Capítulo 18: Fisiología del olfato

El sentido del olfato al igual que el del gusto pertenece a los llamados sentidos químicos ya que sus receptores, denominados quimiorreceptores, son estimulados por las sustancias químicas presentes en el aire (odorantes o moléculas odoríferas) y las moléculas presentes en los alimentos (moléculas gustativas), que una vez disueltas en el moco o la saliva los estimulan. La percepción de estas sustancias químicas por el sentido del olfato es lo que se denomina los olores y por el sentido del gusto son los sabores.

Los estímulos químicos presentes en el medio ambiente pueden ser detectados por tres diferentes sistemas: el sistema olfatorio, el vomeronasal y el trigeminal. El sistema olfatorio percibe las moléculas odoríferas transmitidas por el aire. En el ser humano los olores brindan información sobre el medio ambiente, los alimentos, animales y otras personas que influyen sobre su conducta alimenticia y social. Los animales macrosmáticos tienen un sentido del olfato muy desarrollado que cumple funciones de identificar el alimento, detectar a sus depredadores o a sus presas y localizar su pareja durante la vida sexual y reproductiva. En los microsmáticos, como el ser humano, el olfato está menos desarrollado pero aun así es capaz de distinguir miles de olores, muchos de ellos a concentraciones muy bajas.

El sistema vomeronasal por otra parte es capaz de detectar sustancias químicas (feromonas) producidas por miembros de una misma especie para cumplir funciones reproductivas y de preservación.

El sistema trigeminal es un sistema químico de defensa que nos alerta y protege de la exposición a irritantes presentes en el ambiente.

La mayor parte de este capítulo se concentrará en el estudio del sistema olfatorio, sus receptores, mecanismos de transducción que se desencadenan al ponerse en contacto con los odorantes, la anatomía y fisiología de las vías olfatorias, estaciones de relevo y centros de integración. Los aspectos neurobiológicos, psicológicos y físicos asociados a este sistema también serán tema de estudio de este capítulo.

El sentido del olfato realiza las siguientes funciones en el cuerpo: 1) es de vital importancia para la supervivencia del ser humano ya que el sentido del olfato tiene la capacidad de percibir olores desagradables que generalmente se asocian a sustancias nocivas, gases contaminantes y alimentos en descomposición. 2) Colabora con el sentido del gusto en la percepción de los sabores de los alimentos. El sabor no es más que la combinación de aferencias que recibe nuestro sistema nervioso posterior a la activación de los sentidos del gusto, olfato y sistema somatosensorial una vez que los alimentos presentes en la mucosa oral, entran en contacto con ellos. 3) Permite identificar una gran variedad de olores; el ser humano es capaz de percibir un rango de 5 000 a 10 000 olores diferentes. 4) Refuerza la memoria ya que uno recuerda mejor los olores y los eventos asociados a ellos que los sonidos o las imágenes visuales. 5) Participa en el estado de ánimo, las emociones y el comportamiento ya que la percepción de los olores modifica la conducta del individuo. 6) Es un marcador temprano de enfermedades neurodegenerativas, tales como la enfermedad de Alzheimer, la esquizofrenia, enfermedad de Parkinson y corea de Huntington ya que los pacientes que padecen de ellas presentan al inicio de la enfermedad, disminución de la capacidad de percibir los olores.

Características fisicoquímicas de los odorantes

Las moléculas odoríferas para poder ser detectadas deben tener la propiedad molecular de ser suficientemente pequeñas para ser volátiles (masa molecular relativa mayor de 30 a 300 g · mol⁻¹), de modo que puedan vaporizarse, alcanzar la mucosa olfatoria de la nariz y disolverse en ella. Otros factores importantes son las interacciones internas (moléculas polares o no polares), la distribución de átomos, la distribución de carga y la posibilidad que se produzcan rotaciones estructurales. Las fuerzas intermoleculares son de gran importancia ya que determinan su volatilidad y solubilidad en agua. Los compuestos olorosos más destacados tienen estructuras en anillo con electrones no localizados, lo que los estabiliza desde el punto de vista químico. Esta propiedad se conoce como aromaticidad porque los compuestos que presentan dicha estructura presentan olor.

