Sie nutzte ihre „besonderen Fähigkeiten“, um Wissenschaftlern zu helfen, die frühen Anzeichen von Krankheiten zu entschlüsseln

Wie wir alle wissen, haben Hunde einen ausgeprägten Geruchssinn. Medizinische Spürhunde haben erfolgreich verschiedene Krebsarten, chronische Krankheiten und die Parkinson-Krankheit beim Menschen aufgespürt. Der Geruchssinn ist so schwer fassbar und geheimnisvoll. Es scheint mit der Intuition verbunden zu sein, genau und kraftvoll, aber schwer zu überprüfen und zu wiederholen. Es gibt auch einige Leute, die einen super Geruchssinn haben. Sie tun nicht nur, was Hunde tun, sondern auch Dinge, die Hunde nicht tun können.

Geschrieben von | BiPuXianren

Zu Beginn der COVID-19-Pandemie setzten viele westliche Länder „COVID-19-Spürhunde“ ein, um nach Trägern von SARS-CoV-2 zu suchen. Es wird berichtet, dass einige Menschen asymptomatisch waren und negative Nukleinsäuretests hatten, bei ihnen jedoch Spürhunde als Virusträger „diagnostiziert“ haben. Einige Tage später zeigten sie Symptome von Covid-19. [1]

Studien haben gezeigt, dass speziell ausgebildete Hunde 97 % der Personen, die positiv auf den PCR-Test des neuen Coronavirus getestet wurden, genau identifizieren können und auch infizierte Personen mit negativem PCR-Ergebnis mit einer Genauigkeit von 91 % orten können. Daher beklagen manche Menschen, dass Nasen- und Rachenabstriche nicht so gut sind wie Abstriche von gut ausgebildeten Hunden. [2]

Abbildung 1. COVID-19-Spürhund Tala im Einsatz[1]

In der Nasenhöhle gibt es bis zu 300 Millionen Geruchsrezeptoren und das Volumen des Riechkolbens im Gehirn ist 30-mal größer als das des Menschen. Die begabten Hundeabstrichtupfer glänzen schon lange im medizinischen Bereich. Zahlreichen Forschungsarbeiten und Nachrichtenberichten zufolge ist es medizinischen Spürhunden gelungen, bei Menschen verschiedene Krebsarten, chronische Krankheiten, Parkinson usw. aufzuspüren.

Wissenschaftler sagen, wir wüssten nicht genau, was die Hunde gerochen hätten, aber auf einer grundlegenden physiologischen Ebene verändern Krebs oder eine Infektion mit Krankheitserregern den menschlichen Stoffwechsel, und es gebe sehr subtile Unterschiede im Geruchssinn von kranken und gesunden Menschen, so subtil, dass sie nicht einmal mit präzisen chemischen Analysen wie der Gaschromatographie-Massenspektrometrie erkannt werden könnten. Hunde hingegen haben die Fähigkeit, den „Geruch der Krankheit“ zu riechen, den subtilen Unterschied, das einzigartige Geruchsmuster, das für einen kranken Menschen charakteristisch ist, zu erkennen und darauf zu reagieren. [3]

Beispielsweise besteht der Körpergeruch, der von einem bestimmten Teil der menschlichen Haut abgegeben wird, in einem bestimmten Verhältnis aus den Verbindungen A, B, C und D. Wenn Sie einen Hund an einer dieser vier Substanzen riechen lassen, wird er nicht reagieren. Allerdings unterscheidet sich der ABCD-Körpergeruch eines kranken Menschen von dem eines gesunden Menschen. Möglicherweise ist der Gehalt der Komponente B zu hoch. Lässt man dann einen Hund den Patienten beschnuppern, kann dieser sensibel erkennen, dass der ABCD-Körpergeruch andere Eigenschaften aufweist als der von normalen Menschen und eine Rückmeldung geben.

