LA RESPIRACIÓN
" El aire es tu alimento y tu mediamento"
Aristóteles
Hasta hace poco, era inimaginable para la gran mayoría de neurocientíficos que la respiración tuviera una influencia directa en las funciones cognitivas superiores. En las últimas décadas se había identificado una sincronización en la actividad neuronal del bulbo olfativo con el ritmo de la respiración. Nada sorprendente ya que la información de los olores nos llega con el aire de la respiración. Sin embargo, en los últimos años se ha demostrado que el ritmo de la respiración (especialmente la nasal) afecta a toda la corteza cerebral, no solo a la corteza olfativa. El cerebro controla la respiración y la forma como respiramos tiene un impacto en regiones que intervienen en el procesamiento cognitivo y en la regulación emocional y conductual (ver video).
El cerebro respira
La respiración es un proceso vital que tiene la función de absorber oxígeno mediante la inhalación y liberar dióxido de carbono mediante la exhalación, sea a través de las fosas nasales o de la boca. El oxígeno es necesario para la respiración celular y el metabolismo, mientras que el dióxido de carbono es un producto final del metabolismo y debe liberarse mediante la respiración. No obstante, el dióxido de carbono es más que un gas de desecho ya que actúa como catalizador para que la hemoglobina de los glóbulos rojos libere su carga de oxígeno en las células y los tejidos.
A pesar de la aparente simplicidad de la respiración, se requiere un sofisticado programa motor para ventilar los pulmones y responder adecuadamente a los desafíos fisiológicos y las condiciones ambientales cambiantes y, así, mantener la homeostasis corporal (ver figura 1; Del Negro et al., 2018).
Figura 1. Anatomía y fisiología de la respiración. El complejo pre-Bötzinger (preBötC en la figura) controla todas las fases del ciclo respiratorio, coordina la respiración con las funciones orofaciales y, de forma bidireccional, impacta en la emoción y la cognición (Del Negro et al., 2018).
Aunque podemos controlar de forma voluntaria la respiración (con todo lo que conlleva a nivel atencional), es un proceso que, afortunadamente, se da de forma inconsciente la mayor parte del tiempo. Dos regiones específicas del cerebro situadas en el tronco encefálico interactúan para que podamos respirar de forma automática. Una de ellas es el núcleo retrotrapezoidal, que identifica cuando hay demasiado dióxido de carbono y muy poco oxígeno en la sangre, enviando una señal que desencadena la inspiración. Las neuronas de esta región crean sinapsis con neuronas del complejo pre-Bötzinger que es imprescindible en la generación y modulación del ritmo respiratorio (Bochorishvili et al., 2012). El complejo pre-Bötzinger controla la respiración de forma autónoma, lo que hace que el acto de respirar parezca que no requiere esfuerzo. Sin embargo, el control recae en la corteza frontal cuando la respiración es voluntaria.
Recientemente, se ha comprobado que otras muchas regiones cerebrales como, por ejemplo, el cerebelo o áreas del sistema límbico, como la amígdala y el hipocampo, pueden afectar al control respiratorio, formando una red cerebral integrada (Krohn et al., 2023).
En una investigación muy citada, se mostraron a los participantes 180 imágenes (medio segundo cada una) durante 15 minutos, en diferentes momentos de la respiración. Tras 20 minutos, se presentaron las mismas imágenes mezcladas con otras 180 que los participantes no habían visto antes. Los investigadores comprobaron que los que habían inspirado en el momento de memorizar la imagen fueron mejores a la hora de identificar la que ya habían visto, con efectos más pronunciados para la respiración nasal que para la oral, tanto para la codificación de la información como para la recuperación de la misma (Zelano et al, 2016; ver figura 2). Según los autores de la investigación, la respiración es necesaria para optimizar el procesamiento de la información en áreas cerebrales que intervienen en conductas dirigidas a objetivos. Esto lo hace promoviendo una sincronización de las oscilaciones neuronales. Para entenderlo hay que recordar cómo funcionan las neuronas.
Figura 2. La fase respiratoria modula el rendimiento de la memoria episódica con efectos más pronunciados en la inspiración nasal (Zelano et al., 2016).
