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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Il dispositivo di suzione non nutritiva (NNS) può facilmente raccogliere e quantificare le caratteristiche NNS utilizzando un ciuccio collegato a un trasduttore di pressione e registrato tramite un sistema di acquisizione dati e laptop. La quantificazione dei parametri NNS può fornire preziose informazioni sullo sviluppo neurologico attuale e futuro di un bambino.
Il dispositivo di suzione non nutritiva (NNS) è un sistema di trasduttori di pressione trasportabile e facile da usare che quantifica il comportamento NNS dei bambini su un ciuccio. La registrazione e l'analisi del segnale NNS utilizzando il nostro sistema possono fornire misure della durata (s), dell'ampiezza (cmH2O) e della frequenza (Hz) del burst NNS di un bambino. Una valutazione accurata, affidabile e quantitativa delle NNS ha un valore immenso nel fungere da biomarcatore per il futuro sviluppo dell'alimentazione, del linguaggio, cognitivo e motorio. Il dispositivo NNS è stato utilizzato in numerose linee di ricerca, alcune delle quali hanno incluso la misurazione delle caratteristiche della NNS per studiare gli effetti degli interventi relativi all'alimentazione, la caratterizzazione dello sviluppo della NNS tra le popolazioni e la correlazione dei comportamenti di suzione con il successivo sviluppo neurologico. Il dispositivo è stato utilizzato anche nella ricerca sulla salute ambientale per esaminare come le esposizioni in utero possono influenzare lo sviluppo delle NNS infantili. Pertanto, l'obiettivo generale nella ricerca e nell'utilizzo clinico del dispositivo NNS è correlare i parametri NNS con gli esiti dello sviluppo neurologico per identificare i bambini a rischio di ritardi nello sviluppo e fornire un rapido intervento precoce.
La suzione non nutritiva (NNS) è uno dei primi comportamenti che un bambino può eseguire con la bocca subito dopo la nascita e quindi ha il potenziale per fornire informazioni significative sullo sviluppo del cervello1. La NNS si riferisce a movimenti di suzione senza apporto nutrizionale (ad esempio, succhiare un ciuccio) ed è caratterizzata da una serie di espressioni ritmiche e movimenti di suzione della mascella e della lingua con pause per la respirazione. È stato notato che i parametri comuni di NNS includono un burst NNS medio (serie di cicli di risucchio) di 6-12 cicli di risucchio con una frequenza intra-burst di due risucchi al secondo2; tuttavia, le caratteristiche della NNS variano tra le popolazioni cliniche 3,4 e cambiano dinamicamente durante il primo anno di vita5. Questi cambiamenti sono attribuiti alla crescita della cavità orale e all'anatomia associata, alla maturazione delle capacità di alimentazione e allo sviluppo neurologico e alle esperienze. Le basi neurali della NNS includono principalmente il generatore di pattern centrale di suzione nel grigio centrale del tronco encefalico, che comprende un'intricata rete di interneuroni e i nuclei dei motoneuroni facciali e trigeminali6. Una NNS coordinata si basa anche su percorsi neurali intatti tra le regioni corticali e del tronco encefalico per modulare le sue prestazioni agli stimoli sensoriali 7,8, il che rende la NNS un indicatore praticabile della funzione e dello sviluppo neurale precoce.
Le misure NNS sono collegate al successo dell'alimentazione nei neonati prematuri 9,10 e sia i risultati della suzione che dell'alimentazione sono stati collegati al successivo sviluppo motorio, comunicativo e cognitivo 11,12,13. In uno studio retrospettivo che ha caratterizzato 23 bambini in età prescolare con disturbi del linguaggio e motori, l'87% aveva una storia di problemi di alimentazione precoce, che includevano difficoltà a succhiare11. Le prestazioni di suzione nutritiva immediatamente dopo la nascita e le segnalazioni di difficoltà di alimentazione da parte del caregiver erano significativamente associate a più domini di neurosviluppo nei bambini di età12,14. È interessante notare che la sensibilità e la specificità delle prestazioni alimentari erano superiori alla valutazione ecografica del cervello sulle misure di esito dello sviluppo neurologico12. In un altro studio, i punteggi delle prestazioni motorie orali di suzione valutati tramite la scala di valutazione oro-motoria neonatale15 nella prima infanzia sono stati associati a capacità motorie, linguaggio e misure di intelligenza a 2 e 5 anni di età in una coorte di bambini nati prematuramente 13,16.
