Odorat 4BIOS03 12/13

Les mots suivis d'une astérisque (*) sont expliqués dans le lexique pour éviter que le texte soit continuellement coupé de définitions.

L'odorat, également appelée olfaction, est le sens qui permet la reconnaissance des odeurs*. Historiquement, il a souvent été scientifiquement et socialement négligé, jugé parfois dégradant pour l'Homme, car rapprochant des animaux. On sait actuellement que son rôle est fondamental, voire prépondérant pour certaines espèces, et qu'il a de nombreuses fonctions d'une grande importance, notamment dans les mécanismes de recherche de partenaire pour la reproduction. Bien que les découvertes scientifiques dans ce domaine sont relativement récentes, les parfums et arômes représentent déjà un secteur de l'industrie mondiale qui fait plusieurs milliards de bénéfices chaque année. Malgré cela, l'odorat est encore un sens peu connu, spécialement du grand public. En effet, peu de gens connaissent la signification des mots anosmie* et cacostomie*.

Qu'est-ce qu'un stimulus ?

Un stimulus est un facteur environnemental (externe) qui active une réaction comportementale. Cela entraîne une activité musculaire ou bien nerveuse. Par exemple, nos oreilles réagiront à des sons aigus, graves, etc ; et notre nez réagira à des odeurs fortes (de bonnes odeurs ou des mauvaises). On parle alors de stimuli environnementales.

De quelle nature est le stimulus de l'odorat ?

Il existe deux sortes de stimuli qui peuvent faire réagir les sens : les stimulus physiques et les stimulus chimiques. Le système olfactif quand à lui, réagit à des stimulus chimiques : les odeurs* molécules odorantes. En effet, la composition et la disposition tridimensionnelle de certaines molécules leur confèrent des propriétés odorantes. Le système olfactif a ses récepteurs sensoriels à l'intérieur de la cavité nasale; pour être détectées, les molécules doivent se trouver dans l'atmosphère. Pour cela, elles doivent être volatiles et donc leur poids moléculaire doit être modéré, pour faciliter leur déplacement dans l'air. D'autres propriétés entrent également en jeu : une faible polarité, une faible solubilité dans l'eau pour qu'elles restent dans l'air plutôt que dans l'eau et un caractère lipophile nécessaire pour s'attacher au mucus nasal.

Quel est l'organe de l'olfaction ?

La réception des odeurs a lieu dans le nez. Le nez n'est pas un organe en lui-même, mais il abrite la muqueuse nasale. Dans le haut de la cavité nasale, qui est donc recouverte d'une couche de mucus, se trouvent des chimiorécepteurs* olfactifs avec 20 à 30 cils à leur extrémité. Les molécules des substances odorantes se collent aux cils des récepteurs et cela produit une réaction qui entame le mécanisme de transduction (cf. Partie 5. Comment se passe la transduction* ?).

Quelles sont les fonctions du nez? Les fonctions du nez:

Fonction respiratoire nasale : Une des fonction du nez est de filtrer et de tempérer ( la réchauffer ou l'humidifier) l'air ambiant que l'on respire.

-La régulation des débits aériens

-Filtrage et épuration

-Humidification :

- Réchauffement :

Fonction immunitaire :

- 1ère ligne de défense
Barrière épithéliale :

Système muco-ciliaire :Le mucus se retrouve sur toute la surface de l'épithélium. Le mucus est un gel visco-élastique qui est fait d'environ 95 % d'eau, de sels minéraux ( Na+, K+,Cl-,Ca++) et d'autres éléments organiques qui sont entre autres les mucines, les enzymes lytiques, les inhbiteurs enzymatiques, la latoferrine, les interférons, les acides aminés , les IgA sécrétoire, les protéines plasmatiques. Ce mucus a deux rôles principaux. Le premier est de protéger la pituitaire* de la dessication. La deuxième est un rôle de défense, spécifique ( IgA) ou non ( enzymes lytiques). Sa propriété d'adhérence, d'élasticité et de cohésion peut bloquer des particules solides que l'on retrouve à sa surface, mais peut aussi déplacer ces particules solides dans le pharynx grâce aux battements ciliaires. Ce battement ciliaire sont définit par trois grandes propriétés : l'automaticité*, la polarisation* et la coordination.

