INDICE
1. Senso speciale: l’olfatto...2
1.1 Fisiologia...2
1.2 Circuito olfattivo...5
2. Danni al sistema olfattivo...7
3. Test su topi giovani e topi anziani...8
3.1 Epitelio olfattivo...8
3.2 Bulbo olfattivo...10
3.3 Invecchiamento del SVZ...12
3.4 Invecchiamento del RMS...13
3.5 Corteccia olfattiva...13
3.6 Conclusione e direzioni future...14
4. Sperimentazione giapponese...15 4.1 Introduzione...15 4.2 Dati sperimentali...16 4.3 Conclusione...17 5. Calcium Imaging...18 5.1 Soggetti...18 5.2 I campioni...18 5.3 Imaging...19 5.4 Risultati...20 5.4.1 Soglia olfattiva...20
5.4.2 Risposta cellulare degli OSN...20
5.4.3 Risposta cellulare degli OSN correlata alla soglia PEA...21
5.4.4 Conclusioni...21
6. Percezione e discriminazione degli odori corporei in età diverse...24
6.1 Introduzione...24
6.2 Risultati...25
6.2.1 Valutazioni percettive...25
6.2.2 Discriminazioni in funzione dell’età...27
6.2.3 Etichettatura in funzione dell’età...27
6.2.4 Categorizzazione in funzione dell'età...28
6.3 Discussione...28
6.4 Materiali e metodi...30
6.4.1 Partecipanti...30
6.4.2 Odore del corpo dei donatori...31
6.4.3 Procedura...32
6.4.4 Analisi statistica...33
1. Senso speciale: l'olfatto 1.1 Fisiologia
Il naso umano è composto da due distinti passaggi nasali separati da un setto. L’apertura esterna è detta narice ed entra in ogni camera nasale.
Dalla camera si estendono i turbinati nasali, strutture cartilaginee che sono ricoperte da un epitelio molto vascolarizzato che serve per riscaldare, umidificare e purificare l’aria.
Si crea all’interno un flusso turbolento, come risultato di un restringimento della cavità in prossimità di ciascuna narice (valvola nasale).
La turbolenza guida le particelle verso il muco nasale, che vengono
Il muco è prodotto dalle ghiandole specializzate di Bowman.
Tra le loro secrezioni ci sono proteine che si legano agli odoranti idrofobi che poi vanno ai recettori olfattivi, e anche fattori di crescita associati alla mitosi e ad altri processi cellulari correlati, numerosi fattori immunitari ed enzimi di
biotrasformazione.
Le cellule dell’epitelio olfattivo derivano embriologicamente dal placode olfattivo e dalla cresta neurale.
Questo epitelio specializzato, che riveste il setto, la lamina cribrosa ed i turbinanti, è innervato da cellule recettrici, da fibre del nervo trigemino e da fibre autonome del ganglio cervicale superiore.
L’epitelio è composto anche da cellule di sostegno, cellule microvillari, cellule basali e cellule del dotto delle ghiandole di Bowman.
Alcune cellule di sostegno che, tra le altre cose, isolano le cellule recettrici l’una dall’altra, sono coinvolte nella biotrasformazione di sostanze chimiche nocive e nella manutenzione dell’ambiente ionico che circonda le ciglia delle cellule recettrici del sistema olfattivo.
È da queste cellule staminali multipotenti, in particolare quelle orizzontali, che i recettori olfattivi e le altre cellule germinano.
Proprio queste cellule possono ricostituire l’epitelio olfattivo danneggiato, anche se tale rigenerazione è influenzata da processi legati all’età, come l’accorciamento dei telomeri e il grado di danno ambientale accumulato in precedenza, compreso l’inquinamento e le infezioni virali e batteriche. La mitosi delle cellule basali è regolata da molteplici processi, tra cui la densità cellulare, dai macrofagi, l’attività neuronale e danni ai neuroni sensoriali olfattivi.
Oltre 350 diverse proteine recettrici sono espresse nelle ciglia delle cellule recettrici.
Fasci di assoni del recettore olfattivo sono ricoperti da cellule simil-Schwann, astrociti e fibroblasti.
Questo gruppo compone il nervo cranico I, aggregato alla membrana basale nel connettivo ricco di lamina propria e presenta delle aperture multiple (forami) che separano la piastra cribrosa dalla cavità nasale. Le cellule di rivestimento hanno proprietà uniche poiché, non solo favoriscono una guida per gli assoni sporgenti dalla cavità nasale nel cervello, ma inoltre fagocitano batteri e altri xeno biotici che potrebbero penetrare nel cervello.
Una volta all’interno della cavità cranica, gli assoni dei recettori costituiscono il primo dei diversi strati del bulbo olfattivo e singolarmente la ramificazione dei glomeruli che costituisce lo strato successivo del bulbo.
Nei giovani ci sono più di mille glomeruli, ma questo numero diminuisce con l’età, riflettendo in parte la perdita di fattori neurotrofici.
È interessante notare che recettori che esprimono la stessa proteina proiettano allo stesso glomerulo, rendendo questi funzionali al tipo di recettore.
Il trasmettitore delle cellule recettrici è il glutammato che agisce su NMDA e AMPA sui dendriti dei neuroni di proiezione, sulle cellule mitrali e sulle cellule a
Cellule juxtaglomerulari modulano il rilascio di glutammato nelle vie presinaptiche D1 e GABA-B sui terminali degli assoni del recettore. Simile modulazione post-sinaptica avviene mediante l’attivazione di GABA e serotonina (5HT) presenti sulle cellule mitrali e sui dendriti apicali.
Un’ulteriore modulazione di queste cellule avviene all’interno dello strato
plessiforme esterno del bulbo, dove si formano connessioni dendro-dendritiche con le cellule granulari GABAergiche.
L’attività di queste cellule è modulata da neuroni i cui corpi sono al di fuori del bulbo olfattivo e sono influenzati da processi centrali.
L’epitelio olfattivo e il bulbo subiscono una sostituzione periodica di cellule. Vi sono prove che una notevole plasticità avviene all’interno della regione glomerulare del bulbo olfattivo per tutta la vita, in aggiunta a quello che accade durante le prime fasi dello sviluppo post-natale.
Negli esseri umani, come nei roditori, le cellule staminali all’interno della porzione anteriore della zona sub ventricolare (SVZ) del cervello generano neuroblasti anche in età adulta, che migrano attraverso il torrente migratorio rostrale per ripopolare gli interneuroni all’interno dei granuli e lo strato glomerulare del bulbo. Poiché le proiezioni afferenti del sistema olfattivo aggirano il talamo, alcuni ricercatori hanno denominato il bulbo olfattivo come il “talamo del sistema olfattivo”.
La maggior parte delle proiezioni bulbari alla regione cerebrale sono omolaterali, le proiezioni di ordine secondo sono fatte per l’emisfero contro laterale tramite il nucleo anteriore e la commisura anteriore.
Le connessioni successive sono formate dalla corteccia orbito frontale (OFC), dall’ippocampo, dal talamo, dall’ipotalamo e dal cervelletto.
L’OFC è pensato per svolgere un ruolo fondamentale nella percezione del gusto, combinando l’input tra gusto, consistenza e odore.
Un ricercatore ha osservato che i dati esistenti del TEST OLFATTIVO possono misurare la disfunzione dell' OFC.
1.2. Circuito olfattivo
Gli odori sono rilevati da neuroni sensoriali localizzati nell’epitelio olfattivo che riveste la cavità nasale, chiamati ORs, recettori trans membrana accoppiati a proteina G che legano odoranti con selettività moderata. Dopo il legame avviano una cascata di segnali con apertura di canali ionici che portano poi ad un
potenziale d’azione, che culmina con sinapsi nel bulbo olfattivo.
Circuiti locali contribuiscono all’elaborazione dei segnali degli odoranti prima che arrivino a proiezioni di neuroni di ordine superiore. Poiché gli odori sono tanti, l’identificazione è un processo combinato. La maggior parte degli odori attiva molti ORs in conformità a diversi fattori, tra cui la concentrazione.
Gli assoni dei neuroni sensoriali si uniscono per formare il nervo olfattivo che, dopo il passaggio attraverso la lamina cribrosa si distribuisce sulla superficie del bulbo olfattivo.
Gli assoni convergono sui glomeruli che sono il luogo della prima sinapsi nel sistema olfattivo.
Gli assoni dell’OSN (neurone bipolare, il cui dendrite apicale presenta ciglia multiple a contatto con la superficie dell’epitelio olfattivo all’interno del lume della cavità nasale, il suo assone mielinico si estende dal polo basale e viaggia nel nervo olfattivo fino al bulbo olfattivo) formano sinapsi eccitatorie asso-dendritiche sul neurone secondario di proiezione, sul mitrale, su cellule a pennacchio e su una popolazione di interneuroni, le cellule periglomerulari.
