Cómo el ritmo de la respiración afecta al cerebro

Una persona que llega a vivir 80 años, toma hasta mil millones de respiraciones a lo largo de su vida. La respiración es parte de la vida pero a veces pasa desapercibida: está naturalizada. Cada día, se hacen 20.000 respiraciones al día. Se aspira oxígeno para alimentar a las células y tejidos, y se libera dióxido de carbono que se acumula como resultado del metabolismo celular.

Investigaciones científicas han comenzado a desentrañar cuáles son algunos de los mecanismos neuronales subyacentes de la respiración y sus muchas influencias en el cuerpo y la mente.

A fines de la década de 1980, los neurocientíficos identificaron una red de neuronas en el tronco encefálico que marca el ritmo de la respiración. Ese descubrimiento ha sido un trampolín para investigaciones sobre cómo el cerebro integra la respiración con otros comportamientos. Al mismo tiempo, los investigadores han descubierto que la respiración puede influir en la actividad en amplias franjas del cerebro, incluidas aquellas con funciones importantes en la emoción y la cognición.

“La respiración tiene muchos trabajos”, dijo Jack L. Feldman, neurocientífico de la Universidad de California, Los Ángeles, y coautor de un artículo reciente sobre la interacción de la respiración y la emoción en la revista Annual Review of Neuroscience. “Es muy complicado porque estamos cambiando constantemente nuestra postura y nuestro metabolismo, y tiene que estar coordinado con todos estos otros comportamientos”.

Cada vez que inhala, sus pulmones se llenan de aire rico en oxígeno que luego se difunde en el torrente sanguíneo para distribuirse por todo el cuerpo. “Lo notable de los mamíferos, incluidos los humanos, es que tenemos una enorme cantidad de superficie en el pecho”, comentó Feldman. Más área de superficie significa que se intercambia más gas por segundo.

Pero los pulmones no pueden hacerlo solos. Son esencialmente sacos fláccidos de tejido. “Para que esto funcione, los pulmones deben bombearse como un fuelle”, comparó Feldman. Y lo son: con cada inhalación, el músculo del diafragma en la parte inferior de la cavidad torácica se contrae, moviéndose hacia abajo aproximadamente media pulgada. Al mismo tiempo, los músculos intercostales entre las costillas mueven la caja torácica hacia arriba y hacia afuera. Eso permite que los pulmones se expandan y se aspira aire.

En reposo, estos músculos se contraen solo durante la inhalación. La exhalación ocurre pasivamente cuando los músculos se relajan y los pulmones se desinflan. Durante el ejercicio, diferentes grupos de músculos se contraen para forzar la salida del aire y acelerar la respiración.

Los músculos que controlan la respiración reciben órdenes del cerebro. Uno de los primeros en reflexionar sobre su origen fue Galeno, el médico griego que notó que los gladiadores cuyos cuellos estaban rotos por encima de cierto nivel no podían respirar normalmente. Experimentos posteriores apuntaron al tronco del encéfalo, y en la década de 1930, el fisiólogo británico Edgar Adrian demostró que el tronco del encéfalo disecado de un pez dorado continúa produciendo actividad eléctrica rítmica, que él creía que era la señal generadora de patrones subyacente a la respiración.

Pero la ubicación exacta del generador del patrón respiratorio del tronco del encéfalo permaneció desconocida hasta finales de la década de 1980, cuando Feldman y sus colegas lo redujeron a una red de unas 3.000 neuronas en el tronco del encéfalo de roedores (en los humanos contiene unas 10.000 neuronas). Ahora se llama “Complejo preBötzinger” (preBötC). Las neuronas exhiben espontáneamente ráfagas rítmicas de actividad eléctrica que, transmitidas a través de neuronas intermedias, dirigen los músculos que controlan la respiración.

Gran parte de la investigación posterior de Feldman se ha centrado en comprender exactamente cómo las neuronas en el “Complejo preBötzinger” generan el ritmo respiratorio. Este trabajo también sentó las bases para que su laboratorio y otros investiguen cómo el cerebro orquesta la interacción entre la respiración y otros comportamientos que requieren alteraciones en la respiración.

Con respecto al suspiro, también se conoce mucho más. Es una respiración larga y profunda que puede expresar muchas cosas, como tristeza, alivio, resignación, añoranza, agotamiento. Pero los humanos no son los únicos que suspiran. La mayoría de los mamíferos también lo harían. Se considera que suspirar tiene una importante función biológica además de sus cualidades expresivas.

Los humanos suspiran cada pocos minutos, y cada suspiro comienza con una inhalación que toma aproximadamente el doble de aire que una respiración normal. Los científicos sospechan que eso ayuda a abrir los alvéolos colapsados, las diminutas cámaras en los pulmones donde se produce el intercambio de gases, de la misma manera que soplar un guante de látex abre los dedos.

Se ha demostrado que los ventiladores de hospital programados para incorporar suspiros periódicos, por ejemplo, mejoran la función pulmonar y mantienen los niveles de oxígeno en la sangre de los pacientes. En un estudio publicado en Nature, Feldman y sus colegas identificaron cuatro pequeñas poblaciones de neuronas que parecen ser responsables de generar suspiros en roedores.

Dos de estos grupos de neuronas residen en una región del tronco encefálico cerca del “Complejo preBötzinger” y envían señales a los otros dos grupos neuronales. Cuando los investigadores mataron estas neuronas preBötC con una toxina altamente selectiva, las ratas dejaron de suspirar, pero su respiración siguió siendo fuerte. Por otro lado, cuando los científicos inyectaron neuropéptidos que activan las neuronas, las ratas suspiraron 10 veces más frecuentemente. En esencia, concluyen los investigadores, estos cuatro grupos de neuronas forman un circuito que le dice a preBötC que interrumpa su programa regular de respiraciones de tamaño normal y ordene una respiración más profunda.

Durante milenios, los practicantes de yoga y otras antiguas tradiciones de meditación han practicado la respiración controlada como medio para influir en su estado de ánimo. Durante muchos años, Helen Lavretsky, de la Universidad de California, en Estados Unidos, ha colaborado con neurocientíficos y otros para investigar cómo los diferentes tipos de meditación afectan el cerebro y los marcadores biológicos del estrés y la función inmunológica.

Ha descubierto, entre otras cosas, que la meditación puede mejorar el rendimiento en las pruebas de memoria de laboratorio y alterar la conectividad cerebral en personas mayores con deterioro cognitivo leve, un precursor potencial de la enfermedad de Alzheimer y otros tipos de demencia. En estudios más recientes, que aún no se han publicado, se inclinó hacia la investigación de si los métodos de control de la respiración por sí solos pueden ayudar.

Según Lavretsky, quien también es instructora certificada de yoga, los ejercicios de respiración podrían ser una buena alternativa para muchas personas, especialmente con más investigación sobre qué técnicas de respiración funcionan mejor para qué condiciones y cómo se pueden adaptar a las personas. “Todos tenemos esta herramienta, solo tenemos que aprender a usarla”, dijo Lavretsky a la revista Knowable Magazine.

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