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Las células gustativas realizan la transducción del estímulo químico de las moléculas de los diferentes sabores, que reciben diluidas en saliva, en una señal eléctrica que será transmitida por la vía del gusto hasta la corteza cerebral. En esta transducción quimicoeléctrica están implicados los canales iónicos de las células receptoras gustativas que presentan algunas diferencias entre las especies animales y entre los tipos de células.
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Cada célula gustativa, excepto las basales, tiene dos regiones morfofuncionales: la apical, cubierta por líquidos de la cavidad oral, y la basolateral, bañada por el líquido intersticial (figura 19-4). En la superficie apical de las células gustativas se ubican los receptores y canales iónicos (Na+, Ca2+ y K+), mientras que las caras basolaterales sólo poseen canales y sistemas de intercambio iónico. Entre ambas regiones, apical y basolateral, se establecen mecanismos de regulación iónica muy importantes para la fisiología de estas células.
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Los receptores superficiales de las células gustativas han sido clasificados mediante técnicas de genética molecular y por su sensibilidad a los sabores. En la actualidad se denominan: 1) T1R a una familia de tres receptores que se asocian en parejas para codificar “sabores agradables”, como el dulce (T1R2 y T1R3) y el “umami” (T1R1 y T1R3), 2) T2R que codifica el sabor amargo y 3) TRP (transient receptor potential) para el sabor ácido. Los receptores del sabor salado no están del todo caracterizados. De hecho, los sabores ácido y salado parecen estar más ligados a la actividad directa de los cationes sobre las células receptoras, mientras que los sabores dulce, amargo y umami requieren la activación de receptores específicos.
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La intensidad con que se percibe un sabor, sobre todo dulce o amargo, está en relación directa con el número de receptores que se activa por unidad de superficie. En los humanos se han observado variaciones genéticas de los receptores T2R, las cuales se traducen en diferencias importantes para la percepción de los sabores del 6-n-propil-2-tiouracilo (PROP) y feniltiocarbamida (PTC) que permiten clasificar a los individuos en: no sensibles, saboreadores y supersaboreadores. Esta clasificación, obtenida de la sensibilidad a los amargos, depende del número de receptores gustativos por unidad de superficie lingual y es extrapolable a los demás sabores.
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Transducción en las células gustativas
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El proceso de quimiorrecepción del gusto, sin importar el sabor que se estudie, tiene varias etapas: 1) transducción del estímulo gustativo a corrientes de receptor en la célula gustativa, 2) propagación de las corrientes de receptor en la célula y 3) transmisión sináptica de la señal desde la célula a las fibras aferentes.
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El estudio con microelectrodos intracelulares ha permitido comprobar que las células receptoras gustativas (de peces, anfibios y mamíferos) tienen un potencial de reposo de −18 a −61 mV (ligado al paso de Na+ y K+ a través de la membrana). El potencial de reposo no tiene relación con la actividad de los canales del calcio voltaje-dependientes (del ápex celular o de la superficie basolateral), ni con los canales de Ca2+ o Cl−, sin embargo se anula por acción de los bloqueantes de la bomba Na-K y es sensible a la temperatura.
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La estimulación con sustancias básicas como el ácido clorhídrico, la sacarosa, el NaCl o la quinina, provoca una despolarización lenta de la membrana celular dependiente de la intensidad del estímulo. Antes de analizar los efectos de la estimulación de las células gustativas con sustancias simples, es necesario aclarar dos hechos: 1) cada célula responde, sobre todo, a un tipo de estímulo, pero puede responder a otros, aunque con menor intensidad; y 2) el tipo de transducción que se comenta a continuación aparece como un estímulo único, ya que varios estímulos pueden bloquearse entre sí, por ejemplo, el NaCl bloquea a bajas concentraciones a la sacarosa.
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Transducción de estímulos salinos (figura 19-5).
Las células gustativas responden a estímulos salinos (NaCl) con un potencial despolarizante: reducción de la resistencia de membrana y cambios a la conductancia al Na+ y al Ca2+. El mecanismo íntimo no se conoce del todo, aunque el potencial generado se debe a la entrada de Na+ y Cl− por canales catiónicos y aniónicos de la superficie apical y a la entrada de Na+ por canales catiónicos basolaterales.
