Die Wirkung von rVNS-Atmung

Um das zu verstehen, ist ein grundlegendes Wissen über das Nervensystem des menschlichen Körpers nötig, womit wir auch gleich beginnen.

Neurobiologische Grundlagen [1]

Das Nervensystem von Wirbeltieren, also auch das von Menschen, ist in 2 wesentliche Subsysteme unterteilt:

Zentralnervensystem (ZNS) und peripheres Nervensystem (PNS).

Um die Wirkungsweise der rVNS-Atmung zu verstehen, ist das ZNS noch nicht so wichtig, weshalb wir eine Erklärung dafür auslassen.

Wir fokussieren uns jetzt stärker auf das PNS.

Das PNS ist erneut in 2 funktionale Subsysteme unterteilt:

Dem somatischen und dem vegetativen/autonomen Teil.

Somatisches System

Steuert alles was wir bewusst kontrollieren können wie zum Beispiel unsere Muskeln und andere Reflexe. Gehen, Sprechen oder Riechen sind alles typische Aufgaben.

Autonomes System

Steuert alles was nicht bewusst abläuft wie zum Beispiel dein Herzschlag, Verdauung oder auch die Atmung die meiste Zeit.

Jetzt wird es interessant. Denn das autonome Nervensystem, ist verantwortlich für die positiven Auswirkungen der rVNS-Atmung.

Eine letzte Unterteilung und dann haben wir es geschafft.

Das autonome Nervensystem ist wieder in 3 Teile unterteilt:

• Sympathisches Nervensystem/Sympathikus: Verantwortlich für Angst- und Stressreaktionen
• Parasympathisches Nervensystem/Parasympathikus: Verantwortlich für Entspannung und Verdauung. Konserviert generell Energie.
• Enterisches Nervensystem: Ein eigenes Nervensystem für den Magen. Wird auch manchmal das 2. Gehirn genannt.

Jetzt kommt der Vagus-Nerv (VN) ins Spiel. Dieser Nerv ist ein zentraler Bestandteil des Parasympathikus. Das ist ein Hirnnervenkomplex mit weit verbreiteten Fasern die an Drüsen und Organe wie zum Beispiel Herz oder Lunge anknüpfen [2].

Die VN-Aktivität wird beim Einatmen unterdrückt und beim Ausatmen, speziell mit langsamen Atemzyklen erhöht [3].

Du kannst sogar selbst einen Test an deinem eigenen Körper machen, um zu sehen wie stark Sympathikus und Parasympathikus auf dein Herz wirken. Wenn du einatmest, merkst du vielleicht, dass dein Herz ein bisschen schneller und stärker schlägt, als beim Ausatmen. Wenn du das spürst, dann hast du live miterlebt, dass der Sympathikus deinen Herzschlag erhöht und umgekehrt der Paraympathikus deinen Herzschlag bei der Ausatmung verlangsamt. Denn bei der Ausatmung erhöht sich wie oben erwähnt die VN-Aktivätit, wodurch der Körper entspannt und das merkst du zum Beispiel in einem langsameren Herzschlag.

Langsame Atemtechniken mit langer Ausatmung signalisieren einen Entspannungszustand durch den VN, was zu mehr VN-Aktivität und weiterer Entspannung führt. Dies ist eine Form des respiratorischen Biofeedbacks.

Genaue Funktionsweise von VN & rVNS

Auf dem direkten Weg werden langsames Atmen und verlängertes Ausatmen durch vagale Aktivität (VN-Aktivität) verursacht. Dies folgt aus der zuvor erwähnten Rolle des VN bei der respiratorischen affektiven und effektiven Verarbeitung (Verlangsamung und Ausatmung). Die kontrollierte Atmung, nutzt also den Vagusnerv als Effektor und steigert willentlich, wenn auch nur kurzzeitig, seine Aktivität.

Der indirekte Weg beinhaltet die Stimulation durch Biofeedback und folgt aus der physiologischen Feedback-Theorie: Durch die Übernahme physiologischer Körpermuster, die mit Entspannung und Situationen mit geringer Bedrohung (z. B. langsames Atmen) verbunden sind, projizieren vagale Afferenzen diesen Zustand auf das ZNS, welches einen “Rest-and-Digest”-Zustand einleitet — wiederum über den VN. Der indirekte Weg ist für langfristigere tonische Veränderungen des Vagustonus (VN-Aktivität) verantwortlich. Auf beiden Wegen zeigen Atemstile mit niedriger Atemfrequenz und niedrigem Einatmungs-/Ausatmungsverhältnis einen Anstieg des Vagustonus, wenn auch in leicht unterschiedlichen Zeiträumen [4]. Infolgedessen erhöhen efferente VN-Bahnen die VN-Aktivität weiter und erzeugen damit verbundene physiologische Konsequenzen (z. B. Senkung der Herzfrequenz, des Blutdrucks, Erhöhung der HRV). Es folgt eine Entspannungsschleife.

