Влияние произвольной гиповентиляции в дыхательных упражнениях йоги на газообмен и ЭЭГ-активность у здоровых тренированных испытуемых

Цель: оценка влияния произвольной гиповентиляции в дыхательных упражнениях йоги на газообмен и ЭЭГ-активность у здоровых тренированных испытуемых.

Материалы и методы: 25 испытуемых (21 мужчина и 4 женщины, средний возраст 42,96 ± 9,19 года) выполняли гиповентиляционные упражнения йоги со снижением частоты дыхания до 1–1,5 раза/мин. Проводились регистрация частоты дыхания, дыхательного объема и минутного объема дыхания (МОД), газоанализ выдыхаемого воздуха (PetCO₂, FeO₂) и анализ мощности сигналов скрытых источников электроэнцефалограммы (ЭЭГ) при дыхании с частотой 1–1,5 раза/мин и относительно свободном дыхании с мысленным счетом.

Результаты: дыхание с частотой 1–1,5 раза/мин обуславливает снижение МОД, развитие альвеолярной гипоксии и гиперкапнии, что приводит к увеличению мощности ряда локальных компонент в медленных δ-, θ- и α-диапазонах ЭЭГ. Помимо этого, подобный вид дыхания сопровождается снижением мощности ряда компонент, источники которых находятся в центрально-париетальных, моторных зонах коры в α- и β-диапазонах, а также сопровождается увеличением мощности компоненты с широко распределенной топографией в β- и γ-диапазонах.

Заключение: при произвольной гиповентиляции в дыхательных упражнениях йоги развивается альвеолярная гипоксия и гиперкапния, сопровождающиеся увеличением мощности локальных компонент в медленных диапазонах ЭЭГ. Одновременно снижаются α- и β-мощности компонент, локализованных в моторных областях коры, что может быть следствием мышечного напряжения во время замедленного режима дыхания.

1. Muralikrishnan K., Balakrishnan B., Balasubramanian K., Visnegarawla F. Measurement of the effect of Isha Yoga on cardiac autonomic nervous system using short-term heart rate variability. J. Ayurveda Integr. Med. 2012;3(2):91–96. https://doi.org/10.4103/0975-9476.96528

2. Nivethitha L., Mooventha A., Manjunath N.K. Effects of Various Prāṇāyāma on Cardiovascular and Autonomic Variables. Anc. Sci. Life. 2016;36(2):72–77. https://doi.org/10.4103/asl.ASL_178_16

3. Dinesh T., Gaur Gs., Sharma Vk., Madanmohan T., Harichandra Kumar Kt., Bhavanani Ab. Comparative effect of 12 weeks of slow and fast pranayama training on pulmonary function in young, healthy volunteers: A randomized controlled trial. Int. J. Yoga. 2015;8(1):22–26. https://doi.org/10.4103/0973-6131.146051

4. Фролов А.В., Ермолаева С.А., Маничев И.А. Гиповентиляционные упражнения йоги: влияние на газообмен. Вестник восстановительной медицины. 2021;20(5):73–80. https://doi.org/10.38025/2078-1962-2021-20-5-73-80.

5. Rybnikova E., Gluschenko T., Tulkova E., Churilova A., Jaroshevich O., Baranova K., Samoilov M. Preconditioning induces prolonged expression of transcription factor pCREB and NF-xB in the neocortex of rats before and following severe hypobaric hypoxia. J. Neurochem. 2008;106(3):1450–1458. https://doi.org/10.1111/j.1471-4159.2008.05516.x

6. Zhan L., Wang T., Li W., Xu Z.C., Sun W., Xu E. Activation of Akt/FoxO signaling pathway contributes to induction of neuroprotection against transient global cerebral ischemia by hypoxic pre-conditioning in adult rats. J. Neurochem. 2010;114(3):897–908. https://doi.org/10.1111/j.1471-4159.2010.06816.x

7. Tao T., Liu Y., Zhang J., Xu Y., Li W., Zhao M. Therapeutic hypercapnia improves functional recovery and attenuates injury via antiapoptotic mechanisms in a rat focal cerebral ischemia/reperfusion model. Brain. Res. 2013;(1533):52–62. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2013.08.014.

8. Трегуб П.П., Куликов В.П., Малиновская Н.А. Механизмы нейропротекторного эффекта сочетанного воздействия гипоксии и гиперкапнии. Сибирское медицинское обозрение. 2018;(3):5–13. https://doi.org/10.20333/2500136-2018-3-5-13.

9. Kustubayeva A.M., Matthews G. Differences in eeg oscillations during vasoactive stress reactions in extroverts and introverts. RUDN Journal of Psychology and Pedagogics. 2012;(4):114–121.

10. Steinberg F., Pixa N.H. and Doppelmayr M. Electroencephalographic alpha activity modulations induced by breath-holding in apnoea divers and non-divers. Physiol. Behav. 2017;179:90–98. https://doi.org/10.1016/j.physbeh.2017.05.028.

11. Бойцова Ю.А. К вопросу о влиянии гипоксически-гиперкапнической нагрузки на биоэлектрическую активность головного мозга человека. B: Материалы съезда физиологического общества им. И.П. Павлова с международным участием. Москва: Истоки; 2017, с. 673–675.

