Neurociência do olfato em neurorreabilitação: como o cérebro codifica os odores?

O neuropsicólogo Javier Esteban Libiano expõe neste artigo todos os detalhes sobre como nosso cérebro codifica os odores.

O olfato é, junto com o paladar, um sentido químico. Os estímulos recebidos por ambos interagem com seus receptores quimicamente.

O olfato ajuda a identificar alimentos e a evitar aqueles que estão estragados ou não são apropriados para consumo. Auxilia muitas espécies a seguir rastros ou detectar predadores, assim como a identificar amigos, inimigos e parceiros receptivos.

Para os humanos, os odores têm a peculiar capacidade de evocar memórias. O olfato ativa regiões cerebrais relacionadas com a emoção, o aprendizado e a memória.

Poderíamos utilizar essa informação para exercer um efeito neurorreabilitador em diferentes capacidades cognitivas de indivíduos com algum tipo de dano cerebral ou deterioração cognitiva associada a diferentes patologias?

O estímulo, natureza e características

Cada dia existe mais evidência de que a estimulação sensorial tem efeito na manutenção e melhoria das capacidades cognitivas — como percepção, linguagem, praxias, gnosias, atenção, memória, funções executivas, orientação, raciocínio e motivação — em pessoas com processos de deterioração cognitiva, acidentes vasculares cerebrais (AVC) ou outros fatores que tenham causado dano cerebral.

O estímulo olfativo, conhecido tecnicamente em inglês como odorants, consiste em substâncias voláteis que têm peso molecular entre 15 e 300 g/mol (gramas por mol). Quase todos os compostos odoríferos são lipossolúveis e de origem orgânica, embora muitas substâncias que cumprem esses critérios não exalem cheiro algum.

As substâncias odoríferas devem ser hidrossolúveis para se dissolver na camada mucosa superficial e alcançar os cílios olfatórios, cujas membranas se ligam a receptores específicos. Em concentrações suficientemente altas, produzem uma despolarização da membrana celular que é transmitida pelo axônio como um potencial de ação.

Acredita-se que, no olfato, existam algumas qualidades básicas que são registradas por receptores específicos.

Como as substâncias que pertencem a um mesmo grupo olfatório têm tamanhos moleculares semelhantes, parece possível que a membrana de um cílio olfatório — prolongações das células receptoras que penetram na mucosa e recebem o estímulo — reaja apenas a um determinado tamanho molecular.

Novas pesquisas indicam que uma célula sensorial expressa apenas um tipo de receptor.

Uma pesquisa da Universidade da Califórnia descobriu que alguns odores podem aumentar a capacidade cognitiva das pessoas ao expor um grupo de indivíduos ao aroma de uma fragrância enquanto dormiam. Essa pesquisa abre caminho para tratamentos neurorreabilitadores não invasivos no combate a doenças neurodegenerativas ou a diversos danos cerebrais.

Os receptores

Dispomos de seis milhões de células receptoras olfatórias (neurônios bipolares), que estão localizadas em duas porções da membrana mucosa (o epitélio olfatório).

No ser humano, o epitélio olfatório ocupa um pequeno território em ambas as cavidades nasais, situado na parte superior da cavidade nasal, na borda dos cornetos superiores e na face oposta do septo nasal.

Os receptores do olfato encontram-se no epitélio sensorial, que é formado por células de sustentação ou células de suporte e por células sensoriais ou células receptoras olfatórias.

As células receptoras olfatórias são neurônios bipolares, cujos corpos celulares estão na mucosa olfatória que cobre a lâmina cribriforme, uma abertura na base da parte rostral do cérebro.

Entre as células receptoras olfatórias há células de suporte, que contêm enzimas que destroem as moléculas odoríferas e, por isso, ajudam a prevenir a alteração dos receptores olfatórios.

A região olfatória também contém numerosas pequenas glândulas mucosas, as glândulas de Bowman, cuja secreção forma uma película fina que reveste a mucosa olfatória.

O segmento distal da célula sensorial afina-se até formar um tronco fino que ultrapassa ligeiramente a superfície do epitélio olfatório. Essa protuberância olfatória está coberta por numerosos cílios olfatórios. Em direção proximal, o corpo celular ovalado continua-se em uma prolongação delgada que, junto com as demais prolongações, está envolvida pelas células de Schwann.

