Ha olyan szerencsés vagy, hogy 80 évig élsz, életed során akár egymilliárd lélegzetet is veszel, elegendő levegőt be- és kifújva körülbelül ...
Ha olyan szerencsés vagy, hogy 80 évig élsz, életed során akár egymilliárd lélegzetet is veszel, elegendő levegőt be- és kifújva körülbelül 50 vagy több Goodyear léggömb megtöltéséhez. Naponta körülbelül 20000 lélegzetet veszünk, oxigént szívunk fel, hogy tápláljuk sejtjeinket és szöveteinket, és megszabadítsuk a testet a sejtek anyagcseréje következtében felhalmozódó szén-dioxidtól. A légzés annyira nélkülözhetetlen az élethez, hogy az emberek általában perceken belül meghalnak, ha leáll.
Ez annyira automatikus viselkedés, hogy hajlamosak vagyunk természetesnek venni. De a légzés fiziológiai csoda - rendkívül megbízható és hihetetlenül rugalmas. Légzési sebességünk szinte azonnal megváltozhat stresszre vagy izgalomra reagálva, és még a fizikai aktivitás növekedése előtt is. A légzés pedig olyan zökkenőmentesen összehangolt más viselkedési formákkal, mint az evés, a beszéd, a nevetés és a sóhajtozás, hogy talán soha nem is vetted észre, hogyan változik a légzésed, hogy alkalmazkodjon ezekhez. A légzés a lelkiállapotunkat is befolyásolhatja, amint azt a jóga és más ősi meditációs hagyományok ellenőrzött légzési gyakorlatai is bizonyítják.
Az elmúlt években a kutatók elkezdték feltárni a légzés néhány mögöttes idegi mechanizmusát, valamint annak számos testre és elmére gyakorolt hatását. Az 1980-as évek végén idegtudósok azonosítottak egy neuronhálózatot az agytörzsben, amely meghatározza a légzés ritmusát. Ez a felfedezés ugródeszkát jelentett annak vizsgálatához, hogy az agy hogyan integrálja a légzést más viselkedésekkel. Ugyanakkor a kutatók bizonyítékokat találtak arra vonatkozóan, hogy a légzés az agy széles rétegeiben befolyásolhatja a tevékenységet, beleértve azokat is, amelyek fontos szerepet játszanak az érzelmekben és a megismerésben.
"A légzésnek nagyon sok feladata van," - mondja Jack L. Feldman, a Los Angeles-i Kaliforniai Egyetem idegkutatója, a légzés és az érzelmek kölcsönhatásáról szóló nemrégiben megjelent cikk társszerzője az Annual Review of Neuroscience-ben . "Ez nagyon bonyolult, mert folyamatosan változtatjuk a testtartásunkat és az anyagcserénket, és ezt össze kell hangolni a többi viselkedéssel." (1)
Minden lélegzet a tüdő, az izom és az agy szimfóniája
Minden alkalommal, amikor belélegzünk, a tüdőnk megtelik oxigéndús levegővel, amely azután bediffundál a véráramba, és eloszlik a szervezetben. Egy tipikus emberi tüdőpár körülbelül 500 millió apró zsákot, úgynevezett alveolust tartalmaz, amelyek falán a gázok áthaladnak a légutak és a véráram között. Ennek a felületnek a teljes mérete körülbelül 70 négyzetméter - valamivel több, mint egy tipikus kétszobás lakás területe.
"Az emlősökben, köztük az emberekben az a figyelemre méltó, hogy óriási felület található a mellkasukban," - mondja Feldman. A nagyobb felület pedig azt jelenti, hogy több gázcsere történik másodpercenként.
De a tüdő nem képes egyedül működni. Lényegében ernyedt szövetzsákok. "Ahhoz, hogy ez működjön, a tüdőt fújtatóként kell pumpálni," - mondja Feldman. Minden belégzéskor a mellkasi üreg alján lévő rekeszizom összehúzódik, és körülbelül fél hüvelyknyit lefelé mozog. Ugyanakkor a bordák közötti bordaközi izmok felfelé és kifelé mozgatják a bordaívet - mindez kitágítja a tüdőt és beszívja a levegőt.
