ODORAT Physiologie et Sémiologiecoursl3bichat2012-2013.weebly.com/.../7/9607940/odorat_physiologie... · ODORAT Physiologie et Sémiologie P. Herman . Introduction • Basic Science

ODORAT

Physiologie et

Sémiologie P. Herman

Introduction

• Basic Science : last deciphered sense (Nobel Prize 2004)

• Complexity of a chemical sense ( continuous variable)

• Medical practice : anosmia impairs quality of life

• Economy: Smell adds value to food products and fragrances

• Hedonism: « I know I existed since I smelled » Casanova

• Metaphysical and religious: Anointing Oil in Old and New Testaments – Then the LORD said to Moses, "Take the following fine spices… liquid

myrrh, fragrant cinnamon, fragrant cane, cassia and a hin of olive oil… It will be the sacred anointing oil. Then use it to anoint the Tent of Meeting, the ark of the Testimony, … You shall consecrate them so they will be most holy, and whatever touches them will be holy ».

– Jesus Anointed at Bethany (John 12,1-11): « And the house was filled with the fragrance of the perfume. »

Le pouvoir de l’odorat

• Synchronisation de l ’activité du

bulbe avec la respiration (V)

Temps (s)

Chem. Senses 32: 603–610, 2007

BASIC SCIENCE

Une interaction mystérieuse

• Nécessité de

l ’incorporation des

substances chimiques

• Une diversité de plus

de 10000 stimulus

possibles: sens

chimique – et non pas

physique

• Une sensibilité à des

concentrations infimes From Nobel lecture 2004

L’épithélium olfactif

Bowman

gland

Basal

Cell

Primary olfactory

neuron

Le mystère de l’identification

• Manque de spécificité des

neurones olfactifs (ON)

• 20 odorants

• Epithélium olfactif de

grenouille

Brain Res. 1984, Sicard G, Holley A

• OBP:

– Labelled bell pepper mixed with olfactory

epithelium

– Not the olfactory receptor!

– Acts as an amplifier to increase the

concentration of hydrophobic molecules close

to PON

Une piste difficile

Proc Natl Acad Sci U S A. 1985 May;82(9):3050-4.

Isolation and characterization of an olfactory receptor

protein for odorant pyrazines.

Pevsner J, Trifiletti RR, Strittmatter SM, Snyder SH.

A la recherche des gènes

• Hypothèses de Buck:

– 1. exprimés seulement dans l’épithélium olfactif

– 2. les récepterus à l’odorat doivent ressembler à la rhodopsine (G protein coupled receptor– 7 transmembrane domains))

– 3. multigene family (variety of odorants)

• « Le » récepteur olfactif: une population de récepteurs

A multigene family

Cell. 1991 Apr 5;65(1):175-87. A novel multigene family may encode odorant receptors: a molecular basis for odor recognition. Buck L, Axel R.

SCIENCE VOL. 279 9 JANUARY 1998

O Genes encode O Receptors

CTL

INFECTED

INFECTED-CTL

• Chez l’humain:

– 350 OR gènes

– 560 OR pseudogènes

– 2% du génome humain

• Mais « seulement »

350 pour 10000

odorants?

Cell. 1993 May 7;73(3):597-609

1 NOP – 1 gène

Récepteurs dispersés!

Cell 1994, Ressler et al.

• Permet d’optimiser la sensibilité

• Participe à la mémoire des

odeurs: les NO ont une vie

courte (30j) alors que la

cartographie du bulbe persiste

La cartographie du bulbe olfactif

Un processus combinatoire pour

décoder les odeurs

Cell, Vol. 96, 713–723, March 5, 1999

Une figure d’activation: “image”

Specific neurons in the olfactory cortex act as coincidence

detectors, responding to a mixture of two odors but not to the

individual components of the mixture.

Science 10 March 2006

Arc catFISH (cellular compartment analysis of temporal activity by fluorescence in situ hybridization),

The olfactory cortex ?

• A lot of olfactory

different regions:

– Inputs from one OR

are scattered among

different clusters of

cortical neurons, in

multiple areas

The olfactory cortex?