Il “codice olfattivo” è costituito da un insieme di cellule recettrici attivate che possono essere visualizzate come mappe spaziali sia all’interno dell’epitelio sia dai bulbi olfattivi. Tuttavia la codifica è complessa, giacché altri recettori sono reclutati per riconoscere l’aumento di concentrazioni di un odore.
I recettori olfattivi sono recettori accoppiati a proteina G, superfamiglia i cui geni sono distribuiti in tutte e due i cromosomi, in maggioranza sul cromosoma 11 e gli altri sul cromosoma 1,6 e 9.
Il legame non è stretto. Inizia la trasduzione con attivazione della proteina legante il GTP che a sua volta attiva l’adenilato ciclasi che catalizza la produzione di cAMP e apre i canali ionici regolati da nucleotidi ciclici.
Questo provoca l’afflusso di sodio e di calcio e ioni depolarizzati.
Vi è un’ulteriore amplificazione dell’apertura dei canali al cloro attivati dal calcio e il risultante efflusso di cloro.
Il sistema olfattivo dell’uomo è capace di riconoscere numerosi odori. Vengono distinti sette odori primari: canfora, muschio, fiori, menta, etere, pungente e putrido.
I recettori sensoriali dell’olfatto sono localizzati nella mucosa olfattiva.
I recettori olfattivi che sono al tempo stesso i neuroni afferenti primari di questo sistema, possiedono un processo apicale provvisto di ciglia immerse nello strato di muco, in cui sono dissolte le sostanze chimiche che evocano la risposta olfattiva. Dalla porzione basale delle cellule olfattive recettrici si origina un assone che si dirige centralmente e termina nel bulbo olfattivo. Nella mucosa olfattiva sono anche presenti cellule di sostegno e cellule basali, queste ultime possono
differenziarsi in cellule olfattive e andare a sostituire i recettori olfattivi che hanno esaurito il loro ciclo vitale. La trasduzione degli stimoli olfattivi inizia con il legame delle sostanze chimiche dissolte nello strato di muco ai recettori presenti sulle ciglia delle cellule recettrici olfattive.
Questo determina la comparsa di un potenziale di recettore, è un processo
depolarizzante determinato da flussi di corrente diretta verso l’interno che produce una variazione di potenziale di membrana del recettore sensoriale tale da
superare la soglia per la generazione di un potenziale d’azione, di conseguenza aumenta la frequenza di scarica delle fibre afferenti primarie.
La frequenza di scarica è direttamente proporzionale alla concentrazione delle sostanze odoranti.
Il meccanismo di codificazione delle informazioni olfattive è legato alla presenza di un canale marcato modificato.
I recettori olfattivi rispondono più intensamente a un particolare stimolo e meno intensamente ad altri, essi sono raggruppati sulla base della sensibilità di diverse classi di sostanze odoranti e i vari gruppi presentano una localizzazione diversa nella mucosa olfattiva.
Questo tipo di organizzazione permette la trasmissione al sistema nervoso centrale di afferenze che sono già parzialmente codificate per la qualità degli odori.
Una caratteristica del sistema olfattivo consiste nel fatto che i neuroni afferenti primari formano sinapsi direttamente con neuroni del telencefalo.
Gli assoni afferenti primari originati dai recettori olfattivi sono fibre mieliniche che si raggruppano in piccoli filamenti del nervo olfattivo. Questi piccoli fasci di fibre attraversano la base cranica e formano sinapsi nel bulbo olfattivo.
La principale efferenza del bulbo olfattivo è rappresentata dal tratto olfattivo. La porzione orbitofrontale della neocorteccia riceve afferenze olfattive attraverso il talamo.
Le vie sensoriali, infatti, con neuroni sensoriali di 2° ordine fanno sinapsi nel talamo: dal midollo con neuroni di 1°ordine vanno al bulbo e con neuroni di 2°ordine diretti nel talamo.
2. Danni al sistema olfattivo
I più importanti disturbi dell’olfatto sono rappresentati dall’anosmia, dalle crisi uncinate e dalla perdita dell’olfatto. Quest’ultima argomento principale di questo studio. La diminuzione della funzione olfattiva è molto comune nella popolazione anziana, presente in più della metà di quelli di età compresa tra 65 e 80 anni, e dei soggetti oltre ¾ di quelli di età superiore agli 80 anni.
Tale disfunzione influenza in modo significativo il benessere fisico e la qualità della vita, l’alimentazione, il piacere del cibo, così come la sicurezza di tutti i giorni. Da un interessante studio è emerso che un numero sproporzionato di persone anziane muore, ogni anno, in incidenti casalinghi come ad esempio
avvelenamento da gas, ingestione di cibo avariato o l’incapacità di percepire un incendio.
In Gran Bretagna, tra il 1931 e il 1956, circa il 10% delle morti accidentali in casa di persone di età superiore a 60 anni, si è verificato per avvelenamento da
carbone-gas.
Molteplici fattori contribuiscono alla perdita di sensibilità del sistema olfattivo legato all’età, tra cui alterata congestione nasale, maggiore propensione per le malattie nasali, danno all’epitelio olfattivo, riduzione delle mucose, danni alle ciglia delle vie respiratorie, ossificazione dei forami della piastra cribrosa,
perdita di selettività dei recettori, cambiamenti nei sistemi di neurotrasmettitori e neuro modulatori, e l’espressione neuronale di proteine aberranti associate a malattie neurodegenerative.
È noto che la diminuzione della sensibilità agli odori può essere un segno precoce di malattie neurodegenerative come il morbo di Alzheimer e il morbo di Parkinson.
Studi di risonanza magnetica funzionale (fMRI) e di eventi correlati al potenziale olfattivo (OERP) indicano una ridotta e alterata funzionalità a stimoli olfattivi a livello del sistema nervoso centrale soprattutto negli anziani.
È stato anche suggerito che la perdita olfattiva può derivare da atrofia del neuro epitelio olfattivo, nonché una riduzione del fattore di crescita epidermico (EGF). La percezione olfattiva inoltre può variare per cultura ed etnia.
Il nostro odore naturale del corpo passa attraverso diverse fasi collegate alla composizione chimica della pelle legata all’età.
Nell’uomo, ma soprattutto negli animali, i segnali nascosti dell’odore sono stati suggeriti per aiutarci nella scelta del compagno, per un riconoscimento individuale, per il rilevamento di parenti, e per la differenziazione tra i sessi.
Ci sono prove che gli odori corporei trasportano informazioni legate all’età e che gli animali sono in grado di rilevarle ed elaborarle con precisione.
3. Test su topi giovani e topi anziani
3.1. Epitelio olfattivo: Meccanismi cellulari dell’invecchiamento nell’epitelio olfattivo.
Utilizzando modelli animali, il lavoro preliminare è di scoprire le differenze tra roditori giovani e anziani, che possono contribuire a risolvere i deficit osservati negli esseri umani.
Le alterazioni nel numero di OSN possono influenzare la funzione olfattiva. La diminuzione degli OSN può essere valutata con diversi meccanismi: 1. Determinati dall’ambiente
2. Cambiamenti globali e non specifici del ciclo cellulare come un aumento delle cellule basali dell’epitelio accompagnato alla diminuzione dei neuroni 3. Una riduzione di sottopopolazioni di OSNs che esprimono RUP specifici. Punto 1: anche se il turnover degli OSNs negli animali in condizioni normali si verifica nel corso di 6-12 settimane, un alloggio privo di patogeni in condizioni di barriera porta a una lunga vita dei neuroni sensoriali sia dei giovani che degli anziani roditori.
Questi dati suggeriscono che alcuni cambiamenti nella funzione olfattiva possono essere cumulati durante la vita dell’animale a causa di ripetute esposizioni
ambientali, da sviluppo di rinite o infezioni batteriche.
Punto 2: nei roditori perinatali, la neuro genesi dell’epitelio olfattivo è robusta, ma diminuisce del 90% tra 3 e 6 mesi.
Tuttavia, eliminando i neuroni sensoriali, chimicamente o chirurgicamente, la neuro genesi dell’epitelio olfattivo aumenta sia nei topi giovani che in quelli anziani.
Questi dati suggeriscono che, nonostante un apparente periodo di quiescenza della neuro genesi, la sostituzione del neurone sensitivo può essere up-regolato negli anziani, anche se in misura minore rispetto ai topi giovani.
Le analisi degli effetti dell’accorciamento dei telomeri sulla proliferazione degli OSN suggeriscono due meccanismi indipendenti di regolazione della neurogenesi dell’epitelio olfattivo. Il mantenimento omeostatico dell’epitelio non è stato
influenzato nella telomerasi dei topi ma i topi anziani non sono riusciti a mostrare la lesione indotta dell’up-regulation nella neuro genesi.
Battendo la Cdkn1a (ciclina dipendente inibitrice della chinasi 1 bis) , inibitore del ciclo cellulare, salvando il difetto, si suggerisce che l’accorciamento del telomero è fatto dall’ inibitore delle chinasi ciclina-dipendenti 1 (p21). Pertanto, la lunghezza del telomero nei topi anziani è fondamentale per la rigenerazione dell’epitelio olfattivo dopo lesioni, ma non per la normale sostituzione degli OSN.