Nyugalomban ezek az izmok csak belégzéskor húzódnak össze. A kilégzés passzívan történik, amikor az izmok ellazulnak és a tüdő leereszt. Edzés közben különböző izmok összehúzódnak, hogy aktívan kiszorítsák a levegőt és felgyorsítsák a légzést.
A szívizommal ellentétben, amelynek ritmusát beállító pacemakersejtek vannak, a légzést irányító izmok az agytól kapják a parancsokat. Tekintettel ezeknek az agyi jeleknek az életet elősegítő fontosságára, meglepően sok időbe telt, hogy felkutassák őket. Az egyik első, aki elgondolkodott a forrásukon, Galenus volt, a görög orvos, aki észrevette, hogy a gladiátorok, akiknek a nyaka egy bizonyos szint felett eltört, nem tudnak normálisan lélegezni. Későbbi kísérletek rámutattak az agytörzsre, és az 1930-as években Edgar Adrian brit fiziológus bebizonyította, hogy az aranyhal kimetszett agytörzse továbbra is ritmikus elektromos aktivitást fejt ki, amelyről azt hitte, hogy ez a légzés mögött meghúzódó mintázat-generáló jel.
Az agytörzsi légzésmintázat-generátor pontos elhelyezkedése azonban ismeretlen maradt egészen az 1980-as évek végéig, amikor Feldman és munkatársai a rágcsálók agytörzsében található, körülbelül 3000 neuronból álló hálózatra szűkítették le (embereknél körülbelül 10000 neuronból áll). Most preBötzinger Complexnek (preBötC) hívják. A neuronok spontán módon ritmikus elektromos aktivitást mutatnak, amely a köztes neuronokon keresztül irányítja a légzést szabályozó izmokat.
Az évek során egyesek azt feltételezték, hogy Bötzinger híres anatómus lehetett, mondja Feldman, talán német vagy osztrák. Valójában azonban ez a név villámgyorsan jutott eszébe egy tudományos konferencián egy vacsora közben, ahol azt gyanította, hogy egy kollégája nem megfelelő módon kívánja magának követelni a felfedezést. Feldman koccintott a poharával, és azt javasolta, hogy nevezzék el az agyterületet a felszolgált borról, amely a németországi Bötzingen környékéről származott. Talán az említett bor hatása alatt a többiek beleegyeztek, és így kapta a nevet. "A tudósok ugyanolyan furcsák, mint bárki más," - mondja Feldman. "Szórakozunk az ehhez hasonló dolgokban."
A légzés ritmusának meghatározása
Feldman későbbi kutatásainak nagy része arra összpontosított, hogy pontosan megértsék, hogyan generálják a preBötC neuronjai a légzési ritmust. Ez megalapozta a laboratóriumának és másoknak a munkáját, hogy megvizsgálják, hogyan szervezi meg az agy a légzés és a légzés megváltoztatását igénylő viselkedések közötti kölcsönhatást.
A sóhaj az egyik érdekes példa. Egy hosszú, mély lélegzet sok mindent kifejezhet: szomorúságot, megkönnyebbülést, beletörődést, vágyakozást, kimerültséget. De nem mi, emberek vagyunk az egyetlenek, akik sóhajtozunk - úgy gondolják, hogy minden emlős -, és ez azért lehet, mert a sóhajnak a kifejező tulajdonságai mellett fontos biológiai funkciója is van. Az emberek néhány percenként felsóhajtanak, és minden sóhaj egy belégzéssel kezdődik, amely körülbelül kétszer annyi levegőt vesz fel, mint egy normál lélegzet. A tudósok azt gyanítják, hogy ez segít kinyitni az összeesett alveolusokat, a tüdő apró kamráit, ahol gázcsere zajlik, ugyanúgy, mint amikor belefújunk egy gumikesztyűbe. Számos bizonyíték támasztja alá ezt az elképzelést: például az időszakos sóhajtásra programozott kórházi lélegeztetőgépekről kimutatták, hogy javítják a tüdő működését és fenntartják a betegek vér oxigénszintjét.
