Órgano vomeronasal

El órgano vomeronasal (VNO), u órgano de Jacobson, es el órgano del sentido del olfato (olfato) auxiliar emparejado ubicado en el tejido blando del tabique nasal, en la cavidad nasal justo encima del techo de la boca (el paladar duro) en varios tetrápodos. El nombre se deriva del hecho de que se encuentra junto al hueso vómer impar (del latín vomer 'reja de arado', por su forma) en el tabique nasal. Está presente y es funcional en todas las serpientes y lagartijas, y en muchos mamíferos, incluidos gatos, perros, vacas, cerdos y algunos primates. Algunos humanos pueden tener restos físicos de un VNO, pero es vestigial y no funcional.

El VNO contiene los cuerpos celulares de las neuronas sensoriales que tienen receptores que detectan compuestos orgánicos no volátiles (líquidos) específicos que les son transmitidos desde el medio ambiente. Estos compuestos emanan de presas, depredadores y los compuestos llamados feromonas sexuales de parejas potenciales. La activación del VNO desencadena una respuesta conductual adecuada a la presencia de uno de estos tres.

Las neuronas VNO se activan mediante la unión de ciertas sustancias químicas a sus receptores acoplados a proteína G: expresan receptores de tres familias, denominadas V1R, V2R y FPR. Los axones de estas neuronas, llamados nervio craneal cero (CN 0), se proyectan al bulbo olfatorio accesorio, que se dirige a la amígdala y al núcleo del lecho de la estría terminal, que a su vez se proyecta al hipotálamo anterior. Estas estructuras constituyen el sistema olfativo accesorio.

El VNO desencadena la respuesta flehmen en algunos mamíferos, lo que ayuda a dirigir las sustancias químicas orgánicas líquidas al órgano. El VNO fue descubierto por Frederik Ruysch antes de 1732 y luego por Ludwig Jacobson en 1813.

Estructura

El órgano

Colocación del órgano de Jacobson en una serpiente

El VNO se encuentra en la base de la cavidad nasal. Se divide en dos, siendo dividido por el tabique nasal, y ambos lados poseen una luz en forma de C alargada o de media luna. Está englobado dentro de una cápsula ósea o cartilaginosa que desemboca en la base de la cavidad nasal.

El sistema

Las neuronas receptoras vomeronasales poseen axones que viajan desde el VNO hasta el bulbo olfatorio accesorio (AOB), que también se conoce como bulbo vomeronasal. Estos receptores sensoriales están ubicados en la superficie cóncava medial de la luz creciente. La superficie lateral convexa de la luz está cubierta de células ciliadas no sensoriales, donde también se encuentran las células basales. En la cara dorsal y ventral de la luz hay glándulas vomeronasales, que llenan la luz vomeronasal con líquido. Sentado junto a la luz hay vasos sanguíneos que se dilatan o contraen, formando una bomba vascular que envía estímulos a la luz. Un conducto delgado, que se abre hacia el piso de la cavidad nasal dentro de la fosa nasal, es la única vía de acceso para los estímulos químicos.

Durante el desarrollo embriológico, las neuronas sensoriales vomeronasales se forman a partir de la placoda nasal (olfatoria), en el borde anterior de la placa neural (nervio craneal cero).

Epitelio sensorial y receptores

El OVN tiene forma de media luna tubular y se divide en dos pares, separados por el tabique nasal. El área cóncava medial de la luz está revestida con un epitelio pseudoestratificado que tiene tres tipos de células principales: células receptoras, células de soporte y células basales. Las células de soporte se ubican superficialmente en la membrana, mientras que las células basales se encuentran en la membrana basal cerca del epitelio no sensorial. Las neuronas receptoras poseen microvellosidades apicales, en las que se localizan los receptores sensoriales. Estos son receptores acoplados a proteína G, que a menudo se denominan receptores de feromonas, ya que los receptores vomeronasales se han relacionado con la detección de feromonas.

Se han identificado tres receptores acoplados a proteína G en el VNO, cada uno de los cuales se encuentra en distintas regiones: V1R, V2R y FPR. Los V1R, V2R y FPR son siete receptores transmembrana que no están estrechamente relacionados con los receptores odoríferos expresados en el neuroepitelio olfatorio principal.

• Los receptores V1, V1Rs, están vinculados a la proteína G, Gαi2. El beneficio del GPCR es que señalan en más de una dirección. Los V1R están ubicados en el compartimento apical del VNO y un terminal NH2 relativamente corto y tienen una gran diversidad de secuencias en sus dominios transmembrane. V1R se expresa específicamente en el órgano vomeronasal roedor (VNO) y se cree responsable de la recepción de feromonas, provocando una transducción de señal.
• Los receptores V2, V2Rs, están vinculados al G-proteína, Gαo. Estos tienen terminales extracelulares largos NH2 que se cree que son el dominio vinculante para moléculas feromonales y se encuentran en el compartimiento basal del VNO. Los genes V2R se pueden agrupar en cuatro familias separadas, denominadas A – D. Familia C V2Rs son bastante distintos de las otras familias, y se expresan en la mayoría de las neuronas basales del VNO.