Dato che la suzione e l'alimentazione possono essere indicatori sensibili degli esiti dello sviluppo neurologico durante l'infanzia, vi è un bisogno fondamentale di una valutazione accessibile, accurata e quantitativa della NNS per aiutare a identificare i bambini a rischio di sviluppo ritardato e disordinato per fornire un intervento precoce. Questa necessità ha portato alla progettazione e all'utilizzo della ricerca del dispositivo NNS del Speech & Neurodevelopment Lab (SNL). Questo dispositivo portatile include un ciuccio attaccato all'estremità di un'impugnatura facile da impugnare, collegato a un trasduttore di pressione personalizzato progettato internamente e collegato a un centro di acquisizione dati (DAC). Il DAC si collega a un laptop e i dati vengono registrati tramite un software di acquisizione e analisi dei dati. Il trasduttore di pressione misura le variazioni di pressione all'interno del ciuccio e le converte in un segnale di tensione. Il DAC contiene convertitori che modificano il segnale di tensione analogico in valori digitali in cmH2O che vengono visualizzati e registrati tramite il software di acquisizione e analisi dei dati. Le misure di esito NNS che possono essere analizzate dalla forma d'onda del segnale di aspirazione includono la durata NNS (la durata di un burst di aspirazione misurata in s), l'ampiezza (misurata come altezza di picco sottratta dal picco minimo in cmH2O), cicli/burst (numero di cicli di aspirazione all'interno di un burst), la frequenza (frequenza intra-burst misurata in Hz), i cicli (numero di cicli di aspirazione che si verificano in un minuto), e burst (numero di burst di risucchio che si verificano in un minuto).
Il comitato di revisione istituzionale della Northeastern University ha approvato studi che utilizzano il dispositivo NNS con soggetti umani (15-06-29; 16-04-06; 17-08-19). Il consenso informato è stato ottenuto da chi si prende cura dei bambini. Tutto il personale di ricerca ha completato la formazione su soggetti umani prima di raccogliere qualsiasi dato con il dispositivo NNS. Il team SNL ha generato diverse risorse e protocolli di formazione per il nuovo personale di ricerca da completare prima della raccolta dei dati utilizzando il dispositivo NNS. Queste sessioni di formazione includono la revisione del seguente protocollo.
1. Configurazione del dispositivo NNS
2. Calibrazione del dispositivo NNS
3. Raccolta di dati sulle suzioni non nutritive
4. L'analisi dei succhi non nutritivi è ampia
Il dispositivo NNS è stato utilizzato in numerosi studi pubblicati che incorporano le misure di esito NNS 17,18,19. Nei dati di esempio mostrati nella Figura 7, i burst sono stati identificati manualmente con i seguenti criteri: più di un ciclo di aspirazione per burst, cicli con un'ampiezza di almeno 1 cmH2O e forme d'onda di aspirazione entro 1000 ms l'una dall'altra. Una volta identificati i burst, la macro personalizzata restituisce i risultati NNS.