Clasificación de los olores. Olores primarios

A lo largo de la historia han surgido varias clasificaciones de los olores, pero ninguna ha sido del todo satisfactoria. Aristóteles (siglo iv a.C.) describió un primer intento de clasificación compuesta por los siguientes olores: dulce, amargo, picante, áspero, ácido y untoso. Mucho tiempo después, en 1752, Carlos Linneo estableció una clasificación que utilizaba siete tipos de olores: fragante, aromático, ambrosiaco, aliáceo, caprílico, fétido y nauseabundo. En 1895, Zwaardemaker agregó dos más: etéreo y quemado. En 1916, Henning los clasificó en seis clases: pútrido, fragante, etéreo, aromático, resinoso y quemado, basándose en un diagrama espacial en forma de prisma, ubicándose los seis olores mencionados como primarios, en los vértices, y estando los olores intermedios ubicados en las aristas y caras del prisma. La clasificación más utilizada es la teoría estereoquímica desarrollada por J. Amoore, en el libro Molecular Basis of Odor, en 1970 que los clasificó de acuerdo con la cualidad percibida, su estructura molecular y en la dificultad para percibir uno u otro grupo de sustancias que presentan algunos individuos que se denominan anósmicos. Según Amoore, los olores primarios son siete: acre, floral, almizclado, etéreo, alcanforado, mentolado y pútrido. Sugirió que sobre la membrana o dentro de los receptores existen receptáculos (huecos) de proporciones moleculares que aceptan o rechazan a las moléculas odoríferas. Por ejemplo, el olor alcanforáceo lo poseen ciertas moléculas esféricas que se unen a un receptor en forma de cuenco, las sustancias que huelen a almizcle son compuestos en forma de disco, mientras que los olores florales están producidos por unas moléculas que tienen forma de disco con una cola flexible.

La teoría de Amoore podría ser básicamente correcta, pero aplicada a cientos de receptores diferentes y no sólo a siete, con afinidad para varias moléculas y determinada por algo más complejo que su forma molecular ya que otro aspecto como la frecuencia de vibración que produce la molécula odorífera en el receptor también es importante. Grupos de investigadores han demostrado que moléculas casi idénticas desde el punto de vista estructural se perciben como olores diferentes mientras que sustancias con estructuras químicas diferentes pueden tener olores similares, lo que contradice la teoría estereoquímica.

Hoy en día se conocen más de 60 anosmias específicas en personas normales y ya que la teoría de Amoore plantea que un olor primario es todo aquel que produzca una anosmia debe concluirse entonces que alrededor de ese número debe encontrarse el número de olores primarios que detecta el ser humano.

El epitelio olfatorio del ser humano, es un área de 5 cm² y 60 μm de grosor que se encuentra localizada en el techo de la cavidad nasal por encima del nivel del cornete superior. Se divide en el neuroepitelio y el tejido conjuntivo que lo sostiene (lámina propia).

El neuroepitelio es pseudoestratificado y está formado principalmente por cuatro tipos de células (figura 18-1): 1) receptoras; 2) de sostén; 3) basales, y 4) con microvellosidades.

1) Células receptoras. Las células receptoras, aproximadamente 10 millones, son neuronas bipolares (neuronas de Schultze) que poseen un núcleo central del cual salen dos prolongaciones. La prolongación distal o apical es una dendrita en forma de botón o bulbo de la cual protruyen hacia la cavidad nasal de 4 a 25 cilios largos de unos 2 μm de largo y 0.3 μm de diámetro, no móviles (carecen de dineína) de disposición típica 9 + 2, los llamados cilios olfatorios que penetran en el moco del epitelio y en los cuales se llevan a cabo los mecanismos de transducción cuando las moléculas odoríferas se adhieren a ellos (figura 18-1). La prolongación proximal de la neurona bipolar es muy estrecha y transcurre entre las células basales y la porción basal de las células de sostén hasta la membrana basal donde da origen a un axón delgado (diámetro 0.2 μm) y amielínico que se une con otros no mielinizados para formar el filete nervioso que se constituye en el nervio olfatorio (figura 18-1) que perfora la lámina cribosa del etmoides para dirigirse hacia el bulbo olfatorio.

2) Células de sostén. Son células cilíndricas largas y delgadas que atraviesan todo el neuroepitelio y se asemejan a las células gliales (figura 18-1). En su extremo apical poseen microvellosidades, núcleos ovales que se proyectan hacia la luz del epitelio y gránulos de mucígeno. La parte perinuclear del citoplasma posee un aparato de Golgi moderadamente desarrollado y abundantes mitocondrias y enzimas. En su extremo basal son más estrechas y están en contacto con la membrana basal.

Debido a su estructura estas células tienen las siguientes funciones: producen moco al igual que las glándulas olfatorias, aíslan eléctricamente a las neuronas olfatorias, regulan las concentraciones de potasio alrededor de las neuronas sensoriales y tienen la capacidad de oxidar las moléculas hidrófobas y volátiles, haciendo que estas moléculas sean menos liposolubles y no puedan atravesar las membranas hacia el sistema nervioso central.

3) Células basales. Son células cúbicas y con núcleo electrodenso que se localizan hacia la membrana basal y en la base de las células de sostén (figura 18-1). Estas células no están en contacto con la luz y son las células madre a partir de las cuales se pueden formar nuevas células receptoras. En los roedores se ha encontrado que las neuronas receptoras se regeneran cada 6 a 8 semanas ante la lesión que se produce al exponerse al ambiente.

Hoy en día se sabe que el proceso de renovación de las neuronas receptoras se encuentra bajo el control de:

• La glía envolvente olfatoria (GEO), un tipo especial de célula glial, descrita hace 125 años por Golgi, que envuelve a los axones olfatorios y los guía en su camino hacia el bulbo olfatorio.

