Il senso chimico del gusto dà una guida al nostro senso dell’appetito e al tempo stesso ci protegge dai veleni. Ad esempio ci piace il gusto dolce perché il nostro organismo ha necessità di carboidrati. Siamo attirati dal salato perché abbiamo bisogno di sali e in particolare di NaCl. Amaro e acido generano una sensazione spiacevole perché la maggior parte di sostanze tossiche e velenose o semplicemente il cibo avariato sono acide o amare. Il senso del gusto

Recentemente si parla anche di gusto umami legato alla percezione del gusto degli aa di cui abbiamo altresì bisogno e che vengono quindi percepiti. Dipende dalla percezione del glutammato che è infatti stato utilizzato come esaltante del gusto in molti cibi.

Il senso del gusto è molto più semplice dell’olfatto. In primo luogo esistono 4 (5) gusti fondamentali identificabili: dolce, salato, amaro e acido (umami). Inoltre diverse regioni della lingua mostrano una maggior sensibilità per le 4 modalità sensoriali.

I gusti sappiamo tutti sono percepiti a livello orale dalla lingua. Proprio sulla lingua si trovano infatti i recettori per il gusto che sono alloggiati in strutture particolari dette gemme gustative. Le gemme gustative sono a loro volta alloggiate in strutture che prendono il nome di papille gustative comprendenti un numero variabile fra 30 e 100 gemme (50-60µm di lunghezza x 30-70µm di larghezza).

All’apice della gemma gustativa processi simili a microvilli (da 2 a 5 µm in lunghezza e da 0.05 a 0.2 µm in larghezza larghezza)protrudono attraverso una piccola apertura, detta poro gustativo, nella cavità orale.

Le papille sono visibili sulla superficie della lingua come puntini rossi specialmente sulla punta. Quelle frontali sono dette papille fungiformi. Oltre a queste troviamo le papille fogliate e quelle circumvallate che sono le più grandi, sul V linguale. Le gemme gustative invece non sono visibili ad occhio nudo e sono formate da diversi tipi cellulari:

cellule recettrici: percepiscono i diversi gusti (vita media 250 ore, fra le cellule meno longeve dell’organismo) cellule basali: staminali, si differenziano in nuove cellule recettrici in circa 10 giorni cellule di sostegno: hanno funzione trofica

Le cellule recettrici, come già detto, hanno solo una funzionerecettoriale, ma non sono neuroni e quindi non generano potenziali d’azione. Rispondono con un potenziale elettrotonico.

Alla base della gemma gustativa gli assoni dei neuroni afferenti invadono la gemma e si ramificano andando a contrarre sinapsi con diverse cellule recettoriali della gemma gustativa. Nei Mammiferi le gemme gustative sono localizzate nella cavità orale, a livello dell’epiglottide e nel primo terzo dell’esofago. Ovviamente le gemme gustative linguali sono le più numerose e più studiate. Si calcolano circa 4600 gemme gustative sulla lingua.

La sensibilità ai diversi gusti fondamentali dipende in gran misura dal tipo di sostanza testata. Ad esempio, la soglia per il riconoscimento dello zucchero di canna (saccarosio) è 0.02M e similmente la soglia per il riconoscimento di NaCl è 0.035M. La soglia per il riconoscimento di HCl è 0.002M (un ordine di grandezza in meno) e per il solfato di chinino (amaro) la soglia è (4·10 -7 M), cioé ben 5 ordini di grandezza in meno!!! Una sostanza dolce come la saccarina ha una soglia di (2·10 -5 M), tre ordini di grandezza in meno del saccarosio.

La trasduzione del segnale di uno stimolo chimico inizia con il trasporto salivare della molecola chimica al poro gustativo. Le molecole polari non entrano all’interno delle cellule gustative, ma si legano a recettori sulla superficie dei microvilli. Questi recettori sono accoppiati a una proteina G detta gustaducina che attiva una cascata di secondi mesaggeri che riduce l’efflusso di K + dalla cellula depolarizzando la membrana. Questo è il potenziale di recettore o generatore che apre canali Ca 2+ attivando la liberazione di neurotrasmettitore a livello sinaptico.

