Anatomie et physiologie du vestibule...20-021-A-10 Anatomie et physiologie du vestibule différents aspects anatomiques et l’intégration fonctionnelle des informations vestibulaires,

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Anatomie et p

C. Chabbert

La présente revue ambitionne de fduire ici les différentes présentatide médecine ou sur divers sites Inet moléculaire, en explorant le fontenterons de décrire les principes

l’information sensorielle vestibulaioriginales qu’il a été nécessaire de ddes organes vestibulaires. Cette dénouvelles questions et projets d’étu© 2015 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.

Mots-clés : Vestibule ; Transduction

Plan

■ Vestibule : organe complexe aux multiples fonctions 1■ Cellules ciliées vestibulaires et transduction mécanoélectrique 2

Processus de transduction mécanoélectrique 2Encodage et transmission de l’information vestibulaire 3

■ Endolymphe comme moteur électrochimiquede la transduction mécanoélectrique et notion de flux
endolymphatique 4Composition originale de l’endolymphe vestibulaire 4Flux endolymphatique : mythe ou réalité ? 5
■ Otoconies, membrane otoconiale et notion de masse inertielle 5Notion de masses inertielles 5Métabolisme des otoconies 5

■ Synapses afférentes et efférentes 6Zone de transfert et de codage 6Zone de contrôle 6Zone de plasticité 7Zone de fragilité 7

■ Conclusion 7

� Vestibule : organe complexeaux multiples fonctions

Le vestibule est une merveille d’évolution et de miniaturisa-tion qui rassemble dans le volume d’une noisette, un détecteurtridimensionnel d’une extrême sensibilité et un amplificateur dehaute fidélité capables d’informer le cerveau en temps réel, sur lesmoindres accélérations auxquelles notre tête est soumise. Pouratteindre un tel degré de précision et d’efficacité, l’oreille s’estdotée au cours de l’évolution, de systèmes extrêmement perfec-tionnés, mettant en jeu des mécanismes moléculaires hautement

EMC - Oto-rhino-laryngologie

Volume 0 > n◦0 > xxx 2015http://dx.doi.org/10.1016/S0246-0351(15)58501-2

iologie du vestibule

oint sur la physiologie du vestibule. L’idée n’est pas de repro- disponibles dans de nombreux ouvrages de physiologie ouais plutôt d’apporter un regard différent, plus mécanistiqueent du vestibule « de l’intérieur ». Par cette approche, nous

physiques qui gouvernent les processus de mise en place de présenterons également plusieurs approches technologiqueser pour appréhender les caractéristiques morphofonctionnelles

pour objectif de susciter l’intérêt, mais aussi de promouvoir de fonctionnement de cet organe original qui ne cesse d’étonner.

lectrique ; Otoconies ; Endolymphe ; Synapses en ruban

spécialisés (canaux ioniques membranaires à activation méca-nique, par le voltage ou par des ligands, rubans synaptiques), desadaptations biologiques sans équivalent (masses inertielles desmacules, synapses en calice) et utilisant des échanges ioniquesentre plusieurs compartiments distincts (endolymphe, milieuintracellulaire, périlymphe). Différentes zones effectrices (zonesmécanoréceptrices, zones sécrétoires, zone de neurotransmission)contribuent de concert au fonctionnement de cette machinerieunique dans le système nerveux [1]. Des systèmes de rétrocontrôle
nerveux (fibres efférentes cholinergiques en provenance du tronc
cérébral), mais également endocrines (expression au niveau duvestibule de récepteurs à l’adrénaline, l’histamine, la sérotonine,aux estrogènes), ont également été développés afin d’assurer un

réglage fin du fonctionnement du vestibule en fonction de la

nature de notre interaction avec l’environnement.

Au-delà d’une machine ultraperfectionnée, capable de repro-

duire à l’infini et de manière contrôlée la séquence des

événements unitaires qui supportent le principe de transduc-

tion mécanoélectrique, le vestibule dispose de propriétés moins

connues, mais tout aussi surprenantes, telles qu’une forte pro-

pension à la plasticité. Cette propriété lui permet d’adapter à la

demande, ses capacités de neurotransmission, mais également

sous certaines conditions, de réparer spontanément son réseau

neuronal endommagé. De manière étonnante, ces propriétés plas-

tiques, souvent limitées à la période développementale dans

beaucoup de tissus, sont préservées dans le vestibule des mam-

mifères adultes [2]. Le vestibule joue enfin un rôle de senseur de

notre interaction avec l’environnement et assure en permanence,

via la voie vestibulohypothamique, un contrôle neuroendocrine

sur divers paramètres biologiques, tels que le rythme cardiaque,

la température corporelle, ou encore le métabolisme osseux [3, 4]. Il

n’est donc pas étonnant qu’un dispositif aussi précieux, impliquéà la fois dans le maintien de la posture et de la locomotion, dans

l’orientation du corps dans l’espace comme dans la perception

corporelle, soit protégé dans un « coffre-fort » osseux extrêmement

résistant, l’os temporal. Pour de plus amples informations sur les

1

dx.doi.org/10.1016/S0246-0351(15)58501-2

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0-021-A-10 � Anatomie et physiologie du vestibule

ifférents aspects anatomiques et l’intégration fonctionnelle desnformations vestibulaires, le lecteur est invité à se référer auxxcellentes revues récemment publiées sur ce thème [5–7].