Il SNL ha utilizzato il dispositivo per valutare i parametri NNS in 25 neonati immediatamente prima e dopo la frenotomia (una procedura chirurgica per alleviare un frenulo linguale stretto)17. Dopo la frenotomia, i neonati hanno dimostrato una diminuzione dell'ampiezza NNS (M = 13,52 cmH2O, SD = 5,39 pre-frenotomia; M = 10,25 cmH2O, SD = 4,93 post-frenotomia) e durata del burst (M = 5,21 s, SD = 2,62 pre-frenotomia; M = 4,04 s, SD = 1,72 post-frenotomia); tuttavia, questi risultati, che indicavano un comportamento ridotto della NNS, avrebbero potuto essere correlati al dolore dopo l'intervento chirurgico17. Questo studio evidenzia che il sistema di dispositivi NNS potrebbe essere utilizzato come misura pre/post-esito a seguito di interventi e/o interventi chirurgici correlati all'alimentazione per informare i professionisti della loro efficacia. Un'indagine sugli effetti dell'ordine di nascita su una varietà di esiti di alimentazione del caregiver e del neonato in 56 coppie di madri e neonati non ha riportato alcuna differenza nelle caratteristiche NNS misurate tramite il dispositivo NNS tra neonati con (durata M = 4,41 s, SD = 2,39; frequenza M = 2,03 Hz, SD = 0,41; ampiezza M = 12,74 cmH2O, SD = 6,99; burst M = 4,33, SD = 0,41) e senza (durata M = 5,70 s, SD = 4,15; frequenza M = 2,11 Hz, SD = 0,21; ampiezza M = 16,28 cmH2O, SD = 8,13; raffiche M = 4,85, SD = 2,30) fratelli18. Questi risultati non statisticamente significativi sugli esiti NNS corrispondevano al risultato di nessuna differenza nelle prestazioni alimentari valutate tramite i punteggi delle abilità di alimentazione orale tra questi neonati18. Il dispositivo NNS è stato utilizzato in una linea di ricerca che valuta la relazione tra i primi comportamenti oromotori della NNS e il balbettio. In un gruppo di 26 neonati a termine, Murray et al.19 hanno riportato che la durata del burst NNS (M = 4,93 s, intervallo = 0,94 - 11,97), la frequenza (M = 2,06 Hz, intervallo = 1,36 - 2,75) e l'ampiezza (M = 12,32 cmH2O, intervallo = 1,19 - 28,03) erano predittori significativi del coefficiente di variazione della misura della vocalizzazione balbettante del tempo di insorgenza della voce (VOT) in un modello di regressione multipla (F[4,18] = 3,613, p = 0,02, R2 = 0,45). In particolare, una maggiore durata del burst NNS e una maggiore frequenza intraburst NNS hanno portato a una maggiore variazione del VOT. Ulteriori ricerche sulla relazione tra il comportamento precoce della NNS e le successive abilità oromotorie sono in corso nel SNL.
Diversi studi che utilizzano il dispositivo NNS hanno contribuito a migliorare la nostra comprensione dello sviluppo della NNS, delle caratteristiche e di come ulteriori esperienze sensoriali possono modulare le sue prestazioni 5,20,21. Martens et al.5 hanno catturato le differenze negli esiti NNS durante il primo anno di vita in uno studio longitudinale a misure ripetute in 26 neonati a termine di 3 e 12 mesi di età. In particolare, le misure di esito NNS di burst di risucchio/min (Mdn a 3 mesi = 4,50; Mdn a 12 mesi = 2,50), cicli/burst (Mdn a 3 mesi = 9,60; Mdn a 12 mesi = 2,50) e durata del burst (Mdn a 3 mesi = 4,74 s; Mdn a 12 mesi = 1,67 s) sono diminuite, l'ampiezza NNS (Mdn a 3 mesi = 14,05 cmH2O; mediana a 12 mesi = 19,75 cmH2O) è aumentata, e la frequenza NNS (Mdn a 3 mesi = 2,09 Hz; Mdn a 12 mesi = 2,11 Hz) è rimasta costante all'etàdi 5 anni. Zimmerman et al.21 hanno utilizzato il dispositivo NNS per standardizzare la misurazione della NNS e studiare le caratteristiche della NNS all'interno di un singolo campione di aspirazione. In 54 neonati a termine a 3 mesi di età, i neonati hanno avuto una media di 14,50 esplosioni di suzione (cicli/intervallo di burst = 2 - 69; intervallo di ampiezza = 0,55 - 34,60 cmH2O; intervallo di frequenza 0,69 - 7,81 Hz) durante un campione di 5 minuti. Le analisi dei breakpoint hanno rivelato differenze fisiologiche nei cicli NNS/burst e nell'ampiezza durante i 5 minuti di campionamento del comportamento NNS, sottolineando l'importanza di raccogliere più di un burst di risucchio NNS per valutare la funzione di suzione21. Stabilire norme sui risultati NNS e protocolli di misurazione standardizzati è fondamentale per una valutazione NNS valida e affidabile per identificare con maggiore precisione i bambini che potrebbero avere comportamenti oromotori ritardati o disordinati. Zimmerman e DeSousa20 hanno utilizzato il dispositivo NNS per esaminare come gli stimoli visivi influenzano la risposta NNS in un gruppo di 15 neonati a termine di età inferiore ai 6 mesi. Un'ANOVA a misure ripetute ha mostrato un effetto principale significativo per le esplosioni di NNS e gli stimoli visivi (F [2, 26] = 8,975, p = 0,001) e i confronti a coppie post-hoc hanno rivelato che i bambini hanno aumentato il numero di esplosioni di NNS quando presentati visivamente con il volto di una donna rispetto a uno stimolo visivo di un'auto mentre erano esposti all'odore materno. Questi risultati evidenziano la rilevanza degli effetti sociali e materni sul comportamento correlato all'alimentazione.
