Węch: Dlaczego świat nam pachnie

Czy wiesz, że powietrze nie pachnie? Serio, nic a nic. Jeśli masz chęć popukać się w czoło i skończyć czytanie na tym etapie, to… poczekaj 🙂 Odpowiedź znajdziesz w przedostatnim podtytule. A wcześniej będzie o tym, jak działa węch – nasz najbardziej niedoceniany i (być może) najbardziej złożony zmysł.

Po co ci węch

Czy węch jest naprawdę tak ważny? Chyba tak, skoro blisko 2% z 30 tysięcy twoich genów zajmuje się tylko i wyłącznie rozpoznawaniem zapachów. Rodzina białek receptorowych, która jest za to odpowiedzialna (OR, z ang. Olfactory Receptors), liczy sobie 300 członków. To największa rodzina w twoim genomie.

Dla porównania: Do „patrzenia”, czyli odbierania bodźców wzrokowych, wystarczą ci trzy rodzaje białka (rodopsyny) – każde odpowiedzialne za odbieranie jednej z barw podstawowych.

Jakie są funkcje zmysłu węchu? Przede wszystkim jest to wykrywanie zapachu – to oczywiste. Jego kolejne zadania to:

  • ocena natężenia bodźca (“Ona się chyba oblała tymi perfumami…”),
  • rozpoznanie go (“Czyżby to były frytki?”),
  • różnicowanie zapachów (“To na pewno frytki, i to z pieczonym kurczakiem”)
  • oraz zapamiętywanie wrażeń węchowych i nadawanie im odpowiedniego ładunku emocjonalnego (“Fuuuj, a do tego brukselka!”).

Pojęcia związane z węchem – minisłownik:

  • komórka dwubiegunowa – receptor, pierwszy neuron drogi węchowej
  • komórka mitralna – drugi neuron drogi węchowej
  • akson – długa wypustka wychodząca z neuronu
  • dendryt – wypustki wchodzące do neuronu
  • nici węchowe – aksony komórek mitralnych z takim samym białkiem receptorowym
  • opuszka węchowa – podłużna struktura, w której łączą się aksony komórek dwubiegunowych i dendryty komórek mitralnych; wychodzą z niej nici węchowe, które biegną do węchomózgowia
  • węchomózgowie – część mózgu (kresomózgowia) odpowiedzialna za przetwarzanie bodźców węchowych
neron, komórka węchowa
Komórka węchowa (neuron węchowy) – wybrane elementy budowy. By Nieznany, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1477531

 

Jak jest zbudowany narząd węchu

Część mózgu bezpośrednio związana ze zmysłem węchu to węchomózgowie. Składa się ono z części korowej oraz obwodowej, czyli opuszki węchowej wraz z dochodzącymi do niej nerwami (nićmi węchowymi).

Zmysł węchu
Zdjęcie: By Patrick J. Lynch, medical illustrator – Patrick J. Lynch, medical illustrator, CC BY 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1498125

Pole węchowe znajduje się tuż pod oraz częściowo pomiędzy oczami. Całość zajmuje stosunkowo niewielką powierzchnię (5 cm2), na której zlokalizowanych jest 100 milionów komórek dwubiegunowych (receptorów), a także komórki podtrzymujące (nabłonek błony śluzowej).

Komórki dwubiegunowe to jedyne miejsce, w którym narządy zmysłów bezpośrednio „spotykają się” ze światem zewnętrznym. Każda z nich jest początkiem drogi węchowej. Ich pierwszy biegun znajduje się po stronie jamy nosowej. Są to rzęski (8-20 sztuk na każdą komórkę) z białkami receptorowymi. Pokrywa je śluz wytwarzany przez komórki podporowe (podtrzymujące). W tym śluzie znajdują się specjalne białka (OBP, z ang. Odorant Binding Protein). Wyłapują one substancje zapachowe, a następnie transportują je do receptorów na rzęskach komórek dwubiegunowych.

Drugi koniec komórek dwubiegunowych to aksony biegnące przez blaszkę kości sitowej aż do opuszki węchowej, a dokładniej mówiąc – do wypustek komórek mitralnych. Potem, przez ich aksony, impuls biegnie do dalszych struktur węchomózgowia, gdzie jest analizowany. Co ciekawe, te same obszary mózgu, które przetwarzają bodźce węchowe, są również odpowiedzialne za powstawanie emocji i wspomnień.

Układ węchowy człowieka, legenda: 1. Opuszka węchowa, 2. Komórki mitralne, 3. Blaszka sitowa kości sitowej, 4. Komórki podtrzymujące (nabłonek błony śluzowej), 5. Kłębuszek, 6. Komórka dwubiegunowa
Zdjęcie: By Chabacano – from Image: Brain human sagittal section.svg Image:Head lateral mouth anatomy.jpg by Patrick J. Lynch, medical illustrator, CC BY-SA 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1743576

Jak są interpretowane bodźce węchowe

Jedna komórka węchowa ma tylko jeden rodzaj białka OR, ale nie oznacza to, że odbiera ona tylko jeden bodziec węchowy. Substancje zapachowe mają złożoną budowę i często w zależności od stężenia „pasują” do różnych receptorów. Tak czy siak, oddziałują one na odpowiednie receptory, co powoduje powstanie swoistej „mozaiki pobudzeń” – interpretowanej w części korowej węchomózgowia.