• Factores de crecimiento, mencionan a las proteínas morfogénicas óseas (BMP) y a las proteínas de la familia de los factores de crecimiento transformantes (TGF). Por su parte, nogina (noggin), otra proteína reguladora, se une a las BMP y es capaz de inhibir su actividad promoviendo la diferenciación neuronal.

A nivel del neuroepitelio olfatorio es común observar células receptoras en diferentes estadios de maduración cuyos axones deben encontrar su camino hacia el bulbo olfatorio y hacer las conexiones sinápticas correctas con las células diana respectivas.

4) Células con microvellosidades. Están presentes en el epitelio olfatorio y se cree que son un segundo tipo de neurona receptora. Poseen una prolongación apical que se introduce en la capa de moco y su prolongación basal se extiende hacia la lámina propia. La función exacta de estas células está por definirse.

En el tejido conjuntivo (lámina propia) que soporta al neuroepitelio se encuentran las glándulas de Bowman. Éstas son glándulas tubuloalveolares ramificadas serosas puras que producen moco que sale a través de conductos hacia el neuroepitelio. La mucosa o epitelio olfatorio siempre está cubierto por moco que humedece su superficie y permite que se disuelvan las moléculas odoríferas. Hoy en día se sabe que además de las células receptoras en la mucosa se encuentra una proteína fijadora de olor (PFO) que se sintetiza en la glándula nasal lateral y en las glándulas de Bowman. Ya se ha aislado en el ser humano una PFO de 18 kDa que es única de la cavidad nasal, y es probable que existan otras más cuyas funciones principales son ofrecer las moléculas odoríferas en solución a los receptores, removerlas y protegerlos de las altas concentraciones de ellas.

Receptores odoríferos

Los receptores odoríferos están acoplados a la gran familia de proteínas G. Poseen siete dominios hidrófobos de expansión de la membrana, un sitio de fijación para la molécula odorífera en el dominio extracelular de la proteína y capacidad de interactuar con la proteína G en la región terminal carboxílica de su dominio citoplasmático. Se han descrito cinco tipos de proteína G en el epitelio olfatorio. Una de ellas, la proteína G olfatoria (G_olf) desempeña una función importante durante la transducción del estímulo ya que está acoplada con la neurona receptora.

El análisis de la secuencia completa del genoma humano ha permitido identificar aproximadamente 1 000 genes de receptores de sustancias odoríferas (3 a 5% del genoma) pero la mayoría de ellos han acumulado mutaciones que impiden su expresión dando como resultado sólo 400 proteínas receptoras odoríferas funcionales. Las investigaciones de Linda Buck y Richard Axel les valieron el premio Nobel de Fisiología y Medicina en el 2004 al descubrir que cada neurona olfatoria produce sólo un tipo de esta proteína receptora. Hoy en día no se conoce a cabalidad cómo se lleva a cabo esta selección y se cree que un mecanismo de retroalimentación negativa desencadenado por la función de la proteína receptora odorífera es el responsable. Cada una de estas proteínas receptoras es capaz de detectar un conjunto particular de moléculas odoríferas.

Aspectos fisiológicos a nivel del receptor

Potencial de membrana. Las neuronas receptoras del olfato sin estímulo, poseen un potencial de membrana de −55 mV el cual trae como consecuencia la descarga tónica de un potencial de acción por segundo a nivel del axón. Ante la presencia del estímulo la membrana se hipopolariza hasta un valor de −30 mV o menos lo que aumenta la frecuencia de descarga del axón a 20 a 30 potenciales de acción por segundo. Cada neurona responde a muchas sustancias odoríferas y cada olor es capaz de estimular a muchas neuronas.

Mecanismo de transducción. Como ya se ha mencionado, el mecanismo de transducción de los olores se lleva a cabo en la membrana celular de los cilios o en la parte bulbar de la dendrita de la neurona receptora que protruye hacia la cavidad nasal. A continuación se describen los pasos que se desencadenan cuando la molécula odorífera se une al receptor (figura 18-2).

1. La proteína fijadora de olor capta la molécula odorífera y se la ofrece a la superficie externa de la proteína receptora (figura 18-2).

2. Al acoplarse la molécula odorífera a la superficie externa de la proteína receptora activa la proteína G_olf presente en la membrana celular.

3. Al activarse la proteína G_olf se desprende la subunidad α del trímero que normalmente forman las subunidades α, β y γ (figura 18-2).

4. La subunidad α activa la enzima adenilciclasa III.

5. La adenilciclasa III cataliza la conversión de ATP en AMP cíclico (AMPc) y pirofosfato (PP).

6. El AMP cíclico actúa como segundo mensajero y abre canales iónicos dependientes de ligando (AMPc) presentes en la membrana celular (figura 18-2).

7. Los canales iónicos activados dejan entrar los iones Na⁺ y Ca⁺⁺ que desplazan el potencial de membrana hacia valores menos negativos ocasionando una hipopolarización que se constituye en el potencial generador o potencial de receptor (figura 18-2).