-2ème ligne de défense
Ce sont les IgA sécrétoire qui domine la classe des immunoglobines que l'on retrouve dans les sécrétions nasales. Synthétisé par les plasmocytes du chorion, elles inhibent neutralisent tous ceux qui est nocifs ( virus, toxines,etc) et inhibent l'adhérence bactérienne à la muqueuse.

-3ème ligne de défense
C'est la muqueuse nasale qui aide continuellement la réaction inflammatoire.

Fonction olfactive :

- Voie trigéminale* nasale : Lorsque le nez réagit aux molécules odorantes, des fibres trigéminales sont activées. Ces fibres vont ensuite innerver les muqueuses respiratoire et olfactive du nez. Ce qui va permettre le transfert de l'information sensorielle, transporté par les branches ophtalmique *et naso-palatine*, jusqu'au cortex somatosensoriel*.L'activation des fibres trigéminales nous permet aussi de bloquer notre respiration lors d'odeurs dangereuses pour notre organisme, telle que l'ammoniaque.

- Voie olfactive Les molécules odorantes rentrent en contact avec les neurones de l'épithélium olfactif, qui provoquera une information nerveuse qui sera envoyé aux bulbes olfactifs.

Quelles sont les structures sensorielles permettant l'olfaction ?

Le bulbe olfactif

Le bulbe olfactif se situe dans le cerveau et son rôle est de s'occuper des informations olfactives, provenant des neurones chémorécepteurs* olfactifs. Il est directement connecté à l'épithélium olfactif* par les axones des neurones et reçoit ses informations olfactives de lui. Le bulbe traite et code les informations avant de les envoyer aux structures supérieures du cerveau. Chez l'homme, le bulbe olfactif se trouve au-dessus de la lame criblée de l'os ethmoïde* (dans la partie inférieure du cerveau, contrairement à la plupart des vertébrés où le bulbe se trouve à l'avant du cerveau). Il est aussi l'une des deux structures cérébrales (avec l'hippocampe) à bénéficier du mécanisme nommé neurogène adulte. Cela permet d'être approvisionné en nouveaux neurones durant toute la vie (tandis que les autres parties du cerveau ne peuvent en général que modifier les connections ou supprimer les neurones déjà existants dès la naissance).

A illustrer avec un schéma Image "Bulbe olfactif"

L'épithélium olfactif

L'épithélium olfactif se situe dans la cavité nasale et se trouve juste en bas de le bulbe olfactif. Sa surface mesure plus ou moins 10 cm² chez l'homme, mais chez d'autre animaux ayant un odorat plus développé ( par exemple le rat) , la taille de l'épithélium est plus grande (170 cm² chez certains chiens), occupant environ la moitié de la cavité nasale. Il est composé d'une fine couche de mucus qui se renouvelle toutes les 10 minutes. Ce mucus est fait à partir d'une base d'eau ayant de longues chaînes de sucres en dissolution, des protéines comprenant des anticorps jouant un rôle majeur, des enzymes et protéines nécessaire à la transduction,et des sels. Il détecte les molécules odorantes se trouvant dans notre milieu environnant c'est à dire dans l'air ou dans l'eau.

On dit de cet épithélium qu'il est pseudo-stratifié*. Il n'a qu'une couche cellulaire, mais les noyaux la composant se situent à des différents niveaux, ce qui nous fait croire qu'il présente plusieurs couches cellulaires. L'épithélium olfactif est composé de quatre types de cellule:

« les cellules réceptrices olfactives, véritables neurones dont les projections remontent jusqu'au bulbe olfactif;
les cellules de soutien, qui ont un rôle de support et de protection et qui secrètent une partie du mucus olfactif ;
les cellules basales, qui ont la propriété de se différencier en nouvelles cellules réceptrices au cours de la vie ;
les cellules glandulaires, sécrétant le mucus, qui se rassemblent dans une structure appelée glande de Bowman.  »

Cet épithélium compose le message sensoriel olfactif pour le communiquer au système nerveux central. En effet, il capte les messages de nature chimique (dans ce cas là, ce sont les odeurs), les codent, puis les transduit en un message électrique (les potentiels d'action*), que le système nerveux central perçoit.

