Geruch

Der Geruch (lat. Olfactus=Geruch, olfaktorische Wahrnehmung) ist die Interpretation der Erregungen, die von den Chemorezeptoren im Geruchsorgan an das Gehirn des jeweiligen Lebewesens geliefert werden. In gewissen Gebieten der Schweiz wird auch das Wort 'Gout' verwendet, was zugleich auch Geschmack bedeutet.

Riech- oder Duftstoffe dienen Lebewesen zur Identifizierung von Nahrung, Artgenossen und Feinden, spielen aber auch beim Sozialverhalten (Geschlechtsreife von Weibchen) oder bei der Orientierung und Verständigung (Duftmarken) eine Rolle.

Ein Mensch kann Tausende von Gerüchen identifizieren und im Gedächtnis behalten. Riechen, der Geruchssinn zur Duftwahrnehmung ist abhängig von genetischen Programmen, Wahrnehmungsprozessen und Lernen im Gehirn.

Vorgang des Riechens

Die Geruchsmoleküle erreichen aus der Luft die Riechschleimhaut (regio olfactoria). Diese befindet sich im Dach der Nasenhöhle und ist auf jeder Seite ca. Centstück groß (Früher war sie Pfennigstück groß). Die Riechzellen (Primäre Sinneszellen) befinden sich in dem Riechepithel und ragen mit 5-20 kleinen Zytoplasma-Fortsätzen (Stereozilien) in den Mukus, eine Schleimschicht, die das Riechepithel überzieht. Werden die Geruchs-Rezeptoren, die sich in der Membran dieser Cilien befinden durch ein Geruchsmolekül erregt, entsteht bei ausreichend hoher Konzentration der Geruchsmoleküle ein Aktionspotenzial am Axonhügel der Riechzelle. Dies wird durch die Siebplatte Lamina cribrosa in den Riechkolben fortgeleitet. Im Riechkolben findet die erste und einzige synaptische Verschaltung des Geruchssinns statt, bevor die Informationen die entsprechenden Hirnzentren erreichen. Mitralzellen übernehmen das Integrieren über eine Reihe von Riechzellen, denen gemeinsam ist, dass sie durch die gleichen Geruchsmoleküle erregt werden. Jede Mitralzelle repräsentiert also einen bestimmten Geruch. Vom Riechkolben aus verlaufen die Nervenstränge (Axone) nun im Tractus olfactorius zum primären olfaktorischen Kortex (Hirnrinde), zum piriformen Kortex, zum Tuberculum olfactorium und zum Nucleus corticalis der Amygdala. Es bestehen weiterhin Verbindungen zum Hypothalamus und (zum Teil nach Verschaltung im mediodorsalen Kern des Thalamus) zum orbito-frontalen Assoziationskortex (Sitz der Persönlichkeit)

Die Riechfunktion schützt die Atemorgane und den gesamten Organismus vor schädlichen Einflüssen, z.B. giftigen (meist übel riechenden) Gasen (Ausnahme: Kohlenmonoxid ist geruchlos!). Angenehme Gerüche lösen Sekretionsreflexe aus, z.B. „läuft einem“ bei Geruch nach leckerem Essen “das Wasser im Munde zusammen”. Andererseits können schlechte Gerüche Brechreiz verursachen. Es besteht also ein enger Zusammenhang zwischen Geruchsempfindung und dem unbewusst arbeitenden Teil des Nervensystems (vegetatives Nervensystem), der alle inneren Funktionen im Organismus steuert, z.B. Organfunktionen, Hormonproduktion, das gesamte “Fühlen“ und psychische Empfinden. Hierbei hat jedoch das Riechen nur zu einem Teil Einfluss auf diese Funktionen.

Aufgrund der molekularen Vorgänge in den Riechzellen (G-Proteingekoppelte Rezeptoren öffenen TRPM5-Ionenkanäle via ACIII, cAMP hoch -> Ca++-Einstrom, Depolarisierung) adaptieren diese Sinneszellen innerhalb einiger Minuten (1. CaMKinasen verringern die Sensitivität des Kanals, 2. Aktivierung eines Ca/Na-Antiporters).

Der Mukus enthält weiterhin einige Enzyme (CYP450), die eventuell störende Moleküle bei der Geruchsempfindung deaktivieren, sowie Transportproteine, die für einen besseren Transport der Geruchsmoleküle durch den Mukus zu den Cilien sorgen.

