Einleitung
Die Atmung ist eine lebenserhaltende Körperfunktion, die die Sauerstoffzufuhr und den Abtransport von Kohlendioxid erleichtert. Doch gibt es nur wenige wissenschaftliche Studien über ihre Bedeutung für die Verbindung zwischen Körper und Geist. Die Atemarbeit ist seit Jahrhunderten in alte Praktiken eingebettet und hat sich aufgrund vieler Berichte über die gesundheitlichen Vorteile als Zugangsweise etabliert. Die COVID-19-Pandemie hat gezeigt, wie wichtig einfache, schnell wirkende und kosteneffektive Techniken sind, um den weit verbreiteten körperlichen und geistigen Gesundheitsproblemen und dem begrenzten Zugang zur Gesundheitsversorgung zu begegnen. Die Neurobiologie des Atems ist sowohl bei Tieren als auch bei Menschen untersucht worden; es gibt es jedoch nur wenige vergleichende Daten über die Auswirkungen verschiedener Atemtechniken oder den Umfang der Atemübungen, die durchgeführt werden müssen, um diese Auswirkungen zu erzielen.
Atemmuster und -tiefe haben direkte physiologische Auswirkungen auf den Sauerstoffgehalt, die Herzfrequenz, die Ventilation und den Blutdruck. Langsames Atmen mit einer Frequenz von sechs Atemzügen pro Minute reduziert die Reaktion der Chemorezeptoren auf Hyperkapnie und Hypoxie im Vergleich zur Spontanatmung mit 15 Atemzügen pro Minute.
Die Beeinträchtigung der Empfindlichkeit des Barorezeptorenreflexes spielt eine Rolle bei der Entstehung von Bluthochdruck, und die Art und Weise, wie wir atmen, hat zahlreiche weitere wichtige Auswirkungen auf die Gesundheit. Bei Patienten mit essenziellem Bluthochdruck sinken Herzfrequenz und Blutdruck bei langsamer Atmung im Vergleich zur Atmung mit höherer Frequenz.
Es hat sich auch gezeigt, dass ein Atemtraining die Lebensqualität von Asthmatikern verbessert und den Einsatz von Bronchodilatatoren verringert.
Außerdem gibt es Hinweise darauf, dass die Nasenatmung das zentrale Nervensystem anders beeinflusst als die Mundatmung. Während die Nasenatmung die elektrische Aktivität im olfaktorischen Kortex sowie in der Amygdala und im Hippocampus synchronisiert, ist dies bei der Mundatmung nicht der Fall, was Auswirkungen auf die Stressbewältigung und die Behandlung von Angstzuständen hat. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass der bloße Akt des Einatmens die Wachsamkeit und die Lernfähigkeit beim Menschen erhöht.
Es ist auch klar, dass unterschiedliche emotionale und kognitive Zustände die Tiefe und Frequenz der Atmung verändern, was sich ebenfalls auf den emotionalen Zustand auswirkt, zum Teil durch die Regulierung des Kohlendioxidgehalts.
Es gibt immer mehr Belege dafür, dass der Körper-Gehirn-Zustand – vom Schlaf über Stress und körperliche Aktivität bis hin zur Meditation – den Menschen helfen kann, Stressfaktoren abzufangen und besser zu bewältigen. In einer Untersuchung über yogische Atemübungen wurde berichtet, dass das Gefühl der Ruhe zunimmt, die Reaktionszeit und die Problemlösungsfähigkeit verbessert werden, die Angst abnimmt und das Umherschweifen der Gedanken und aufdringliche Gedanken reduziert werden.
Ein zentrales Thema vieler yogischer und meditativer Praktiken ist die Einbeziehung von bewussten Atemmustern. Trotz der zunehmenden Belege für den Nutzen dieser Praktiken für die allgemeine Gesundheit und das Wohlbefinden ist noch nicht ausreichend geklärt, wie sich die verschiedenen Arten der Atmung als solche auf die Stimmung und die Physiologie auswirken und wie diese Auswirkungen im Vergleich zur kurzen Praxis der Achtsamkeitsmeditation aussehen. Diese weit verbreitete Praxis mit erwiesenem Nutzen für die psychische Gesundheit beinhaltet die passive Beobachtung des Atems und wird in der Regel täglich für 20 Minuten (oder länger) praktiziert.
