Klinische Neurophysiologie 2001; 32(1): 30-37
DOI: 10.1055/s-2001-15407
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Georg Thieme Verlag Stuttgart · New York

Der Einfluss der Atmungsform auf den Ruhe-Innervationstonus der Skelettmuskulatur

Breathing Pattern Influences the Resting Innervation Tone of Skeletal MusclesD. EbertB. Kühnemann
  • Carl-Ludwig-Institut für Physiologie, Universität Leipzig
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Publication Date:
31 December 2001 (online)

Breathing Pattern Influences the Resting Innervation Tone of Skeletal Muscles

Deep slow breathing is commonly used to support an arbitrarily selected degree of generalised muscular relaxation. For this reason we tested, whether arbitrarily chosen breathing patterns may influence the resting innervation tone of skeletal muscles. Extremely fast and slow breathing manoeuvres in the Indian Hatha-Yoga system were selected to be performed in a standardized way. According to previous studies the frontalis muscle was chosen as a representative indicator of the skeletal muscle tone. The integrated surface electromyogram of this muscle served as measure of its innervation tone in 13 young healthy students before (YU) and after (YG) a six-month Hatha-Yoga training programme and in 8 experienced Yoga teachers (YL). These groups were examined during resting (while sitting comfortably) as well as during performance of 5 different breathing manoeuvres: Inspiratory breath holding, enforced maximal hyperventilation, high-frequency yogic breathing pattern (called „Kapalabhati”, about 60 - 80 breaths per minute) and two different extremely low-frequency yogic breathing patterns (called „Ujjayi” and „Surya Bhedana”, about 1 - 3 breaths per minute) were performed. A significant increase of the nervous muscle tone could be observed during enforced hyperventilation as well as during high-frequency „Kapalabhati” breathing. Contrariwise, a significant and immediate decrease of muscle tone accompanied the low-frequency breathing patterns of „Ujjayi” and „Surya Bhedana”. Voluntary breath holding up to the breaking point did not cause a comparable effect. Hence, it is unlikely that the decrease of muscle tone is caused by hypercapnia. We interpret the different effects of different respiration speeds and depths on skeletal muscle tone as a central nervous coupling between the breathing motor system and other sensorimotor functions. It is on this coupling that the relaxing effects of breathing therapies seem to be based.

Zusammenfassung

Ob und in welchem Maß verschiedene Atmungsformen den Ruhe-Innervationstonus der Muskulatur beeinflussen, wurde mittels Oberflächen-EMG des M. frontalis, der als repräsentativer Indikatormuskel zur Einschätzung des allgemeinen Muskeltonus anerkannt ist, untersucht. Einige in Tempo und Tiefe unterschiedliche willkürlich veränderte Atmungsformen wurden ausgewählt: Inspiratorischer Atemstopp und kräftige Hyperventilation als einfaches Atemmanöver sowie einige dem Hatha-Yoga-System zugehörige sehr schnelle („Kapalabhati” - 60 - 80 min-1) und extrem langsame Atmungsformen („Ujjayi”, „Surya Bhedana” - 1 - 2 min-1). Diese Atmungsformen wurden gewählt, weil dafür ein methodischer Standard vorliegt. Da eine reproduzierbare Formung der äußeren Atmung nur durch Übung möglich ist, dienten drei Gruppen mit unterschiedlichem Übungs- bzw. Erfahrungsniveau als Versuchspersonen: Yoga-ungeübte Personen (YU, n = 13) wurden nach einer ersten Untersuchung über sechs Monate im Yoga unterrichtet und danach als Yoga-geübte Personen (YG, n = 10) ein zweites Mal untersucht. Verglichen wurden diese Messungen mit denen einer Gruppe von Yoga-Lehrern (YL, n = 8) mit mehrjähriger Erfahrung in der Yoga-Praxis. Bei YG und YL führten die stark verlangsamten Atmungsbewegungen bei Ujjayi und Surya Bhedana signifikant zu einer unmittelbaren Verminderung des Tonus des M. frontalis, bei YU nicht. Da willkürliches Atemanhalten (Hypoventilation) keine solchen tonusvermindernden Effekte hatte, kann dieser Effekt nicht durch geänderte Atemgaspartialdrücke erklärt werden. Die forcierten Atmungsbewegungen bei Hyperventilation und Kapalabhati führten demgegenüber zu einer Steigerung des Muskeltonus, die bei YU stärker ausfiel als bei YG und YL. Die nachgewiesene Wirkung des Atemtempos bzw. der Atemtiefe auf den Muskeltonus wird im Sinne einer zentralnervösen Kopplungswirkung zwischen Atmung und Motorik interpretiert. Diese Kopplungswirkung ist wahrscheinlich die Grundlage der relaxierenden Wirkung von Atemtherapien.