Getchell e colleghi, in un contesto correlato, hanno riportato una disregolazione di geni del ciclo cellulare dell’epitelio olfattivo di topi che stavano invecchiando. Questi percorsi alternativi possono contribuire alla riduzione della generazione di nuovi OSN durante l’invecchiamento.
Sebbene la generazioni di nuovi OSNs nei roditori diminuisce con
l’invecchiamento, la prova è controversa riguardo alla morte cellulare usando il saggio biochimico noto come TUNEL assay (Terminal deoxynucleotidyl
transferase dUTP Nick End Labeling).
Punto 3: l’espressione genica degli OR varia significativamente nello sviluppo e nell’invecchiamento. Microarry (tecnica che permette di esaminare l’intero genoma di un organismo), PCR e analisi in situ mostrano variabili individuali
nell’espressione genica di OR nel topo con picchi che si verificano tra il 14° giorno e il 60°, seguiti da step che diminuiscono per alcuni recettori durante
l’invecchiamento.
Recentemente, un’analisi di 531 geni OR del topo, eseguita utilizzando una piattaforma NanoString, ha suggerito che, mentre alcuni cambiamenti legati all’età erano evidenti, cambiamenti nell’espressione erano minimi.
Anche se questi dati rimangono da risolvere, è interessante ipotizzare che i cambiamenti dell’espressione degli OR possono riflettere il ruolo di odori specifici in diversi punti del ciclo della vita così come le influenze ambientali.
In sintesi, il numero di OSNs nell’epitelio si riduce durante l’invecchiamento, molto probabilmente in corrispondenza della variazione in diminuzione nel
mantenimento omeostatico dei neuroni sensoriali di divisione delle cellule basali. Anche se le lesioni che inducono una perdita coordinata di neuroni sensoriali aumentano la neuro genesi e si sostituiscono neuroni sensoriali, questo è meno forte negli anziani che nei giovani topi.
3.2 Bulbo olfattivo
Anche se le regioni della neocorteccia presentano tracce di atrofia con
l’invecchiamento, i dati sul bulbo olfattivo del topo rimangono controversi sia con la diminuzione in termine di volume che di stabilità.
Tuttavia, la proporzione del volume totale degli strati del bulbo olfattivo appare stabile, suggerendo che non ci può essere un effetto sproporzionato sulle cellule sottostanti.
Popolazioni neuronali del bulbo olfattivo in topi anziani appaiono stabili.
Nessun cambiamento significativo è stato segnalato per il numero di interneuroni positivi NeuN o per cellule mitrali positive Tbx21.
Significativi cambiamenti legati all’età sono stati trovati tra coloro che esprimono calretinina, calbinidina, o tirosina idrossilasi, suggerendo che i numeri e le proporzioni delle cellule periglomerulari sono stabili.
Alcuni nuovi neuroblasti raggiungono il bulbo olfattivo del topo e si differenziano in interneuroni durante l’invecchiamento, probabilmente a causa di una diminuzione della proliferazione delle cellule nella zona sub ventricolare (SVZ). Tuttavia vi sono indicative variazioni correlate all’età del numero totale di interneuroni del bulbo olfattivo del topo.
Di conseguenza, il numero ridotto di nuovi neuroni in animali anziani deve essere compensato da una maggior perdita di interneuroni del bulbo olfattivo.
Meccanismi potenziali includono una diminuita morte cellulare di interneuroni esistenti e/o un aumento della sopravvivenza delle cellule nuove che migrano al bulbo olfattivo.
Ci sono meno TUNEL positivi e clave caspase3 positivi nel bulbo olfattivo del topo a 24 mesi rispetto ai 2 mesi, in aggiunta a una downregulation di procaspase3. Cambiamenti legati all’età nella morfologia neuronale e di neuroni specifici vi sono in tutto il cervello. Nelle cellule adulte periglomerulari del topo, vi è un aumento nella lunghezza dendritica totale e il numero di punti di diramazioni in SVZ a 2 mesi di età.
La lunghezza dendritica diminuisce durante 3-11 mpi (cioè un età di 5-13 mesi), mentre il numero di punti di ramificazione è rimasto stabile.
È interessante notare che la struttura dendritica delle cellule 1.5 mpi nel topo di 13 mesi era significativamente diversa da quella di 1.5 mpi nel topo di 4 mesi, mentre era più comparabile a 11 mpi nel topo di 13 mesi.
Sembra pertanto che la lunghezza dei dendriti nell’adulto diminuisca con l’età e che sia determinata dall’età dell’animale più che dall’età neuronale.
Poiché il diametro glomerulare è stabile durante l’invecchiamento, meccanismi di compensazione modulano gli effetti della riduzione dei dendriti delle cellule periglomerulari.
Sebbene il numero di neuroni nel bulbo olfattivo del topo non sia influenzato dall’invecchiamento, ci sono significative diminuzioni a livello della sinapsi. Il numero e il diametro dei glomeruli si mantengono stabili con l’invecchiamento ma, la densità della sinapsi glomerulare a 24 mesi, è diminuita del 50% rispetto a quella di 2 mesi.
Nel neuropilo glomerulare (regione compresa tra i vari corpi cellulari dei neuroni della sostanza grigia dell'encefalo e del midollo spinale), i dendriti apicali della mitrale/pennacchio e le cellule periglomerulari ricevono sinapsi asso dendritiche da assoni OSN e stabiliscono reciproche sinapsi dendrodendritiche tra di loro. Sia la densità asso dendritica che dendrodendrtica è diminuita con l’invecchiamento. Gli effetti dell’invecchiamento sui circuiti sinaptici glomerulari possono riflettere la diminuzione degli OSNs che innervano i glomeruli nonché la diminuzione
dipendente dall’età dei dendriti delle cellule periglomerulari.
Analizzando lesioni da bromuro di metile nella cavità nasale, i roditori con il 5% di epitelio olfattivo intatto hanno avuto una corretta identificazione del 45% degli odori. Sembra che il più immediato effetto dell’ invecchiamento nel processo delle informazioni olfattive si verifichi al primo relais sinaptico nei glomeruli, con una conservazione del circuito a valle nel bulbo olfattivo.
3.3 Invecchiamento del SVZ (zona sub ventricolare)
Per tutta la vita gli interneuroni del bulbo olfattivo sono generati dalle cellule staminali nel SVZ. Le linee del SVZ stanno nella parete dorso laterale del
ventricolo laterale e consistono di quattro tipi di cellule: neuroblasti tipo A, astrociti tipo B, cellule neuronali progenitrici transit-amplifying tipo C e cellule ependimali tipo E. Le cellule di tipo B danno origine a quelle neuronali progenitrici di tipo C, che a loro volta producono neuroblasti di tipo A.
I neuroblasti prodotti dalla SVZ migrano attraverso il flusso migratorio rostrale (RMS) verso il bulbo olfattivo, dove si differenziano in cellule dei granuli (95%) o in cellule periglomerulari (5%).
La neuro genesi diminuisce nella SVZ del topo durante l’invecchiamento, come dimostrato dalla bromodeossiuridina (BrdU).
L’ incorporazione di BrdU diminuisce significativamente le cellule di tipo B durante l’invecchiamento, riflettendo un incremento di cellule di tipo B nella pool
quiescente.
L’atrofia avviene all’interno della nicchia del SVZ, compresa la stenosi della regione dorso laterale del ventricolo laterale. La restante cavità ventricolare diventa allargata e il monostrato ependimale si popola di astrociti di forma cubica che una volta erano mitoticamente attivi.
I fattori di crescita, tra cui il fattore di crescita epidermico, il fattore di crescita factor-alpha, e l’ormone della crescita periferico possono salvare la diminuzione età-dipendente nella proliferazione del topo.
Altri meccanismi, tra cui la downregulation del mTOR (bersaglio della rapamicina nei mammiferi, è una protein-chinasi che fosforila serina e treonina che regola la crescita, la proliferazione, la motilità, la sopravvivenza delle cellule, la sintesi proteica e la trascrizione), la segnalazione dei cannabinoidi, o la modificazione dell’ambiente sistemico, può influenzare la proliferazione nell’invecchiamento del SVZ.
Questi studi suggeriscono che la SVZ mantiene il potenziale di proliferazione e che il periodo di quiescenza può essere reversibile.
3.4 Invecchiamento del RMS (torrente di migrazione rostrale)
La RMS dei roditori si suddivide in tre regioni: il braccio verticale scende dalla SVZ e sottende il corpo calloso, le curve a gomito rostralmente verso il bulbo olfattivo alla base del braccio verticale , e il braccio orizzontale che è l’estensione rostrale finale nella zona subependimale del bulbo olfattivo.
