L’uomo e gli animali in genere possiedono una notevole capacità di sentire e distinguere gli odori. In particolare, si stima che una persona possa riconoscere oltre diecimila odori che vanno dai più attraenti profumi, ai vari aromi fino al peggiore olezzo. Tale senso dell’olfatto, basato eminentemente su azione di tipo chimico, rappresenta ovviamente uno strumento importante per prendere contatto con quanto esiste o avviene nella la realtà circostante. Gli altri sensi basati su fenomeni chimici. mediante i quali un essere entra in rapporto con l’ambiente sono il senso del gusto e il senso del contatto chimico in generale, considerato nel senso più ampio come derivato da fenomeni fisici e chimici provenienti dall’esterno in generale. In particolare, l’azione chimica determina, per esempio, un effetto irritante sull’organismo, come nel caso dell’ammoniaca, dei fumi acidi e dei lacrimogeni. In molte circostanze le sostanze irritanti possono stimolare contemporaneamente i ricettori sensibili alle sostanze chimiche e quelli preposti al senso dell’olfatto. Tuttavia, va rilevato che le sensazioni di contatto chimico, che vengono trasmesse al cervello attraverso il nervo del trigemino, costituiscono un senso sostanzialmente separato dagli altri due. Spesso esse determinano una sensazione di pena, ma sono tuttavia diverse dalle sensazioni derivata dal senso dell’olfatto e dal senso del tatto. Si osserva nella realtà che le sostanze irritanti chimiche sono caratterizzate da una notevole reattività e dal fatto che occorrono quantità finite delle stesse per provocare uno stimolo sui ricettori interessati dell’organismo, per cui si può affermare che l’azione sui ricettori è di tipo chimico, tendente a inibire l’azione stessa degli enzimi protettori dell’organismo.

Considerazioni generali sul senso dell’olfatto

Il senso dell’olfatto è certamente il più sensibile dei sensi basati sugli effetti di tipo chimico sopra esaminati. Esso è molto più sensibile del senso del gusto che a sua volta è più sensibile di quello del contatto chimico in generale. In particolare il gusto dell’olfatto è 104 volte più sensibile del senso del gusto.
Come noto, una persona può sentire un odore a distanza; l’aria agisce come veicolo dell’odore; tuttavia non è necessaria la presenza dell’ossigeno dell’aria in quanto qualsiasi gas inerte può agire da trasportatore dell’odore. Mentre i pesci riescono a sentire l’odore trasportato dai liquidi, non è ancora del tutto chiaro se anche l’uomo sia capace di sentire gli odori nell’ambiente liquido.
Gli organi olfattivi sono estremamente sensibili, essendo in grado di percepire le molecole di determinate sostanze anche se presenti in concentrazioni bassissime.

La soglia di percezione di un odore varia da odore a odore e per l’uomo essa è compresa da 2×10-7 fino a 1 ppm; per molt animali, per esempio i cani, essa è molto più bassa. Da rilevare che il senso dell’olfatto può anche esaurirsi se esso viene continuamente usato in relazione a un certo tipo di odore. Anche in questo caso però la diminuzione della sensibilità riguarda quel tipo di odore oppure odori simili, ma non odori diversi verso i quali il senso dell’olfatto mantiene tutta la sua sensibilità. Quando, ed è il caso più frequente, si è in presenza di più odori si possono avere vari effetti:

• effetti indipendenti, dove i componenti agiscono indipendentemente e ciascun tipo di odore viene percepito a partire dalle relative soglie di percezione di ciascun componente;
• effetti di sottrazione: dove i componenti hanno effetti contrastanti che si annullano a vicenda, per cui non si avrà alcun effetto olfattivo anche al di sopra della soglia di percezione;
• effetti di addizione: dove per esempio una miscela di due componenti viene rilevata al raggiungimento della metà delle rispettive soglie di percezione dei due componenti;
• effetti sinergici: dove una miscela di componenti esalta l’intensità della percezione al di sopra della somma degli effetti singoli.

Meccanismo biologico dell’olfatto

Nell’organismo dei mammiferi la percezione degli odori inizia nella parte posteriore del naso in una piccola regione denominata epitelio olfattivo. In questa parte dell’organismo esistono due tipi di cellule. Le cellule del primo tipo, costituite da milioni di neuroni di segnalazione del sistema olfattivo, provocano un contatto diretto tra il mondo esterno e il cervello. A una estremità di ciascun neurone tendono verso l’esterno dei sensori a forma di capello chiamati ciglia che sono in contatto diretto con l’aria circostante. All’altra estremità delle cellule si trovano delle fibre, dette assoni, che si collegano al cervello. Le cellule del secondo tipo, che sono cellule neuroniche generative, sono preposte alla generazione dei neuroni olfattivi durante l’intera vita dell’organismo. A differenza della quasi totalità dei neuroni che muoiono senza poter venire rimpiazzati i neuroni del senso dell’olfatto vengono invece rigenerati continuamente.

