Auswirkungen von hypoxischer Atmung

Atemarbeit. Atemarbeit bedeutet einfach, den Atem bewusst zu manipulieren, um ein gewünschtes Ergebnis zu erzielen. Es gibt viele Arten von Atemübungen für unterschiedliche Ziele. Ein ganzer Abschnitt des Yoga, Pranayama genannt, nutzt die Kraft der Atemmanipulation für verschiedene gesundheitliche Vorteile. Die aktuelle Studie verwendet keine bestimmte Technik aus alten Traditionen, sondern kombiniert zwei grundlegende Techniken, die in der westlichen Literatur verankert sind: langsames Atmen und hypoxisches Atemanhaltetraining.

Atemarbeit: langsames Atmen. Die Untersuchung der langsamen Atmung (SPB) entstand aus der Beobachtung, dass die Herzfrequenz dem Atem folgt: Die Herzfrequenz steigt beim Einatmen und sinkt beim Ausatmen. Mehrere physiologische Prozesse kommen in Einklang, wenn die Atmung auf einer konstanten Frequenz von etwa 0,1 Hz (6 Atemzüge pro Minute) gehalten wird. Da eine langsamere Atmung ein größeres Atemzugvolumen erfordert, verursacht SPB rhythmische Veränderungen des Blutdrucks, die die Baroreflexreaktion auslösen. Der Baroreflex beinhaltet die Kommunikation vom Körper zum Hirnstamm und höheren Gehirnzentren über Afferenzen des Vagusnervs. Das Gehirn wandert über den Vagusnerv zurück zum Herzen und setzt dabei Acetylcholin frei, was zu einer vorübergehenden Verlangsamung des Herzschlags führt. Da der typische Atem (zumindest in unserer Kultur) normalerweise viel schneller und weniger regelmäßig ist, wird diese Resonanz im normalen Alltag nicht erreicht, was zu einer verminderten parasympathischen Funktion führt. Das Üben von SPB kann zur Wiederherstellung der Gesundheit durch die Wiederherstellung des richtigen autonomen Gleichgewichts beitragen. Beispielsweise wird der Blutdruck während der SPB akut gesenkt, zusammen mit einer erhöhten Baroreflex-Empfindlichkeit. Der systolische Blutdruck war bei hypertensiven Patienten nach 8 und 12 Wochen SPB-Praxis reduziert. Es kann auch den Blutdruck senken und die Sauerstoffaufnahme bei Meeresbewohnern erhöhen, die großen Höhen ausgesetzt sind.

Zusätzlich zu den Hirnstammzielen vagaler Afferenzen zeigen dorsale Pons, periaquäduktale graue Substanz, Kleinhirn, Hypothalamus, Thalamus sowie laterale und anteriore Inselrinden während der SPB auch Aktivität in der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) (Critchley et al., 2015). . Es hat sich auch gezeigt, dass eine regelmäßige Ausübung von SPB über 8 Wochen die funktionelle Konnektivität zwischen dem ventromedialen präfrontalen Kortex und der Insula, der Amygdala, dem mittleren Cingulat und dem lateralen präfrontalen Kortex im Vergleich zu Kontrollen erhöht (Schumann et al., 2021).

Atemarbeit: Atem anhalten. Verschiedene Forschungsrichtungen haben die überraschenden Vorteile eines intermittierenden Sauerstoffmangels gezeigt. Im Laufe der Jahrhunderte gab es in verschiedenen Kulturen ein gewisses Bewusstsein dafür, aus gesundheitlichen Gründen weniger zu atmen oder sich in die Höhe zu begeben. Spezifische Studien wurden durchgeführt, als Menschen mit Aktivitäten in großer Höhe wie Heißluftballonfahrten und Bergsteigen begannen, und von da an wurden viele Entdeckungen über die Vorteile eines niedrigen Sauerstoffgehalts gemacht. Beispielsweise bietet das Leben in großer Höhe für Sportler Vorteile für Training und Wettkampf auf Meereshöhe, und Yogi-Meister haben Pranayama (Atemtechniken) gelehrt, die die Sauerstoffexposition begrenzen und so verschiedene Vorteile wie Stressreduzierung oder einen klaren Geist bewirken. Dies sind jedoch nur die offensichtlichsten Folgen einer verminderten Sauerstoffkonzentration. Überraschender ist, dass eine hypoxische Vorkonditionierung vor einer nachfolgenden ischämischen Belastung schützt, die normalerweise zum Absterben von Neuronen führen würde. Es wurde auch gezeigt, dass reduzierter Sauerstoff die Wachstumsfaktoren steigert, die Neurogenese steigert, die Durchblutung des Gehirns verbessert und die antioxidative Aktivität erhöht. Es wird angenommen, dass der Mechanismus dieser Vorteile hauptsächlich durch Hypoxie-induzierbare Faktoren (HIFs) involviert ist, die zu nachgeschalteten Effektoren wie Hämoxygenase-1, Hitzeschockproteinen, Wachstumsfaktoren, Erythropoetin und mehr führen. So kontraintuitiv es auch erscheinen mag, die Begrenzung des Sauerstoffgehalts, sei es durch reduzierte Sauerstoffgasmischungen, Höhe oder Atemanhalten, ist eine wirksame Möglichkeit, die natürlichen Fähigkeiten des Körpers zur Steigerung gesundheitsfördernder Faktoren zu stimulieren.

