UE : PHYSIOLOGIE ET PHYSIOPATHOLOGIE SENSORIELLE (Module AUDITION) 10 janvier 2013 Les 3 sujets sont notés sur le même nombre de points Sujet 1: Homéostasie ionique de la cochlée et potentiel endocochléaire Les claudines sont des protéines constitutives des jonctions intercellulaires serrées (tight junctions). Les cellules basales de la strie vasculaire synthétisent la claudine 11. L inactivation du gène de la claudine 11 par recombinaison homologue chez la souris entraîne une surdité. Chez les souris mutantes, les seuils d audition mesurés par enregistrement des potentiels évoqués auditifs (PEA) à la suite d une stimulation par des sons purs de fréquence 8 khz, 16 khz, 32 khz et 40 khz, sont augmentés d environ 50 db. Des chercheurs ont mesuré le potentiel endocochléaire de ces souris et ont trouvé une valeur voisine de +30 mv. La mesure de la concentration endolymphatique des ions K + a montré une valeur proche de 150 mm. L analyse histologique de l organe de Corti n a révélé aucune anomalie. 1) Définir en une phrase le potentiel endocochléaire. Quelle est sa valeur normale chez la souris? Quel rôle joue-t-il dans le fonctionnement des cellules sensorielles auditives? 2) Par quelle technique mesure-t-on la valeur du potentiel endocochléaire chez la souris? Peut-on coupler à cette mesure celle de la concentration endolymphatique des ions K +, et si oui, par quelle technique? 3) Les valeurs du potentiel endocochléaire et de la concentration endolymphatique des ions K + trouvées chez les souris mutantes sont-elles normales? Quelle est selon vous l'hypothèse physiopathologique la plus vraisemblable pour expliquer ces valeurs? Quelles explorations morphologiques et fonctionnelles portant sur la strie vasculaire peut-on faire pour confirmer cette hypothèse? 4) Comment expliquez-vous la surdité de ces souris? Chez d autres souris mutantes, déficientes pour le transporteur NKCC1 (Na + / K + / 2Cl - ), l analyse histologique de la cochlée a révélé une position anormale de la membrane de Reissner qui est plaquée contre l organe de Corti, indiquant un collapsus de l espace endolymphatique. A) En vous appuyant sur le rôle du transporteur NKCC1 dans la strie vasculaire, comment expliquez-vous cette réduction du volume de l'endolymphe? B) Si on était capable (malgré le faible volume d'endolymphe) de mesurer le potentiel endocochléaire chez ces souris, trouverait-on une valeur anormale? Pourquoi? C) Ces souris sont-elles sourdes (justifier la réponse)?
Sujet 2 : Cellules ciliées internes et externes. Codage de la fréquence d un son 1) Les cellules ciliées internes (CCI) et les cellules ciliées externes (CCE) de la cochlée jouentelles le même rôle dans le traitement du son? Sinon, quels sont, du point de vue physiologique, leurs rôles respectifs? 2) Quelle est la principale différence entre ces deux types de cellules concernant la position de leur touffe ciliaire par rapport à la membrane tectoriale, et quelle en est la conséquence sur la proportion des canaux de la transduction mécano-électrique qui sont ouverts au repos? En vous appuyant sur les positions au repos de la touffe ciliaire des CCE et CCI sur leurs courbes de transfert mécano-électrique respectives ("point opérateur"), expliquez en quoi la variation périodique du potentiel de membrane Vm en réponse à un son pur de 500 Hz diffère entre les deux types de cellules (à l'emplacement tonotopique de la cochlée correspondant à cette fréquence). Pour chaque type de cellule, vous représenterez sur un schéma l'oscillation de Vm autour de sa valeur au repos (à indiquer sur le schéma), en fonction du temps. Cette différence entre CCE et CCI vous semble-t-elle adaptée à leurs rôles respectifs (justifier la réponse)? 3) Compte-tenu des propriétés électriques de la membrane plasmique, expliquez en quoi, dans la cochlée humaine, la réponse du Vm à un son pur de 500 Hz d'une CCI accordée (au sens tonotopique) à cette fréquence diffèrera de la réponse à un son pur de 8 khz (8000 Hz) d'une autre CCI, accordée à cette autre fréquence (on considère ici des sons continus, d intensité constante 20 db SPL). On représentera sur un nouveau schéma la variation de Vm en fonction du temps pour la CCI stimulée par le son de 8 khz. Quelle est la conséquence prévisible de cette différence sur la libération du neurotransmetteur synaptique au pôle basal de ces cellules? Qu en concluez-vous sur les parts respectives des codages tonotopique et temporel de la fréquence (notions que vous définirez) pour chacun de ces deux sons? 4) Les 3 courbes suivantes représentent les réponses enregistrées, chez un cochon d'inde, dans une fibre nerveuse afférente unique (nombre de PA/seconde) lors d'une stimulation par un son pur d'intensité donnée (45, 65, ou 95 db SPL), en fonction de la fréquence de ce son (en Hz). a) Quelle est la fréquence caractéristique de la fibre dont on a enregistré l'activité électrique (justifier la réponse)? b) Quelle est la différence principale entre ces courbes? Que traduit cette différence en termes de sélectivité fréquentielle (accord en fréquence) de la réponse électrique de cette fibre? c) A quelle propriété caractéristique de la réponse mécanique de l'organe de Corti à un son pur cette différence peut-elle être attribuée? A quel type de cellules ciliées est due cette propriété (justifier la réponse)? d) Vous remarquez que les courbes sont toutes plus "pentues" du côté des hautes fréquences que du côté des basses fréquences. En vous appuyant sur les propriétés mécaniques de l'onde propagée le long de la membrane basilaire stimulée par un son pur, expliquez pourquoi.
