Elektrofysiologiske målinger og analyser av Nociception i Human Spedbarn

Summary

Vurderingen og behandling av smerter hos spedbarn er vanskelig fordi spedbarn ikke kan verbalt rapportere sine erfaringer. I denne videoen vil vi beskrive kvantitative elektrofysiologiske metoder og analyseteknikker som kan brukes til å måle respons på skadelige hendelser fra spedbarn nervesystemet.

Abstract

Smerte er en ubehagelig sensorisk og emosjonell opplevelse. Siden spedbarn ikke kan verbalt rapportere sine erfaringer, er aktuelle metoder for smerte vurdering basert på atferdsmessige og fysiologiske kroppens reaksjoner, slik som gråt, kroppsbevegelser eller endringer i ansiktsuttrykk. Selv om disse tiltakene viser at spedbarn montere en reaksjon etter noxious stimulering, de er begrenset: de er basert på aktivering av subkortikale somatiske og autonome motor stier som kanskje ikke er pålitelig knyttet til sentrale sensorisk prosessering i hjernen. Kunnskap om hvordan sentrale nervesystemet responderer på skadelige hendelser kunne gi et innblikk i hvordan nociceptive informasjon og smerte er behandlet hos nyfødte.

Hælen Lancing Prosedyren brukes til å trekke blod fra sykehus spedbarn tilbyr en unik mulighet til å studere smerter i barndommen. I denne videoen beskriver vi hvordan electroencephalography (EEG) og elektromyografi (EMG) tid-låst til denne prosedyren can brukes til å undersøke nociceptive aktivitet i hjernen og ryggmargen.

Denne integrerende tilnærming til måling av spedbarn smerte har potensial til å bane vei for en effektiv og sensitive klinisk måleverktøy.

Protocol

Før noen undersøkelser kan bli gjennomført på spedbarn etiske godkjenning og informert skriftlig samtykke fra foreldre som må søkes.

I denne studien etisk godkjenning er innhentet fra University College Hospital komité og informert skriftlig samtykke fra foreldre ble innhentet før hver prosedyre. Denne studien likedannet til standarder satt av Helsinkideklarasjonen og Good Clinical Practice retningslinjer.

1. Datainnsamling - setup

1. Plasser et minimum av 16 individuelle engangs EEG Ag / AgCl cup elektroder på barnets hode etter hud prepping i henhold til de 10-20 elektrodene skal plasseres system (Figur 1A). Mer omfattende dekning kan oppnås ved hjelp av en EEG cap med innebygde elektroder. Bruk av en EEG cap gjør prosessen raskere og mindre forstyrrende, spesielt som elektroder er forberedt med induktiv gel før du setter hetten på hodet. Anvendelsen av disponibel EEG elektroder krevermer tid og dyktighet, men generelt resulterer i en bedre innspilling. Vurder å redusere antallet av elektroder dersom tilgang til spedbarnet er begrenset, men bruk alltid midtlinjen elektroder (Cz, CPz og FCz). Bruk FCz som referanse elektrode for innspillingen.
2. Bruk EEG ledende lim for å optimalisere elektrode / hud elektrisk kobling.
3. Plasser en elastisk nett over elektrodene for å holde dem på plass.
4. Tie elektroden fører sammen for å minimere elektrisk interferens.
5. Plasser en jordelektroden på brystet eller hodet.
6. Plasser EMG elektrodene på biceps femoris av begge bena etter hud prepping (Figur 1B).
7. Å registrere EKG aktivitet sted føre en EKG-elektroder på kroppen etter at huden prepping (en elektrode på venstre side av brystet, en på høyre og bruker samme jordelektroden som for EEG).
8. Plasser en bevegelse svinger på magen for å måle respirasjon.
9. Plasser en pulsoksimetere probe på fotenå måle oksygenmetning og puls. Sørg for at sonden er sikret på plass, og at en kontinuerlig signal er registrert uten dropouts. Oksymeteret probe må plasseres på foten som er kontralateralt til foten som du har tenkt å stimulere.
10. Sett opp et stativ montert videokamera å ramme inn ansiktet til barnet slik at endringer i ansiktsuttrykk kan registreres.
11. Plasser en light-emitting diode (LED) i kameraet rammen. LED er knyttet til timing kretsen slik at den blinker når stimulering er presentert for å synkronisere EEG, EMG og videoopptak.

