Fisiologia da Olfação e Gustação

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Olfação e Gustação
Cap. 15, Curi e Procopio
Sentidos químicos
· Olfação e gustação têm a função de detectar substâncias químicas do meio ambiente sentidos químicos 
· São sentidos intimamente ligados entre si e com as mais básicas necessidades internas, como sede, fome, emoção e sexo.
Olfação
Características ecológicas e importância funcional da olfação
· O sentido do olfato detecta compostos químicos presentes no ambiente
· Resultado: regula uma série de funções, como respostas emocionais, fisiológicas, reprodutivas e comprotamentos sociais
· Nariz funciona como um dispositivo sensorial que permite determinar a composição química de um objeto-alvo, protegendo-nos de eventuais perigos 
· Ex: alimento estragado, incêndio 
· Os aromas que contribuem para o sabor dos alimentos são reconhecidos principalmente por esse sentido moléculas voláteis liberadas dos alimentos na boca entram na parte posterior da cavidade nasal (que tem comunicação com a cavidade bucal) e ativam neurônios olfatórios. Assim, sem o olfato, seria muito mais difícil discrinimarmos o sabor de um café ou de uma laranja 
Recepção, trandução e codificação dos odorantes
Anatomia do sistema olfatório
· Os neurônios responsáveis pela detecção dos odorantes situam-se no epitélio olfatório, que está localizado no alto da cavidade nasal 
· Os axônios dos neurônios olfatórios atravessam a placa cribiforme do osso etmoide e formam sinapses com as células mitrais do bulbo olfatóroio, em regiões denominadas de glomérulos. Os axônios das células mitrais, que formam o trato olfatório, fazem, por sua vez, sinapse com neurônios de outras regiões do cérebro 
· Epitélio olfatório:
a) Neurônios olfatórios: apresentam uma vida curta (cerca de 30 a 60 dias), ão continuamente repostos a partir das células da camada basal
- são células nervosas bipolares, estende um único dendrito para a superfície do epitalio 
- do dendrito partem cílios que estão em contato direto com o muco que recobre o epitélio
- a partir do polo basal do neurônio olfatório, um único axônio projeta-se em direção ao bulbo olfatório
b) Células-suporte
c) Células basais: um tipo de células-tronco capazes de se desenvolver em neurônios olfatórios ou em outros tipos celulares presentes no epitélio olfatório 
Órgão vomeronasal e detecção de feromônios
· Muitos mamíferos apresentam um órgão olfatório acessório órgão vomeronasal
· Esse órgão apresenta-se na forma de um tubo bilateral simétrico que se localiza na região anterior e ventral da cavidade nasal 
· Acredita-se que os neurônios vomeronasais são responsáveis pela detecçào dos feromônios 
· Feromônios: moléculas sem odor liberadas por um indivíduo, que podem desencadear reações fisiológicas ou comportamentais em outros indivíduos de uma mesma espécie, como agressividade, medo ou atração sexual
· Os axônios formam sinapses com células mitrais de uma pequena região localizada na região dorsal do bulbo olfatório (chamada de bulbo olfatório acessório)
· Essas células mitrais levam a informação recebida para regiões cerebrais envolvidas na regulação de comportamentos 
· Não está presente em humanos orgão similar seria o órgão de Jacobson já encontrado em fetos humanos. Em adultos, 70% não apresentavam esse órgão e nos que apresentavam não foi possível detectar a presença de neurônios vomeronasais funcionais. Portanto, nõa há evidências de que exista órgào de Jacobson funcional em humanos, mas há evidências de feromônios humanos (ex: sicronização do ciclo menstrual de mulheres que moram juntas, devido a substâncias presentes no suor). É possível que esses efeitos sejam meidados pelo sistema olfatório principal
Receptores olfatórios e transdução de sinal
· ODORANTES: são moléculas orgânicas pequenas e voláteis que entram na cavidade nasal, onde são detectadas pelos neurônios olfatórios, que são ativados e enviam sinais para o bulbo olfatório. São reconhecidos por receptores olfatórios, presentes nos cílios dos neurônios olfatórios, que pertencem à superfamília de receptores acoplados à proteína G, isto é, apresentam 7 domínios transmembranares. 