Cellules ciliées vestibulairest transduction mécanoélectriqueLa cellule ciliée est l’élément de base de la transduction méca-

oélectrique. C’est elle qui va assurer la détection des moindreséplacements de la tête, leur encodage en informations bioélec-riques et la transmission de l’information sensorielle vers lesentres supérieurs via le nerf vestibulaire. Les cellules ciliées sontrésentes chez tous les vertébrés, depuis les poissons jusqu’aux
ammifères. Leur forme et leur fonction de mécanotransduc-
ion ne varient globalement que très peu sur toute l’échelle desertébrés. Chez l’homme, 134 000 cellules ciliées sont disposéese manière bilatérale, en cinq épithélia sensoriels qui assurenthacun des fonctions de détections complémentaires. Les crêtesmpullaires détectent les accélérations angulaires, tandis que lesacules détectent les accélérations linéaires. La disposition et

’orientation de chaque cellule ciliée sur les différents épithéliaensoriels ne sont pas aléatoires. Elles répondent au contraire à unrogramme morphogénétique précis de développement qui com-ence à être déchiffré depuis quelques années [8]. Chaque cellule

iliée est séparée de ses congénères par des cellules de soutien donta fonction dépasse largement le simple rôle de stabilisation et’organisation de l’épithélium. Ces dernières présentent en effet

leur surface de petites microvillosités parfaitement ordonnéesFig. 1) qui pourraient contribuer à la régulation de la composi-ion ionique de l’endolymphe. Dans leur partie basolatérale, lesellules de soutien expriment des protéines membranaires impli-uées dans le recyclage du glutamate de la zone synaptique [9].lles pourraient également avoir un rôle essentiel dans la stabilisa-ion et le maintien des connexions synaptiques avec les neuronesu ganglion de Scarpa, via la libération de neurotrophines [10].ans leur partie apicale, les cellules ciliées sont équipées d’uneéritable antenne de réception des stimuli mécaniques : la touffeiliaire (Fig. 1). Composée de 20 à 300 stéréocils selon les espèces,lle est capable, grâce à sa structure sur pivots, de ressentir lesoindres mouvements et accélérations de la tête et d’enclencher

ne cascade d’événements qui vont conduire à un changement de

àCcpdl

P

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A

igure 1. La touffe ciliaire: une merveille d’évolution au service de la transduction. Photo microscopie électronique à balayage de la surface d’un utricule de crapaud

aille sont particulièrement visibles sur cette photo. Noter également le rétrécissemene la touffe ciliaire). De petites microvillosités parfaitement alignées sont visibles en

. Représentation schématique du processus d’adaptation au mouvement de la touflus grands, provoque l’extension des liens apicaux (5) et l’ouverture des canaux de

ocalement le glissement des molécules de myosine (3) sur les filaments d’actine (4anaux membranaires au sein de la membrane plasmique, un relâchement des liendapté de [12].

’état électrique de la cellule ciliée. Les stéréocils sont regroupés de

anière hexagonale. Ils varient progressivement en longueur sur

a surface de la cellule. Ils sont composés d’un squelette d’actine.

n seul vrai cil, le kinocil, possédant une armature de microtu-

ule, est érigé à l’extrémité la plus haute de la touffe ciliaire. Il joue

n rôle d’ancrage de la touffe ciliaire à la membrane otoconiale.

e fins filaments d’actine disposés le long de chaque stéréocil per-

ettent de les maintenir en position verticale et de préserver une

istance d’environ 10 nm avec les stéréocils voisins. Ce dispositif

ermet de rigidifier la touffe ciliaire et de la rendre plus récep-

ive aux déplacements. De manière remarquable, les stéréocils ne

ont pas uniformes (Fig. 1). Leur largeur varie selon les espèces,

e 100 à 900 nm à leur apex à quelques dizaines de nanomètres à

eur base. Ce rétrécissement joue un rôle de pivot autour duquel

haque stéréocil peut bouger librement [1]. Les stéréocils, grâce

leur squelette d’actine, sont ancrés dans la plaque cuticulaire.

e socle protéique disposé dans la partie la plus haute du corps

ellulaire et composé de filaments d’actine, de myosine et de tro-

omyosine forme les fondations de cet édifice. Son organisation

e type musculaire pourrait permettre, selon le besoin, d’adapter

a rigidité ou la position de la touffe ciliaire [11].

rocessus de transduction mécanoélectrique

Le processus de transduction mécanoélectrique est initié par laise en mouvement de la touffe ciliaire [13]. Le glissement des sté-

éocils adjacents les uns par rapport aux autres exerce une traction

ur de fins filaments protéiques, les liens apicaux, situés à l’apex

e chaque stéréocil et reliés directement à des canaux ioniques

embranaires mécanosensibles : les canaux de transduction [14].L’ouverture de ces canaux ioniques à perméabilité non sélec-

ive permet l’entrée massive dans le cytoplasme de la celluleiliée d’ions potassium (K+) et calcium (Ca2+) en provenance

e l’endolymphe qui baigne la partie apicale des cellules ciliées

Fig. 2). Il est à noter qu’une partie des canaux de transduc-

ion (estimée à 15 %) reste ouverte au repos [1]. Ainsi, même en

’absence de mouvement, les cellules vestibulaires entretiennent

ne activité de repos qui maintient une décharge électrique de

ase dans le nerf vestibulaire. L’existence de cette activité de

epos est importante si l’on considère que le basculement de la

ouffe ciliaire vers les cils les plus grands (appelé sens positif)

rovoque l’ouverture de la totalité des canaux de transduction,

1

2

3

4

5

6

B

mécano-électrique. buffle. La cohésion des stéréocils et leur disposition en fonction de leurt en biseau à la base des stéréocils et le bulbe du kinocil (en haut à droitesurface des cellules de soutien. Échelle 2 �m.fe ciliaire. Le déplacement de la touffe ciliaire (1) vers les stéréocils (6) lestransduction (2). L’entrée de calcium au travers de ces canaux déclenche) qui forment le squelette des stéréocils. Il s’ensuit un déplacement dess apicaux et une refermeture automatique des canaux de transduction.


