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Wirkt Wald Wunder? Mit TD-GC/MS der heilenden Kraft von Bäumen auf der Spur

Autor / Redakteur: Guido Deußing* / Dr. Ilka Ottleben

Bereits ein kurzer Aufenthalt im Wald soll eine heilende Wirkung haben. Nur Einbildung? Wohl nicht. Japanische Forscher sehen in den von Bäumen emittierten natürlichen flüchtigen organischen Verbindungen wichtige Heilsbringer und in ihrer Forschung die Chance, natürliche Heilstätten auf Maß zu kreieren.

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Abb. 1: Bereits fünf Minuten pro Tag im Wald zu verbringen, soll sich Forschern zufolge positiv auf das mentale Wohlbefinden auswirken [1].
Abb. 1: Bereits fünf Minuten pro Tag im Wald zu verbringen, soll sich Forschern zufolge positiv auf das mentale Wohlbefinden auswirken [1].
(Bild: © eyetronic - adobe.stock.com)

Haben wir nicht alle die Erfahrung gemacht, dass ein Spaziergang durch den Wald wahre Wunder bewirken kann, vor allem, wenn man unter Druck steht, den Kopf mit allem Möglichen voll oder Stress hat? Kaum in den Wald eingetaucht, fällt die Anspannung ab, fühlt man sich freier, frischer, lebendiger. Wer meint, diese Wahrnehmung sei eingebildet, eine Sinnestäuschung, der irrt! Bereits ein kurzer Aufenthalt im Wald, die Rede ist von nicht mehr als fünf Minuten pro Tag, soll sich Forschern zufolge nachweislich positiv auf das mentale Wohlbefinden auswirken [1].

Eine große Bedeutung wird hierbei der Pflanzenform zugeschrieben, die dem Begriff Wald qua Definition seine Bedeutung gibt: den Bäumen. Allein der Anblick eines Baumes könne die Stimmung aufhellen und den Körper stärken. Das haben Wissenschaftler bereits 1984 beobachtet: Krankenhauspatienten, die von ihrem Krankenlager aus Bäume sehen konnten, zeigten eine schnellere und bessere Wundheilung und brauchten weniger Schmerzmittel als Patienten, denen die Aussicht auf Bäumen verwehrt blieb [2].

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Das Phänomen heilsamer Spaziergänge im Wald

Weltweit wurden Studien über die Wirkung von Bäumen und Wäldern auf die Gesundheit sowie Heilungsprozesse durchgeführt. Bemerkenswert: allein das Vorhandensein eines Waldes in der Nachbarschaft soll einen nachweislichen Wohlfühleffekt für die Anwohner bergen. Wie groß dieser Effekt sei, könne von der Baumdichte abhängen: Kanadische Wissenschaftler meinen, je mehr Bäume in einer Wohngegend stehen, desto niedriger sei das Risiko für die Menschen dort, an Herz und Kreislauf, Bluthochdruck oder Diabetes zu erkranken [3].

Qing Li von der Nippon Medical School in Tokio kommt nach der Analyse von Gesundheitsdaten der japanischen Bevölkerung zu dem Resultat: Wer in einer waldreichen Region lebt, stirbt seltener an den Folgen von Krebs, als jemand, der in waldkargen Gefilden beheimatet ist. Bäume seien laut Li in der Lage, das Immunsystem zu stärken und die vermehrte Bildung von Killerzellen anzuregen, die für die Abwehr schädlicher Keime und von Krebszellen wichtig sind [4, 5].

Die Untersuchung der Präventivwirkung von Wäldern auf Zivilisationskrankheiten beflügelte an japanischen Universitäten die Etablierung des jungen Forschungsbereichs der „Waldmedizin“. Die gewonnenen Erkenntnisse über die Wirkung von Wäldern flossen inzwischen ein in die alternative Heilmethode des „Waldbadens“; das japanische Wort dafür lautet „Shinrin Yoku“ [6, 7]. „Waldbaden“ meint im Grunde nichts anderes als einen kurzen, geruhsamen Ausflug in den Wald, der unter bestimmten Voraussetzungen [8] die Stimmung aufhelle, Stress entgegenwirke und das Immunsystem stärke.

