Summary
Medir a dor em pacientes não-verbal é um desafio. Neste estudo nós combinamos a gravação de EEG com estimulação usando uma sonda plana-dica para detectar atividade cerebral evocado nocivas de forma objetiva.
Abstract
A dor é uma experiência sensorial e emocional desagradável. Em pacientes não-verbal, é muito difícil medir a dor, mesmo com ferramentas de avaliação de dor. Essas ferramentas são subjetivas ou determinar indicadores fisiológicos secundários, que também têm certas limitações, particularmente quando explorar a eficácia da analgesia. Como processamento cortical é essencial para a percepção da dor, as medidas de atividade do cérebro podem fornecer uma abordagem útil para avaliar a dor em crianças. Aqui nós apresentamos um método para avaliar a nocicepção com gravações de atividade eletrofisiológica cérebro otimizadas para uso em recém-nascidos. Para produzir estímulos nocivos altamente padronizados e reprodutíveis, aplicamos a estimulação mecânica com uma sonda de ponta plana, por exemplo, picada de agulha, que não é quebra de pele e não causa desconforto comportamental. O potencial evocado nocivas permite a medição objetiva de nocicepção em pacientes não-verbal. Esse método pode ser usado em recém-nascidos logo em 34 semanas de idade gestacional. Além disso, poderia ser aplicada em diferentes situações como medir a eficácia de drogas analgésicas ou anestésicas.
Introduction
A dor é uma experiência sensorial e emocional desagradável associada com dano tecidual real ou potencial, ou descrita em termos de tais danos1. A incapacidade de comunicar verbalmente não nega a possibilidade de que um indivíduo está experimentando dor mas torna muito difícil avaliar o tratamento de alívio da dor, por exemplo, em recém-nascidos2. Vários indicadores comportamentais e fisiológicos são utilizados para avaliar a dor em pacientes não-verbal. Diferentes escalas foram desenvolvidas ao longo dos anos, a escolha depende do tipo de estímulo, idade gestacional e o ambiente em que os recém-nascidos são embeded3,4,5. Estas ferramentas de avaliação de dor também dependem de interpretação do avaliador ou eles exigem secundários indicadores fisiológicos.
Neste vídeo, apresentamos um método para avaliar a nocicepção com gravações eletrofisiológicas otimizadas para uso em recém-nascidos. Nocicepção é definida como o processo neural de codificação estímulos nocivos. Assim, dosar a nocicepção é um método elegante e objetivo para determinar a entrada neural em uma pessoa não-verbal. Além disso, a atividade cortical detectada por Eletroencefalografia (EEG) está correlacionada com a intensidade de eventos nocivos5,6.
O método apresentado aqui combina gravação de EEG com estímulos nocivos produzidos por uma estimulação mecânica com uma sonda de ponta plana, também chamada de uma picada de agulha7, que não é quebra de pele e não causa desconforto comportamental6. Tem sido demonstrado, que a nocicepção seguinte pontuam estimulação é predominantemente mediado pela Aδ-fibras, será que não é necessário uma pele quebrando lesão8 e a magnitude da nociceptiva específicas potenciais não é dependente do estado9de dormir. A sonda é bem aceito também por pais ao aplicar esse método em um ambiente de estudo com recém-nascidos. Eletronicamente, a sonda está ligada ao sistema de gravação de EEG, permitindo a gravação de EEG ser marcados precisamente quando a sonda entra em contato com a pele. Isto grandemente simplifica o processo de bloqueio de tempo e é a premissa para todas as análises subsequentes de EEG. A fim de minimizar o tempo de preparação da gravação infantil EEG, usamos um sistema de posicionamento de eletrodo de 10/20 internacional modificado onde reduzimos o número de eletrodos para o requisito mínimo de três eletrodos (Figura 1). Utilizou-se o eléctrodo Cz de vértice central, onde a atividade cerebral evocado nocivas é máxima9,10,11, juntamente com uma referência e um eléctrodo de terra.