Las neuronas sensoriales del órgano vomeronasal actúan en una vía de señalización diferente a la de las neuronas sensoriales del sistema olfativo principal. La activación de los receptores estimula la fosfolipasa C, que a su vez abre el canal iónico TRPC2. Tras la estimulación activada por feromonas, se ha demostrado que la producción de IP3 aumenta en las membranas de VNO en muchos animales, mientras que la adenilil ciclasa y el monofosfato de adenosina cíclico (cAMP), las principales moléculas de transducción de señales del sistema olfativo principal, permanecen inalterados. Esta tendencia se ha mostrado en muchos animales, como el hámster, el cerdo, la rata y la culebra de liga tras la introducción de secreciones vaginales o seminales en el medio ambiente.

Los V1R y los V2R se activan mediante distintos ligandos o feromonas.

• Las proteínas Gi se activan sobre la estimulación con olores lipofílicos.
• Las proteínas de go se activan por proteínas no volátiles, como las principales proteínas urinarias en ratones y péptidos de secretaría de glándula exocrina 1 (ESP1).

Muchas neuronas vomeronasales son activadas por sustancias químicas en la orina. Algunos de los compuestos activos son esteroides sulfatados. La detección de los tipos y cantidades de diferentes esteroides sulfatados transmite información sobre el estado fisiológico del donante de orina y, por lo tanto, puede servir como una señal honesta.

Estudios recientes demostraron una nueva familia de proteínas similares a los receptores de péptidos de formilo en las membranas de VNO de ratones, lo que apunta a una estrecha relación filogenética de los mecanismos de señalización utilizados en el olfato y los quimiosensores.

Neuronas sensoriales

Las neuronas sensoriales vomeronasales son extremadamente sensibles y disparan potenciales de acción a corrientes tan bajas como 1 pA. Muchos registros de pinzamiento han confirmado la sensibilidad de las neuronas vomeronasales. Esta sensibilidad está ligada al hecho de que el potencial de reposo de las neuronas vomeronasales es relativamente cercano al del umbral de disparo de estas neuronas. Las neuronas sensoriales vomeronasales también muestran una adaptación notablemente lenta y la tasa de disparo aumenta con el aumento de la corriente hasta 10 pA. Las principales neuronas sensoriales olfativas disparan potenciales de acción de ráfaga única y muestran una tasa de adaptación mucho más rápida. Las neuronas activadoras que tienen receptores V1, V1R, provocan potenciales de campo que tienen respuestas débiles y fluctuantes que se ven en la parte anterior del bulbo olfatorio accesorio, AOB. Sin embargo, la activación de neuronas que contienen receptores V2, V2R, promueve distintas oscilaciones en la parte posterior de la AOB.

Función

En los mamíferos, las neuronas sensoriales del órgano vomeronasal detectan señales químicas no volátiles, lo que requiere un contacto físico directo con la fuente del olor. En particular, algunos olores actúan como señales de comunicación química (feromonas) de otros individuos de la misma especie. A diferencia del bulbo olfatorio principal que envía señales neuronales a la corteza olfatoria, el VNO envía señales neuronales al bulbo olfatorio accesorio y luego a la amígdala, BNST y, en última instancia, al hipotálamo. Dado que el hipotálamo es un importante centro neuroendocrino (que afecta aspectos de la fisiología y el comportamiento reproductivos, así como otras funciones como la temperatura corporal), esto puede explicar cómo los olores influyen en el comportamiento agresivo y de apareamiento. Por ejemplo, en muchos vertebrados, las señales nerviosas del cerebro transmiten información sensorial al hipotálamo sobre los cambios estacionales y la disponibilidad de una pareja. A su vez, el hipotálamo regula la liberación de hormonas reproductivas necesarias para la reproducción. Algunas feromonas son detectadas por el sistema olfativo principal.

Animales que poseen

El órgano vomeronasal se originó en los tetrápodos. El sistema vomeronasal funcional se encuentra en todas las serpientes y lagartijas, y en muchos mamíferos.

• Los salamandras realizan un comportamiento de captura de nariz para presumiblemente activar su VNO.
• Las serpientes usan este órgano para percibir la presa, pegando su lengua para recoger olores y tocándola a la apertura del órgano cuando la lengua es retraída.
• El órgano está bien desarrollado en primates estrepsirrinos como los lemures y las lorisas, desarrollados a diferentes grados en monos del Nuevo Mundo, y subdesarrollados en monos y simios del Viejo Mundo.
• Elefantes transfieren estímulos quimiosensorios a la abertura vomeronasal en el techo de sus bocas utilizando la estructura prehensile, a veces llamada un dedoEn las puntas de sus troncos.
• Las tortugas pintadas usan este órgano para usar su sentido del olor bajo el agua.