Dass ein Aufenthalt an frischer Luft unter günstigen klimatischen Bedingungen heilsam sein kann, ist bei Leibe keine Neuigkeit. Das ahnte man bereits in der Antike. Im 19. Jahrhundert propagierten Ärzte wie Hermann Brehmer (1826 – 1889) die Wirksamkeit von Luftkuren bei Erkrankungen wie Tuberkulose [10]. Was aber verleiht einem Wald die Kraft, Wohlbefinden und Gesundheit zu fördern?

Bäume & Co.: Emissionen mit Wirkung

Kim Geonwoo und Kollegen von der japanischen Kyushu-Universität haben sich diese Frage gestellt und versucht, eine wissenschaftlich fundierte Antwort zu finden. Bei ihrer Forschung konzentrierten sich die Wissenschaftler insbesondere auf die Emissionen natürlicher flüchtiger organischer Verbindungen (NVOCs) [9].

Flüchtige organische Verbindungen (Volatile Organic Compound[s], VOCs) ist die Sammelbezeichnung für organische, also kohlenstoffhaltige Stoffe, die leicht verdampfen (flüchtig sind) bzw. schon bei niedrigen Temperaturen (z. B. Raumtemperatur) als Gas vorliegen. Manche VOCs, etwa in Form von Materialemissionen, beeinträchtigen nachweislich das Wohlbefinden und können Kopfschmerzen, Müdigkeit, Schleimhautreizungen, Atembeschwerden und Depressionen hervorrufen [11]. Vergleichbares gilt für Emissionen von Schimmelpilzen, so genannte Microbial Volatile Organic Compounds (MVOCs) [12]. Dass VOCs indes auch positive Effekte auf das Wohlbefinden und die Gesundheit ausüben können, ist ebenfalls hinlänglich bekannt und Grundlage zum Beispiel von Aromatherapien unter Einsatz ätherischer Öle.

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NVOCs werden von Pflanzen als sekundäre Metaboliten produziert und emittiert, um sich etwa vor Krankheitserregern oder Fressfeinden zu schützen. Zu den NVOCs zählt z.B. die Gruppe der Terpene, die sich formal vom Isopren ableiten. Terpene wie α-Pinen oder Limonen gehören zu den Phythonziden [9], was bedeutet, dass diese Verbindungen eine antibiotische Wirkung haben. Kampfer sei bekannt für seine unter anderem anti-kanzerogene und Husten lindernde, Cedrol für eine Blutdruck senkende Wirkung, schreiben Geonwoo et al. Viele Terpene werden als Geruchs- oder Geschmacksstoffe in Parfümen und kosmetischen Produkten eingesetzt oder erfüllen um die Weihnachtszeit jene Wohnräume, in denen eine Naturtanne als Christbaum aufgestellt ist, die bekanntlich in großer Menge geruchsintensive VOC emittiert.

Auf in den Wald – zum Probesammeln

Kim Geonwoo und Kollegen machten sich auf in den universitätsnahen Kasuya Research Forest, ein Stadtwald von annähernd 500 Hektar Größe, der den Bürgern des Ortes zur Naherholung dient und den Wissenschaftlern der Universität zu Forschungszwecken. Das Ziel von Geonwoo et al. war es also, die Emission von NVOCs zu bestimmen – und zwar, nicht die von Nadelbäumen, was aufgrund der bei Tannengehölz bekannt hohen VOC-Emissionen nahegelegen hätte, sondern von immergrünen Laubbäumen. Die Forscher richteten ihre Aufmerksamkeit auf Lorbeergewächse, namentlich der Gattung Cinnamomum camphora (Kampferbaum) und Machilus Thunbergii. Beide Gewächse finden sich in größerer Zahl im Kasuya Research Forest und beiden wird eine therapeutische Wirkung insbesondere bei Erkältungserkrankungen nachgesagt [9].