· Mecanismo básico de transdução de sinal:
a) A ligação do odorante ao receptor olfatório faz com que este ative a proteína golf (tipo de proteína G encontrada exclusivamente em neurônios olfatórios) 
b) A subunidade a da proteína G dissocia-se do complexo e ativa a adenilil ciclase, que produz monofosfato de adenosina cíclico (AMPc)
c) O AMPc liga-se ao canal olfatório CNGA2, que é regulado por nucleotídeos cíclicos, causando um influxo de íons Na+ e Ca2+
d) Além disso, canais de Cl- dependentes de Ca2+ são ativados, causando um fluxo de Cl- para fora da célula 
e) A abertura desses canais despolariza a membrana, gerando um potencial de ação
Receptores para feromônios
· Enquanto, nos roedores, aproximadamente 250 receptores de feromônio foram identificados, no homem, a grande maioria dos genes que codificam para receptores de feromônios são pseudogenes, isto é, não são funcionais. Juntamente com as evidências anatômicas descritas anteriormente, esses achados indicam que o órgão vomeronasal não deve ser funcional em humanos. 
· No entanto, mais recentemente, foi identificada uma pequena família de GPCRs, denominada trace amine-associated receptors (TAARs), que é expressa no epitélio olfatório principal, tanto em roedores como no homem em camundongos, é capaz de detectar aminas voláteis provenientes de outros orhanismos, sugerindo ter a mesma função no homem
Organização molecular do sistema olfatório
· Cada neurônio olfatório é capaz de expressar apenas um dos vários genes que codificam para receptores olfatórios 
· Cada receptores olfatório é expresso em apenas uma dentre quatro zonas de expressão no epitélio olfatório. As 4 zonas do epitélio olfatório apresentam região correspondentes de projeção no bulbo olfatório
· Os axônios dos neurônios olfatórios que expressam um mesmo tipo de receptor convergem para um ou poucos glomérulos no bulbo olfatório, formando um mapa topográfico no qual cada um dos receptores está representado. O mapa topográfico é parecido entre diferentes indivíduos de uma mesma espécie
Código combinatorial para discriminação de odorantes
· Cerca de 400 receptores olfa’torios
· Um receptor olfatório pode reocnhecer mais de um odorante, um odorante pode ser reconhecido por mais de um receptor olfatório e cada odorante é reconhecido por uma combinação única de receptores 
· Menismo combinatorial vários odorantes para apenas 400 recpetores 
· Odorantes distintos também atiam combinações diferentes de glomérulos no bulbo olfatório. Assim, um odorante forma um mapa espacial único
Deficiências olfatórias
· O distúrbio mais comum é a anosmia específica sensibilidade diminuída ou ausente em relação a um odorante específico, mas é capaz de detectar outros oroantes de maneira normal 
· A perda total da sensação olfatória (anosmia geral) ou uma diminuição na sensibilidade para odorantes em geral (hiposmia) normalmente ocorrem com a idade, ou empacients com doenças degenerativas, como as doenças de Parkinson e Alzheimer ou doenças ciliares 
Integração Central da percepção olfatória
· A informaçõa olfatória é transmitida do bulbo para várias regiões do córtex cerebral, onde é finalmente processada 
· Os axônios das células mitrais do bulbo olfatório formam o trato olfatório lateral, que se projeta para 5 regiões do córtex olfatório: núcleo olfatório anterior, tubérculo olfatório, córtex piriforme, amígdala e córtex entorrinal
· O córtex piriforme é o alvo principal
· A informação que chega às 4 últimas áreas é transmitida via tálamo para o córtex orbitofrontal, e essas measmas regiões do córtex olfatório também fazem conexões diretas com o córtex frontal 
· A informação olfatória é transmitida, ainda, da amígdala para o hipotálamo e do córtex entorrinal para o hipocampo
· Acredita-se que a discriminação consciente dos odorantes dependa da via aferente que vai do tálamo para o córtex orbitofrontal, já que pessoas com lesões no córtex orbitofrontal são incapazes de discriminar odorantes· Por outro lado, as vias olfatórias que chegam à amígdala e ao hipotálamo são responsáveis pelas respostas emocionais, comportamentais e fisiológicas aos odorantes 
ANOSMIA COMO MANIFESTAÇÃO CLÍNICA DE DOENÇAS CILIARES
