Elektrofysiologiske målinger og analyser af nociception i Human Spædbørn

Summary

Den vurdering og behandling af smerter hos spædbørn er vanskeligt, fordi børn ikke kan verbalt rapportere deres erfaringer. I denne video beskriver vi kvantitative elektrofysiologiske metoder og analyseteknikker, der kan bruges til at måle respons på skadelige begivenheder fra spædbarn nervesystemet.

Abstract

Smerte er en ubehagelig sensorisk og emotionel oplevelse. Da spædbørn ikke kan verbalt rapportere deres erfaringer, er de nuværende metoder til smerte vurdering baseret på adfærdsmæssige og fysiologiske kroppens reaktioner, såsom gråd, kropsbevægelser eller ændringer i ansigtsudtryk. Selv om disse foranstaltninger viser, at spædbørn montere en respons efter skadelige stimulation, de er begrænsede: de er baseret på aktivering af subkortikale somatiske og autonome motor veje, som måske ikke pålideligt knyttet til centrale sensoriske forarbejdning i hjernen. Viden om, hvordan det centrale nervesystem reagerer på skadelige hændelser kunne give et indblik i, hvordan nociceptive information og smerter behandles hos nyfødte.

Hælen Lancing procedure, der anvendes til at udvinde blod fra indlagte børn er en enestående mulighed for at studere smerter i vorden. I denne video beskriver vi, hvordan elektroencefalografi (EEG) og elektromyografi (EMG) time-låst til denne procedure CAn bruges til at undersøge nociceptive aktivitet i hjernen og rygmarven.

Denne integrativ tilgang til måling af barnet smerte har potentialet til at bane vejen for en effektiv og følsom kliniske måleværktøj.

Protocol

Før alle undersøgelser kan udføres på spædbørn "etiske godkendelse og informeret skriftligt samtykke fra forældrene skal søges.

I denne undersøgelse etiske godkendelser blev indhentet fra University College Hospital etisk komité og informeret skriftligt samtykke fra forældrene blev indhentet før hver procedure. Denne undersøgelse var i overensstemmelse med de standarder fastsat af Helsinki-deklarationen og god klinisk praksis retningslinjer.

1. Dataindsamling - opsætning

1. Placer et minimum af 16 individuelle engangs EEG Ag / AgCl cup elektroder på barnets hoved, når huden prepping i henhold til de 10-20 elektrodeplacering (figur 1A). Mere omfattende dækning kan opnås ved hjælp af en EEG-hætte med indbyggede elektroder. Brug af EEG cap gør processen hurtigere og mindre forstyrrende, især da elektroder er udarbejdet med induktive gel før placere hætten på hovedet. Anvendelsen af ​​den disponible EEG elektroder krævermere tid og evner, men generelt resulterer i en bedre optagelse. Overveje at reducere antallet af elektroder, hvis adgangen til barnet er begrænset, men brug altid midterlinjen elektroder (CZ, CPz og FCz). Brug FCz som reference elektrode til optagelsen.
2. Brug EEG ledende pasta til at optimere elektrode / hud elektrisk kobling.
3. Placer en elastisk net over elektroderne for at holde dem på plads.
4. Tie elektroden fører sammen for at minimere elektrisk interferens.
5. Placer en jord-elektrode på bryst eller hoved.
6. Placer EMG elektroder på biceps femoris af begge ben efter at huden prepping (Figur 1B).
7. Hvis du vil optage EKG aktivitet sted føre en EKG-elektroder på kroppen efter huden prepping (en elektrode på venstre side af brystet, en på højre og bruge den samme jord-elektrode som for EEG).
8. Placer en bevægelse transduceren på maven for at måle respiration.
9. Placer et pulsoximeter sonde på fodenat måle iltmætning og puls. Sørg for, at sonden er sikret på plads, og at en kontinuerlig signal er indspillet uden dropouts. De oximeter sonden skal placeres på foden, der er kontralateralt til foden, som du har til hensigt at stimulere.
10. Opsætning af et stativ monteret videokamera til at indramme ansigtet af barnet, således at ændringer i ansigtsudtryk kan optages.
11. Placer en light-emitting diode (LED) i kameraet rammen. LED er knyttet til tidsplanen kredsløb, så det vil blinke, når stimulation præsenteres at synkronisere EEG, EMG og videooptagelse.

