Йоговское дыхание с частотой 1 раз в минуту и изменения газов крови

Авторы: Miharu Miyamura, Kinya Nishimura*, Koji Ishida, Keisho Katayama, Midori Shimaoka, and Shuichi Hiruta, Научно-исследовательский центр здоровья, физической культуры и спорта, Нагойский университет, Нагоя, Япония; и *Муниципальная больница Фукурои, Япония; Japanese Journal of Physiology, 52, 313–316, 2002

Перевод с английского: Анастасия Воробьёва (Москва)

Мнение редакции сайта может не совпадать с мнением авторов статьи

Введение: Вентиляционная реакция на гиперкапнию и газы артериальной крови во время дыхания уджайи раз в минуту в течение часа определялась у профессионального йога. Результаты показывают, что пониженная хемочувствительность к гиперкапнии у практикующих йогу может быть связана с адаптацией к низкому артериальному pH и высокому PaCO2, в течение длительных периодов времени. [Japanese Journal of Physiology, 52, 313–316, 2002]

Ключевые слова: йоговское дыхание, газы крови, вентиляционная реакция на гиперкапнию.

Считается, что йога, означающая союз или объединение тела, эмоций и ума, возникла в северной части Индии около 500 лет до н.э. [1] Йога была разделена на несколько ветвей; хатха-йога в последнее время практиковалась многими людьми для поддержания и укрепления здоровья, поскольку при регулярной практике обнаружилось много полезных эффектов для тела и ума. Удупа и Сингх [2] провели физиологические, эндокринные, метаболические и нейропсихологические исследования в группе обычных мужчин-добровольцев, проходящих 6-месячный курс обучения хатха-йоге. Они наблюдали снижение массы тела, увеличение скорости расширения грудной клетки, жизненной ёмкости легких и продолжительности задержки дыхания. Они также описали, что практика йоги делает человека более психологически устойчивым. Кроме того, Рэй и др. [3] сделали вывод, что выбранные упражнения хатха-йоги могут улучшить мышечную выносливость и отсрочить наступление утомляемости у мужчин среднего возраста. С другой стороны, практика хатха-йоги состоит из удержания позы (асаны) и управления дыханием (пранаямой). Удержание позы влияет на выработку устойчивой и не требующей усилий позиции, которая включает вытяжение, баланс в положении наклона, сидя, стоя или даже вверх ногами. Сознательный контроль дыхания играет центральную роль в хатха-йоге. Широко известно, что практикующие хатха-йогу имеют больший дыхательный объем и меньшую частоту дыхания [4], чем неподготовленные субъекты. Станеску и др. [1] обнаружили, что вентиляционная реакция на гиперкапнию была значительно ниже у людей, которые занимались интенсивной практикой хатха-йоги по сравнению с нетренированной группой. Хотя они предположили, что эти изменения были вызваны регулярными манипуляциями с дыханием, газы артериальной крови во время сознательного контроля дыхания (уджайи, вид пранаямы) не были измерены в их исследовании. Таким образом, целью данного исследования было определение вентиляционной реакции на углекислый газ в покое и газы артериальной крови во время дыхания уджайи у профессионального йога, а также изучение изменений показателей газов крови при ответном изменении вентиляции, если таковые имеются.

Методы

В настоящем исследовании мы тестировали здорового японца, который интенсивно практиковал асаны и пранаяму в течение 19 лет и способен к медленному глубокому дыханию с низкой частотой дыхания 1 раз в минуту, так называемого дыхания уджайи в течение 1 часа. Он родился и обучался в северной части Японии, а после окончания средней школы несколько раз посетил Индию для освоения хатха-йоги. Ему было 26 лет, когда он начал регулярную практику хатха-йоги по 2-2,5 часа в день. На начало лабораторного тестирования его возраст составлял 45 лет, рост 164.3 см, вес 59 кг, и он придерживался смешанной диеты. Субъект был информирован об экспериментальном протоколе и возможных рисках в этом исследовании, прежде чем его попросили дать согласие. Протокол исследования был одобрен Комитетом по исследованию человека Научно-исследовательского центра здоровья, физической культуры и спорта Нагойского университета. Субъект посетил нашу лабораторию дважды в отдельные дни. В первый день измеряли вентиляцию легких и поглощение кислорода в покое в течение 10 минут с помощью метода мешков Дугласа в контрольном дыхании и дыхании уджайи. Более того, вентиляционная реакция на углекислый газ была получена методом повторного дыхания по Риду [5]; субъект вдыхал микс газов (7% CO2 в O2). Во время повторного дыхания определяли дыхательную вентиляцию легких (V˙E) и PCO2 (PETCO2) в конце выдоха с помощью респирометра (Fukuda, Tokyo, Japan) и анализатора CO2 (Godart, Utreht, Holland) соответственно. Наклон кривых вентиляционного отклика S и точки пересечения по оси PETCO2 B рассчитывали методом наименьших квадратов (МНК — математический метод, применяемый для решения различных задач, основанный на минимизации суммы квадратов отклонений некоторых функций от искомых переменных – здесь и далее прим.пер.).