· Pacientes com a síndrome de Bardet-Biedl (BBS), uma doença rara, apresentam uma série de sintomas distintos, como obesidade, diͅculdade no aprendizado, degeneração da retina, problemas renais e asma. Como já se sabia que esses problemas são causados por defeitos nos cílios das células ciliadas,pesquisadoresdecidiram veriͅcar seospacientes eram anósmicos. Assim,pessoas com BBS foram submetidas a um testedeolfato:40% foram incapazesdedetectarqualquerodorante,eoutros10% apresentaram sensibilidadeolfatória reduzida.Esses resultados indicam queotestepara anosmia podeservir comodiagnósticopara identiͅcara presença de BBS,assim comodeoutrasdoenças ciliares
· Pesquisadores podem utilizar a técnica de imagem de ressonância magnética funcional (fMRI) para identificar as regiões do cérebro que são ativadas quando um indivíduo cheira determinado odorante 
Gustação
Características ecológicas e importância funcional da gustação
· Paladar
· Dirige o animal a uma fonte de alimentação, seleciona o alimento em função de seu valor nutricional, protege o animal de ingerir substâncias tóxicas
· As substâncias amargas são normalmente detectadas em concentrações minúsculas e instintivamente rejeitadas, Enquanto que o sabor doce indica que um alimento tem alto valor nutricional, atraindo nossa atenção
· Embora humanos possam distinguir centenas de sabores diferentes, eles sã classicamente agrupados em 5 modalidades (sabores) gustativas básicas ou primárias:
1. Doce
2. Amargo
3. Ácido
4. Salgado
5. Aminoácidos = umami
· O sabor de um prato só pode ser plenamente apreciado com aparticipação de outros sistemas sensoriais (olfatório, somestésico e visual)
Recepção gustativa
· A detecção dos sabores acontece em células neuroepiteliais especializadas células receptoras gustativas = traduz estímulos químicos em sinais elétricos 
· Essas células são encontradas principalmente na língua, ms também existem em menor número na boca, palato, faringe e epiglote 
· Estão localizadas em especializações epiteliais denominadas botões gustativos possui de 50 a 100 células receptoras 
· Esses botões contêm também outros dois tipos de células: células de sustentação e células basais, como no epitélio olfatório 
· Células receptoras gustativas são bipolares e quimiorreceptoras do sistema gustativo
- células epiteliais especializadas 
- inervadas pelas fibras aferentes gustativas, que transmitem sua informação para o sistema nervoso central 
- enviam um único dendrito pela superfície do epitélio , onde cada botão gustativo possui uma pequena abertura, chamada de poro gustativo
· No topo do dendrito das células receptoras gustativas há um grande número de microvilosidades, que ficam em contato com a cavidade oral através do poro gustativo 
· As células recepptoras gustativas têm um tempo de vida limitado e são renovadas a cada 10 dias aproximadamente 
· As células basais servem como precursoras para a formação de novas células gustativas
· As células de sustentação são encontradas entre as células receptoras gustativas, função pouco conhecidas (hipótese: células receptoras gustativas em desenvolvidmento)
· A grande maioria dos botôes gustativos é encontrada em pequenas elevações na superfície dorsal da língua papilas gustativas. Existem 3 tipos em humanos:
a) Papilas fungiformes: em forma de cogumelo, situadas nos 2/3 anteriores da língua (a maior parte na ponta da língua). No total, há cerca de 300 papilas fungiformes, cada uma contendo somente 1 a 5 botões gustativos
b) Papilas foliadas: são encontradas nas bordas laterais da parte poterior da língua, forma de folha e fica cercada por um pequeno fosso, cada uma contém centenas de botões gustativos 
c) Papilas circunvaladas: muito maiores e mnos numerosas. Há cerca de 9 dispostas em V na base da língua e cada uma é circundada com um fosso. Gll. Serosas se abrem nesse possso como nas papilas foliadas. Cada papila circunvalada contém aproximadamente 250 a 300 botões gustativos. Assim, cerca de 50% do total dos botões gustativos são encontrados na papilas circunvaladas
· Hoje, sabe-se que todos os diferentes sabores básicos podem ser detectados de fato em todas as partes da língua
Transdução da submodalidades gustativas
· Processo pelo qual uma substância química (um sabor) causam uma resposta elétric em uma célula receptora gustativa. Sabe-se que existem vários mecanismos diferentes para a transdução das 5 sumodalidades gustativas básicas
