Die Riechschleimhaut (Riechepithel)

Jede Nase kann tausende Gerüche riechen, wobei jeder Geruch aus vielen verschiedenen Geruchsmolekülen besteht. Die Geruchsmoleküle gelangen über die Nase mit der Atemluft an der Riechschleimhaut vorbei. Auf der Riechschleimhaut befinden sich 20-30 Millionen Riechsinneszellen. Diese Geruchsrezeptoren tragen an ihrer Oberfläche ein Büschel an feinen Sinneshärchen, den sogenannten Cilien oder Wimpern. Wenn die Geruchsmoleküle diese Härchen berühren, lösen sie einen chemischen Vorgang aus und die Riechzelle wird aktiviert, wobei bestimmte Riechzellen auf bestimmte Geruchsmoleküle reagieren. Durch diese Reizung der Zellen werden elektrische Impulse an das Gehirn gesendet. Die Information wird im Riechzentrum (Bulbus olfactorius) verarbeitet und der Geruch wird wahrgenommen.

Die Riechschleimhaut besteht aus Stützzellen, Basalzellen und ca 30 Millionen Riechsinneszellen und bedeckt ungefähr eine Fläche von 2x5cm²

Aufbau von Riechsinneszellen

Jede Riechzelle ist für einen speziellen Duftstoff zuständig. Riechsinneszellen bestehen aus Cilien (Sinneshärchen), Dendrit (astartige Zytoplasmafortsätze einer Zelle), Zellkörper und ableitendem Axon (langer schlauchartiger Nervenzellfortsatz). Die Cilien befinden sich in einer Schleimschicht, welche dazu dient, Geruchsmoleküle aufzunehmen oder weiter zu schwemmen. In ihm sind auch Eiweiße enthalten, welche die Geruchsstoffe zu den Riechgeißeln (Cilien) bringen. Auf den Cilien sitzen die Rezeptoren für die rund 1000 verschiedenen Geruchsmolekühle. Eine Zelle hat meist nur einen Rezeptortyp. Je nach Typ gibt es einige 1000 Zellen über die gesamte Riechschleimhaut verteilt.

Die menschlichen Riechsinneszellen werden alle 30-60 Tage komplett erneuert. Das basiert mit Hilfe der Basalzellen. Diese Zellen sind Stammzellen, welche sich teilen und zu Riechsinneszellen entwickeln. Die alten Zellen sterben durch Apoptose.

Signaltransduktion

Der Duft erreicht den Rezeptor und aktiviert das G-Protein in der Zelle (abhängig von GTP). Dies wiederum aktiviert die Adenylatcyclase (AC), die ATP in zyklisches AMP, einen Second Messenger, umwandelt. cAMP öffnet einen Kationenkanal, in den Calcium und Natrium aus dem Nasenschleim fließen. Ca aktiviert auch einen CL-Kanal, was die Wirkung verstärkt. Durch diesen Ladungsfluss wird das Membranpotential an den Cilien depolarisiert (Sensorpotential). Wenn das Sensorpotential einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, wird das Aktionspotential entlang des Axons weitergeleitet. Es gibt einen hemmenden Rückkopplungsmechanismus, der es den Riechzellen ermöglicht, sich besonders schnell anzupassen (ein Mensch gewöhnt sich sehr schnell an den Geruch): Calcium hemmt seinen eigenen Kanal, außerdem aktiviert es eine Phosphodiesterase, die cAMP wieder in AMP umwandelt. Der Ca-Austransport ist an den Na-Einstrom gekoppelt. 

Verschaltung

Die Axone (die Fortsätze der Riechsinneszellen) bilden den Riechnerv. Die Riechnerven führen durch den Siebbeinknochen hindurch zum Riechkolben der bereits Teil des Gehirns ist. Im Riechkolben werden die Signale von den Riechsinneszellen auf andere Nervenzellen, die Mitralzellen, umgeschaltet. Bis zu 1000 Axone von Riechzellen mit gleichem Rezeptor enden an einer Mitralzelle. Diese Umschaltstellen bilden Glomeruli, das sind kugelige Nervenknäuel welche aus Fortsätzen mehrerer Mitralzellen gebildet werden. Die Fortsätze der Mitralzellen bilden den Riechstrang, der tiefer ins Gehirn führt.

Verarbeitung im Gehirn

Normalerweise führt ein Sinnesorgan Input über den Thalamus in die Großhirnrinde. Der Thalamus ist das “Tor zum Bewusstsein”, welches filtert, was zum Großhirn (Cortex) gelangen soll, wo unser Denken und unser Bewusstsein sitzen. Der Geruchsinput gelangt allerdings direkt und ungefiltert zu mehreren Gebieten in der Großhirnrinde (Riechrinde oder Riechkortex). Die Riechrinde hat eine enge Verbindung zum limbischen System, welches unter anderem für unsere Gefühle zuständig ist. Dort gelangen die Informationen zum Hypothalamus mit der Hypophyse, die unser Hormonsystem kontrolliert. Außerdem führt ein weiterer Weg in die Amygdala und den Hippocampus, wo unsere Gefühle und Erinnerungen sitzen. Daher lösen bestimmte Gerüche auch bestimmte Stimmungen aus.

Der Geruchssinn ist eng mit dem Geschmackssinn verbunden. Bei vielen Dingen, die wir essen, macht der Geruch einen Großteil des Geschmackes aus. Geschmacks- und Geruchsinformationen verarbeitet das menschliche Gehirn teilweise in den selben Regionen. Insgesamt können wir rund 10.000 Gerüche unterscheiden und merken.

Geruchsmuster

Wir identifizieren Gerüche, indem wir sie mit gespeicherten Geruchsmustern assoziieren. Anstatt alle Düfte einzeln aufzubewahren und dann zu gruppieren, identifizieren wir Duftformen. So können wir 10.000 Gerüche mit nur 350 verschiedenen Rezeptortypen erkennen. Aber wir können auch den Geruch von Schlüsselsubstanzen identifizieren, zum Beispiel verwendet die Lebensmittelindustrie eine einzige Substanz, um das Aroma von Bananen zu erzeugen. Unser Gehirn erkennt den Geruch von Bananen, merkt aber, dass es sich nicht um ein natürliches Aroma mit mehreren Inhaltsstoffen handelt.