2. Datainnsamling - innspilling

1. Starte videoopptak.
2. Begynn pulsoksymetri opptak.
3. Begynn EEG / EMG opptak.
4. Vent til barnet er avgjort.
5. Hold foten som om å utføre en hæl lanse og manuelt arrangementet markere EEG og EMG opptak. Denne epoken vil bli brukt til å identifisere en del av kontroll bakgrunn EEGog EMG.
6. Påfør berøring stimulering av lett å banke en gummi propp som er festet til armen av en sene hammer mot overflaten av hælen. Stimulere foten som ikke er festet til pulsoksimeter. Når barnet blir stimulert EEG / EMG og videoopptak må event-merket for å identifisere tiden i opptaket når stimuleringen fant sted. Det touch stimulering kan event-merket ved å feste en impedans hodet til den sene hammer som elektronisk forbinder stimulator til opptaksutstyr. Videoinnspillingen er event-merket med LED-blits. Gjentatte berører kan anvendes og stimulans kan brukes til ulike regioner av kroppen, dvs. skulder
7. Bruk et ikke-skadelig kontroll stimulering ved å rotere The Lancet med 90 grader og plassere den mot foten slik at når den fjærbelastede bladet er utgitt det ikke kontakt med huden. Denne hendelsen kan være tid-låst med et akselerometer festet til toppen overflaten av than lanse. Akselerasjonsmåleren registrerer vibrasjoner som oppstår når bladet er utgitt.
8. Utfør klinisk-essensielle hæl lanse i tråd med klinisk praksis i neonatal enhet. Vent til EEG aktiviteten er avgjort før du gjør hælen lanse. Time-låsing av hælen lansen kan utføres på samme måte som for kontroll stimulering. Etter hælen lanse, ikke presse foten i minst 30 sekunder for å sikre at de registrerte svarene er utelukkende på grunn av Lance.
9. Sørg for at den nødvendige mengden blod samles opp og forberede prøvene for klinisk analyse.
10. Lagre data og stoppe alle opptakene.
11. Record spedbarnets demografisk informasjon og eksperimentelle detaljer og innspill dem i en database for sikker lagring og fremtidig referanse.
12. Gjenta denne prosedyren på de nødvendige utvalg av spedbarn. I dette eksempelet antallet spedbarn = 23.

3. EEG dataanalyse

1. Lag EEG epoker på 1,7 sekunder som tilsvarer hver berøring, kontroll og lanse stimulering og bakgrunn EEG. Epoker bør starte 0,6 sekunder før hver hendelse. Antallet epoker tilsvarer hver modalitet bør være den samme.
2. Baseline korrigere epokene ved å trekke gjennomsnittlig baseline signal og høy-pass filter dem på 0,1 Hz.
3. Vurder epokene registrert på CPz eller Cz for videre analyse og inkluderer epoker som var forurenset av bevegelse artefakt. Movement artifakt er definert som en endring i amplitude større enn 50μV på mindre enn 50ms.
4. Juster sporene for å korrigere for ventetid jitter mellom 50 og 300 ms etter stimulering og gjennomføre Principal Component Analysis (PCA) i dette tidsintervallet å identifisere den taktile potensial (dvs. EEG aktivitet knyttet til taktil stimulering). Vurder epokene å være variabler og tidspunkter observasjonene. PCA dekomponerer EEG epokene i grunnleggende bølgeformer, kalt rektor komponenter (PCer) og representerer systematisk variasjon i amplitude på signalet over tid poeng.
5. Kjør en-veis analyse av varians (ANOVA) på vektene for hver av de første 2 PCer for å avgjøre hvilken PC representerer taktile potensial. Dette vil være PC som vekter ble betydelig større etter berøringsstimulering sammenlignet med bakgrunn EEG.
6. Juster sporene for å korrigere for ventetid jitter mellom 300 og 700 ms etter stimulering og gjennomføre PCA i dette tidsintervallet.
7. Kjør enveis ANOVA på vekter i hver av de 2 første PCene å bestemme hvilken PC representerer nociceptive-spesifikke potensial. Dette vil være PC som vekter ble betydelig større etter skadelige stimulering sammenlignet med taktil stimulering og bakgrunn EEG.