In pratica, quando un organismo inala molecole che provocano odore, queste si legano a speciali proteine, dette ricettori, che si estendono in fuori dalle ciglia. Il contatto di queste molecole con i ricettori determina un segnale elettrico che passa lungo gli assoni per giungere a un bulbo olfattivo disposto direttamente dietro il naso. Questo opera come un primo centro di elaborazione dell’informazione olfattiva che collega il naso con la corteccia olfattiva, la zona del cervello che controlla i pensieri e i comportamenti.

Considerando che nel DNA di un organismo di un mammifero circa 1000 geni codificano 1000 tipi differenti di ricettori dell’odore, ciascuno di questi essendo espresso da migliaio di neuroni. Poiché il DNA di un mammifero contiene circa 100000 geni, si deduce che un percento di tutti i geni dell’organismo è dedicato alla percezione degli odori. Si tratta della più elevata percentuale di geni dell’organismo dedicati a una singola funzione. L’elevato grado di informazione genetica specifica dell’olfatto riflette l’importanza che ha assunto nel tempo il senso dell’olfatto per la sopravvivenza e la riproduzione dei mammiferi.

Olfatto e struttura molecolare

Le relazioni esistenti tra odore e struttura chimica portano alle seguenti considerazioni di carattere generale:

Elementi chimici – Nessuno dei circa 30 elementi che esistono in natura allo stato libero possiedono un determinato odore in condizioni fisiche normali, solo l’arsenico viene a possedere un odore quando viene riscaldato. In realtà 7 di questi elementi possiedono un odore, ma soltanto quando sono presenti in forma di molecole poliatomiche. Si tratta dei seguenti elementi appartenenti ai gruppi 5, 6 e 7: P4, As4, O3 , F2, Cl2, Br2 e I2. In particolare, gli elementi del gruppo 7 possiedono un odore che è appunto tipico degli alogeni, gli elementi del gruppo 5 hanno un odore di aglio, mentre l’ozono O3 ha un odore non bene precisabile. E’ possibile che anche l’azoto e l’ossigeno naturali i quali esistono in forma di molecole biatomiche, presentino un determinato odore, che però non viene rilevato dal nostro senso dell’olfatto in quanto assuefatto a tali odori per la presenza permanente di tali elementi nell’ambiente.

Composti inorganici – I sali inorganici sono inodori, mentre i composti covalenti degli elementi non metallici possiedono odori in genere sgradevoli. Da rilevare che l’acqua e l’anidride carbonica sono inodori, anche in questo caso perché forse sono presenti in permanenza nell’ambiente.

Composti organici – La gran parte dei composti organici hanno un odore; esiste in tal senso una certa correlazione tra gli odori e la classe di composti organici considerata. In una serie omologa di composti l’odore delle sostanze passa attraverso un massimo per poi diminuire e scomparire per i composti della serie a peso molecolare più elevato. Se spesso i composti con strutture simili hanno odori simili, talvolta avviene però il contrario, per cui composti con struttura simile hanno odori diversi e composti con strutture diverse hanno odori simili. Composti organici molto reattivi possiedono in genere odori forti. L’insaturazione dei legami crea quindi odori forti, talvolta acri e irritanti, che talvolta possono provocare anche una azione di tipo chimico sull’organismo soprattutto se l’insaturazione è di tipo polare come nel caso di un gruppo C=O. Per quanto riguarda i gruppi funzionali, non è facilmente deducibile la correlazione tra odore e struttura del gruppo. Alcuni di essi possiedono odori gradevoli, come nel caso dei gruppi funzionali OH, OR, H-C=O, R-C=O, (C=O)OR, CN, NO2, mentre altri possiedono odori sgradevoli, come nel caso dei gruppi SH, SR, H-C=S, R-C=S, (C=O)SR, NC, SeR, TeR, ecc. Nel caso dei composti aliciclici l’odore dipende più dalla grandezza dell’anello che dalla natura dei sostituenti presenti nella molecola. Nei composti aromatici l’odore dipende più dalla posizione dei sostituenti che dalla loro natura.
Con l’eccezione del iodoformio avente peso molecolare 394, tutti i composti che possiedono odore hanno pesi molecolari compresi nell’intervallo da 17 (ammoniaca) fino a 300.
L’assenza dell’odore nei composti ad alto peso molecolare è da attribuirsi per lo più alla loro volatilità estremamente bassa.