8. El aumento del calcio intracelular abre canales de cloro activados por el calcio. La concentración intracelular de cloro en las neuronas olfatorias es muy alta y la salida de este anión a través de estos canales ocasiona un grado mayor de hipopolarización y depolarización que se conduce de un modo pasivo del cilio hacia la dendrita y el cuerpo celular de la neurona receptora.

9. Si la magnitud del potencial generador sobrepasa el umbral del segmento inicial del axón de la neurona receptora, se dispara el potencial de acción nervioso debido a la activación de canales del sodio y potasio del voltaje dependiente a este nivel (figura 18-2).

10. La frecuencia de descarga de potenciales de acción en las fibras del nervio olfatorio cambia aproximadamente en proporción al logaritmo de la intensidad del estímulo, lo que hace suponer que en este aspecto se siguen los mismos principios de fisiología que en otros sistemas sensoriales.

Hoy en día hay evidencia sobre otra forma de activación de los receptores del olfato en la cual participa como segundo mensajero el inositol 1,4,5-trifosfato (IP₃). En este caso, la unión de la partícula odorífera al receptor activa una proteína G, que a su vez, estimula la producción de IP₃ por la fosfolipasa C. El IP₃ abre en la membrana del cilio un canal que permite la entrada de calcio. Esta vía se puede activar por separado o en conjunto con la vía del AMPc descrita antes.

El bulbo olfatorio es un cuerpo ovoide aplanado que descansa sobre la lámina cribosa del hueso etmoides y es el destino hacia el cual se dirigen los axones de las neuronas receptoras de la mucosa olfatoria una vez que perforan la lámina cribosa del etmoides (figura 18-3).

Tal y como fue descrito por Santiago Ramón y Cajal el bulbo olfatorio se organiza a modo de corteza en seis capas concéntricas cuya anatomía y función es la siguiente:

1. Capa de los nervios olfatorios: formada por los axones de las neuronas receptoras al entrar al bulbo olfatorio (figura 18-3). Estos axones conducen los potenciales de acción hacia el SNC.

2. Capa glomerular: formada por los llamados glomérulos olfatorios. Cada glomérulo está formado por los axones de las neuronas receptoras y las dendritas primarias de dos tipos de células: las de penacho externas y las células mitrales (figura 18-3). Estas sinapsis axodendríticas son excitatorias ya que los axones de las neuronas receptoras liberan glutamato como neurotransmisor y carnosina que actúa como modulador postsináptico de los efectos del glutamato. Conectando los glomérulos se encuentran las células periglomerulares que contienen dendritas arborizadas que se extienden dentro del glomérulo y un axón corto que se distribuye en un radio cercano a cinco glomérulos (figura 18-3). Las células periglomerulares son las responsables del proceso fisiológico de inhibición lateral que agudiza la información olfatoria que se transmite a centros superiores.

   Cada bulbo posee varios miles de glomérulos y cada uno de ellos recibe información de aproximadamente 25 000 axones de neuronas receptoras y está conformado por 25 células mitrales grandes y 60 células en penacho más pequeñas y un aproximado de 25 células periglomerulares.

   La gran convergencia de axones del I par sobre los glomérulos tiene como funciones:

   a) Aumentar la sensibilidad de las células mitrales para asegurar la detección de los olores.

   b) Participar en el procesamiento de un determinado tipo de olor u olores asociados que se perciben ya que esta convergencia no es indiscriminada. Cada tipo de olor genera actividad eléctrica en zonas determinadas del bulbo olfatorio. En la mucosa olfatoria, los receptores moleculares de los diferentes olores se sitúan siguiendo un patrón dorsoventral y mediolateral. Las proyecciones de los axones de las células sensoriales siguen ese mismo patrón, de tal manera que las neuronas que expresan un tipo de receptor para un grupo de olores relacionados, proyectan sus axones a la misma región del eje dorsoventral del bulbo olfatorio. Investigaciones demuestran que es probable que las neuronas que expresan el mismo receptor y que están esparcidas por la mucosa olfatoria establezcan sinapsis con el mismo grupo de glomérulos en el bulbo (figura 18-3). En este aspecto el sistema olfatorio carece de un mapa espacial propio y difiere de los sistemas visual, auditivo y somatosensorial en donde están establecidos los mapas espaciales del mundo exterior. El mapa en el sistema olfatorio se basa en la agrupación de neuronas en los glomérulos que responden a los mismos olores (figura 18-3). Estas investigaciones, también han demostrado que el aumento de la concentración de la sustancia odorífera, aumenta la actividad de los glomérulos individuales, y la cantidad de glomérulos activados. Pero no está claro cómo estos patrones de actividad en los glomérulos descifran la cualidad y concentración de los olores. Una analogía sería considerar el grupo de glomérulos del bulbo como las luces de la marquesina de un cine en donde la distribución espacial de los glomérulos activos e inactivos proporciona una señal que es particular para una sustancia odorífera dada a una concentración determinada y esta información se descifra en estaciones de relevo posteriores.

3. Capa plexiforme externa: formada por dos subtipos de células en penacho, las medias y las internas, cuyo neurotransmisor es la dopamina. La dendrita primaria de ambas conecta con un solo glomérulo, y sus axones se proyectan a la corteza olfatoria por la estría olfatoria o tracto olfatorio.