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Protocol
O estudo foi aprovado pelo competente ética Comissão de noroeste da Suíça (EKNZ 2015-079) e informado consentimento por escrito dos pais para o participante foi obtido antes da medição.
1. preparação
- Certifique-se que o bebê está resolvido. Deve ser calmo e se estabeleceram, sem chupar movimentos durante a gravação, por causa de artefatos de movimento. O bebê pode estar dormindo9.
- Medir a circunferência da cabeça do recém-nascido com uma fita métrica para definir o tamanho da tampa do EEG.
- Identificar a posição do eletrodo ativo: Cz / posição de vértice, marcando o ponto médio entre o nasion e o Ínion e o ponto médio entre a esquerda e direita preaurical ponto com um lápis de marcador de pele. Para o posicionamento dos eléctrodos ver também Figura 1.
- Identificar as posições do eléctrodo de terra: certa testa (Fp2) e o eletrodo de referência: mastoide esquerda (A1).
- Limpe os locais de eletrodo (Cz, Fp2 e A1) com desinfectante utilizando um cotonete. No caso de um monte de cabelo, separe o cabelo para visualizar o couro cabeludo.
- Esfregue suavemente os sites de eletrodo com EEG preparando pasta, usando um cotonete de algodão, para reduzir a impedância.
- Coloque a tampa de EEG com os eletrodos fixados na cabeça do recém-nascido.
- Gel condutor de EEG Injete os eletrodos, usando uma seringa com uma agulha de plástico curta para otimizar o contato entre os eletrodos e o couro cabeludo.
- Ajuste os eletrodos até a impedância é abaixo de 50 kΩ, conforme descrito nas recomendações do fabricante e em orientações publicadas12.
- Posicione uma câmera para gravar expressões faciais do recém-nascido.
- Conecte a sonda plana-dica para o dispositivo de contacto do gatilho, que é fixado para o dispositivo de gravação de EEG. Quando a sonda de ponta plana atinge a força nominal sobre a pele, um sinal do disparador é gerado pelo dispositivo de contacto do gatilho. Este sinal é enviado para o computador, o EEG gravação com uma marca de gatilho de marcação.
2. medição
- Selecione um nome de estudo para armazenar os dados.
-
Adicione filtros de passa banda on-line:
- Exibir filtros:
Filtro de corte baixo: frequência: 1Hz
Filtro de corte de alto: frequência: 70 Hz
Filtro notch: 50 Hz
Taxa de amostragem: 2000 Hz
- Exibir filtros:
- Inicie o EEG e gravação de vídeo.
- Mantenha o righthand do recém-nascido na posição horizontal. O estímulo também pode ser aplicado em um site diferente, por exemplo, o pé, o que resultará em latência mais tempo do que de mão, por favor veja detalhes 3.7.
- Primeiro registro de atividade de EEG de fundo. Enquanto a mão do recém-nascido é realizada, anote a gravação de EEG manualmente para gravar períodos onde não há estímulos são aplicados e o Infante está descansando.
- Conduza a quantidade necessária de estímulos de ponta plana-sonda de acordo com o projeto de estudo na direita do recém-nascido. Em nosso projeto experimental, defina o número de estímulos de ponta plana-sonda em 50. Tenha cuidado para usar o teste de ponta plana perpendicularmente à mão do recém-nascido para que a ponta não se dobra e aplicar a força correta. Execute os estímulos de ponta plana-sonda usando um mínimo de 2 a 3 s intervalo inter estímulo (ISI)6 para evitar o somatório.
- Pare todas as gravações.
- Documente os detalhes de configuração experimental.
3. análise de dados
- Filtre os dados brutos do EEG off-line usando um filtro de alta frequência de 1 Hz e um filtro passa-baixas a 30 Hz.
- Segmente os dados em épocas de 1.500 ms (500 ms antes de 1.000 ms após o início do estímulo).
