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Molecular mechanisms of acute oxygen sensing.

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Una minuscola ghiandola di grande impatto sulla respirazione

Comprendere il modo in cui il corpo carotideo rileva l’ossigeno nel sangue apre la strada a un’anestesia più sicura e all’adattamento ad altitudini elevate, nonché a nuovi trattamenti per il sovradosaggio di farmaci e per la COVID-19.

Salute

Ogni anno, le malattie dell’apparato respiratorio uccidono più di 340 000 persone nell’UE, circa il 7,5 % sul totale dei decessi. Il progetto OxygenSensing, finanziato dall’UE, ha cercato di fare luce sui meccanismi molecolari con cui l’organismo rileva i livelli di ossigeno nel sangue al fine di produrre una risposta. Gli esseri umani hanno sviluppato adattamenti per combattere i bassi livelli di ossigeno nel sangue, una condizione nota come ipossia: si può trattare di veloci reazioni a gravi carenze di ossigeno, quali l’iperventilazione durante uno sforzo fisico, o di adattamenti di maggiore durata, quali l’incremento del numero di globuli rossi in risposta a livelli cronicamente ridotti di ossigeno nel sangue dovuti a pneumopatia o alla permanenza ad altitudini elevate. Le variazioni intense nell’ossigeno del sangue vengono rilevate dal corpo carotideo, una ghiandola piccola come un pisello, che si trova vicino alle arterie a entrambi i lati del collo. «Il corpo carotideo è direttamente collegato al centro respiratorio del cervello e, con l’abbassamento dei livelli di ossigeno, va ad aumentare la velocità respiratoria e la gittata cardiaca», spiega José López-Barneo, coordinatore del progetto. Il suo laboratorio presso l’Università di Siviglia, in Spagna, lavora sul corpo carotideo da 35 anni. Eppure, afferma López-Barneo, rimaneva un interrogativo di base irrisolto, ovvero il modo in cui le cellule del corpo carotideo rilevano le variazioni di ossigeno del sangue.

Un sensore chimico

Il suo gruppo ha rivolto l’attenzione alle cellule dei gliomi, chemiorecettori che si trovano nel corpo carotideo. Alcuni anni fa, i ricercatori hanno scoperto che i canali del potassio si chiudevano durante l’ipossia, provocando l’invio di un segnale al cervello. Eppure, non si comprendeva ancora il modo in cui questi canali del potassio fossero modulati dall’ossigeno. Attraverso il loro lavoro nel progetto OxygenSensing, López-Barneo e il suo gruppo di ricerca sono riusciti a identificare i mitocondri di queste cellule come principale sensore di ossigeno. Di solito, i mitocondri sono in grado di funzionare normalmente anche in ambienti estremamente poveri di ossigeno, ben oltre ciò che si verifica nell’ipossia fisiologica. Ma il gruppo di López-Barneo ha scoperto che nelle cellule di gliomi del corpo carotideo, i mitocondri utilizzano un’insolita variazione del complesso enzimatico citocromo C ossidasi. «Abbiamo scoperto che l’affinità delle cellule dei gliomi per l’ossigeno è molto più bassa del normale e che la catena di trasporto degli elettroni varia entro l’intervallo fisiologico della disponibilità di ossigeno», afferma, indicando che una modesta riduzione di ossigeno del sangue altera l’attività mitocondriale di queste cellule. Ciò genera segnali che chiudono i canali di potassio e danno origine alla secrezione dei trasmettitori che attivano le fibre nervose sensoriali. Queste fibre dicono al cervello di aumentare la respirazione e la gittata cardiaca.

Nuovi trattamenti

«Si è trattato della scoperta iniziale ma oggi disponiamo di un modello solido le cui previsioni possono essere testate in via sperimentale», aggiunge López-Barneo. «Il nostro lavoro attualmente in corso conferma la solidità del modello sotto il profilo sperimentale». La ricerca ha ancora molta strada da fare per spiegare un insolito comportamento legato alla COVID-19, in cui i pazienti sviluppano ipossia grave ma non reagiscono fisicamente ad essa, ciò che viene definito come «ipossia silente». López-Barneo ipotizza che il virus possa disattivare i chemiorecettori del corpo carotideo così come avviene nel naso e nella bocca, provocando la perdita del gusto e dell’olfatto. Le applicazioni cliniche delle scoperte sono numerose. López-Barneo afferma che la ricerca contribuirà a sostenere lo sviluppo di potenti stimolanti respiratori basati sull’attivazione di un sensore di ossigeno nel corpo carotideo. Ciò si rivelerà estremamente utile nell’anestesia e nel trattamento del sovradosaggio di oppiacei.

Parole chiave

OxygenSensing, ossigeno, ipossia, corpo carotideo, sangue, chemiorecettori, respiratorio, cervello, COVID-19, anestesia, sovradosaggio di oppiacei

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