Anatomie et physiologie du vestibule � 20-021-A-10

Mouvement de la cupule ou des otoconies

K+K+ K+

+

Figure 2. Schéma illustrant le principe detransduction mécano-électrique. L’ouverture descanaux de transduction à perméabilité non sélec-tive permet l’entrée massive dans le cytoplasmede la cellule ciliée d’ions K+ et Ca2+ en provenance

millivolts

-100

-60

-20

millivolts

-100

-60

-20Voltage cellulaire

Décharge neurone primaire

Endolymphe

Périlymphe

Excitation Repos

K+ K+

KK+

Ca2+

tandis qu’un basculement dans le sens opposé (sens négatif) pro-voque la fermeture de ces canaux (Fig. 2). Selon la directionde l’accélération recue par la tête, l’activité de repos des cel-lules ciliées sera ainsi modulée dans le sens d’une excitationou d’une inhibition. L’arrangement varié des cellules ciliées surl’épithélium sensoriel permet ainsi à tout moment et, quelle quesoit l’orientation du mouvement de la tête, de détecter, encoderet transmettre une information sensorielle aux centres supérieurs.

Afin de pouvoir répondre à des stimulations mécaniques répé-tées et rapprochées dans le temps, la touffe ciliaire dispose d’unmécanisme original dit « d’adaptation ». Ce phénomène assure larefermeture automatique des canaux de transduction à l’imaged’une porte équipée d’un groom [12]. Ce mécanisme d’adaptation
est basé sur l’interaction de molécules de myosine présentes àl’intérieur de chaque stéréocil [15] et sur lesquelles sont amarrées lesprotéines membranaires constituant les canaux de transduction.L’ensemble est rattaché aux filaments d’actine qui forment le sque-lette des stéréocils (Fig. 1). L’entrée de Ca2+ depuis l’endolymphepermet localement le glissement des molécules de myosine le longdes filaments d’actine. Cette opération entraîne le glissement descanaux de transduction le long des stéréocils et leur reposition-nement en position fermée après relâchement de la traction surles liens apicaux. Ce phénomène d’adaptation est crucial pourréinitialiser la micromécanique de la touffe ciliaire en vue desstimulations suivantes.
Encodage et transmission de l’informationvestibulaire

L’encodage de l’information sensorielle vestibulaire consiste àconserver lors du processus de transduction mécanoélectrique, lesdifférents paramètres des déplacements de la tête (vitesse, ampli-tude, durée). Cette opération est cruciale afin de discriminer entreles différents types d’accélérations recus. La mise en forme del’information sensorielle débute évidemment à l’apex de la cellulesensorielle, au niveau de la touffe ciliaire, où amplitude et duréedu déplacement déterminent le degré d’ouverture des canaux detransduction, la quantité d’influx de K+ et, par conséquent, ledegré de dépolarisation de la cellule ciliée. L’encodage se pour-suit ensuite dans la partie basolatérale de la cellule sensorielle où


millivolts

-100

-60

-20

Inhibition

de l’endolymphe qui baigne la partie apicale descellules ciliées. Le déplacement de la touffe ciliairevers les cils les plus grands (gauche) provoquel’ouverture de la totalité des canaux de transduc-tion, une entrée massive de K+ dans la cellule,une augmentation de voltage de la cellule ciliéeet une activation de la décharge des neuronesprimaires. Une partie des canaux de transductionouverte au repos (centre) assure une activité dedécharge de repos dans les neurones primaires.Un basculement de la touffe ciliaire vers les cils lesplus petits (droite) provoque la fermeture de cescanaux. Selon la direction de l’accélération recuepar la tête, l’activité de repos des cellules ciliéesest ainsi modulée dans le sens d’une excitation ouune inhibition.

sont exprimés différents types de canaux ioniques membranairesactivés par le voltage. Le flux d’ions K+ entrés via la touffe ciliaireenvahit progressivement tout le corps cellulaire de la cellule sen-sorielle, provoquant un changement de son état électrique. Selonle degré de dépolarisation, il s’en suit une ouverture de canauxcalciques membranaires activés par le voltage (type L sensiblesaux dihydropyridines). L’influx d’ions Ca2+, déterminé par le gra-dient électrochimique local, participe ensuite à la mobilisationdes vésicules synaptiques et au relargage du glutamate dans lafente synaptique. Cette étape est déterminante pour le transfertde l’information sensorielle vers les fibres nerveuses afférentesdes neurones vestibulaires primaires (neurones du ganglion deScarpa). Le glutamate libéré par chaque vésicule présynaptique se
fixe alors sur les récepteurs spécifiques du glutamate exprimés sur
la membrane des terminaisons nerveuses afférentes. La fixation du

glutamate sur ses récepteurs spécifiques provoque un changement

de conformation de ces protéines canaux et permet l’entrée mas-

sive de sodium ou de calcium selon le type de récepteur considéré

(récepteurs alpha-3-amino-OH-5-méthyl-4-isoxazole propionique

[AMPA] et N-méthyl-D-aspartate [NMDA] respectivement) dans la

terminaison nerveuse afférente [16–19].C’est principalement l’influx de Na+ au travers des récepteurs