Un'altra linea di ricerca in cui è stato utilizzato il dispositivo NNS è l'esame degli effetti delle esposizioni in utero, come fattori ambientali e materni, sullo sviluppo della NNS infantile 22,23,24,25. L'esposizione prenatale a determinati metalloidi, inquinamento atmosferico fine e ftalati, misurata in campioni urinari di madri durante la gravidanza nella coorte PROTECT (Puerto Rico Testsite for Exploring Contamination Threats), è stata significativamente associata a differenze nei parametri NNS 22,23,24. In particolare, in quasi o oltre 200 gruppi di partecipanti madre-bambino PROTECT, l'ampiezza NNS (M = 17,1 cmH2O, SD = 6,9) e la durata del burst (M = 6,1 s, SD = 3,6) sono state associate all'esposizione prenatale a concentrazioni di particolato fine23 e ampiezza NNS (M = 16,7 cmH2O, SD = 6,59) e frequenza (M = 1,92 Hz, SD = 0,25) erano correlati ai livelli di esposizione gestazionale agli ftalati24. È stato anche riportato che lo stress materno prenatale ha effetti sugli esiti NNS, poiché livelli di stress materno più elevati sono stati associati a esplosioni di suzione più lunghe (Mdn = 5,29, IQR = 3,95, IC 95% = 0,01 - 0,17) e meno esplosioni di suzione/min (Mdn = 5,00, IQR = 3,00, IC 95% = -0,13 - -0,02) in un'ampia coorte di 237 diadi madre-bambino del programma Environmental influence on Child Health Outcomes (ECHO)25. Le misure NNS che utilizzano il dispositivo NNS sono state sensibili per rilevare le relazioni tra queste esposizioni ambientali e materne, che possono informare e facilitare cambiamenti positivi nella salute ambientale e pubblica.
Collettivamente, i risultati dei progetti che hanno utilizzato il dispositivo NNS hanno dimostrato la sua efficacia nel quantificare le prestazioni NNS e modelli affidabili di risultati che hanno contribuito notevolmente alla letteratura NNS. Nella coorte PROTECT, una maggiore esposizione prenatale ai metalli è stata associata a una diminuzione dell'ampiezza della NNS e a un aumento della durata del burst della NNS, cicli/burst e cicli/min nei primi 2 mesi di vita nei neonati a termine 22,23. Inoltre, durate più lunghe del burst NNS e più cicli/burst NNS e cicli/min a 3 mesi sono stati associati a punteggi più bassi nelle valutazioni dello sviluppo cognitivo a 12 mesi26. Pertanto, ampiezze maggiori e cicli e durate di burst più brevi possono indicare un comportamento NNS più organizzato nel 1° anno di vita. Questa ipotesi corrisponde ai cambiamenti nello sviluppo delle NNS precedentemente descritti da Martens et al.5, il che supporta l'idea che questi parametri NNS rappresentino prestazioni organizzate e sviluppo sano.