- Execute uma correção de linha de base para o intervalo pré-estímulo.
- Manualmente rejeite as épocas de EEG contendo artefatos, tais como artefatos de movimento e ruído, após inspeção visual. Por favor, consulte também o contorno do tutorial: https://sccn.ucsd.edu/wiki/Chapter_01:_Rejecting_Artifacts
- Média as épocas de EEG (para o fundo e estímulo resposta separadamente).
- Lenhoso filtro os dados com uma variação máxima de ± 50 ms na janela de tempo 0 - 1.000 ms post início do estímulo. Isso permite que as diferenças de latência entre as crianças. Fazer isso para os fundo e estímulo respostas separadamente.
- Projeto de um modelo de atividade cerebral evocados nocivas, que foi definida em um conjunto de dados independente e tem sido descrita em detalhe em outro lugar11 sobre os dados para determinar a magnitude da resposta evocada nocivas dentro de cada julgamento individual. O modelo descreve uma forma de onda característica da resposta evocada nocivas e a magnitude reflete a quantidade desta resposta evocada nocivas dentro o julgamento individual.
Nota: A janela de tempo no qual o modelo do projeto é dependente da idade do Infante e a posição de estímulo. Se os estímulos são aplicados à mão, em seguida, a janela de tempo de interesse é 200-500 ms pós estímulo11. Se os estímulos são aplicados ao pé, então a janela de tempo de interesse é de 400-700 ms post estímulo11. Observe que este modelo só atualmente foi validado para lactentes entre de gestação dos 34-43 semanas. Para métodos detalhados associados usando este modelo e uma discussão das limitações, por favor consulte Hartley et al . 201711. - Verifica que a magnitude da atividade cerebral evocados nocivas calculado usando o modelo é significativamente mais alto após o estímulo, em comparação com o fundo de EEG.
- Analisar a expressão facial comportamental depois (câmera está relacionada com o EEG gravação) usando o sistema de codificação Facial Neonatal2,13.
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Representative Results
A Figura 1 é a representação diagramática do eléctrodo posicionamento usando o sistema de colocação Internacional de eletrodo de 10/20 modificado. A Figura 2 mostra a atividade de EEG registada pouco antes e após a aplicação de um único estímulo nocivo, usando uma sonda de ponta plana com 32 mN vigor, estimulação ocorreu, conforme descrito no protocolo para o lado do recém-nascido (Figura 2A). A resposta evocada nocivas é visível durante aproximadamente 300 ms post estímulo (tempo 0). Figura 2B demonstra a resposta média de 50 estímulos aplicada com uma força de 32 mN para o mesmo paciente. Observe que o potencial evocado nocivas é mais claramente se mais estímulos são aplicados. Filtragem de lenhosas, como mostrado na Figura 2, pode ser usado para ajustar ligeira variabilidade na latência da resposta. O modelo predefinido11, mostrados em vermelho, é projetada no EEG para calcular a magnitude da resposta evocada nocivas.
Figura 1: Representação diagramática do eletrodo posicionamento usando o sistema de colocação de eletrodo de 10/20 internacionais modificados.
Figura 2: atividade de EEG gravado em resposta à estimulação nociva experimental. Um estímulo de ponta plana-sonda (32 mN) foi aplicado para a mão direita de um paciente, a janela de tempo de interesse 200-500 ms após o estímulo é sombreado. Atividade de EEG r: painel após um estímulo único, o pico principal no ms 250 é marcada com uma seta. Painel b: média de resposta seguindo 50 estímulos. Painel c: Woody filtrada dados com modelo projectado (vermelho). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Discussion
A abordagem apresentada aqui mostra como nocivas-evocado cerebral actividade em neonatos pode ser medida de forma objectiva, usando a gravação de EEG e estimuladores de ponta plana-sonda para aplicar estímulos nocivos experimentais. Esta técnica pode ser usada em várias configurações clínicas para detectar a nocicepção, por exemplo, em pessoas não-verbais, tais como recém-nascidos. O estudo completo pode ser feito dentro de 15 minutos, incluindo a colocação do bebé, identificar, preparar e montagem dos eléctrodos e finalmente aplicando e gravando os 50 estímulos nocivos. Os estímulos não causam a aflição de comportamento infantil, e essa abordagem fornece um método objectivo com o qual deseja avaliar nocicepção em lactentes.