На второй день газы артериальной крови определялись во время контрольного дыхания и дыхания уджайи. Управление дыханием играет важную роль в хатха-йоге и дыхание уджайи состоит из медленных  маневров, сопровождающихся апноэ (остановка дыхательных движений) после вдоха и выдоха. При таком шаблоне дыхания вдох происходит медленно с частично закрытой голосовой щелью и выпрямленной шеей. Когда легкие наполняются, голова наклоняется вперед, пока подбородок не коснется яремной выемки (джаландхара-бандха). После медленного и глубокого выдоха новый цикл начинается без паузы. Наши тесты проводились в течение 1 ч такого дыхания, за которыми сразу же следовало 20 мин нормального спонтанного (контрольного) дыхания. В течение этого времени субъект дышал комнатным воздухом, используя респираторную маску. Образцы с отработанным газом проводились непрерывно через пробоотборную трубку, соединенную с маской. В ходе эксперимента концентрация углекислого газа и кислорода в выдыхаемом газе контролировалась с помощью газоанализаторов CO2 (Godart) и O2 (Morgan, London, England). Частота сердечных сокращений также непрерывно регистрировалась с помощью электрокардиограммы в трёх отведениях (Nihon Kohden, Tokyo, Japan). Газоанализаторы были откалиброваны с известной концентрацией газа перед испытанием. Забор артериальной крови во время дыхания уджайи проводился в тихой комнате при постоянной температуре (25°C) в положении сидя, называемом «поза лотоса». Артериальный катетер был вставлен в лучевую артерию на запястье левой руки. При нормальных условиях дыхания несколько миллилитров образца артериальной крови отбирали постепенно в гепаринизированный шприц, более 1 минуты. Эту процедуру повторяли 3 раза, чтобы получить средние значения газов крови во время контрольного дыхания. Кроме того, образец артериальной крови собирали в гепаринизированный шприц 5 или 6 раз (примерно один раз каждые 10 с) в течение одного цикла дыхания уджайи. Этот непрерывный отбор проб также повторяли 3 раза с соответствующими интервалами в течение 1 часа. CO2 артериальной крови и парциальное давление O2 (PaCO2, PaO2), насыщение кислородом (SaO2) и концентрацию ионов водорода (pH) определяли с помощью автоматического анализатора газов крови (Acid-Base Analyzer ABL 30, Radiometer, Copenhagen, Denmark). Концентрация бикарбоната [HCO3 2] была рассчитана с помощью следующего уравнения, [HCO3􏰂]􏰄 = 0.0306*PaCO2*10 {(pH — 6.161)/0.9524}, предложенного Siggaard-Andersen [6].

Результаты

В настоящем исследовании минутная вентиляция, частота дыхания, поглощение кислорода и частота сердечных сокращений в покое составляли 3,86 л /мин, 6 вдохов /мин, 230 мл /мин и 69 ударов /мин при контрольном дыхании и 2,74 л /мин, 1 вдох /мин, 256 мл /мин и 75 ударов /мин при дыхании уджайи.

Значения PO2 и PCO2 (PETO2 и PETCO2) на выдохе колебались одновременно с каждым дыхательным циклом во время дыхания уджайи (рис. 1). В исследовании PETO2 и PETCO2 достигли приблизительно 62 торр (мм рт.ст.) и 48 торр, соответственно, в конце выдоха, когда субъект выполнял дыхание уджайи с частотой один раз в минуту.