Willentlich kontrollierte Atemübungen unterscheiden sich in mehrfacher Hinsicht von der Praxis der Achtsamkeitsmeditation. Die kontrollierte Atmung beeinflusst direkt die Atemfrequenz, was durch die Erhöhung des Vagustonus während der langsamen Ausatmung unmittelbarere physiologische und psychologische Beruhigungseffekte hervorrufen kann. Während die Achtsamkeitsmeditation den Sympathikustonus langfristig senken kann, ist dies jedoch weder ihr Hauptzweck noch eine erwartete akute Wirkung. Bei der Achtsamkeitsmeditation wird die Aufmerksamkeit auf den Atem gelenkt, um das Bewusstsein für den gegenwärtigen Moment zu erhöhen.
Daher stellten wir die Hypothese auf, dass eine direkte Modulation des physiologischen Zustands durch die kontrollierte Atmung eine stärkere und akute geistige und körperliche Entspannung bewirken könnte. Darüber hinaus fördern Interventionen, die akut schneller wirken, das Dranbleiben, da sich die Menschen während des Übens besser fühlen. Folglich formulierten wir die Hypothese, dass die Atemarbeit aufgrund der Verbesserung der täglichen Stimmung und der besseren Motivation einen länger anhaltenden Nutzen bieten könnte als Achtsamkeitsmeditation. Schließlich vermitteln die Atemübungen ein Gefühl der direkten Kontrolle über die eigene Physiologie, im Gegensatz zur passiven Wahrnehmung des Atems während der Achtsamkeitsmeditation. Dieses verbesserte Gefühl der Kontrolle könnte die Angst schnell reduzieren, da der wahrgenommene Kontrollverlust ein Kennzeichen der Angst ist.
Unsere Haupthypothese für diese Studie lautete daher, dass freiwillig kontrollierte Atemübungen im Vergleich zur Achtsamkeitsmeditation, die eine passive Beobachtung des Atems beinhaltet, unterschiedliche Auswirkungen auf die Stimmung und die Physiologie haben würden. Dementsprechend stellten wir die Hypothese auf, dass alle drei Atemübungen (Box-Breathing, zyklisches Seufzen und zyklische Hyperventilation) bei der Verringerung der Angst und der Regulierung der Physiologie wirksamer sein würden als die Achtsamkeitsmeditation.
Eines der Hauptunterscheidungsmerkmale bei gängigen Atemtechniken ist die Betonung der relativen Dauer und Intensität des Einatmens gegenüber dem Ausatmen. Das „Seufzen“, das durch tiefe Atemzüge gefolgt von ausgedehnten, relativ langen Ausatmungen gekennzeichnet ist, wird mit psychologischer Erleichterung, Verschiebungen im autonomen Zustand und der Wiederherstellung der Atemfrequenz in Verbindung gebracht.
Die „Boxatmung“ oder „getaktete Atmung“ hingegen ist durch ein gleichmäßiges Verhältnis von Einatmen, Atempause, Ausatmen und Atempause gekennzeichnet und wurde von Militärangehörigen zur Stressregulierung und Leistungssteigerung eingesetzt.
Bei der „Hyperventilation mit Zurückhaltung“ liegt der Schwerpunkt auf einer im Vergleich zur Ausatmung längeren und intensiveren Einatmung. Die mit der Hyperventilation verbundene Art der Atmung wird mit chronischer Angst und sogar Panik in Verbindung gebracht, wenn sie reflexartig auftritt, hat aber auch therapeutische Wirkungen, wenn sie bewusst und kontrolliert durchgeführt wird.