A Nature-ben 2016-ban megjelent tanulmányban Feldman és munkatársai négy kis neuronpopulációt azonosítottak, amelyek a jelek szerint felelősek a rágcsálók sóhajtásáért. (2) Ezen neuroncsoportok közül kettő a preBötC közelében található agytörzsi régióban helyezkedik el, és jeleket küldenek a másik két csoportnak, amelyek a preBötC belsejében találhatók. Amikor a kutatók megölték ezeket a preBötC neuronokat egy rendkívül szelektív toxinnal, a patkányok abbahagyták a sóhajtozást, de a légzésük robusztus maradt. Másrészt, amikor a tudósok olyan neuropeptideket fecskendeztek be, amelyek aktiválják az idegsejteket, a patkányok tízszer gyakrabban sóhajtottak. A kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy a neuronok e négy csoportja egy olyan áramkört alkot, amely arra utasítja a preBötC-t, hogy szakítsa meg normál légzési programját, és rendeljen el egy mélyebb lélegzetet.
A preBötC szerepet játszik más viselkedések légzéssel való összehangolásában is. Feldman egyik munkatársa, Kevin Yackle idegtudós és munkatársai a közelmúltban egereket használtak a légzés és a hangok közötti kölcsönhatások vizsgálatára. Amikor elszakadnak a fészküktől, az újszülött egerek ultrahangos kiáltásokat adnak, amelyek túl magasak ahhoz, hogy az emberek meghallják. Egy lélegzetvételen belül rendszeres időközönként több kiáltás hallatszik, nem úgy, mint az emberi beszéd szótagjai - mondja Yackle, aki jelenleg a San Francisco-i Kaliforniai Egyetemen dolgozik. "Van ez a lassabb légzési ritmus, majd bele van ágyazva a gyorsabb vokalizációs ritmus," - mondja.
Annak érdekében, hogy kiderítsék, hogyan működik ez, a kutatók hátrafelé haladtak a gégétől, a torok azon részétől, amely részt vesz a hangképzésben. Anatómiai nyomjelzőkkel azonosították a gégét irányító neuronokat, és visszakövették kapcsolataikat az agytörzsi sejtcsoporthoz, az általuk intermedier reticularis oszcillátornak (iRO) elnevezett területen. Különféle technikák alkalmazásával a kutatók azt találták, hogy az iRO neuronok megölése vagy gátlása megszünteti a sírás hangját, és stimulálásuk növeli a lélegzetvételenkénti sírások számát.
Amikor a kutatók agyszövet szeleteket vizsgáltak iRO neuronokkal, a sejtek szabályos mintázatban tüzeltek. "Ezek a neuronok olyan ritmust hoznak létre, amely pontosan olyan, mint az állat sírása, ahol az gyorsabb, mint a preBötC légzési ritmus, de benne van," - mondja Yackle.
További kísérletek azt sugallták, hogy az iRO neuronok segítik a vokalizálás és a légzés integrálását azáltal, hogy a preBötC-nek azt mondják, hogy apró belégzéseket hajtson végre, amelyek megszakítják a kilégzést - lehetővé téve, hogy egy sor rövid kiáltás szépen beleférjen egyetlen kifújt lélegzetbe. Vagyis a ritmikus sírást nem kilégzések sorozata okozza, hanem egy hosszú kilégzés több megszakítással.
Az év elején a Neuron folyóiratban közölt eredmények hatással lehetnek az emberi nyelv megértésére. A másodpercenkénti szótagok száma viszonylag szűk tartományba esnek az összes emberi nyelvben, mondja Yackle. Feltételezi, hogy ez valószínűleg a hangok és a légzés összehangolásának szükségessége által támasztott korlátoknak köszönhető. (3)
A ritmus beállítása az agyban
A legújabb tanulmányok azt sugallják, hogy a légzés a laboratóriumi vizsgálatok meglepően széles skáláján befolyásolhatja az emberek teljesítményét. Ha valaki a belégzés és a kilégzés ciklusában van, az olyan sokrétű képességeket befolyásolhat, mint a finom érintés észlelése és a háromdimenziós tárgyak megkülönböztetése. Egy tanulmány kimutatta, hogy az emberek hajlamosak belélegezni közvetlenül egy kognitív feladat előtt, és ez általában javítja a teljesítményt. Többen úgy találták, hogy csak az orron keresztül történő légzésnek vannak ilyen hatásai; a szájon keresztül történő légzésnek nem.
