basali: Si trovano alla base dell’epitelio e sono cellule staminali che possono differenziarsi in nuove cellule recettrici olfattive, contribuendo al ricambio delle cellule sensoriali. Strato mucoso: Le sostanze odorose devono dissolversi in questo strato per poter interagire con le cilia delle cellule recettrici. Funziona anche come protezione per le cellule olfattive. Gli assoni delle cellule recettrici olfattive attraversano la lamina cribrosa, una parte dell’osso etmoide, e formano il nervo olfattivo (Nervo cranico I), che trasmette le informazioni sensoriali al bulbo Prof. Guglielmo Puglisi olfattivo, situato nel sistema limbico. Universitò degli studi di Milano Processo di trasduzione del segnale odoroso 1. Una molecola odorosa si dissolve nello strato mucoso dell’epitelio olfattivo e si lega a specifici recettori olfattivi presenti sulle cilia delle cellule recettrici olfattive. 2. Attivazione del recettore: Il legame della molecola odorosa al recettore attiva una proteina G associata al recettore, innescando una cascata di segnali all’interno della cellula. 3. La proteina G attivata stimola la produzione di un secondo messaggero, solitamente l’adenosina monofosfato ciclico (AMPc), che provoca l’apertura di canali ionici sulla membrana della cellula. 4. L’apertura dei canali ionici permette l’ingresso di ioni sodio (Na⁺) e ioni calcio (Ca²⁺) e fuoriuscita di ioni Cl- nella cellula recettrice, causando una depolarizzazione della membrana. 5. Se la depolarizzazione raggiunge una soglia sufficiente, viene generato un potenziale d’azione che viaggia lungo l’assone della cellula olfattiva verso il bulbo olfattivo, Prof. Guglielmo Puglisi dove l’informazione viene ulteriormente elaborata. Universitò degli studi di Milano Il bulbo olfattivo Prof. Guglielmo Puglisi Universitò degli studi di Milano  Dal naso al cervello Il sistema olfattivo è unico perché non segue il percorso tradizionale che coinvolge il talamo come stazione di smistamento prima di raggiungere la corteccia. A differenza di altri sensi, come vista o udito, dove le informazioni passano prima per il talamo, nel sistema olfattivo i segnali dalle cellule recettrici olfattive raggiungono direttamente il bulbo olfattivo, che li invia a diverse aree cerebrali: 1. Corteccia piriforme: Riceve direttamente le informazioni dal bulbo olfattivo, permettendo una percezione immediata degli odori senza l’intervento del talamo. 2. Sistema limbico: Il bulbo olfattivo proietta a strutture come l’amigdala e l’ippocampo, collegando l’olfatto alle emozioni e ai ricordi. 3. Talamo: Anche se non coinvolto inizialmente, il talamo riceve proiezioni indirette e invia le informazioni alla corteccia orbitofrontale per un’elaborazione cosciente dell’odore. Prof. Guglielmo Puglisi Universitò degli studi di Milano