Viele wissenschaftliche Forschungsteams versuchen, den Geruchssinn von Hunden zu nutzen, um den Geruch von Krankheiten zu analysieren und zu dekonstruieren und genau zu bestimmen, welche Komponente oder Komponenten von ABCD abnormal sind und den abnormalen Geruch verursachen.

Wenn es darum geht, Patienten am Geruch zu identifizieren, sind Menschen Hunden tatsächlich weit unterlegen. Aber es gibt ein paar Superriecher, die wirklich das tun, was Hunde tun, und gleichzeitig Dinge tun, die Hunde nicht können.

Moschus riecht so gut

Senden Sie mir Signale der Parkinson-Krankheit

Das menschliche Gehirn beginnt bereits im Säuglingsalter mit dem Aufbau einer Geruchsbibliothek und entwickelt diese bis ins Erwachsenenalter weiter. Bei Menschen mit einer genetischen Erkrankung namens Hyperosmie kann diese Geruchsbibliothek sehr groß und komplex sein, was ihnen eine außergewöhnliche Fähigkeit verleiht, Gerüche zu erkennen und zu identifizieren.

Joy Milne, eine Schottin in ihren 70ern, war Krankenschwester und leidet an hereditärer Hypersmie. Sie entdeckte diese Superkraft als Kind. Joys Großmutter hat nicht nur den hervorragenden Geruchssinn, den sie von ihrer Mutter geerbt hat, an ihre Enkelin weitergegeben, sondern der kleinen Joy auch beigebracht, die Eigenschaften von Gerüchen zu erkennen, genau wie ihre Mutter es ihr beigebracht hat.

Als Krankenschwester hat Joy ein umfangreiches klinisches Geruchswissen aufgebaut, das es ihr ermöglicht, den Geruch von Krankheiten zu erschnüffeln. Als bei ihrem Mann Les vor etwa 30 Jahren Parkinson diagnostiziert wurde, erkannte Joy, dass der moschusartige Geruch, den sie seit Jahren aus seinem Nacken roch, ein Warnsignal war – sie konnte ihn auch bei anderen Parkinson-Patienten riechen.

Abbildung 2. Mr. und Mrs. Milne an ihrem Hochzeitstag[4]

Im Jahr 2015 verstarb Rice an einer Krankheit. Von da an begann Schwester Milne, das Versprechen einzulösen, das sie ihrem Mann vor seinem Tod gegeben hatte: Sie wollte zur Diagnose und Behandlung der Parkinson-Krankheit beitragen.

Sie betrat ein Labor der School of Chemistry der Universität Manchester und „lebte“ dort, arbeitete mit T-Shirts und gebrauchter Gaze von Parkinson-Patienten und roch den Talg darin. Das ist richtig, es ist das Öl, das von den Talgdrüsen in der Haut abgesondert wird.

Talg ist eine wachsartige, lipidreiche biologische Flüssigkeit, die Körpergeruch abgibt. Wissenschaftlich ausgedrückt handelt es sich dabei um flüchtige organische Verbindungen (VOCs), die durch den menschlichen Stoffwechsel entstehen. Bei Parkinson-Patienten liegt ein abnormaler Talgstoffwechsel vor (und diese Anomalie verändert sich im Verlauf der Krankheit). Daher enthält der Talg einzigartige Biomarker, die verdunsten und in die Nasenhöhle von Menschen mit Supergeruch gelangen, wo sie zum „Parkinson-Geruch“ werden. [5]

Milne sagte, der moschusartige Körpergeruch des Patienten habe sich auf Bereiche mit stärkerer Talgsekretion konzentriert, nämlich auf den oberen Rücken und die Stirn, in den Achselhöhlen sei jedoch kein ungewöhnlicher Geruch aufgetreten. Darüber hinaus kann sie mit einer Genauigkeit von 95 % feststellen, ob jemand an der Krankheit leidet. [6]

Abbildung 3. Milne bei der Arbeit[7]

