26.04.23

Gerüche – unsere Geruchswahrnehmung und wie wir sie beeinflussen können

Ein Geruch wird durch eine oder mehrere verflüchtigte chemische Verbindungen verursacht, die im Allgemeinen in geringen Konzentrationen vorkommen. Je nach Wahrnehmung wird der Geruch als "Duft" oder "Gestank" bezeichnet. Wir können Gerüche beeinflussen in dem wir die chemischen Verbindungen einerseits chemisch oder enzymatisch umwandeln oder deren Konzentration in der Luft durch physikalische Bindung in oder an einem Medium verringern. Ferner besteht auch die Möglichkeit, schlechte Gerüche durch wohlriechende Gerüche (in Form eines Parfüms oder Duftstoffes) zu überdecken.

Geruch 2

Zusammenfassung

Ein Geruch wird als ein Signal bezeichnet, welches durch eine oder mehrere verflüchtigte chemische Verbindungen verursacht wird, die im Allgemeinen in geringen Konzentrationen in der Luft als sogenannte volatile Substanz oder vereinfacht als VOC (volatile organic compound) vorkommen.

Ein Geruchsignal ist eine individuelle Interpretation von Sinneserregungen, welche bei Säugetieren im Nasenbereich von chemischen Rezeptoren als elektrochemisches Signal an das Gehirn eines höheren Lebewesens weitergeleitet wird.

Grundsätzlich kann Geruch als ein durch flüchtige chemische Botenstoffe erzeugtes Signal bezeichnet werden, welcher durch eine Form eines Molekülrezeptors ein Signal und gefolgt eine Emotion in einem Lebewesen induziert.

Bei Säugetieren gelangen Duftstoffe durch die Luft beim Einatmen in den Nasenbereich und kommen mit der Riechschleimhaut und deren Rezeptoren in Kontakt. Gelöste Geruchsmoleküle binden an verschiedenste Geruchsrezeptortypen, welche jeweils nur auf eine Gruppe von Geruchsmolekültypen ansprechen. Die Kombination der elektrochemischen Signale des Geruchstoffes oder eines Gemisches von Duftstoffen wird vom Hirn oder Sinnesorgan als Geruch, Duftwahrnehmung oder Sinnesstimulans wahrgenommen.

Die Geruchswahrnehmung ist einerseits genetisch bestimmt – Art, Anzahl und Affinität der Rezeptoren sowie deren Verknüpfungen – und kann oder wird als Wahrnehmungsprozess vom Gehirn erlernt, z.B. durch sein soziales und kulturelles Umfeld.

Was ist Geruch?

Ein Geruch wird durch eine oder mehrere verflüchtigte chemische Verbindungen verursacht, die im Allgemeinen in geringen Konzentrationen vorkommen. Die meisten Gerüche bestehen aus einfachen und eher kleinen organischen bzw. Kohlenstoff-enthaltenden Verbindungen. Einige einfache Geruchsstoffe enthalten aber auch keinen Kohlenstoff, wie etwa Schwefelwasserstoff und Ammoniak.

Menschen und viele Tiere können volatile Verbindungen über ihren Geruchssinn mit unterschiedlicher Intensität und Interpretation wahrnehmen. Ein Geruch wird auch als “Duft” oder “Gestank” bezeichnet, was sich entweder auf eine angenehme oder unangenehme Wahrnehmung des Geruches bezieht.

Wie entstehen Gerüche?

Flüchtige chemische Verbindungen – potenzielle Ursprung von guten wie auch schlechten Gerüchen – können durch chemisch-biologischen Ab-, Um- oder Aufbau aus nicht-riechenden Substanzen entstehen. Diese Umwandlung kann biologisch oder rein chemisch erfolgen.

Neben oft übelriechenden metabolischen Abbauprodukten – wie Fäulnis und Zersetzung -produziert die Natur auch absichtlich chemische Substanzen als Duft- und Lockstoffe. Auch unvollständige chemische Reaktionen oder nicht beabsichtigte Seitenreaktionen können nicht beabsichtigte riechende Substanzen nach sich ziehen. Der Ursprung und die Wirkung von Geruchsmolekülen sind extrem vielseitig.

