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Conoscete l’impatto della respirazione sul cervello?
- 19 Settembre 2024
- Pubblicato da: Assistenza APV
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L’aria è il tuo cibo e la tua medicina.
Aristotele
Fino a poco tempo fa era inimmaginabile per la stragrande maggioranza dei neuroscienziati che la respirazione avesse un’influenza diretta sulle funzioni cognitive superiori. Negli ultimi decenni era stata individuata una sincronizzazione dell’attività neuronale del bulbo olfattivo con il ritmo della respirazione. Niente di sorprendente poiché le informazioni sugli odori ci giungono con l’aria che respiriamo. Tuttavia, negli ultimi anni è stato dimostrato che il ritmo della respirazione (soprattutto la respirazione nasale) influisce sull’intera corteccia cerebrale e non solo sulla corteccia olfattiva. Il cervello controlla la respirazione e il modo in cui respiriamo ha un impatto sulle regioni coinvolte nell’elaborazione cognitiva e nella regolazione emotiva e comportamentale.
Il cervello respira
La respirazione è un processo vitale che ha la funzione di assorbire ossigeno attraverso l’inspirazione e di rilasciare anidride carbonica attraverso l’espirazione, sia attraverso le narici che attraverso la bocca. L’ossigeno è necessario per la respirazione cellulare e il metabolismo, mentre l’anidride carbonica è un prodotto finale del metabolismo e deve essere rilasciata attraverso la respirazione. Tuttavia, l’anidride carbonica è più di un gas di scarico poiché agisce come catalizzatore affinché l’emoglobina nei globuli rossi rilasci il suo carico di ossigeno nelle cellule e nei tessuti (Effetto Bohr). Nonostante l’apparente semplicità della respirazione, è necessario un programma motorio sofisticato per ventilare i polmoni e rispondere adeguatamente alle sfide fisiologiche e alle mutevoli condizioni ambientali e, quindi, mantenere l’omeostasi corporea (vedi figura 1; Del Negro et al., 2018). Sebbene possiamo controllare volontariamente la respirazione (con tutto ciò che comporta a livello attenzionale), si tratta di un processo che, fortunatamente, avviene inconsciamente per la maggior parte del tempo. Due regioni cerebrali specifiche situate nel tronco encefalico interagiscono in modo che possiamo respirare automaticamente. Uno di questi è il nucleo retrotrapezoidale, che identifica quando c’è troppa anidride carbonica e troppo poco ossigeno nel sangue, inviando un segnale che innesca l’ispirazione. I neuroni di questa regione creano sinapsi con i neuroni del complesso pre-Bötzinger, essenziale nella generazione e modulazione del ritmo respiratorio (Bochorishvili et al ., 2012). Il complesso pre-Bötzinger controlla la respirazione in modo autonomo, facendo apparire l’atto della respirazione senza sforzo. Tuttavia, il controllo ricade sulla corteccia frontale quando la respirazione è volontaria. Recentemente è stato dimostrato che molte altre regioni del cervello, come il cervelletto o aree del sistema limbico, come l’amigdala e l’ippocampo, possono influenzare il controllo respiratorio, formando una rete cerebrale integrata (Krohn et al ., 2023).
Figura 1. Anatomia e fisiologia della respirazione. Il complesso pre-Bötzinger (preBötC nella figura) controlla tutte le fasi del ciclo respiratorio, coordina la respirazione con le funzioni orofacciali e, in modo bidirezionale, influisce sull’emozione e sulla cognizione (Del Negro et al ., 2018).
In una ricerca ampiamente citata, ai partecipanti sono state mostrate 180 immagini (mezzo secondo ciascuna) per 15 minuti, in diversi momenti della respirazione. Dopo 20 minuti, le stesse immagini sono state presentate mescolate ad altre 180 che i partecipanti non avevano mai visto prima. I ricercatori hanno riscontrato che chi aveva ispirato al momento della memorizzazione dell’immagine era più bravo a identificare quella già vista, con effetti più marcati per la respirazione nasale che per quella orale, sia per la codifica dell’informazione che per il suo recupero (Zelano et al , 2016; vedere figura 2). Secondo gli autori della ricerca, la respirazione è necessaria per ottimizzare l’elaborazione delle informazioni nelle aree cerebrali coinvolte nei comportamenti finalizzati. Lo fa promuovendo una sincronizzazione delle oscillazioni neuronali. Per capirlo bisogna ricordare come funzionano i neuroni.