Perdita Barran, Leiterin des Labors und Direktorin der Abteilung für Massenspektrometrie der Fakultät für Chemie, nutzte Milnes Geruchssinn, um eine doppelte chemische (thermische Desorption-Gaschromatographie-Massenspektrometrie) und olfaktorische Analyse der von Patienten und gesunden Menschen gesammelten Talgflüchtigen durchzuführen. Nach eingehender Datenanalyse identifizierte sie schließlich eine Gruppe flüchtiger Metabolite, die mit der Parkinson-Krankheit in Zusammenhang stehen: Perillaaldehyd, Hippursäure, Eicosan und Octadecanal. [8]

Im Vergleich zu gesunden Menschen weisen Parkinson-Patienten deutlich erhöhte Eicosanwerte im Talg, deutlich niedrigere Perillaldehydwerte und keine erkennbaren Erhöhungen von Hippursäure und Octadecanal auf.

Als Milne an dieser ungewöhnlichen Kombination von Metaboliten roch, konnte er ein starkes, moschusartiges Aroma wahrnehmen.

Süße Kekse, Ausbreitung Gärung

Schlafstörungen treten früher auf

Wie bereits erwähnt, verändert sich der abnormale Talgstoffwechsel von Parkinson-Patienten im Verlauf der Krankheit. Milnes Ziel besteht nicht nur darin, Patienten zu identifizieren, die von jedem gesehen werden können. Sie hofft, Ärzten und Wissenschaftlern dabei zu helfen, Methoden zur Frühdiagnose zu optimieren, sodass diese bei Parkinson-Patienten eine Diagnose im Frühstadium stellen können, wenn diese noch keine typischen Symptome oder gar Auffälligkeiten aufweisen.

Milne begann mit Balans Kollegen Drupad Trivedi zusammenzuarbeiten, einem Metabolomik-Experten am Institute of Biotechnology der Universität Manchester.

Die Parkinson-Krankheit tritt häufiger bei Menschen mittleren und höheren Alters auf. Es handelt sich um die zweithäufigste neurodegenerative Erkrankung, von der weltweit 6 Millionen Patienten betroffen sind. Typische Symptome sind Bewegungsstörungen wie Ruhetremor, Muskelsteifheit, Bradykinesie und Haltungsstörungen, die im Allgemeinen im mittleren und späten Stadium auftreten; davor durchlaufen die Patienten eine mehrere Jahre dauernde Prodromalphase.

Menschen mit prodromaler Parkinson-Krankheit haben noch keine motorischen Funktionsstörungen, können aber einige scheinbar unabhängige Anzeichen zeigen, darunter Veränderungen des Körpergeruchs, Veränderungen der Hautgesundheit, verminderter Geruchssinn, Verstopfung und REM-Schlaf-Verhaltensstörung (RBD).

Während des REM-Schlafs (Rapid Eye Movement) ist der Körper eines normalen Menschen gelähmt, um ihn daran zu hindern, seine Handlungen in Träumen in die Tat umzusetzen. Manche Menschen lassen sich dadurch jedoch nicht zurückhalten und machen im Schlaf heftige Bewegungen, was als RBD bezeichnet wird.

Laut Trivedi entwickeln mindestens 70 % dieser Menschen neurologische Erkrankungen.

Milne erinnert sich an die frühen Symptome ihres Mannes, eines davon war RBD. „Mir fiel auf, dass er damals einen komischen Geruch hatte, aber ich dachte mir nicht viel dabei. Später entwickelte er eine ausgewachsene Parkinson-Krankheit und sein Körpergeruch wurde zu einem starken, moschusartigen Geruch.“

Abbildung 4. Überwachung und Aufzeichnung von RBD-Episoden[9]

Trivedi und Milne versuchten, den Körpergeruch von Patienten im Prodromalstadium der Parkinson-Krankheit zu entschlüsseln.