Abbau von Materie durch Prozesse

(Massenabbau des Trägermaterials, biologische & chemische Prozesse)
Chemische oder biologische Geruchsmoleküle durch die Luft
(Geruch anderswo produziert durch Menschen, Umwelt, Pilzen oder Pflanzen)
Geruchsprodukte, die unabhängig vom Träger sind

(z.B Stoffwechsel: Ammoniak, Essigsäure, Fettsäurenderivate, uam.)
Aufnahme und Freiabgabe von volatilen Geruchsmolekülen

(z.B VOC, Lösungsmittel oder Polymerbestandteile, Recycling)
Modellvorstellung zu den Ursprüngen und Entstehungswege von Gerüchen

Gemäss angedachtem Modell der obigen Abbildung können Gerüche durch verschiedene Wege und Prozesse entstehen oder Ursprünge haben.

Oben links: Beim Abbau von Materie oder einem Trägermaterial, z.B. Polymer, Holz oder auch einem Apfel, können durch Geruchsmoleküle entstehen. Diese Abbauprozesse können chemisch, z.B. Oxidationsprozesse, oder biologischer Natur (Fäulnis durch Pilze im Wald) sein und führen zu einem Massenverlust der ursprünglichen Materie.

Unten links: Durch eine Ablagerung oder Verschmutzung meist organischer Natur, z.B. Deposit oder Biodeposit, können Gerüche unabhängig vom Träger wiederum chemisch oder biologisch entstehen. Beispiele sind der überriechende sich durch Bakterien zersetzende Saucenspritzer oder wenn die Spaghetti-Sauce sich auf dem Herd durch Erhitzen chemisch-physikalisch zersetzt. Ein weiteres typisches Beispiel ist die Zersetzung von organischer Materie durch anaerobe Bakterien zu schlechten Gerüchen an Orten wie der Kanalisation.

Unten rechts: Jede Oberfläche kann Geruchsstoffe adsorbieren oder absorbieren und zu einem späteren Zeitpunkt oder veränderten physikalischen Bedingungen, z.B. Temperatur, wieder freigeben. Klassische Beispiele sind Lösungsmittel (oft VOCs) oder Bestandteile von Polymeren, welche durch Wärme oder Migration wieder- oder freigesetzt werden. Auch Geruchsadsorber funktionieren nach einem ähnlichen Prinzip, solange die Geruchsmoleküle nicht chemisch mit der Oberfläche abreagieren.

Oben rechts: Geruchsmoleküle können auch durch Luftzirkulation von anderswo verfrachtet werden und haben nur indirekt mit der lokalen Materie, Oberfläche, Verunreinigung oder Biologie etwas zu tun. Beispiele sind das Rapsfeld von nebenan, die überriechende Kläranlage, ein brennender Autoreifen oder der schlechte Körpergeruch – trotz Dusche – auf Grund des übelriechenden Kleidungsstückes.

Wie werden Gerüche wahrgenommen und interpretiert?

Bei höheren Lebewesen wird die Wahrnehmung von Gerüchen oder der Geruchssinn durch den Riechnerv vermittelt. Die olfaktorischen Rezeptorzellen (OR) sind Neuronen, die im Riechepithel vorhanden sind, einem kleinen Gewebefleck an der Rückseite der Nasenhöhle. Generell gibt es Millionen von olfaktorischen Rezeptorneuronen, die als sensorische Signalzellen fungieren. Wiederum hat jedes Neuron Zilien in direktem Kontakt mit der Luft. Gelöste Geruchsmoleküle binden an Rezeptorproteine, die sich auf den Zilien erstrecken und wirken als chemischer Stimulus, der elektrische Signale initiiert, welche entlang der Axone des Riechnervs zum Gehirn gelangen.

