Funkcja autonomiczna po wstrząśnieniu mózgu u młodych sportowców: badanie zmienności rytmu serca przy użyciu 24-godzinnej metodologii nagrywania
21 września 2018
Demonstrujemy metodologię rejestracji tętna przez 24 godziny, aby ocenić wpływ wstrząsu mózgu na trajektorię regeneracji u młodych sportowców, w ekologicznie uzasadnionym kontekście.
Metoda ta może zapewnić ekologicznie uzasadniony kontekst dla gromadzenia i interpretacji danych fizjologicznych po wstrząśnieniu mózgu u dzieci wzdłuż trajektorii powrotu do zdrowia. Główną zaletą tego podłużnego badania jest możliwość wizualizacji wahań w autonomicznym układzie nerwowym w wielu punktach czasowych po urazie wstrząsu mózgu. Procedurę demonstrują James Murphy, menedżer i Chris Gupta, student prowadzący badania, obaj z Centrum Wstrząsu Mózgu.
Po uzyskaniu zgody rodziców i uczestnika poproś uczestnika o wypełnienie formularza zbierania danych demograficznych. Poinstruuj uczestnika, aby wypełnił Kwestionariusz Ćwiczeń w Czasie Wolnym Godina oraz Inwentarz Objawów po Wstrząsie Mózgu. Następnie zmierz i zapisz wzrost i wagę uczestnika.
Następnie należy dobrać odpowiedni rozmiar pasa piersiowego, zgodnie z obwodem tułowia uczestnika i umieścić pas wokół tułowia, na ubraniu uczestnika. Wyreguluj pasek, aby odzwierciedlić ciasne, ale wygodne dopasowanie i upewnij się, że pasek jest bezpiecznie dopasowany wokół mostka na wyrostku mieczykowatym. Użyj przypinanych przycisków, aby połączyć nadajnik na klatkę piersiową z paskiem na klatkę piersiową i nałóż niewielką ilość hipoalergicznego żelu elektrodowego na przewodzącą plastikową powierzchnię paska.
Zademonstruj uczestnikowi położenie zapięcia paska na klatkę piersiową i zapewnij uczestnikowi dostęp do obszaru prywatnego lub toalety, tak aby uczestnik mógł umieścić pasek piersiowy bezpośrednio na skórze z czujnikiem umieszczonym bezpośrednio na wyrostku mieczykowatym mostka i prawą stroną do góry, aby zapewnić optymalny zapis tętna. Następnie przekaż uczestnikowi zegarek i instrukcję rozwiązywania problemów, na wypadek, gdyby zegarek przestał nagrywać, instruując go, aby nie wyjmował zegarka przez cały czas trwania 24-godzinnego okresu nagrywania. Tego samego dnia lub tak szybko, jak to możliwe po urazie wstrząsu mózgu, należy wypełnić formularz oceny ostrego wstrząsu mózgu, aby zebrać informacje na temat mechanizmu urazu i następstw po urazie.
Podaj Kwestionariusz Ćwiczeń w Czasie Wolnym Godina, aby uchwycić zmiany w repertuarze aktywności fizycznej i inwentarzu objawów po wstrząśnieniu mózgu, aby określić liczbę i nasilenie objawów. Podłącz zegarek do komputera za pomocą dostarczonego USB do przesyłania danych i prześlij dane tętna do oprogramowania dostarczonego z czujnikiem. Prześlij plik danych HRM do programu do analizy danych i wybierz odpowiednie zmienne pasma w dziedzinie wysokiej i niskiej częstotliwości, jak wskazano.
Wybierz 300-sekundową ramkę okna z 50% nakładaniem się, szybkością interpolacji czterech herców i szybką transformacją Fouriera do analizy widma mocy. Następnie zapisz dane dotyczące zmienności tętna jako nowy plik HRM do późniejszej analizy w solidnym oprogramowaniu statystycznym i dopasuj czujnik do tułowia uczestnika, jak pokazano poniżej. W tym miejscu pokazane są dane wyjściowe Kubios z 24-godzinnego zapisu tętna u uczestnika ze wstrząśnieniem mózgu.
Seria surowych współczynników odzysku pozwala badaczowi wizualizować zmiany w czasie, podkreślając kluczowe punkty czasowe wzrostu lub spadku, które są ważne dla interpretacji danych. Na przykład tendencja wzrostowa między piątą a jedenastą godziną odzwierciedla stan spokoju i niską aktywność funkcjonalną. I odwrotnie, okres spadku od 11 do 13 godziny pokazuje, że wykryto większą aktywność funkcjonalną, ale ponieważ uczestnik nie wypełnił kompleksowego dziennika, nie jest pewne, czy ten spadek czasu interwału RR reprezentuje aktywność fizyczną lub poznawczą, czy też kombinację obu.