Ergänzendes zum Thema
LP-Tipp – VOCs und NVOCs

Die englische Abkürzung VOC (Volatile Organic Compound) bezeichnet einen flüchtigen organischen Stoff im Siedebereich von 50 – 260 °C. Zu der Sammelbezeichnung Volatile Organic Compounds (VOCs) gehören z. B. Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Aldehyde und Ketone. VOCs gehen bereits bei Raumtemperatur in die Dampfphase über. Natürliche flüchtige organische Verbindungen (NVOCs) werden von Pflanzen als sekundäre Metaboliten produziert.

Um Auskunft über die NVOC-Emissionen zu erhalten, unternahmen Geonwoo und Kollegen Probenahmen an Stellen im Kasuya Research Forest, die jeweils von der einen oder anderen Gewächsart dominiert wurden. (In ihrer Arbeit geben die Wissenschaftler dezidiert Auskunft über die Besonderheit der Plätze und des Baumwuchses.) Mithilfe von Minipumpen zogen sie in 1,5 Meter Höhe Luft durch mit Tenax TA und Carbotrap 2B gefüllte Adsorbensröhrchen. Ein Gesamt-NVOC-Volumen von 15 Litern wurde mit einer Flussrate von 150 mL/min gesammelt. Anschließend wurden die Adsorbensröhrchen bei -4 °C gelagert und innerhalb von 48 Stunden mittels Thermodesorptions-Gaschromatograpie-Massenspektrometrie (TD-GC/MS) analysiert.

Für die Thermodesorption der Analyten verwendeten Geonwoo et al. ein Thermal-Desorption-System (Gerstel-TDS; ebenfalls verwendbar ist der Gerstel-Thermal-Desorber 3.5+ in Verbindung mit dem Gerstel-Multi-Purpose-Sampler, MPS), das an ein GC/MS-System von Agilent Technologies (7890N-5975) gekoppelt war. Die angereicherten NVOCs wurden für drei Minuten bei 210 °C vom Adsorbens thermodesorbiert und bei -30 °C im Kalt-Aufgabe-System (Gerstel-KAS), auf dem das TDS aufsitzt, croyfokussiert. Das KAS wurde auf 220 °C (3 min) aufgeheizt und die Gasphase anschließend auf eine GC-Säule (HP-Innowax, 60 m x 0,25 mm, 0,25 µm) überführt. Der GC-Ofen wurde programmiert von 40 °C (3 min) mit 8 °C pro Minute auf 220 °C (3 min) aufgeheizt. Die Temperatur des Interface zum MSD betrug 210 °C.

Ergebnisse der TD-GC/MS- Analysen

Bei der Analyse richteten Geonwoo und Kollegen ihr Augenmerk auf 20 Monoterpene, darunter u.a. auf α-Pinen, β-Pinen und Camphen, die bekanntlich eine pharmakologische Wirkung besitzen. Bei beiden Baumtypen bestimmten die Wissenschaftler im Rahmen der TDS-GC/MS-Analyse insgesamt 18 der NVOS [9]. Doch während C. camphora und M. thunbergii ein vergleichbares Komponentenverhältnis aufwiesen, emittierte das Kampfergewächs die größte Gesamtmenge an den natürlichen flüchtigen organischen Verbindungen (TVOC).

Bemerkenswert waren die von Baum zu Baum gemessenen Konzentrationsunterschiede von α-Pinen (0,083 ng/m3 [C. camphora]: 0,031 ng/m3 [M. thunbergii], Camphen (0,041 ng/m3 : 0,014 ng/m3), Camphor (0,359 ng/m3: 0,142 ng/m3) und Cedrol (0,115 ng/m3 : 0,051 ng/m3). Die Emissionsraten hingen nicht nur von der Pflanzen- und Blattgröße ab, sondern auch von verschiedenen Umweltfaktoren. So stiegen sie im Tagesverlauf mit der Sonneneinstrahlung, sprich der Temperatur, und sanken mit steigender Feinstaubbelastung und Luftfeuchtigkeit. Bemerkenswert sei auf jeden Fall, schreiben Geonwoo et al., obgleich Nadelhölzer ungleich höhere NVOC-Konzentrationen emittierten, dass die Werte der untersuchten Laubgewächse nicht unerheblich sind. Diese Erkenntnis solle künftig bei der Konzeption und Schaffung natürlicher Heilräume berücksichtigt werden, empfehlen die Forscher.