AMPA qui est à l’origine des changements transitoires et locaux

du potentiel de membrane appelés potentiels postsynaptiques

excitateurs (PPSE). Après cheminement et sommation au niveau

du premier demi-nœud de Ranvier, ces PPSE vont contribuer au

déclenchement d’un potentiel d’action qui cheminera ensuite

le long du nerf vestibulaire vers le tronc cérébral. Il est à noter

que les cellules ciliées disposent d’un système original de libé-

ration de glutamate, que l’on ne retrouve que dans les cellules

sensorielles (y compris les photorécepteurs). Ces systèmes appelés

« rubans présynaptiques » agissent comme des tapis roulants per-

mettant d’approvisionner en continu les synapses vestibulaires

et de maintenir un rythme de libération rapide et soutenu du

neurotransmetteur [20, 21].Afin de ne pas obstruer les récepteurs du glutamate et bloquer le

processus de neurotransmission, le glutamate se décroche ensuite

rapidement des récepteurs et est évacué de la « zone active » grâce

à l’action de transporteurs du glutamate. Ces protéines membra-

naires exprimées sur la membrane des cellules de soutien fixent

le glutamate et le transbordent vers leur cytoplasme. Là, il est

3

2

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ransformé en glutamine, puis exporté à nouveau vers la celluleiliée. Cette opération constitue ce que l’on appelle le « cycle dulutamate ». Dans le cas particulier des synapses en calice, où laerminaison nerveuse s’étale sur la totalité de la membrane baso-atérale de la cellule ciliée, l’action des transporteurs du glutamatees cellules de soutien ne peut s’effectuer. Dans ce cas précis,’autres types de transporteurs du glutamate (EAAT4 et EAAT5)xprimés à la fois en pré- et postsynapse assurent la recapture dulutamate directement par la cellule ciliée, ou encore son évacua-ion vers la terminaison nerveuse [9].

En parallèle du processus de neurotransmission, la dépolarisa-ion initiée par l’influx de K+ en provenance de l’endolymphective des canaux K+ membranaires sensibles au voltage [22]. Enaison du gradient électrochimique local, leur ouverture provoquene sortie massive de K+ depuis le cytoplasme de la cellule ciliée
ers la périlymphe qui l’entoure. Cette fuite de charges électriquesositives provoque une hyperpolarisation progressive de la celluleiliée et un retour à son potentiel de repos (de l’ordre de −80 mV
−90 mV selon le type cellulaire). La cellule est alors prête pouréagir à la prochaine accélération.

Endolymphe comme moteurlectrochimique de la transductionécanoélectrique et notion

e flux endolymphatiqueL’endolymphe baigne la touffe ciliaire des cellules sensorielles.e par sa composition ionique particulière (riche en K+ 140 mM),

lle constitue le moteur électrochimique de la transduction méca-oélectrique. Comme dans l’ensemble du corps, les mouvements

oniques à ce niveau sont gouvernés par la combinaison d’unradient électrique et d’un gradient chimique. Le gradient élec-rique repose sur le principe que deux charges électriques de signespposés s’attirent, tandis que deux charges de mêmes signes seepoussent. Le cytoplasme de la cellule ciliée étant chargé négati-ement (potentiel intracellulaire de l’ordre de –80 mV), les cationsitués à l’extérieur de la cellule (dans l’endolymphe comme dansa périlymphe) auront ainsi tendance à entrer dans la cellule, sin canal ionique membranaire, assez large pour les laisser passer,

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AP

igure 3. Métabolisme et dynamique de l’endolymphe.. Photographie en microscopie optique d’un vestibule isolé de tortue pseudemyirculaires emplis d’endolymphe sont bien visibles sur la photographie. À cause d’endolymphe lors d’un mouvement de la tête sont très limités.. Schéma illustrant le « cycle du K+ » au niveau d’une crête ampullaire. Le K+ sécepuis l’endolymphe vers la périlymphe au travers des cellules ciliées (CC). CS : cellu

’ouvre. Le gradient chimique est basé sur le principe de diffusion

’un composé. Ce principe implique qu’un ion tend à diffuser

’une zone où il est très concentré, vers une zone où il l’est moins.

es ions K+ très concentrés dans le cytoplasme de la cellule auront

endance à sortir vers la périlymphe où ils sont bien moins repré-

entés (5 mM), si tant est qu’ils en aient là encore, la possibilité. Au

iveau des différentes zones du vestibule, l’association et quelques

ois l’opposition de ces deux gradients régit les échanges ioniques

ntre l’endolymphe et le cytoplasme, et entre le cytoplasme et la

érilymphe (Fig. 2).

omposition originale de l’endolymphe

estibulaire
La composition originale de l’endolymphe vestibulaire est le
ésultat d’échanges ioniques qui s’exercent en différentes zonesu vestibule [23]. Des études utilisant des électrodes à sélectivités

oniques ont permis de démontrer qu’une sécrétion massive de+ s’effectue au travers de canaux potassiques (KCNQ1/KCNE1)

xprimés par les cellules sombres qui bordent les crêtes ampul-

aires et l’utricule (Fig. 3). La dérégulation pharmacologique de

ette sécrétion ou encore l’altération du fonctionnement de ces

anaux (cas des syndromes de Jervell et Lange-Nielsen et du QT

ourt) à la suite de mutations génétiques est susceptible de per-

urber considérablement les échanges de K+ dans l’endolymphe,

vec la conséquence dans certains cas de provoquer des désordres

estibulaires importants [24–27].L’expulsion de ce même K+ du compartiment endolympha-

ique vers la périlymphe via les cellules ciliées contribue au cycle

u K+ dans le vestibule (Fig. 3) [26]. Les cellules épithéliales qui

orment la paroi du labyrinthe membraneux sont également une

one d’échange ionique importante. Des entrées de Cl–, ainsi

ue des sorties de Ca2+ et de Na+ s’effectuent à ce niveau. De

ême, des entrées de K+ et de Na+ s’effectuent au travers des

ellules transitionnelles qui bordent les épithélia sensoriels [23].

ontrairement aux autres épithélia sensoriels vestibulaires, le sac-

ule ne possède pas de cellules sombres. Le K+, indispensable à la

ransduction mécanoélectrique à ce niveau, est en majeure partie

cheminé depuis l’endolymphe cochléaire via l’aqueduc cochléo-estibulaire. En conditions normales, le saccule bénéficie ainsi du+ sécrété dans l’endolymphe au travers de la strie vasculaire [26].