Zmienne w dziedzinie czasu i częstotliwości reprezentują ogólną zmienność odpowiednio sygnału fizjologicznego i gałęzi autonomicznego układu nerwowego. Na tych reprezentatywnych wykresach pokazano związek między pNN50 a całkowitym wynikiem inwentarza zespołu po wstrząśnieniu mózgu w ciągu dni po urazie, z podziałem na płeć. Na przykład u tych uczestników trajektoria powrotu do zdrowia wydaje się być podobna zarówno u mężczyzn, jak i kobiet, z początkowym spadkiem obserwowanym do 30 dnia u obu płci, a następnie wzrostami do 75 dnia dla mężczyzn i do 90 dnia dla kobiet, po czym obie trajektorie podążają za plateau.
Ważne jest, aby dobrze dopasować pasek do pomiaru tętna i przypominać uczestnikowi o noszeniu zegarka przez cały czas. Przyszłe badania powinny obejmować prowadzenie dzienników fizycznych i poznawczych, aby odpowiedzieć na pytania, w jaki sposób fluktuacje w autonomicznym układzie nerwowym dostosowują się do różnych poziomów aktywności fizycznej i poznawczej? Protokół ten utorował drogę naukowcom zajmującym się wstrząsem mózgu do zbadania zmienności rytmu serca w niedostatecznie zbadanej populacji pediatrycznej.
Przegląd
Niniejsze badanie przedstawia metodologię 24-godzinnego zapisu tętna w celu oceny wpływu wstrząśnienia mózgu na rekonwalescencję u młodych sportowców. Podejście to ma na celu zapewnienie ekologicznie trafnego kontekstu dla zrozumienia zmian fizjologicznych następujących po urazach wstrząśnieniowych.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Fizjologia
- Medycyna sportowa
Wstęp
- Wstrząśnienia mózgu są częste w sporcie młodzieżowym i mogą wywoływać trwałe skutki.
- Zrozumienie zmienności rytmu serca może dostarczyć informacji na temat procesu rekonwalescencji.
- Tradycyjne metody mogą nie posiadać trafności ekologicznej.
- Celem niniejszego badania jest wypełnienie tych luk poprzez podłużny zbiór danych.
Cel badania
- Ocena wahań częstości akcji serca u młodych sportowców po wstrząśnieniu mózgu.
- Wizualizacja zmian w autonomicznym układzie nerwowym podczas rekonwalescencji.
- Opracowanie niezawodnej metody gromadzenia danych w warunkach rzeczywistych.
Zastosowane metody
- Uczestnicy nosili monitor tętna przez 24 godziny po odniesionym urazie.
- Zebrano dane demograficzne oraz informacje o objawach wstrząśnienia mózgu.
- Dane dotyczące tętna przeanalizowano za pomocą analizy widmowej mocy.
- Trajektorie powrotu do zdrowia zwizualizowano przy użyciu oprogramowania statystycznego.
Główne wyniki
- Zmienność rytmu serca wykazywała istotne fluktuacje w czasie.
- Wzorce regeneracji były podobne dla obu płci, z wyraźnymi trendami.
- Dane wskazały na potencjalne powiązania między funkcją autonomiczną a poziomem aktywności.
- Przyszłe badania powinny uwzględniać dzienniczki aktywności fizycznej i poznawczej.
Wnioski
- Metodologia ta zapewnia solidne ramy do badania wstrząśnień mózgu.
- Wyniki podkreślają znaczenie monitorowania zmienności rytmu zatokowego serca.
- Podejście to może być pomocne w przyszłych badaniach nad powrotem do zdrowia po wstrząśnieniu mózgu u dzieci.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Ocena funkcji autonomicznego układu nerwowego poprzez podłużne monitorowanie zmienności rytmu serca oferuje ugruntowane fizjologicznie podejście do oceny trajektorii powrotu do zdrowia u młodych sportowców po wstrząśnieniu mózgu. Metoda ta wspiera walidację celów poprzez dostarczanie obiektywnych, mierzalnych biomarkerów, które uzupełniają subiektywne raportowanie objawów, zwiększając pewność prognostyczną w decyzjach dotyczących powrotu do aktywności. Dzięki rejestrowaniu naturalnych wariacji fizjologicznych podczas codziennych czynności, umożliwia ona mechanistyczną redukcję ryzyka w modelach przedklinicznych i translacyjnych obrażeń neurologicznych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia badanie rozregulowania autonomicznego układu nerwowego jako potencjalnego biomarkera patofizjologii i rekonwalescencji po wstrząśnieniu mózgu.