Das Forschungsteam rekrutierte Parkinson-Patienten, RBD-Patienten und gesunde Freiwillige zur Teilnahme am Experiment, sammelte Talgproben aus deren oberem Rückenbereich, verglich die flüchtigen Metabolitwerte des Talgs durch chemische Analyse und Methoden des maschinellen Lernens und lieferte in Kombination mit Milnes Geruchsbericht schließlich 18 VOC-Merkmale von RBD-Patienten, was bewies, dass die chemischen Merkmale ihrer Metabolite zwischen denen der gesunden Gruppe und der Parkinson-Gruppe lagen. [10]

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die am Projekt teilnehmenden RBD-Patienten keine motorischen Funktionsstörungen aufwiesen und das Forschungsteam nicht feststellen konnte, ob es sich bei ihnen um Patienten im Prodromalstadium der Parkinson-Krankheit handelte.

Für Milne rochen die Parkinson-Proben moschusartig und die RBD-Gruppe insgesamt süßlich nach Keksen, doch in drei der RBD-Proben schien etwas Parkinson-Aroma mit eingemischt zu sein.

Die anschließende klinische Nachuntersuchung zeigte, dass zwei der drei Patienten mit Verdacht auf RBD typische Anzeichen der Parkinson-Krankheit entwickelten.

„Es ist wirklich cool, die Krankheit riechen und so detailliert analysieren zu können“, sagte Trivedi. Aus analytischer Chemiesicht bedeutet dies, dass Sie sehr konsistente flüchtige Signaturen identifiziert haben, und die Supernase hat diese ebenfalls erfasst. Natürlich entwickelt nicht jeder mit RBD Parkinson, daher müssen wir weitere Forschung betreiben, um die Unterschiede in den Körpergeruchssignaturen zwischen Menschen mit prodromalem Parkinson und Menschen mit RBD, die kein Parkinson entwickeln, zu bestimmen.

Akademische Kollegen lobten die Arbeit von Trivedi und anderen: „Neurodegenerative Erkrankungen sind schwer zu diagnostizieren, insbesondere im Frühstadium. Diese Studie bestätigt, dass es erkennbare Veränderungen in den VOC-Merkmalen der frühen Parkinson-Krankheit gibt. Wenn wir Parkinson frühzeitig diagnostizieren können, können wir möglicherweise ihr Fortschreiten wirksam verlangsamen oder diese verheerende Krankheit sogar behandeln.“[11]

Die graue Substanz brennt, der Schmerz ist unerträglich

Anzeichen von Empfindlichkeit während der Schwangerschaft, die Schönheit des Trainings

Wie hat der Mensch einen Supergeruchssinn entwickelt und was ist sein grundlegender Mechanismus? Tiefere Erkenntnisse hierzu liegen den Wissenschaftlern bislang nicht vor. Auf der Grundlage jahrelanger Forschung und Beobachtung versuchten sie jedoch, die Ursachen der Geruchsüberempfindlichkeit aus vier Dimensionen zu erklären.

Genetik

Studien haben gezeigt, dass bestimmte genetische Faktoren den Geruchssinn verstärken können, wie etwa die Duplikation oder Überexpression des KAL1-Gens oder Mutationen im Natriumionenkanal Nav1.7, der durch das SCN9A-Gen kodiert wird.

Durch die KAL1-Genexpression wird das Glykoprotein Anosmin-1 produziert, das für das Wachstum und die Migration von Nervenzellen im olfaktorischen System wichtig ist. Sein Verlust kann zu Anosmie führen, während seine Überexpression mit einer olfaktorischen Überempfindlichkeit in Zusammenhang stehen kann. [12]

Das SCN9A-Gen ist auch als Schmerzgen bekannt. Der spannungsgesteuerte Natriumionenkanal Nav1.7, den es kodiert, ist wie ein Schmerzschalter. Bei einer abnormalen Umstellung wird der menschliche Körper völlig schmerzunempfindlich oder hat extreme Angst vor Schmerzen. Wer kein Schmerzempfinden hat, verliert oft seinen Geruchssinn, während Menschen mit besonderer Angst vor Schmerzen einen überragenden Geruchssinn entwickeln können. [13]