K+

K+

K+

CS

CC

CT

Cellules sombres

KCNQ1/KCNE1

CupuleEndolymphe

érilymphe

Cellules épithéliales

B

s scripta adulte. Les crêtes ampullaires et une partie des canaux semi-e l’élasticité du vestibule membraneux, les mouvements liquidiens de

rété par les cellules sombres via les canaux KCNQ1/KCNE1 est expulséles de soutien ; CT : cellules transitionnelles.


Flux endolymphatique : mythe ou réalité ?On a longtemps pensé que la sécrétion ionique au niveau

de la strie vasculaire s’accompagnait de la génération d’un cou-rant liquidien ou « flux longitudinal », prenant naissance dansla cochlée et se propageant vers le sac endolymphatique, aprèscirculation dans les différents compartiments du vestibule. Derécents travaux réalisés par l’équipe d’Alec Salt de l’Universitéde Washington à Saint Louis (États-Unis) viennent d’infirmerce postulat. En injectant au moyen de micropipettes de verredes marqueurs chimiques à différents niveaux du comparti-ment endolymphatique et en utilisant des électrodes à sélectivitéionique, cette équipe a pu suivre les déplacements de cesmolécules au cours du temps selon leur zone d’injection [28, 29]

(voir aussi http://oto2.wustl.edu/cochlea/res1.htm). Leurs résul-tats démontrent clairement que les déplacements de liquide dansl’endolymphe sont infimes, voire inexistants. En absence de fluxendolymphatique, la répartition ionique de l’endolymphe estdonc régie d’une part par la simple loi de diffusion des molécules
en milieux liquidiens, et d’autre part par les échanges ioniques quis’exercent à différents endroits du vestibule. Ces travaux sont par-ticulièrement précieux pour appréhender la cinétique de diffusiondes composés administrés par voie générale ou de manière locale,et pour relier leurs effets thérapeutiques à leur action effective surles organes concernés.
Étant donné que les mouvements liquidiens de l’endolymphesont limités, ou pour le moins extrêmement lents, on peut sedemander comment s’effectue le déplacement des touffes ciliairesau cours d’un mouvement de la tête. Ce point est illustré dans leparagraphe suivant.

� Otoconies, membrane otoconialeet notion de masse inertielleNotion de masses inertielles

Contrairement à l’anémone de mer dont les tentacules sontmis en mouvement par les flux et reflux de la mer, les touffesciliaires des cellules sensorielles vestibulaires ne sont pratique-ment pas sensibles aux mouvements liquidiens de l’endolymphe.Ceci pour la simple raison que ces mouvements sont extrême-ment limités, même lors de mouvements violents de la tête.Pour transmettre efficacement les mouvements de la tête auxtouffes ciliaires, le vestibule s’est doté de masses inertielles quiamplifient le mouvement subi. Leur déplacement provoque le

A

O

Mo

G

Figure 4. Les otoconies et leur métabolisme.A. Photo microscopie électronique à balayage d’otoconies de cochon d’inde. ÉchelB. Représentation schématique du microenvironnement nécessaire à la formation

transitionnelles ; CM : cellules épithéliales du mur.



basculement de la touffe ciliaire et le cisaillement des cils néces-saire à l’ouverture des canaux de transduction et à l’initiation dela transduction mécanoélectrique. Les masses inertielles jouentdonc un rôle amplificateur de mouvement. Au niveau des crêtesampullaires, les masses inertielles sont appelées cupules. Elles sontconstituées d’une masse gélatineuse dans laquelle sont insérés leskinocils des touffes ciliaires. Au niveau des macules, les massesinertielles sont constituées d’amas de cristaux de carbonates decalcium appelés « otoconies » disposés sur une structure protéiqueen forme de filet, « la membrane otoconiale ». La membrane oto-coniale repose à la surface des épithélia sensoriels et les kinocils destouffes ciliaires y sont amarrés (Fig. 4). L’action de ces masses iner-tielles dans l’élaboration de l’information sensorielle vestibulaireest essentielle. On a pu constater sur des modèles de souris géné-tiquement modifiées que l’absence d’otoconies suffit à elle seule àabolir totalement le processus de transduction mécanoélectrique,même si les différents acteurs de la transduction mécanoélectrique(endolymphe, cellules ciliées, contacts synaptiques, neurones pri-maires) restent parfaitement fonctionnels [30].

Métabolisme des otoconies

À l’image des perles de culture qui naissent à partir d’un grainde sable au cœur d’une huître, les otoconies présentes au creux de

notre vestibule sont produites dans l’endolymphe maculaire par

des concrétions de carbonate de calcium autour de l’otoconine [31].