Es gibt noch immer nur wenige Erkenntnisse darüber, wie die spezifische Atemmechanik (d. h. das Verhältnis von Einatmen und Ausatmen) die autonome Aktivität und das Wohlbefinden beeinflusst. Das Einatmen erhöht die Herzfrequenz und das Ausatmen senkt sie durch die respiratorische Sinusarrhythmie, ein normales Phänomen, das mit den Auswirkungen der Atmung auf den intrathorakalen Druck, die Zwerchfellbewegung, das Herzvolumen, die Blutflussrate und kompensatorische Verschiebungen der vagalen Aktivierung zusammenhängt.
Wir wollten untersuchen, wie sich eine betonte Einatmung (längeres Einatmen) gegenüber einer betonten Ausatmung (längeres Ausatmen) bzw. einer ausgeglichenen Einatmung-Ausatmung auf die Physiologie und subjektive Messungen der Angst auswirkt. Wir wollten diese Methoden auch mit der Achtsamkeitsmeditation vergleichen, bei der die passive Beobachtung der natürlichen Atmung ohne aktive Kontrolle im Vordergrund steht. Schließlich wollten wir herausfinden, ob bereits fünf Minuten bewusste Atemübungen pro Tag signifikante Veränderungen des autonomen Tonus und des Wohlbefindens bewirken können.
In zweiter Linie wollten wir untersuchen, ob Atemübungen mit unterschiedlichen Einatmungs-/Ausatmungsverhältnissen unterschiedliche Auswirkungen auf physiologische und psychologische Messgrößen haben. Wir stellten die Hypothese auf, dass Atemübungen, bei denen die Betonung auf dem Ausatem- und nicht auf dem Ein¬atemteil eines jeden Atemzuges liegt, wirksamer zur Verringerung von Ängsten und zur Verbesserung des Wohlbefindens sind. Dementsprechend stellten wir die Hypothese auf, dass zyklisches Seufzen positivere psychologische und physiologische Auswirkungen haben würde als zyklische Hyperventilation oder Boxatmung.
In dieser Studie haben wir diese beiden Hypothesen getestet, indem wir die Achtsamkeitsmeditation mit den Atemarbeitsgruppen verglichen haben. Dabei haben wir zunächst alle Atemarbeitsteilnehmer zusammengefasst und dann getrennt nach Untergruppen untersucht, ob es einen Haupteffekt auf die Messwerte für Stimmung, Angst, Ruheherzfrequenz, Herzfrequenzvariabilität, Atemfrequenz und Schlaf gab (Abbildungen 1A und 1B). Unser Verständnis der Auswirkungen der Atmung auf das Gehirn und den Körper sollte es ermöglichen, spezifische, wissenschaftlich gestützte Atemübungen zu entwickeln, um die Stresstoleranz und den Schlaf zu verbessern, die Energie, den Fokus und die Kreativität zu steigern und emotionale und kognitive Zustände zu regulieren.
Diskussion
Wir haben eine randomisierte, kontrollierte Studie durchgeführt, um die psychophysiologischen Auswirkungen einer täglichen fünfminütigen Praxis von drei verschiedenen Atemübungen und Achtsamkeitsmeditation über einen Monat zu vergleichen. Wir bewerteten die Gruppenunterschiede bei den akuten Effekten mithilfe eines linearen Modellierungsansatzes mit gemischten Effekten, der die Mehrfachmessungen jedes Teilnehmers und den Effekt der Konsequenz im Üben berücksichtigte. Wir untersuchten auch Messungen zu Beginn und nach Abschluss der Studie in Bezug auf schlafbezogene Tagesstörungen, Angstgefühle und die Steigung physiologischer Messwerte während der Studie. Wir fanden unterschiedliche Auswirkungen dieser Übungen sowohl auf die täglichen akuten Messwerte als auch auf die physiologischen Messwerte im Verlauf der Studie.