Quels sont les neurones sensoriels sollicités?

Les chémorécepteurs olfactifs sont pourvus de cils leur permettant de percevoir des stimuli externes. À l'autre extrémité de la cellule, un long axone* permet de transmettre l'information plus loin. Les axones des récepteurs se groupent par 10 à 100 axones pour traverser l'os ethmoïde*, qui a des trous permettant le passage. Les informations passent à des neurones relais nommés cellules mitrales qui vont ensuite transmettre l'information aux glomérules* qui se trouvent dans les bulbes olfactifs. Là, l'intégration de l'information pourra être effectuée.

Comment se déroule le codage neuronal de l'odeur ?

Aussi appelé transduction*, le codage neuronal décrit la façon dont un stimulus reçu peut être transformé en un signal électrique transmissible au système nerveux central.

Le paragraphe suivant est à lire en regardant l'image "Transduction", les informations entre parenthèses s'y rapportent directement.

Les molécules odorantes (O, en rouge) se trouvent dans l'air et sont captées par les protéines de transport (OT, en bleu clair) qui se trouvent dans le mucus. Elles sont acheminées vers un récepteur olfactif transmembranaire (OR, en bleu foncé), qui va activer une protéine G* intracellulaire (G, en vert clair). Sa forme activée (Ga) est libérée et va permettre de commencer la production de messagers chimiques : grâce à l’activation de l’adénylate cyclase* (AC, en jaune, et sa forme activée Aca) et utilisant de l'ATP*, divers messagers vont être synthétisés, notamment de l'AMPc (adénosine monophosphate cyclique). Ce mécanisme entraîne divers évènements qui permettent de modifier la polarité de la membrane, de sorte à déclencher un potentiel d'action. L’état de polarisation de la membrane est modifié par un échange avec l'extérieur de la membrane de ions, dans ce cas précis ce sont les ions Cl^- (en vert fluo), Na⁺ (en rouge) et Ca²⁺ (en jaune) qui passent par divers canaux ioniques. De nombreuses molécules interviennent ici, et elles ont chacune un rôle extrêmement spécifique. Par exemple, l'AMPc permet l'ouverture des canaux ioniques permettant le passage du Ca²⁺.

Quelles sont les pathologies liées au système olfactif humain ?

L'hyperosmie est un trouble de l'olfaction qui se caractérise par une hypersensibilité aux odeurs. Elle est parfois déclenchée par un traumatisme crânien ou dans certains états névrotiques. Elle peut aussi apparaitre de manière momentanée durant la grossesse. Cette exacerbation peut devenir dérangeante quand elle s'accompagne d'un état nauséeux déclenchée par n'importe quelle odeur.

L'anosmie est une perte ou diminution de la capacité à reconnaître les odeurs. Elle provient d'un ou plusieurs traumatismes qui s'excerce entre la plaque cribriforme et les tissus environnents et finissent par rompre les axones définitivement. Elle peut être totale (incapacité à reconnaitre toutes les odeurs) ou partielle (incapacité à reconnaître certaines odeurs). Ce trouble peut être très handicapant et perturber également le sens gustatif. S'il s'avère permanent, les conséquences peuvent devenir graves : cette incapacité peut être responsable de troubles neurologiques, par exemple la dépression ou la perte de la libido.

La cacosmie est un trouble de l'odorat qui modifie la perception des odeurs. On peut qualifier ce trouble d'hallucination olfactive. Les personnes atteintes commencent à aimer des odeurs fétides ou désagréables (alors que normalement ces odeurs doivent nous inspirer du dégoût pour nous éloigner d'une source de saleté qui contient surement des bactéries.

Quel est le fonctionnement de l'odorat chez les autres animaux ?