· Estímulos gustativos podem interagir com canais iônicos situados na membrana das células receptoras gustativas ou com receptores específicos acoplados a uma proteína G 
· Os sabores básicos, salgado e ácido, são mdiados diretamente por um mecanismo simples de abertura ou fechamento de canais de íons são chamados de sabores iônicos 
· Os sabores doce, amargo e umami atuam sobre uma categoria diferente de receptres de membrana, os receptores acoplados a uma proteína G, envolvendo segundos mensageiros
· Quando uma célula receptora gustativa é ativada por um estímulo adequado (o sabor básico do qual ela é responsiva), despolariza-se, e essa resposta é chamada de potencial de receptor. A despolarização da membrana promove a despolarização de canais de Ca2+ no citoplasma e promove a liberação de um neurotransmissor, o que ativa receptores na fibra aferente gustativa, que finalmente, dispara um potencial de ação 
Transdução do sabor salgado
· Os íons Na+ parecem ter papel-chave na medição desse sabor 
· Existem canais de Na+ nas microvilosidades das células receptoras gustatias. A entrada de Na+ despolariza a célula evoca a liberaçào do neurotransmissor. Provavelmente, o Na + intracelular é bombeado ativamente para fora da célula sensorial gustativa por meio de um transportador Na + /K + dependente de ATPase localizado na membrana basal.
Transdução do sabor ácido
· Prótons H+ são responsáveis pela sensação de acidez 
· Parece envolver tanto a abertura como o fechamento de canais de íons 
· A sensação do sabor ácido pode resultar do influxo de íons H+ pelos canais de sódio sensíveis a amilorida
· A entrada de íons H+ despolariza a célula e causa liberaçãod e um neurotransmissor. Alternativamente, esses íons podem ligar-se a canais de repouso de K+ e determinar o seu bloqueio, impedindo o efluxo passivo de K leva a despolarização da célular receptora liberação de um neurotransmissor
Transdução do sabor doce
· É mediado pela interação com receptores específicos ligados a proteínas G 
· Dois membros de uma família de receptores chamada T1R atuam em conjunto como rceptores de doce: T2R2 e T1R3
· Trata-se de receptores acoplados a proteínas G que ativam cascatas de segundos mensageiros
· É provável que a α-gustducina, uma proteína seletivamente expressa em células receptoras gustativas, aja como principal proteína G, e o AMPc, como principal segundo mensageiro. Entretanto, a fosfolipase C b2 (PLCb2) foi identificada como enzima universal, estimulando a síntese de segundos mensageiros no caso dos sabores doce, amargo e “umami”
Transdução do sabor amargo
· A transdução da grande maioria dos sabores amargos parece envolver a ação de receptores específicos para substâncias amargas; trata-se também de receptores acoplados a proteínas G que ativam cascatas de segundos mensageiros
· Existem vários receptores diferentes para distintos compostos amargos, e todos são mebros de uma família de receptores denominados de T2Rs que tem mais de 30 membros 
· Os T2Rs são coexpressor com a proteína G alfa-gustducina
· Entre os sistemas de segundo mensageiro,, o inositol trifosfato (IP3) participa na transudção do sabor amargo. Sua ativação causa aumento da concentração intracelular de Ca2+ provoca a liberaçõa de um neurotransmissor 
· Alguns compostos amargos, como a quinina, podem interagir diretamente com as células receptoras gustativas sem ativar os T2Rs.Essas substâncias parecem ligar-se diretamente aos canais de potássio, bloqueando-os. O bloqueio dos canais de K + tende a despolarizar a célula, resultando na liberação de um neurotransmissor
Transdução do sabor umami
· As proteínas são constituídas de aminoácidos, os quais, além de terem alto valor nutricional, posuem sabor agradável (umami)
· Dois membros da família T1R (a mesma família de receptores acoplados a proteínas G que codifica a sensação doce), denominados T1R1 e T1R3, atuam em concerto, permitindo o reconhecimento de quase todos os tipos de aminoácidos 
· As proteínas G α-gustducina e a-transducina são acopladas aos receptores T1R1 e T1R3 nas células receptoras para o sabor “umami”. Junto com os sistemas de segundo mensageiro do IP3 e do AMPc, essas duas proteínas G participam da transdução desse sabor
Codificação dos estímulos gustativos