De tous nos sens,

l'odorat a les

projections

centrales les plus

complexes

Amygdala

Pyriform

cortex

Entorhinal

cortex

Anterior Olfactory

Nucleus

Olfactory

tubercle

Higher Cortex

and Thalamus

Perception of

odors

Limbic

system

bandelette

diagonale

trigone

hippocampe ventral

gyrus dentatus

uncus

circonvolution du corps calleux

thalamus

corps

mamillaire

aire

septale

T5

corps

calleux

MRI : olfactory areas

MRI : olfactory areas

MRI : olfactory areas

Physiologie

• La clé n ’est pas le

récepteur…dont il existe un

millier de types

• Le secret est dans la

connectique: un NOP

n ’exprime sans doute qu ’un

ou un petit nombre de R peu

spécifiques. Les NOP ayant

le même récepteur se

connectent au même

glomérule

Physiologie • Synchronisation de l ’activité du bulbe avec la respiration (V)

• Codage temporel

Pomme Pomme+Cerise Cerise

Temps (s)

WORK OUT

Work Out

• Anamnesis

• Clinical examination

• Subjective tests

• Olfactory evoked potentials

• PET-SCAN

• CT and MRI

• fMRI

Choice of odorants

• Olfactory : vanilla / H2S (rotten egg) / thymol (thym) / phenylethylalcool (PEA - flower)

• Trigeminal : CO2

• Mixed : menthol / acetic acid / lemon / anethol / NH3

Most of the odorants are detected by both olfactory and trigeminal systems. However trigeminal threshold is much higher than olfactory

ODORATEST DE ELOIT (1994)

ODORATEST DE ELOIT Beta-phenylethyl alcool (PEA): rose

Gamma-undecalactone (UND) : fruit

Isovaleric Acid (IVA) : cheese

Cyclotene (CYC) : caramel

Scatole (SKA) : barn

•5 odorants

•7 concentrations (-2 à 5)

•3 answers

•score from -2 to +5

UPSIT (1984) • 40 odeurs à une concentration supra-liminaire

• normal = >35% de reconnaissance

• inconvénient: cher. Non traduit. Pas de seuil.

EVOKED OLFACTORY POTENTIALS

FROM KOBAL

CNV: CONTINGENT NEGATIVE VARIATION

Odorant stimulation (red curve) No odorant stimulation (blue curve)

• imperative sound signal (500

Hz) during which a task must

be accomplished

• If odor: press with the right hand • If no odor: press with the left hand VCN

36

(N1)

(P2/3)

CNV

• If present, indicates

activation of the

olfactory system

• Not influenced by

trigeminal activation

No odorant Odorant

Mean trace

Low pass filtered

(DC-4Hz) mean

m

CNV

37 n=83

Terminology

• Anosmia - Inability to detect odors

• Hyposmia - Decreased ability to detect odors

• Dysosmia - Distorted identification of smell

– Parosmia - Altered perception of smell in the presence

of an odor, usually unpleasant

– Phantosmia – Perception of smell without an odor

present

– Agnosia - Inability to classify or contrast odors,

although able to detect odors

Exploration: clinique

• Examen endoscopique à réaliser sans, puis avec

vaso-constricteurs

– vestibule et valve nasale

– cornets

– inflammation des méats

– état de la muqueuse / sensibilité

– fente olfactive

• Examens biologiques seulement en fonction du

contexte

Exploration: clinique

Interrogatoire :

– Type du trouble en sachant que phantosmie est

neurologique voire psychiatrique et cacosmie est

infectieuse

– Anamnèse: consécutif à un épisode viral?

– Antécédents de traumatisme / de chirurgie / médicaux

(diabète/thyroïde) / d ’irradiation / psychiatriques

– Exposition à des toxiques

– Cortico-sensibilité?

PATHOLOGY

Conductive defects

• Inflammatory

– allergy

– NARES / polyposis

– sarcoidosis...

• Tumors

• Iatrogenic

• Anatomical

Conductive defects

Chem Senses. 2007

Sensorineural defects

• Traumatic

– Stretching of the

olfactory nerves?

– Scarring in the

region of the

olfactory bulbs and

tracts

Sensorineural defects

• Degenerative disorders

– Early feature of Parkinson and Alzheimer

diseases • « In PD patients, but not in controls, cortical atrophy in

olfactory-related brain regions correlated specifically

with olfactory dysfunction » Wattendorf et al. J Neursci. 2009

– Tremor, motor neuron disease (MND),

Huntington's chorea (HC) and inherited

ataxia Hawkes C, Adv Otorhinolaryngol. 2006;63:133-51

Sensorineural defects

Congenital:

– May result from Kallman

syndrome

(hypogonadotrophic

hypogonadism)