Transducción de estímulos ácidos (figura 19-5).
El estímulo ácido se debe a la unión de un H+ a un sistema de canal iónico para el Ca2+ (protón-dependiente), que permite el paso de Ca2+ y Na+ al citoplasma. Otros dos tipos de transporte electrogénico de protones (bomba de H+ y canales de H+) podrían estar también implicados.
Transducción de estímulos amargos (figura 19-5).
Las sustancias amargas (p. ej. quinina, PROP o PTC) actúan mediante la activación de uno o más receptores. Estos receptores aparecen ligados a una proteína G denominada “gustducina”, que es muy específica y que se expresa en 25 a 30% de las células gustativas. La activación de los receptores de membrana para sabores amargos provoca la disociación de la gustducina en sus dos subunidades, este hecho conlleva una reducción de AMPc que causa la activación de canales iónicos y la consiguiente despolarización celular.
No obstante, la activación inducida por la quinina y otras sustancias amargas sobre las células gustativas parece depender de la especie animal. Se ha propuesto que en roedores puede tener también un papel la reducción de la conductividad de membrana al K+ por un bloqueo de canales específicos dependiente de potencial. En anfibios la despolarización celular debida a quinina resulta independiente del potencial de membrana, pero depende de la secreción pasiva de Cl− por la membrana apical. Esta secreción parece secundaria al acúmulo previo de Cl− en el citoplasma por un cotransportador de Na+ y Cl− de la pared basolateral de las células. En cualquiera de todos estos modelos una bomba Na+/K+, situada en la pared basolateral, controla el acúmulo de Na+ intracelular.
Transducción de estímulos dulces (figura 19-5).
El estímulo dulce genera un potencial de receptor despolarizante por la entrada de protones a través de canales ligados a receptores para glúcidos, situados en la membrana celular apical. La entrada de protones provoca un notable descenso del pH intracelular que debe ser regulado por una bomba dependiente de Cl−. Para el sabor dulce se ha propuesto un segundo mecanismo posible que estaría mediado por la proteína gustducina, aunque parece tener menos importancia que para los amargos.
Transducción de estímulos umami (figura 19-5).
Para el sabor umami se ha propuesto la existencia de receptores NMDA que estarían ubicados en las microvellosidades de las células gustativas. Se desconoce el proceso de activación celular pero se ha sugerido que, como en el caso de los amargos y de los dulces, la proteína gustducina y el AMPc podrían tener un papel relevante.
Transducción de estímulos acuosos en las células gustativas.
El fenómeno denominado “respuesta al agua” es la descarga del nervio glosofaríngeo cuando se estimula con agua la superficie del botón gustativo. Este fenómeno, descubierto por Zotterman en 1949, ha sido descrito en insectos, peces, anfibios y mamíferos. Es un mecanismo de defensa que provoca el cierre inmediato de la cavidad bucal, evitando cambios en la composición de la saliva. Participan dos tipos de células gustativas que se despolarizan al contacto acuoso: las Cl− dependientes (70%), que segregan Cl− por la superficie apical, y las Cl− independientes (30%) que se despolarizan por bloqueo de los canales de potasio de la pared basolateral celular.
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Inervación de los receptores gustativos
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Las fibras nerviosas mielínicas que inervan los botones gustativos proceden del nervio facial (VII par) en la región lingual anterior, del glosofaríngeo (IX par) en la posterior o del vago (X par) en la faringolaringe (figuras 19-1 y 19-2). Estas fibras forman plexos subepiteliales amielínicos bajo los botones gustativos que forman: fibras intergemales (entre botones), fibras perigemales (en torno a botones), o fibras intragemales (que entran al botón).
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Las células intermedias (o de tipo III) de los botones gustativos reciben fibras intragemales: 1) aferentes sensitivas, que envían información a la vía gustativa, y 2) eferentes-moduladoras (figura 19-4). Los plexos perigemales e intergemales proceden del simpático perivascular y del trigémino (estas últimas inervan a los termorreceptores linguales).
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Las sinapsis en los botones gustativos poseen: 1) sistemas de cisternas subsinápticas y 2) mitocondrias grandes con muchas crestas. Los sistemas de cisternas subsinápticas participan en la síntesis de membrana, en el mantenimiento de las propiedades adhesivas o eléctricas, y en la recepción de factores tróficos. También se han descrito sinapsis eléctricas entre las regiones apicales de las células gustativas y sus vecinas.