· Refere-se aos processos de como a identidade (qualidade) e a intensidade (concentração) de um estímulo gusativo são coficiadas no córtex gustativo
Duas hipóteses:
· Código padronizado: cada célula recetora gustativa responde em certo grau a cada sabor básico, mas sem que duas fibras aferentes respondam de forma idêntica
· Código de linha marcada: existência de receptores sensoriais gustativos altamente específicos, associados a vias aferentes e alvos terminais também específicos para cada sabor básico. Mais sustentado
Integração central da percepção gustativa
· As células receptoras gustativas estabelecem contato sináptico com fibras aferentes periféricas que se incorporam a 3 pares de nervos cranianos:
1. O ramo da corda do tímpano do nervo facial (VII nervo craniano) inerva os 2.3 anteriores da língua e, assim, recebe informações das papilas fungiformes
2. O nervo glossofaríngeo (IX nervo craniano) inerva a partepsoterior da lingua e, assim, recebe as informações oriundas das papilas foliadas e circunvaladas
3. O nervo vago (X nervo craniano) inerva poucas células receptoras gustativas situadas na epiglote e no esôfago
· A informação gustativa vinda das diferentes regiões da língua e da cavidade da boca é depois conduzida, pelos três nervos cranianos, par ao setor gusatitvo na parte rostral do núcleo do trato solitário, localizado no tronco cerebral.
· Deste núcleo se orginam axônos, ditos de segunda ordem, que inervam a parte medial do núcleo ventral posterior medial (VPM) do tálamo
· Este, por sua vez, envia projeções para várias áreas corticais que ficam entre a parte anterior do córtex insular no lobo temporal e o opérculo do lobo frontal 
· Essas áreas gustativas de primeira ordem ficam nas imediações da área de representação da língua no córtex somatossensorial, da qual recebem projeções. Assim, as áreas gustativas recebem informações sobre a textura e a temperatura do alimento
· Áreas associativas gustativas de ordem superior parecem existir no córtex orbitofrontal, cujos neurônios respondem a uma combinação de estímulos olfatórios, visuais e gustativos e no córtex perirrinal rostral 
· Além disso, muitos relés da via gustativa estão interconectados com o hipotálamo (regulador da homeostase do corpo) e amígdala (importante para componentes emocionais e hedônicos do apetite)
Mecanismos hedônicos da gustação
· Cada alimento tem, além do valor nutricional, um valor hedônico, ou seja, uma capacidade de gerar prazer 
· A ingestão de alimentos parece provocar 2 sensações distintas:
1. Uma consciência puramente sensorial da qualidade ou do sabor básico de um alimento 
2. Uma resposta afetiva (prazerosa ou aversiva) que o alimento suscita
Preferência para sacarose é mantida na ausência da sinalização dos receptores para doce 
Obs: De forma interessante, experimentos em camundongos geneticamente modiͅficados mostraram que uma preferênciapara soluções de sacarose com alto teor calórico é desenvolvida mesmo na ausência da maquinaria celular responsávelpela transdução do sabor doce. Nesses camundongos, foi eliminadoo canal de cátions TrpM5, peça-chave para a despolarização da membrana nos receptores para o doce. Além disso, o circuito de recompensa desses camundongos ͅficou ativado de forma normal, liberando dopamina no núcleo accumbens seguido da ingestão de soluções de sacarose, mas não de soluções de adoçantes artiͅciais não calóricos. Isso claramente indica que nutrientes com alto teor metabólico podem in͆uenciar diretamente o sistema de recompensa por meio de mecanismos pós-prandiais, sem depender da transdução do próprio sabor do alimento por células receptoras gustativas. Isso também levanta a hipótese de que a preferência para alimentos ricos em gorduras, para os quais ainda não foram descritas células receptoras especíͅficas, possa ser mediada por mecanismos pós-prandiais
Mecanismos homeostáticos da gustação
· Hormônios insulina (produzida pelo pâncreas), leptina (produzida pelo tecido adiposo) e grelina (secretada pelo estômago)a tuam o cérebro, principalmente em neurônios do núcleo arqueado do hipotálamo, regulando nosso apeptite e gasto energético
· Leptina e insulina regulação da homesotase energética 
· Grelina parece funcionar como iniciador da refeição, visto que seus níveis tipicamente se elevam 1 a 2 horas antes de uma refeição, voltando a valores normais logo após a ingestãod e alimentos