La respiración sincroniza el cerebro
Como consecuencia de las descargas eléctricas emitidas por las neuronas (oscilaciones neuronales), se generan ritmos neuronales que aparecen en casi todas las funciones cerebrales en distintas frecuencias. Estas ondas cerebrales pueden detectarse mediante electroencefalograma que se utilizan para monitorizar la actividad cerebral. Se han identificado cinco ondas (de mayor a menor frecuencia): gamma (>30 Hz), beta (13-30 Hz), alfa (8-13 Hz), theta (4-8 Hz) y delta (0,5-4 Hz). Por ejemplo, cuando estás despierto y tu cerebro está alerta y atento, produce ondas beta que son de alta frecuencia. Este es el ritmo de base del cerebro mientras realiza sus actividades diarias. Sin embargo, en estados de relajación nuestro cerebro pasa a producir ondas alfa. En lo referente a los procesos cognitivos, las ondas gamma (también de alta frecuencia) son muy importantes. Son los ritmos a los que las neuronas del hipocampo emiten descargas durante las tareas de aprendizaje. Pues bien, sabemos que, a menudo, las ondas de menor frecuencia influyen en las ondas de mayor frecuencia modulando la altura de las oscilaciones (Aru et al., 2015). Los neurocientíficos creen que este mecanismo físico que se conoce como acoplamiento de amplitud de fase es importante en el procesamiento de la información a nivel cerebral. Este proceso se da en el hipocampo y es lo que explicaría los resultados del estudio de Zelano y colaboradores mencionado antes. El ritmo lento de la respiración sincroniza la actividad neuronal rítmica en el bulbo olfativo modulando la amplitud de las ondas gamma en áreas de la corteza cerebral, como la corteza olfativa y la corteza sensorial, pero también en el hipocampo, centro gestor de las memorias explícitas y del aprendizaje. Podríamos decir que la respiración genera una actividad neuronal de frecuencia básica que afecta a todo el cerebro y esto explicaría su impacto positivo en el rendimiento cognitivo. Sintetizando, la inspiración se convierte en un marcapasos que coordina las ondas lentas del hipocampo (ondas theta) que, a su vez, modulan las ondas más rápidas (ondas gamma).
De forma similar, en estudios centrados en la percepción visoespacial, se ha observado que la inhalación nasal impulsa un aumento de la actividad cerebral relacionada con la tarea en regiones específicas implicadas (parietooccipitales y frontales) y da como resultado una mejor precisión en el rendimiento en la tarea visoespacial (ver figura 3; Perl et al., 2019). En definitiva, los procesos mentales que no tienen vínculo con el olfato también están sincronizados con la inhalación nasal.
Figura 3. La inhalación nasal (en naranja) al inicio de la tarea visoespacial se asocia con un mejor desempeño respecto a la exhalación (en azul; Perl et al., 2019).
Respiración nasal vs bucal
Si existen evidencias de que la inspiración tiene un mayor impacto cognitivo que la exhalación, también se han realizado interesantes investigaciones que demuestran el predominio de la respiración nasal sobre la respiración bucal en la consolidación de los aprendizajes (conversión de memorias a corto plazo en memorias a largo plazo). Por ejemplo, la de Arshamian et al. (2018). El experimento consistió en dos sesiones separadas, con una fase de codificación, una de consolidación y una de reconocimiento. En la primera sesión los participantes tuvieron que memorizar 12 olores, a la que siguió una fase de consolidación de 1 h en la que respiraron únicamente por la nariz o por la boca estando en reposo y despiertos. Inmediatamente después de la fase de consolidación, se les presentaron 24 olores de forma aleatoria, entre los que estaban los 12 iniciales. Los investigadores comprobaron que la memoria de reconocimiento de los olores nuevos y los conocidos aumentó significativamente en los participantes que respiraron por la nariz, en comparación con los que respiraron por la boca, durante la consolidación (ver figura 4).
Figura 4. Memoria de reconocimiento (d′) en función de la respiración nasal y bucal durante la consolidación (Arshamian et al., 2018).
En los últimos años se ha comprobado que la respiración coordina en el hipocampo un tipo de ondas agudas de alta frecuencia (sharp waves ripples) que se producen principalmente en la transición entre la inspiración y la espiración y son cruciales en la consolidación de las memorias (Brodt et al., 2023). En experimentos con ratones, la influencia de la respiración en la aparición de estas ondas agudas del hipocampo se eliminó cuando se inhibió la actividad del bulbo olfatorio (Liu et al., 2017). Esto explicaría la predominancia de la respiración nasal sobre la bucal. De manera similar a lo que ocurre en el cerebro de los roedores, la selección natural promovió una fuerte conectividad funcional entre el sistema olfativo y el hipocampo de los humanos, en comparación con el resto de sistemas sensoriales. Al respirar por la boca, el bulbo olfativo no se activa y ello perjudica su conexión con el hipocampo (Zhou et al., 2021). Sin olvidar que el proceso de filtrado, humidificación y calentamiento del aire inhalado que se da al respirar por la nariz no se da mediante la respiración bucal. Y la respiración bucal en la infancia o la adolescencia por problemas en las vías nasales puede desarrollar un paladar más elevado y disminuir el espacio en la base de la nariz, causando menos espacio en la arcada dentaria y alteraciones dentofaciales (Taner y Saglam, 2023).
