Joris
Hoofdstuk 1: Olfactief systeem
1. Anatomie en perceptie
De detectie van chemische stoffen in de omgeving is een algemeen en wijdverspreid
concept in het dierenrijk en het lichaam. Het is belangrijk voor de herkenning van
familieleden, reproductieve partners, voeding en gevaar.
Bij kleine zoogdieren is olfactie levensnoodzakelijk. Bij de mens is dit al zeer afgezwakt,
maar heeft wel een vergelijkbare anatomie. De mens heeft een kleinere neus. Retronasaal
ruiken (via de mond bij het uitademen) is bij ons veel belangrijker dan bij andere dieren.
De mens kan discrimineren tussen 10.000 à 100.000 odoranten, soms met zeer hoge
sensitiviteit, vb mercaptanen. Het draagt bij tot een ruimere smaakperceptie. Door het
kauwen komen immers geurstoffen vrij die we retronasaal ruiken.
Odoranten zijn kleine, vluchtige en hydrofobe stoffen. Sommige van deze moleculen zijn
geurloos, vb methaan, CO, …
Anatomie:
− Corticaal (= gelaagd) systeem vanaf 1e synaps
− Projecteert voornamelijk ipsilateraal
− Corticale projecties verlopen niet noodzakelijk via de thalamus
− Oud type cortex
In het dak van de neusholte ligt een neuro-epitheel met de 1e orde neuronen. Van de 1e
orde neuronen worden de mature cellen om de 1-2 maanden vervangen door basale cellen.
De neus zelf zorgt voor bevochtiging, filtratie en verwarming van de lucht.
Het mucus dat het neuro-epitheel bedekt bevat antilichamen en eiwitten die de hydrofobe
odoranten doen oplossen.
Uit het neuro-epitheel vertrekt de fila/n olfactoria (I) die dan verder naar de bulbus olfactorius
(BO) loopt. Hiervoor moeten de axonen van de 1e orde neuronen door kanaaltjes in de
lamina cribrosa. Bij trauma van dit bot worden de axonen doorgesneden en treedt er
anosmie op.
De olfactieve receptorneuronen (ORN’s) of 1e orde neuronen zijn met 20 miljoen. Dit is
enorm veel.
2. Fysiologie: 1e orde olfactieve receptorneuronen (ORN’s)
De transductie gebeurt via een second messenger systeem. De odorant-R is een GPCR. Bij
binding van het odorant wordt AC geactiveerd en wordt cAMP aangemaakt. Dit stimuleert
Ca- en Na-instroom en een depolarisatie.
Ca activeert Cl-kanalen voor Cl-uitstroom. Dit is 1 van de mechanismen voor adaptatie. Ook
op gedragsniveau zal er adaptatie zijn.
Het stopzetten van het signaal kan door het wegdiffuseren van de odoranten of scavenger
enzymes breken de odoranten af of cAMP activeert in de cel cascades die het signaal
stopzetten.
1
, Joris
Figuur 1: Bear, M. F., Paradiso, M. A., & Connors, B. W. (2015). Neuroscience (4de editie). Wolters Kluwer, p
281, Figure 8.10
Het voordeel van een second messenger is dat er amplificatie mogelijk is, maar het gebeurt
vrij traag. Een andere reden voor traagheid van dit sensorieel systeem zijn de dunne
axonen.
De ORN’s bestaan uit een reuze genfamilie van 1.000 genen onderverdeeld in 4
subfamilies. 1 gen staat voor 1 ORN en 1 receptoreiwit. De 4 subfamilies liggen topografisch
georganiseerd in 4 stroken in het neuro-epitheel met 1 subfamilie per strook, maar een
willekeurige verspreiding binnen 1 strook. De mens heeft maar 350 functionele genen. Het
reukvermogen van de mens is dus beperkter en minder gevoelig.
2
, Joris
Wat is de neurale code om verschillende odoranten te detecteren en onderscheiden?
Algemeen wordt er onderscheid gemaakt tussen 2 extreme voor codering van
stimulusparameters:
1) Labeled lines of grootmoedercellen of feature detectors:
De aanwezigheid van een bepaalde stimulus wordt volledig gedragen door de
activiteit van 1 specifiek celtype.
