Geur

In het leven van landdieren speelt het reukorgaan een belangrijke rol in de communicatie met de buitenwereld. Het dient om geuren te herkennen en gasvormige, geurende stoffen in de lucht te bepalen. Tijdens de evolutie werd het reukorgaan, dat een ectodermale oorsprong heeft, aanvankelijk gevormd nabij de mondopening en vervolgens gecombineerd met het eerste deel van de bovenste luchtwegen, gescheiden van de mondholte. Sommige zoogdieren hebben een zeer goed ontwikkeld reukvermogen (macrosmatiek). Deze groep omvat insecteneters, herkauwers, hoefdieren en roofdieren. Andere dieren hebben helemaal geen reukvermogen (anasmatiek). Dit omvat dolfijnen. De derde groep bestaat uit dieren met een zwak ontwikkeld reukvermogen (microsmatiek). Dit omvat primaten.

Bij de mens bevindt het reukorgaan (organum olfactorium) zich in het bovenste deel van de neusholte. Het reukgebied van het neusslijmvlies (regio olfactoria tunicae mucosae nasi) omvat het slijmvlies dat de bovenste neusschelp en het bovenste deel van het neustussenschot bedekt. De receptorlaag in het epitheel dat het slijmvlies bedekt, omvat neurosensorische reukcellen (ccllulae neurosensoriae olfactoriae), die de aanwezigheid van geurende stoffen waarnemen. Tussen de reukcellen bevinden zich ondersteunende epitheelcellen (epitheliocyti sustenans). Deze ondersteunende cellen zijn in staat tot apocriene secretie.

Het aantal reukneurosensorische cellen bereikt 6 miljoen (30.000 cellen per 1 mm² ⁾. Het distale deel van de reukcellen vormt een verdikking - de reukknots. Elk van deze verdikkingen heeft maximaal 10-12 reukcilia. De trilhaartjes zijn mobiel en kunnen samentrekken onder invloed van geurende stoffen. De celkern neemt een centrale positie in het cytoplasma in. Het basale deel van de receptorcellen loopt door in een smal en kronkelig axon. Op het apicale oppervlak van de reukcellen bevinden zich veel villi,

De reukklieren (glandulae olfactoriae) bevinden zich in de dikte van het losse bindweefsel van de reukstreek. Ze produceren een waterige afscheiding die het integumentaire epitheel bevochtigt. In deze afscheiding, die de trilhaartjes van de reukcellen wast, worden geurstoffen opgelost. Deze stoffen worden waargenomen door receptoreiwitten in het membraan dat de trilhaartjes bedekt. De centrale uitlopers van de neurosensorische cellen vormen 15-20 reukzenuwen.

De reukzenuwen dringen de schedelholte binnen via de openingen in de lamina cribrosa van het reukbeen en komen vervolgens in de bulbus olfactorius terecht. In de bulbus olfactorius komen de axonen van de reukneurosensorische cellen in de olfactorische glomeruli in contact met de mitraliscellen. De uitlopers van de mitraliscellen in de dikte van de reukbaan zijn gericht naar de reukdriehoek en komen vervolgens, als onderdeel van de reukstrepen (intermediair en mediaal), de voorste geperforeerde substantie, het subcallosale gebied (area subcallosa) en de diagonale strook (bandaletta [stria] diagonalis) (strook van Broca) binnen. Als onderdeel van de laterale strook lopen de uitlopers van de mitraliscellen door naar de gyrus parahippocampalis en naar de haak, die het corticale reukcentrum bevat.

Neurochemische mechanismen van reukwaarneming

Begin jaren vijftig gebruikte Earl Sutherland het voorbeeld van adrenaline, dat de vorming van glucose uit glycogeen stimuleert, om de principes van signaaloverdracht door het celmembraan te ontrafelen, die voor een breed scala aan receptoren hetzelfde bleken te zijn. Al aan het einde van de 20e eeuw werd ontdekt dat de waarneming van geuren op een vergelijkbare manier verloopt; zelfs de details van de structuur van de receptoreiwitten bleken vergelijkbaar.