Cette protéine est sécrétée par les cellules transitionnelles qui

bordent l’épithélium sensoriel [32]. Cette opération est favorisée

par la concentration en calcium et le pH particulier à cette zone

qui résultent de l’action combinée des canaux TRPV5/TRPV6 et

de la pendrine respectivement [33]. Une fois formées, les otoconies

se déposent sur la membrane otoconiale où elles sont prises dans

le gel otoconial. Ce gel se comporte ainsi comme une colle quiassure leur maintien en position sur les épithélia sensoriels desmacules [33, 34]. On peut ici se demander, au regard de la théorie

des cupulolithiases, si les otoconies sont réellement en mesure de

se détacher de la surface des macules en conditions normales, ou si

des conditions pathologiques particulières, affectant par exemple

la qualité du gel otoconial ou modifiant la structure des otoco-

nies peuvent favoriser un tel phénomène. À ce sujet, plusieurs

études réalisées sur modèles animaux ont montré que des alté-rations métaboliques, telles que la suppression de la sécrétiond’œstrogènes [35] ou l’altération génétique de la production de

pendrine [33] étaient susceptibles de déréguler le métabolisme des

otoconies. Dans ces différentes conditions, des otoconies géantes

étaient observées au centre des macules. De telles altérations du

CC

CS

CT

CM

Ca2+

Ca2+Ca2+

Ca2+

Pendrine

toconies

Endolymphe

embrane toconiale

el otoconial

Otoconine

HCO3-

TRPV5/ TRPV6

B

le 10 �m (cliché A. Sans avec permission).des otoconies. CC : cellules ciliées ; CS : cellules de soutien ; CT : cellules

5

http://oto2.wustl.edu/cochlea/res1.htm


Cx

E

Ach

+ E

Zf

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Endolymphe

Figure 5. Les synapses vestibulaires : une zoneprivilégiée pour le contrôle de l’information sen-sorielle. Représentation schématique du patternd’afférentation des cellules ciliées vestibulaires.

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Ca++

K

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Ca++ Na+

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E

olume des otoconies pourraient favoriser leur expulsion depuisa membrane otoconiale et leur diffusion vers les canaux semi-irculaires, légitimant les « manœuvres libératoires » utilisées deongue date dans le traitement des vertiges paroxystiques posi-ionnels bénins.

Synapses afférentes et efférentesLes contacts synaptiques entre les cellules ciliées et les neurones

estibulaires primaires constituent à la fois une zone de trans-ert, de codage et de contrôle de l’information sensorielle. C’estussi une zone de grande fragilité qui présente des propriétés delasticité étonnantes.

one de transfert et de codageEn premier lieu, la première synapse vestibulaire, encore

ppelée synapse sensorineurale, est une zone de transfert’information. C’est à ce niveau que l’information sensorielleise en forme par la cellule ciliée va être transmise au neurone

rimaire grâce à la mise en jeu d’un médiateur chimique, le gluta-ate. Libéré via un système unique de mobilisation de vésicules

ynaptiques (les rubans présynaptiques), le glutamate va activeres récepteurs spécifiques localisés sur la membrane des terminai-ons nerveuses en provenance du ganglion de Scarpa et permettree départ de l’information sensorielle le long du nerf vestibulaire.es propriétés biophysiques de chacune des étapes unitaires de laeurotransmission (libération vésiculaire du glutamate, fixationur ses récepteurs spécifiques, recyclage via les transporteurs dulutamate, déclenchement des potentiels postsynaptiques excita-eurs et transfert vers la zone d’initiation du potentiel d’action)ont avoir un impact direct sur le codage de l’information sen-orielle, en termes d’amplitude, de fréquence et de durée desécharges électriques dans le nerf vestibulaire. Ainsi, la synapseensorineurale est aussi une zone clef du codage de l’informationensorielle vestibulaire.

Deux types de synapses coexistent dans le vestibule des ver-ébrés supérieurs. Les synapses dites en « bouton » sont forméesar l’apposition de plusieurs terminaisons nerveuses du mêmeom sur les cellules ciliées dites de « type 2 ». Ces contacts synap-

iques similaires à ceux rencontrés dans la cochlée sont présents

unoddpàLpqtlvccq

Z

lqc(rlc

one d’origine des ibres efférentes

one de projection es fibres afférentes

Tronc cérébral

AMPA-R

NMDA-R

EAAT1-GLAST

EAAT4/5

nACh-R

CKAC

CC1 : cellule ciliée de type 1 ; CC2 : celluleciliée de type 2 ; Cx : terminaison afférenteen calice ; B : terminaison afférente en bou-ton ; NGS : neurones primaires du ganglion deScarpa ; E : fibres efférentes ; CS : cellule de sou-tien ; R : ruban présynaptique ; G : glutamate ;AMPA-R : récepteur glutamatergique de typeAMPA ; NMDA-R : récepteur glutamatergiquede type NMDA ; EAAT4/EAAT5 : transporteursdu glutamate ; EAAT1-GLAST : transporteur duglutamate exprimé par les CS ; ACh : acethyl-choline ; nAChR : récepteurs cholinergiques detype nicotinique ; CKAC : canal potassique activépar le calcium. Zone de projection des fibresafférentes : noyaux vestibulaires du tronc céré-bral ; zone d’origine des fibres efférentes : prochenoyau abducens dans tronc cérébral.