Figura 2. La fase respiratoria modula le prestazioni della memoria episodica con effetti più pronunciati sull’inspirazione nasale (Zelano et al ., 2016).
La respirazione sincronizza il cervello
Come conseguenza delle scariche elettriche emesse dai neuroni (oscillazioni neuronali), si generano ritmi neuronali che compaiono in quasi tutte le funzioni cerebrali a frequenze diverse. Queste onde cerebrali possono essere rilevate utilizzando elettroencefalogrammi, che vengono utilizzati per monitorare l’attività cerebrale. Sono state identificate cinque onde (dalla frequenza più alta a quella più bassa): gamma (>30 Hz), beta (13-30 Hz), alfa (8-13 Hz), theta (4-8 Hz) e delta (0,5-4 Hz ). Ad esempio, quando sei sveglio e il tuo cervello è vigile e attento, produce onde beta ad alta frequenza. Questo è il ritmo di base del cervello mentre svolge le sue attività quotidiane. Tuttavia, negli stati di rilassamento il nostro cervello inizia a produrre onde alfa. Per quanto riguarda i processi cognitivi, le onde gamma (anche ad alta frequenza) sono molto importanti. Queste sono le velocità con cui i neuroni dell’ippocampo si scaricano durante i compiti di apprendimento. Ebbene, sappiamo che le onde a frequenza più bassa spesso influenzano le onde a frequenza più alta modulando l’altezza delle oscillazioni (Aru et al. ., 2015). I neuroscienziati ritengono che questo meccanismo fisico noto come accoppiamento fase-ampiezza sia importante nell’elaborazione delle informazioni a livello cerebrale. Questo processo avviene nell’ippocampo ed è ciò che spiegherebbe i risultati dello studio di Zelano e collaboratori sopra citato. Il ritmo lento della respirazione sincronizza l’attività neuronale ritmica nel bulbo olfattivo, modulando l’ampiezza delle onde gamma in aree della corteccia cerebrale, come la corteccia olfattiva e la corteccia sensoriale, ma anche nell’ippocampo, centro di gestione delle memorie esplicite. e apprendimento. Potremmo dire che la respirazione genera un’attività neurale di frequenza di base che colpisce l’intero cervello e questo spiegherebbe il suo impatto positivo sulle prestazioni cognitive. Sintetizzando, l’ispirazione diventa un pacemaker che coordina le onde lente dell’ippocampo (onde theta) che, a loro volta, modulano le onde più veloci (onde gamma). Allo stesso modo, negli studi incentrati sulla percezione visuospaziale, è stato scoperto che l’inalazione nasale determina un aumento dell’attività cerebrale correlata al compito in specifiche regioni coinvolte (parieto-occipitale e frontale) e si traduce in una migliore precisione nelle prestazioni nel compito visuospaziale (vedere figura 3). ; Perl et al ., 2019). In breve, anche i processi mentali che non hanno alcun legame con l’olfatto vengono sincronizzati con l’inalazione nasale.
Figura 3. L’inspirazione nasale (in arancione) all’inizio del compito visuospaziale è associata a prestazioni migliori rispetto all’espirazione (in blu; Perl et al ., 2019).
Respirazione nasale vs respiratoria orale.
E’ stato dimostrato che l’inspirazione ha un impatto cognitivo maggiore rispetto all’espirazione, sono state effettuate anche interessanti ricerche che dimostrano la predominanza della respirazione nasale su quella boccale nel consolidamento dell’apprendimento (conversione delle memorie a breve termine in memorie a lungo termine). lungo termine). Ad esempio, quello di Arshamian et al. (2018). L’esperimento consisteva in due sessioni separate, con una fase di codifica, una fase di consolidamento e una fase di riconoscimento. Nella prima sessione, i partecipanti dovevano memorizzare 12 odori, seguita da una fase di consolidamento di 1 ora in cui respiravano solo attraverso il naso o la bocca mentre erano a riposo e svegli. Immediatamente dopo la fase di consolidamento, sono stati presentati in modo casuale 24 odori, inclusi i 12 iniziali. I ricercatori hanno scoperto che la memoria di riconoscimento degli odori nuovi e familiari aumentava significativamente nei partecipanti che respiravano attraverso il naso, rispetto a quelli che respiravano attraverso la bocca, durante il consolidamento (vedi Figura 4).
