D1-UE10-Diotel-Odorat-pdf

UE 10 : SYSTEME NEUROSENSORIEL
Nicolas DIOTEL
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Date : 12/02/2016
Promo : DCEM1
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Plage horaire : 16h45-12h45
Ronéistes : VIZNELDA Thibault
GONTHIER Damien
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Enseignant : Nicolas DIOTEL
ODORAT
I. Introduction :
II. Anatomie du système olfactif :
1)Le neuro-épithélium ou épithélium olfactif :
2)Les cellules sensorielles :
3)Le bulbe olfactif :
III. Neurophysiologie olfactive
1)Mécanisme général :
2)Codage de l’information :
3)Voies nerveuses olfactives :
4)Variations physiologiques de l’olfaction :
5) Fonctions non olfactives de l’olfaction : Les phéromones
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L’Homme est capable de discriminer de très nombreuses odeurs (≈10000). Ça ne veut pas dire qu’on est
capable de les identifier mais juste faire la distinction. L’odorat/olfaction est un sens:
- De chimioréception relativement peu développé chez l’Homme
- Subjectif et affectif (nuances émotionnelles) : on apprécie certaines odeurs en fonction de notre
passé, d’autres vont nous rappeler des moments pénibles de notre vie.
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L’odorat est important car il permet:
- La communication (animaux) : capable d’informer sur le territoire d’un animal.
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Le contrôle comportemental (animaux: proies/prédateurs; reproduction) : avec des mécanismes qui
permettent à la fois de reconnaitre et d’avoir en fonction d’une certaine odeur un comportement
différent.
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Implication dans les processus mnésiques.
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Contrôle des émotions et sensations (génère une sensation agréable ou désagréable)
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Associé à la gustation par rétro-olfaction
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Le contrôle de l’air que nous respirons. Ex : on va tous s’affoler si on commence à sentir une
odeur de brulé dans la salle.
Toujours dans un but de survie, détection de ce qui se passe dans l’environnement.
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I. Introduction :
En se combinant au goût, elle permet de reconnaître des aliments,
d’augmenter le plaisir de la dégustation.
L’homme est capable de détecter une molécule diluée d’un facteur 10^10
(10^18 chez l’oiseau).
Il existe un grand nombre et une grande variabilité des récepteurs (RCPG
uniquement).
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Le génome humain code potentiellement pour 1000 récepteurs olfactifs, c’est environ 2% de notre
génome. Seulement 350 à 400 seraient vraiment fonctionnels. Les autres seraient des pseudogènes
inactifs qui n’ont pas été éliminés. C’est-à-dire qu’au cours de l’évolution, certains de ces gènes ont subi
des mutations qui rendent ces récepteurs incapables de transduire le message.
Il y aurait 900 récepteurs fonctionnels chez les rats et 1200 chez le chien. Ils ont donc un plus grand
répertoire olfactif qui pourrait être à l’origine de leur meilleur odorat.
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II.
Anatomie du système olfactif :
Le système olfactif se décompose en 3 grandes parties :
-Le neuroépithélium (=appareil récepteur) au niveau de la
muqueuse olfactive. C’est à ce niveau qu’on détecte les
molécules vaporisées.
-Les bulbes olfactifs : pairs et symétriques (expansion des
hémisphères cérébraux). Au-dessus de la muqueuse, on a l’os
ethmoïde (au niveau de la lame criblée) qui va donner le passage
des axones qui vont converger au niveau du bulbe olfactif.
-Des terminaisons nerveuses complexes au niveau du cortex
temporal antérieur et frontal.
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1. Le neuro-épithélium ou épithélium olfactif :
Le neuro-épithélium se situe dans la partie supérieure des fosses nasales. Il correspond à 3 à 5 cm2 au
niveau de la muqueuse nasale. C’est une faible surface comparée à d’autres animaux. Ex :130cm2 chez le
chien.
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Il est composé de 3 types de cellules :
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Des cellules souches basales à l’origine des neurones olfactifs : on a une neurogénèse olfactive
(croissance continue, dégénérescence, remplacement)
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Des neurones olfactifs ou cellules sensorielles : elles assurent la transduction des odeurs, ont une
durée de vie de 2 à 3 mois et sont régulièrement remplacées (mais ça diminue avec l’âge). Il y
aurait environ 5 millions de neurones olfactifs. (en rouge et en bleu sur le schéma). Plus on va
avec l’âge et plus ce renouvellement va être moins présent.
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Des cellules de soutien.