Gli elettroliti come sali o acidi interagiscono direttamente con la membrana della cellula trasduttrice per aumentare il flusso di Na + o ridurre quello del K +. Il potenziale d’azione è generato nell’assone del nervo cranico afferente e da qui passa al SNC.

Meccanismo diretto Salt taste Salt is sodium chloride (NaCl). Na + ions enter the receptor cells via Na-channels. These are amiloride-sensitive Na + channel. The entry of Na + causes a depolarization, Ca 2+ enters through voltage- sensitive Ca 2+ channels, transmitter release occurs and results in increased firing in the primary afferent nerve.

Sour taste Sour taste is acid and acid is protons (H + ). H + ions block K + channels. K + channels are responsible for maintaining the cell membrane potential at a hyperpolarized level. Block of these channels causes a depolarization, Ca 2+ entry, transmitter release and increased firing in the primary afferent nerve.

Meccanismo indiretto Sweet taste Binding of glucose to the receptor activates AC, elevating cAMP. This causes a PKA-mediated phosphorylation of K + channels, inhibiting them. Depolarization occurs, Ca 2+ enters the cell through depolarization-activated Ca 2+ channels, transmitter is released increasing firing in the primary afferent nerve

Bitter taste Bitter substances cause the second messenger (IP 3 ) mediated release of Ca 2+ from internal of Ca 2+ from internal stores (external Ca 2+ is not required). The elevated Ca 2+ causes transmitter release and this increases the firing of the primary afferent nerve.

Una volta che la membrana del recettore ha sviluppato un potenziale generatore, questo segnale deve essere convertito in segnale digitale cioè in potenziale d’azione. Questo succede a livello dell’assone afferente. Quali sono i nervi cranici che costituiscono le fibre afferenti dei recettori del sistema gustativo? Ciascuna fibra sensoriale si ramifica ripetutamente e va ad innervare numerosi bottoni gustativi e, in ogni bottone, diverse cellule gustative.

Vie gustative Fibre afferenti del I ordine: fb del VII, IX, X nervo cranico Fibre del II ordine: dal nucleo del tratto solitario bulbare al nucleo ventrale postero- mediale del talamo Fibre del III ordine: dal talamo alla corteccia del giro postcentrale (area di Brodmann 43)

Area di Brodmann 43 per la sensibilità gustativa

INeurone: Ganglio genicolato (VII) Ganglio inferiore (IX, X) IINeurone: Nucleo del tratto solitario (Nucleo gustativo) (Nucleo gustativo) Fascio solitario-talamico III Neurone: Talamo n. posteromediale ventrale Terminazione: Area gustativa Area Brodmann 43 e corteccia parainsulare INeurone: Ganglio genicolato (VII) Ganglio inferiore (IX, X) IINeurone: Nucleo del tratto solitario (Nucleo gustativo) (Nucleo gustativo) Fascio solitario-talamico III Neurone: Talamo n. posteromediale ventrale Terminazione: Area gustativa Area Brodmann 43 e corteccia parainsulare

VII nervo cranico: nervo facciale (misto)

IX nervo cranico: nervo glossofaringeo (misto) X nervo cranico: vago (misto)

Cause comuni Cause poco comuni Cause rare Infezioni orali e periorali (candidosi, peridontite, herpes simplex et.) Deficienza di vitamina B 12 o B 3 Deficienza di oligometalli (Zn, Cu) Depressione, anoressia, bulimia Applicazioni di protesi dentarie Cancro, AIDS Epilessia, sclerosi multipla Procedure dentarie quali estrazione e canalizzazione Trauma cranico Diabete, ipotiroidismo, sindrome di Turner Esposizione a sostanze tossiche (benzene, benzolo, candeggina, solventi per pittura etc.)