Während alle vier Gruppen eine signifikante tägliche Verbesserung der positiven Stimmungen und eine Verringerung der Angstzustände und von negativen Gefühlen zeigten, gab es signifikante Unterschiede zwischen der Achtsamkeitsmeditation und der Atemarbeit im positiven Affekt (Abbildungen 2 und 3). Unser Ansatz der täglichen Beobachtung und der Modellierung mit gemischten Effekten ermöglichte es uns, die Auswirkungen während der gesamten Studie zu messen, und zeigte, dass der Nutzen der Atemübungen für den positiven Affekt mit zunehmender Übung im Laufe der Zeit zunahm (Abbildung 2). Insbesondere zeigte die Gruppe der zyklischen Seufzer gegen Ende der Studie eine stärkere Zunahme positiver Gefühle, die sich signifikant von derjenigen der Teilnehmer an der Achtsamkeitsmeditation unterschied, die den geringsten Anstieg des positiven Affekts verzeichneten (Abbildung 3). Insgesamt waren die Atemübungen, insbesondere das zyklische Seufzen, bei der Steigerung des positiven Affekts wirksamer als die Achtsamkeitsmeditation, was unsere Hypothese stützt, dass die absichtliche Kontrolle des Atems mit spezifischen Atemmustern mehr Nutzen für die Stimmung bringt als die passive Aufmerksamkeit auf den Atem, wie sie bei der Achtsamkeitsmeditation praktiziert wird.
Die Atemarbeitsgruppe zeigte auch signifikante physiologische Veränderungen im Laufe der Zeit, so dass die Veränderung der Atemfrequenz in der Gruppe des zyklischen Seufzens signifikant geringer war als in der Achtsamkeitsmeditationsgruppe (Abbildung 4). Diese physiologischen Veränderungen waren mit Veränderungen des positiven Affekts im Verlauf der Studie verbunden. Dieses Ergebnis stützt auch unsere Hypothese, dass die absichtliche Kontrolle des Atems den Sympathikustonus effektiver senkt als die Achtsamkeitsmeditation.
Es hat sich gezeigt, dass kontemplative Praktiken wie Meditation und andere Körper-Geist-Techniken eine Vielzahl von Vorteilen für die kardiopulmonale Gesundheit, das Immunsystem, die körperlichen Funktionen und die psychische Gesundheit mit sich bringen. Während sowohl meditative Praktiken als auch kontrollierte Atemübungen ähnliche Vorteile aufweisen, zeigen unsere Daten, dass sie beim zyklischen Seufzen am größten zu sein scheinen, das sich in zwei wesentlichen Punkten von den anderen Gruppen unterscheidet: (1) verlängerte Ausatmung und (2) doppeltes Einatmen, das die Tiefe der Einatmung erhöht. Das zyklische Seufzen bewirkte die stärkste tägliche Verbesserung des positiven Affekts und die stärkste Verringerung der Atemfrequenz, die sich beide signifikant von der Achtsamkeitsmeditation unterschieden. Die physiologischen und psychologischen Wirkungen des zyklischen Seufzens scheinen über einen längeren Zeitraum anzuhalten.
Was sind mögliche Mechanismen, durch die die freiwillige Atmung die Physiologie und die Stimmung anders beeinflussen kann als die Achtsamkeitsmeditation? Eine Möglichkeit ist die Modulation der vagalen Funktion. Die Auswirkungen verschiedener Atemtechniken auf die Herzphysiologie sind hinreichend bekannt, und es gibt Belege dafür, dass die Herzfrequenzvariabilität die Vagusfunktion widerspiegelt. Obwohl wir in dieser Studie keine signifikanten Unterschiede in der Herzfrequenzvariabilität zwischen den verschiedenen Bedingungen feststellen konnten, ist die Vermutung naheliegend, dass die Auswirkungen bewusster Atemübungen auf die Gehirnfunktion zumindest teilweise über die Vagusnervenbahnen vermittelt werden. Da Herz- und Lungenfunktion eng miteinander synchronisiert sind und die vagale Kontrolle des Herzens als Marker für die emotionale Kontrolle angesehen wird, kann die Atmung das zentrale autonome Netzwerk (CAN) direkt beeinflussen und somit die Auswirkungen der Atmung auf Stimmung und Schlaf erklären. In zukünftigen Studien planen wir, die spezifischen Gehirnregionen zu untersuchen, die durch bestimmte Atemmuster aktiviert werden, und diese mit vagalen Aufzeichnungen und der Herzfrequenzvariabilität (HRV) zu korrelieren.