- Wartość operacyjna: Zapewnia nieinwazyjny, ciągły monitoring fizjologiczny, który wspiera walidację funkcjonalnych celów w systemach istotnych dla danej jednostki chorobowej.
- Wartość naukowa: Wspiera ograniczanie ryzyka mechanistycznego poprzez powiązanie fluktuacji zmienności rytmu serca ze zmianami funkcji autonomicznych po urazie.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Wartość naukowa: Generuje wskaźniki HRV w dziedzinie czasu i częstotliwości (np. pNN50, moc HF/LF) jako ilościowe wyniki służące do standaryzacji testu.
- Wartość operacyjna: Umożliwia powtarzalne, ekologicznie trafne gromadzenie danych w wielu punktach czasowych z wykorzystaniem technologii czujników ubieralnych.
- Wartość naukowa: Wspiera gotowość testu poprzez rejestrację naturalnej zmienności sygnałów fizjologicznych podczas aktywności w warunkach rzeczywistych.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Wykazuje ciągłość od ostrego urazu przez trajektorię powrotu do zdrowia, co jest zgodne z projektami podłużnych badań przedklinicznych.
- Wartość operacyjna: Ułatwia współpracę międzyfunkcyjną poprzez dostarczenie obiektywnych danych fizjologicznych, które uzupełniają oceny neuropoznawcze i oparte na objawach.
- Wartość naukowa: Wspiera poszukiwania biomarkerów translacyjnych poprzez korelację trendów HRV z ustępowaniem objawów w czasie.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta integruje się z kontinuum procesów odkrywczych, dostarczając obiektywnych odczytów fizjologicznych, które służą do wczesnej walidacji celu i wspierają decyzje typu go/no-go w modelach urazów neurologicznych.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez dotyczących zaangażowania autonomicznego układu nerwowego w patofizjologię i powrót do zdrowia po wstrząśnieniu mózgu.
- Przesiew: Umożliwia przygotowanie testów poprzez zstandaryzowany, powtarzalny zbiór danych HRV w warunkach ambulatoryjnych.
- Analityka: Dostarcza zmiennych z dziedziny czasu i częstotliwości, które pozwalają na ilościowe porównanie stanów fizjologicznych w różnych fazach rekonwalescencji.
- Badania translacyjne: Łączy trajektorie powrotu fizjologicznego z ustąpieniem objawów, wspierając dopasowanie biomarkerów w modelach przedklinicznych.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy platformę wielokrotnego użytku do monitorowania funkcji autonomicznych w modelach urazów i chorób neurologicznych.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną poprzez redukcję niejednoznaczności mechanistycznej w modelach urazów neurologicznych dzięki obiektywnemu monitorowaniu autonomicznemu.
- Wartość operacyjna: Poprawia powtarzalność i skalowalność dzięki nieinwazyjnej technologii ubieralnej oraz zestandaryzowanym protokołom pozyskiwania danych.
- Wartość strategiczna: Usprawnia podejmowanie decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) poprzez dodanie walidacji fizjologicznej do tradycyjnych ocen skuteczności i bezpieczeństwa.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację związków z uwzględnieniem ryzyka w oparciu o profile regeneracji zgodne z biomarkerami w modelach chorób.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy specjalistycznej w zakresie monitorowania fizjologicznego, funkcjonowania autonomicznego układu nerwowego oraz interpretacji danych biometrycznych.
- Zależne od niezawodnej technologii czujników ubieralnych, zdolnych do wysokiej jakości, długotrwałego zapisu ECG lub fotopletyzmografii.
- Wymaga międzyzespołowej standaryzacji protokołów gromadzenia, wstępnego przetwarzania i analizy danych (np. parametrów dziedziny czasu/częstotliwości, korekcji artefaktów).
- Obejmuje kwestie adaptacji w zależności od gatunku, grup wiekowych i poziomów aktywności, aby zapewnić istotność fizjologiczną i poprawność sygnału.
- Ograniczone przez wymogi dotyczące przestrzegania zasad ciągłego noszenia urządzeń oraz potencjalne zakłócenia sygnału podczas aktywności o dużym stopniu ruchu lub interferencji urządzeń.
Najczęściej zadawane pytania dotyczące biofarmacji
Chapters in this video
0:04
Title
0:42
Pre-injury Demographic, Symptom, and Physiological Participant Profiling
2:18
Post-concussion Follow-up Assessment and Heart Rate Variability (HRV) Data Uploading and Processing
3:35
Results: Representative Post-concussion Recovery Trajectories in Male and Female Participants
5:14
Conclusion