L’olfatto è forse il senso meno conosciuto e ciò è in parte imputabile al fatto che la funzione olfattiva è strettamente dipendente dal soggetto che sperimenta la sensazione. Inoltre nell’uomo l’olfatto è quasi rudimentale rispetto a quello di alcuni animali. Il senso dell’olfatto lavora in stretta collaborazione con il senso del gusto contribuendo ad una completa ricezione di uno stimolo chimico. Il senso dell’olfatto

Gli odoranti hanno in comune il fatto di essere gas o liquidi volatili. Questo è il modo in cui l’odorante raggiunge l’epitelio olfattivo sia attraverso le narici inspirando aria, sia dal rinofaringe. Le strutture recettoriali sono rivestite da muco in modo da garantire una certa solubilità in acqua delle molecole di odorante Gli odoranti hanno in comune il fatto di essere gas o liquidi volatili. Questo è il modo in cui l’odorante raggiunge l’epitelio olfattivo sia attraverso le narici inspirando aria, sia dal rinofaringe. Le strutture recettoriali sono rivestite da muco in modo da garantire una certa solubilità in acqua delle molecole di odorante

Di tutti gli elementi chimici, solo 16 sembrano essere in grado di giocare un ruolo nella sensazione olfattiva. Questi sono: H, C, Si, N, P, As, Ab, Bi, O, S, Se, Te, F, Cl, Br, I La capacità di determinare tale sensazione sembra risiedere nella dimensione e nella forma della molecola. Alcuni pensano che anche certe caratteristiche di gruppi funzionali possano avere una funzione importante.

I recettori olfattivi sono neuroni sensoriali olfattivi, localizzati nell’epitelio olfattivo all’interno delle cavità nasali, nella parte superiore. Per ciascuna narice si trovano circa 2.4cm 2 di epitelio olfattivo, un epitelio ciliato, colonnare, pseudostratificato, alloggiato sull’osso turbinato superiore. Associate all’epitelio olfattivo troviamo le ghiandole di Bowman che secernono muco

L’epitelio olfattivo comprende recettori olfattivi, cellule di sostegno a funzione trofica e cellule basali a funzione staminale che via via si differenziano in nuovi recettori. Le cellule olfattive sono in realtà neuroni bipolari derivati in origine dal SNC. Il numero di queste cellule è dell’ordine di 10 milioni. L’estremo apicale presenta 6-12 ciglia olfattive lunghe fino a 200µm che si proiettano nel muco che riveste la superficie interna delle cavità nasali, secreto dalle ghiandole di Bowman. Prima si pensava che proprio su queste ciglia fossero localizzati i recettori per gli odoranti, anche se oggi questa teoria è stata quasi abbandonata.

I neuroni olfattivi sono in grado di rigenerare e ciascuno di essi esprime un tipo di recettore per un solo odorante, per un totale di circa 350 recettori. Hanno vita media di giorni. Similmente a quanto esiste per i gusti fondamentali, in passato si è cercato di identificare anche gli odoranti fondamentali, ma questa classificazione è risultata pressoché impossibile. Questo perché le molecole che sono percepite dal senso dell’olfatto sono molto superiori in numero a quelle che sono percepite dal senso del gusto. Inoltre va detto che tanto maggiore è la concentrazione della sostanza odorante, tanti più recettori sono stimolati.

Dalla porzione basale dei neuroni olfattivi si dipartono gli assoni che si riuniscono in fasci di , passano attraverso la lamina cribrosa dell’osso etmoide e raggiungono il bulbo olfattivo convergendo sui glomeruli olfattivi. I neuroni che esprimono lo stesso tipo di recettore convergono sullo stesso glomerulo. Per quanto riguarda i recettori se ne conoscono circa 350 codificati da altrettanti geni. Nel genoma umano esistono circa 1000 geni differenti potenzialmente in grado di codificare per altrettanti recettori. Questi recettori appartengono alla famiglia dei recettori con 7 domini transmembrana, accoppiati a proteine G.

Le molecole di odorante che entrano nelle cavità nasali si legano a proteine leganti l’odorante (OBPs) che aiutano le molecole a dissolversi nel muco nasale facilitandone l’avvicinamento al recettore. Quando l’odorante si lega al recettore, attiva una proteina G olfattiva (G olf ) che, attraverso l’aumento del cAMP determina l’apertura di un canale cationico misto Ca 2+ -Na + il quale determina depolarizzazione della membrana. Un efflusso di Cl - aumenta ulteriormente la depolarizzazione per il raggiungimento della soglia e la scarica di potenziali d’azione.

