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Breathing and the Center of Command - The influence of respiration on the Central Nervous System

Journal: Unpublished MSc thesis Wiener Schule für Osteopathie, Date: 2021/03, Pages: 65, type of study: review

Free full text   (https://www.osteopathic-research.com/s/orw/item/3829)

Keywords:

brain activity [2]
breathing [40]
central nervous system [18]
cerebrospinal fluid [24]
pain perception [4]
WSO [433]
narrative review [39]

Abstract:

Aim: The aim of this narrative review is to investigate, whether there is scientific evidence for the impact of breathing on the CNS and if so, what these effects are and on which levels they are measurable. Methods: The literature research was carried out in the PubMed database in June 2020. The research produced 23 studies, which were subdivided in 3 topics: CSF motion, brain activity and pain perception. Results: Strong evidence for impacts of respiration on the CNS was found. Breathing significantly influences the flow of CSF throughout the CNS including all CSF spaces on the cranial and spinal level. Breathholding was found to temporarily supress this flow. It was unambiguously shown, that inspiration generates a cranial CSF motion, conversely expiration leads to a caudal fluctuation, a clear displacement of fluid was found. In addition, it was demonstrated, that the velocities of the flow vary in the different regions of the CNS. Respiration was found to influence large parts both in cortical and limbic regions, such as amygdala, hippocampus, insula, frontal, parietal and primary olfactory cortices. It influences slow cortical potentials particularly at 10sec/cycle, and infra-slow oscillations, which are involved in the development of resting state networks as the default mode network, which is important for cognitive performance. It has an impact on the excitability of other cortical regions as the primary motor hand area. Phase and pathway of respiration influence limbic functions as emotion discrimination and memory function, inspiration and nasal respiration leading to an increase in both. It has been shown, that slow and deep breathing have an analgesic effect, and that the phase of respiration might have an influence on pain perception. Expiration leads to the same analgesic effect, however, the results are not entirely invariable.

Abstract original language:
Ziel: Ziel dieses narrativen Reviews ist es zu erforschen, ob es wissenschaftliche Grundlagen für den Einfluss der Atmung auf das Zentralnervensystem (ZNS) gibt und wenn ja, welche diese, und auf welchen Ebenen sie messbar sind. Methodik: Die Literaturrecherche wurde in der PubMed Datenbank im Juni 2020 durchgeführt. Die Suche ergab 23 Studien, welche in 3 Themengebiete geteilt wurden: Cerebrospinal Flüssigkeit (CSF), Hirnaktivität und Schmerzwahrnehmung. Ergebnisse: Es wurden eindeutige Hinweise für den Einfluss von Atmung auf das ZNS gefunden. Sie beeinflusst maßgeblich den Fluss von CSF im gesamten ZNS, in allen CSF Räumen sowohl auf kranialer als auch spinaler Ebene, Anhalten der Atmung unterdrückt diesen kurzfristig. In der Einatemphase kommt es zu einer kranialen Bewegung der CSF, in der Ausatemphase zu einer kaudalen. Die Geschwindigkeiten der CSF variiert in den verschiedenen Regionen des ZNS. Die Atmung beeinflusst große Bereiche, sowohl in kortikalen als auch in limbischen Arealen, wie Amygdala, Hippocampus, Insula, Frontalem-, Parietalem- und primär olfaktorischem Cortex. Sie beeinflusst langsame kortikale Potentiale, insbesondere bei etwa 10sec/Zyklus, und infra-slow Oszillationen, welche an der Bildung von Ruhezustandsnetzwerken wie dem Default Mode Network beteiligt sind und für kognitive Leistungsfähigkeit wichtig sind. Weiters hat sie einen Einfluss auf die Erregbarkeit anderer kortikaler Regionen wie dem primärmotorischen Kortex für die Hand, und auf limbische Funktionen wie Einordnen von Emotionen oder Gedächtnisleistung, wobei hier Phase (Einatmung>Ausatmung) und Weg der Atmung (nasal>oral) Einfluss haben. Langsame, tiefe Atmung hat einen schmerzlindernden Effekt sowohl auf Schmerzwahrnehmung als auch -toleranz, die Ausatmung scheint ebenfalls selbigen Effekt zu begünstigen, die Ergebnisse hierzu sind jedoch nicht ganz widerspruchsfrei.


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