Il percorso migratorio è definito dagli astrociti che circondano e interdigitano con i neuroblasti a formare una struttura tubolare. La vascolarizzazione del RMS è pervasiva e i neuroblalsti utilizzano sia il sistema vascolare che gli astrociti per il percorso migratorio. La migrazione dei neuroblasti si verifica in catene orientate longitudinalmente e richiede 10-14 giorni dalla SVZ attraverso l’RMS al bulbo olfattivo, per ricoprire una distanza di circa 5mm nel topo.
Durante la migrazione rostrale , i neuroblasti mantengono la capacità di dividersi, anche se c’è un calo durante l’invecchiamento che parallelamente occorre nella SVZ. Diminuzioni dipendenti all’età nella divisione cellulare nel braccio verticale suggerisce che il braccio verticale può essere più simile del SVZ che del gomito, dove la diminuzione della proliferazione non è significativa, o nel braccio
orizzontale, dove un uniforme proliferazione si verifica durante l’invecchiamento. Nel complesso, la diminuzione nella divisione cellulare in SVZ e in RMS risulta meno della migrazione dei neuroblasti che occupano un area più piccola del RMS. Nonostante un cambiamento nella densità di migrazione dei neuroblasti all’interno del RMS del topo, un efficace migrazione non sembra essere interessante perché la clearance dei neuroblasti del RMN non dipende dall’ età.
L’effetto della diminuita proliferazione in entrambi , SVZ e RMS, è minore negli interneuroni adulti nel bulbo olfattivo.
Poiché i nuovi neuroni adulti sono fortemente implicati nella acquisizione delle attività associate all’odore, una diminuzione di questa sottopopolazione di
interneuroni può contribuire all’invecchiamento dei deficit comportamentali olfattivi.
3.5 Corteccia olfattiva
I neuroni mitrali e a pennacchio nel bulbo olfattivo fanno molteplici proiezioni verso nove regioni corticali: il nucleo anteriore olfattivo, il tubercolo olfattivo, corteccia anteriore e posteriore piriforme, corteccia laterale entorinale , la corteccia
anteriore e posteriore dei nuclei dell’amigdala, il nucleo del tratto olfattivo laterale e la tenia tecta.
Nel ratto il nucleo olfattivo anteriore, il neurone neuro peptide Y diminuisce significativamente con l’età.
È da notare che i grovigli neuro fibrillari associati alla malattia di Alzheimer si trovano molto presto nella corteccia entorinale del topo.
Solitamente si usa modelli di topo per la malattia di Alzheimer e di altre malattie neurodegenerative per valutare la funzione olfattiva che mostra una forte
correlazione di beta-amiloide e tau aggregates con la disfunzione olfattiva. Allo stesso modo, diminuisce l’espressione della relina (glicoproteina , la cui funzione è di gestione della migrazione e posizionamento delle cellule nervose staminali durante l'embriogenesi e nel post-nascita , importante per la formazione della corteccia cerebrale e le altre strutture del cervello) e del numero di neuroni relina positivi nella corteccia entorinale dei ratti con declino cognitivo.
Al contrario, aggregati di relina si trovano in modelli di roditori con la malattia di Alzheimer suggerendo che l’espressione della relina può avere un effetto profondo sulle misure cognitive, incluso l’olfatto, a causa di un sovra o una sotto
espressione.
Nei topi un piccolo numero di nuovi neuroni adulti originati nel SVZ migrano verso il tubercolo olfattivo e danno origine a neuroni granulari delle isole di Calleja, densi ammassi di cellule per lo più GABAergiche che si estendono rostrocaudalemente verso il tubercolo.
Da 4 a 18 mesi il numero dei neuroni nel tubercolo diminuisce significativamente con un relativo incremento in autofagia che regola l’omeostasi cellulare .
Questi dati suggeriscono la possibilità di un disequilibrio nell’invecchiamento neuronale e una conseguente morte cellulare e sono un importante esempio della disfunzione relativa all’età nei centri olfattivi di ordine superiori.
Uno studio recente riporta una perdita dei recettori AMPA sinpatici
nell’invecchiamento della corteccia anteriore piriforme suggerendo che ci possono essere sottili cambiamenti nella funzione sinaptica glutamatertgica. Questi dati contribuiscono a sottolineare la mancanza di conoscenza riguardo all’invecchiamento del sistema olfattivo e forniscono un trampolino di lancio per gli studi futuri.
3.6 Conclusioni e direzioni future
È evidente che i meccanismi legati al deficit dell’invecchiamento della percezione olfattiva, la discriminazione o la sensibilità restano ancora da determinare.
Anche se i cambiamenti legati all’età sono aumentati nella neuro genesi sia dell’epitelio che del SVZ, ne questi ne i cambiamenti del numero di sinapsi sembrano essere sufficienti a rendere pienamente conto dei cambiamenti comportamentali che si verificano durante il normale invecchiamento.
Ad esempio, sebbene il numero di sinapsi diminuisca nei glomeruli, non è chiaro se questo sia dovuto a una perdita di neuroni sensoriali o ad una diminuzione nella ramificazione assonale.
Forse l’orizzonte più promettente è situato nella corteccia olfattiva.
Poiché l’olfatto dipende da un regime combinatorio per la codifica degli odori, può essere che le integrazioni più complesse che si verificano nella corteccia olfattiva primaria forniranno nuovi indizi sui meccanismi operativi durante l’invecchiamento del sistema olfattivo.
4. SPERIMENTAZIONE GIAPPONESE 4.1 Introduzione
La percezione olfattiva può variare tra culture e etnia.
In questo studio esamineremo le possibili relazioni tra età e capacità olfattiva in soggetti giapponesi sani in un ampia gamma di età. Tali risultati verranno poi confrontati con quelli osservati con le tre patologie neurodegenerative : pazienti con malattia di Parkinson (PD), la distrofia miotonica di tipo 1 (DM1) e la malattia di Alzheimer (AD).
Nei soggetti sani le abilità di rivelazione degli odori diminuisce con l’età. La capacità di rilevare gli odori è generalmente intatta nella maggior parte dei soggetti sani, si è invece evidenziato con approfonditi studi che le capacità degli individui nelle tre diverse popolazioni di pazienti affetti da patologia
neurodegenerativa, che il riconoscimento degli odori era alterato rispetto ai soggetti sani.
Tali pazienti hanno presentato capacità ridotte o alterate di riconoscimento degli odori rispetto ai controlli dei soggetti sani di pari età.
Precedenti studi hanno dimostrato che le cause del deficit olfattivo nel PD e nel AD erano attribuite a cambiamenti patologici e anomalie del segnale RM nelle aree limbiche, tra cui l’amigdala (AMG), corteccia entorinale (ENT) , l’ippocampo (HI) e la corteccia orbito frontale (OFC), mentre nei DM1 si è verificato che vi sono lesioni bilaterali in aeree temporali anteriori, compresa la sostanza bianca
sottocorticale, AMG, ORL e insula.
L’olfatto è un sistema evolutivo precoce molto sviluppato in molti animali, ed è legato a varie funzioni essenziali, come il rilevamento del cibo, la capacità di evitare sostanze pericolose, la scelta dell’accoppiamento e l’attitudine ad
impegnarsi in interazioni sociali. Tali competenze riguardano regioni cerebrali tra cui le regioni limbiche e frontali, che sono utili per il trattamento di informazioni riguardanti l’olfatto.
Il senso olfattivo ha un percorso diretto nelle regioni cerebrali limbiche e questo può avere importante valore di sopravvivenza.
Gli esseri umani possono vivere una vita relativamente normale in seguito alla perdita della percezione olfattiva, ma ci sono prove che le capacità cognitive sono invece compromesse.
Un calo olfattivo può essere un biomarker per la compromissione della funzione cognitiva e di malattie imminenti, come il PD, AD, disturbi psichiatrici tra cui la schizofrenia.
I soggetti giapponesi possono differire da quelli di diverse culture poiché
conoscono odori che in altri paesi non sono presenti, come l’odore della radice della birra o di una puzzola.
4.2 Dati sperimentali
E’ stato eseguito un confronto dei test dell’olfatto effettuati su pazienti con malattie neurodegenerative in corso (PD, AD e DM1) e pazienti sani di pari età.
I dati sono stati raccolti su un campione che rappresentava una vasta gamma di età.
In questo studio, è stato fatto un confronto tra i nuovi dati dei test dell’olfatto di pazienti giapponesi con AD e i dati raccolti in precedenza.
Tutti i pazienti sono stati reclutati da una popolazione di pazienti ambulatoriali trattati presso il Dipartimento di Neurologia (pazienti con PD e con DM1) e presso il dipartimento di Psichiatria (pazienti con AD) presso l’ ospedale universitario di Showa.
Soggetti sani di età inferiore ai 60 anni erano volontari come studenti o personale dell’ospedale (num. : 34, 18 maschi e 16 femmine).
I soggetti sani con età superiore ai 60 anni sono stati reclutati da un agenzia per gli anziani e sono stati pagati per partecipare.
Le capacità olfattive sono generalmente valutate usando il test di soglia di individuazione e di riconoscimento della classificazioni di odori diversi.