Figura 1: custodia del dispositivo NNS portatile. I componenti del dispositivo sono etichettati e ridimensionati. La custodia mantiene al sicuro i componenti del dispositivo e contiene ruote e una maniglia estensibile che facilita il trasporto del dispositivo. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Configurazione del dispositivo NNS. I componenti del dispositivo sono etichettati e ridimensionati. Il dispositivo NNS non richiede molto spazio per la configurazione e tutti i cavi e i plug-in per il sistema sono lunghi, il che offre flessibilità per una varietà di diverse sale di raccolta dati e posizioni di ricercatore/caregiver. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Configurazione della calibrazione della pressione. (A) Calibratore di pressione e ricevitore e maniglia del ciuccio. (B) Calibratore di pressione con ricevitore del ciuccio svitato dall'impugnatura. (C) Calibratore di pressione con maniglia montata. (D) Calibratore di pressione con impugnatura e siringa da 1 ml collegata. Lo stantuffo della siringa deve essere completamente estratto prima di essere avvitato sul calibratore di pressione. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: File di calibrazione dell'analizzatore di aspirazione. (A) Celle in cui le registrazioni della pressione sono indicate come misurate dal file di calibrazione e dal dispositivo di calibrazione utilizzando la siringa da 1 mL a 0,0, 0,2, 0,4, 0,6 e 0,8 psi. (B) La pendenza e la bontà delle celle di adattamento si popoleranno automaticamente una volta inserite tutte le registrazioni di pressione in (A). I globuli verdi indicano che la calibrazione è andata a buon fine, i globuli rossi richiedono che il processo di calibrazione venga ripetuto. (C) Queste celle blu si popoleranno automaticamente anche una volta completate le registrazioni della pressione. Questi valori devono essere immessi nel file delle impostazioni principali nella casella di testo Formula. (D) Celle in cui sono indicate le registrazioni della pressione misurate tramite il file delle impostazioni principali e il dispositivo di calibrazione utilizzando la siringa da 1 ml a 0,5 psi. La cella Errore percentuale verrà compilata automaticamente una volta collegate le misure. Il verde indica che la calibrazione è riuscita, il rosso richiede che il processo di calibrazione venga ripetuto a partire dal passaggio 2.13. nel protocollo. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5: ciuccio, ricevitore e manico. I componenti del dispositivo sono etichettati e ridimensionati. Un ciuccio appena aperto si attacca facilmente al ricevitore. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 6: Esempio di raccolta dati NNS. Un ricercatore o un caregiver può offrire il ciuccio al partecipante e quindi tenere il manico come una bottiglia durante la raccolta dei dati. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 7: Forma d'onda NNS. Il trasduttore di pressione personalizzato misura la compressione NNS in cmH2O nel tempo e il software fornisce un biofeedback in tempo reale delle prestazioni NNS e registra i suoi dati per l'analisi. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Gli autori non hanno conflitti di interesse.
Il dispositivo di suzione non nutritiva (NNS) può facilmente raccogliere e quantificare le caratteristiche NNS utilizzando un ciuccio collegato a un trasduttore di pressione e registrato tramite un sistema di acquisizione dati e laptop. La quantificazione dei parametri NNS può fornire preziose informazioni sullo sviluppo neurologico attuale e futuro di un bambino.
Vorremmo riconoscere le seguenti fonti di finanziamento NIH: DC016030 e DC019902. Vorremmo anche ringraziare i membri del Speech & Neurodevelopment Lab e le famiglie che hanno partecipato ai nostri numerosi studi.
| Case | Pelican | 1560 | |
| Software di acquisizione e analisi dati/LabChart | ADInstruments | 8.1.25 | |
| Centro di acquisizione dati (PowerLab 2/26) | Computer portatile ADInstruments | ML826 | |
| Calibratore | di pressioneDell | Latitude 5480 | |
| Meriam Process Technologies | M101 | ||
| Soothie Ciuccio | Phillips Avent | SCF190/01 | |
| Siringa | CareTouch | CTSLL1 |