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➔Coupes histologiques
d’épithélium olfactif
1-os de la face
2-septum du nez
3-sinus
4-cornet
5-muqueuse olfactive (sur
plafond de la cavité nasale)
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Les glandes de Bowman secrètent les mucus au niveau de l’épithélium olfactif.
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Le prof décrit le schéma :
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2. Les cellules sensorielles :
Les cellules sensorielles sont des neurones de type bipolaire. On les appelle également les cellules de
Schultze, ou de récepteur olfactif (attention à ce terme qui ne désigne pas ici le récepteur protéique). Ces
neurones olfactifs présentent des cils dendritiques immobilisés par du mucus qui capture les molécules
olfactives au niveau de la cavité nasale.
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Les axones de ces neurones vont traverser la lame criblée et venir rejoindre des structures qu’on nomme
glomérules, où ces axones vont faire synapse avec des cellules mitrales. Les neurones olfactifs présentent
au niveau des cils des récepteurs sur lesquels vont se fixer les molécules odorantes. Les dendrites des
neurones se ramifient en cils.
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➔Zstakc
( type d'imagerie ) de neurones olfactifs de souris
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Chaque neurone bipolaire présente à sa surface une dizaine de cils. Cela permet l’accroissement de la
surface membranaire de contact apical de la protubérance dendritique d’un facteur 30.
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Les cils des neurones bipolaires portent les récepteurs des molécules odorantes. Un cil mesure de 5 à 250
micromètres de long, variant de 100 à 250 nm de diamètre. Le mucus les immobilise.
Certains de ces neurones olfactifs sont :
- Généralistes : réponse à une large gamme de molécules différentes (prédominant chez les
mammifères)
- Spécialistes : réponse à un certain type de molécules. On va les trouver, par exemple, plus
spécifiquement chez les insectes.
- Intermédiaires.
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3. Le bulbe olfactif :
Le pédoncule olfactif est une expansion de l’hémisphère cérébral et donc du SNC, sur la face inférieure
du lobe frontal. Il présente un renflement au niveau de son extrémité antérieure = bulbes olfactifs.
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Description du schéma :
Le bulbe olfactif est en continuité avec des circuits vers l’hippocampe, par exemple, qui va donner la
composante mnésique de l'information odorante. Dans ce bulbe olfactif, nous avons des cellules que l'on
appelle des cellules mitrales qui font synapse avec les axones des neurones olfactifs.
On voit les neurones rouges qui vont émettre vers le glomérule rouge, les verts au glomérule vert etc…
Ainsi, on a dans le bulbe une cartographie de l'activation des neurones grâce à ces glomérules. Les
glomérules sont ainsi des structures anatomiques fonctionnelles de l'olfaction.
A remarquer ici, que les mêmes types de neurones ont leurs axones qui se regroupent dans le même
glomérule. Ex : neurones bleus → glomérule bleu
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•Les glomérules :
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Au niveau du bulbe olfactif, on trouve des glomérules olfactifs. Ce sont
des unités anatomiques fonctionnelles de l’olfaction. C’est le lieu de
synapse entre les axones sensoriels et les dendrites des cellules mitrales.
Ces cellules mitrales sont d’autres types de neurones qui vont transduire
l’information.
Au niveau du glomérule, on peut avoir la convergence de 1000 afférences
de neurones sensoriels pour une cellule mitrale.
On a aussi d’autres types de cellules dans les glomérules : les cellules
périglomérulaires (GABA et DOPA) et les cellules granulaires (inhibition
latérale).
Ces cellules servent à moduler la communication entre les cellules
sensorielles et les cellules mitrales.
Sur chacun des glomérules convergent les terminaisons synaptiques d’un même type de récepteurs.
Les neurotransmetteurs proposés pour la cellule mitrale et le neurone sont : le glutamate et la
noradrénaline. La dopamine serait un modulateur de cette libération de neurotransmetteur, parce que
dans des maladies neuro-dégénératives comme Parkinson, où on a une diminution de neurones
dopaminergiques et de dopamine, on voit une modification de l’olfaction.
Ces interneurones, cellules périglomérulaires et cellules granulaires vont venir inhiber, plutôt avec le
neurotransmetteur de type GABA, la communication entre votre neurone olfactif et votre cellule mitrale.
Les cellules mitrales vont recevoir de l’information, la traiter et la transmettre via leur axone. Ainsi, les
informations olfactives vont être redirigées vers le système limbique et le cortex cérébral.
On trouvera au niveau du bulbe des circuits d’interneurones inhibiteurs GABAergiques (cellules
granulaires et périglomérulaires).