En consonancia con todas las investigaciones que estamos mencionando, podemos decir que existe una gran evidencia empírica que sugiere que, más allá del intercambio de gases (función fisiológica principal de la respiración), la respiración influye directamente en la actividad cerebral y en las funciones sensoriales, afectivas y cognitivas (Braenholdt et al, 2023). En lo referente a las cuestiones emocionales, en otro experimento también realizado por el grupo de Zelano se mostró un conjunto de caras a los participantes. Los sujetos tenían que indicar, pulsando un botón lo más rápido posible, si estaba presente una expresión de miedo o sorpresa en el rostro que veían. Las caras temerosas se detectaron más rápidamente durante la inspiración nasal que durante la espiración, pero no durante la respiración oral (ver figura 5, Zelano et al., 2016).
Figura 5. La fase respiratoria modula los tiempos de respuesta relacionados con el miedo (Zelano et al. 2016).
El poder de la respiración lenta
Nuestros estados emocionales y cognitivos afectan a la respiración. Pensemos, por ejemplo, cuando estamos estresados, relajados o focalizados en la resolución de un problema. De forma inversa, la respiración puede tener un impacto emocional y cognitivo, tanto en situaciones cotidianas, como en situaciones más extremas de ansiedad, miedo o pánico, por ejemplo (Ashhad et al., 2023; ver figura 6).
Figura 6. Regiones del cerebro que intervienen en la cognición y emoción como la corteza prefrontal (CPF), la amígdala o el hipocampo, pueden ser moduladas por diferentes señales respiratorias (Ashhad et al., 2022).
La respiración rápida generalmente se asocia con estrés, ansiedad o la sensación de falta de aire (disnea). Caracteriza a los ataques de pánico, aunque el incremento de la frecuencia respiratoria también puede darse en emociones positivas. Por el contrario, la respiración controlada y lenta se utiliza a menudo en la terapia cognitiva conductual y es un componente importante de prácticas cada vez más populares como la meditación o el yoga, que implican un repertorio más amplio de técnicas de control de la respiración junto a otras estrategias (Engelen et al., 2023).
El principal ejemplo de cómo la respiración afecta a las emociones es la relajación fisiológica y psicológica que se produce cuando el ritmo respiratorio se reduce a 0,1 Hz o 6 respiraciones por minuto. Esta es la respiración de ritmo lento que suele llamarse también respiración profunda (Boyadzhieva y Kayhan, 2021). No obstante, no hay que confundir una inspiración profunda con una inspiración grande. Una inspiración profunda es una inspiración suave y silenciosa que viaja al abdomen usando el diafragma, lo que solo será posible si la respiración es nasal. Por el contrario, una inspiración grande suele conllevar una gran bocanada de aire en la que, por lo general, se emplea la parte superior del pecho. Esto resulta en hiperventilación, que genera un desequilibro en los niveles de oxígeno y dióxido de carbono. Una respiración eficaz requiere la coordinación entre el diafragma, los músculos abdominales y los músculos de la caja torácica (Boulding et al., 2016). Una buena postura facilita esta coordinación. El diafragma juega un papel importante a la hora de controlar la postura, pero también sucede a la inversa: una buena postura mejora la respiración.
La investigación clínica sobre los efectos beneficiosos inducidos por la respiración a ritmo lento se ha ampliado mucho en los últimos años. La respiración a una frecuencia de seis respiraciones por minuto optimiza la oxigenación y estimula los receptores de presión arterial, en comparación con la respiración espontánea a 15 respiraciones por minuto (Balban et al., 2023). La frecuencia normal en un adulto suele oscilar entre las 12 y las 20 respiraciones por minuto. Junto a esto, se han identificado mejoras en el funcionamiento cardiovascular, las funciones ejecutivas o el manejo del estrés (Sevoz-Couche y Laborde, 2022). Sin embargo, los mecanismos subyacentes a estos efectos son múltiples y complejos. Aunque parece que el nervio vago, principal componente del sistema nerviosos parasimpático, juega un papel importante.
La frecuencia cardíaca está estrechamente relacionada con el sistema respiratorio: cuando inspiramos, el corazón se acelera; cuando espiramos, se ralentiza. Esta desaceleración de los latidos cardíacos se efectúa por medio del nervio vago, que se encuentra estimulado por el abdomen al espirar. De hecho, todas las técnicas de relajación se basan en este acoplamiento cardiorrespiratorio: cuando desaceleramos voluntariamente la respiración, es decir, cuando esta se torna profunda y abdominal, estimulamos el nervio vago, lo que finalmente ralentiza el corazón (Maric et al., 2020). Parece que existe una interacción a tres bandas entre el sistema respiratorio, el sistema cardiovascular y el funcionamiento cognitivo que abordaremos en un próximo artículo sobre el eje cerebro-corazón en el que volverá a aparecer la respiración.