Wenn ein elektrisches Signal einen Schwellenwert übersteigt, leitet das Neuron ein Signal entlang des Axons zum Riechkolben weiter, einem Teil des limbischen Systems des Gehirns. Dort beginnt die Interpretation des Geruches, indem das erhaltene Geruchssignal mit vergangenen Erfahrungen und in Bezug auf die eingeatmete(n) Substanz(en) in Beziehung gesetzt wird. Der Riechkolben fungiert als Verbindungsstation, welcher die Nase mit dem Riechkortex im Gehirn verbindet. Geruchsinformationen werden weiterverarbeitet und an das zentrale Nervensystem (ZNS) weitergeleitet. Das ZNS steuert die Emotionen und Verhalten sowie grundlegende Denkprozesse, welche durch den Geruchsimpuls ausgelöst werden. Das Geruchsempfinden hängt normalerweise von der Konzentration (Anzahl der Moleküle) ab, die den Riechrezeptoren zur Verfügung stehen. Ein einzelner Geruchsstoff wird üblicherweise von vielen Rezeptoren erkannt. Verschiedene Geruchsstoffe werden wiederum durch Kombinationen von Rezeptoren erkannt. Die Muster der Neuronen-Signale und die historische Verknüpfung mit vergangenen Geruchsereignissen helfen den Geruch zu identifizieren. Das olfaktorische Geruchssystem interpretiert nicht eine einzelne Verbindung, sondern die gesamte Mischung des Geruches. Dies entspricht nicht der einfachen Konzentration oder Intensität eines bestimmten einzelnen Bestandteils.

Zusammengefasst ist die Wahrnehmung eines Geruchseffekts ein zweistufiger Prozess. Einerseits gibt es den physiologischen Teil. Dies ist die Detektion von Reizen durch Rezeptoren in der Nase. Danach werden die Reize von der Region des menschlichen Gehirns erkannt, die mit dem Geruchssinn umgeht und entsprechend der persönlichen Erfahrung interpretiert. Aus diesem Grund ist eine personenbezogene bzw. objektive und analytische Messung des Geruchs unmöglich. Geruchsempfindungen sind persönliche Wahrnehmungen. Die individuellen Reaktionen darauf sind in der Regel kulturell antrainiert und durch Faktoren wie Geschlecht, Alter, Gesundheitszustand oder kulturelles und persönliches Umfeld bedingt.

Was kann gegen «schlechte Gerüche» getan werden?

Am Ursprung von Gerüchen stehen flüchtige chemische Verbindungen verschiedensten Ursprungs. Diese chemischen Verbindungen können einerseits chemisch oder enzymatisch umgewandelt werden oder deren Konzentration in der Luft durch physikalische Bindung in oder an einem Medium verringert werden. Ferner besteht auch die Möglichkeit schlechte Gerüche durch wohlriechende Gerüche (in Form eines Parfüms oder Duftstoffes) zu überdecken.

Gemäss obiger Abbildung gibt es je nach Ursprung des Geruches verschiedene, aber auch ähnliche, Behandlungskonzepte:

Oben links: Durch Massenabbau von Materie verursachte Gerüche – durch biologische und/oder chemische Prozesse – lassen sich je nach Ursprung unterschiedlich verhindern oder verringern. Schutz vor chemisch-physikalischen Abbau wie Temperatur, UV-Licht, uam. kann bis zu einem gewissen Masse durch chemische Stabilisatoren, z.B. UV-Stabilisatoren, oder den Schutz der Materie vor negativen physikalischen Einflüssen, z.B. Flammschutz, erreicht werden. Biologischer Abbau und Geruchsbildung lassen sich durch Zugabe von Keim-abtötenden bioziden Substanzen in die Materie – diese migrieren an die Oberfläche – oder durch Desinfektion der Oberfläche (Oberflächendesinfektion) oder auch durch Reduzierung der mikrobiellen Kontamination in der Materie (Konservierung) erreichen.

Unten links: Geruchsfördernde Ablagerung oder Verschmutzung – meist organischer Natur, z.B. Biodeposit oder chemisch umgewandelte Deposits, lassen sich relativ einfach durch Reinigung (Deposit und Biodeposit) und Desinfektion verhindern (Biodeposits) oder durch chemische Umwandlung, z.B. chemische Oxidation, gefolgt von Reinigung entfernen oder verringern.

Unten rechts: An oder in der Materie gebundene Geruchsmoleküle lassen sich durch Geruchsadsorber (Oberfläche) oder Geruchsabsorber (in die Materie hinein) verringern. Effektiv ist wiederum eine Reinigung oder chemische Modifikation der angelagerten oder gebundenen Geruchsmoleküle.

Oben rechts: Chemische oder biologische Geruchsmoleküle, welche durch die Luft zur Nase gelangen, lassen sich generell etwas schwerer eliminieren. Dennoch sind Luftfilter oder – Wäschen eine relativ effektive Lösung; dies soweit möglich. 

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