I SENSI CHIMICI

Ci permettono di trovare info nutrienti e di evitare stimoli tossici (es. veleni).

GUSTO:
Il senso del gusto origina dall’interazione di molecole, presenti nel cibo o nelle bevande, che vengono introdotte nel cavo orofaringeo e interagiscono con le cellule sensoriali gustative. È possibile percepire 5 sapori principali: dolce, salato, acido, amaro, umami (gusto del glutammato sodico = dado da brodo, riconosciuto alla fine degli anni ‘80). Si è ipotizzata l’esistenza di una sesta modalità gustativa associata alla percezione di acidi grassi e lipidi.
La corrispondenza tra chimica e gusto non è sempre ovvia: un gusto per essere definito primario deve essere unico dal punto di vista chimico e avere un forte correlato neuro-funzionale specifico.

Le risposte alle sensazioni del gusto sembrano stereotipate e implementate nel nostro “hardware neurale”, tanto che determinati pattern di risposta si manifestano anche nei bambini molto piccoli senza apprendimento (es. neofobia alimentare). La preferenza generale per il dolce o l’umami o per il moderatamente salato è spesso associata a cibi con elevato valore nutritivo, al contrario del sapore amaro che in genere è associato con cibi avariati o sostanze tossiche.

Per alcuni sapori (es. dolce e amaro) si ritiene che preferenza e avversione siano innate, per altri invece è l’esposizione a determinati sapori che ne modifica la soglia di accettazione nello sviluppo con effetti di preferenza fino all’età adulta (vi è il ruolo fondamentale dell’educazione).
L’organismo ha la capacità di riconoscere la carenza di certe sostanze e indurre un appetito specifico.

Contemporaneamente alla stimolazione gustativa, le molecole volatili liberate dalla sostanza ingerita vanno a legarsi con i recettori olfattivi per via retronasale, generando l’ aroma.
Anche la temperatura “infierisce” sul gusto: infatti i gusti non sono apprezzabili al di sotto degli 0°C o al di sopra dei 50°, mentre tra i 15° e i 45°C si nota una variazione alla sensibilità per i vari gusti.

La stimolazione gustativa della mucosa orofaringea è in grado di attivare diversi meccanismi riflessogeni sia somatici (deglutizione o espulsione di bolo) sia viscerali (salivazione e aumento della secrezione gastrica).
Ricerche condotte sulle scimmie hanno dimostrato che alcuni neuroni dell’ipotalamo e della corteccia orbitofrontale diminuiscono la loro attività man mano che aumenta il grado di sazietà.

Si possono associare i 5 sapori a funzioni diverse:

• Assicurare riserve energetiche (dolce e umami)
• Assicurare l’equilibrio elettrolitico (salato)
• Monitorare il PH (acido)
• Allontanare le sostanze tossiche (amaro)

Cellule gustative:
Le cellule gustative sono epiteliali specializzate organizzate in bottoni/calici gustativi, che contengono decine di cellule recettrici e cellule basali (elementi cellulari immaturi). Queste sono strutture epiteliali specializzate per l’analisi delle componenti chimiche degli alimenti con cui vengono a contatto. Ciascun bottone ha un’apertura di circa 2 micron di diametro, che sfocia sulla superficie dell’epitelio boccale; questa contiene una sostanza mucoide, in cui sono immersi i microvilli delle cellule recettrici, le uniche a essere in contatto con le sostanze disciolte nella saliva.

I recettori del gusto si trovano soprattutto a livello della lingua, ma anche nel palato, nella faringe, nell’epiglottide e nelle cavità nasali.
Nella lingua sono presenti soprattutto nelle papille gustative, strutture specializzate di cui si distinguono diversi tipi in base alla forma:

• Papille fungiformi: parte anteriore della lingua → dolce e salato
• Papille circumvallate: parte posteriore della lingua → amaro
• Papille foliate: porzione posterolaterale della lingua → acido
  

Questi primi 3 tipi hanno forma diversa ma STESSA FUNZIONE

• Papille filiformi: sono prive di bottoni gustativi, conferiscono alla lingua la caratteristica ruvidezza e hanno principalmente funzione tattile

Nei bottoni gustativi (circa 3000 in totale) ci sono 4 tipi di cellule:

• Cellule di tipo I o scure = funzione di supporto
• Cellule di tipo II o chiare e cellule di tipo III = contengono NT e rappresentano le cellule recettoriali vere e proprie
• Cellule staminali = localizzate alla base del bottone gustativo, garantiscono il ricambio continuo di tutte le cellule del bottone, la cui vita media è di 10-14 giorni.