(Représentation schématique d'un glomérule olfactif (Modifié
d'après Valverde et al.,1992). GL: glomérule; NR: axone de
neurorécepteur; MI: dendrite de cellule Mitrale; PS cellule
à panache superficielle; PG: cellule périglomérulaire; AC:
axone de cellule à axone court; AS: astrocyte)
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III. Neurophysiologie olfactive
1. Mécanisme général :
On a un même mécanisme de base pour n’importe quelle odeur.
La liaison de molécules odorantes sur leurs récepteurs spécifiques entraine un potentiel récepteur, et si la
stimulation est suffisante, un potentiel d’action au niveau du neurone sensoriel.
1. Liaison de la molécule au Rc
2. Activation d’une protéine G
3. Activation de l’adénylatecyclase
4. l’AMPc favorise l’ouverture de canaux laissant entrer le Calcium et sodium
5. Ouverture de Canaux au Cl par le calcium
6. Dépolarisation de la cellule sensorielle: potentiel de récepteur => PA et libération de
neurotransmetteur dans les glomérules.
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Seuls les cils sont pourvus de récepteurs et capables d’induire un potentiel récepteur et donc un potentiel
d’action.
L’application de substances odorantes au niveau des cils entraine une variation du potentiel de membrane
(dépolarisation). L’application de substances odorantes au niveau du corps cellulaire n’a aucun effet sur le
potentiel de membrane (dépolarisation).
⇨ Les RCPG sont localisés au niveau de ces cils uniquement.
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Dans le mucus olfactif, on a les « Odorant BindingProteins» (OBPs). Ces OBP se lient
aux substances odorantes, surtout les molécules odorantes qui sont plutôt lipophiles.
Elles augmentent leur solubilité.
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Les OBP se trouvent dans le mucus baignant les dendrites des récepteurs olfactifs.
Elles sont produites par les cellules gliales qui entourent les récepteurs olfactifs.
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On ne connaît pas très bien leur rôle, mais il semblerait qu’on ait plusieurs types de protéines de liaison
aux molécules odorantes. Elles permettraient ainsi d’amener certaines molécules odorantes jusqu’au
niveau des récepteurs, au niveau des cils, et elles permettraient de concentrer des informations au niveau
des cils. Elles permettraient également d'évacuer ces molécules afin de resensibiliser les récepteurs.
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Molécules odorantes liées aux OBP
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Fixation sur récepteur TM spécifiques
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Activation protéine G
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Formation AMPc
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Activation de canaux cationiques et entrée
de Calcium
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Ouverture de canaux au chlore activé par le
calcium
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Dépolarisation de la membrane (potentiel
récepteur/générateur)
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Production de potentiel d’action
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Libération de neurotransmetteur au niveau
du glomérule
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PA ou non au niveau des cellules mitrales
2. Codage de l’information : On ne connaît pas tout sur le codage de l’information.
On aura, pour une même cellule sensorielle, un codage de l’information en fonction de la concentration
en molécules odorantes et du type de molécule odorante.
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Sur le schéma, on a 2 composés différents à
concentration croissante. Pour une petite concentration,
vous avez un potentiel d’action qui est généré. Vous
augmentez la concentration, on voit que la cellule est
beaucoup plus sensible à l’isoamylacétate qu’au
camphre. Plus vous augmentez la concentration de ces
molécules, plus vous augmentez les potentiels d’actions
générés.
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On voit ci-contre : les neurones (bleu, rouge,
vert) sont mis en présence de différentes
molécules.
Vous mettez ces neurones en présence de
l’odeur citrus, on voit que les neurones verts
répondent fortement, on a une petite réponse
pour les neurones bleus, et on n’a pas de
réponse pour les neurones rouges.
On voit qu’une molécule peut activer
plusieurs neurones.
Un neurone peut aussi être activé par plusieurs molécules.
Pareil pour l’odeur florale, le neurone vert a une sensibilité moyenne, tandis que le bleu est beaucoup plus
sensible et le rouge est peu sensible.
• Les récepteurs olfactifs (protéiques) : La perception de l’odeur repose sur une combinaison
de signalisations issues de plusieurs Ors différents.
Les neurones périglomérulaires et granulaires assurent la spécificité d’excitation par contrôle des
glomérules adjacents.
Les neurones périglomérulaires sont capables de moduler les informations transmises d’un glomérule à
un autre.
En détail :
Les neurones périglomérulaires, lorsque vous allez avoir une signalisation au niveau d’un glomérule, vont
venir inhiber le glomérule voisin. Ça empêche la transduction du signal dans cette voie-là.
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Cela permet de concentrer l’information dans le glomérule initial étant donné que certains neurones sont
plus sensibles à certaines odeurs qu’à d’autres.