Il test di soglia determina la concentrazione minima di un odore che un soggetto è in grado di rilevare. Il test di riconoscimento determina se un soggetto può
identificare un odore specifico, presentato a livelli soprasoglia.
La soglia olfattiva dipende da processi nelle regioni del cervello tra cui la corteccia piriforme (Pir), la corteccia entorinale (ENT), l’amigdala (AMG) e l’ippocampo (IP). L’identificazione olfattiva richiede zone più elevate nella corteccia orbito frontale (OFC) e corticale che sono paralimbiche, ma dipende anche dalla storia personale e dalla cultura.
Nei soggetti sani sia la soglia che il riconoscimento degli odori sembra diminuire con l’età.
Sono stati ottenuti nuovi dati nei pazienti con AD (num.16: 9 maschi e 7 femmine). Ogni diagnosi di AD è basata sulla storia clinica del soggetto, sugli esami
neurologici e neuropsicologici.
Pazienti con AD soddisfano i criteri diagnostici per AD secondo NINCDS-ASRDA e secondo il manuale diagnostico e statistico dei disordini mentali, e inoltre stavano assumendo donepezil e sono stati testati in condizione “on”.
E’ stato poi ampliato il confronto includendo l’individuazione e il riconoscimento dei dati precedentemente ottenuti in pazienti con PD (num.: 18, 16 maschi e 2
femmine), e in pazienti con DM1 (num.: 7, 3 maschi e 4 femmine).
Nei pazienti con PD , non vi erano differenze significative nella capacità di rivelazione rispetto ai soggetti sani di pari età.
Tre su 16 pazienti affetti da AD (2 maschi e 1 femmina) non sono stati in grado di rilevare gli odori specifici, mentre i restanti 13 (7 maschi e 6 femmine) avevano la capacità del rilevamento dell’ odore che era paragonabile ai 15 soggetti sani (8 maschi e 7 femmine, età media sani: 78,9 +/- 5,4; età media pazienti con AD : 78,9 +/- 5,4; non vi erano differenze significative in età tra i due gruppi ).
DM1 avevano rilevamento olfattivo normale, tranne un soggetto di 35 anni.
4.3 Conclusioni
Questi dati suggeriscono che il rilevamento degli odori è generalmente intatto nei soggetti sani.
Al contrario, i pazienti in condizione neurologica specifica hanno presentato ridotti o compromesse capacità di riconoscimento degli odori.
È stato precedentemente riferito che le capacità di riconoscimento dei pazienti parkinsoniani sono significativamente peggiori rispetto ai soggetti sani, e quattro pazienti del nostro test aveva riconoscimenti alterati.
Allo stesso modo, i tre DM1 avevano completamente perso la capacità di
identificare gli odori. In aggiunta a questi dati, è stato confermato che la maggior parte dei pazienti AD mostrano menomazioni nell’identificazione degli odori. È stato sorprendente che nessun paziente con PD, AD o DM1 abbia capito che non potevano identificare gli odori, anche quando avevano entrambi alterata la rivelazione e il riconoscimento.
Le cause dei disturbi olfattivi in pazienti PD e AD sono state attribuiti a
cambiamenti patologici e anomalie del segnale MRI nelle aree limbiche, tra cui la AMG, ORL,HI e OFC.
DM1 hanno lesioni bilaterali nel settore temporale anteriore, tra cui la sostanza bianca sottocorticale, AMG, ORL e insula. Particolarmente gravi erano le lesioni di queste aree nel paziente con DM1 di 35 anni, che aveva compromesso sia il rilevamento che il riconoscimento.
Queste aree cerebrali sono importanti sia per il rilevamento che per il riconoscimento degli odori.
Il declino delle capacità olfattive può essere un fenomeno naturale associato all’invecchiamento, e può essere sia periferico che centrale.
Tuttavia i nostri risultati sottolineano la necessità di prestare attenzione alla
significativa diminuzione dell’abilità dell’identificazione degli odori. Anomalie della AMG, ORL, HI possono iniziare nelle prime fasi della malattia e di conseguenza il calo olfattivo, essendo associato a queste zone, può essere un segnale dei sintomi della comparsa della malattia.
È stato particolarmente interessante osservare che in entrambi i soggetti sani giapponesi e nei pazienti con PD, AD o DM1, il riconoscimento degli odori gradevoli era significativamente alterato rispetto al riconoscimento degli odori sgradevoli.
Questa scoperta solleva la possibilità che gli individui con deficit del
riconoscimento di odori gradevoli può sperimentare anche un’alterata sensazione di emozioni piacevoli.
5. CALCIUM IMAGING 5.1 Soggetti
I soggetti sono stati reclutati attraverso annunci e volantini, eliminando tutti coloro che usavano farmaci (es. uso di farmacia anticoagulanti) o con una condizione patologica.
Il soggetto si è presentato in Clinica la mattina e, dopo aver dato il consenso informato, completato un breve questionario medico, ha eseguito il test sensoriale per determinare il rilevamento unilaterale di soglia per due odoranti, alcool
feniletilico (PEA/rosa) e il lyral (odore muschiato).
Una o due biopsie, a discrezione dell’otorinolaringoiatra, sono state ottenute in anestesia locale dalla porzione mediana del lato mediale del turbinante mediale e il setto opposto.
La pinza di Kuhn-Bolger è stata utilizzata per prendere le biopsie che sono state visualizzate con endoscopio assicurando il corretto orientamento dei forcipe e che non fossero presenti dei polipi.
Circa un terzo delle biopsie con OSNs è stato trattato perché l’epitelio olfattivo umano è a chiazze e di conseguenza non tutte le biopsie contenevano l’epitelio olfattivo.
Inoltre, la bassa densità di OSN può aver contribuito a un non ottenimento di OSN da un sottogruppo di soggetti.
L’età media del gruppo di 378 giovani era di 31 anni e nel gruppo dei 62 donatori anziani l’età media era di 70 anni.
5.2 I campioni
Le biopsie sono state immediatamente messe in supporti RPMI e portati al laboratorio distante circa 15 minuti. Il tessuto è stato poi tritato e messo in
soluzione di isolamento contente 20-30 mU di papaina per 15 minuti, poi triturato con una pipetta lucida a caldo.
La dissociazione è stata fermata mediante un’aggiunta di un volume uguale di soluzione arresto contente (in mM): 145 NaCl, 5 KCl, 2 CaCl2 , 1 MgCl2,
5 d-glucosio, 1 piruvato di Na, 20 HEPES, 10 µg/mL leupeptina, 5 µM di fura-2/AM e 80 µg/mL di acido pluronico, e filtrati con filtro 70 µm di nylon.
Aliquote di sospensione cellulare sono state poi collocate sul vetrino rivestito con concanavalina A e è servita un ora per far attaccare il vetrino e per prendere e esterificare il fura-2/AM.
Le registrazioni sono state ottenute da 442 OSN nel gruppo dei giovani donatori e 179 OSN nel gruppo dei donatori anziani.
5.3 Imaging
Per ottenere la massima quantità di informazioni da ciascuna biopsia, due sistemi di imaging sono stati usati contemporaneamente. Le immagini sono state eseguite da un illuminazione con 340/360 o 340/380 nm luce da una lampadina allo xeno e emettendo fluorescenza sono state raccolte attraverso un filtro centrato a 510 nm.
OSN sono stati identificati e differenziati da cellule microvillari e cellule di sostegno per la loro forma rotonda del corpo cellulare, per il lungo dendrite e per il bulbo olfattivo.
Sono stati analizzati OSN sani misurando il rapporto intracellulare del Fura-2 e registrato solo OSN con fluorescenza che riflettono concentrazioni intracellulari di calcio inferiore a 200 nM.
I tempi di esposizione sono stati brevi, e la luce è stata spenta tra le varie esposizioni per ridurre al minimo il photobleaching.
Le cellule attaccate ai vetrini sono state superfuse con soluzione di Ringer e esposte alle miscele aromatiche o ai singoli odoranti tramite la soluzione tampone o tramite una soluzione commutatore controllata da computer.
Le cellule sono state testate con due miscele aromatiche, miscela A (hedione, geraniolo, alcool feniletilico, citralva, citronella, eugenolo e mentone) e miscela B (lyral, lilial, trietilammina, etilvanillina, acido isovalerico e feniletilammina), o con sottoinsiemi di questi o del singolo odorante disciolto in soluzione di ringer a 1 o 100 µM.
Le immagini sono state acquisite circa ogni 4-7 secondi tramite SC-90-cooled CCD camera da Theta System Elektronik in un sistema imaging da TILL
Photonics, o da OPELCO KS-1380 intensificatore di immagini accoppiato con una camera CCD Sanyo di una workstation Quantimet 570 di analisi di immagini. Queste camere sono state in grado di rappresentare il corpo cellulare, il dendrite e il bulbo olfattivo delle OSN.
Le immagini sono state analizzate con il software Merlin, che calcola i valori del rapporto di intensità entro regioni di interesse e genera un output grafico.