Az egyik felmerülő ötlet, hogy ez hogyan működhet, az agy elektromos aktivitásának jól dokumentált ritmikus oszcillációira összpontosít. Ezek a hullámok, amelyeket gyakran a fejbőrön lévő elektródákkal mérnek, több ezer neuron kumulatív aktivitását rögzítik, és néhány idegtudós évtizedek óta azzal érvelt, hogy a távoli agyi régiók közötti kommunikációt tükrözik, amely a megismerés fontos aspektusainak hátterében állhat. Ilyen lehet például az, hogy az agy hogyan integrálja az agy hallási és vizuális részeiben külön-külön feldolgozott szenzoros információkat, hogy létrehozza azt, amit a jelenet hangjainak és látványainak zökkenőmentes észleléseként tapasztalunk. Egyes tudósok még azt is felvetették, hogy az ilyen szinkronizált tevékenység magának a tudatnak az alapja lehet (mondani sem kell, ezt nehéz volt bizonyítani).
Egyre több bizonyíték utal arra, hogy a légzés meghatározhatja az oszcillációk némelyikének ütemét. Rágcsálókkal végzett kísérletek során több kutatócsoport azt találta, hogy a légzési ritmus befolyásolja a hippokampusz aktivitási hullámait, amely a tanulás és a memória szempontjából kritikus régió. Az ébrenlét során a hippokampusz neuronjainak kollektív elektromos aktivitása egyenletes ütemben emelkedik és csökken - jellemzően másodpercenként hat-tízszer. Ez a théta-ritmus, ahogy nevezik, minden vizsgált állatban előfordul, beleértve az embereket is.
Egy 2016-os tanulmányban Adriano Tort, a brazíliai Rio Grande do Norte Szövetségi Egyetem idegkutatója és munkatársai a théta-oszcilláció tanulmányozását tűzték ki célul, de észrevették, hogy elektródáik egy másik ritmust is felvesznek, egy lassabb ritmust, körülbelül másodpercenként három csúcsértékkel, ami ugyanaz, mint egy nyugalmi állapotú egér légzésszáma. Először attól tartottak, hogy egy tárgy okozza, mondja Tort, amit talán egy instabil elektróda vagy az állat mozgása okozhatott. De további kísérletek meggyőzték őket arról, hogy nem csak a ritmikus tevékenység valódi és szinkronban van a légzéssel, hanem arról is, hogy metronómként hat a hippokampusz gyorsabb théta-oszcillációinak ütemére. (4)
Ugyanebben az időben Christina Zelano idegtudós és munkatársai hasonló eredményekről számoltak be embereknél. A sebészek által az epilepsziás betegek agyára helyezett elektródák adatait felhasználva a rohamok nyomon követésére a kutatók azt találták, hogy a természetes légzés szinkronizálja az oszcillációkat több agyterületen belül, beleértve a hippokampuszt és az amygdalát, amelyek az érzelmi feldolgozás fontos szereplői. Ez a szinkronizáló hatás csökkent, amikor a kutatók arra kérték az alanyokat, hogy lélegezzenek a szájukon keresztül, ami arra utal, hogy az orr légáramlásából származó érzékszervi visszacsatolás kulcsszerepet játszik. (5)
A légzésritmus nemcsak szinkronizálja az érzelmekkel és memóriával kapcsolatos agyi régiók aktivitását, hanem befolyásolhatja az emberek érzelmekkel és memóriával kapcsolatos feladatokban nyújtott teljesítményét is - állapították meg Zelano és munkatársai. Egy kísérlet során figyelték az alanyok légzését, és arra kérték őket, hogy azonosítsák az emberek által kifejezett érzelmeket a pszichológusok által az érzelemfelismerés tesztelésére készített fotókon. Az alanyok gyorsabban azonosították a félelmetes arcokat, amikor a fénykép megjelent, miközben levegőt vettek, mint kilégzéskor. Egy másik teszt során az alanyok pontosabban emlékeztek arra, hogy milyen fényképet láttak korábban, amikor belélegzés közben mutatták nekik. A hatások ismét akkor voltak a legerősebbek, amikor az alanyok az orrukon keresztül lélegeztek.