Dieser indirekte Weg kann als eine Form von Biofeedback angesehen werden und ist für langfristige Veränderungen der VN-Aktivität verantwortlich. Dabei spielen die Atmungsmuster eine Schlüsselrolle: Eine kürzlich durchgeführte Studie mit Elektroneurogramm zur Kartierung der Atmungsmustersignalisierung des linken VN zeigte eine nahezu perfekte Überlappung zwischen dieser Kartierung und den tatsächlichen Atmungszyklen [5].

Der erste physiologische Mechanismus für die vom ZNS ausgehende Steuerung der Atmungsmuster zur Stimulierung von VN (als Biofeedback) ist der Barorezeptorreflex [6; 7]. Dieser Reflex ist für die Regulierung des Blutdrucks verantwortlich und wird durch dehnungsaktivierte Mechanorezeptoren (Barorezeptoren) in Blutgefäßen ausgelöst, was zur Aktivierung des Vagusasts des Herzknotens führt, wodurch die Herzfrequenz und anschließend der Blutdruck gesenkt werden. Die Schwelle zur Auslösung dieses Reflexes (kardiovagale Baroreflexempfindlichkeit) kann durch eine Atemfrequenz um 0,1 Hz oder etwa 6 Atemzüge pro Minute gesenkt werden. Interessanterweise ist dies genau die gleiche Atemfrequenz, von der in Atemstudien berichtet wird, dass sie den höchsten HRV-Anstieg/VN-Aktivität und damit Entspannung aufweist. Eine Verringerung der Empfindlichkeit führt zu häufigeren Reflexen, einer niedrigeren Herzfrequenz und einem erhöhten Vagaltonus [8; 9; 10; 11]. Dieser Mechanismus ist ein schnellerer indirekter Weg zwischen Atemfrequenz und Herzfrequenz, wie er durch VN vermittelt wird, als der Biofeedback-Weg durch afferente subkortikale VN-Projektionen, die eine breite Entspannung signalisieren.

Der langsamste der indirekten Wege ist Biofeedback, bei dem eine niedrige Atemfrequenz und ein kleines Ein-/Ausatmungsverhältnis dem ZNS einen Ruhezustand signalisieren. Dieser stimmt mit der James-Lange-Hypothese der physiologischen Rückkopplung von Emotionen und ähnlichen Darstellungen überein [12]. Die von William James und Carl Lange unabhängig voneinander vorgeschlagene Theorie besagt, dass die Identifizierung und Erfahrung einer Emotion aus peripheren physiologischen Reaktionen (z. B. Erregung) folgt und nicht umgekehrt. Die Art der erlebten Emotion hängt von der Interpretation des physiologischen Zustands und der Einschätzung des Kontexts ab, in dem sie ausgelöst wird. Die physiologische Stressreaktion geht also dem subjektiven emotionalen Erleben von Angst oder Traurigkeit voraus. Folgt man dieser Argumentation, können Bottom-up-Veränderungen dysfunktionaler emotionaler Zustände erzeugt werden, indem man den physiologischen Zustand des Körpers verändert.

Mit anderen Worten: Entspannung des Körpers entspannt den Geist und Atemübungen bewirken Stressabbau [13; 14; 15].

Gesundheitliche Auswirkungen von VN-Aktivität & rVNS

Die meisten experimentellen Studien zeigen eine höhere HRV (höhere HRV-Indize korrelieren mit höherer VN-Aktivität) nach Atemanweisungen, was mit der Beteiligung von rVNS übereinstimmt. Insbesondere gibt es zahlreiche Hinweise darauf, dass langsames und tiefes Atmen die HRV-Indizes des Vagustonus erhöhen [16; 17; 18; 19; 20; 21; 22] und senkt Stressmarker wie Herzfrequenz, Blutdruck und Speichelcortisol [13; 14; 15].

Van Diestet et al. [23] untersuchten speziell die Auswirkungen unterschiedlicher Einatmungs-/Ausatmungsverhältnisse bei entweder langsamer oder normaler Atemfrequenz auf verschiedene HRV-Messwerte (Peak-Valley, HF): Eine höhere HRV (beide Messwerte) wurde im langsamen Atemzustand berichtet, aber nur für verlängertes Ausatmen (Einatmungs-/Ausatmungsverhältnis: 0,24) und nicht für verlängerte Einatmung (Einatmungs-/Ausatmungsverhältnis: 2,33). Obwohl normale Verhältnisse nicht eingeschlossen wurden, zeigt diese Studie am deutlichsten die stimulierenden Wirkungen der spezifischen Atmungsstile auf den VN. Ein weiteres Beispiel für verlängertes Ausatmen, wenn auch mit einem völlig anderen Ziel und Kontext: Eine Studie über das Flötenspiel der amerikanischen Ureinwohner zeigte einen signifikanten Anstieg der HRV während des Spielens, im Gegensatz zu dem, was man bei körperlicher Anstrengung erwarten würde [24]. Es muss nicht erwähnt werden, dass das Spielen eines beliebigen Pfeifeninstruments eine extrem ausgedehnte Ausatmung erfordert.