Quellen:

[1] J. Barton J. Pretty, What is the Best Dose of Nature and Green Exercise for Improving Mental Health? A Multi-Study Analysis, Environ. Sci. Technol., 44 (2010) 3947–3955, DOI: 10.1021/es903183r, http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es903183r (23.11.2017)

[2] R. Ulrich, View through a window may influence recovery from surgery, Science 224 (1984) 420-421, DOI: 10.1126/science.6143402, http://science.sciencemag.org/content/224/4647/420 (23.11.2017)

[3] O. Kardan, P. Gozdyra, B. Misic, F. Moola, L. J. Palmer, T. Paus, M. G. Berman, Neighborhood greenspace and health in a large urban center, Scientific Reports 5 (2015) Article number: 11610, doi:10.1038/srep11610,www.nature.com/articles/srep11610 (Open) (23.11.2017)

[4] Q. Li, Die Heilkraft des Waldes – Der Beitrag der Waldmedizin zur Naturtherapie, 2016, www.fpi-publikation.de/images/stories/downloads/grueneTexte/qing-li-die-heilkraft-des-waldes-der-beitrag-der-waldmedizin-zur-naturtherapie-gruene-texte-16-2016.pdf (23.11.2017)

[5] Wikipedia, https://de.wikipedia.org/wiki/Vagotonie

[6] Q. Li, „Forest Medicine“, in: Q. Li (Hg.), Forest Medicine, New York 2012, S. 1-316

[7] Q. Li, K. Morimoto, A. Nakadai, H. Inagaki, M. Katsumata, T. Shimizu, Y. Hirata, K. Hirata, H. Suzuki, Y. Miyazaki, T. Kagawa, Y. Koyama, T. Ohira, N. Takayama, A.M. Krensky, T. Kawada, Forest bathing enhances human natural killer activity and expression auf anti-cancer proteins, International Journal of Immunopathology and Pharmacology 20(2007) 3-8

[8] Dr. Qing Li’s Empfehlungen zum Waldbanden, www.waldbaden.com/waldbaden/dr-qing-li-s-empfehlungen-zum-waldbaden (23.11.2017)

[9] G. Kim, B.-J. Park, P.–S. Yeon, S. Lee, D. Joung, C. Park, S. Koga, Case Study on the Changes in the Physical Environment in Forest Healing Spaces, J. Fac. Agr., Kyushu Univ., 61 (2016) 375–381, www.researchgate.net/profile/Kim_Geonwoo/publication/309526204_Case_study_on_the_changes_in_the_physical_environment_in_forest_healing_spaces/links/586eec0608aebf17d3a88033/Case-study-on-the-changes-in-the-physical-environment-in-forest-healing-spaces.pdf (open) (23.11.2017)

[10] www.ewnor.de/jv/548_jv.php

[11] G. Deußing, Emissionen flüchtiger Verbindungen auf der Spur, LaborPraxis 4 (2010) x-y , www.laborpraxis.vogel.de/emissionen-fluechtiger-organischer-verbindungen-auf-der-spur-a-258691/

[12] R. Keller, K. Senkpiel, W. Butte, Schimmelpilze und deren Sekundärmetabolite (MVOC) in Luftproben unbelasteter Wohnungen. In: Gefahrstoffe, Reinhaltung der Luft. Band 67, Nr. 3. Springer-VDI-Verlag, 2007, ISSN 0949-8036, S. 77–84.

* G. Deußing: Redaktionsbüro Guido Deußing, 41464 Neuss

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