Darüber hinaus kann die Atmung auch interozeptive Prozesse verstärken. Interozeption, die Wahrnehmung und Verarbeitung viszeraler Reize durch den aufsteigenden Ast der Gehirn-Körper-Achse, die zur bewussten Wahrnehmung körperlicher Prozesse führt, spielt eine Rolle bei emotionalem Erleben, Selbstregulation, Entscheidungsfindung und Bewusstsein. Die Wahrnehmung unserer inneren körperlichen Vorgänge hat das Potenzial, Stress zu verstärken oder zu modulieren. Das frühzeitige Erkennen der eigenen Stressreaktion, einschließlich erhöhter Herzfrequenz, Muskelanspannung, Magen-Darm-Beschwerden und Schwitzen, kann dazu führen, dass Beschwerden aus der Umwelt in eine physiologische Sprache übertragen werden, die sie verstärkt. In anderen Worten: Je bewusster sich Menschen ihres inneren Zustands sind, desto eher neigen sie dazu, subtile Veränderungen in ihrer Physiologie negativ zu interpretieren, um einen sympathischen Zustand (höhere Erregung) zu fördern. Die gleiche Steigerung des interozeptiven Bewusstseins kann jedoch auch ein Wahrnehmungsfenster für die eigene Fähigkeit bieten, physiologische Anzeichen von Stress zu reduzieren, und dadurch ein verstärktes Gefühl der Kontrolle und der Fähigkeit zur Stressregulierung vermitteln. Die Literatur darüber, wie Praktiken der Achtsamkeit und des Körpers die Interozeption beeinflussen, ist komplex. Es hat sich gezeigt, dass Achtsamkeitsmeditation das interozeptive Bewusstsein in klinischen Populationen mit somatischen Symptomen wie posttraumatischen Belastungsstörungen (PTBS) und Substanzkonsumstörungen (SUD) verbessert. Eine Metaanalyse der Auswirkungen des Achtsamkeitstrainings auf die Körperwahrnehmung hat eine kleine, aber signifikante positive Beziehung zwischen Achtsamkeit und Körperwahrnehmung ergeben. Mehrere Studien haben jedoch nicht festgestellt, dass sich die Interozeption bei Langzeitmeditierenden verbessert. Wie willentliche Atemübungen interozeptive Prozesse beeinflussen und wie dies im Vergleich zur Achtsamkeitsmeditation aussieht, ist nicht gut untersucht.
Die kontrollierte Atmung kann auch die kortikalen Strukturen, die Emotionen, Stimmung und Erregung regulieren, direkt beeinflussen. Atemnot und die Erwartung von Atemnot werden beide als bedrohlich empfunden und aktivieren die limbischen Strukturen, die an der Emotionsbildung beteiligt sind, während sie die kortikalen Strukturen, die an der Emotionsregulation beteiligt sind, wie den präfrontalen Kortex, hemmen. Menschen mit starker Angst und Panikstörungen haben eine geringere Toleranz gegenüber Atemnot und eine erhöhte Aktivität in der vorderen Insula, einer Region, die für die Interozeption viszeraler Signale und für das Salienz-Netzwerk von zentraler Bedeutung ist. Daher kann eine kontrollierte Atmung potenziell in die entgegengesetzte Richtung wirken und die Angst reduzieren, indem sie die Aktivität der vorderen Insula verringert. Es hat sich gezeigt, dass Atemrhythmen bei Mäusen über die Aktivität des Locus coeruleus direkt das Verhalten und die physiologische Erregung modulieren, wobei experimentell induzierte langsame Atemmuster mit ruhigem Verhalten in Verbindung gebracht wurden. Die Verlangsamung des Atemrhythmus durch Seufzer kann also Hirnstrukturen höherer Ordnung signalisieren, die mit der Verhaltenserregung in Verbindung stehen, und ein Gefühl der Ruhe fördern. Es hat sich auch gezeigt, dass die Nasenatmung, wie beim zyklischen Seufzen, hochfrequente Oszillationen in der Amygdala und im Hippocampus, zwei Knotenpunkten, die an der emotionalen Verarbeitung beteiligt sind, mitreißt. Es muss noch weiter erforscht werden, wie die Atmung die Gehirnnetzwerke beeinflusst, die an der emotionalen Regulation beteiligt sind und die Stimmung beeinflussen.