4. Capa de las células mitrales: en la que se encuentran los cuerpos celulares de las células mitrales. Cada célula mitral posee una dendrita primaria que termina ramificándose y haciendo sinapsis con las fibras del nervio olfatorio conformando el glomérulo como ya se detalló (figura 18-3). Las dendritas secundarias de las células mitrales también se encuentran en esta capa y terminan en la capa plexiforme externa haciendo sinapsis con las dendritas de las células granulares (figura 18-3). Los axones mielínicos de las células mitrales dejan colaterales recurrentes que se distribuyen en forma difusa por la parte profunda de la capa granulosa para terminar en la corteza olfatoria.

5. Capa plexiforme interna: formada por los axones de las células mitrales y las células en penacho que se constituyen en la estría olfatoria lateral (figura 18-3).

6. Capa granulosa: formada por las células granulares que son interneuronas inhibitorias abundantes en el bulbo olfatorio. Estas células no tienen axones y sus prolongaciones dendríticas se extienden en dirección radial de los somas hacia la superficie del bulbo olfatorio y hacia su región central. Sus dendritas poseen espinas o gémulas, que forman sinapsis dendodendríticas con las dendritas secundarias de las células mitrales en la capa plexiforme externa (figura 18-3). Las características morfológicas de estas uniones sugieren la presencia de sinapsis dobles; una de la célula granular con la célula mitral y otra de la célula mitral con la célula granular. Las células granulares inhiben a las células mitrales ya que liberan el neurotransmisor GABA, y las células mitrales parecen excitar a las células granulares a través de la liberación de glutamato.

En resumen, las moléculas odoríferas activan a las neuronas receptoras, se producen potenciales de hipopolarización (generadores) de suficiente magnitud que ocasionan que se depolarice el segmento inicial del axón y se desencadene el potencial de acción que se conduce por los nervios olfatorios hacia el bulbo olfatorio. La llegada del potencial de acción, libera neurotransmisores excitadores que activan en los glomérulos a las células mitrales y las células en penacho cuyos axones conforman la estría olfatoria que conduce los potenciales de acción hacia áreas específicas del SNC. La información de salida del bulbo olfatorio hacia estas áreas es modulada por el proceso de inhibición lateral que se ejerce en dos capas del bulbo olfatorio. En la capa glomerular por las células periglomerulares que ejercen un control inhibitorio de algunos glomérulos y en la capa plexiforme externa por las sinapsis dendrodendríticas entre las células mitrales y las granulares. Este proceso parece afinar la información y participar en la identificación de los olores.

Vía aferente

Como ya se mencionó, los axones de las células mitrales y de las células en penacho forman la estría olfatoria o tracto olfatorio que se dirige sin hacer relevo en el tálamo a las siguientes áreas del SNC que se definen en forma general como corteza olfatoria (figura 18-4):

Núcleo olfatorio anterior: localizado en la base del tracto olfatorio y constituido por un grupo de neuronas que envían sus axones a través de la comisura anterior al núcleo olfatorio del bulbo contralateral (figura 18-4). Esta conexión interbulbar, a través del núcleo olfatorio anterior permite el procesamiento interhemisférico de los olores. Si se secciona esta vía, el paciente será incapaz de nombrar los olores que se presenten en su fosa nasal derecha ya que el hemisferio izquierdo en que se centra el habla quedará desconectado de la información.

Tubérculo olfatorio: localizado dentro de la sustancia perforada anterior (figura 18-4). Los axones de las células mitrales establecen sinapsis con las neuronas del tubérculo olfatorio antes de dirigirse al núcleo dorsomedial del tálamo y la corteza orbitofrontal.

Corteza piriforme: constituye la corteza consciente del olfato (corteza olfatoria primaria). Es la principal estructura a la que se dirige la estría olfatoria y las neuronas de esta área responden a un determinado tipo de olor y son las responsables de la percepción y discriminación de los olores. Sin embargo, se desconoce aún el procesamiento adicional de la información que se lleva a cabo en esta área (figura 18-4).

Núcleo cortical anterior de la amígdala: es el que media las emociones asociadas con los olores y envía fibras que lo conectan con estructuras del hipotálamo para las respuestas conductuales y neuroendocrinas vinculadas con un determinado olor (figura 18-4).

Corteza entorrinal: es la encargada de almacenar la memoria de los olores y cuyas neuronas proyectan al hipocampo (figura 18-4).

La información del tubérculo olfatorio, amígdala, corteza piriforme y corteza entorrinal se dirige hacia la corteza orbitofrontal (pasando por el núcleo dorsal medial del tálamo) (figura 18-4). La activación orbitofrontal casi siempre es mayor del lado derecho que del izquierdo, por lo que la representación del sentido del olfato en la corteza es asimétrica. La corteza orbitofrontal es también, el sitio del sistema nervioso que recibe información de áreas visuales, gustativas, táctiles y olfativas, por lo que desempeña una función importante en la integración del olfato, el gusto y otras señales en relación con las comidas, que dan lugar a la percepción del sabor.