2. Dataindsamling - registrering

1. Start videooptagelse.
2. Start pulsoximetri optagelse.
3. Start EEG / EMG optagelse.
4. Vent, indtil barnet er afgjort.
5. Hold foden, som om at udføre en hæl lanse og manuelt begivenhed markerer EEG og EMG optagelser. Denne epoke vil blive brugt til at identificere en del af kontrol baggrund EEGog EMG.
6. Påfør røre stimulation ved let at trykke på en gummi prop, der er knyttet til armen af ​​en sene hammer mod overfladen af ​​hælen. Stimulere foden, som ikke er knyttet til pulsoximeter. Når barnet er stimuleret af EEG / EMG og video-optagelse skal være event-mærkes for at identificere tid i optagelsen, når den stimulering fandt sted. Den berøringsfølsomme stimulation kan være event-mærket ved at knytte en impedans hoved til senen hammer, som elektronisk links stimulatoren til kontrolapparatet. Videooptagelsen er event-præget af LED-blitz. Gentagen rører kan anvendes, og stimulus kan anvendes på forskellige områder af kroppen, dvs skulderen
7. Påfør en ikke-skadelige kontrol stimulation ved at dreje The Lancet med 90 grader og placere den mod foden, så når den fjederbelastede bladet udkommer det ikke kontakte huden. Denne begivenhed kan tage lang tid låses ved hjælp af et accelerometer, fastgjort til oversiden af ​​than lanse. Accelerometeret registrerer vibrationer, der opstår, når bladet udkommer.
8. Udfør de klinisk-væsentlige hæl lanse i overensstemmelse med klinisk praksis ved neonatal enhed. Vent til EEG aktivitet er afgjort før gør hælen lanse. Time-låsning af hælen lansen kan udføres på samme måde som for kontrol stimulation. Efter hælen lanse, ikke klemme foden i mindst 30 sekunder for at sikre, at de registrerede svar er udelukkende på grund af den lanse.
9. Sørg for, at den nødvendige mængde af blod er indsamlet og forberede prøver til kliniske analyse.
10. Gem data og stoppe alle optagelser.
11. Optag barnets demografiske oplysninger og de eksperimentelle detaljer og input dem i en database til sikker opbevaring og senere brug.
12. Gentag denne procedure på det ønskede udsnit af spædbørn. I dette eksempel antallet af spædbørn = 23.

3. EEG dataanalyse

1. Opret EEG epoker på 1,7 sekunder, der svarer til hvert tryk, kontrol og Lance stimulering og baggrund EEG. Epoker bør starte 0,6 sekunder før hver begivenhed. Antallet af epoker der svarer til hver modalitet bør være den samme.
2. Baseline rette epoker ved at trække den gennemsnitlige baseline signal og high-pass filter dem på 0,1 Hz.
3. Overvej epoker indspillet på CPz eller Cz til videre analyse og udelukke epoker, der blev forurenet ved bevægelse artefakt. Bevægelse artefakt er defineret som en ændring i amplitude større end 50μV på mindre end 50 ms.
4. Juster sporene for at korrigere for latency jitter mellem 50 og 300 ms post-stimulation og gennemførelse Principal Component Analysis (PCA) i dette tidsinterval for at identificere den taktile potentiale (dvs. EEG aktivitet relateret til taktil stimulation). Overvej epoker at være variabler og tidspunkter observationerne. PCA nedbrydes EEG epoker i grundlæggende kurveformer, kaldet hovedkomponenter (Pc'er) og repræsenterer en systematisk variation i amplituden af ​​signalet på tværs af tid point.
5. Kør en-vejs variansanalyse (ANOVA) på vægten af ​​hver af de første 2 PC'er til at bestemme, hvilken PC repræsenterer den taktile potentiale. Dette vil være pc'en, hvis vægten var signifikant større efter taktil stimulation i forhold til baggrunds-EEG.
6. Juster sporene for at korrigere for latency jitter mellem 300 og 700 ms post-stimulation og adfærd PCA i dette tidsinterval.
7. Kør en-vejs ANOVA om vægt af hver af de 2 første pc'er til at bestemme, hvilken PC repræsenterer den nociceptive-specifikke potentiale. Dette vil være pc'en, hvis vægten var signifikant større følgende skadelige stimulation sammenlignet med taktil stimulation og baggrund EEG.

