La ghiandola pineale od epifisi deriva da una evaginazione neuroepiteliale che protende dal tetto del diencefalo (Reeves, 1984). Questo organo è di forma conica ed è situato nel margine posteriore del corpo calloso, tra i collicoli superiori del cervello (Reeves, 1984). Nei mammiferi è un organo endocrino che, malgrado la sua derivazione dal tetto diencefalico, non ha connessioni dirette con il sistema nervoso centrale (Reeves, 1984). Il metabolismo della ghiandola pineale è controllato dalla illuminazione ambientale attraverso vie indirette che coinvolgono
i nervi del sistema nervoso simpatico; tali vie di controllo comprendono l’occhio ed il nervo ottico
Le cellule della ghiandola pineale, denominate pinealociti, sono deputati alla secrezione di melatonina.
La luce inibisce l’attività dell’organo, stimolando, in questo modo, l’attività riproduttiva (Reiter, 1981). In uno studio sulle femmine di pony è stato visto che l’attività della ghiandola pineale, era più elevata durante il tardo autunno e l’inverno, e più bassa durante la primavera, l’estate e l’inizio dell’autunno, e la percentuale di femmine cicliche era inversamente correlata alla attività dell’enzima pineale idrossindolo;O;metiltransferasi, responsabile della produzione della melatonina (Wesson et al., 1979).
La vascolarizzazione della ghiandola pineale deriva dalla branca della arteria celebrale profonda che termina nella rete pineale. Il sangue venoso è drenato dai sinusoidi ventrali longitudinali (Venzke, 1975). Le fibre nervose nello stroma della ghiandola sono probabilmente di origine simpatica. Gli impulsi dalla retina viaggiano tramite il tratto ottico accessorio rostrale fino al tratto ipotalamico tegmentale, poi verso la corda spinale toracica, ed infine al ganglio craniale cervicale (Venzke, 1975). Le fibre nervose nel loro decorso, seguono le arterie e finiscono a livello delle cellule epiteliali pineali (Venzke, 1975).
3.1.1 Melatonina
La produzione della melatonina è a carico dei pinealociti che assumono dal circolo l’aminoacido triptofano il quale, per intervento di due enzimi, viene prima idrossilato e quindi decarbossilato a serotonina (Reeves, 1984). Due fasi del metabolismo della serotonina sono sotto controllo nervoso; una di queste fasi consiste nella conversione della serotonina in N;acetilserotonina da parte dell’enzima serotonin;N;acetiltransferasi. Questo enzima presenta un ritmo circadiano, aumentando la sua attività durante le ore di buio e sembra essere l’enzima limitante la produzione di melatonina (Klein e Weller, 1970). La seconda fase è dovuta all’enzima idrossindolo;O;metiltransferasi (HIOMT); esso non manifesta attività ritmica (Reeves, 1984).
La melatonina esercita un effetto antigonadotropo nel controllo della fotoperiodicità riproduttiva tramite la sua azione sull’asse ipotalamo;ipofisi;gonade (Reiter, 1981).
Negli ultimi decenni, la melatonina è stata oggetto di molti studi condotti sulla specie equina e si pensa che essa sia uno degli elementi chiave nel controllo della stagionalità dell’attività riproduttiva (Nagy et al., 2000). È stato dimostrato, infatti, che la ghiandola pineale è implicata nel meccanismo di controllo della stagionalità riproduttiva e che è in grado di trasformare segnali luminosi, catturati dall’occhio, in segnali endocrini (Nagy et al., 2000).
Nella cavalla, elevate concentrazioni di melatonina sono presenti durante la fase di oscurità; la secrezione di melatonina aumenta all’inizio del periodo di buio e diminuisce rapidamente al termine della notte (Guillaume e Palmer, 1991). Una breve esposizione alla luce durante la fase di oscurità comporta una immediata diminuzione della concentrazione di melatonina seguita da un ritorno ai livelli tipici delle ore notturne quando l’esposizione luminosa finisce (Guillaume e Palmer, 1991).
Figura 3.2: Exp 1: Livelli di melatonina in cavalle sotooposte a 10,5 ore di luce al giorno; Exp 2: Livelli di melatonina in cavalle sottoposte a 14,5 ore di luce al giorno (Guillaume e Palmer, 1991).
Durante le ore notturne la secrezione di melatonina è stimolata dalla norepinefrina prodotta dai neuroni sinaptici postgangliari del ganglio cervicale superiore (Nagy et al., 2000); nel cavallo, questo concetto è supportato dall’osservazione che
l’isoproterenolo, un agonista α;adrenergico, stimola la secrezione di melatonina (Sharp et al., 1980 c).