Sección sagatal del órgano vomeronasal de serpiente de garter

• serpientes de agarre – Además del sistema olfativo principal, las serpientes garter también tienen el sistema vomeronasal que consiste en el órgano vomeronasal. El órgano vomeronasal desempeña un papel importante en algunos vertebrados con su sensibilidad hacia los químicos que están relacionados con la presa de apareamiento o detección. Por ejemplo, las serpientes utilizan el órgano para detectar la presencia de presa o depredador mediante la recolección de las señales químicas en el medio ambiente a través del comportamiento agitador de la lengua forcada. Además, las serpientes garter también usan el órgano vomeronasal en su comunicación feromona también. En particular, debe haber una distinción entre los olores y los vomodores. Los olores son químicos detectados por las células sensoriales en el epitelio nasal a través del proceso de olfacción. Los Vomodors son sustancias químicas detectadas por las células sensoriales del órgano vomeronasal a través del proceso de vomerolfacción. Al entrar en el lumen del órgano, las moléculas químicas entrarán en contacto con las células sensoriales que se adjuntan al epitelio neurosensorio del órgano vomeronasal. Más importante aún, una nueva investigación ha demostrado que el órgano vomeronasal es necesario para que la serpiente de garter responda a los olores de presa aerotransportados, pero no responda a los olores aéreos no presas.

En algunos otros mamíferos, todo el órgano se contrae o bombea para atraer los olores.

Stallion exhibing the flehmen response

Respuesta de Flehmen

Algunos mamíferos, en particular los félidos (gatos) y los ungulados (entre los que se incluyen caballos, vacas y cerdos, entre otras especies), utilizan un movimiento facial distintivo denominado respuesta flehmen para dirigir los compuestos inhalados al VNO. El animal levanta la cabeza después de encontrar el olor, arruga la nariz mientras levanta los labios y deja de respirar momentáneamente.

El comportamiento flehmen está asociado con la "especialización anatómica", y los animales que presentan un comportamiento flehmen tienen papilas y conductos incisivos, que conectan la cavidad oral con el VNO, que se encuentran detrás de los dientes. Sin embargo, los caballos son la excepción: exhiben una respuesta flehmen pero no tienen un conducto de comunicación incisivo entre la cavidad nasal y la oral porque no respiran por la boca; en cambio, los VNO se conectan a las fosas nasales por el conducto nasopalatino.

Los gatos usan su órgano vomeronasal cuando se frotan el olor; pueden discriminar entre sustancias con olores similares usando este órgano y luego realizar el comportamiento de frotamiento.

Evidencia de existencia en humanos

Muchos estudios han tratado de determinar si existe un VNO en seres humanos adultos. Trotier et al. estimó que alrededor del 92% de sus sujetos que no se sometieron a cirugía septal tenían al menos un VNO intacto. Kjaer y Fisher Hansen, por otro lado, afirmaron que la estructura VNO desaparece durante el desarrollo fetal como ocurre en algunos primates. Sin embargo, Smith y Bhatnagar (2000) afirmaron que Kjaer y Fisher Hansen simplemente pasaron por alto la estructura en fetos mayores. Won (2000) encontró evidencia de un VNO en 13 de sus 22 cadáveres (59,1%) y 22 de sus 78 pacientes vivos (28,2%). En un estudio que utilizó un análisis retrospectivo de casi mil endoscopias nasales ambulatorias, Stoyanov et al. (2016) encontraron que el órgano estaba presente en el 26,83% de la población búlgara.

Dados estos hallazgos, algunos científicos han argumentado que existe un VNO en los seres humanos adultos. Sin embargo, la mayoría de los investigadores han buscado identificar la apertura del VNO en humanos, en lugar de identificar la estructura epitelial tubular en sí. Por lo tanto, se ha argumentado que dichos estudios, que emplean métodos de observación macroscópicos, a veces han identificado erróneamente o incluso han perdido el órgano vomeronasal.

Entre los estudios que usan métodos microanatómicos, no hay evidencia reportada de que los seres humanos tengan neuronas sensoriales activas como las que se encuentran en los sistemas vomeronasales de otros animales. Además, no hay evidencia hasta la fecha que sugiera que hay conexiones de nervios y axones entre las células receptoras sensoriales existentes que pueden estar en el VNO humano adulto y el cerebro. Del mismo modo, no hay evidencia de ningún bulbo olfativo accesorio en seres humanos adultos, y los genes clave involucrados en la función VNO en otros mamíferos se han pseudogenizado en seres humanos. Por lo tanto, mientras muchos debaten sobre la presencia de la estructura en los seres humanos adultos, una revisión de la literatura científica realizada por Tristram Wyatt concluyó que según la evidencia actual, "la mayoría en el campo... se muestran escépticos sobre la probabilidad de una VNO funcional en seres humanos adultos."

Historia

El VNO fue descubierto por Frederik Ruysch antes de 1732 y luego por Ludwig Jacobson en 1813.