Da wir Atemtechniken überprüfen, die in ContActs (Contemplative Activities wie Yoga oder Meditation) praktiziert werden, sollten Studien, die sich mit der autonomen Funktion durch ContActs befassen und diese Art von Techniken anwenden, einen erhöhten Vagustonus melden. Tatsächlich steigt die HRV bei fast allen Kontaktformen an, was mit der rVNS-Hypothese übereinstimmt. Verschiedene Formen der Meditation (z. B. Body Scan, FA, OM Acem, Zen) und Körper-Geist-Übungen wie Yoga zeigen alle eine Erhöhung des Vagustonus HRV bei gesunden Teilnehmern [25; 26; 27; 28; 29; 30; 31; 32].

Wenn die oben genannten Pathologien auf diese Weise positiv beeinflusst werden, sollte ein klarer negativer Zusammenhang zwischen dem Vagustonus und den Risikofaktoren und Symptomen dieser Erkrankungen bestehen. Tatsächlich zeig eine erhöhte HRV eine negative Korrelation mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen bei Kindern und Erwachsenen [33; 34] und sagt sogar direkt Bluthochdruck voraus [35]. Es hat eine umgekehrte Beziehung zu Entzündungen [36; 37], Entzündungen bei Depressionen [38], depressiven Symptomen bei Kindern und Erwachsenen [39; 40], perseverative Kognition [41], Symptomologie bipolarer Störungen [42], allgemeine Angst und Störungen [43; 33; 44] und hat kürzlich sogar eine negative Korrelation mit Schizophrenie gezeigt [45]. Obwohl Schizophrenie nicht als stressbedingte Störung angesehen wird, ist die Rolle der HRV bei Schizophrenie faszinierend, wenn man das Zusammenspiel von dysfunktionaler emotionaler Regulation und exekutiven Funktionen in ihrer Symptomologie betrachtet.

Obwohl rVNS-Atmung eine phasische Änderung der PNS-Aktivität während und direkt nach dem Training bewirkt, führt es langfristig auch zu einer tonischen Verschiebung des autonomen Gleichgewichts. Wenn die PNS-Aktivität steigt, sinkt die SNS-Aktivität. Diese Verschiebung wird als vagale Dominanz bezeichnet. Bei vagaler Dominanz werden chronischer Stress und stressbedingte Zustände abgeschwächt. Das Entspannungs- bzw. Ruhe- und Verdauungsverhalten nimmt zu. Herzfrequenz, Blutdruck und Entzündungsreaktion sinken, während die HRV steigt, was sich wiederum auf (chronischen) Stress auswirkt. Dies funktioniert direkt über die tonale Aktivität des PNS, aber auch indirekt über die Hemmung des SNS durch den VN. Insbesondere die Reduzierung der (chronischen) Stressreaktion hat positive Auswirkungen auf die kardiovaskuläre Gesundheit und auf die stressbedingte Psychopathologie. Darüber hinaus führt die vagale Dominanz auch zu einer besseren Immunfunktion und einer Abschwächung von Entzündungszuständen. [46]

Mehrere Studien zu verschiedenen ContActs berichten zudem von einer Abnahme der kardiometabolischen Risikofaktoren und einer Steigerung der kardiopulmonalen Gesundheit und Fitness. Laut einer Metaanalyse spiegelt sich dies am konsistentesten in einer Senkung der Herzfrequenz, des Blutdrucks und des Blutfettprofils in allen Praxen wider [47; 48; 49; 50]. Eine Metaanalyse weist auch auf eine erhöhte erobische Kapazität hin [47].

ContAct-Reviews berichten auch von immunologischen Verbesserungen; Die meisten Studien finden funktionelle entzündungshemmende Wirkungen, wobei Metaanalysen darauf hindeuten, dass die am häufigsten berichteten Abnahmen entzündungsfördernder Marker bei C-reaktivem Protein und entzündungsfördernden Zytokinen wie Tumornekrosefaktor-a auftreten [51; 52; 53; 54]

Wie andere körperliche Übungen verbessern Geist-Körper-Übungen die allgemeine körperliche Funktion, insbesondere Knochendichte, Gleichgewicht, Kraft und Flexibilität [49]. Achtsamkeitsbasierter Stressabbau, Yoga und TCC scheinen (chronische) Schmerzzustände zu lindern, wie Schmerzskalen bei Zuständen wie Migräne, Fibromyalgie und Osteoarthritis zeigen [55]. Da die auf Achtsamkeit basierende Stressreduktion auch Yoga-ähnliche Übungen umfasst, können diese Ergebnisse Geist-Körper-Übungen vorbehalten sein und am besten so interpretiert werden, dass sie aus dem Teil der körperlichen Übungen dieser Programme stammen, da die übungsinduzierte Analgesie gut etabliert ist [56] und ist laut einer Überprüfung mehrerer Cochrane-Reviews [57] sogar mit Medikamenten bei chronischen Schmerzzuständen vergleichbar.

Quellen

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