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Neurotransmisión en el receptor gustativo
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Al parecer hay dos moléculas principales implicadas en los procesos de “comunicación celular” que tienen lugar en el interior del receptor gustativo: el ATP y la serotonina. Aunque no se han aclarado aún los mecanismos de acción precisos implicados en la recepción de todos los sabores, se ha avanzado mucho en el conocimiento de la “comunicación intercelular” con estímulos: amargo, dulce y umami (figura 19-6). Estos tres estímulos activan la gustducina a través de una cadena de IP3, la cual moviliza el calcio que permite la liberación de ATP cuando la célula se despolariza. El ATP puede actuar directamente sobre las fibras nerviosas o sobre las células de tipo III. Éstas cuando se despolarizan, liberan neurotransmisores en su polo basal. Las diversas sustancias neuroactivas actúan sobre las fibras postsinápticas remitiendo el mensaje a la vía gustativa.
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Serotonina. Se encuentra en receptores gustativos de anfibios y mamíferos pero en estructuras diferentes: en los anfibios se encuentra en las células de Merkel o basales modificadas, mientras que en los mamíferos está presente en las células gustativas tipo III, incrementando la actividad espontánea del nervio glosofaríngeo.
También se ha descrito serotonina en fibras eferentes (al menos en los monos) donde actúa como un modulador del receptor gustativo. En este caso la serotonina bloquea la percepción gustativa hiperpolarizando la membrana de las células receptoras. Los fármacos que interactúan con la serotonina (imipramina, cloroimipramina, prozac, litio, buspirona, propranolol, amilorida, etc.) provocan disgeusia.
Catecolaminas. Algunas células gustativas parecen recaptar y liberar noradrenalina, por lo que también ha sido considerada un neurotransmisor de este receptor. Se ha identificado noradrenalina en fibras intragemales y adrenalina en fibras perigemales que proceden de los plexos perivasculares (figura 19-4). La estimulación simpática y la administración de adrenalina aumentan la respuesta gustativa de los nervios cuerda del tímpano y glosofaríngeo.
Aminoácidos: glutamato y GABA. Se han identificado fibras nerviosas que contienen glutamato, neurotransmisor excitador, y GABA, neurotransmisor inhibidor. El GABA parece inhibir la actividad del nervio glosofaríngeo a la estimulación salina.
Péptidos. En las fibras eferentes de algunos mamíferos se encuentran: sustancia P, CGRP, CCK, galanina, péptido relacionado con la gastrina, somatostatina, neuroquinina, NPY y VIP, que podrían actuar como neuromoduladores. La administración de CCK incrementa la actividad del nervio cuerda del tímpano a los estímulos dulce, salado y amargo, mientras que la sustancia P la incrementa con estímulos salado y ácido.
Acetilcolina. Se ha identificado en fibras nerviosas del nervio glosofaríngeo. Su administración tópica sobre la lengua incrementa la actividad del nervio glosofaríngeo, y la aplicación de curare inhibe su actividad, sobre todo en estímulos ácido o salino.
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La liberación de neurotransmisores provoca la aparición de potenciales de acción (en forma de trenes de impulsos) en las fibras aferentes gustativas. Desde el estímulo de la célula receptora hasta la aparición del potencial de acción pasan, al menos, 14 ms.
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Las fibras gustativas aferentes transportan información sobre la intensidad (mayor intensidad y frecuencia de los trenes de impulsos) y el tipo (cualidad) de estímulo. El análisis cualitativo es mucho más complejo, ya que cada fibra responde con trenes de impulsos a estímulos producidos por los cuatro gustos básicos, aunque con preferencia para uno. Se excluye la existencia de vías totalmente independientes para cada tipo de estímulo. De hecho, se puede considerar una distribución de sensibilidad relativa para los estímulos básicos (a nivel de umbral) entre los nervios cuerda del tímpano y glosofaríngeo (cuadro tomado de Hanamori et al., 1987):
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Estos estudios sugieren que a nivel periférico se realiza una discriminación preliminar del tipo gustativo que se completa a nivel central con la discriminación fina, que se basaría en la comparación de patrones de actividad generados en las fibras del nervio.