С другой стороны, средние значения PaO2, PaCO2, SaO2 и pH во время контрольного дыхания составили 95,0 (±2,4) торр, 40,0 (±1,1) торр, 97,0 (±0,25)% и 7,393 (±0,008) соответственно. На рисунке 2 показана взаимосвязь между рН артериальной крови и концентрацией бикарбонат-иона, полученного во время дыхания уджйи с частотой дыхания 1,0 / мин. Хотя изменения газа крови во время одного цикла дыхания уджайи, определенные 3 раза, различались более или менее, как показано на рис. 2, рН артериальной крови снизился до 7,319, а PaCO2 увеличился до 51,3 торр.

Рисунок 1. Пример записи сердечного ритма (ЧСС), содержание углекислого газа и парциального давления кислорода (PETCO2, PETO2) в конце выдоха во время контрольного дыхания и дыхания уджайи.

Рисунок 2. Соотношение между концентрацией бикарбоната в артериальной крови ([HCO3-] и ионом водорода (pH)) во время дыхания уджйи с частотой дыхания один раз в минуту. Наклонная сплошная линия на диаграмме указывает isoPCO2

Обсуждение

Физиологические преимущества упражнений йоги достойны особого внимания. Считается, что упражнения хатха-йоги улучшают функции организма посредством манипуляций с сердечно-сосудистыми, дыхательными, метаболическими и другими механизмами контроля [7]. Рэй и др. [3] пришли к выводу, что отобранные на практике упражнения хатха-йоги могут улучшить мышечную выносливость и отсрочить наступление усталости у мужчин среднего возраста. Бергер и Оуэн [8] также сообщили о связи практики хатха-йоги с уменьшением психологического стресса.

Майлз [9] определил частоту дыхания и минутную вентиляцию во время, до и после дыхания уджайи у индийских мужчин, которые обучались йоговскому дыханию. В его экспериментах средние значения минутной вентиляции и частоты дыхания во время дыхания уджайи в течение 20 минут составляли 3,53 л /мин и 1,26 вдохов / мин. В настоящем исследовании минутная вентиляция, частота дыхания и поглощение кислорода в покое составляли 3,86 л /мин, 6 вдохов/мин и 230 мл/мин при контрольном дыхании и 2,74 л/мин, 1 вдох /мин и 256 мл /мин при дыхании уджайи соответственно.

Что касается влияния йоги на дыхательную адаптацию, Карамбелкар и др. [10] сообщили, что профессиональный йог мог оставаться в воздухонепроницаемой яме до тех пор, пока CO2 не достиг 7,7% — вероятно, из-за того, что он привык к такой ситуации; но неподготовленный субъект почувствовал сильный дискомфорт, когда СО2 достиг уровня около 7% и эксперименты пришлось прекратить. До настоящего времени сообщалось, что гипоксическая и гиперкапническая вентиляционная реакции были значительно ниже у спортсменов, чем у неподготовленных людей [11].

Как описывалось ранее, субъект данного исследования более 19 лет продолжает практику интенсивной физической подготовки, которая включает в себя удержание позы (асаны) и управление дыханием (пранаяму), каждый день в течение 2–2,5 ч. Кроме того, дыхание уджайи состоит из медленных маневров, которые используют не только диафрагму и реберные мышцы, но и вспомогательные дыхательные и брюшные мышцы. Другими словами, можно предположить, что интенсивная и длительная практика различных поз и дыхания уджайи может иметь общие элементы с адаптацией аэробной работоспособности и дыхательной хемочувствительности к тренировкам на выносливость в течение длительных периодов, даже если максимальное поглощение кислорода не было определено для этого профессионального йога. Это предположение, однако, требует дальнейшего изучения.

С другой стороны, Станеску и др. [1] утверждали, что более низкая гиперкапническая дыхательная реакция, наблюдаемая в группе йоги, связана с постоянной дыхательной манипуляцией и что снижение гиперкапнического стимула позволило практикующим йогу поддерживать более низкую частоту дыхания. Станеску и др. [1] не измеряли газы крови в своих экспериментах; нам же удалось определить PaO2, PaCO2 и pH во время контрольного дыхания и дыхания уджайи с частотой 1 раз в минуту для подсчета сниженной хемочувствительности к СО2 у профессионального йога. До настоящего времени сообщалось, что газы крови не сильно меняются при физических упражнениях умеренной нагрузки, но средний артериальный рН снизился до 7,24, а PaO2 снизился до 68,3 Торр на пике нагрузки у тренированных велосипедистов [14].