Pacientes con lesiones de la corteza orbitofrontal pueden detectar la presencia o ausencia de un olor pero son incapaces de discriminar los olores por lo que a esta vía se le conoce como la responsable de la identificación y discriminación de los olores. De estas mismas áreas se proyectan fibras a la corteza frontal.

Vía olfatoria eferente

En el bulbo olfatorio, las células periglomerulares y granulares reciben información a diferentes niveles de fibras centrífugas (eferentes) provenientes de las siguientes áreas del SNC (figura 18-3):

1. Del núcleo olfatorio anterior homolateral y contralateral.

2. Del núcleo de la rama horizontal de la banda diagonal.

3. De la corteza prepiriforme.

4. Del tallo cerebral: fibras noradrenérgicas provenientes del locus coeruleus y fibras serotoninérgicas de los núcleos del rafe mesencefálicos y de la parte rostral de la protuberancia.

Estas fibras centrífugas liberan el neurotransmisor glutamato que excita tanto a las células periglomerulares como a las granulares mencionadas antes.

Las células periglomerulares forman sinapsis recíprocas dendrodendríticas con las dendritas primarias de las células mitrales y las células en penacho. Al activarse las células periglomerulares liberan el neurotransmisor GABA que inhibe a las dendritas de estas células y disminuye la información que se conduce hacia centros superiores. Este proceso al igual que el que ocurre entres las células granulares y las dendritas secundarias de las células mitrales y en penacho (ya comentado) se le conoce como inhibición lateral, cuyo significado fisiológico es modular la cantidad de información que se conduce hacia centros superiores y así de este modo afinar la cantidad de información que se conduce desde el bulbo hacia los centros olfatorios centrales.

Umbral olfatorio

La concentración molecular mínima capaz de estimular a la neurona receptora del olfato y producir una percepción consciente es lo que se conoce como umbral olfatorio.

La concentración umbral a la cual un receptor responde varía con cada sustancia particular. Sustancias como el metilmercaptano (la sustancia que le da el olor característico al ajo) y el almizcle sintético estimulan a los receptores con concentraciones en el orden de picogramos por litro (<500 pg/L). En contraste con esta situación, el etanol no puede detectarse hasta que su concentración alcanza alrededor de 2 mM. Entre los factores que afectan el umbral están las variables externas, como son el volumen y duración del flujo de aire que llega a la mucosa olfatoria, la humedad del ambiente, ya que a mayor diferencia entre ésta y la de la mucosa es mayor la sensibilidad. El estado alimenticio del sujeto es importante ya que previo a las comidas cuando una persona siente hambre se registra la mayor sensibilidad hacia los olores. También se han descrito sustancias químicas como el alcohol y las anfetaminas que disminuyen la sensibilidad del olfato mientras que los ácidos tánicos, acético y el vino permiten recuperar la sensibilidad luego de las comidas.

Debido a las conexiones centrales del olfato descritas es importante resaltar que el umbral de detección del olfato es menor al umbral de reconocimiento del olfato en el que participan estructuras del SNC como las cortezas piriformes y entorrinal que reconocen con precisión la sustancia odorífera particular.

Gradaciones de intensidad de los olores

En el caso del sentido del olfato en el pasado se creía que el umbral diferencial (capacidad de diferenciar la intensidad del olor) se encontraba en alrededor de 30%. Esto quiere decir que para diferenciar el cambio en la intensidad del olor, la concentración debe variar como mínimo en 30%. El advenimiento de mejores técnicas para presentar los estímulos odoríferos (olfatómetro) ha disminuido este porcentaje a valores cercanos al 11%, lo que coloca al umbral diferencial del olfato muy cerca de otros sistemas sensoriales como la visión y la audición.

En la detección de la intensidad de los olores también es importante resaltar que muchos odorantes huelen muy diferente al variar su concentración. Los sulfitos orgánicos tienen un olor muy desagradable al estar concentrados, pero al diluirse son los responsables del apetitoso aroma de los alimentos como el bistec y la cebolla.

Codificación de los olores

No se conoce con exactitud cómo son codificados los estímulos olfatorios, es decir, el mecanismo fisiológico mediante el cual se diferencia el olor de un clavel del de un jazmín. Se sabe que los receptores odoríferos son capaces de responder a una molécula odorífera o a varias de ellas, y generar en sus axones frecuencias de potenciales de acción. Adicionalmente, no todos los receptores odoríferos responden igual ante la misma molécula, es decir, algunos responden diferente de otros.

Los olores detectados por el olfato humano corresponden a una mezcla de sustancias químicas que, sin embargo, la persona interpreta como pertenecientes a un objeto particular, por ejemplo, el olor a un jazmín o a café que, a pesar de estar compuestos por múltiples sustancias químicas, uno logra identificarlos como únicos. Esto demuestra la capacidad del sistema olfatorio de sintetizar los estímulos y expresarlos como uno solo; asimismo, si el sistema es estimulado con el olor de un jazmín y el del café al mismo tiempo, la persona percibe los dos estímulos por separado (no se mezclan), lo que también demuestra la capacidad analítica del sistema.

