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ODORAT Physiologie et Sémiologie P. Herman
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Feb 06, 2018

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ODORAT

Physiologie et

Sémiologie P. Herman

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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. »

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• Synchronisation de l ’activité du

bulbe avec la respiration (V)

Temps (s)

Chem. Senses 32: 603–610, 2007

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BASIC SCIENCE

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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

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L’épithélium olfactif

Bowman

gland

Basal

Cell

Primary olfactory

neuron

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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

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• 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.

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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

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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.

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SCIENCE VOL. 279 9 JANUARY 1998

O Genes encode O Receptors

CTL

INFECTED

INFECTED-CTL

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• Chez l’humain:

– 350 OR gènes

– 560 OR pseudogènes

– 2% du génome humain

• Mais « seulement »

350 pour 10000

odorants?

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

1 NOP – 1 gène

Récepteurs dispersés!

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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

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Un processus combinatoire pour

décoder les odeurs

Cell, Vol. 96, 713–723, March 5, 1999

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Une figure d’activation: “image”

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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),

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The olfactory cortex ?

• A lot of olfactory

different regions:

– Inputs from one OR

are scattered among

different clusters of

cortical neurons, in

multiple areas

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The olfactory cortex?

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De tous nos sens,

l'odorat a les

projections

centrales les plus

complexes

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Amygdala

Pyriform

cortex

Entorhinal

cortex

Anterior Olfactory

Nucleus

Olfactory

tubercle

Higher Cortex

and Thalamus

Perception of

odors

Limbic

system

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bandelette

diagonale

trigone

hippocampe ventral

gyrus dentatus

uncus

circonvolution du corps calleux

thalamus

corps

mamillaire

aire

septale

T5

corps

calleux

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MRI : olfactory areas

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MRI : olfactory areas

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MRI : olfactory areas

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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

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

• Codage temporel

Pomme Pomme+Cerise Cerise

Temps (s)

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WORK OUT

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Work Out

• Anamnesis

• Clinical examination

• Subjective tests

• Olfactory evoked potentials

• PET-SCAN

• CT and MRI

• fMRI

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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

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ODORATEST DE ELOIT (1994)

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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

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

• normal = >35% de reconnaissance

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

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EVOKED OLFACTORY POTENTIALS

FROM KOBAL

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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)

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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

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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

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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

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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?

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PATHOLOGY

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Conductive defects

• Inflammatory

– allergy

– NARES / polyposis

– sarcoidosis...

• Tumors

• Iatrogenic

• Anatomical

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Conductive defects

Chem Senses. 2007

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Sensorineural defects

• Traumatic

– Stretching of the

olfactory nerves?

– Scarring in the

region of the

olfactory bulbs and

tracts

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Sensorineural defects

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• 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

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Congenital:

– May result from Kallman

syndrome

(hypogonadotrophic

hypogonadism)

– Hypotrophic or absent bulbs /

absent olfactory sulcus

– Genes: KAL1…

FGFR1,FGF8, PROK2,

PROKR2…

Sensorineural defects

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Sensorineural defects

• Tumours

– Olfactory

neuroblastoma

– Olfactory groove

meningioma

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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

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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

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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!

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Dysosmies de perception

• Vasculaires

– N.

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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

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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

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Dysosmies de perception

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Transmission connected to

perception

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Transmission connected to

perception

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Dysosmies de perception

Neurologiques

– Viral:

• aucun bénéfice prouvé de:

– corticothérapie

– sulfate de Zn

– ...

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Dysosmies de perception

Neurologiques: vieillissement

objectivé tant par tests subjectifs que

par l ’IRM fonctionnelle

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Dysosmies de perception

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Dysosmies de perception

• Iatrogènes

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Variability of smell

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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.

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Odor encoding by temporal

sequences

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bandelette

diagonale

trigone

hippocampe ventral

gyrus dentatus

uncus

circonvolution du corps calleux

thalamus

corps

mamillaire

aire

septale

T5

corps

calleux

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corps

amygdaloïde

cortex

péri-amygdalien

cortex

piriforme

cortex

entorhinal

uncus

Aire olfactive

primaire

(latérale)

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Tests de l’odorat • Tests subjectifs

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Tests de l’odorat • Tests subjectifs

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Principe repris par le marketing

• Tests subjectifs

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

épuisés (Rhinocort, Telfast, Flixonase)

• Se procurer des huiles essentielles

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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

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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

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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...

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A neglected or suppressed sense