In corrispondenza con la porzione apicale ciascuna cellula gustativa entra in contatto con il poro gustativo che si apre sulla superficie linguale; al polo basale, le cellule di tipo II e III prendono contatto con terminazioni nervose tramite sinapsi chimiche, che sono in grado di trasformare gli stimoli chimici in segnali biologici in grado di attivare le fibre nervose afferenti.

Trasduzione gustativa:
L’innesco del PdA avviene in modo diverso a seconda della natura chimica della sostanza, ma in generale nella porzione basale del recettore l’aumento della concentrazione di Ca++ (apertura di canali V-D per il calcio) intracellulare indotto dalla depolarizzazione del potenziale di membrana provoca il rilascio di NT, e la conseguente trasmissione del segnale alle fibre afferenti gustative primarie. In particolare il NT cambia a seconda della modalità gustativa:

1. Salato → serotonina
2. Acido → serotonina
3. Dolce → ATP
4. Amaro → ATP
5. Umami → ATP

La stimolazione chimica della membrana dei microvilli evoca una risposta a lento adattamento nella terminazione nervosa, caratterizzata da frequenza di scarica massimale per i primi 1-2s, cui segue un periodo in cui essa è costante, ma inferiore a quella iniziale, finché nel poro permane la sostanza chimica che l’ha evocata.
L’ampiezza del potenziale generatore causato dalla presenza di uno stimolo è proporzionale alla sua intensità; la frequenza dei PdA indotti nella cellula gustativa è funzione della concentrazione della sostanza.

Abbiamo detto che nell’uomo ci sono 5 modalità gustative primarie: salato, acido, dolce, amaro e umami, ognuna codificata da una sottopopolazione di cellule gustative che esprime un appropriato recettore (amaro, dolce o umami) o canale ionico (acido o salato).

Questi canali sono regolati ormonalmente: la vasopressina aumenta le correnti di Na, mentre l’aldosterone induce l’incremento del numero di canali ENaC. Questa via di trasduzione consente di rinforzare tutte le risposte comportamentali di rifiuto verso ciò che può nuocere alla salute.
Altro importante stimolo gustativo è lo ione di K+, percepito per il gusto salato-amaro: non è ancora nota la sua via di trasduzione, ma può darsi che siano coinvolti gli stessi canali ENaC.

Acido: la percezione dell’acido fornisce info sulla qualità dell’alimento ed è correlata con le variazioni di PH sulla superficie linguale. Alte concentrazioni di H+ spesso qualificano il cibo come avariato e ne prevengono l’ingestione, mentre una moderata diminuzione del PH contribuisce alla qualità gustativa dell’alimento.
La percezione di questo gusto è mediata da canali ionici di membrana, in particolare da quello per gli ioni calcio e sodio sensibile all’acido denominato PKD2L1, responsabile della percezione di questa modalità gustativa.
Nonostante ci sia l’attivazione di diverse vie metaboliche per la trasduzione del segnale gustativo, gli effettori finali delle cellule che rispondono ai gusti amaro, dolce e umami sono gli stessi, vale a dire l’enzima fosfolipasi C-β2 e il canale cationico di membrana TRPM5. Essi funzionano in successione: il primo produce i II messaggeri IP3 e diacilglicerolo, a cui il secondo è sensibile attivando flussi cationici depolarizzanti all’interno della cellula → i 3 gusti sono quindi codificati indipendentemente, pur condividendo le stesse modalità di trasduzione.
Perché non confondiamo i gusti?

• Alcune cellule sono più recettrici per un gusto, altre per un altro.
• Assoni gustativi diversi sono stimolati da ciascuna di esse, inviando messaggi diversi al cervello attraverso vie di trasmissione parallele e in parte separate. La sensibilità degli assoni riflette quella delle cellule (sensibilità diverso da selettività).

Vie centrali del gusto:
nervo faciale VII – nervo glossofaringeo IX (1/3 posteriore della lingua) – nervo vago X (gola, epiglottide) – nucleo del tratto solitario, composto da tanti sotto-nuclei, tra cui quello gustativo.

