Нашу обонятельную функцию выполняет участок слизистой общей площадью около пяти кв. см., расположенный в области верхних носовых путей. Обонятельные клетки имеют форму веретена с двумя отростками - периферическим и центральным. Периферический отросток достигает поверхности слизистой оболочки и заканчивается булавовидными утолщениями, которые покрыты ресничками. Эти утолщения расположены на тончайшей жировой плёнке - обонятельной мембране с двух сторон в верхней части слизистой оболочки, представляющей собой скопление рецепторных клеток. Каждая из этих обонятельных мембран не намного больше, чем ноготь большого пальца руки и вместе они содержат 20 млн. рецепторных клеток. Из каждой клетки выступает восемь или больше фибрилл, которые идентифицируют запах. Шейки обонятельной булавы подвижны, могут подниматься на поверхность обонятельной мембраны и вступать в контакт с пахнущим веществом или наоборот, погружаться вглубь эпителия и от этого контакта освобождаться. Центральные участки обонятельных клеток образуют тонкие нити, которые проходят через ситовидную пластину крыши носовой полости и сходятся на нижней поверхности лобной доли головного мозга, образуя обонятельные луковицы.
Они размером не более спичечной головки и расположены как раз позади переносицы, почти на один сантиметр глубже. Луковицы переходят в обонятельный нерв, волокна которого вступают в вещество мозга. Большая часть нервных путей, связанных с обонянием, оканчивается в центральных участках головного мозга, которые в течение эволюции человека развились одними из первых. Эти части головного мозга ответственны главным образом за основное эмоциональное и сексуальное поведение. Далее идут связи с гипофизом, важнейшей железой эндокринной системы.
Анатомия обонятельной системы понятна, но непонятно другое почему мы чувствуем запахи, каким образом запахи воздействуют на рецепторные клетки.
Впервые на этот вопрос попытался ответить римский поэт
Лукреций Кар 2000 лет назад, который считал, что на небе имеются небольшие поры различной величины и формы. Ароматическое вещество испускает частицы и человек ощущает запах тогда, когда эти частицы входят в поры. За 2000 лет было предложено более тридцати теорий для объяснения, почему мы чувствуем запахи, но ни одна из них до сих пор не является бесспорной. В основном они разделились на две группы: контактные и волновые, а первые ещё на две группы физические и химические.
Сторонники волновых теорий считали, что только волновым распространением запахов можно объяснить, почему буревестники альбатросы чувствуют запах рыбы с высоты 3000 м, акулы ощущают запах крови в воде в концентрации 0,0000001%, а пчёлы чувствуют запах мёда в запаянном контейнере. Бек и Милес объясняли это тем, что орган обоняния пчёл подобен инфракрасному излучению, и оно беспрепятственно проходит через стенки контейнера. Но оппоненты не получили ответа на другой вопрос: почему пахнущие вещества, запаянные в полиэтиленовом пакете, не вызывают обонятельные ощущения у человека, тогда как полиэтилен пропускает инфракрасное излучение. Кроме того в волновую теорию не укладываются два основных свойства запаха: во-первых, запах не может распространяться в безвоздушной среде и во-вторых - вещества с запахом должны быть летучими. Приверженцы волновой теории в XVII веке пытались получить душистые вещества методом дистилляции с паром металла, камней, стекла, но потом убедились в том, что пахнущие вещества можно получить из пахнущего сырья. В настоящее время о волновой теории уже никто не вспоминает.
Г. М. Дисон - автор физической контактной вибрационной теории в 1937 г сформулировал три основных условия пахучести веществ: летучесть, растворимость и внутримолекулярные колебания, которые дают пик в определённом интервале час-тот, чувствительных для обонятельных рецепторов. В 1956 г. теорию дополнил Райт, предположивший, что идея вибрационных частот верна, но необходимо правильно выбрать интервал частот. Он считал, что колебательные частоты определяют качество запаха, а летучесть пахнущих веществ, их способность к растворимости и поглощению - его интенсивность. Молекулы обонятельных рецепторов находятся в состоянии возбуждения и вступают во взаимодействие с молекулами пахнущего вещества, при этом меняя частоту своих колебаний. Эти изменения частоты передаются через нервные окончания в головной мозг. Разнообразие запахов объясняется наличием у человека нескольких типов обонятельных клеток. Теория просуществовала не долго и была забыта, но в последние годы к ней снова вернулись.
