Эффекты гипоксического дыхания

Работа с дыханием. Работа с дыханием просто означает сознательное управление дыханием для достижения желаемого результата. Существует множество видов работы с дыханием для разных целей. Целый раздел йоги, называемый пранаямой, использует силу манипуляции дыханием для различных целей для здоровья. Настоящее исследование не использует какую-то конкретную технику из древних традиций, а сочетает в себе две основные техники, основанные на западной литературе: медленное дыхание и тренировку гипоксической задержки дыхания.

Дыхание: медленное дыхание. Исследование медленного дыхания (СПБ) возникло в результате наблюдения, что частота сердечных сокращений следует за дыханием: частота сердечных сокращений увеличивается во время вдоха и уменьшается во время выдоха. Множество физиологических процессов приходят в соответствие, когда дыхание поддерживается с постоянной частотой около 0,1 Гц (6 вдохов в минуту). Поскольку более медленное дыхание требует увеличения дыхательного объема, СПБ вызывает ритмические изменения артериального давления, что запускает барорефлекторную реакцию. Барорефлекс включает связь тела со стволом мозга и высшими центрами мозга через афференты блуждающего нерва. Мозг возвращается через блуждающий нерв к сердцу, выделяя ацетилхолин, вызывая временное замедление сердечной деятельности. Поскольку обычное дыхание (по крайней мере, в нашей культуре) обычно намного быстрее и менее регулярное, этот резонанс не достигается в обычной повседневной жизни, что приводит к снижению парасимпатической функции. Практика СПБ может помочь восстановить здоровье путем восстановления надлежащего вегетативного баланса. Например, при СПБ резко снижается артериальное давление и повышается чувствительность барорефлекса. Систолическое артериальное давление снижалось у больных гипертонической болезнью через 8 и 12 недель практики СПБ. Он также может снизить кровяное давление и увеличить поглощение кислорода у жителей уровня моря, находящихся на большой высоте.

В дополнение к стволовым мишеням блуждающего нерва, дорсальный мост, периакведуктальное серое вещество, мозжечок, гипоталамус, таламус, а также латеральная и передняя островковая кора также проявляют активность при функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) во время СПБ (Critchley et al., 2015). . Также было показано, что регулярная практика СПБ в течение 8 недель увеличивает функциональную связь между вентромедиальной префронтальной корой и островком, миндалевидным телом, средней поясной извилиной и латеральной префронтальной корой по сравнению с контрольной группой (Schumann et al., 2021).

Работа с дыханием: задержка дыхания. Различные направления исследований показали удивительные преимущества периодического низкого содержания кислорода. На протяжении веков в разных культурах существовал определенный уровень осведомленности о необходимости меньше дышать или подниматься на высоту по соображениям здоровья. Конкретные исследования начали проводиться, когда люди начали заниматься видами деятельности на большой высоте, такими как полеты на воздушном шаре и альпинизм, и благодаря этому было сделано много открытий о преимуществах низкого содержания кислорода. Например, жизнь на высоте для спортсменов дает преимущества для тренировок и соревнований на уровне моря, а мастера йоги обучают пранаяме (технике дыхания), которая ограничивает воздействие кислорода для различных целей, таких как снижение стресса или очищение ума. Но это лишь наиболее очевидные последствия пониженного содержания кислорода. Еще более удивительным является то, что гипоксическое предварительное кондиционирование защищает от последующего ишемического воздействия, которое обычно приводит к гибели нейронов. Также было показано, что пониженное содержание кислорода усиливает факторы роста, усиливает нейрогенез, улучшает приток крови к мозгу и повышает антиоксидантную активность. Считается, что механизм таких преимуществ в основном включает факторы, индуцируемые гипоксией (HIF), которые приводят к последующим эффекторам, таким как гем-оксигеназа-1, белки теплового шока, факторы роста, эритропоэтин и другие. Таким образом, как бы нелогично это ни казалось, ограничение кислорода, либо за счет снижения содержания кислородных смесей, высоты или задержки дыхания, является эффективным способом стимулировать естественные способности организма увеличивать факторы, способствующие укреплению здоровья.

ЭЭГ-изображение мозга при работе с дыханием. В этом исследовании мы будем использовать 128-канальную крышку ЭЭГ для записи ЭЭГ всей головы, что позволит выполнить разложение на активность коркового источника с использованием анализа независимых компонентов (ICA). Преимущество этого метода состоит в том, что он позволяет разделить действия, исходящие из разных областей мозга (а не из участков кожи головы), и затем наблюдать их временные взаимодействия во время конкретных задач. В этом исследовании мы будем изучать активность источника во время управляемого ритмичного дыхания и последовательностей задержек дыхания, чтобы наблюдать мощность частоты и когерентность, которые характеризуют эти состояния. Влияние гипоксии на ЭЭГ не было тщательно изучено, а предварительные отчеты различаются, отчасти из-за различных методов индукции гипоксии. Например, в одном исследовании было показано, что гипобарическая гипоксия увеличивает альфа-частоты (~8-12 Гц) и тета-частоты (~4-7 Гц), но снижает альфа-частоты в двух других исследованиях, хотя в обоих исследованиях действительно обнаружено последовательное увеличение частоты. тета-сила. Также было показано, что нормобарическая задержка дыхания снижает альфа-активность. Кроме того, с помощью магнитоэнцефалографии было отмечено, что гиперкапния, или повышенное содержание углекислого газа (CO2) (что также происходит во время задержки дыхания), снижает уровень альфа, а также бета (~ 13-30 Гц) и низкий уровень гамма-излучения (~ 30-50 Гц). .

В SPB также есть небольшая литература, показывающая спектральные изменения во время и после контролируемого дыхания. Одно исследование конкретной техники пранаямы показало увеличение теты во время СПБ, которое снижается во время последующей медитации, в то время как мощность альфа снижается во время СПБ и еще больше снижается во время медитации. Другое исследование, использующее другую экспериментальную схему, показало прогрессивное увеличение общей мощности и всех спектральных диапазонов (тета, альфа, бета), когда испытуемые выполняли учащенное, нормальное дыхание и СПБ. Однако другое исследование показало снижение мощности низкого бета-излучения во время СПБ по сравнению с быстрым дыханием. Также было показано, что SPB синхронизирует медленные корковые потенциалы и вариабельность сердечного ритма (ВСР), что приводит к субъективному расслаблению испытуемых.

Хотя эти отчеты демонстрируют четкие доказательства изменений ЭЭГ во время произвольных манипуляций с дыханием, их результаты противоречивы и основаны на использовании только самых основных методов анализа. В текущем исследовании мы намерены расширить эти результаты, разложив данные ЭЭГ высокой плотности на независимые компоненты с помощью ICA, и изучить когерентность и причинно-следственную связь активности ЭЭГ, чтобы показать уровень связности мозга и направления информационных потоков во время этих состояний. измененное сознание.

Физиология, биохимия и молекулярная биология. Никаких исследований по интеграции физиологических, биохимических и молекулярно-биологических реакций на работу с дыханием у людей не проводилось. Исследования оценили изменения транскриптома во время йоги, которые показывают основное влияние на иммунную модуляцию, но они осложняются процессами, которые включают работу с дыханием в дополнение к другим манипуляциям. Наше исследование будет первым исследованием, в котором будут интегрированы многочисленные физиологические и биологические мультиомные конечные точки для изучения влияния тренировки дыхания.