Andere Studien haben gezeigt, dass Patienten mit der genetischen Erkrankung Lowe-Syndrom (okulozerebrorenales Syndrom) aufgrund von Mutationen im OCRL-Gen ebenfalls mit einem guten Geruchssinn geboren werden können. [14]

Gesundheitsprobleme und Schwangerschaft

In zahlreichen Studien wurde über Zusammenhänge zwischen verschiedenen Gesundheitszuständen und Hypersmie berichtet. Zu diesen Erkrankungen zählen Borreliose, Migräne, Flüssigkeitsstörungen, Hormonmangel und die Einnahme bestimmter Medikamente. Obwohl die genauen Mechanismen, durch die sie den Geruchssinn verstärken, unklar sind, kann man davon ausgehen, dass sie die von den Geruchsrezeptoren erzeugten Signale indirekt beeinflussen, indem sie die Körperelektrolyte beeinflussen.

Viele Schwangere berichten, dass ihnen bestimmte Gerüche, an die sie gewöhnt waren, plötzlich unangenehm werden. Frühere Studien haben ergeben, dass etwa zwei Drittel der schwangeren Frauen das Gefühl haben, ihr Geruchssinn sei stärker als der von normalen Menschen.

Wissenschaftler haben Dutzende von Arbeiten zu den Veränderungen des Geruchssinns während einer Schwangerschaft geprüft und kamen zu dem Schluss, dass der Geruchssinn schwangerer Frauen insgesamt nicht verbessert wird, sie jedoch für bestimmte Gerüche empfindlicher werden. Es gibt keine ausreichenden Beweise dafür, dass sie Gerüche wahrnehmen können, die ihnen vorher nicht möglich waren.[15] Ein gesteigerter Geruchssinn während der Schwangerschaft ist im Allgemeinen eine vorübergehende und keine dauerhafte Veränderung.

Gehirnunterschiede und Gedächtnis

In einer 2019 veröffentlichten Studie versuchten Wissenschaftler, die außergewöhnlichen Eigenschaften des Gehirns von Superriechern aufzudecken. Sie rekrutierten 25 Männer, die angaben, einen ausgeprägten Geruchssinn zu haben, und 20 normale Männer und verglichen das Volumen der grauen Substanz in den für den Geruchssinn relevanten Gehirnregionen mithilfe von Gehirnscans. [16]

Die Ergebnisse zeigten, dass im Gehirn von Superriechern zwei Schlüsselbereiche, die für das Sammeln von Geruchsinformationen sowie das Lernen und Erinnern von Gerüchen verantwortlich sind, größere Mengen grauer Substanz und eine stärkere neuronale Aktivität aufweisen. Natürlich kann das Forschungsteam nicht feststellen, ob diese Unterschiede genetisch bedingt oder erworben sind.

Manchmal ist ein allergischer Geruchssinn eng mit bestimmten Erinnerungen verknüpft, insbesondere mit negativen. Ein Team führte einmal eine Umfrage unter Menschen durch, die glaubten, sie hätten einen ausgezeichneten Geruchssinn, um die Bedeutung ihres „olfaktorischen Gedächtnisses“ zu verstehen. Die Umfrageergebnisse zeigten, dass die Befragten Gerüche wie Parfüm und Schweiß mit bestimmten negativen Folgen und unangenehmen Erinnerungen assoziierten und dass diese Umgebungsgerüche bei ihnen Gefühle von Ärger und Ekel auslösten. [17]

Natürlich ist diese Umfrage nicht umfassend genug und wir wissen nicht, ob die Nasen der Befragten auf alle Arten von Gerüchen reagieren oder nur auf negative Erinnerungen gut reagieren.