By Joanna Kośmider – Praca własna, Domena publiczna, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1539007

Jak węch dekoduje zapach odorantów: Kształty receptorów i cząsteczek zapachowych obrazują różne właściwości chemiczne i strukturalne, które decydują o ich wzajemnym, możliwym dopasowaniu. W nabłonku węchowym człowieka znajduje się 339 różnych białek receptorowych OR w milionach komórek nabłonka węchowego. Liczba wzorców pobudzenia tych komórek jest niemal nieograniczona.

bodziec węchowy, węch
Droga węchowa

System analizy sygnałów węchowych składa się z trzech etapów. Pierwszy i drugi to selekcja – najpierw w komórkach nabłonka, gdzie odpowiednie związki chemiczne pobudzają określone grupy receptorów. Druga selekcja następuje, gdy impuls jest odczytywany przez nici węchowe, znajdujące się w opuszce. Pobudzane są te, które mają takie same OR, co uaktywnione receptory. Ten unikalny wzór, czyli tzw. mozaika pobudzeń, jest analizowany w korze węchowej – tam jest rozpoznawany albo odpowiednio klasyfikowany, jeśli to dla mózgu coś nowego.

Jednocześnie z tym trzecim etapem analizy sygnału, a nawet trochę wcześniej, pojawiają się emocje – negatywne lub pozytywne. Czyli zanim świadomie rozpoznasz dany zapach, już wiesz, czy to aromat, czy raczej smród. 🙂

Dlaczego coś pachnie?

Już wiesz, jak działa twój węch. Ale żeby świat pachniał, nasz mózg musi odbierać określone bodźce. W inżynierii środowiska substancje, które pobudzają receptory nabłonka węchowego i wywołują wrażenie zapachu nazywa się odorantami. Pojawienie się w twoim nosie takiej cząsteczki jest właśnie początkiem procesu wąchania.

Jest kilka warunków, które musi spełnić substancja, aby nasz mózg interpretował ją jako zapach. Jakie to warunki?

  • Lotność: Substancja musi mieć odpowiednie właściwości (konkretnie prężność pary), żeby znaleźć się w powietrzu
  • Zdolność przenikania przez błonę śluzową nabłonka węchowego
  • Możliwość tworzenia kompleksów z białkami receptorowymi

Ponadto stężenie danej substancji w powietrzu musi być większe od określonego stężenia progowego, czyli minimalnego.

W przemyśle jako substancje zapachowe są stosowane stosunkowo proste związki organiczne – alkohole alifatyczne i aromatyczne, aldehydy i ketony. Estry kwasów aromatycznych oraz etery są wykorzystywane dużo rzadziej.

A o co chodzi z tym powietrzem?

Skład powietrza do wysokości 13 km ponad powierzchnią Ziemi wygląda następująco (zgodnie z danymi z Wikipedii):

  • azot – 78,084%
  • tlen – 20,946%
  • argon – 0,934%
  • dwutlenek węgla – 0,0411%
  • neon – 0,00181%
  • metan – 0,00017%
  • krypton – 0,00011%
  • wodór – 0,00005%
  • ksenon – 0,000008%

Wszystkie te gazy są bezwonne. To, co odbieramy jako zapach – ładny lub brzydki – tak naprawdę jest więc zanieczyszczeniem powietrza! Właśnie dlatego nasz nos może pełnić rolę detektora, który przekazuje do mózgu informacje ważne dla naszego zdrowia, a czasem nawet życia.

Przykład? „To mięso śmierdzi, lepiej go nie jedz!” 🙂 Takiego komunikatu trudno nie zauważyć – dla merkaptanu etylowego, znajdującego się w zepsutym mięsie, zarejestrowano stężenie progowe rzędu 0,0000000025 mg na litr powietrza. (The New Encyclopædia Britannica (1991, t. 27, ss. 170, 171)).

Może się zastanawiasz: „Zaraz, zaraz. Gdy odkręci się kurek z gazem (złożonym głównie z metanu), to czuć charakterystyczny smrodek”. Owszem, ale nie jest to zapach gazu ziemnego, tylko tetrahydrotiofenu (THT). Tetrahydrotiofen jest specjalnym rodzajem odoranta, czyli nawaniaczem. Dodaje się go po to, aby w razie niekontrolowanego ulatniania się gazu szybko zapobiec wypadkom (źródło).

 

Dlaczego świat nam pachnie? Podsumowanie

Najkrócej mówiąc, świat pachnie, bo:

  • w nosie mamy receptory,
  • w mózgu – system analizowania bodźców i bazę zapamiętanych wzorców mozajek pobudzeń,
  • a w naszym otoczeniu istnieją substancje, które są odpowiednio lotne i mają zdolność pobudzania receptorów w nabłonku węchowym.

A jak niektórzy wykorzystują swój węch? Tworzą perfumy. Ty też możesz! Przeczytasz o tym w tym wpisie:

perfumy diy
Perfumy DIY: Trochę teorii i proste przepisy

Jeśli podobał ci się artykuł, udostępnij go znajomym 🙂

Dodaj komentarz