Literatur

  • 1 Göpfert H. Über den Tonus der Skelettmuskulatur. In: Bauer KF (Hrsg) Medizinische Grundlagenforschung, Bd. III. Stuttgart; 1960: 39-63
  • 2 Jovanovic U J. Schlaf und vegetatives Nervensystem. In: Sturm A, Birkmayer W (Hrsg) Klinische Pathologie des vegetativen Nervensystems, Bd. 1. Jena; Fischer 1976: 363-450
  • 3 Budzynski T H, Stoyva J M. EMG-Biofeedback bei unspezifischen und spezifischen Angstzuständen. In: Legewie H, Nusselt L (Hrsg) Biofeedback-Therapie. München, Berlin, Wien; Urban & Schwarzenberg 1975: 163-185
  • 4 Schultz J H. Das autogene Training. Leipzig; Thieme 1936
  • 5 Langhorst P, Schulz B G, Seller H, Koepchen H P. Convergence of visceral and somatic afferents on single neurones in the reticular formation of the lower brain stem in dogs.  J of the Autonomic Nervous System. 1996;  57 149-157
  • 6 Hildebrandt G, Daumann F-J. Die Koordination von Puls und Atemrhythmus bei Arbeit.  Int Z angew Physiol Arb physiol. 1965;  21 27-48
  • 7 Ebert D, Raßler B, Hefter H. Coordination between breathing and forearm movements during sinusoidal tracking.  Eur J appl Physiol. 2000;  81 288-296
  • 8 Waurick S. Beeinflussung von Atemform und -größe durch die Willkürmotorik.  Erg exp Med. 1972;  8 380-386
  • 9 Edel H, Knauth K. Atemtherapie. Berlin; Ullstein Mosby 1993
  • 10 Kuvalayananda S. Pranayama. Lonavla; Kaivalyadhama 1966
  • 11 Priban I P. An analysis of some short-term patterns of breathing in man at rest.  J Physiol. 1963;  166 425-434
  • 12 Folinsbee L J, Wallace E S, Bedi J F, Horvath S M. Respiratory pattern in trained athletes. In: Whipp BJ, Wiberg DM, Bellville JW, Ward SA (eds) Modelling and Control of Breathing. New York, Amsterdam, Oxford; Elsevier 1983: 205-212
  • 13 Miles W R. Oxygen consumption during three yoga-type breething patterns.  J appl Physiol. 1964;  19 75-82
  • 14 Ebert D, Gaunitz U. Blutgaspartialdruckverläufe bei einigen ausgewählten Pranayamas. In: Yoga - Begegnungen, Erfahrungen, Perspektiven. Berlin; Logos-Verlag 1995: 123-132
  • 15 Ebert D. Physiologische Aspekte des Yoga. Leipzig; Thieme 1986
  • 16 Udupa K N, Singh R H, Settiwar R M. Studies on physiological, endocrine and metabolic response to the practice of yoga in young normal volunteers.  Journal of Research in Indian Medicine. 1971;  6/3 345-353
  • 17 Greden J F, Carroll B J. Psychomotoric function in affective disorders: an overview of new monitoring techniques.  Am J Psychiatry. 1981;  138 1441-1448
  • 18 Ebert D. Parameters of motor tone and there alterations under different conditions. Abstract 2nd Int Symp Act Probl of Appl Psychophysiol. Leipzig; 1983
  • 19 Buytendijk F JJ. Allgemeine Theorie der menschlichen Haltung und Bewegung. Berlin, Göttingen, Heidelberg; 1956
  • 20 Comroe J H. Physiologie der Atmung. Stuttgart, New York; Schattauer 1968
  • 21 Gopal K S, Bhatnagar O P, Subramanian N, Nishtish S D. Effects of yogasanas and pranayamas on blood pressure, pulse rate and some respiratory functions.  Indian Journal of Physiology and Pharmacy. 1973;  17 273-276
  • 22 Stanescu D C, Nemery B, Veriter C, Marechal C. Pattern of breathing and ventilatory response to CO2 in subjects practicing Hatha-Yoga.  J appl Physiol. 1981;  51 1625
  • 23 Jacobsen E. Progressive relaxation. Chicago; University 1938
  • 24 Paul G L. Physiological effects of relaxation training and hypnotic suggestion.  Journal of Abnormal Psychology. 1969;  74 425-437
  • 25 Binswanger H. Beobachtungen an entspannten und versenkten Versuchspersonen.  Der Nervenarzt. 1929;  4/2 193-207
  • 26 Das N N, Gastaut H. Variations de l'activite éléctrique du cerveau du coeur et des muscles squelletiques an cours de la méditation et de l'extase Yogique.  EEG clin Neurophysiol. 1955;  6 Suppl 211-219
  • 27 Ebert D. Westliche Medizin und Yoga. In: BDY (Hrsg) Der Weg des Yoga. Handbuch für Übende und Lehrende. Petersburg; Verlag Via Nova 1991: 275-285

Dr. med. D. Ebert

Carl-Ludwig-Institut für Physiologie
Universität Leipzig

Liebigstr. 27

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Email: ebed@ medizin.uni-leipzig.de

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