Activating Effect of Nasal and Oral Hyperventilation on Epileptic Electrographic Phenomena: Reflex Mechanisms of Nasal Origin

Summary: In experiments on animals, airflow through the nasal cavity elicits rhythmic synchronized activity that can trigger and/or elicit epileptic electro‐graphic activities in the limbic structures of the brain. This could be demonstrated in studies of lower vertebrates (frogs and turtles). In the turtle the elicited paroxysmal activity often had the shape of regular high‐voltage activity in the theta‐frequency range (average frequency, 4.1 Hz). It was further proven in clinical experiments that nasal deep breathing with a closed mouth effectively activates epileptic electrographic phenomena of a temporal (limbic) origin. The activating effect was more pronounced on the side ipsilateral to the ventilated nasal meatus. It could also be evoked by air insufflation into the nasal cavity. This effect was suppressed by anesthesia of the mucous membrane in the upper nasal meatus. Possible mechanisms of this, probably reflex, phenomenon are discussed. RÉSUMÉ Le flux aérien à travers la cavité nasale provoque chez I'animal d'expérimentation une activité rythmique synchronisée qui peut déclencher et/ou favoriser des activités électrographiques épileptiques dans les structures limbiques du cerveau. Ceci a pu être démontré expérimentalement chez des vértèbrés (grenouilles et tortues). Chez la tortue I'activité paroxystique provoquée a souvent l'aspect d'une activité régulière de grand voltage dans la bande de fréquence théta (fréquence moyenne: 4,1 Hz). II a de plus été démontré expérimentalement en clinqiue que la respiration profonde par le nez, à bouche fermée, active effectivement des phénomènes électrographiques épileptiques d'origine temporale et limbique. L'effet d'activation est plus prononcé du côté ipsilatéral à la narine ventilée. II peut aussi être produit par l'insuff‐lation d'air dans la cavité nasale. II est supprimé par I'anesthésie de la muqueuse dans la partie supérieure de la narine. Les mécanismes possibles, probablement réflexes, de ce phénomène sont discutes. RESUMEN El flujo aereo a través de las cavidades nasales pro‐dujo en experimentos animales actividad ritmica sin‐crónica que podía disparar actividad epiléptica elec‐trográfica en las estructuras límbicas del cerebro. Esto pudo ser demostrado en experimentos con vertebrados inferiores (ranas y tortugas). En la tortuga la actividad paroxistica a menudo tenia una forma regular consis‐tente en actividad de gran voltaje en el rango theta con una frecuencia promedio de 4,1 Hz. Se comprobó además en experimentos clinicos que la respiración profunda a través de la nariz, manteniendo la boca cerrada, activaba de modo efectivo fenómenos epilépticos electrográficos de origen temporal (limbico). Este efecto activador fue más pronunciado en el lado ipsilateral al meato nasal ventilado y tambien pudo ser evocado insuflando aire en la cavidad nasal. El efecto se suprimió anestesiando la mucosa de la parte superior del meato. Se discuten los posibles mecanismos (probablemente reflejos) de este fenómeno. ZUSAMMENFASSUNG Der Luftstrom durch die Nasenhöhlen ruft im Tierexperiment rhythmische synchronisierte Aktivität hervor, die epileptische elektrographische Aktivität in den limbischen Strukturen des Gehirns triggern und/ oder hervorrufen kann. Das konnte in Experimenten bei niedrigen Wirbeltieren (Froschen und Schildkröten) demonstriert werden. Bei der Schildkröte hatte die hervorgerufene paroxysmale Aktivität oft die Form regulärer amplitudenhoher Aktivität im Theta‐Bereich (durchschnittliche Frequenz 4,1 Hz). In klinischen Experimenten wurde weiterhin gefunden, daß das tiefe Atmen durch die Nase mit geschlossenem Mund eine wirkungsvolle Aktivierung epileptischer, elektrog‐raphischer Phanomene des temporalen (limbischen) Gebiets bewirkte. Der aktivierende Effekt war ausgep‐rägter auf der ipsilateralen Seite des ventilierten Naseneingangs. Er konnte auch durch Luftinsufflation in die Nasenhohle hervorgerufen werden. Er war durch Anaesthesie der mukosen Membranen im obe‐ren Nasengang zu unterdrticken. Die moglichen Mechanismen dieses (wahrscheinlich reflektorischen) Phanomens werden besprochen.