Effekter av hypoksisk pustearbeid

Pustearbeid. Pustearbeid betyr ganske enkelt å bevisst manipulere pusten for å oppnå et ønsket resultat. Det finnes mange typer pustearbeid for forskjellige mål. Et helt segment av yoga, kalt pranayama, utnytter kraften til pustemanipulasjon for ulike helsefordeler. Den nåværende studien bruker ikke en spesifikk teknikk fra eldgamle tradisjoner, men kombinerer to grunnleggende teknikker basert på vestlig litteratur: sakte-tempo pusting og hypoksisk pust-hold trening.

Pustearbeid: sakte tempo pust. Studiet av sakte-tempo pusting (SPB) dukket opp fra observasjonen at hjertefrekvens følger pusten: hjertefrekvensen øker under innånding og avtar under utpust. Flere fysiologiske prosesser kommer på linje når pusten opprettholdes med en konstant hastighet på omtrent 0,1 Hz (6 pust per minutt). Siden langsommere pust nødvendiggjør større tidalvolum, forårsaker SPB rytmiske endringer i blodtrykket, som utløser barorefleksresponsen. Barorefleksen innebærer kommunikasjon fra kroppen til hjernestammen og høyere hjernesentre via vagale nerveafferenter. Hjernen rager tilbake gjennom vagusnerven til hjertet, og frigjør acetylkolin, for å forårsake midlertidig hjertebremsing. Fordi typisk pust (i vår kultur i alle fall) vanligvis er mye raskere og mindre regelmessig, oppnås ikke denne resonansen i normal dagligliv, noe som fører til redusert parasympatisk funksjon. Å praktisere SPB kan bidra til å gjenopprette helsen ved å gjenopprette riktig autonom balanse. For eksempel reduseres blodtrykket akutt under SPB, sammen med økt barorefleksfølsomhet. Systolisk blodtrykk ble redusert hos hypertensive pasienter etter 8 og 12 uker med SPB-praksis. Det kan også redusere blodtrykket og øke oksygenopptaket hos beboere ved havnivå som er utsatt for store høyder.

I tillegg til hjernestammemål for vagale afferenter, viser dorsal pons, periaqueductal grå substans, lillehjernen, hypothalamus, thalamus og laterale og fremre insulære cortex også aktivitet på funksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI) under SPB (Critchley et al., 2015) . En vanlig praktisering av SPB i 8 uker har også vist seg å øke funksjonell tilkobling mellom den ventromediale prefrontale cortex og insula, amygdala, midtre cingulate og lateral prefrontal cortex sammenlignet med kontroller (Schumann et al., 2021).

Pust: Hold pusten. Ulike forskningsveier har vist de overraskende fordelene med periodisk lavt oksygen. Gjennom tidene har forskjellige kulturer hatt en viss grad av bevissthet om å puste mindre eller flytte til høyden av helsemessige årsaker. Spesifikke studier begynte å bli utført da mennesker begynte aktiviteter i høye høyder som luftballong og fjellklatring, og derfra har mange oppdagelser blitt gjort om fordelene med lavt oksygen. For eksempel gir idrettsutøvere å bo i høye høyder fordeler for trening og konkurranse på havnivå, og yogimestere har lært pranayama (pusteteknikker) som begrenser oksygeneksponering for ulike fordeler som stressreduksjon eller å rense sinnet. Men dette er bare de mest åpenbare følgene av redusert oksygen. Mer overraskende er at hypoksisk prekondisjonering beskytter mot påfølgende iskemisk utfordring som normalt vil resultere i nevronal død. Redusert oksygen har også vist seg å øke vekstfaktorer, øke nevrogenese, forbedre blodtilførselen til hjernen og øke antioksidantaktiviteten. Mekanismen for slike fordeler antas for det meste å involvere hypoksi-induserbare faktorer (HIF), som fører til nedstrøms effektorer som hem-oksygenase-1, varmesjokkproteiner, vekstfaktorer, erytropoietin og mer. Så kontraintuitivt som det kan virke, er å begrense oksygen, enten ved reduserte oksygengassblandinger, høyde eller å holde pusten, en effektiv måte å stimulere kroppens naturlige evner til å øke helsefremmende faktorer.

EEG hjerneavbildning av pustearbeid. I denne studien vil vi bruke en 128-kanals EEG-hette for å registrere hele hodets EEG som vil tillate dekomponering til kortikal kildeaktivitet ved bruk av uavhengig komponentanalyse (ICA). Denne teknikken har fordelen av å skille aktiviteter som kommer fra forskjellige områder av hjernen (i stedet for hodebunnsplasseringer) og deretter observere deres forbigående interaksjoner under spesifikke oppgaver. I denne studien vil vi undersøke kildeaktivitet under veiledet rytmisk pust og pusthold-sekvenser for å observere frekvenskraften og koherensene som karakteriserer disse tilstandene. Effekten av hypoksi på EEG har ikke blitt grundig studert, og foreløpige rapporter er varierte, delvis på grunn av varierte teknikker for å indusere hypoksi. For eksempel har hypobar hypoksi vist seg å øke i alfa (~8-12 Hz) og theta (~4-7 Hz) frekvenser i en studie, men redusere alfa i to andre studier, selv om disse begge fant en konsekvent økning i theta kraft. Normobarisk pustholding har også vist seg å redusere alfaaktivitet. Videre har hyperkapni, eller økt karbondioksid (CO2) (som også oppstår under pusten), også blitt registrert å redusere alfa, samt beta (~13-30 Hz) og lav gamma (~30-50 Hz) ved bruk av magnetoencefalografi .

SPB har også en liten litteratur som viser spektrale endringer under og etter kontrollert pust. En studie av en spesifikk pranayama-teknikk viste en thetaøkning under SPB som synker under påfølgende meditasjon, mens alfakraften avtok under SPB og avtok ytterligere under meditasjon. Ved å bruke en annen eksperimentell design, viste en annen studie progressive økninger i total kraft og alle spektralbånd (theta, alfa, beta) når forsøkspersoner utførte rask pust, normal pust og SPB. En annen studie fant imidlertid redusert lav betakraft under SPB sammenlignet med rask pust. SPB har også vist seg å synkronisere langsomme kortikale potensialer og hjertefrekvensvariabilitet (HRV), noe som fører til en subjektivt avslappende tilstand for forsøkspersoner.

Selv om disse rapportene viser klare bevis for EEG-endringer under frivillig pustemanipulasjon, er resultatene deres både inkonsekvente og bruker bare de mest grunnleggende analyseteknikkene. I den nåværende studien har vi til hensikt å utvide disse funnene ved å dekomponere EEG-dataene med høy tetthet til uavhengige komponenter ved å bruke ICA og undersøke sammenhengen og årsakssammenhengen til EEG-aktiviteten for å vise nivået av hjernetilknytning og retninger for informasjonsflyt under disse tilstandene av endret bevissthet.

Fysiologi, biokjemi og molekylærbiologi. Ingen studier har blitt utført for å integrere de fysiologiske, biokjemiske og molekylærbiologiske responsene til pustearbeid hos mennesker. Studier har vurdert transkriptomendringer under Yoga som viser hovedeffekter på immunmodulering, men disse er komplisert av prosesser som inkluderer pustearbeid i tillegg til andre manipulasjoner. Vår vil være den første studien som integrerer flere fysiologiske og biologiske multiomiske endepunkter for å studere effekten av pustetrening.