Interação estímulo-receptor

Os pesquisadores admitem que os cílios olfatórios contêm receptores moleculares que são estimulados pelas moléculas odoríferas.

Jones e Reed identificaram uma proteína G específica, à qual deram o nome de Golf. Essa proteína pode ativar uma enzima que catalisa a síntese de AMP cíclico (adenosina monofosfato cíclico, um nucleotídeo que atua como segundo mensageiro em diferentes processos biológicos), o qual, por sua vez, pode abrir os canais de sódio e despolarizar a membrana da célula olfatória.

As proteínas G fazem a ligação entre os receptores metabotrópicos e os canais iônicos: quando um ligante se une a um receptor metabotrópico (mecanismos de transdução de sinal, frequentemente proteínas G, para ativar uma série de eventos intracelulares utilizando produtos químicos de segundo mensageiro), a proteína G abre qualquer canal iônico, direta ou indiretamente, ao ativar a produção de um segundo mensageiro. A descoberta da proteína Golf sugeriu que os cílios olfatórios continham receptores de odor acoplados a essa proteína G.

Buck e Axel descobriram uma família de genes que codifica uma variedade de proteínas receptoras olfatórias. Nos humanos, parece haver entre 500 e 1000 receptores diferentes, cada um sensível a um odor distinto. As moléculas odoríferas ligam-se a esses receptores e as proteínas G acopladas provocam a abertura dos canais de sódio, produzindo potenciais de ação despolarizantes.

A estimulação cognitiva olfativa abre um campo de intervenção no âmbito da neuroplasticidade, conhecida como a capacidade do cérebro de se recuperar, reestruturar, recompor, remodelar, reformar, reorganizar e adaptar-se a novas situações.

Os nervos olfatórios

As células receptoras olfatórias enviam através da superfície da mucosa uma prolongação que se divide em 10 a 20 cílios, os quais penetram na camada de muco.

Essas prolongações se reúnem para formar os nervos olfatórios que atravessam os orifícios da lâmina cribriforme para chegar ao bulbo olfatório. Cerca de trinta e cinco feixes de axônios, rodeados por células da glia, atravessam o osso por pequenos orifícios da lâmina cribriforme.

As prolongações terminam nos glomérulos olfatórios do bulbo olfatório, onde fazem sinapses com os dendritos das células mitrais.

Outros dois pares de nervos acompanham o nervo olfatório desde a cavidade nasal até o cérebro: o nervo terminal e o nervo vomeronasal.

O nervo terminal é formado por um feixe de fibras nervosas finas que se dirigem desde o septo nasal através da lâmina cribriforme até a lâmina terminal, ingressando no cérebro abaixo da comissura anterior. Esse feixe contém numerosas células nervosas e é considerado um nervo vegetativo.

O nervo vomeronasal, que se estende desde o órgão vomeronasal até o bulbo olfatório acessório, está desenvolvido em vertebrados inferiores e, no ser humano, só pode ser demonstrado durante o desenvolvimento embrionário.

A mucosa olfatória também contém terminações nervosas livres dos axônios do nervo trigêmeo. Essas terminações nervosas mediam as sensações de dor que podem ocorrer ao inalar alguns irritantes químicos, como o amoníaco.

Os bulbos olfatórios

Os bulbos olfatórios são regiões espessadas na extremidade do trato olfatório, que recebem aferências dos receptores olfatórios. Estão situados na base do encéfalo, no final dos prolongados tratos olfatórios.

Cada célula receptora envia um único axônio ao bulbo olfatório, onde faz sinapse com os dendritos das células mitrais. Essas sinapses ocorrem no complexo axonal e nas ramificações dendríticas chamadas glomérulos olfatórios.

Existem aproximadamente 10.000 glomérulos, cada um dos quais recebe aferências de um feixe de cerca de 2000 axônios.

Vias nervosas

Trajeto do estímulo

Em síntese, os receptores olfatórios consistem em neurônios bipolares localizados no epitélio olfatório, que reveste o teto dos seios nasais, no osso abaixo dos lobos frontais.