On a également un phénomène d’auto inhibition où lorsque la cellule mitrale va décharger, les cellules
granulaires vont inhiber le potentiel d’action ou potentiel générateur qui se met en place dans cette cellule
mitrale mais aussi de l’autre côté.
3.
Voies nerveuses olfactives :
On a les molécules odorantes qui atteignent les RCPG au niveau des
cils des neurones olfactifs. On a contact neurone olfactif / cellule
mitrale. Ces cellules mitrales envoient leurs axones et forment la
bandelette olfactive au niveau du bulbe olfactif et donc au final
forment le nerf olfactif. L’information va venir ensuite transiter au
niveau du cortex olfactif primaire, revenir transiter au niveau du
thalamus pour être ramenée au niveau du cortex orbitofrontal. Les
axones de cellules mitrales rejoignent différentes « cibles ».
1-épithélium olfactif ; 2-bulbe olfactif ; 3-cortex olfactif primaire ;
4-thalamus ; 5-cortex orbito-frontal.
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Voie sous-corticale: aire olfactive primaire →
côté lobe temporal (aires télencéphaliques
paléocorticales) = cortex olfactif primaire
(CO)
Voie du cortex enthorinal (CE): se prolonge
vers le système limbique, l’hippocampe,
l’hypothalamus, le tegmentum du
mésencéphale →
processus mnésiques et
émotionnels.
Voie thalamo-corticale : cortex frontoorbitaire. Elle est impliquée dans le contrôle de
la perception consciente, l’analyse fine et la
discrimination des odeurs.
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Les études sur ce système ont été faites chez des animaux différents, avec des molécules différentes, avec
la stimulation de différentes régions de l’épithélium, ce qui rend difficile la compréhension et la
globalisation du résultat.
Mais ce qui a été montré, c’est que lorsque vous mettez une molécule odorante et que vous enregistrez
l’activité corticale du cerveau, on n’a que très très peu de cellules au niveau cortical qui répondent à ces
informations olfactives.
Dans le cerveau adulte il existe deux zones de neurogenèse :
- Le gyrus de l'Hippocampe (genèse importante).
- La zone sous-ventriculaire du ventricule latéral. Les neurones produits ici vont migrer selon un flux
rostro-migratoire vers le bulbe olfactif. La plupart des neurones vont mourir et certains vont être
intégrés et jouer un rôle de mémorisation et d’olfaction.
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4. Variations physiologiques de l’olfaction :
• Les hormones modulent la perception des odeurs:
o Femmes > hommes
o Lors de l’ovulation, les femmes ont un meilleur odorat.
o Lors de la grossesse, les femmes ont un meilleur odorat (et goût).
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o La testostérone modifie la réponse des récepteurs olfactifs.
• Diminution avec l’âge
o A 80 ans, 80 % des sujets présente un dysfonctionnement du système olfactif et 50 % sont
"anosmiques" (incapable de percevoir les odeurs).
o Perte de sensibilité olfactive (augmentation de la consommation de sel et sucre pour
compenser), perte de discrimination olfactive.
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o Le traitement hormonal substitutif de la ménopause ne modifie pas le déclin de la
sensibilité olfactive lié à l'âge.
Les récepteurs olfactifs (protéiques) appartiennent à la famille des RCPG.
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Au niveau de la muqueuse olfactive, on observe une ségrégation spatiale des cellules sensorielles
exprimant les OR (+ symétrie bilatérale).
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Résumé :
Activation de l'épithélium olfactif = Bulbe olfactif = transmission vers :
- le cortex piriforme,
- ou encore de l'hippocampe
- ou directement vers le complexe amygdaloïde avec encore une composante émotionnelle.
- On peut aussi avoir un transmission vers le tubercule olfactif, le thalamus et le cortex orbito-frontal
pour une perception consciente et fine des odeurs.
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5. Fonctions non olfactives de l’olfaction : Les phéromones
Il y a transmission sensorielle au niveau du système limbique :
o Composante affective des odeurs
o
Implication (minime chez l’Homme) dans les comportements de recherche d’un partenaire
/ reproduction.
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-Les phéromones sont des molécules odorantes produites par les glandes sudoripares (aisselle+++).
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-L’organe voméro-nasal qui permet la détection des ces phéromones (organe de Jacobson) : activation
vis-à-vis de phénomènes uniquement du sexe opposé. Chez l’homme, cet organe serait hypertrophié,
ce qui fait qu'on serait peu, voire pas du tout, sensible au phéromones.
-Transmission vers l’hypothalamus (siège du contrôle des comportements sexuels et du système
végétatif).
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