– Hypotrophic or absent bulbs /

absent olfactory sulcus

– Genes: KAL1…

FGFR1,FGF8, PROK2,

PROKR2…

Sensorineural defects

Sensorineural defects

• Tumours

– Olfactory

neuroblastoma

– Olfactory groove

meningioma

Post-infectious olfactory loss

– 14 to 26% of anosmia cases

– 2d cause of sudden onset anosmia after

traumatisms

– Destruction of PON or lesion of olfactory

pathways

– Negative work-out

– Often hyposmia with failure of identification

Sensorineural defects

Should conductive smell disorder be

opposed to sensorineural

• Changes in olfactory bulb volume are

correlated with decrease in odor threshold

(Arch Otolaryngol Head Neck Surg. 2008)

• In the course of rhinosinusitis treatment, olfactory

bulb volume parallels changes in odour

thresholds! (The increase in olfactory bulb volume +8%

on the right and 19% on the left correlated significantly

with an increase in odour thresholds (P = 0.006, left side; P

= 0.03, right side), Brain 2009

Conclusions

• Remember that progessive smell disorder may be caused by systemic disease, neurologic disease or tumour

• Treatment remains challenging: conductive/sensorineural

• Hopes may come from: – theophylline

– ...

• At last I hope that you all find « an atmosphere that fosters intellectual rigor and creativity and at the same time is imbued with a spirit of warmth and collaboration » (Axel 2004) in your daily work and research!

Dysosmies de perception

• Vasculaires

– N.

Dysosmies de perception

Endocriniennes: diabète

1 3 2 1 2 1 8 1 4 8 4 3 2 2 N =

8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0

5

4

3

2

1

0

- 1

- 2

TEMOINS N=58

DIABETIQUES N=11

CLASSES D'AGE

Dysosmies de perception

• Toxiques et médicaments

171513252 3713201426N =

Classe d'age

65+55-6445-5435-4425-340-24

Seuil

Olfa

ctif

6

4

2

0

-2

Diagnostic

Temoin

Iatrogene9 127

VC et

anesthésiques

Dysosmies de perception

Transmission connected to

perception

Transmission connected to

perception

Dysosmies de perception

Neurologiques

– Viral:

• aucun bénéfice prouvé de:

– corticothérapie

– sulfate de Zn

– ...

Dysosmies de perception

Neurologiques: vieillissement

objectivé tant par tests subjectifs que

par l ’IRM fonctionnelle

Dysosmies de perception

Dysosmies de perception

• Iatrogènes

Variability of smell

Odor encoding by temporal

sequences

• Synchronisation de l ’activité du

bulbe avec la respiration (V)

• Codage temporel

Temps (s)

Wehr M., Laurent G. Odor encoding by temporal sequences of

firing in oscillating neural assemblies. Nature 1996; 384:162-

166.

Odor encoding by temporal

sequences

bandelette

diagonale

trigone

hippocampe ventral

gyrus dentatus

uncus

circonvolution du corps calleux

thalamus

corps

mamillaire

aire

septale

T5

corps

calleux

corps

amygdaloïde

cortex

péri-amygdalien

cortex

piriforme

cortex

entorhinal

uncus

Aire olfactive

primaire

(latérale)

Tests de l’odorat • Tests subjectifs

Tests de l’odorat • Tests subjectifs

Principe repris par le marketing

• Tests subjectifs

Tests de l’odorat • Nombreux dispositifs distribués par l ’industrie… rapidement

épuisés (Rhinocort, Telfast, Flixonase)

• Se procurer des huiles essentielles

Tests de l’odorat

• Lavande, géranium, lavandin, orange

pamplemousse, basilic, mandarine, pin, genévrier,

menthe, romarin, citronnelle, citron, eucalyptus,

myrte, cardamome, cyprès…

– Olfactifs purs: vanille, (thym), basilic

– Mixtes: menthe, citron voire ammoniac

Conclusions

• Aujourd ’hui: tests subjectifs. Demain

PEO ou IRM fonctionnelle?

• Exploration étiologique: en fonction du

contexte.

• Une dysosmie de perception

inexpliquée justifie de principe un

bilan d ’imagerie qui sera

heureusement le plus souvent normal

Conclusions

• Une dysosmie de perception évolutive peut

s ’intégrer dans une maladie générale

(diabète, hypothyroïdie) ou une maladie

neurologique qu ’elle peut révéler

• Espoirs thérapeutiques:

– théophylline

– caverine...

A neglected or suppressed sense