ur toute l’échelle des vertébrés. Les synapses dites en « calice »

ont caractérisées par l’apposition d’une terminaison nerveuse

nique, sur toute la partie basolatérale de la cellule ciliée de

type 1 » (Fig. 5). L’apparition développementale de la synapse en

alice accompagne la conquête des milieux terrestres et aériens

ar les vertébrés supérieurs. Pourtant, le rôle de cette adaptation

este encore énigmatique. Une élégante étude réalisée récem-

ent par l’équipe d’Elisabeth Glowatzki du département d’ORL

e l’Université Johns-Hopkins de Baltimore (États-Unis) vient de

émontrer, au moyen d’enregistrements électrophysiologiques enpatch-clamp » réalisés directement au niveau du terminal enalice sur des crêtes ampullaires de rat, que la stimulation de la

ellule ciliée de type 1 provoque une accumulation progressive de

lutamate dans la « citerne » synaptique [17]. Cette accumulation

nduit une dépolarisation lente des PPSE avec pour conséquence
ne augmentation de décharge des terminaisons en calice. Ce phé-
omène permet d’expliquer les différences d’activité de décharge

bservées entre les fibres en bouton et en calice. Si le mode de

écharges électriques s’échelonne de manière continue depuis

es activités très irrégulières vers des activités très régulières, on

eut distinguer trois ensembles d’activités de décharges corrélées

la structure des synapses formées avec les cellules sensorielles.

es fibres possédant uniquement des terminaisons en bouton

résentent des activités de type régulier. Les fibres possédant uni-

uement des terminaisons en calice présentent des activités de

ype irrégulier. Les fibres dimorphiques, c’est-à-dire présentant à

a fois des terminaisons en bouton et en calice, présentent des acti-

ités intermédiaires. Cet équipement synaptique varié, associé à

ette vaste gamme d’activité de décharge, permet au vestibule de

oder avec une haute fidélité l’ensemble des accélérations aux-

uelles la tête est soumise dans l’environnement terrestre.

one de contrôleLes synapses vestibulaires constituent une zone privilégiée pour

e contrôle de l’information sensorielle. C’est en effet à ce niveau

ue s’exerce l’action des fibres efférentes en provenance du tronc

érébral. Ces fibres libèrent principalement de l’acétylcholine

ACh) qui interagit avec les récepteurs nicotiniques et musca-

iniques exprimés par les cellules ciliées de type 2, ainsi que

es terminaisons nerveuses en calice qui recouvrent les cellules

iliées de type 1 (Fig. 5). Leur action est différente selon la cible


traumatiques, ischémiques ou ototoxiques. L’identification des

mécanismes physiopathologiques à la base des atteintes excito-

toxiques est ainsi primordiale pour le développement de thérapies

protectrices adaptées, en particulier dans les cas de syndromes

de désafférentations vestibulaires unilatérales [44]. Au-delà des

possibilités de protections pharmacologiques, des opportunités

de restauration fonctionnelle sont également envisageables. De

nombreux cas de restauration du fonctionnement de la cochlée

et du vestibule dans les jours et les semaines suivant une atteinte

périphérique ont été constatés chez l’homme [45, 46]. Différentes

études réalisées sur modèles animaux d’atteintes ischémiques

ou excitotoxiques de l’oreille interne ont démontré que la res-

tauration fonctionnelle reposait au moins en partie sur une

réparation spontanée des contacts synaptiques entre cellulesciliées et neurones primaires [42, 43, 47, 48]. Là encore, l’identification

des mécanismes cellulaires impliqués dans ces processus est un

prérequis au développement de futures thérapies pour stimuler la

restauration fonctionnelle après dommages périphériques.

� Conclusion

L’essentiel de l’approche thérapeutique des pathologies vestibu-

laires est aujourd’hui centré sur les possibilités de compensation

et de réhabilitation vestibulaire suite à une atteinte des capteurs

vestibulaires de l’oreille interne. Si le bénéfice de ces approches

est réel et aucunement remis en cause, il reste cependant dans

“ Points essentiels

• La touffe ciliaire des cellules sensorielles constitue unevéritable antenne de réception des accélérations subies parla tête.• Grâce à l’organisation sur pivots des stéréocils et la pré-sence de masses inertielles, la touffe ciliaire est capable de

considérée. Au niveau de la paroi des cellules de type 2, l’activationdes récepteurs cholinergiques de type nicotiniques (nicotinic ace-tylcholine receptor, nAChR) provoque une entrée massive de Ca2+

dans la cellule ciliée. Cet influx de Ca2+ est responsable del’ouverture de canaux K+ activés par le Ca2+ (CKAC) qui provoqueà son tour une sortie de K+ selon son gradient électrochimique.Il s’en suit une hyperpolarisation responsable d’une diminution,voire d’un arrêt de la neurotransmission afférente. Au niveau duterminal en calice, en revanche, l’activation des récepteurs cho-linergiques est essentiellement dépolarisante de par l’absence deCKAC à proximité de cette zone. Ici, l’action des efférences vaconduire à une activation de la neurotransmission afférente. Ainsien situation statique ou de faibles déplacements de la tête, cesont les synapses en bouton, présentant un gain de réponse élevé(forte sensibilité à de faibles stimulations mécaniques de la celluleciliée) qui vont être principalement responsables du transfert del’information sensorielle vestibulaire. En revanche, lors de la miseen jeu de mouvements plus rapides et plus amples, l’activité desaturation des synapses en bouton parvenant au tronc cérébralva activer la boucle efférente qui sera responsable d’une part del’inhibition des synapses en bouton, et d’autre part de l’activationdes synapses en calice. Ces dernières, non saturables et beaucoupmieux adaptées au codage et à la transmission des mouvementsamples, pourront informer les centres supérieurs pour la mise enjeu de réactions motrices adaptées. Cette boucle efférente est unexemple parfait de réglage de l’activité des capteurs vestibulairesen fonction de la demande [36]. Il est à noter que les fibres effé-rentes libèrent également d’autres neuromédiateurs, comme lasubstance P, les enképhalines et le calcitonin gene-related peptideou CGRP (peptide relié au gène de la calcitonine), tandis queles cellules ciliées expriment plusieurs autres types de récepteursmembranaires, tels que les récepteurs cholinergiques de type mus-carinique, les récepteurs à l’histamine, ou encore les récepteursà l’adénosine triphosphate (ATP) dans leur partie apicale, ce quilaisse supposer de capacités modulatrices encore plus complexesà ce niveau [37].