Figura 4. Memoria di riconoscimento (d′) in funzione della respirazione nasale e orale durante il consolidamento (Arshamian et al ., 2018).
Negli ultimi anni è stato dimostrato che la respirazione coordina nell’ippocampo un tipo di onde acute ad alta frequenza ( onde taglienti increspature ) che si verificano principalmente nella transizione tra inspirazione ed espirazione e sono cruciali nel consolidamento dei ricordi (Brodt et al ., 2023). Negli esperimenti con i topi, l’influenza della respirazione sull’aspetto di queste onde acute dell’ippocampo è stata eliminata quando l’attività del bulbo olfattivo è stata inibita (Liu et al., 2017). Ciò spiegherebbe la predominanza della respirazione nasale rispetto alla respirazione orale. Similmente a quanto avviene nel cervello dei roditori, la selezione naturale ha promosso una forte connettività funzionale tra il sistema olfattivo e l’ippocampo degli esseri umani, rispetto al resto dei sistemi sensoriali. Quando si respira attraverso la bocca, il bulbo olfattivo non viene attivato e ciò compromette la sua connessione con l’ippocampo (Zhou et al ., 2021). Senza dimenticare che il processo di filtraggio, umidificazione e riscaldamento dell’aria inspirata che avviene quando si respira dal naso non avviene attraverso la respirazione dalla bocca. E la respirazione orale nell’infanzia o nell’adolescenza a causa di problemi ai passaggi nasali può sviluppare un palato più alto e ridurre lo spazio alla base del naso, causando meno spazio nell’arcata dentale e alterazioni dentofacciali (Taner e Saglam, 2023). In linea con tutte le ricerche a cui citiamo, possiamo dire che esiste una grande evidenza empirica che suggerisce che, oltre allo scambio di gas (la principale funzione fisiologica della respirazione), la respirazione influenza direttamente l’attività cerebrale e le funzioni sensoriali, affettive e cognitive (Braenholdt et al , 2023). Per quanto riguarda le questioni emotive, in un altro esperimento condotto sempre dal gruppo di Zelano, ai partecipanti è stata mostrata una serie di volti. I soggetti dovevano indicare, premendo un pulsante il più velocemente possibile, se sul volto che vedevano era presente un’espressione di paura o di sorpresa. I volti spaventati sono stati rilevati più rapidamente durante l’inspirazione nasale che durante l’espirazione, ma non durante la respirazione orale.
Il potere della respirazione lenta
I nostri stati emotivi e cognitivi influenzano la respirazione. Pensiamo, ad esempio, a quando siamo stressati, rilassati o concentrati sulla risoluzione di un problema. Al contrario, la respirazione può avere un impatto emotivo e cognitivo, sia nelle situazioni quotidiane che in situazioni più estreme di ansia, paura o panico, ad esempio (Ashhad et al ., 2023; vedere figura 6). La respirazione rapida è solitamente associata a stress, ansia o sensazione di mancanza di respiro (dispnea). Caratterizza gli attacchi di panico, sebbene l’aumento della frequenza respiratoria possa verificarsi anche nelle emozioni positive. Al contrario, la respirazione lenta e controllata viene spesso utilizzata nella terapia cognitivo comportamentale ed è una componente importante di pratiche sempre più popolari come la meditazione o lo yoga, che coinvolgono un repertorio più ampio di tecniche di controllo della respirazione insieme ad altre strategie (Engelen et al ., 2023 ). L’esempio principale di come la respirazione influisce sulle emozioni è il rilassamento fisiologico e psicologico che si verifica quando la frequenza respiratoria viene ridotta a 0,1 Hz