Az újabb munkák azt sugallják, hogy a légzési ritmus nem csak az agyi régiókon belül, hanem azok között is szinkronizálhatja az aktivitást. Egy tanulmányban Nikolaos Karalis és Anton Sirota idegtudósok azt találták, hogy a légzésszám szinkronizálja a hippocampus és a prefrontális kéreg aktivitását az alvó egerekben. Ez a szinkronizálás szerepet játszhat a hosszú távú emlékek létrehozásában, javasolta Karalis és Sirota az év elején a Nature Communications-ben megjelent cikkben. Sok idegtudós úgy gondolja, hogy az emlékek kezdetben a hippocampusban keletkeznek, mielőtt alvás közben átkerülnek a kéregbe hosszú távú tárolás céljából - ehhez a folyamathoz úgy gondolják, hogy a hippokampusz és a kéreg közötti szinkronizált tevékenységre van szükség. (6)
Tort esetében az ilyen eredmények azt sugallják, hogy fontos összefüggések lehetnek a légzés és az agyműködés között, de szerinte több munkára van szükség a pontok összekapcsolásához. Erős bizonyíték van arra, hogy a légzés befolyásolja az agy oszcillációit, mondja. A kihívás most az, hogy megfejtsék, mit jelent ez a viselkedés, a megismerés és az érzelmek szempontjából.
Kontrollált légzés, nyugodt lélek?
A jóga és más ősi meditációs hagyományok gyakorlói évezredek óta használják az ellenőrzött légzést lelkiállapotuk befolyásolásának eszközeként. Az elmúlt években a kutatók egyre jobban érdeklődnek e hatások biológiai mechanizmusai iránt, és azok iránt, hogy miként alkalmazhatók a szorongásos és hangulati zavarokkal küzdő emberek megsegítésére.
Helen Lavretsky, az UCLA pszichiátere szerint az egyik kihívás a légzés hatásainak elkülönítése e gyakorlatok egyéb aspektusaitól. "Nagyon nehéz megkülönböztetni, mi a leghatékonyabb, ha ezt a többkomponensű beavatkozást végezzük, ahol nyújtás és mozgás, vizualizáció és kántálás történik," - mondja. Nem beszélve azokról a kulturális és spirituális összetevőkről, amelyeket sokan a gyakorlathoz kötnek.
Lavretsky sok éve működik együtt idegtudósokkal és másokkal, hogy megvizsgálja, hogyan hatnak a különböző típusú meditációk az agyra, valamint a stressz és az immunrendszer működésének biológiai markereire. Többek között azt találta, hogy a meditáció javíthatja a laboratóriumi memóriatesztek során a résztvevők teljesítményét, és megváltoztathatja az agyi kapcsolatokat enyhe kognitív károsodásban szenvedő idős embereknél, amelyek az Alzheimer-kór és más típusú demencia lehetséges előfutárai. Az újabb tanulmányokban, amelyeket még nem publikáltak, elkezdte megvizsgálni, hogy a légzésszabályozási módszerek önmagukban segíthetnek-e.
"Bár pszichiáter vagyok, a kutatásom arra irányul, hogyan kerülhetem el a gyógyszerek felírását," - mondja Lavretsky, aki egyben okleveles jógaoktató is. Úgy gondolja, hogy a légzőgyakorlatok sok ember számára jó alternatívát jelenthetnek, különösen, ha több kutatást végeznek arra vonatkozóan, hogy mely légzési technikák milyen körülmények között működnek a legjobban, és hogyan lehet őket személyre szabni. "Mindannyian rendelkezünk ezzel az eszközzel, csak meg kell tanulnunk használni," - mondja. (7)
(1) - https://www.annualreviews.org/doi/10
(2) - https://www.nature.com/articles/nature
(3) - https://www.cell.com/neuron/fulltext/S
(4) - https://www.jneurosci.org/content/36/
(5) - https://www.jneurosci.org/content/36/4
(6) - https://www.nature.com/articles/s4146
(7) - https://www.smithsonianmag.com/scie