Bemerkenswert ist, dass Riechzellen innerhalb von 60 Tagen aus Basalzellen regenerieren und alte Riechzellen via Apoptose zu Grunde gehen. Basalzellen sind nämlich neuronale Stammzellen, von deren Existenz man lange Zeit nichts wusste.

Richard Axel und Linda Buck erhielten 2004 den Nobelpreis für ihre Arbeiten am Geruchssinn. siehe auch: olfaktorische Wahrnehmung

Geruchsorgane

Alle Wirbeltiere besitzen ausgeprägte Geruchsorgane und somit auch einen mehr oder weniger entwickelten Geruchssinn. Im Gegensatz zu luftatmenden Tiere, hat sich bei ständig im Wasser lebenden Tiere keine Geruchs-, sondern ein Geschmacksempfinden entwickelt. Beide Empfindungen haben viele Gemeinsamkeiten. Fische haben jedoch ein deutlich ausgebildetes Geruchsorgan, so dass man bei ihnen ein Geruchsempfinden voraussetzen kann. Direkte Beobachtungen darüber wurden jedoch noch nicht gemacht.

Hühner und sperlingsartige Vögel besitzen einen stumpfen Geruchssinn, einen schärferen die Klettervögel, besonders die Papageien, die Raub- und Wasservögel. Den schärfsten Geruchsinn haben die Sumpfvögel.

Mit die besten Geruchswahrnehmungen besitzt der Haushund, die Nase des Dackels besitzt etwa 125 Millionen, die des Schäferhunds etwa 220 Millionen Riechsinneszellen. Die Riechschleimhaut des Schäferhundes hat eine Fläche von ca. 150 cm², die des Menschen ca. 5 cm² mit etwa 5 Millionen Riechsinneszellen. Obwohl der Schäferhund 44 mal mehr Riechsinneszellen besitzt als der Mensch, kann er damit etwa 1 Million mal besser riechen. Dies konnte durch Messungen mit einem Olfaktometer nachgewiesen werden (vgl. Dröscher 1984: 108 f.).

Bei den meisten Säugetieren ist das Geruchsorgan weit entwickelter als beim Menschen, der zu den Mikrosmaten gezählt werden muss.

Spüren, Wittern, Flehmen

Es gibt Säugetiere die spüren. Dabei wird die Luft, um einer Spur zu folgen, gezielt eingesaugt (Nahwirkung). Dies sind vor allem Raub- und Nagetiere. Wiederkäuer, Dickhäuter und Einhufer wittern. Dabei werden Gerüche durch Windströmungen übertragen (Fernwirkung).

Eine besondere Entwicklung des Geruchsorgans bei vielen Säugetieren erlaubt gezieltes Wittern bei der Paarung. Dies geschieht durch "Flehmen", das entweder durch die Nase (Hamster, Maus), oder durch das Maul (Pferd, Elch) erfolgt.

Die Geruchsempfindungen können nur schwer beschrieben werden. Man unterscheidet sie nach den Stoffen, durch die sie hervorgerufen werden. Häufig werden sie auch nach diesen bezeichnet.

Geruchsstörungen

Für das Geruchsempfinden muss die Riechschleimhaut eine gewisse Feuchtigkeit, hervorgerufen durch die Schleimdrüsen, aufweisen. Leichte katarrhalische Entzündungen der Nasenschleimhaut (Schnupfen) stören die Geruchsempfindung ganz erheblich. Liegt man auf dem Rücken, füllen sich die Nasenhöhlen mit Wasser. Dadurch wird das Geruchsvermögen vollständig aufgehoben. Auch bei trockener Nase ist der Geruch stark eingeschränkt.