Andere Studien kamen zu ähnlichen Ergebnissen: Die Empfindlichkeit mancher Menschen gegenüber bestimmten Gerüchen, wie etwa Formaldehyd und Pyridin, ist mit negativen Erfahrungen verbunden und ihr „Supergeruchssinn“ entwickelt sich aufgrund negativer Erfahrungen in Arbeitssituationen.

Gezieltes Training

Kann man einen Supergeruchssinn trainieren? Wenn ja, wie lange würde die Supermacht bestehen?

Britische Wissenschaftler haben versucht, den Geruchssinn zu „trainieren“. Sie rekrutierten mehr als 200 Freiwillige und baten sie, mithilfe eines speziell angefertigten Geruchsverteilungsgeräts je nach Bedarf Gerüche unterschiedlicher Konzentration zu riechen. Das Gerät kann 8 Konzentrationsstufen von Phenylethylalkohol (Rosenduft) oder Eukalyptusöl (Minzduft) abgeben, von der niedrigsten, kaum wahrnehmbaren Stufe bis zur höchsten, extrem starken Stufe. [18]

Jeder muss zunächst einen Riechtest machen, um die niedrigste Konzentration herauszufinden, die er riechen kann. Durch die Mittelung aller Testergebnisse erhalten wir die „niedrigste Konzentrationsschwelle, die eine durchschnittliche Person riechen kann“.

Wenn jemand eine Konzentration riechen kann, die drei Stufen unter der durchschnittlichen Schwelle liegt, bedeutet das, dass er an Hypersmie leidet.

Bei einem anschließenden Einzeltest fielen 2 % der Teilnehmer auf und zeigten einen hervorragenden Geruchssinn. Weitere 10 % der Personen erlebten bei wiederholten Tests einmal pro Woche über einen Zeitraum von 10 Wochen kurzzeitig einen hervorragenden Geruchssinn, der sich dann jedoch schnell wieder normalisierte.

Es gibt Grund zur Annahme, dass Training zu einem außergewöhnlichen Geruchssinn führen kann. Sind diese professionellen Sommeliers und Parfümeure durch eine entsprechende Ausbildung nicht in der Lage, die subtilsten Aspekte der Aromen zu ergründen? Tatsächlich ist es nicht ungewöhnlich, dass Menschen mit Anosmie ihren Geruchssinn durch Training wiedererlangen. [19] Daher kann gezieltes Training auch dazu beitragen, Milnes einzigartige Fähigkeit zur Diagnose bestimmter Krankheiten zu entwickeln.

Verweise

[1] https://www.theguardian.com/world/2021/may/24/faster-than-pcr-test-dogs-detect-covid-coronavirus-london-bmj

[2] https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0268382#sec014

[3] https://www.nature.com/articles/d41586-022-01629-8

[4] https://www.bbc.com/news/uk-scotland-62795737

[5] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7908024/

[6] https://www.smithsonianmag.com/smart-news/woman-who-can-smell-parkinsons-helps-develop-a-skin-swab-diagnostic-test-180980741/

[7] https://www.bbc.com/news/uk-scotland-47627179

[8] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6487537/

[9] https://www.lemonde.fr/blog/realitesbiomedicales/tag/rem-sleep-behavior-disorder/

[10] https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.03.01.530578v1.full

[11] https://www.the-scientist.com/news-opinion/disease-scent-signatures-disclose-what-the-nose-knows-71161

[12] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4412513/

[13] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ejp.1272

[14] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25480730/

[15] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3915141/

[16] https://link.springer.com/article/10.1007/s11682-018-0008-9

[17] https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/1359105313481080

[18] https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-laryngology-and-otology/article/abs/superosmic phenomena/4D0D83E5A49D994EC6E3C6FD19AC17AE

[19] https://www.fifthsense.org.uk/stories/

Dieser Artikel wird vom Science Popularization China Starry Sky Project unterstützt

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.

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