Effets de la respiration hypoxique

Respiration. La respiration signifie simplement manipuler consciemment la respiration pour obtenir le résultat souhaité. Il existe de nombreux types de respiration pour différents objectifs. Un segment entier du yoga, appelé pranayama, exploite le pouvoir de la manipulation de la respiration pour divers bienfaits pour la santé. L’étude actuelle n’utilise pas de technique spécifique issue de traditions anciennes, mais combine deux techniques de base fondées sur la littérature occidentale : la respiration lente et l’entraînement à l’apnée hypoxique.

Respiration : respiration lente. L’étude de la respiration lente (SPB) est née de l’observation selon laquelle la fréquence cardiaque suit la respiration : la fréquence cardiaque augmente lors de l’inspiration et diminue lors de l’expiration. De multiples processus physiologiques s'alignent lorsque la respiration est maintenue à un rythme constant d'environ 0,1 Hz (6 respirations par minute). Étant donné qu’une respiration plus lente nécessite un volume courant plus important, le SPB provoque des changements rythmiques de la pression artérielle, qui déclenchent la réponse baroréflexe. Le baroréflexe implique la communication du corps vers le tronc cérébral et les centres cérébraux supérieurs via les afférents du nerf vagal. Le cerveau se projette vers le cœur à travers le nerf vague, libérant de l'acétylcholine, provoquant un ralentissement temporaire du cœur. Parce que la respiration typique (dans notre culture en tout cas) est généralement beaucoup plus rapide et moins régulière, cette résonance n'est pas obtenue dans la vie quotidienne normale, ce qui entraîne une réduction de la fonction parasympathique. La pratique du SPB peut aider à restaurer la santé en rétablissant un bon équilibre autonome. Par exemple, la pression artérielle est considérablement réduite pendant le SPB, ainsi qu'une sensibilité baroréflexe accrue. La pression artérielle systolique a été réduite chez les patients hypertendus après 8 et 12 semaines de pratique du SPB. Il peut également réduire la tension artérielle et augmenter l’absorption d’oxygène chez les habitants du niveau de la mer exposés à des altitudes élevées.

En plus des cibles du tronc cérébral des afférents vagaux, le pont dorsal, la matière grise périaqueducale, le cervelet, l'hypothalamus, le thalamus et les cortex insulaires latéraux et antérieurs montrent également une activité sur l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) pendant le SPB (Critchley et al., 2015). . Il a également été démontré qu'une pratique régulière du SPB pendant 8 semaines augmente la connectivité fonctionnelle entre le cortex préfrontal ventromédian et l'insula, l'amygdale, le cingulaire moyen et le cortex préfrontal latéral par rapport aux témoins (Schumann et al., 2021).

Respiration : apnée. Diverses pistes de recherche ont montré les avantages surprenants d’un faible taux d’oxygène intermittent. À travers les âges, différentes cultures ont eu une certaine conscience de la nécessité de moins respirer ou de prendre de l'altitude pour des raisons de santé. Des études spécifiques ont commencé à être réalisées lorsque les humains ont commencé à pratiquer des activités à haute altitude comme la montgolfière et l'alpinisme, et à partir de là, de nombreuses découvertes ont été faites sur les avantages d'une faible teneur en oxygène. Par exemple, vivre en haute altitude pour les athlètes confère des avantages pour l’entraînement et la compétition au niveau de la mer, et les maîtres yogis ont enseigné le pranayama (techniques de respiration) qui limitent l’exposition à l’oxygène pour divers avantages comme la réduction du stress ou l’éclaircissement de l’esprit. Mais ce ne sont là que les conséquences les plus évidentes d’une diminution de l’oxygène. Ce qui est plus surprenant est que le préconditionnement hypoxique protège contre une provocation ischémique ultérieure qui entraînerait normalement la mort neuronale. Il a également été démontré qu’une teneur réduite en oxygène stimule les facteurs de croissance, augmente la neurogenèse, améliore le flux sanguin vers le cerveau et augmente l’activité antioxydante. On pense que le mécanisme de ces bénéfices implique principalement des facteurs inductibles par l’hypoxie (HIF), qui conduisent à des effecteurs en aval tels que l’hème-oxygénase-1, les protéines de choc thermique, les facteurs de croissance, l’érythropoïétine et bien d’autres encore. Ainsi, aussi contre-intuitif que cela puisse paraître, limiter l'oxygène, soit en réduisant les mélanges d'oxygène gazeux, en altitude ou en retenant sa respiration, est un moyen efficace de stimuler les capacités naturelles du corps à augmenter les facteurs favorables à la santé.

Imagerie cérébrale EEG de la respiration. Dans cette étude, nous utiliserons un capuchon EEG à 128 canaux pour enregistrer l'EEG de la tête entière qui permettra la décomposition en activité source corticale à l'aide de l'analyse en composantes indépendantes (ICA). Cette technique présente l’avantage de séparer les activités émanant de différentes zones du cerveau (au lieu des localisations du cuir chevelu) puis d’observer leurs interactions transitoires au cours de tâches spécifiques. Dans cette étude, nous examinerons l'activité de la source pendant des séquences de respiration rythmique guidée et d'apnée pour observer la puissance de fréquence et les cohérences qui caractérisent ces états. L'effet de l'hypoxie sur l'EEG n'a pas été étudié de manière approfondie et les rapports préliminaires sont variés, en partie à cause des techniques variées pour induire l'hypoxie. Par exemple, il a été démontré que l'hypoxie hypobare augmente les fréquences alpha (~ 8-12 Hz) et thêta (~ 4-7 Hz) dans une étude, mais diminue l'alpha dans deux autres études, bien que celles-ci aient toutes deux constaté une augmentation constante de puissance thêta. Il a également été démontré que l’apnée normobare diminue l’activité alpha. De plus, il a également été observé que l'hypercapnie, ou augmentation du dioxyde de carbone (CO2) (qui se produit également pendant l'apnée), diminue l'alpha, ainsi que le bêta (~ 13-30 Hz) et le faible gamma (~ 30-50 Hz) en utilisant la magnétoencéphalographie. .

SPB dispose également d'une petite littérature montrant les changements spectraux pendant et après une respiration contrôlée. Une étude d'une technique de pranayama spécifique a montré une augmentation thêta pendant la SPB qui diminue au cours de la méditation ultérieure, tandis que la puissance alpha diminuait pendant la SPB et diminuait encore pendant la méditation. Utilisant un plan expérimental différent, une autre étude a montré une augmentation progressive de la puissance totale et de toutes les bandes spectrales (thêta, alpha, bêta) lorsque les sujets effectuaient une respiration rapide, une respiration normale et une SPB. Cependant, une autre étude a révélé une diminution de la puissance bêta pendant le SPB par rapport à une respiration rapide. Il a également été démontré que le SPB synchronise les potentiels corticaux lents et la variabilité de la fréquence cardiaque (VRC), conduisant à un état subjectivement relaxant pour les sujets.

Bien que ces rapports montrent des preuves claires de modifications de l'EEG lors de manipulations volontaires de la respiration, leurs résultats sont à la fois incohérents et utilisent uniquement les techniques d'analyse les plus élémentaires. Dans la présente étude, nous avons l'intention d'étendre ces résultats en décomposant les données EEG haute densité en composants indépendants à l'aide de l'ICA et d'examiner la cohérence et la causalité de l'activité EEG pour montrer le niveau de connectivité cérébrale et les directions du flux d'informations pendant ces états de conscience altérée.

Physiologie, biochimie et biologie moléculaire. Aucune étude n'a été entreprise pour intégrer les réponses physiologiques, biochimiques et biologiques moléculaires de la respiration chez l'homme. Des études ont évalué les changements du transcriptome pendant le yoga qui montrent des effets principaux sur la modulation immunitaire, mais ceux-ci sont compliqués par des processus qui incluent la respiration en plus d'autres manipulations. Notre étude sera la première à intégrer plusieurs paramètres multi-omiques physiologiques et biologiques pour étudier l'impact de l'entraînement respiratoire.