5.4 Risultati
5.4.1 Soglia olfattiva
Per determinare se la frequenza di risposta agli OSN è in alcun modo associata alla sensibilità percettiva agli odori, è stato effettuato l’analisi di Mann-Whitney per confrontare le soglie olfattive nei 2 gruppi di età.
Soggetti più anziani avevano soglie di rilevamento significativamente superiori sia per la PEA che per la lyral. Nel gruppo dei giovani donatori non è stato osservato cambiamenti nelle soglie di rilevazioni per il PEA e lyral collegate all’età. Un analisi di regressione per questo gruppo di età giovane rivela una pendenza trascurabile sia per PEA che per lyral; quindi l’età non predice la performance del rilevamento degli odori per questo gruppo.
Per il gruppo di donatori anziani un calo nella sensibilità olfattiva è stata osservata con l’aumentare dell’età, significativa per PEA ma non per Lyral.
5.4.2 Risposte cellulari degli OSN
L’epitelio olfattivo umano è irregolare e di conseguenza non era presente in tutte le biopsie. Come previsto, su 378 soggetti giovani se ne sono recuperate 129, e su 62 donatori anziani 28 .
Si sono inoltre ottenuti 442 OSN vitali dalle biopsie dei giovani e 179 dagli anziani. Infine, la percentuale di biopsie delle cellule vitali dei giovani era il 34% e dei soggetti più anziani il 45%.
Gli odori-stimolanti nel cambiamento del calcio erano principalmente un aumento apicale nel calcio intracellulare, come riportato in precedenza.
Per approfondire il grado di selettività degli odorizzanti dei singoli OSN, sono stati condotti esperimenti utilizzando sottoinsiemi di miscele odoranti.
Quando è stato testato con il sottoinsieme o con la singola miscela di odori , alcune cellule dei soggetti anziani hanno risposto a due o più stimoli diversi con incremento o con diminuzione di calcio; in alcuni casi, uno stimolo ha evocato un aumento della concentrazione di calcio, mentre un altro ne ha suscitato una diminuzione.
Esperimenti dal 50% (giovani) e dall’ 81%(anziani) dei soggetti hanno prodotto OSN reattivi.
La percentuale delle cellule risponde verso la miscela A, la B era maggiore nel gruppo più anziano (36,3%) che nel gruppo dei giovani (18,7%), con una percentuale di cellule inattive 63,7% e 81,3% rispettivamente.
Tutte le cellule odoranti-reattive dei soggetti giovani hanno risposto solo ad una miscela di odoranti.
In netto contrasto, il 24,6% delle cellule dei soggetti anziani ha risposto ad entrambe le miscele di odori con aumento o diminuzione di calcio.
La diminuzione del calcio era più sentita dalle cellule dei soggetti anziani, anche se gli OSN dei soggetti più giovani sono più selettivi.
I soggetti più giovani avevano una significativa minor probabilità di fare uso di farmaci rispetto ai soggetti più anziani, e principalmente riportano agenti utilizzati per il trattamento delle allergie. Importante, tuttavia, che i soggetti giovani, sia medicati che non, erano ugualmente suscettibili a contribuire gli OSN reattivi. I soggetti anziani che hanno contribuito agli OSN reattivi erano invece
significativamente più portati a essere non medicati che medicati.
Inoltre, i soggetti giovani medicati e i non medicati contribuiscono alle cellule reattive rispondendo a multipli stimoli.
C’è una tendenza per i soggetti anziati medicati a formare cellule simile a quelle dei soggetti più giovani nella loro bassa risposta agli stimoli multipli che i soggetti più anziani non medicati, ma questo indica semplicemente che il farmaco non è un primario fattore trainante nelle differenze che sono state osservate tra soggetti giovani e anziani.
5.4.3 Risposta cellulare degli OSN correlata alla soglia-PEA
La soglia media di PEA per le cellule dei soggetti anziani che avevano risposto a entrambe le miscele di odori era 7,9, e per coloro le cui cellule avevano risposto a una miscela era di 6,0. Valori di soglia più elevati riflettono una maggiore
sensibilità.
5.4.4 Conclusioni
Studi di anatomia del sistema olfattivo hanno dimostrato che con l’avanzare dell’età vi è una perdita degli OSN, con risultati simili nell’epitelio olfattivo dei roditori.
E’ stato osservato che una diminuzione dell’innervazione adrenergica dei vasi sanguigni vascolarizzante l’epitelio olfattivo può influire sulla capacità del tessuto di essere mantenuto a fronte del turnover continuo cellulare, e sulla rimozione di sostanze volatili o dei loro metaboliti che potrebbero influenzare la normale funzione dell’epitelio.
Viste queste relazioni, è stato ipotizzato che biopsie di soggetti più anziani sarebbero meno propense a cedere OSN, e che i neuroni ottenuti sarebbero meno propensi a rispondere agli stimoli olfattivi.
Contrariamente alle nostre aspettative, siamo stati in grado di registrare un numero uguale di OSN vitali dalle biopsie in soggetti di 60 anni e 45 anni.
È interessante notare che i nostri esperimenti hanno dimostrato che gli OSN dei soggetti anziani hanno risposto a entrambe le miscele di odori A e B, in netto contrasto con gli OSN dei giovani soggetti che, in linea con studi precedenti, hanno risposto a A o B.
In aggiunta, gli OSN dei soggetti anziani hanno risposto più frequentemente con una diminuzione della concentrazione di calcio.
Nonostante il fatto che ci sono circa mille geni dei recettori olfattivi nei topi, quando un singolo OSN è testato si trova ad esprimere solo uno dei recettori olfattivi (OR) attraverso l’esclusione allelica.
Sebbene questo principio non sia stato dimostrato negli OSN umani, la frequenza di risposta al singolo odore è più bassa nei giovani adulti e anche ai sottoinsiemi di odori osservati in questo studio e nelle pubblicazioni precedenti.
Poiché la selettiva agli odori degli OSN è determinata dall’OR espresso da una particolare cellula, una perdita di controllo dell’espressione OR per l’espressione di molteplici RUP per OSN potrebbe essere alla base della perdita di selettività degli odori nel gruppo dei soggetti anziani.
Una domanda che si pone è se la diminuita selettività degli odori che troviamo negli anziani riguarda la connettività dell’assone nel bulbo olfattivo.
Dato l’effetto dell’espressione OR su l’assone targeting OSN, la perdita di
selettività degli odori era dovuta a una disregolazione dell’espressione genica di OR conseguente all’espressione di molteplici RUP per gli OSN, da questo ci aspettiamo cambiamenti nella formazione glomerulare nel bulbo olfattivo.
Inoltre, poiché l’assone targeting è collegato all’attività degli OSN, è possibile che la perdita di selettività degli OSN negli anziani interessi la struttura glomerulare. Infatti, studi sui topi dimostrano che l’assone targeting glomerulare degli OSN esprime il recettore olfattivo P2 sempre più diffuso con l’età, con un sottoinsieme degli assoni che innervano i glomeruli nei topi anziani.
È interessante notare che il numero dei glomeruli per bulbo olfattivo umano è molto più grande del numero calcolato utilizzando 2 glomeruli per gene del recettore olfattivo trovato nel topo, e 1 di 2 studi indica che vi è una diminuzione del numero di glomeruli negli anziani, in linea con i risultati la densità degli OSN è diminuita con l’età nei topi.
Con questo studio si è appreso che vi è un effetto di invecchiamento sulle
caratteristiche neuro anatomiche dei glomeruli nel bulbo olfattivo che è coerente con un rapporto con la diminuzione della selettività degli OSN con l’avanzare dell’età anagrafica.
Un'altra possibile ipotesi è che una variazione legata all’età nella regolazione del calcio può essere coinvolta nella perdita di selettività degli odori negli OSN nel gruppo anziano.
È stato suggerito che i cambiamenti della concentrazione di calcio legati all’ età possono comportare meccanismi relativi alla perdita o un cambiamento funzionale in numerosi sistemi tampone che possono modulare la stimolazione evocata dalla concentrazione di calcio in entrata.
Si noti inoltre che un maggior numero di applicazioni di odore riduce il calcio suggerendo che l’effetto della trasduzione dell’odore sul calcio aumenta in funzione dell’età.
Cambiamenti nella regolazione del calcio con l’età possono anche essere legati ad una disfunzione di mitocondri, potenziale di membrana inferiore, e un alterato assorbimento di calcio contribuendo a variazioni del transito di calcio
intracellulare.
Un insolito aumento della concentrazione di calcio può accorciare la durata della vita degli OSN, con una conseguente maggior percentuale di OSN immaturi o senescenti che possono presentare alterate le proprietà funzionali.
Tuttavia non è chiaro come una variazione della concentrazione di calcio comporta una modifica nella selettività degli odori degli OSN .
Una terza spiegazione potrebbe essere che le cellule che presentano risposte non selettive sono non-neuonali o immature, e hanno espresso più RUP per cellula. Un recente studio rivela che gli OSN nei primi mesi di vita avevano un ampia selettività agli odori.
