Skutki niedotlenienia oddechowego

Oddech. Oddychanie oznacza po prostu świadome manipulowanie oddechem, aby osiągnąć pożądany rezultat. Istnieje wiele rodzajów pracy z oddechem dla różnych celów. Cały segment jogi, zwany pranajamą, wykorzystuje moc manipulacji oddechem w celu uzyskania różnych korzyści zdrowotnych. W obecnym badaniu nie wykorzystano konkretnej techniki zaczerpniętej ze starożytnych tradycji, ale połączono dwie podstawowe techniki zakorzenione w literaturze zachodniej: oddychanie w powolnym tempie i trening wstrzymywania oddechu w stanie niedotlenienia.

Oddech: powolne oddychanie. Badanie oddychania w zwolnionym tempie (SPB) wyłoniło się z obserwacji, że tętno podąża za oddechem: tętno wzrasta podczas wdechu i maleje podczas wydechu. Wiele procesów fizjologicznych zostaje zharmonizowanych, gdy oddech utrzymuje się na stałym poziomie około 0,1 Hz (6 oddechów na minutę). Ponieważ wolniejsze oddychanie wymaga większej objętości oddechowej, SPB powoduje rytmiczne zmiany ciśnienia krwi, co wyzwala reakcję barorefleksyjną. Barorefleks polega na komunikacji ciała z pniem mózgu i wyższymi ośrodkami mózgu za pośrednictwem doprowadzających nerwu błędnego. Mózg wystaje z powrotem przez nerw błędny do serca, uwalniając acetylocholinę, powodując tymczasowe spowolnienie pracy serca. Ponieważ typowy oddech (przynajmniej w naszej kulturze) jest zwykle znacznie szybszy i mniej regularny, rezonans ten nie jest osiągany w normalnym codziennym życiu, co prowadzi do ograniczenia funkcji przywspółczulnych. Praktykowanie SPB może pomóc w przywróceniu zdrowia poprzez odzyskanie właściwej równowagi autonomicznej. Na przykład podczas SPB ciśnienie krwi ulega gwałtownemu obniżeniu, wraz ze zwiększoną wrażliwością na barorefleks. Skurczowe ciśnienie krwi uległo obniżeniu u pacjentów z nadciśnieniem po 8 i 12 tygodniach praktyki SPB. Może również obniżyć ciśnienie krwi i zwiększyć wchłanianie tlenu u mieszkańców poziomu morza narażonych na duże wysokości.

Oprócz docelowych miejsc w pniu mózgu nerwu błędnego, most grzbietowy, istota szara okołoprzewodowa, móżdżek, podwzgórze, wzgórze oraz boczna i przednia kora wyspowa również wykazują aktywność w funkcjonalnym obrazowaniu rezonansu magnetycznego (fMRI) podczas SPB (Critchley i in., 2015). . Wykazano również, że regularna praktyka SPB przez 8 tygodni zwiększa łączność funkcjonalną między brzuszno-przyśrodkową korą przedczołową a wyspą, ciałem migdałowatym, środkowym zakrętem obręczy i boczną korą przedczołową w porównaniu z grupą kontrolną (Schumann i in., 2021).

Oddech: wstrzymanie oddechu. Różne kierunki badań wykazały zaskakujące korzyści wynikające z okresowego niskiego poziomu tlenu. Na przestrzeni wieków w różnych kulturach panowała pewna świadomość dotycząca mniejszego oddychania lub przenoszenia się na wysokość ze względów zdrowotnych. Kiedy ludzie zaczęli uprawiać sport na dużych wysokościach, np. latanie balonem i wspinaczkę górską, zaczęto przeprowadzać szczegółowe badania i dzięki temu dokonano wielu odkryć na temat korzyści płynących z niskiej zawartości tlenu. Na przykład życie na dużych wysokościach zapewnia sportowcom korzyści podczas treningów i zawodów na poziomie morza, a mistrzowie joginów nauczali pranajamy (technik oddychania), które ograniczają ekspozycję na tlen w celu uzyskania różnych korzyści, takich jak redukcja stresu lub oczyszczenie umysłu. Ale to tylko najbardziej oczywiste następstwa obniżonej zawartości tlenu. Bardziej zaskakujące jest to, że niedotlenienie wstępne chroni przed późniejszym wyzwaniem niedokrwiennym, które normalnie prowadziłoby do śmierci neuronów. Wykazano również, że zmniejszona ilość tlenu pobudza czynniki wzrostu, zwiększa neurogenezę, poprawia przepływ krwi do mózgu i zwiększa aktywność przeciwutleniającą. Uważa się, że mechanizm takich korzyści obejmuje głównie czynniki indukowane hipoksją (HIF), które prowadzą do dalszych efektorów, takich jak hem-oksygenaza-1, białka szoku cieplnego, czynniki wzrostu, erytropoetyna i inne. Tak więc, choć może się to wydawać sprzeczne z intuicją, ograniczanie tlenu poprzez zredukowaną mieszaninę gazów tlenowych, wysokość lub wstrzymywanie oddechu jest skutecznym sposobem stymulowania naturalnych zdolności organizmu do zwiększania czynników sprzyjających zdrowiu.

