В 1908 году немецкий физиолог Макс Рубнер предложил первую доказательную теорию старения. Он заметил, что чем крупнее вид млекопитающего, тем ниже скорость его метаболизма, а это означает, что более крупные особи по сравнению с маленькими потребляют меньше энергии на килограмм массы тела. Кроме того, виды с более крупным размером тела дольше живут. Это говорит о том, что энергетический обмен неизбежно связан с повреждением, которое накапливается с течением времени, что приводит к снижению функции клеток и, в конечном итоге, к смерти. Чем быстрее обмен веществ, тем больше вреда и короче жизнь. В 1956 году идеи Рубнера были дополнены теорией свободных радикалов: активные формы кислорода, образующиеся в процессе производства энергии в клетках, являются причиной повреждения, вызывающего старение. Но в данной теории оказалось несколько исключений, указывающих на ее неполноту. Например, птицы живут дольше, чем млекопитающие аналогичного размера. Этому явлению ученые пока не нашли точного объяснения. Другое исключение состоит в том, что физические упражнения, которые ускоряют метаболизм, не приводят к сокращению продолжительности жизни. Кроме того, некоторые работы указывают на то, что на это не влияет также и изменение уровня активных форм кислорода. Однако, эти идеи, так или иначе, подтолкнули ученых к исследованиям различных способов замедления метаболизма, один из которых — задержка (замедление) дыхания.

Физиологические эффекты медленного дыхания очень обширны и сложны. Характер дыхания оказывает глубокое влияние не только на его эффективность, но и на сердечно-сосудистую и вегетативную функцию. Основная задача дыхательной системы — поддерживать в норме уровни содержания CO₂ и O₂ в крови для обеспечения жизненных процессов. Изменение парциального давления этих газов в организме непосредственно влияет на частоту и глубину дыхания. Дыхательная функция автономно регулируется преимущественно концентрацией СО₂ в кровотоке, поскольку изменение именно его уровня в крови вызывает реакцию дыхательных центров. В норме углекислый газ как побочный продукт метаболизма легко проникает из клеток в кровоток, после чего выводится из организма легкими. Если задержать дыхание на минуту, уровень CO₂ в крови будет повышаться. Если перестать задерживать дыхание, то можно обнаружить, что нужно дышать быстрее и чаще, чтобы вывести избыток углекислого газа, который накопился, и восстановить нормальное насыщение кислородом. Так происходит благодаря специальным хемочувствительным нейронам — хеморецепторам, которые передают информацию о содержании газов в крови в дыхательный центр головного мозга. Они реагируют на изменение концентрации СО₂, главным образом, путем принудительного увеличения частоты дыхания.

По мнению ученых, чтобы поддерживать сниженную частоту дыхания без нарушения гомеостаза, необходимо увеличивать дыхательный объем легких. Этого можно достичь с помощью упражнений на гибкость, таких как йога, дыхательных упражнений и физической активности. Согласно исследованиям оптимальное дыхание находится в диапазоне 6–10 вдохов в минуту, при этом задействованы мышцы диафрагмы, а само дыхание производится через нос. Это легко достижимо для большинства людей, и пока что не выявлено каких-либо побочных эффектов дыхания при 6–10 вдохов в минуту. Интересно, что было показано, как контролируемое медленное дыхание со скоростью шести вдохов в минуту (при норме 16-20 вдохов в минуту) у здоровых людей снижает реакцию хеморецепторов на повышение концентрации CO₂ и снижение О₂. Кроме того, исследования показывают, что замедление дыхания увеличивает «чувствительность к барорефлексу» (барорефлекс — механизм, который регулирует артериальное давление посредством сердечного ритма). Со временем использование контролируемого дыхания для снижения артериального давления и частоты сердечных сокращений может уменьшить нагрузку на кровеносные сосуды и снизить риск инсульта и аневризмы головного мозга. Ученые с кафедры высшей нервной деятельности в МГУ с коллегами в 2016 году провели исследование о влиянии задержки дыхания (апноэ) на деятельность мозга и физиологическую активность у двух типов участников: дайверов и людей, не имеющих отношение к спорту. Испытание проводилось в стандартных условиях среды при комнатной температуре, в сидячем положении. По результатам исследования не было обнаружено никаких существенных изменений в активности мозга во время и после апноэ ни у дайверов, ни у обычных людей даже при длительной задержке дыхания до пяти минут. Ученые предположили, что у человека, как и у морских млекопитающих (китов, дельфинов, тюленей), запускается так называемый «нырятельный рефлекс». Он направлен на то, чтобы защитить головной мозг и сердце от нехватки кислорода. В исследовании, опубликованном в журнале PLOS One, было показано, что контролируемое дыхание может укрепить иммунную систему и улучшить энергетический обмен. Если результаты точны, то данные подтверждают вывод о том, что контролируемое дыхание является не только противовесом стрессу, но и ценным инструментом для улучшения общего состояния здоровья.

Практики контроля за дыханием были приняты по всему миру благодаря их заявленной пользе для здоровья. Это вызвало интерес специалистов, которые начали исследования физиологических и психологических эффектов и попытались раскрыть основные механизмы. Фактически каждая техника расслабления или медитации основана на дыхании, которое помогает успокоению тела и нервной системы. Пранаяма-йога («задержка дыхания») была первой концепцией, построенной на теории контроля за дыханием. Считалось, что такая практика является способом увеличения продолжительности жизни. Известно, что дыхательные упражнения влияют на деятельность парасимпатической и симпатической нервной системы. Например, когда человек чувствует себя спокойно и находится в безопасности, дыхание замедляется и становится более глубоким. В этот момент организм находится под влиянием парасимпатической нервной системы, которая дает расслабляющий эффект. И наоборот, когда человек чувствует испуг, боль, напряжение или дискомфорт, дыхание учащается и становится поверхностным. За этот процесс отвечает симпатическая нервная система, ответственная за различные реакции организма на стресс. Эти эффекты также действуют и в противоположном направлении: характер дыхания влияет на состояние организма. В работе ученых из Медицинского института Говарда Хьюза совместно с коллегами было описано, что, изменяя ритм дыхания, можно успокаивать (медленное, контролируемое дыхание) или активировать (быстрое, беспорядочное дыхание) головной мозг, и влиять таким образом на эмоциональное состояние. В других исследованиях было показано, что дыхательные практики пранаяма-йоги положительно сказываются на иммунной функции, симптомах гипертонии, астмы, дисбалансе вегетативной нервной системы и психологических или связанных со стрессом расстройствах. Одно из исследований, касающееся влияния дыхательных упражнений (пранаяма-йога) на продолжительность жизни, уточняет, что данный эффект действительно косвенно достигается в результате расслабления организма, освобождения от стресса. Таким образом, йога с задержкой дыхания — это один из способов погружения в медитативное состояние, цель которого — успокоение и отдых.

Дыхание тесно связано с психическими и физиологическими функциями организма. Современные исследования показывают, что регулярная практика контроля за дыханием может уменьшить воздействие стресса на организм и повысить общее физическое и психическое здоровье. Большинство людей в современном обществе никогда не потратит годы тренировок, чтобы достичь экстремальных уровней замедления и задержки дыхания, но даже небольшая ежедневная практика будет способствовать расслаблению и отдыху организма, что может продлить здоровье и подарить дополнительные годы жизни.