Zone de plasticitéDifférentes expériences d’altération du stimulus primaire réa-

lisées sur modèles animaux ont démontré que les synapsesvestibulaires représentent une zone de plasticité étonnante. Lorsde gestation de rats en conditions de gravité modifiée (gesta-tion effectuée à 2G en centrifugeuse), des retards de plusieursjours dans la mise en place des contacts synaptiques au sein desmacules vestibulaires (qui se produit chez ces rongeurs au cours
de la première semaine postnatale) ont été observés au sein desmacules [38, 39]. De manière plus étonnante encore, des modifica-tions constitutives de l’organisation synaptique vestibulaire ontété relevées chez des rats adultes soumis à des séjours en microgra-vité lors de vols orbitaux (Space shuttle, Nasa). Deux jours après lasuppression des informations gravitaires, une augmentation signi-ficative (de près de 50 %) du nombre de rubans présynaptiquesétait visible dans les cellules ciliées vestibulaires des deux types.Ces altérations transitoires disparaissaient en quelques jours aprèsle retour en normogravité [40]. Ces observations suggèrent qu’unréarrangement des contacts synaptiques entre les cellules ciliées etleurs afférences est possible chez le mammifère au cours du déve-loppement, ainsi qu’à l’âge adulte. Il n’est pas impossible que cetype de disposition puisse être responsable de certains désordresvestibulaires, tels que le syndrome de « mal du débarquement »,induit lors de changements soutenus des conditions de stimula-tions vestibulaires et dont l’origine reste pour l’instant à élucider.
Zone de fragilitéLes synapses vestibulaires représentent enfin une zone de fra-

gilité importante. Différentes études réalisées sur modèle animalont permis de démontrer que dans les premières phases d’uneintoxication par des composés ototoxiques, la synapse est lapremière zone touchée [41]. Des gonflements, détachements etrétractions des terminaisons nerveuses sont observés avant mêmeque les atteintes des cellules ciliées ne soient visibles. Ces atteintes



pourraient résulter du relargage excessif de glutamate par lescellules ciliées en souffrance et de son accumulation dans lafente synaptique. Ces mêmes phénotypes sont constatés dès lorsque les tissus de l’oreille interne sont maintenus en situationd’excitotoxicité [42, 43]. Il est possible que ce type d’atteinte soit unmécanisme commun à différents types d’atteintes vestibulairesrencontrées chez l’homme, qu’elles soient d’origines infectieuses,

ressentir les moindres mouvements et accélérations de latête et d’enclencher une cascade d’événements qui vontconduire à un changement de l’état électrique de la celluleciliée.• Grâce à leur équipement en canaux ioniques sensiblesaux étirements, au voltage et au calcium, les cellules ciliéessont capables d’encoder précisément les paramètres de lastimulation mécanique.• Les rubans présynaptiques agissent comme des tapisroulants permettant d’approvisionner en continu lessynapses vestibulaires et de maintenir un rythme de libé-ration rapide et soutenu du neurotransmetteur.• L’endolymphe constitue le moteur électrochimique dela transduction mécanoélectrique.• Les déplacements de liquide dans l’endolymphe sontinfimes, voire inexistants. En l’absence de flux endolym-phatique, la répartition ionique de l’endolymphe est régiepar la simple loi de diffusion des molécules en milieuxliquidiens et par les échanges ioniques qui s’exercent àdifférents endroits du vestibule.• Les synapses vestibulaires constituent à la fois une zonede transfert, de codage et de contrôle de l’informationsensorielle. C’est aussi une zone de grande fragilité quiprésente des propriétés de plasticité étonnantes.

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on nombre de cas incomplet. Pour ne citer qu’elle, la prise enharge thérapeutique de la maladie de Ménière est loin d’êtreatisfaisante, et des déficits et instabilités vestibulaires sont encorerésents cinq ans après corticothérapie dans plus de la moitié desas de névrite [49, 50]. Par manque d’outils pharmacologiques effi-aces, le clinicien reste impuissant dans bon nombre de cas deésordres vestibulaires face à l’expression des symptômes. Cetteituation résulte du manque de connaissances sur les substratsathogéniques des différents types d’atteintes vestibulaires, sur

es cibles pharmacologiques à moduler pour réduire significati-ement les épisodes aigus du vertige, pour protéger efficacementes cellules sensorielles et leur afférentation nerveuse ou encoreour restaurer la fonctionnalité d’un système endommagé. Uneeilleure connaissance des mécanismes cellulaires qui sont mis en

eu dans l’élaboration, l’encodage et le transfert de l’informationestibulaire, mais également sur les voies possibles pour dispenseres molécules actives de manière appropriée aux zones d’intérêt,st indispensable pour intervenir efficacement en cas de dys-onctionnements. Ceci devra passer impérativement par une plusrande coopération entre cliniciens, scientifiques et industriels.

éclaration d’intérêts : l’auteur déclare ne pas avoir de liens d’intérêts en rela-ion avec cet article.

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C. Chabbert, PhD ([email protected]).CNRS, UMR 7260, Laboratoire de neurosciences intégratives et adaptatives, Universi

Toute référence à cet article doit porter la mention : Chabbert C. Anatomie et physi20-021-A-10].

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ologie du vestibule. EMC - Oto-rhino-laryngologie 2015;0(0):1-9 [Article

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