Codificación espacial

La codificación espacial en el sentido del olfato está representada por el mapa de olores olfatorios que se expresa en los glomérulos del bulbo. Las neuronas receptoras esparcidas por la mucosa olfatoria que responden a un olor particular envían sus axones a glomérulos específicos del bulbo olfatorio.

Codificación temporal

La codificación temporal en el sistema olfatorio se basa en los trenes de potenciales de acción y activación sincrónica de neuronas olfatorias ante la presencia de diferentes estímulos odoríferos.

En el sistema olfatorio humano no se conoce con exactitud la contribución de la codificación espacial y temporal a la percepción de los olores.

Adaptación

La adaptación en el sentido del olfato se refiere a la disminución de la intensidad de la percepción de un olor particular, aun cuando el estímulo persista. Esta adaptación es rápida —lo que se conoce también como fásica— y sólo se presenta para el olor particular que se está percibiendo. Los mecanismos que llevan a cabo la adaptación en el olfato se realizan en los cilios presentes en las neuronas receptoras y el calcio que entra por el mecanismo de transducción previamente descrito desempeña una función muy importante en la señal de retroalimentación. Hoy en día se sabe que coexisten tres mecanismos de adaptación en las neuronas receptoras de los vertebrados.

Adaptación a corto plazo

Se observa al estimular el sistema olfatorio con pulsos breves de estímulos (100 ms). Este tipo de adaptación implica que la entrada de calcio a través del canal del calcio dependiente de nucleótido (AMPc) regula su propia actividad. El calcio que entra se une a una proteína fijadora de calcio que podría ser calmodulina y esta unión disminuye la sensibilidad del canal iónico al AMPc (figura 18-5).

Desensibilización

Cuando el estímulo odorífero persiste por un tiempo más prolongado (aproximadamente más de 8 s) disminuye la percepción del olor por un mecanismo de desensibilización que se desencadena al igual que la adaptación a corto plazo por la entrada de calcio. En este caso, la entrada de calcio fosforila al calcio calmodulina quinasa II que a su vez disminuye la actividad de la enzima adenilciclasa tipo III (figura 18-5).

Adaptación a largo plazo

Descrita en las neuronas olfatorias de las salamandras en donde la entrada de calcio al cilio de la neurona receptora aumenta los niveles de monóxido de carbono (CO) y GMPc, responsables de los cambios de sensibilidad al estímulo.

Envejecimiento del sistema olfatorio

Desde el punto de vista fisiológico, es normal que a medida que uno envejece, disminuya progresiva y de manera paulatina la función olfatoria de tal forma que la persona no lo advierte. La declinación de esta función en el adulto mayor se manifiesta en una falta de apetito hacia los alimentos. Los umbrales olfatorios aumentan con la edad y 75% de los humanos mayores de 80 años tiene menor capacidad para identificar los olores. El advenimiento de técnicas de resonancia magnética nuclear funcional (RMNf) permite estudiar las respuestas de las áreas olfatorias centrales ante la exposición de los olores en los adultos mayores. Los resultados de estos estudios han demostrado que durante el envejecimiento la activación de estas áreas centrales disminuye en comparación con sujetos jóvenes.

El sistema vomeronasal está constituido por el órgano vomeronasal (OVN), los nervios vomeronasales y el bulbo vomeronasal o bulbo olfatorio accesorio. Está presente en los roedores y varios mamíferos pero en el humano adulto no se ha podido demostrar su existencia.

La función principal del sistema vomeronasal es la detección de las feromonas que son sustancias químicas sintetizadas y secretadas por un animal con el fin de provocar un comportamiento determinado en otro animal de la misma u otra especie.

El órgano vomeronasal es una estructura par, localizada en la parte inferior del tabique nasal y rodeado por una cápsula osteocartilaginosa. Es un tubo alargado con una abertura en su parte anterior, vía un pasaje estrecho hacia el piso de la cavidad nasal (en roedores y algunos primates) o hacia el canal nasopalatino (en carnívoros e insectívoros). El canal nasopalatino conecta las cavidades nasal y oral para que el estímulo pueda alcanzar el OVN a través de la boca o nariz.

En ratones y ratas se han identificado alrededor de 100 genes que se piensa codifican receptores de feromonas. Dichos receptores inician procesos de transducción de señales en los que participan proteínas G diferentes a las del neuroepitelio olfatorio descritas previamente. Cuando en ratones vírgenes se dañan neuronas del sistema vomeronasal, estos animales no se aparean. Para que las señales químicas activen el OVN, es necesario un bombeo continuo de moco para favorecer el contacto de la sustancia química con el receptor. El aumento del tono simpático causa vasoconstricción en la cápsula vomeronasal lo que permite un mayor flujo de moco hacia el OVN y se favorece el proceso de transducción de las feromonas.