o 6 respiri al minuto. Si tratta di una respirazione a ritmo lento, spesso chiamata anche respirazione profonda (Boyadzhieva e Kayhan, 2021). Tuttavia, non confondere un’ispirazione profonda con una grande ispirazione. Un’inspirazione profonda è un’inspirazione dolce e silenziosa che viaggia verso l’addome utilizzando il diaframma , cosa che sarà possibile solo se la respirazione è nasale. Al contrario, una grande inspirazione comporta solitamente una grande boccata d’aria che utilizza solitamente la parte superiore del torace. Ciò si traduce in iperventilazione, che crea uno squilibrio nei livelli di ossigeno e anidride carbonica. Una respirazione efficace richiede la coordinazione tra il diaframma, i muscoli addominali e i muscoli della gabbia toracica (Boulding et al. , 2016). Una buona postura facilita questa coordinazione. Il diaframma svolge un ruolo importante nel controllo della postura, ma accade anche il contrario: una buona postura migliora la respirazione. La ricerca clinica sugli effetti benefici indotti dalla respirazione lenta si è notevolmente ampliata negli ultimi anni. La respirazione a una velocità di sei respiri al minuto ottimizza l’ossigenazione e stimola i recettori della pressione sanguigna, rispetto alla respirazione spontanea a 15 respiri al minuto (Balban et al ., 2023). La frequenza normale in un adulto varia solitamente tra 12 e 20 respiri al minuto. Insieme a questo, sono stati identificati miglioramenti nel funzionamento cardiovascolare, nelle funzioni esecutive o nella gestione dello stress (Sevoz-Couche e Laborde, 2022). Tuttavia, i meccanismi alla base di questi effetti sono molteplici e complessi. Anche se sembra che il nervo vago (già citato nell’articolo L’asse intestino-cervello ), componente principale del sistema nervoso parasimpatico, svolga un ruolo importante. La frequenza cardiaca è strettamente correlata al sistema respiratorio: quando inspiriamo, il cuore accelera; Quando espiriamo, rallenta. Questo rallentamento del battito cardiaco avviene attraverso il nervo vago, che viene stimolato dall’addome durante l’espirazione. Infatti, tutte le tecniche di rilassamento si basano su questo accoppiamento cardiorespiratorio: quando rallentiamo volontariamente la respirazione, cioè quando diventa profonda e addominale, stimoliamo il nervo vago, che alla fine rallenta il cuore (Maric et al ., 2020 ). Sembra esserci un’interazione a tre vie tra il sistema respiratorio, il sistema cardiovascolare e il funzionamento cognitivo di cui parleremo in un prossimo articolo sull’asse cervello-cuore in cui riapparirà la respirazione. Per concludere questa sezione, ricordiamo che è stata appena pubblicata una meta-analisi che sintetizza i risultati di 31 studi che hanno studiato l’effetto della respirazione lenta su diverse funzioni cardiovascolari ed emozioni. Secondo gli autori dello studio, respirare a un ritmo lento ha dimostrato di avere effetti affidabili nell’indurre miglioramenti a breve termine nella riduzione della pressione sanguigna sistolica, nell’aumento della variabilità della frequenza cardiaca e nella diminuzione della frequenza cardiaca e un effetto modesto nel ridurre le emozioni negative la sua efficacia a lungo termine nel migliorare le funzioni cardiovascolari resta da determinare (Shao et al ., 2024). Gli scienziati sono generalmente cauti.
Figura 6. Le regioni cerebrali coinvolte nella cognizione e nelle emozioni, come la corteccia prefrontale (PFC), l’amigdala o l’ippocampo, possono essere modulate da diversi segnali respiratori ( Ashhad et al ., 2022).
