“Onze ademhaling moet niet alleen afgestemd worden op de hoeveelheid zuurstof die we op elk moment nodig hebben, maar ook in harmonie zijn met andere bewegingen”, vertelt universitair docent dr. Laurens Bosman. “Dit is duidelijk bij topzwemmers en operazangers. Want heb je er wel eens over nagedacht dat je ademhaalt met dezelfde spieren, waarmee je ook je arm beweegt? Een professionele zwemmer haalt precies adem boven water bij een bepaalde armslag en zorgt er zo voor dat de ademhaling en beweging synchroon verlopen.”
Reflexen
“Ook hoesten, niezen, slikken en snuffelen hebben alles te maken met ademhaling. Er zijn in de hersenstam verschillende centra die zorgen dat je die dingen niet tegelijk doet, want dan gaat het fout. Het zijn reflexen die elkaar aanvullen of uitsluiten, zodat je bijvoorbeeld niet inademt tijdens het slikken.”
Hoe doen onze hersenen dit?
Bosman: “De hersenen regelen de ademhaling in eerste instantie met het ademhalingscentrum in de hersenstam. Een groot aantal andere hersengebieden kunnen de activiteit van dit ademhalingscentrum beïnvloeden, of ingrijpen op de gebieden in de hersenstam en het ruggenmerg die de verbinding vormen van het ademhalingscentrum naar de ademhalingsspieren.
Coördinatiecentrum
De rol van de kleine hersenen, het cerebellum, tijdens de ademhaling kreeg tot nu toe weinig aandacht in wetenschappelijk onderzoek en in de kliniek. “De kleine hersenen functioneren als een soort coördinatiecentrum tijdens ingewikkelde bewegingen. Dus als je jouw arm beweegt en adem haalt, gebruik je de spieren in de borstkas voor twee functies tegelijk. De kleine hersenen zorgen ervoor dat deze twee functies op elkaar aansluiten.“
Wat hebben jullie ontdekt?
“Wij vonden dat purkinjecellen, dat zijn de grote zenuwcellen die de uitgang vormen van de schors van het cerebellum, ook een rol spelen bij de regulatie van de ademhaling. Bij muizen zien we dat de activiteit van een aantal van deze cellen ritmisch is en de ademhaling volgt bij lichamelijk rust. Tijdens een verstoring van de ademhaling, die wij konden opwekken door de snorharen van de muizen te stimuleren met een luchtpufje, verandert het ritme van diezelfde purkinjecellen, waardoor de muizen sneller inademen.”
Beeld: Dr. Zhenyu Gao
“Dit gedrag lijkt niet op een schrikreactie. De purkinjecellen veranderen van functie door de verstoring van de ademhaling. Waar ze tijdens rust de ademhaling alleen signaleren, schakelen ze, als de omstandigheden daarom vragen, naar een coördinerende functie waarin ze de ademhaling beïnvloeden. Dus de impact van dezelfde zenuwcellen in de kleine hersenen blijkt afhankelijk van de situatie. Pas als er iets gebeurt, dragen ze bij aan de aansturing en zorgen ze voor een goede timing van de ademhaling.”
Beeld: Teun den Ouden
Ademhaling is een zich telkens herhalende cyclus, hierboven symbolisch weergegeven als een oneindig gedetailleerd geometrisch figuur. Het repeterende patroon wordt onderbroken door een muizenkop met snorharen. Aanraking van die snorharen leidt tot activatie van het cerebellum, het hersengebied dat oplicht in de afbeelding, met daarin purkinjecellen. Purkinjecelactiviteit, aangegeven met de witte pieken en dalen boven de muis, zorgt ervoor dat de ademhaling aangepast wordt na aanraking van de snorharen.
Deze afbeelding staat ook op de cover van Cell Reports, het wetenschappelijk tijdschrift waarin dit onderzoek werd gepubliceerd.
Waarom is jullie ontdekking belangrijk?
“Onze ontdekking kan verklaren waarom problemen met de regulering van de ademhaling tot nu toe niet duidelijk opgevallen zijn bij patiënten met aandoeningen in het cerebellum. Patiënten met cerebellaire ataxie, een verstoring van het coördinatiecentrum door een ziekte of beschadiging na een hersenbloeding of -infarct in de kleine hersenen, hebben vaak moeite met het maken van vloeiende en doelgerichte bewegingen. Tijdens lichamelijke rust hebben zij een gewone ademhaling, maar als zij iets moeten doen dan wordt de ademhaling onregelmatig. Dat kan te maken hebben met de schade die deze patiënten hebben opgelopen in de kleine hersenen die hun motoriek aansturen. Maar dit probleem kan versterkt worden als de ademhaling niet goed is. Dat kan te maken hebben met het afsterven van purkinjecellen.”
Aanwijzingen
“De laatste jaren zijn aanwijzingen gevonden dat de regulatie van de ademhaling is aangedaan bij een deel van deze patiënten, maar een duidelijke verklaring is er niet. Neurologen verwijzen deze patiënten soms door naar de longarts. “Maar als we wat verder gaan graven, zou het kunnen zijn dat deze patiënten geen longprobleem hebben, maar een neuraal probleem.”
“Als de ademhaling niet goed is, is dat niet goed voor de conditie. Oefenen wordt moeilijker en je komt in een neerwaartse spiraal. Het is moeilijk om te onderscheiden wat er aan de hand is, omdat er een heleboel zaken tegelijkertijd spelen, waardoor oorzaak en gevolg door elkaar kunnen worden gehaald.”
Wat is de volgende stap?
“Op basis van dit onderzoek denk ik dat het goed is om gericht naar deze ademhalingsoefeningen te gaan kijken,” vervolgt Bosman, “en te focussen op de problemen die vooral optreden tijdens bewegingen bij deze patiënten. Van gezonde mensen weten we dat zij hun ademhaling en bewegingen op elkaar afstemmen. In vervolgonderzoek gaan we bestuderen hoe de resultaten van de experimenten in muizen vertaald kunnen worden naar het gedrag van mensen.”