Al contrario entro 2 settimane diventano selettive, ed è interessante notare che, quando la proteina marcatore olfattivo (OMP) viene asportata, gli OSN dei topi di età superiore alle 2 settimane sono sensibili a diversi odori.
Un’altra possibilità è che la mancanza di selettività sia dovuta ad una differenza nell’integrità della membrana tale che gli odori usati vadano persi.
Tuttavia, per un numero limitato di cellule testate, aumenti di calcio potrebbero essere bloccati mediante l’aggiunta del nucleotide ciclico bloccante dei canali L-cis-diltiazem.
Inoltre, se i neuroni immaturi o senescenti sono selettivi, ci si aspetta di scoprire alcune di queste cellule nei giovani adulti semplicemente per caso.
Il lavoro negli ultimi anni ha affrontato la questione della perdita dell’olfatto negli anziani come fosse dovuta a una diminuita soglia di rilevamento così come l’identificazione del tipo di odore, ipotizzando che il tutto dipenda da cambiamenti periferici del sistema olfattivo.
Questi dati forniscono nuove informazioni chiave sulla materia, dimostrando la ridotta selettività e una maggiore eccitabilità nel profilo di risposta degli OSN umani.
Questi cambiamenti periferici potrebbero contribuire alla scarsa discriminazione e identificazione degli odori negli anziani, nonché un più profondo adattamento olfattivo che potrebbero influenzare le soglie di odore che contribuiscono alla diminuzione della sensibilità negli anziani.
Questi risultati suggeriscono che cambiamenti periferici e centrali combinati nel sistema olfattivo potrebbero contribuire alla perdita di olfatto negli anziani.
Riassumendo, questo studio indica complessi cambiamenti nella funzione olfattiva periferica con l’età.
Il tutto si basa su biopsie di una piccola porzione di epitelio olfattivo che potrebbe non essere rappresentativa di tutta la popolazione degli OSN.
Tuttavia, i dati forniscono informazioni sul potenziale cambiamento che può verificarsi con l’invecchiamento in una popolazione di cellule neuronali che è evolutivamente correlato al SNC.
6. PERCEZIONE E DISCRIMINAZIONE DEGLI ODORI CORPOREI DI ETA’ DIVERSE
6.1 Introduzione
Il nostro odore corporeo passa attraverso diverse fasi dovuti a cambiamenti di età nella composizione chimica.
In questo studio si è cercato di determinare se gli esseri umani sono in grado di discriminare gli odori del corpo degli esseri umani di età diverse.
Gli odori corporei sono stati campionati da tre gruppi di età distinti: giovani (20-30 anni), mezza età (45-55 anni) e anziani (75-95 anni).
Le valutazioni e le discriminazioni sono state basate su 41 partecipanti. Ci sono state differenze significative nelle valutazioni sia di intensità e
piacevolezza, dove gli odori corporei del gruppo anziano sono stati votati come meno intensi e meno sgradevoli degli odori corporei provenienti dai giovani e da quelli di mezza età.
I partecipanti sono stati in grado di discriminare le categorie di età, hanno potuto assegnare correttamente etichette di età per gli odori corporei provenienti dai donatori anziani ma non per gli odori corporei provenienti dagli altri gruppi. Questo suggerisce che gli esseri umani sono in grado di discriminare l’odore corporeo in base all’età e che questo effetto è mediato principalmente dagli odori corporei emessi da individui anziani.
Negli umani e negli animali l’odore del corpo rivela segnali nascosti, cocktail per aiutare nella scelta del compagno, per un riconoscimento individuale, per il rilevamento di parenti, e per la differenza tra sessi.
Ci sono prove che gli odori trasportano informazioni legate all’età e che gli animali sono in grado di rilevare con precisione ed elaborare tali informazioni.
Alcuni di questi studi hanno confrontato molti animali giovani e adulti, e preso in considerazione anche il tipo di dieta, per esempio negli animali giovani c’è stato un nutrimento con l’allattamento al seno. La dieta infatti influenza la chimica e la percezione degli odori corporei.
In contrasto, Osada e colleghi hanno dimostrato che i topi possono discriminare tra adulto e anziano basandosi sull’odore che emanano in base alle differenze della qualità, piuttosto che di intensità.
Questo suggerisce che molti animali hanno la capacità di elaborare i segnali età-dipendenti dovuti all’odore del corpo.
Gli odori del corpo umano cambiano durante il ciclo di vita.
Si dice comunemente che gli anziani hanno un caratteristico odore corporeo, un osservazione che sembra essere indipendente dalla cultura.
Negli esseri umani, gli odori corporei dermici provengono da una complessa interazione tra ghiandole della pelle (eccrine, sebacee, apocrine), secrezioni e l’attività batterica, e dalla composizione ghiandolare della pelle e dal cambiamento di secrezione durante lo sviluppo legato all’età.
La ghiandola sebacea si trova su gran parte della superficie della pelle e secerne una miscela complessa di lipidi (sebo) e acidi grassi, entrambi precursori
importanti dell’odore dermico umano del corpo.
In contrasto con le ghiandole eccrine, la ghiandola sebacea è meno attiva in età giovane, raggiunge il picco di attività in età adulta, e ritorna nettamente a bassa attività nella porzione medio-tardiva del settimo decennio di vita.
Le ghiandole apocrine dimostrano una simile funzionalità età-dipendente.
Come un riflesso diretto dell’attività della ghiandola sebacea, la composizione in acidi grassi della pelle e la sua variazione dimostra un elevato grado di
somiglianza tra gli individui giovani e gli anziani.
Ad oggi, due composti chimicamente correlati sono stati confermati nel variare con l’età negli esseri umani: nonenal e nonanal.
Entrambi i composti aumentano con l’età, in particolare gli anziani presentano un forte aumento di concentrazione.
Così, nel loro insieme, le modifiche ghiandolari età-dipendenti producono
cambiamenti secretori, così come variazioni dei singoli componenti chimici della miscela degli odori dermici del corpo, questo suggerisce che i precursori chimici necessari per la discriminazione tra i gruppi di età sulla base degli odori corporei esistono anche negli esseri umani.
È stato valutato se gli esseri umani sono in grado di estrarre ed elaborare segnali dipendenti dall’età degli odori corporei campionati.
Sono stati raccolti gli odori corporei da donatori che rappresentano tre categorie di età: giovani (20-30 anni), mezza età (45-55 anni) e anziani (75-95 anni).
Sono stati fatti due test, una scelta forzata di discriminazione e una prova di gruppo, e si sono avuti due tipi di risultati : 1) persone che possono discriminare tra odori corporei in base all’età dei donatori e 2)chi può correttamente assegnare un etichetta al gruppo di età per gli odori corporei.
6.2. Risultati
6.2.1 Valutazioni percettive
Per limitare la possibilità che il segnale età-dipendente poteva essere offuscato da segnali ignoti, sono stati creati i così detti stimoli sovra-donatore comprendendo odori corporei da più individui della stessa fascia di età.
I partecipanti inizialmente hanno classificato ogni odore del corpo utilizzando bilance analogiche, assegnando all’intensità una scala di magnitudo , in cui i valori elevati indicano odori gradevoli e intensi.
Vi era una differenza significativa tra intensità percepita degli odori corporei dei tre gruppi di età. Con successive prove “posthoc” dimostrarono che tutte e tre i gruppi hanno dimostrato differenze significative.
Gli odori corporei degli anziani (O) sono stati votati meno intensi rispetto agli odori corporei del gruppo di mezza età (M) e i giovani (Y).
Gli odori corporei provenienti dai donatori M sono stati valutati come i più intensi degli odori corporei provenienti dai donatori Y.
Non c’era nessun effetto di diversa intensità nel sesso del partecipante.
Tuttavia, c’è stato un effetto significativo nel sesso del donatore e una significativa interazione tra sesso del donatore e gruppo di età dei donatori.
Successivamente Bonferroni con test posthoc ha dimostrato che i maschi M erano valutati come più intensi e maschi O meno intensi.
Non ci sono state significative interazioni tra donatori di fascia d’età e il sesso del donatore, o tra sesso del donatore e sesso del partecipante, rispetto alle
valutazioni percepite dall’intensità degli odori del corpo.
Anche se il metodo di utilizzo di stimoli sovra-donatori, in confronto al metodo di usare stimoli individuali, riduce notevolmente la possibilità che gli odori del corpo di un singolo donatore potrebbe mediare gli effetti dimostrati, si può ipotizzare che gli odori di uno o due individui media l’effetto da una potenziale effetto deviante. Per verificare che gli effetti non sono stati mediati da potenziali valori anomali nel nostro stimolo sovra-donatore, sono stati effettuati due analisi supplementari. In primo luogo,è stata tracciata una scala d’ intensità per ogni categoria di odori attraverso l’ordine dei partecipanti e adattato l’intensità con 5 soggetti su metà ampiezza totale della gaussiana.