Stärke des Geruchs

Die Stärke des Geruchsempfinden, hervorgerufen durch verschiedene Stoffe ist sehr verschieden. Je höher die Konzentration eines Riechstoff in der eingeatmeten Luft, desto stärker ist das Empfinden. Schon eine außerordentliche geringe Menge bewirken ein Geruchsempfinden. So wird Brom noch in einer Konzentration von 33 mg Brom in 1 m³ Luft gerochen. Moschus wird noch wahrgenommen, wenn der Nase noch weniger als 1/2.000.000 mg eines weingeistigen Moschusextrakts dargeboten wird; von Schwefelwasserstoff wird noch weniger als ein Millionstel in der Luft deutlich wahrgenommen. Der Geruchssinn vieler Tiere ist noch deutlich feiner entwickelt. Mit der Dauer eines Geruchseindrucks ermüdet nach und nach die Riechschleimhaut. Halten wir uns längere Zeit in einer riechenden Luft auf, so verschwindet schließlich die Geruchswahrnehmung für den beständigen Geruch (sog. phasische Perzeption), ohne dass dadurch die Fähigkeit für die Wahrnehmung anderer Gerüche abnimmt. Die Bezeichnung der Gerüche als angenehm oder unangenehm, die rein individuell und willkürlich ist, beruht zum Teil auf Vorstellungen, die sich auf das Geruchsempfinden beziehen. Diese Vorstellungen wechseln schon mit den physiologischen Körperzuständen. Dem Hungrigen z. B. duftet eine Speise äußerst angenehm in die Nase, während bei dem Gesättigten dadurch Widerwille erregt wird.

Physikalische Definition des Geruchs

Geruch wird durch ein neu entwickeltes Gerät gemessen, das leider noch nicht benannt wurde.

Die Einheit des Geruchs ist 1 Roman. Die Einheit des Geruchs ist die Objektgeruchskonstante geteilt durch den abstand in Metern.

Eine Liste von Objektgeruchskonstanten wird zur Zeit noch Überarbeitet.

Der Normalgeruch eines Mensch liegt bei etwa 1 nano Roman im abstand von einem Meter .

Datei:GeruchDef.jpg

Datei:GeruchEinheitengleichung.jpg

Zur sozialen Bedeutungen des Geruchs

Einige Gerüche stehen in hohem kulturellen Ansehen, z.B. Weihrauch. Die Produktion von Parfüms ist ein eigener Wirtschaftszweig.

Redensartlich sind "Geruchs"-Metaphern häufig, wenn unbestimmte Ablehnung ausgedrückt wird, z.B.: Ich kann ihn nicht riechen oder (altertümlich) Er steht in einem schlechten Ruch. Siehe dazu auch Gestank.

Messung

Als Einheit des Geruchs wurde das Olf vorgeschlagen. Mit einem Olf wird die Verunreinigung angegeben, die eine erwachsene Person mit 1,8 m² Hautoberfläche in sitzender Tätigkeit mit einem Hygienezustand von 0,7 Bädern (alle 36 Stunden eine Dusche/Bad) pro Tag erzeugt.

Siehe auch: Sick-Building-Syndrom

Literatur

Historisch

• Cloquet, Osphresiologie oder Lehre von den Gerüchen, von dem Geruchssinn etc. (Weimar 1824)
• Julius Bernstein, Die fünf Sinne (Leipzig 1875)
• v. Vintschgau, Physiologie des Geruchssinns (in Hermanns "Handbuch der Physiologie", das. 1880)
• Hack, Riechen und Geruchsorgan (Wiesbaden 1885).

Aktuell

• Catherine Rouby, Benoist Schaal, Andri Holley, Danihle Dubois, Remi Gervais: Olfaction, Taste, and Cognition Cambridge University Press, 2002, ISBN 0521790581
• Tim C. Pearce, Susan S. Schiffman, H. Troy et al. Nagle (Herausgeber): Handbook of Machine Olfaction. Electronic Nose Technology, Wiley-VCH, 2002, ISBN 3527303588
• Jürgen Raab: Soziologie des Geruchs, Uvk, 2001, ISBN 3896699806
• Renate Cervinka, Ernst Neudorfer: Psychometrische Erfassung der Geruchsbelästigung. Gefahrstoffe - Reinhaltung der Luft 65(6), S. 271 - 274 (2005), ISSN 0949-8036
• Hannah Monyer: Im Dschungel der Düfte In: Ruperto Carola 3/2005 (ein Magazin der Universität Heidelberg)

Weblinks

• Geruchstest und Allgemeines über Geruchsstörungen
• Über das Olf
• Olf-Intensitäten gemessen
• Hirnforschung: Duftstoffe am Scheideweg www.wissenschaft.de: Gelangt ein Duftmolekül statt durch die Nase durch den Mund zu den Geruchsrezeptoren, reagiert das Gehirn anders

• Siehe auch: Riechschleimhaut