Esempio: se non si ha familiarità con le tecniche di rilassamento basate sulla respirazione, il neuroscienziato Michel Le Van Quyen condivide un piccolo esercizio iniziale che usa spesso (Le Van Quyen, 2019): adotta una posizione seduta comoda, con la schiena eretta, ma senza tensioni, e inizia ad inspirare gonfiando l’addome. Poi intensifica la tua inspirazione: inspira prima separando le costole, poi riempi la parte superiore dei polmoni, nella regione delle clavicole. Fai in modo che ciascuna fase di inspirazione duri circa cinque secondi. Per finire, espirare cominciando svuotando la parte superiore dei polmoni, poi la regione delle costole, ed infine abbassare il diaframma gonfiando leggermente la pancia. Poi si ricomincia. Praticate questo esercizio di respirazione per qualche minuto e sentirete una sensazione di benessere e relax invadervi. Allenamento del respiro: oltre la consapevolezza Gli esercizi volontari di respirazione controllata sono emersi come potenziali strumenti per combattere lo stress e generare benessere. Il controllo del respiro è una componente fondamentale nella pratica della consapevolezza , tuttavia esistono sfumature distintive tra i due tipi di pratiche. La respirazione controllata influenza direttamente la frequenza respiratoria, che può causare immediati effetti rilassanti fisiologici e psicologici aumentando il tono vagale durante l’espirazione lenta. Sebbene benefici simili possano essere ottenuti attraverso la consapevolezza (Wielgosz et al . 2016), non è il suo obiettivo principale. Nella consapevolezza si presta attenzione alla respirazione per aumentare la consapevolezza del momento presente. Cioè, ci sono effetti associati a componenti cognitive non respiratorie come l’attenzione focalizzata o le immagini mentali. In un interessante studio condotto dal famoso neuroscienziato dell’Università di Stanford Andrew Huberman , abbiamo voluto confrontare l’impatto di tre diversi esercizi di respirazione quotidiana, della durata di 5 minuti, con un periodo equivalente di consapevolezza per un mese (Balban et al ., 2023). I ricercatori hanno ipotizzato che la modulazione diretta dello stato fisiologico fornita dalla respirazione controllata potrebbe produrre un rilassamento mentale e fisico più potente e acuto, rispetto alla pratica della consapevolezza, che prevede un’osservazione più passiva della respirazione. I tre esercizi di respirazione utilizzati dai partecipanti erano i seguenti (tutti gli schemi di respirazione vengono ripetuti per 5 minuti; vedere figura 7):
1. Sospiri ciclici, enfatizzando le lunghe espirazioni. Si inala lentamente attraverso il naso e, una volta che i polmoni si sono espansi, si inspira ancora una volta per riempirli al massimo. Quindi espira lentamente tutta l’aria attraverso la bocca (o il naso).
2. Respirazione a scatola, in cui c’è un’inspirazione, una ritenzione del respiro, un’espirazione e una nuova ritenzione che durano la stessa durata (ad esempio, inspirare 4 s, trattenere 4 s, espirare 4 s, trattenere 4 s). Il tempo in secondi di ciascuna fase è stato determinato da un test di tolleranza alla CO 2 che i partecipanti avevano precedentemente completato.
3. Iperventilazione ciclica con ritenzione, caratterizzata da inspirazioni più lunghe attraverso il naso ed esalazioni più brevi attraverso la bocca. Dopo 30 respiri, tutta l’aria viene espirata attraverso la bocca e il respiro viene trattenuto per 15 secondi a polmoni vuoti. Questo è un ciclo che dovrà essere ripetuto altre due volte.
Figura 7. Analisi dell’impatto di tre tecniche di controllo della respirazione rispetto alla pratica della consapevolezza in esercizi quotidiani di 5 minuti (Balban et al ., 2023).
L’analisi statistica ha mostrato che l’allenamento della respirazione, in particolare il sospiro ciclico focalizzato sull’espirazione, ha prodotto un maggiore miglioramento dell’umore e una riduzione della frequenza respiratoria, rispetto alla pratica della consapevolezza. Sebbene sia vero che sia gli esercizi di respirazione controllata che la pratica della consapevolezza mostrano benefici simili, essi sembrano essere maggiori nel sospiro ciclico, che si differenzia dagli altri esercizi, fondamentalmente, nell’espirazione prolungata e nella doppia inspirazione che aumenta la profondità . Secondo gli autori della ricerca, i sospiri ciclici giornalieri di 5 minuti promettono di essere un esercizio efficace per controllare lo stress. La sua breve durata e i rapidi benefici rendono questo tipo di formazione facile da applicare e sostenibile nel tempo.
Jesus Guillen
Fonte: https://escuelaconcerebro.wordpress.com/author/jesuscguillen/