Le concentrazioni medie giornaliere di melatonina sono maggiori durante l’autunno e l’inverno e più basse in primavera ed in estate (Wesson et al., 1979); inoltre l’attività dell’enzima HIOMT è più elevata durante la stagione anovulatoria e decresce significativamente due o tre mesi prima dell’inizio della stagione ovulatoria (Wesson et al., 1979).
Il primo studio che ha messo in evidenza il ruolo funzionale della melatonina nella cavalla è stato quello condotto da Grubaugh e collaboratori (Grubaugh et al., 1982) su un gruppo di cavalle pinealectomizzate sottoposte ad una stimolazione luminosa; in queste cavalle, l’inizio dell’attività riproduttiva non fu anticipato dal fotoperiodo artificiale; inoltre, nelle cavalle sottoposte all’intervento di asportazione della ghiandola pineale durante i mesi invernali, la ripresa dell’attività riproduttiva durante la seconda stagione successiva all’intervento chirurgico fu notevolmente ritardata rispetto ai controlli (Grubaugh et al., 1982). Il ruolo della melatonina nel trasferimento dei segnali indotti dal fotoperiodo, è stato ulteriormente dimostrato da Guillaume e Palmer (1991), i quali riportano che la somministrazione di melatonina esogena nelle 4 ore precedenti l’inizio di una breve fase di oscurità (14.5L:9.5B), era in grado di prevenire l’effetto stimolatorio sull’attività riproduttiva indotto dal lungo fotoperiodo. In maniera simile, le cavalle in anestro stagionale sottoposte allo stesso fotoperiodo artificiale (14.5L:9.5B), non rispondevano all’effetto stimolante indotto dal fotoperiodo quando la melatonina era somministrata ogni due ore per un periodo totale di 12 ore comprendente anche le 9.5 ore di buio (Palmer e Guillaume, 1992). In queste cavalle, l’inizio della fase di oscurità, contraddistinta da un aumento della secrezione di melatonina, e l’inizio del periodo di luce, caratterizzato da una diminuzione nella secrezione di melatonina, erano mascherate dagli elevati livelli di melatonina esogena presenti (Palmer e Guillaume, 1992).
L’attività riproduttiva stagionale nella specie equina è influenzata anche dalla somministrazione costante e a lungo termine di melatonina (Nagy et al., 2000); impianti rilascianti melatonina applicati in vicinanza del giorno più corto dell’anno annullano l’effetto stimolante dato dal fotoperiodo crescente, ma non
sono in grado di opporsi al manifestarsi dell’attività ciclica ovarica nella stagione successiva (Guillaume et al., 1995); l’applicazione degli impianti rilascianti melatonina in prossimità del solstizio di estate è in grado di anticipare l’attività ovarica dell’anno successivo nelle cavalle adulte (Guillaume et al., 1995). La spiegazione più plausibile di quest’ultima osservazione, si può ricondurre al fatto che, una percezione anticipata di una sequenza di giorni corti, causata dalla continua presenza di una concentrazione elevata di melatonina, porta ad uno stato di refrattarietà nei confronti del fotoperiodo corto. A causa dello stato di refrattarietà, il ciclo riproduttivo annuale è anticipato, portando ad un inizio precoce della stagione riproduttiva nell’anno successivo (Guillaume et al., 1995). Tutte queste osservazioni supportano il concetto che il fotoperiodo ed il ritmo di secrezione della melatonina siano coinvolti nel ritmo endogeno circannuale ma non influenzino l’attività riproduttiva direttamente (Nagy et al., 2000); sebbene l’effetto del fotoperiodo sia documentato in maniera esaustiva, il sito di azione della melatonina non è stato studiato nel cavallo (Nagy et al., 2000). Da studi effettuati su altre specie è stato possibile capire che la melatonina non influenza la secrezione del GnRH direttamente, ma agisce tramite una rete complessa di neuroni nella quale sono coinvolti un elevato numero di neurotrasmettitori, ed i siti bersaglio di questo meccanismo sono localizzati all’interno dell’ipotalamo (Malpaux et al., 1999). Nella specie equina, recettori specifici della melatonina sono stati trovati a livello ipotalamico, nella pars tuberalis, nell’eminenza mediale e nel nucleo soprachiasmatico (Stankov et al., 1991).
Figura 3.3: Data della prima ovulazione dell’anno in femmine di pony in anestro sottoposte a fotostimolazione e trattate con melatonina. Gruppo A, B, C, e D sono, rispettivamente, non fotostimolati e non trattati con melatonina, non fotostimolati e trattati con melatonina, fotostimolati e trattati con melatonina e fotostimolati e non trattati con melatonina. SEM: standard error of mean (Sharp e Cleaver, 1993).