Schließlich können willentliche Atemübungen auch das allgemeine Gefühl der Kontrolle über den eigenen inneren Zustand verbessern, was zu der beobachteten Zunahme der positiven Stimmung beiträgt. Dies unterscheidet sich von der Achtsamkeitsmeditation, bei der der Übende keine Kontrolle über den Atemrhythmus ausübt. Ein vermindertes Gefühl der Kontrolle wurde mit hoher Angst und hoher Aktivität der vorderen Insula in Verbindung gebracht. Die Atmung steht an der Spitze dieses Kontrollmechanismus, da sie ein notwendiges physiologisches System ist, das ohne bewusstes Denken funktioniert, aber mit einem Mindestmaß an Aufmerksamkeit leicht kontrolliert werden kann. In der Tat ist die Atmung selbst ein Mechanismus, durch den Veränderungen der Herzfrequenz auftreten und gesteuert werden können, um den Gemütszustand anzupassen (siehe unsere Daten in der vorliegenden Studie). Somit ist die kontrollierte Atmung ein Instrument zur Verbesserung des Bereichs der psychophysiologischen Regulierung.
Da die interozeptive Wahrnehmung jedoch nicht eindeutig ist und bei einigen psychischen Störungen mit einer körperlichen Komponente eine Rolle spielt, wie z. B. bei Panikstörungen, somatoformen Störungen, Essstörungen und PTBS,57 könnte die Möglichkeit, die Mechanik der Atmung bewusst zu steuern, für diese Patientengruppen von Vorteil sein. Die Auswahl von Patientenpopulationen mit interozeptiver Psychopathologie, um die Schnittstelle zwischen autonomen Systemen und dem ZNS durch die Atmung zu modifizieren, könnte sich bei solchen Populationen positiv auswirken. Die Einbeziehung interozeptiver Messungen in künftige Studien kann darüber hinaus dazu beitragen, herauszufinden, welche Populationen am meisten von verschiedenen Atemtechniken profitieren können.
In unserer Studie wurden die Probanden täglich überwacht und die täglichen physiologischen Daten aus der Ferne erfasst, eine Fähigkeit, die durch die COVID-Beschränkungen erzwungen wurde, aber durch die tragbare Technologie des WHOOP-Gurts ermöglicht wurde. Die Verwendung von tragbaren Messgeräten ermöglichte es uns, die Veränderungen im Längsschnitt zu bewerten und nicht nur zu zwei Zeitpunkten vor und nach der Studie, so dass wir im Laufe der Zeit Unterschiede zwischen den Gruppen feststellen konnten, die sonst nicht möglich gewesen wären. Außerdem konnten wir so einen geografisch breit gefächerten Teilnehmerkreis einbeziehen. Eine Einschränkung dieser Fernstudie bestand darin, dass wir weniger Kontrolle über einige Variablen hatten, die die Ergebnisse beeinflussen könnten, z. B. wie genau die Probanden die Übungen durchgeführt haben oder wie lange sie geübt haben. Wir empfehlen, bei künftigen Fernstudien solche Variablen zu berücksichtigen. Insgesamt hat die Studie gezeigt, dass die Fernverarbeitung von Übungen wirksam ist und dass eine physiologische Überwachung möglich ist. Unsere Ergebnisse zeigen auch, wie wichtig es ist, täglich zu üben, um wesentliche Effekte zu erzielen. Insgesamt ebnet unsere Studie den Weg für tiefer gehende mechanistische Untersuchungen im Labor und aus der Ferne, um die unterschiedlichen Auswirkungen zu verstehen, die verschiedene Atemtechniken auf die Stimmung und die Atmungsfunktion haben können.
Die Autoren: Melis Yilmaz Balban, Eric Neri, Manuela M. Kogon, Jamie M. Zeitzer, David Spiegel, Andrew D. Huberman
Link: https://www.cell.com/cell-reports-medicine/fulltext/S2666-3791(22)00474-8