Primaire receptoreiwitten zijn complexe moleculen, waaraan liganden zich binden en die merkbare structurele veranderingen teweegbrengen, gevolgd door een cascade van katalytische (enzymatische) reacties. Voor zowel de geurreceptor als de visuele receptor eindigt dit proces met een zenuwimpuls die wordt waargenomen door zenuwcellen van de corresponderende hersendelen. De receptoren bestaan uit segmenten met elk 20 tot 28 residuen, wat voldoende is om een membraan van 30 μm dik te passeren. Deze polypeptideregio's zijn gevouwen tot een a-helix. Het lichaam van het receptoreiwit bestaat dus uit een compacte structuur van zeven segmenten die het membraan passeren. Een dergelijke structuur van integrale eiwitten is kenmerkend voor opsine in het netvlies van het oog, receptoren voor serotonine, adrenaline en histamine.

Er zijn onvoldoende röntgenstructuurgegevens om de structuur van membraanreceptoren te reconstrueren. Daarom worden analoge computermodellen momenteel veel gebruikt in dergelijke schema's. Volgens deze modellen bestaat de reukreceptor uit zeven hydrofobe domeinen. Ligandbindende aminozuren vormen een "pocket" op 12 A van het celoppervlak. De pocket wordt afgebeeld als een rozet, die voor verschillende receptorsystemen op dezelfde manier is opgebouwd.

Binding van de geurstof aan de receptor resulteert in de activering van een van de twee signaalcascades: het openen van ionkanalen en het genereren van een receptorpotentiaal. Een specifiek AG-eiwit voor reukcellen kan adenylaatcyclase activeren, wat leidt tot een verhoging van de concentratie cAMP, waarvan kationselectieve kanalen het doelwit zijn. Hun opening leidt tot de opname van Na+ en Ca2+ in de cel en depolarisatie van het membraan.

Een toename van de intracellulaire calciumconcentratie veroorzaakt de opening van Ca-gestuurde Cl-kanalen, wat leidt tot een nog grotere depolarisatie en de ontwikkeling van receptorpotentieel. Signaalonderdrukking treedt op door een afname van de cAMP-concentratie, door specifieke fosfodiësterasen, en ook doordat Ca2+ in een complex met calmoduline zich bindt aan ionkanalen en hun gevoeligheid voor cAMP vermindert.

Een andere signaaldovende route omvat de activering van fosfolipase C en proteïnekinase C. Fosforylering van membraaneiwitten opent kationkanalen en verandert daardoor onmiddellijk het transmembraanpotentiaal, wat ook een actiepotentiaal genereert. Zo bleek fosforylering van eiwitten door proteïnekinasen en defosforylering door overeenkomstige fosfatasen een universeel mechanisme te zijn voor de onmiddellijke reactie van een cel op een externe stimulus. Axonen gericht op de bulbus olfactorius worden gecombineerd tot bundels. Het neusslijmvlies bevat ook vrije uiteinden van de nervus trigeminus, waarvan sommige ook in staat zijn om op geuren te reageren. In de farynx kunnen reukstimuli de vezels van de glossopharyngeus (IX) en vagus (X) hersenzenuwen prikkelen. Hun rol bij de perceptie van geuren is niet geassocieerd met de reukzenuw en blijft behouden in geval van disfunctie van het reukepitheel als gevolg van ziekten en verwondingen.

Histologisch gezien is de bulbus olfactorius verdeeld in verschillende lagen. Deze worden gekenmerkt door cellen met een specifieke vorm, die zijn uitgerust met uitsteeksels van een bepaald type en met typische verbindingen daartussen.

De convergentie van informatie vindt plaats op de mitraliscellen. In de glomerulaire laag eindigen ongeveer 1000 reukcellen op de primaire dendrieten van één mitraliscel. Deze dendrieten vormen ook reciproke dendrodendritische synapsen met periglomerulaire cellen. Contacten tussen mitralis- en periglomerulaire cellen zijn exciterend, terwijl contacten in de tegenovergestelde richting remmend zijn. Axonen van periglomerulaire cellen eindigen op de dendrieten van mitraliscellen van de aangrenzende glomerulus.

Granulecellen vormen ook reciproke dendrodendritische synapsen met mitraliscellen; deze contacten beïnvloeden de impulsgeneratie door mitraliscellen. Synapsen op mitraliscellen zijn eveneens remmend. Granulecellen vormen ook contacten met collateralen van mitraliscellen. Axonen van mitraliscellen vormen de laterale reukbaan, die naar de hersenschors leidt. Synapsen met neuronen van hogere orde zorgen voor verbindingen met de hippocampus en (via de amygdala) met de autonome kernen van de hypothalamus. Neuronen die reageren op reukstimuli bevinden zich ook in de orbitofrontale cortex en de reticulaire formatie van de middenhersenen.