Ejemplo:
Si no estás familiarizado con las técnicas de relajación basadas en la respiración, el neurocientífico Michel Le Van Quyen comparte un pequeño ejercicio de iniciación que él suele utilizar (Le Van Quyen, 2019):
Adopta una posición sentada cómoda, con la espalda erguida, pero sin tensión, y comienza a inspirar inflando el abdomen. Intensifica entonces tu inspiración: inspira primero separando las costillas, luego llena la parte alta de tus pulmones, en la región de las clavículas. Haz que cada fase de inspiración dure unos cinco segundos. Para acabar, espira comenzando por vaciar la parte superior de los pulmones y luego la región de las costillas, y finalmente baja el diafragma inflando ligeramente el vientre. Después vuelve a empezar.
Practica este ejercicio de respiración durante unos minutos y sentirás cómo te invade una sensación de bienestar y de distensión.
Entrenamiento de la respiración: más allá del mindfulness
Los ejercicios voluntarios de respiración controlada han surgido como herramientas potenciales para combatir el estrés y generar bienestar. El control de la respiración es un componente básico en la práctica del mindfulness, sin embargo, existen matices diferenciadores entre los dos tipos de prácticas. La respiración controlada influye directamente en la frecuencia respiratoria, lo que puede causar efectos relajantes fisiológicos y psicológicos inmediatos al aumentar el tono vagal durante la espiración lenta. Si bien mediante el mindfulness se pueden obtener beneficios similares (Wielgosz et al. 2016), no es su objetivo principal. En el mindfulness se presta atención a la respiración con el fin de aumentar la conciencia del momento presente. Es decir, existen efectos asociados a componentes cognitivos no respiratorios como la atención focalizada o la imaginería mental.
En un interesante estudio dirigido por el famoso neurocientífico de la Universidad de Standford Andrew Huberman, se quiso comparar el impacto de tres ejercicios diarios distintos de respiración, de 5 minutos de duración, con un periodo equivalente de mindfulness durante un mes (Balban et al., 2023). Los investigadores plantearon la hipótesis de que la modulación directa del estado fisiológico proporcionado por la respiración controlada podría producir una relajación mental y física más potente y aguda, en comparación con la práctica del mindfulness, que implica una observación más pasiva de la respiración.
Los tres ejercicios de respiración utilizados por los participantes fueron los siguientes (todos los patrones respiratorios se repiten durante 5 minutos; ver figura 7):
1. Suspiros cíclicos, que enfatizan las exhalaciones prolongadas. Se inhala lentamente por la nariz y, una vez que los pulmones se expanden, se inhala una vez más para llenarlos al máximo. Luego se exhala lentamente todo el aire por la boca (o por la nariz).
2. Respiración de caja, en la que hay inhalación, retención de la respiración, exhalación y nueva retención que duran lo mismo (por ejemplo, inhalar 4 s, contener 4 s, exhalar 4 s, contener 4 s). El tiempo en segundos de cada fase se determinó por una prueba de tolerancia al CO2 que los participantes realizaron previamente.
3. Hiperventilación cíclica con retención, que se caracteriza por inhalaciones más largas por la nariz y exhalaciones más cortas por la boca. Después de 30 respiraciones, se exhala todo el aire por la boca y se retiene la respiración 15 segundos con los pulmones vacíos. Esto es un ciclo que habrá que repetir dos veces más.
Figura 7. Análisis del impacto de tres técnicas de control de la respiración frente a la práctica del mindfulness en ejercicios diarios de 5 minutos (Balban et al., 2023).
El análisis estadístico demostró que el entrenamiento de la respiración, especialmente el suspiro cíclico centrado en la exhalación, produjo mayor mejora en el estado de ánimo y en la reducción de la frecuencia respiratoria, en comparación con la práctica del mindfulness. Si bien es cierto que tanto los ejercicios de respiración controlada como la práctica del mindfulness muestran beneficios similares, parecen ser mayores en el suspiro cíclico que se diferencia de los otros ejercicios, básicamente, en la exhalación prolongada y en la doble inhalación que aumenta la profundidad de la misma. Según los autores de la investigación los suspiros cíclicos diarios de 5 minutos prometen ser un ejercicio eficaz para controlar el estrés. Su corta duración y sus rápidos benefician hacen que este tipo de entrenamiento sea fácil de aplicar y sostenible en el tiempo.
Artículo Jesús G.Guillén (Escuela con cerebro).2024