L'organe voméronasal qui se trouve chez tous les mammifères, mais il a une taille et une importance qui varient selon les espèces. Sa fonction est la détection et la reconnaissance des phéromones. En effet, les phéromones sont des molécules odorantes spéciales et comme elles ont des récepteurs spécifiques, elles peuvent être perçues, même si elles proviennent de très loin ou/et si elles sont en quantités extrêmement faibles. Son utilité chez l'être humain est sujette à de nombreuses discussions. Il y a majoritairement deux opinions scientifiques différentes. Certains se basent sur le fait qu'il s'atrophie fortement durant l'embryogenèse et qu'il ne présente, chez l'adulte, aucune connexion neuronale avec le système nerveux central, ce qui semble être suffisant pour prouver qu'il n'a aucune fonction chez l'humain. D'autres scientifiques pensent que le rôle de l'odorat, et plus particulièrement des phéromones, est beaucoup trop sous-estimé chez les humains. Sa fonctionnalité n'est pas facile à prouver chez l'adulte. Il est avéré que l'organe voméronasal est relié au SNC au stade de foetus et que cette liaison est nécessaire au développement de l'encéphale. Selon certaines études, les phéromones, qui ont une importance cruciales chez d'autres animaux, ont également une importance non négligeables chez l'humain. Elles auraient une influence sur les émotions, sur le choix d'un homme par une femme et sur la la synchronisation des cycles menstruels chez les femmes vivant ensemble. L'oragne voméronasal pourrait jouer un rôle dans les liens unissant un bébé à sa mère. Le baiser pourrait être un moyen de rapprocher les organes voméronasals de deux individus, et donc d'échanger plus facilement des hormones.

Toutes expériences doivent cependant être remises en question pour plusieurs raisons. Premièrement, rien n'indique que l'organe voméronasal a été utilisé dans ces expériences. En effet, il est bien avéré que les phéromones humaines existent, mais comme toutes les molécules odorantes, elles peuvent être détectées par l'épithélium olfactif, bien qu'il ne soit pas spécifique aux phéromones. Deuxièmement, l'action des phéromones dans des phénomènes sociaux est parfois difficile de séparer des autres signaux non-verbaux.

Localisation de l'organe voméronasal : - chez l'humain : image "organe voméronasal_HUMAIN" - chez le chat : image "organe voméronasal_CHAT"

Dans l'eau

Lexique

anosmie = perte ou diminution de l'olfaction.

ATP (ou adénosine triphosphate) = énergie stockée sous forme chimique, utilisable par hydrolyse*.

axone = prolongement fibreux du neurone qui permet de conduire l'influx nerveux.

bulbes olfactifs (BO), aussi appelés lobes olfactifs = parties du cerveau qui traitent les informations olfactives (chez les vertébrés).

cacosmie = trouble de l'odorat, à ne pas confondre avec cacostomie*.

cacostomie = émanation d'une odeur désagréable, qui peut, dans certains cas, signaler une maladie.

chémorécepteur = chimiorécepteur = cellule nerveuse qui reçoit un stimulus chimique et qui transmet cette information au cerveau.

épithélium olfactif = muqueuse qui couvre et protège la surface de la partie supérieure de la cavité nasale.

glomérule = zone du bulbe olfactif qui a une très forte densité de synapse.

hydrolyse = destruction utilisant l'eau et plus précisément les ions H₃O⁺ et OH^- qui sont naturellement contenus dans l'eau.

odeurs = molécules odorantes = substances chimiques volatiles.

os ethmoïde = lame osseuse, perforée de trous, qui sépare les fosses nasales des lobes olfactifs.

sens olfactifs = sens relatifs à l'odorat.

stéréochimie = partie de la chimie qui s'occupe de la disposition tridimensionnelle des atomes, qui peut avoir une influence sur certaines propriétés des molécules.

transduction = transformation du stimulus en une information électriquement transmissible.

Sources

Bibliographie :

CAMPELL Neil et REECE Jane, Biologie, Éditions du Renouveau Pédagogique Inc., 7ème édition, Paris, 2007, pp 1147-1149 et 1175-1177.

Webographie :

http://app-asap.over-blog.com/article-le-nez-organe-de-l-olfaction-40512980.html (consulté le 30 août 2012)
http://valolfacto.centerblog.net/2-LES-POUVOIRS-DE-L-ODORAT (consulté le 30 août 2012)
http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doschim/decouv/parfums/mol_odeur.pdf (consulté le 30 août 2012)
http://lesaromes.free.fr/Pages/perception.htm (consulté le 30 août 2012)
http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89pith%C3%A9lium_olfactif (consulté le 13 septembre 2012)