EEG-Gehirnbildgebung der Atemarbeit. In dieser Studie werden wir eine 128-Kanal-EEG-Kappe verwenden, um das Ganzkopf-EEG aufzuzeichnen, das eine Zerlegung in kortikale Quellenaktivität mithilfe einer unabhängigen Komponentenanalyse (ICA) ermöglicht. Diese Technik hat den Vorteil, Aktivitäten zu trennen, die von verschiedenen Bereichen des Gehirns (anstelle von Stellen auf der Kopfhaut) ausgehen, und dann ihre vorübergehenden Wechselwirkungen bei bestimmten Aufgaben zu beobachten. In dieser Studie werden wir die Quellenaktivität während geführter rhythmischer Atmung und Atemanhaltesequenzen untersuchen, um die Frequenzstärke und Kohärenzen zu beobachten, die diese Zustände charakterisieren. Die Auswirkung von Hypoxie auf das EEG wurde nicht ausführlich untersucht, und die vorläufigen Berichte sind unterschiedlich, was teilweise auf unterschiedliche Techniken zur Auslösung von Hypoxie zurückzuführen ist. Beispielsweise wurde gezeigt, dass hypobare Hypoxie in einer Studie die Alpha-Frequenzen (~8–12 Hz) und Theta-Frequenzen (~4–7 Hz) erhöht, in zwei anderen Studien jedoch die Alpha-Frequenzen verringert, wobei in beiden Studien jedoch ein konsistenter Anstieg festgestellt wurde Theta-Kraft. Es hat sich auch gezeigt, dass normobares Anhalten des Atems die Alpha-Aktivität verringert. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass Hyperkapnie oder erhöhtes Kohlendioxid (CO2) (das auch beim Anhalten des Atems auftritt) bei der Magnetenzephalographie zu einer Verringerung von Alpha sowie Beta (~13–30 Hz) und niedrigem Gamma (~30–50 Hz) führt .

SPB verfügt außerdem über eine kleine Literatur, die spektrale Veränderungen während und nach kontrollierter Atmung zeigt. Eine Studie zu einer bestimmten Pranayama-Technik zeigte einen Theta-Anstieg während SPB, der während der nachfolgenden Meditation abfällt, während die Alpha-Kraft während SPB abnahm und während der Meditation weiter abnahm. Unter Verwendung eines anderen experimentellen Designs zeigte eine andere Studie einen progressiven Anstieg der Gesamtleistung und aller Spektralbänder (Theta, Alpha, Beta), wenn die Probanden schnelles Atmen, normales Atmen und SPB durchführten. In einer anderen Studie wurde jedoch festgestellt, dass die niedrige Beta-Leistung während der SPB im Vergleich zur schnellen Atmung verringert ist. Es wurde auch gezeigt, dass SPB langsame kortikale Potenziale und Herzfrequenzvariabilität (HRV) synchronisiert, was zu einem subjektiv entspannenden Zustand der Probanden führt.

Während diese Berichte eindeutige Hinweise auf EEG-Veränderungen während der willkürlichen Atemmanipulation zeigen, sind ihre Ergebnisse inkonsistent und basieren nur auf den grundlegendsten Analysetechniken. In der aktuellen Studie beabsichtigen wir, diese Ergebnisse zu erweitern, indem wir die EEG-Daten mit hoher Dichte mithilfe von ICA in unabhängige Komponenten zerlegen und die Kohärenz und Kausalität der EEG-Aktivität untersuchen, um den Grad der Gehirnvernetzung und die Richtungen des Informationsflusses während dieser Zustände aufzuzeigen Verändertes Bewusstsein.

Physiologie, Biochemie und Molekularbiologie. Es wurden keine Studien durchgeführt, um die physiologischen, biochemischen und molekularbiologischen Reaktionen der Atemarbeit beim Menschen zu integrieren. In Studien wurden Transkriptomveränderungen während des Yoga untersucht, die sich hauptsächlich auf die Immunmodulation auswirken. Diese werden jedoch durch Prozesse erschwert, die neben anderen Manipulationen auch Atemübungen umfassen. Unsere Studie wird die erste sein, die mehrere physiologische und biologische multiomische Endpunkte integriert, um die Auswirkungen des Atemtrainings zu untersuchen.