12. Schellart N., Reits D. Is magnetoencephalography applicable in the clinical neurophysiology of diving? SPUMS J. 1999;(29):156–158.

13. Xu F., Uh J., Brier M.R., Jr J.H., Yezhuvath U.S., et al. The influence of carbon dioxide on brain activity and metabolism in conscious humans. J. Cereb. Blood Flow Metab. 2010;31(1):58–67. https://doi.org/10.1038/jcbfm.2010.153

14. Wang D., Yee B.J., Wong K.K., Kim J.W., Dijk D.J. Comparing the effect of hypercapnia and hypoxia on the electroencephalogram during wakefulness. Clin. neurophysiol. 2015;126(1):103–109. https://doi.org/10.1016/j.clinph.2014.04.012

15. Morelli M.S., Giannoni A., Passino C., Landini L., Emdin M., Vanello N. A cross-correlational analysis between electroencephalographic and end-tidal carbon dioxide signals: Methodological issues in the presence of missing data and real data results. Sensors. 2016;16(11):1828. https://doi.org/10.3390/s16111828

16. Bušek P., Kemlink D. The influence of the respiratory cycle on the EEG. Physiol. Res. 2005;54(3):327–333.

17. Stanchak A. Jr., Pfeffer D., Hrudova L., Sovka P., Dostalek C. Electroencephalographic correlates of paced breathing. Neuroreport. 1993;4(6):723–726. https://doi.org/10.1097/00001756-199306000-00031

18. Пономарев В.А. Скрытые источники электроэнцефалограммы и связанных с событиями потенциалов и их значение [диссертация]. Санкт-Петербург; 2016.

19. Евсеева М.А., Евсеев А.В., Правдивцев В.А., Шабанов П.Д. Механизмы развития острой гипоксии и пути ее фармакологической коррекции. Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2008;6(1):3–25.

20. Xu F., Uh J., Brier M.R., Hart J.Jr, Yezhuvath U.S., Gu H., et al. The infuence of carbon dioxide on brain activity and metabolism in conscious humans. J. Cereb. Blood Flow Metab. 2010;31(1):58–67. https://doi.org/10.1038/jcbfm.2010.153

21. Portnova G., Tetereva A., Balaev V.V., Atanov M., Skiteva L., Ushakov V., et al. Correlation of BOLD signal with linear and nonlinear patterns of EEG in resting state EEG-informed fMRI. Front. Hum. Neurosci. 2018;11:654. https://doi.org/10.3389/fnhum.2017.00654.

22. Sclocco R., Tana M.G., Visani E., Gilioli I., Panzica F., Franceschetti S., et al. EEG-informed fMRI analysis during a hand grip task: estimating the relationship between EEG rhythms and the BOLD signal. Front. Hum. Neurosci. 2014;8:186. https://doi.org/10.3389/fnhum.2014.00186

23. Козлова Л.И., Петровский Е.Д., Веревкин Е.Г., Мельников М.Е., Савелов А.А., Штарк М.Б. Связанные с альфа-ритмом изменения BOLD-сигнала при нейробиоуправлении. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2019;168(8):149–154.

24. Schagatay E. Predicting performance in competitive apnoea diving. Part I: static apnoea diving. Diving Hyperb. Med. 2009;39(2):88–99.

25. Logothetis N.K., Pauls J., Augath M., Trinath T., Oeltermann A. Neurophysiological investigation of the basis of the fMRI signal. Nature. 2001;412(6843):150–157. https://doi.org/10.1038/35084005

26. Butler R., Bernier P.-M., Lefebvre J., Gilbert G., Whittingstall K. Decorrelated Input Dissociates Narrow Band γPower and BOLD in Human Visual Cortex. J. Neurosci. 2017;37(22):5408–5418. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3938-16.2017

27. Cook I.A., O’Hara R., Uijtdehaage S.H., Mandelkern M., Leuchter A.F. Assessing the accuracy of topographic EEG mapping for determining local brain function. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 1998;107(6):408–414. https://doi.org/10.1016/s0013-4694(98)00092-3

28. Данилова Н.Н. Роль высокочастотных ритмов электрической активности мозга в обеспечении психических процессов. Психология. Журнал Высшей школы экономики. 2006;3(2):62–72.

29. Craig A.D. How do you feel? Interoception: the sense of the physiological condition of the body. Nat. Rev. Neurosci. 2002;3(8):655–666. https://doi.org/10.1038/nrn894

30. Liotti M., Brannan S., Egan G., Shade R., Madden L., Abplanalp B., et al. Brain responses associated with consciousness of breathlessness (air hunger). Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2001;98(4):2035–2040. https://doi.org/10.1073/pnas.98.4.2035

31. Laurino M., Menicucci D., Mastorci F., Allegrini P., Piarulli A., Scilingo E.P., et al. Mind-body relationships in elite apnea divers during breath holding: A study of autonomic responses to acute hypoxemia. Front. Neuroeng. 2012;5:4. https://doi.org/10.3389/fneng.2012.00004

32. Herrmann C.S., Munk M.H.J., Engel A.K. Cognitive functions of gamma-band activity: memory match and utilization. Trends Cogn. Sci. 2004;8(8):347–355. https://doi.org/10.1016/j.tics.2004.06.006