Os receptores enviam terminações através da superfície da mucosa, que se dividem em cílios. As membranas desses cílios contêm receptores que detectam moléculas odoríferas dissolvidas no ar que alcançam a mucosa olfatória. Os axônios dos receptores olfatórios passam pelos orifícios da lâmina cribriforme em direção aos bulbos olfatórios, onde formam sinapses no glomérulo com os dendritos das células mitrais. Esses neurônios enviam axônios, através dos tratos olfatórios, ao cérebro, principalmente à amígdala (relacionada com as emoções), ao córtex piriforme (processamento da informação) e ao córtex entorrinal (memória, orientação e aprendizado). O hipocampo (aprendizado e memória), o hipotálamo e o córtex orbitofrontal (tomada de decisões) recebem a informação olfatória indiretamente.

Órgão vomeronasal

A maioria dos mamíferos possui outro órgão que responde às substâncias químicas ambientais: o órgão vomeronasal, que é um epitélio sensorial localizado no interior de um saco mucoso do septo nasal, importante em répteis para rastrear alimentos. Também desempenha um papel importante na resposta animal às feromônias (substâncias químicas produzidas por animais que afetam a fisiologia reprodutiva e o comportamento).

Diferentes regiões envolvidas

Os axônios do trato olfatório projetam-se diretamente para a amígdala e para duas regiões do córtex límbico: o córtex piriforme e o córtex entorrinal.

• A amígdala, relacionada com a emoção, envia a informação olfatória ao hipotálamo, relacionada com a ingestão de alimentos e a emoção.

• O córtex entorrinal, relacionado com o aprendizado e a memória, envia informação olfatória ao hipocampo, também relacionado com o aprendizado e a memória.

• O córtex piriforme, relacionado com a memória e o aprendizado, envia informação olfatória ao hipotálamo e ao córtex orbitofrontal, relacionados com a memória e a emoção, através do núcleo dorsomedial do tálamo, relacionado com a memória e o aprendizado.

• O córtex orbitofrontal, além da informação olfatória, também recebe informação gustativa. Por isso, poderia estar envolvido na combinação de gosto e olfato nos sabores.

• O hipotálamo recebe uma quantidade considerável de informação olfatória, o que é provavelmente importante para a aceitação ou rejeição de alimentos e para o controle olfatório dos processos de reprodução.

Vemos, assim, que através da estimulação cognitiva, utilizando o olfato e os diferentes odores aos quais podemos nos expor como ferramenta, vamos ativar regiões cerebrais relacionadas com a memória, o aprendizado, a emoção, a tomada de decisões, o processamento da informação… Dessa forma, uma atividade tão simples como o reconhecimento de diferentes estímulos odoríferos pode contribuir para a melhoria ou retardamento de diversos processos de deterioração cognitiva, oferecendo-nos um campo de intervenção que, ao mesmo tempo, pode ser combinado com outras técnicas de estimulação cognitiva.

Percepção de odores específicos

As pessoas podem reconhecer mais de 10.000 odores diferentes. Embora tivéssemos várias centenas de receptores olfatórios diferentes, ou mesmo um milhar, ainda ficariam muitos odores sem explicação.

Como podemos utilizar um número relativamente pequeno de receptores para detectar tantos odores diferentes?

O reconhecimento de um odor específico é uma questão de reconhecimento de uma configuração particular de atividade nos glomérulos. A tarefa de reconhecimento químico torna-se uma tarefa de reconhecimento espacial.

Os padrões espaciais de informação olfatotópica mantêm-se no córtex olfatório. Provavelmente, o cérebro reconhece os odores particulares por meio do reconhecimento dos diferentes padrões de ativação que ocorrem.

Embora a maioria dos odores seja produzida por misturas de muitas substâncias químicas diferentes, nós os identificamos como pertencentes a um objeto concreto, por exemplo, o odor de café ou o odor de fumaça de um cigarro.

Bibliografia

• N. Carlson. (2006). Fisiologia do comportamento. Editora Pearson, Madrid
• W. Kahle. (2003). Atlas de Anatomia. Tomo 3. Sistema nervoso e órgãos dos sentidos. Editora Omega, Barcelona
• Woo, C; Miranda, B; Sathishkumar, M; Dehkordi-Vakil, F; Yassa, M e Leon, M. (2023). Overnight olfactory enrichment using an odorant diffuser improves memory and modifies the uncinate fasciculus in older adults. Frontiers in Neuroscience.

Se você gostou desta entrada do blog sobre a neurociência do olfato em neurorreabilitação, certamente se interessará por estes artigos da NeuronUP: