Effecten van hypoxisch ademwerk

Ademwerk. Ademwerk betekent eenvoudigweg het bewust manipuleren van de adem om een ​​gewenst resultaat te bereiken. Er zijn veel soorten ademwerk voor verschillende doelen. Een heel segment van yoga, pranayama genaamd, maakt gebruik van de kracht van ademmanipulatie voor verschillende gezondheidsvoordelen. De huidige studie maakt geen gebruik van een specifieke techniek uit oude tradities, maar combineert twee basistechnieken die zijn geworteld in de westerse literatuur: langzaam ademhalen en hypoxische apneutraining.

Ademwerk: langzaam ademhalen. Het onderzoek naar langzame ademhaling (SPB) is voortgekomen uit de observatie dat de hartslag de ademhaling volgt: de hartslag neemt toe tijdens het inademen en neemt af tijdens het uitademen. Meerdere fysiologische processen komen op één lijn wanneer de ademhaling op een constante snelheid van ongeveer 0,1 Hz (6 ademhalingen per minuut) wordt gehouden. Omdat een langzamere ademhaling een groter ademvolume vereist, veroorzaakt SPB ritmische veranderingen in de bloeddruk, waardoor de baroreflexreactie wordt geactiveerd. De baroreflex omvat communicatie van het lichaam naar de hersenstam en hogere hersencentra via afferente zenuwen. De hersenen projecteren terug via de nervus vagus naar het hart, waarbij acetylcholine vrijkomt, wat een tijdelijke hartvertraging veroorzaakt. Omdat de typische ademhaling (in ieder geval in onze cultuur) meestal veel sneller en minder regelmatig is, wordt deze resonantie niet bereikt in het normale dagelijkse leven, wat leidt tot een verminderde parasympathische functie. Het beoefenen van SPB kan helpen de gezondheid te herstellen door het juiste autonome evenwicht te herstellen. De bloeddruk wordt bijvoorbeeld acuut verlaagd tijdens SPB, samen met een verhoogde baroreflexgevoeligheid. De systolische bloeddruk was verlaagd bij hypertensieve patiënten na 8 en 12 weken SPB-oefening. Het kan ook de bloeddruk verlagen en de zuurstofopname verhogen bij bewoners op zeeniveau die worden blootgesteld aan grote hoogten.

Naast hersenstamdoelen van vagale afferenten, vertonen dorsale pons, periaqueductale grijze stof, cerebellum, hypothalamus, thalamus en laterale en anterieure insulaire cortices ook activiteit op functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI) tijdens SPB (Critchley et al., 2015) . Er is ook aangetoond dat een regelmatige beoefening van SPB gedurende 8 weken de functionele connectiviteit tussen de ventromediale prefrontale cortex en de insula, amygdala, middelste cingulaat en laterale prefrontale cortex vergroot in vergelijking met controles (Schumann et al., 2021).

Ademwerk: adem inhouden. Verschillende onderzoekslijnen hebben de verrassende voordelen van intermitterend laag zuurstofgehalte aangetoond. Door de eeuwen heen zijn verschillende culturen zich er in zekere mate van bewust geweest dat ze om gezondheidsredenen minder moeten ademen of naar grotere hoogten moeten gaan. Er werden specifieke onderzoeken uitgevoerd toen mensen begonnen met activiteiten op grote hoogte, zoals ballonvaren en bergbeklimmen, en van daaruit zijn er veel ontdekkingen gedaan over de voordelen van een laag zuurstofgehalte. Het leven op grote hoogte voor atleten biedt bijvoorbeeld voordelen voor training en competitie op zeeniveau, en yogi-meesters hebben pranayama (ademhalingstechnieken) geleerd die de blootstelling aan zuurstof beperken voor verschillende voordelen, zoals stressvermindering of het verhelderen van de geest. Maar dit zijn slechts de meest voor de hand liggende gevolgen van verlaagde zuurstof. Verrassender is dat hypoxische preconditionering beschermt tegen daaropvolgende ischemische uitdaging die normaal gesproken zou resulteren in neuronale dood. Er is ook aangetoond dat verminderde zuurstof de groeifactoren stimuleert, de neurogenese verhoogt, de bloedtoevoer naar de hersenen verbetert en de antioxiderende activiteit verhoogt. Aangenomen wordt dat het mechanisme van dergelijke voordelen vooral verband houdt met hypoxie-induceerbare factoren (HIF's), die leiden tot stroomafwaartse effectoren zoals heem-oxygenase-1, hitteschokeiwitten, groeifactoren, erytropoëtine en meer. Dus, hoe contra-intuïtief het ook mag lijken, is het beperken van zuurstof, hetzij door verminderde zuurstofgasmengsels, door hoogte of door het inhouden van de adem, een effectieve manier om het natuurlijke vermogen van het lichaam te stimuleren om gezondheidsbevorderende factoren te vergroten.

EEG-hersenbeeldvorming van ademwerk. In deze studie zullen we een 128-kanaals EEG-cap gebruiken om het EEG van het hele hoofd op te nemen, wat ontleding in corticale bronactiviteit mogelijk maakt met behulp van onafhankelijke componentenanalyse (ICA). Deze techniek heeft het voordeel dat activiteiten die afkomstig zijn van verschillende delen van de hersenen (in plaats van hoofdhuidlocaties) worden gescheiden en vervolgens hun voorbijgaande interacties tijdens specifieke taken worden waargenomen. In deze studie zullen we bronactiviteit onderzoeken tijdens geleide ritmische ademhalings- en ademinhoudingssequenties om de frequentiekracht en coherenties te observeren die deze toestanden kenmerken. Het effect van hypoxie op het EEG is niet uitgebreid bestudeerd en de voorlopige rapporten zijn gevarieerd, deels vanwege de uiteenlopende technieken voor het induceren van hypoxie. Zo is bijvoorbeeld in één onderzoek aangetoond dat hypobare hypoxie in alfa- (~8-12 Hz) en theta-frequenties (~4-7 Hz) toeneemt, maar in twee andere onderzoeken afneemt, hoewel deze beide wel een consistente toename in frequentie vinden. theta-kracht. Er is ook aangetoond dat normobare adem inhouden de alfa-activiteit vermindert. Bovendien is met behulp van magneto-encefalografie ook opgemerkt dat hypercapnie, of verhoogde kooldioxide (CO2) (die ook optreedt tijdens het inhouden van de adem), de alfa, evenals de bèta (~13-30 Hz) en het lage gamma (~30-50 Hz) verlaagt. .

SPB heeft ook een kleine literatuur waarin spectrale veranderingen tijdens en na gecontroleerde ademhaling worden aangetoond. Eén onderzoek naar een specifieke pranayama-techniek toonde een toename van de theta aan tijdens SPB, die afneemt tijdens daaropvolgende meditatie, terwijl de alfakracht afnam tijdens SPB en verder afnam tijdens meditatie. Met behulp van een ander experimenteel ontwerp toonde een ander onderzoek een progressieve toename van het totale vermogen en alle spectrale banden (theta, alfa, bèta) aan wanneer proefpersonen snelle ademhaling, normale ademhaling en SPB uitvoerden. Uit een ander onderzoek bleek echter dat het lage bètavermogen tijdens SPB afnam in vergelijking met snelle ademhaling. Er is ook aangetoond dat SPB langzame corticale potentiëlen en hartslagvariabiliteit (HRV) synchroniseert, wat leidt tot een subjectief ontspannende toestand voor proefpersonen.

Hoewel deze rapporten duidelijk bewijs tonen voor EEG-veranderingen tijdens vrijwillige ademhalingsmanipulatie, zijn hun resultaten inconsistent en maken ze alleen gebruik van de meest elementaire analysetechnieken. In de huidige studie zijn we van plan deze bevindingen uit te breiden door de EEG-gegevens met hoge dichtheid op te splitsen in onafhankelijke componenten met behulp van ICA en de samenhang en causaliteit van de EEG-activiteit te onderzoeken om het niveau van hersenverbondenheid en de richtingen van de informatiestroom tijdens deze toestanden van bewustzijn aan te tonen. veranderd bewustzijn.

Fysiologie, biochemie en moleculaire biologie. Er zijn geen onderzoeken uitgevoerd om de fysiologische, biochemische en moleculair-biologische reacties van ademwerk bij mensen te integreren. Studies hebben transcriptoomveranderingen tijdens yoga beoordeeld die de belangrijkste effecten op de immuunmodulatie laten zien, maar deze worden gecompliceerd door processen die naast andere manipulaties ook ademhalingsoefeningen omvatten. Onze studie zal de eerste studie zijn waarin meerdere fysiologische en biologische multi-omische eindpunten worden geïntegreerd om de impact van ademtraining te bestuderen.