HENGITYSRYTMIN, VATSAONTELON PAINEEEN VAIKUTUS GLYMFAATTISEEN KIERTOON

Aivojen jätehuolto on pitkään nähty prosessina, joka tapahtuu lähes yksinomaan unen aikana. Kun nukahdamme ja aivosähkökäyrämme siirtyy hitaaseen slow-wave-rytmitykseen (SWS), jonka aikana aivojen soluvälitilat laajenevat ja aivo-selkäydinneste, CSF, huuhtelee pois päivän aikana kertyneitä aineenvaihduntatuotteita.

Viimeaikainen neurotieteellinen ja biomekaaninen tutkimus on kuitenkin paljastanut jotain lisää tästä prosessista. Tämä hydraulinen puhdistusjärjestelmä eli glymfaattinen kierto ei ole riippuvainen pelkästään unesta, mitä on pidetty tähän asti melkein ainoana aivojen puhdistushetkenä, vaan siihen voidaan vaikuttaa mekaanisesti myös valveilla ollessa. Avain tähän piilee hengityksen fysiologiassa, rinta- ja vatsaontelon paine-eroissa sekä autonomisen hermoston säätelyssä.

Glymfaattisen järjestelmän päämoottorina toimii aivoverisuonten rytminen mukautuminen sekä aivokammioiden ja selkäydinkanavan väliset hydrodynaamiset paine-erot. Syvässä unessa aivosähkötoiminnan hitaat aallot tahdistavat verenvirtauksen ja selkäydinnesteen sykäyksiä. Tutkimukset kuitenkin osoittavat, että samankaltainen nesteaallon vahvistuminen voidaan laukaista myös valveilla ollessa säätelemällä hengitystaajuutta. Kun hengitys hidastuu hyvin rauhalliseksi, noin yhteen hengitykseen 20 sekunnissa, kehossa tapahtuu erityisiä muutoksia. Syvä ja hidas hengitys aiheuttaa rintaontelossa voimakkaita paineenvaihteluita, jotka ikään kuin vetävät nestettä selkäydinkanavaan. Samalla hidas hengitys vaikuttaa autonomiseen hermostoon ja aivojen verisuonten säätelyyn, lisäten verisuonia ympäröivien kanavien läpäisevyyttä. Tämän seurauksena selkäydinneste alkaa liikkua selkeinä pystysuuntaisina sykäyksinä, jotka muistuttavat syvän unen aikana havaittuja aivojen nesteaaltoja.

Glymfaattinen kierto ei toimi erillisenä järjestelmänä vain aivoissa, vaan se on tiiviisti yhteydessä koko kehon verenkiertoon ja imunestekiertoon. Jotta puhdistava selkäydinneste pääsee virtaamaan aivokudokseen, täytyy jätepitoisen nesteen ja laskimoveren samalla poistua aivoista esteettä. Tässä vatsaontelon paineella (intra-abdominal pressure, IAP) on keskeinen rooli. Suuri painevaihtelu rintaontelossa ja kaulavaltimoissa stimuloi paineentunnistimia (baroreseptoreita, hermopäätteitä, jotka aistivat verenpaineen muutoksia), mikä aktivoi välittömästi vagushermon, kehoa rauhoittavan ja rentouttavan hermon.

Kuva: tehty tekoälyllä

Kun hengitämme vapaasti pallealla, pallea liikkuu ylös ja alas kuin mäntä. Tämä liike tukee nesteiden ja veren normaalia virtausta kehossa. Kun vatsan alue rentoutuu ja pallea pääsee liikkumaan vapaasti, laskimopaine aivoissa laskee. Samalla syntyy ikään kuin imuvaikutus, joka tehostaa aivojen puhdistumista eli nesteiden virtausta aivokudoksessa. Jos vatsaa pidetään jatkuvasti jännityksessä tai hengitys jää pinnalliseksi rintakehähengitykseksi, vatsaontelon paine kohoaa. Kohonnut paine lisää vastusta laskimoissa, erityisesti alalaskimossa ja selkäydinkanavan laskimoverkostossa. Tällöin veren ja selkäydinnesteen on vaikeampi poistua aivoista.

Toinen keskeinen keino tukea aivojen puhdistumista on niin sanottu fysiologinen huokaus. Siinä tehdään kaksi peräkkäistä sisäänhengitystä, joita seuraa pitkä ja hidas uloshengitys. Huokauksella on kaksi suoraa vaikutusta kehoon. Ensimmäinen sisäänhengitys täyttää keuhkot, ja toinen, nopea lisähenkäys avaa keuhkorakkuloita. Tämä synnyttää rintaonteloon hetkellisen, voimakkaan alipaineen. Pitkä uloshengitys puolestaan rauhoittaa hermostoa ja lisää laskimoveren virtausta takaisin sydämeen. Vagushermon stimulaatio laskee sydämen sykettä ja rentouttaa verisuonten seinämiä, mikä vähentää paravaskulaaritilan virtausvastusta uloshengityksen aikana. Samalla se tukee selkäydinnesteen liikettä ja aivojen puhdistumista.

Vinkki: Katso, miten pienilapsi, vauva, hengittää! 

 

Terkuin ♥

Tuija

 

Lähteet:

Balban, M. Y., et al. Brief structured respiration practices enhance mood and reduce physiological arousal. Cell Reports Medicine 2023; 4(1), 100895. doi: 10.1016/j.xcrm.2022.100895

(Stanford-yliopiston tutkimus fysiologisen huokauksen tehosta autonomisen hermoston säätelyssä ja sykevälivaihtelun parantamisessa).

Depauw P R A M, et al. The significance of intra-abdominal pressure in neurosurgery and neurological diseases: a narrative review and a conceptual proposal. Acta Neurochir 2019;161(5):855-864. doi: 10.1007/s00701-019-03868-7

(Tutkimus vatsansisäisen paineen ja kallonsisäisen laskimopaineen välisestä suorasta fysiologisesta yhteydestä).

Dreha-Kulaczewski, S., et al. Inspiration is the major driving force of human CSF flow in the spinal canal. Journal of Neuroscience 2015; 35(6), 2485–2491. doi: 10.1523/JNEUROSCI.3246-14.2015

(Tutkimus, joka osoitti reaaliaikaisella MRI-kuvantamisella, että sisäänhengitys toimii selkäydinnesteen tärkeimpänä mekaanisena moottorina).

Fultz, N. E., et al. (2019). Coupled electrophysiological, hemodynamic, and cerebrospinal fluid oscillations in human sleep. Science, 366(6465), 628–631.

(Tämä maamerkkitutkimus osoitti ensimmäisenä suoran kytkennän aivoaaltojen, verenvirtauksen ja selkäydinnesteen aaltoilun välillä unen aikana).

 Kiviniemi V., et al. Ultra-fast magnetic resonance encephalography of physiological brain pulsations. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism 2016; 36(6), 1033–1045. doi: 10.1177/0271678X15622047

(Oulun yliopiston tutkijoiden läpimurtotutkimus, joka kartoitti aivojen kolme fysiologista pulssaatiomuotoa: sydämen, hengityksen ja verisuonten vasomotion).

Rasmussen, M. K., Mestre, H., & Nedergaard, M. The glymphatic pathway in neurological disorders. The Lancet Neurology 2018; 21(8), 749–762. doi: 10.1016/S1474-4422(18)30318-1

(Kattava katsausartikkeli glymfaattisen järjestelmän toimintamekanismeista ja paravaskulaarisen virtauksen fysiologiasta).