Fire. EMG dataanalyse

1. Beregn root-betyr-square (RMS) av EMG-signal i de første 1000 ms etter stimulering for kontroll og lanse stimuli.
2. Utfør en t-test påRMS-verdier for å bestemme nociceptive-spesifikk spinal refleks tilbaketrekning.

5. Representant Resultater

. Figur 2 (A) Eksempler på sensoriske potensial Cz fremkalt av touch i tre spedbarn, (B) eksempler på nociceptive-spesifikke potensialet ved Cz fremkalt av skadelige lanse i tre spedbarn.

Figur 3. Avhengighet av PC vekter på stimulans modalitet ved Cz (gjennomsnitt ± SEM). PC oppnådd mellom 50-300 ms etter stimulus utbruddet representerer en følbar potensial og PC oppnådd mellom 300-700 ms etter stimulus utbruddet representerer et nociceptive-spesifikk potensial. PC-ene (fet linjer) er kledde på grand gjennomsnittinnhentet på tvers av alle stimulering typer (bakgrunn EEG, berøring, noxious lanse) etter at den enkelte spor var justert i angitt tidsintervall.

Figur 4. (A) Eksempel på EMG aktivitet i ett spedbarn etter (i) skadelige hæl lanse og (ii) snev av hælen. (B) Mean (± SE) EMG root-betyr-torget EMG aktivitet hos spedbarn etter giftige hæl og ikke-skadelig berøring stimuli.

Discussion

Denne videoen viser hvordan elektrofysiologiske responser, fremkalt av taktil og skadelige stimulering, kan karakteriseres i den menneskelige spedbarn med EEG og EMG opptak. Studier av denne typen vil bidra til å forstå utviklingen og plastisitet av menneskelig smerte behandling, og føre til bedre klinisk vurdering og behandling av spedbarn smerter ^{1, 2.}

Suksessen til disse eksperimentene krever tett samarbeid med et tverrfaglig team. Kompetanse er nødvendig innen neonatology, klinisk nevrofysiologi, bioteknologi og utviklingsmessige nevrovitenskap.

Det er viktig at barnet omsorg ta høyest prioritert når disse eksperimentene er foretatt. Forskningen sykepleier eller lege som utfører hælen lance har ansvar for barnets trivsel og behov for å sikre at eksperimentet er gjort i samsvar med klinisk praksis. Godkjenning fra sykehuset etiske komité og written foreldrenes samtykke er nødvendig å foreta disse studiene.

Den hælen Lance er en klinisk-krevde arrangementet og kan ikke gjentas for formålet med studien. Det er derfor viktig at opptaket er samlet i en pålitelig og robust måte som ikke forstyrrer klinisk praksis ^{3, 4.} Spesielt er det avgjørende at metoden som brukes til gang-lock stimulering er pålitelig og ikke hindrer ikke den kliniske blodprøvetaking.

Alle tiltak av spedbarn smerte er nødvendigvis indirekte, som sådan er det viktig å fastslå at registrert aktivitet er spesielt fremkalt av skadelige hendelsen og ikke andre aspekter av barnets omsorg ^2. Dette kan oppnås via forsiktig teknisk design og etterbehandling av dataene.