4. EMG dataanalyse

1. Beregn root-mean-square (RMS) af EMG-signalet i de første 1000 ms indlæg stimulation for kontrol og lanse stimuli.
2. Udfør en t-test påRMS-værdier til at bestemme nociceptive-specifikke spinal refleks tilbagetrækning.

5. Repræsentative resultater

. Figur 2 (A) Eksempler på de sensoriske potentiale på Cz fremkaldes ved berøring i 3 spædbørn, (B) eksempler på de nociceptive-specifikke potentiale på Cz fremkaldt af skadelige lanse i 3 spædbørn.

Figur 3. Afhængighed af pc-lodder på stimulus modalitet på Cz (gennemsnit ± SEM). Pc'en opnået mellem 50-300 ms efter stimulus debut repræsenterer en taktil potentiale og PC opnået mellem 300-700 ms efter stimulus debut repræsenterer en nociceptive-specifikke potentiale. De pc'er (fed linjer) er lagt oven på den store gennemsnitopnået på tværs af alle stimulation typer (baggrund EEG, touch, skadelige lanse) efter de enkelte spor blev rettet i de angivne tidsinterval.

Figur 4. (A) Eksempel på EMG-aktivitet i et barn efter (i) skadelige hæl lanse og (ii) tryk på hælen. (B) Gennemsnit (± SE) EMG root-mean-square EMG aktivitet hos spædbørn efter skadelige hæl og ikke-skadelige røre stimuli.

Discussion

Denne video viser, hvordan elektrofysiologiske svar, fremkaldt af taktil og skadelige stimulation, kan karakteriseres i den menneskelige spædbarnet ved hjælp af EEG og EMG optagelser. Undersøgelser af denne type vil bidrage til at forstå udviklingen og plasticitet af menneskelig smerte behandling, og føre til bedre kliniske vurdering og behandling af spædbørn smerter ^{1, 2.}

Succesen af ​​disse eksperimenter kræver et tæt samarbejde med et tværfagligt team. Ekspertise er nødvendig på området for neonatology, klinisk neurofysiologi, bioteknologi og udviklingsmæssige neurovidenskab.

Det er vigtigt, at spædbarnets pleje tage højeste prioritet, når disse eksperimenter er foretaget. Den forskning, sygeplejerske eller læge, der udfører hælen lansen har ansvaret for barnets trivsel og behov for at sikre, at forsøget er udført i overensstemmelse med klinisk praksis. Godkendelse fra hospitalet etiske udvalg og written forældrenes samtykke er nødvendigt at foretage disse undersøgelser.

Hælen Lance er et klinisk behov begivenhed og kan ikke gentages i forbindelse med undersøgelsen. Det er derfor vigtigt, at optagelsen er indsamlet på en pålidelig og robust måde, der ikke griber ind i klinisk praksis ^{3, 4.} Især er det afgørende, at den anvendte metode til time-låse stimulation er pålidelige og ikke hindrer den kliniske blodprøvetagning.

Alle de foranstaltninger af spædbarnet smerter nødvendigvis er indirekte, som sådan er det vigtigt at sikre sig, at de indspillede aktivitet, der specifikt er symboliseret ved det skadelige begivenhed, og ikke andre aspekter af barnets pleje ^2. Dette kan opnås ved hjælp af omhyggelig teknisk design og efterbehandling af data.