Il fulcro dell’adattamento corrispondeva al numero dei partecipanti per un quadrante dell’odore di un individuo è stato usato ed applicato per rimuovere le differenze individuali nelle valutazioni di intensità dal momento in cui queste potrebbero oscurare i trends di potenziali nei dati.
La logica alla base di questa analisi è che - poiché i quadranti di odori sono stati usati più o meno nell’ordine in cui sono stati acquisiti - se uno o più odori dei donatori mediano le differenze nella scala di intensità, ci sarebbe una marcata differenza nelle valutazioni quando quel donatore era incluso in uno stimolo sovra-donatore.
Poiché gli stimoli sovra-donatori sono stati cambiati dopo ogni cinque soggetti, questa è l’unica deviazione visivamente identificabile dalla norma.
Tuttavia, per indagare questo effetto visivo, è stata effettuata una successiva analisi di classi di media intensità usando un generalizzato ESD test per valori anomali (test per un massimo di 10 valori anomali).
Questa analisi ha dimostrato che nessun singolo stimolo sovra-donatore potrebbe essere identificato come un caso estraneo.
I risultati per le valutazioni di piacevolezza erano molto simili a quelli di intensità. Vi era una differenza significativa in piacevolezza percepita tra gli odori corporei delle tre categorie di età.
Test posthoc successivi dimostrano che gli odori del corpo dei donatori O sono stati classificati come meno sgradevoli degli odori corporei provenienti da entrambi i donatori M e i donatori Y.
Gli odori corporei dei donatori M sono stati, tuttavia, non percepiti come significativamente diversi di piacevolezza da donatori Y.
C’era un effetto significativo nel sesso del donatore e una significativa interazione tra il sesso del donatore e il gruppo di donatori anziani.
Tutte le fasce d’età degli odori corporei maschili differivano significativamente in piacevolezza l’uno dall’altro, gli odori di maschio M risultavano sempre più sgradevoli e odori di maschio O più piacevoli.
Tra gli odori corporei femminili, l’odore femminile del gruppo M è stato valutato molto più piacevole dell’odore femminile del gruppo O.
Nessun altro odore corporeo femminile differiva significativamente in gradevolezza.
Non c’erano interazioni tra donatori del gruppo anziani e sesso del partecipante, o tra sesso del donatore e il sesso del partecipante.
6.2.2 Discriminazione in funzione dell’età
E' stata valutata la capacità di discriminazione tra i gruppi di età con due
alternative, un test di scelta-forzata ripetuto nove volte per ogni categoria di età, con il compito di determinare quale dei due stimoli originati dal donatore più anziano.
I partecipanti sono stati in grado di discriminare odori corporei di diverse categorie di età.
Non c’erano principali effetti del sesso del donatore, o del sesso dei partecipanti, sulla capacità dei partecipanti di discriminare tra le categorie di età degli odori corporei.
Tuttavia, c’è stata una significativa interazione tra i fattori di età del gruppo dei donatori e il sesso dei donatori, indicando che le capacità dei partecipanti di estrarre informazioni età-dipendenti degli odori corporei dipende dal sesso dell’odore del donatore.
Non c’era alcuna interazione significativa tra età del donatore e sesso del partecipante, nonché tra sesso del donatore e sesso del partecipante.
Un seguente test ha dimostrato che i partecipanti erano in grado di discriminare gli odori di femmina M dagli odori di femmina O, e odori maschili Y da odori maschili M.
6.2.3 Etichettatura in funzione dell’età
Quando viene chiesto di etichettare ogni odore del corpo in base agli anni delle tre categorie, i partecipanti non sono in grado di etichettare correttamente sia gli odori corporei Y o gli odori corporei M.
Tuttavia, gli odori corporei O sono etichettati correttamente, più spesso di quanto previsto. Non sono state osservate differenze legate al sesso in questo compito.
6.2.4 Categorizzazione in funzione dell’età
Gli stimoli degli odori del corpo né di Y, né di M sono stati correttamente
raggruppati. Tuttavia, gli stimoli di O sono stati correttamente raggruppati in modo significativo.
6.3 Discussione
Questo esperimento suggerisce che, come altri animali, gli esseri umani sono in grado di discriminare l’età in base agli odori corporei, e che questo effetto è mediato principalmente da odori corporei emessi dai singoli anziani.
Il meccanismo alla base di questo effetto non è attualmente noto.
Pochi studi hanno esplorato i cambiamenti legati all’età nella composizione degli odori del corpo, ed essi hanno incluso solo un numero ristretto di partecipanti con età avanzata.
Tuttavia, questi studi suggeriscono che i livelli elevati di alcune sostanze chimiche sono un potenziale biomarcatore per la vecchiaia.
I partecipanti sono stati in grado di individuare gli odori corporei tra il gruppo giovane in aggiunta al gruppo anziano molto di più di quanto ci si aspettava. È interessante notare che la capacità dimostrata di discriminare tra i gruppi di età è stata mediata interamente dalla discriminazione degli odori corporei provenienti da donatori anziani.
L’abilità nella discriminazione in base all’età non era, tuttavia, un effetto diretto; invece, l’interazione tra donatore anziano e sesso del donatore indica un rapporto complicato.
È stato dimostrato che molti animali sono in grado di determinare il sesso di un proprio simile basandosi solo sull’odore del corpo.
E’ ancora in discussione che gli esseri umani abbiano questa capacità.
Anche se diversi studi hanno dimostrato che gli esseri umani hanno la capacità di determinare il sesso sulla base di odori corporei campionati da regioni ascellari, odori dalle mani, odori orali, l’assegnazione del sesso sembra essere dipendente dall’intensità percepita e dalla gradevolezza di tali odori, in particolare, odori intensi e sgradevoli tendono ad essere assegnati alla categoria maschio. Nel presente studio, vi erano differenze significative nella percezione della valutazione degli odori corporei provenienti da donatori di sesso maschile e femminile per tutte le categorie di età, ad eccezione del gruppo anziano.
Queste percettive differenze dimostrano chiaramente che gli odori corporei sono età-dipendenti al caratteristico odore.
La concentrazione di lipidi presente sulla superficie della pelle inizia a diminuire dal livello pre-pubescente con gli anziani, ritornando a livelli infantili circa a 80 anni, suggerendo che una porzione chimica della pelle degli uomini e delle donne anziane è importante per la produzione di odori che non sono uniformi tra i sessi nelle fasi più giovani di maturità.
Gallagher e colleghi hanno recentemente dimostrato che esistono chiare differenze in tutto il corpo umano della composizione degli odori fra uomini e donne anziane.
Gli odori corporei donati dai partecipanti più anziani sono stati classificati come avente una valenza neutra.
Alla luce dei detti delle popolazioni dove gli anziani sono comunemente descritti come avere un odore sgradevole, questo risultato non era previsto.
Le valutazioni degli odori sono fortemente dipendenti al contesto in cui si vive. Un recente studio ha dimostrato che l’etichetta assegnata a un odore è una intuizione molto importante per la valutazione della piacevolezza nel quale un’etichetta può cambiare da un odore neutro non etichettato in un odore percepito come molto negativo. Pertanto, è probabile che gli odori corporei provenienti dagli individui anziani sarebbero stati votati come più negativi se i partecipanti fossero a conoscenza della loro vera origine.
Nella letteratura, il modello “good genes” è stato messo come una spiegazione per la quale le femmine sono attratte dagli odori dei maschi anziani o perché gli insetti femmine preferiscono il sesso dei vecchi insetti maschi.
Segnali che indicano che gli anziani sono favoriti poiché possiedono un sistema immunitario forte e adattabile.
Infatti, gli insetti anziani maschi hanno un successo riproduttivo superiore rispetto ai giovani.
Se i segnali età-dipendenti sono regolati dal sistema immunitario, significa che i segnali dell’odore degli anziani sono migliori per un successo riproduttivo
associato ad una riduzione della funzione immunitaria.
Tuttavia , indipendentemente dal meccanismo biologico che regola questi segnali, il loro potenziale impatto nella società umana moderna è molto limitata dato l’alto valore sociale dato dagli attributi visivi dell’età.
Sebbene i partecipanti erano statisticamente in grado di discriminare gli odori dei corpi, e anche in grado di raggrupparli secondo l’età, vogliamo sottolineare che i partecipanti hanno espresso un basso grado di fiducia nelle loro abilità.
Gli studi che cercano di valutare la rilevanza del comportamento dei segnali chimici nell’uomo utilizzando un off-site di campionamento di stimoli, sono influenzati da numerosi fattori esterni al controllo dello sperimentatore. L’equilibrio tra rilevanza ecologica e purezza degli stimoli è un obiettivo diametrale. La rilevanza ecologica sarebbe massima quando le restrizioni
ambientali e comportamentali venissero applicate sull’odore corporeo dei donatori, ma segnali importanti potrebbero essere mascherati da l’ambiente e dagli odori igienici.
La purezza degli stimoli verrebbe massimizzata se la raccolta avesse avuto luogo nel corso di settimane in un ambiente di laboratorio, ma il reclutamento dei