Il meccanismo della trasduzione genera un potenziale recettoriale depolarizzante, con insorgenza di PdA nei neuroni afferenti primari, che innervano regioni specifiche della lingua, innervate dai rami di 3 nervi cranici:

1. La parte posteriore della lingua (amaro e acido) è innervata dal nervo glossofaringeo IX
2. I due terzi anteriori della lingua (dolce e salato) sono innervati dal nervo faciale VII
3. Gola e epiglottide sono innervate dal nervo vago X

Tutte le fibre afferenti di questi nervi proiettano nella parte anteriore e laterale del nucleo del tratto solitario; da qui la maggior parte dei neuroni postsinaptici raggiungono, tramite proiezioni ipsilaterali, il nucleo ventrale posteromediale nel talamo e quindi la corteccia gustativa primaria (insula e opercolo frontale) e secondaria (corteccia orbitofrontale caudolaterale, utile per dare senso di sazietà).
Ruolo delle diverse branche afferenti:

1. VII nervo cranico → dà info riguardo il dolce e il salato soprattutto, quindi trasporta stimoli provocati da sostanze nutritive che stimolano l’ingestione.
2. IX nervo cranico → trasporta info innescate da cibi amari potenzialmente tossici, che suscitano reazioni conservative, quali il riflesso di vomito.
3. X nervo cranico → rileva info dalla parte posteriore della bocca e dalla faringe, innescando la chiusura dell’epiglottide per la protezione delle vie aeree dall’ingestione accidentale di sostanze. È sensibile agli acidi e liquidi, e importante per il riflesso di deglutizione.

Anche le afferenze centrali hanno funzioni diverse:

• Connessioni ipotalamiche (ipotalamo e amigdala) → coinvolte nei meccanismi di regolazione del senso di fame, sazietà e sete. Le info gustative influenzano il tono affettivo e l’attività dei complessi meccanismi comportamentali, endocrini e vegetativi, implicati nel controllo chimico dell’omeostasi
• Neuroni del nucleo del tratto solitario → rispondono in modo differente a dolce e umami, e ciò porta a pensare che possa esserci una precisa mappa gustativa del SNC anche per altri gusti
• Corteccia gustativa secondaria → regione di convergenza delle rappresentazioni di sapore, odore, vista, consistenza e temperatura del cibo, ha un ruolo centrale anche nel controllo dell’appetito. In essa vi sono neuroni unimodali e bimodali, la cui risposta può essere modulata dall’assunzione degli alimenti stessi.

Codifica e rappresentazione centrale della qualità gustativa potrebbero avvenire in 2 modi, tramite l’attivazione di linee specifiche di trasmissione, oppure dall’analisi del profilo globale di attivazione di una vasta popolazione di neuroni; è probabile che la percezione gustativa si basi sull’attuazione di entrambi.

Psicofisica della percezione gustativa:
La soglia gustativa è la concentrazione minima di un certo agente chimico in soluzione in grado di determinare una sensazione gustativa. La concentrazione sufficiente a stimolare i recettori gustativi e a indurre una sensazione gustativa (soglia prototipica) è inferiore a quella in cui il sapore viene riconosciuto con certezza (soglia epicritica). La soglia gustativa è normalmente più bassa per il sapore amaro e presenta differenze legate al sesso (> sensibilità nelle donne al dolce rispetto all’acido).
All’aumentare della concentrazione della sostanza crescono sia la frequenza dei PdA delle cellule gustative sia il loro reclutamento. La sensibilità gustativa, così come quella olfattiva, è caratterizzata da rapido adattamento, che non ha effetti significativi sulle risposte neuronali e percettive agli altri sapori primari: ciò conferma la presenza di meccanismi indipendenti di codifica ed elaborazione delle diverse qualità gustative.

Disfunzioni gustative:
La maggior parte delle disfunzioni gustative provengono da un’alterazione della percezione olfattiva, e spesso compromettono l’omeostasi sia del cavo orale che dell’intero organismo. Ricadono in 3 categorie: correlate al trasporto di sapori (patologie salivari), causate da problemi sensoriali periferici (traumi o terapie radianti) e dipendenti da alterazioni centrali. Vediamone degli esempi:

• Ipogeusia e Ipergeusia: rispettivamente ridotta e aumentata acuità gustativa nella quale la soglia di percezione di modifica.
• Disgeusia: sensibilità gustativa alterata o comparsa di sensazione gustativa in assenza di stimoli
• Ageusia: perdita totale di percezione gustativa causata da lesioni alla VPM o alla corteccia gustativa
• Pantogeusia: percezione di un gusto in assenza di uno stimolo gustativo
• Iperfagia: indifferenza al cibo e alterazioni delle preferenze alimentari causate da lesioni all’ipotalamo o all’amigdala.

Disgusto proprio e altrui:

Codice di popolazione per l’elaborazione centrale del gusto:
Mappa gustativa corticale: i 5 gusti di base sono elaborati da neuroni corticali disposti in modo discreto.  La mappa di identificazione è situata a livello della corteccia sensitiva primaria ed è spazialmente disorganizzata.