Obrazowanie mózgu EEG pracy oddechowej. W tym badaniu użyjemy 128-kanałowego czapeczki EEG do zarejestrowania EEG całej głowy, co umożliwi rozkład na aktywność źródła korowego przy użyciu niezależnej analizy składowych (ICA). Zaletą tej techniki jest oddzielanie czynności pochodzących z różnych obszarów mózgu (zamiast lokalizacji na skórze głowy), a następnie obserwowanie ich przejściowych interakcji podczas określonych zadań. W tym badaniu zbadamy aktywność źródła podczas sekwencji kontrolowanego rytmicznego oddychania i wstrzymywania oddechu, aby obserwować moc częstotliwości i spójność charakteryzującą te stany. Wpływ niedotlenienia na EEG nie był szczegółowo badany, a wstępne doniesienia są zróżnicowane, częściowo ze względu na różne techniki wywoływania niedotlenienia. Na przykład w jednym badaniu wykazano, że hipoksja hipobaryczna zwiększa częstotliwości alfa (~8-12 Hz) i theta (~4-7 Hz), ale zmniejsza alfa w dwóch innych badaniach, chociaż w obu badaniach stwierdzono stały wzrost częstotliwości moc theta. Wykazano również, że normobaryczne wstrzymywanie oddechu zmniejsza aktywność alfa. Co więcej, zaobserwowano, że hiperkapnia, czyli zwiększony poziom dwutlenku węgla (CO2) (który występuje również podczas wstrzymania oddechu), zmniejsza wartości alfa i beta (~13-30 Hz) i niskie wartości gamma (~30-50 Hz) przy użyciu magnetoencefalografii .

SPB posiada również niewielką literaturę pokazującą zmiany widmowe podczas i po kontrolowanym oddychaniu. Jedno z badań konkretnej techniki pranajamy wykazało wzrost theta podczas SPB, który spada podczas kolejnej medytacji, podczas gdy moc alfa zmniejszała się podczas SPB i jeszcze bardziej malała podczas medytacji. Stosując inny projekt eksperymentu, inne badanie wykazało postępujący wzrost mocy całkowitej i wszystkich pasm widmowych (theta, alfa, beta), gdy badani wykonywali szybkie oddychanie, normalne oddychanie i SPB. Jednak inne badanie wykazało zmniejszoną niską moc beta podczas SPB w porównaniu z szybkim oddychaniem. Wykazano również, że SPB synchronizuje powolne potencjały korowe i zmienność rytmu serca (HRV), prowadząc do subiektywnego stanu relaksu pacjentów.

Chociaż raporty te przedstawiają wyraźne dowody na zmiany w EEG podczas dobrowolnej manipulacji oddechem, ich wyniki są niespójne i opierają się jedynie na najbardziej podstawowych technikach analizy. W obecnym badaniu zamierzamy rozszerzyć te ustalenia, rozkładając dane EEG o dużej gęstości na niezależne komponenty za pomocą ICA i badając spójność i przyczynowość aktywności EEG, aby pokazać poziom połączeń mózgowych i kierunki przepływu informacji podczas tych stanów zmieniona świadomość.

Fizjologia, biochemia i biologia molekularna. Nie przeprowadzono żadnych badań w celu zintegrowania fizjologicznych, biochemicznych i molekularnych reakcji biologicznych na oddychanie u ludzi. W badaniach oceniano zmiany transkryptomu podczas jogi, które wykazały główny wpływ na modulację układu odpornościowego, ale są one skomplikowane ze względu na procesy obejmujące oddychanie i inne manipulacje. Nasze badanie będzie pierwszym, w którym połączymy wiele fizjologicznych i biologicznych wielopunktowych punktów końcowych w celu zbadania wpływu treningu oddechowego.