Сторонники химических контактных теорий утверждают, что
основным фактором, определяющим запах, является форма молекулы и форма рецептора. В 1949 году Р. Монкрифф выдвинул гипотезу, которая подтвердила догадки Лукреция Кара. Он предположил, что обонятельная система состоит из рецепторных клеток нескольких видов, каждый из которых воспринимает молекулы пахнущего вещества по форме совпадающие с формой рецепторов этих клеток.
Гипотезу Р. Монкриффа развил Дж. Эймур, определивший количество видов рецепторов, их размеры и форму. Он установил, что число основных, или первичных запахов равно семи, смешение этих основных запахов (по типу семи основных музыкальный нот или семи цветов радуги) даёт всю гамму разнообразных запахов. Каждый основной запах по форме молекул соответствует форме отдельных видов рецепторов, которых у человека тоже семь. Молекулы простого основного запаха принимаются одним видом рецепторов, а молекулы сложного - несколькими видами. Изучение семи рецепторных участков началось с определения формы молекул пахнущих веществ с одинаковым запахом. Оказалось, что молекулы всех соединений, пахнущих камфарой, имеет одинаковую округлую форму и диаметр, мускусный запах - определяется молекулами дискообразной формы, мятный - клинообразной, а эфирный - палочковидными молекулами. Это означает, что каждый рецепторный участок обонятельной системы человека должен иметь аналогичную форму и величину, для того чтобы воспринимать подобные запахи. В настоящее время считается наиболее доказанной теория обоняния, предложенная Р. Монкриффом и Дж. Эймуром.
Современная медицина считает, что при вдыхании волокна тройничного, языкоглоточного и блуждающего нервов участвуют в формировании обонятельного ощущения. Последнее, не связанное с обонятельным нервом, сохраняется и при нарушениях функции обонятельного эпителия, например, при гриппе.
Чтобы в обонятельном волокне возник импульс, на его окончание должно попасть около 8 молекул вдыхаемого вещества.
Волокна обонятельного нерва заканчиваются в обонятельной луковице, где они образуют специализированные синаптические контакты-клубочки. В последних происходит передача сенсорной информации на вторичные нейроны. Зона первичной проекции обонятельной луковицы включает обонятельный бугорок и другие отделы переднего мозга. Зона проекции связана нервными передаточными путями с центрами переднего и промежуточного мозга, включая гипокамп (аммонов рог), миндалевидное тело, гипоталамус, таламус и др.
Экспериментально показано, что функции «обонятельного мозга» связаны с процессами формирования мотиваций и эмоций, процессами памяти и управления вегетативными реакциями.
Установлено существование двух механизмов воздействия запахов: ассоциативного и рефлекторного.
Первый основан на запоминании взаимосвязи запахов с привычными представлениями. Например, для большинства людей стимулирующие запахи, по определению парфюмеров, дают яркие, пряные, тёплые ассоциации, как правило, вызывают растения, характеризирующиеся прохладным, светлым, мягким, влажным, нежным ароматом. Ещё в начале нашего века было установлено, что приятные запахи повышают динамометрическую силу мышц, а неприятные снижают её.
Специалисты знают, что в руководстве по тибетской медицине «Чжут-ши» утомлённым путникам рекомендовалось отдыхать в тени деревьев с приятным запахом.
Реакция человека на запах зависит не только от корковых ассоциаций, но и от подкоркового рефлекторного механизма. Он связан с развитием специфических для каждого ароматического растения обонятельных рефлексов, определяемых обонятельными рецепторами. В этом случае запах должен подходить к рецептору, как ключ к замку.
Вот почему синтетические душистые вещества, используемые, например, в парфюмерии, отнюдь не действуют на организм подобно аналогичным растительным эфирным маслам. Они способны лишь вызвать ассоциации - память о натуральных запахах. Специфические обонятельные рефлексы при их действии обычно не возникают. Это связано со сложной многокомпонентной структурой природных душистых веществ, которую невозможно полностью воссоздать в лаборатории.
Стимулирующие запахи являются внешним раздражителем, повышающим уровень нервно-психической напряжённости, поэтому в условиях гиподинамии и монотопии они способствуют введении организма в зону оптимальной работоспособности. Если человек уже находится в ней, то дополнительное стимулирующее действие запахов может вызвать чрезмерное нервно-психическое напряжение. При переутомлении возбуждающие запахи ещё больше ухудшают работоспособность. Здесь нужны успокаивающие ароматы, возвращающие тонус организма в оптимальную зону.