В настоящем исследовании средние значения PaO2, PaCO2, SaO2 и pH трех проб во время контрольного дыхания составили 95,0 (±2,4) торр, 40,0 (±1,1) торр, 97,0 (±0,25)% и 7,393 (±0,008) соответственно. С другой стороны, во время дыхания уджайи рН артериальной крови снизился до 7,319, а PCO2 увеличился до 51,3 торр в конце дыхания уджайи (рис. 2). Другими словами, этот профессиональный йог в повседневной жизни периодически подвергается легкому респираторному ацидозу (смещение кислотно-щелочного баланса организма в сторону увеличения кислотности) и гипоксемии (понижение содержания кислорода в крови) посредством йогического дыхания, а именно дыхания уджайи, во время занятий хатха-йогой. Исходя из этих результатов, можно предположить, что прерывистый респираторный ацидоз и гипоксемия от дыхания уджайи в повседневной жизни у этого профессионального йога могут влиять на чувствительность к гиперкапническим и гипоксическим стимулам, что позволяет ему дышать с частотой 1 вдох в минуту в течение часа. Эта возможность, однако, остается неподтвержденной.

В заключение может быть высказано предположение, что снижение гиперкапнической хемочувствительности у хорошо тренированного йога может быть связано с адаптацией к низкому артериальному pH и/или к высокому PaCO2.

Ссылки

1. Stanescu DC, Nemery B, Veriter C, and Marechal C: Pattern of breathing and ventilatory response to CO2 in subjects practicing hatha-yoga. J Appl Physiol 51:1625–1629, 1981
2. Udupa KN and Singh RH: The scientific basis of yoga. JAMA 220: 1365, 1972
3. Ray US, Hegde KS, and Selvamurthy W: Improvement in muscular efficiency as related to a standard task after yogic exercises in middle aged men. Indian J Med Res 83: 343–348, 1986
4. Gopal KS, Bhatnagar OP, Subramanian N, and Nishith SD: Effect of yogasanas and pranayamas on blood pressure, pulse rate and some respiratory functions. Indian J Physiol Pharm 17: 273–276, 1973
5. Read DJC : A clinical method for assessing the ventilatory response to carbon dioxide. Aust Annu Med 16: 20–32, 1967
6. Siggaard-Andersen O: The Acid-Base Status of Blood, 4th ed, Munksgaard, Copenhagen, p 35, 1974
7. Rawal SB, Singh MV, Tyagi AK, Selvamurthy W, and Chaudhuri BN: Effect of yogi exercises on thyroid function in subjects resident at sea level upon exposure to high altitude. Int J Biometeorol 38: 44–47, 1994
8. Berger BG and Owen DR: Stress reduction and mood enhancement in four exercise modes: swimming, body conditioning, hatha yoga, and fencing. Res Quart Exerc Sport 59: 148–159, 1988
9. Miles WR: Oxygen consumption during three yoga-type breathing patterns. J Appl Physiol 19: 75–82, 1964
10. Karambelkar PV, Vinekar SL, and Bhole MV: Studies on human subjects staying in an air-tight pit. Indian J Med Res 56: 1282–1288, 1968
11. Byrne-Quinn E, Weil JV, Sodal IE, Filley GF, and Grover RF: Ventilatory control in the athlete. J Appl Physiol 30: 91–98, 1971
12. Miyamura M, Yamashina T, and Honda Y: Ventilatory responses to CO2 rebreathing at rest and during exercise in untrained subjects and athletes. Jpn J Physiol 26: 245–254, 1976
13. Ohkuwa T, Fujitsuka N, Utsuno, T, and Miyamura M: Ventilatory response to hypercapnia in sprint and long-distance swimmers. Eur J Appl Physiol 43: 235–241, 1980
14. Gore CJ, Hahn AG, Scroop GC, Watson DB, Norton KI, Wood RJ, Campbell DP, and Emonson DL: Increased arterial desaturation in trained cyclists during maximal exercise at 580 m altitude. J Appl Physiol 80: 2204–2210, 1996

Оригинал статьи здесь.