Los axones de las neuronas receptoras del órgano vomeronasal terminan en una estructura del sistema nervioso central denominada bulbo vomeronasal o bulbo olfatorio accesorio. A partir del bulbo vomeronasal, la denominada vía nerviosa vomeronasal continúa por la amígdala —de manera concreta, por los núcleos mediales y posteromediales, que forman la amígdala vomeronasal— y, a partir de ésta, se proyecta hasta las áreas preóptica y medial del hipotálamo. Estas áreas están estrechamente relacionadas con las funciones reproductivas y el comportamiento. No se proyectan fibras a las estructuras corticales olfatorias primarias ni al hipocampo que son estructuras relacionadas con procesos cognitivos.

En los humanos se ha encontrado que las feromonas ejercen influencia sobre el ciclo menstrual de las mujeres. Estudios han aportado evidencia de que estudiantes de colegios femeninos que comparten habitación y, por tanto, pasan mucho tiempo juntas, sincronizan su ciclo menstrual. En estos estudios se tomaron diariamente muestras de sudor de mujeres con ciclos regulares de 29 días y se aplicaron tres veces a la semana sobre los labios de un grupo de mujeres durante un periodo de cuatro meses. Al finalizar el estudio, las mujeres del estudio menstruaban al mismo tiempo que las donantes de las muestras de sudor.

El sistema trigeminal (que podría ser considerado como un tercer sentido químico) está constituido por fibras nerviosas a nivel de ojos, nariz, boca y faringe, en especial en superficies húmedas que responden ante irritantes. Este sistema es el responsable de respuestas fisiológicas como la generación de lágrimas al cortar una cebolla, la sensación refrescante que produce una menta, la desagradable del amoniaco y la quemante de los ajíes picantes.

Los receptores de este sistema corresponden a fibras amielínicas (tipo C) que tienden a responder a estímulos térmicos, mecánicos y químicos, razón por la cual se les conoce como polimodales. Estos receptores alertan al organismo de los estímulos químicos que inhalaron o entran en contacto con las mucosas del rostro y están ligados a la percepción de dolor de la cara, responsabilidad del trigémino. El mecanismo de transducción que se lleva a cabo en estas neuronas nociceptivas polimodales no se conoce para la mayoría de los irritantes con excepción de la capsaicina (irritante presente en el ají picante) que se sabe hoy en día que activa un canal iónico ligando dependiente que deja entrar sodio y calcio a la neurona y la depolariza.

La primera neurona de esta vía tiene su cuerpo celular en el ganglio de Gasser, es una neurona pseudounipolar cuya prolongación periférica se dirige hacia la cara, el cuero cabelludo, la córnea y las membranas mucosas de las cavidades oral y nasal a través de las ramas oftálmica, maxilar y mandibular del nervio trigémino. La prolongación central de la neurona entra al SNC y hace sinapsis en el núcleo espinal del trigémino con el cuerpo celular de la segunda neurona de esta vía. El axón de la segunda neurona cruza la línea media como tracto trigémino talámico y asciende hasta el tálamo a hacer sinapsis con el cuerpo celular de la tercera neurona que se encuentra en el núcleo ventral posteromedial del tálamo. Los axones de la tercera neurona se proyectan hacia la corteza somatosensitiva primaria y secundaria y a otras áreas corticales que procesan la irritación y el dolor facial. Las concentraciones umbrales de las sustancias irritantes capaces de activar este sistema son mucho más altas que las correspondientes a su percepción por el sistema del gusto o el olfato. La exposición a las sustancias irritantes activa el sistema trigeminal y genera en el individuo una serie de respuestas fisiológicas protectoras tales como aumento de la salivación, lagrimeo, secreción nasal, disminución de la frecuencia respiratoria y broncoconstricción.

Las anormalidades del olfato se dividen en dos grandes categorías: las que se deben a falta de transmisión de las sustancias odoríferas hasta la mucosa olfatoria debido a obstrucción del paso del aire (trastornos conductivos) o secundarias a la falta de función de las vías nerviosas en cualquier punto desde el receptor hasta la corteza olfatoria (trastorno neurosensorial). Los trastornos más comunes del olfato se definen y tienen como causa las siguientes:

Anosmia: falta del sentido del olfato. Se debe a ausencia o alteración funcional de alguno de los múltiples integrantes de la familia de los receptores odoríferos. Otras causas son: lesión de los nervios olfatorios debido a traumas o a la presencia de pólipos nasales, edema de la mucosa nasal y tumores de la nariz. En el síndrome de Kallman la anosmia se acompaña de hipogonadismo.

Hiposmia: disminución del sentido del olfato. Se presenta durante el envejecimiento, debido a resfriados, infecciones de las vías aéreas superiores, toxinas y medicamentos.

Hiperosmia: aumento en la sensibilidad a todos o a una cantidad limitada de odorante.

Parosmia o disosmia: alteraciones en el sentido del olfato, como la fantosmia que se debe a percepción de olores inexistentes que se presenta en el envejecimiento, en las alucinaciones olfatorias de la esquizofrenia, después de una infección de vías respiratorias, trauma o a crisis convulsivas del lóbulo temporal.