Visto che ogni recettore esprime un solo tipo di recettore, è probabile che ogni neurone trasmetta al SNC informazioni che provengono da un solo tipo di recettore

Gli assoni dei neuroni olfattivi si riuniscono a formare fasci che si portano al bulbo olfattivo. Qui i neuroni olfattivi contraggono sinapsi a livello dei glomeruli olfattivi. I glomeruli sono strutture sferiche formate dai processi assonici dei neuroni olfattivi e dai processi dendritici delle cellule mitrali.

Cellule mitrali = principali neuroni del bulbo olfattivo. Sono circa in ciascun bulbo. Sono caratterizzate da un dendrite apicale principale che si estende in un fascio tondeggiante detto glomerulo che riceve in input i segnali dai neuroni dell’epitelio olfattivo. Gli assoni delle cellule mitrali si uniscono a formare il tratto olfattivo laterale che presenta collaterali coinvolti in feed-back negativi e controllo di feed-forward.

Glomeruli = sono strutture tondeggianti formate dai processi dendritici di circa 25 cellule mitrali. Si calcola che nel coniglio ci siano circa 2000 glomeruli per bulbo olfattivo. Cellule glomerulari = coinvolte nei processi di inibizione laterale a livello dei glomeruli Cellule dei granuli = interneuroni inibitori che ricevono input ipsi- e contro-laterali

Il tratto olfattivo laterale termina nelle aree piriforme e prepiriforme (corteccia olfattiva primaria) da dove le proiezioni si portano al talamo e da qui alla neocorteccia orbito-frontale. In più i primati hanno una via che si porta all’ipotalamo attraverso il sistema limbico ed é coinvolta nella memoria, nell’emotività e nella regolazione endocrina (componente affettiva dell’odorato)

Neurons from the lateral olfactory tract project to; (1) the amygdala, septal nuclei, pre-pyriform cortex, the entorhinal cortex, hippocampus and the subiculum. Many of these structures form the limbic system, an ancient region of the brain concerned with motivation, emotion and certain kinds of memory. The septal nuclei and amygdala contain regions known as the "pleasure centres". The hippocampus is concerned with motivational memory (the association of certain stimuli with food). (2) Projections are also sent to the thalamus and thence to the frontal cortex for recognition. There are many forward and backward connections between each of these brain centers.

Le cellule mitrali sono i neuroni principali dei glomeruli. Sono circa per ciascun bulbo olfattivo. Ricevono in input il segnale proveniente dai recettori olfattivi e i loro assoni si riuniscono a formare il tratto olfattivo laterale. Il tratto olfattivo laterale termina nelle aree piriformi e prepiriformi della corteccia, un’area filogeneticamente molto antica, che si è evoluta ancora prima delle aree corticali legate alla coscienza.

Da qui esistono importanti connessioni con il sistema limbico (ippocampo, amigdala) che sono importanti per gli stati emotivi e la memoria legata agli odori. In particolare l’amigdala contiene il cosiddetto “centro del piacere” che spinge verso certi odori in particolare. Inoltre esistono connessioni con il talamo da cui si dipartono poi assoni per la neocorteccia (orbito-frontale).

A. epitelio olfattivo B. bulbo olfattorio D.corteccia periamigdaloidea F. area entorinale G. nuclei settali I.Nervo olfattivo 1. olfactory tract 2. lateral olfactory stria 3. intermediate olfactory stria 4. medial olfactory stria

Cause comuni Cause poco comuni Cause rare Allergie, riniti, sinusite cronica, ipertrofia adenoidea Abuso di cocaina, esposizione ad agenti tossici (benzene, formaldeide, H 2 SO 4 etc.) Tumori cerebrali, schizofrenia, depressione Infezioni del tratto respiratorio superiore Esposizione a Cd, fumi, gesso, cromo, piombo etc.) Diabete, ipotiroidismo, amenorrea Fumo Carenze nutrizionali (vit. A, B 6, B 12, Zn, Cu) Malattie degenerative (Alzheimer, Parkinson etc.) Radiazioni alla testa e al collo Età