Maar dit is te kwetsbaar. Er zijn te weinig neuronen om zo alles te detecteren en hoe
kunnen we dan nieuwe ervaringen creëren?
2) Populatie- of gedistribueerde codering:
De aanwezigheid van een bepaalde stimulus wordt gedragen door de activiteit van
vele cellen met elk een verschillende selectiviteit. Alle cellen dragen bij tot codering
van alle stimuli.
Vooral op perifeer niveau is dit het geval. Hoe hoger in het ZS we gaan, hoe meer we
naar labeled lines gaan.
Er is geen absolute specificiteit binnen 1 cel, maar gedeeltelijke specificiteit. Iedere cel heeft
een optimum stimulus of stimuluswaarde waarbij het aantal AP maximaal is. Verschillende
cellen verschillen in hun optimum. Odoranten stimuleren verschillende ORN’s en zorgen zo
voor een specifiek patroon van activatie.
Sommige geuren bestaan uit veel verschillende aspecten, anderen zijn heel éénzijdig.
Om samen te vatten:
− Odoranten activeren veel verschillende ORN’s.
− Elke ORN wordt geactiveerd door een verschillend patroon van odoranten. Sommige
ORN’s binden veel verschillende odoranten, anderen maar 1 of 2.
Hoe komt deze selectiviteit tot stand?
Iedere odorant bevat een aantal epitopen: odotopen. Via deze odotopen bindt de odorant
met de ORN. 1 odotoop kan met verschillende ORN’s binden hoewel de affiniteit kan
variëren. Het patroon van de geactiveerde ORN’s is wel specifiek voor iedere odorant.
3. Fysiologie: 2e orde bulbus olfactorius( BO)
Hier maken de ORN’s synaps met de 2e orde neuronen in de glomeruli. De glomeruli
bestaan dus uit kluwens van axonen en dendrieten zonder kern.
3
, Joris
Iedere ORN projecteert maar naar 1 of 2 glomeruli. Alle ORN’s die hetzelfde receptoreiwit tot
expressie brengen, projecteren naar dezelfde glomerulus. Er is dus een topografisch
verband met het neuroepitheel.
3.1 2e orde neuronen
De 2e orde neuronen worden ook de mijter en pluimcellen genoemd (mitral/tufted cells;
M/T). Dit zijn projectiecellen. Er bevinden zich 100 per glomerulus. Ze hebben 2 uitlopers:
1) Primaire/apicale dendrieten:
Langer en maken contact met de ORN’s in 1 of 2 glomerulus. Hierdoor lijkt de
selectiviteit van de M/T-cel sterk op die van de ORN. De selectiviteit is ook
afhankelijk van hoe de cellen onderling verbonden zijn.
2) Secundaire/basale dendrieten:
Korter, zijdelings gericht en dieper in de BO.
Ondanks het beperkt aantal klassen ORN’s/MT-cellen en de brede tuning is er toch een
hoge specificiteit voor het odorant door combinatoriek.
Tuning wijst op het feit dat een cel op veel verschillende odoranten reageert met een
optimum dat voor iedere cel verschilt. Brede tuning wilt zeggen dat de cel op veel odoranten
reageert.
De AP komen voor in patronen/groepjes. Deze heeft 2 verklaringen:
1) Bij inademing worden de odoranten ingeademd. Dan krijg je AP omdat dan de
odoranten binden.
2) De ademhaling wordt vanuit het CZS aangestuurd. De BO krijgt ook deze signalen
toegestuurd.
3.2 Laterale inhibitie
Om het effect van inhibitie na te gaan moet de respons van M/T-cellen bij een batterij van
odoranten. Deze batterij is niet willekeurig gekozen, maar hebben systematische
structuurvariaties.
Dit kenmerk wordt bepaald door korrelcellen (granule cells):
− Interneuronen:
Deze lokale cellen beïnvloeden lokaal cellen, maar projecteren niet verder.
− GABA-erg (inhibitorische)
− Amacrien:
Deze hebben geen axonen, maar maken via hun dendrieten synaps.
De synaps tussen de M/T-cellen en de amacriene cellen heet de reciproke
dendrodendritische synaps. Hij is bidirectioneel:
− Van korrelcel: Inhibitorisch
− Van M/T-cel: Excitatorisch
4