5) Que peut-on déduire du type de courbes précédentes quant à la précision du codage tonotopique des sons de 500 Hz et 8 khz envisagés à la question 3), si leur intensité passe de 20 db à 95 db SPL? Quelle en est la conséquence perceptive prévisible pour le son de 8 khz?
Sujet 3 : Fonctionnement des cellules ciliées externes 1) La capacité électrique (Cm = dq/dvm) de la membrane des cellules ciliées externes est souvent qualifiée de "non-linéaire". Pour quelle raison? A quelle protéine membranaire est due cette caractéristique? A quelle famille de protéines appartient-elle? 2) A quelle propriété physiologique de ces cellules est associée cette spécificité électrique? Quel dispositif expérimental sur une cellule ciliée externe isolée permet de mettre en évidence la corrélation entre cette spécificité électrique et la propriété en question? 3) Les effets de l'anion salicylate (Sal - ) et de l'anion Cl - sur la capacité électrique ont été comparés sur un fragment de membrane de cellule ciliée externe (patch excisé en configuration "inside-out") maintenu à un potentiel de membrane de 70 mv. Le résultat de l'expérience apparaît sur la trace ci-dessous, qui représente l'évolution de la composante "non-linéaire" de la capacité (C non-lin ) en fonction du temps, lorsque le patch est perfusé du côté cytoplasmique par un liquide ne contenant ni Cl - ni salicylate, puis lors de l'application de salicylate (150 mm) ou de Cl - (150 mm), la force ionique du liquide de perfusion étant identique dans tous les cas. e expérience sur des patchs excisés en co Dans une autre expérience sur des patchs excisés en configuration "inside-out", on a déterminé la relation entre le mouvement de charges maximal Q max (correspondant à une variation maximale de Vm entre -150 mv et +50 mv) et la concentration de Cl - dans le liquide de perfusion, en l'absence ou en présence de salicylate (0,5 mm). Les deux courbes obtenues figurent ci-dessous, dans lesquelles Q max est indiquée en valeur normalisée, et la concentration de Cl - est en échelle logarithmique. Comment interprétez-vous l'effet du salicylate dans cette expérience (justifier la réponse)?
4) En supposant que dans les conditions physiologiques, les ions Cl - intracellulaires véhiculent l'essentiel du mouvement de charges "non-linéaire" dans l'épaisseur de la membrane plasmique des cellules ciliées externes, et que la concentration intracellulaire de cet ion est d'environ 10 mm, schématiser les courbes de la capacité électrique Cm en fonction du potentiel de membrane Vm en l'absence et en présence de salicylate 10 mm, pour une cellule ciliée externe dont la surface est 2.10-3 mm 2 et le potentiel de repos - 40 mv. On rappelle que la bicouche lipidique de la membrane plasmique a une capacité spécifique de 10 4 pf/mm 2. 5) Quelle est selon vous la conséquence de l'administration d une forte dose d'aspirine (acide acétylsalicylique) sur l'audition? Et sur les otoémissions acoustiques (à définir en une phrase, en précisant l'emplacement du système auditif où elles sont habituellement enregistrées)? Comment expliquez-vous ces effets de l'aspirine? Sont-ils réversibles à l'arrêt du traitement?