Neste estudo, nós usamos um estímulo de ponta plana-sonda com uma força suave de 32 mN. Mais altas forças de mN 64 ou 128 mN também podem ser aplicadas em recém-nascidos, mas podem levar a aumento movimentos artefactos devido à retirada do membro. Constatamos que, em nosso estudo, neonatos aceitaram uma força de 32 mN muito bem em não retirou seus membros, Considerando que um estímulo com 128 mN força leva a retirada reflexa bilateral6. Tem sido demonstrado que o potencial evocado nocivas é maior dependendo da força do estímulo (32 vs 64 mN) sonda ponta plana-6,14. Verriotis et al mostrou que as crianças na idade de 1 ano têm maior amplitude em seus escores de dor potencial e superior de vértice relacionadas a eventos de recém-nascidos15. Portanto, a força do estímulo ponta plana-sonda pode ser adaptada dependendo da idade do paciente16.
Estudos anteriores gravado nocicepção de neonatos, sendo nutrido supina ou propensa ou mesmo ao seu lado. Para manter as configurações experimentais constante, recomendamos manter uma posição especialmente ao realizar um estudo com vários participantes. Nós achamos que realizando a medição em posição supina funcionou bem. Realizamos os estímulos de sonda plana-ponta na mão do recém-nascido. Posicionamento e manipulação do recém-nascido podem ser mais fácil se aplicando estímulos à mão em comparação com o pé. O pé na verdade é mais comumente usado em estudos, no entanto, encontramos que estimular as costas da mão pode ser mais fácil do que acessar o pé. Retirada de reflexo é uma medida útil adicional de atividade nociceptiva, que pode ser incorporada uma avaliação multidimensional da dor neste desafiador de população não-verbal17.
Apesar de evitar qualquer desconforto e movimento artefactos há sempre espontânea atividade neuronal. Assim, a filtragem e uma média são importante para atenuar o ruído de fundo e visualizar os eventos relacionados ao potencial. Também, a repetição de estímulos de ponta plana-sonda, por exemplo, 50, fortemente melhora a relação sinal-ruído. Para analisar os dados, tempo-locking de todas as medições é crucial.
Um desafio ainda mais técnico em neonatos, logo após o nascimento é a presença de vernix caseosa, revestimento da pele de recém-nascidos, incluindo a cabeça, que é por que sua pele precisa ser limpos cuidadosamente com um colar extra prepping, mesmo quando os eletrodos ativos são usado. Em nossa opinião, eletrodos ativos são mais adequados para este método do que eletrodos passivos porque eles são menos sensíveis ao movimento externo nos fios. Além disso, são mais fáceis de usar, pois eles aceitam maiores impedâncias devido o pré-amplificador embutido. No entanto, eletrodos passivos podem ser usados também.
Para análise dos dados, foi utilizado o método descrito por Hartley et al 6 , 11. outro método é a análise tempo-frequência demonstrada por Hu et al . 18.
Tomados em conjunto, os métodos técnicos, instalação e interpretação dos resultados exigem uma equipe treinada com preferência duas pessoas fazendo a medição, uma aplicação dos estímulos, enquanto o outro está verificando o EEG. Se o neonato é instável, o EEG vai ser contaminado com artefatos de movimento e não é possível realizar as medições. Além disso, por causa da validade, é obrigatório ter um certo número de estímulos, que pode ser um desafio.
Nocicepção amadurece no início da vida e tão cedo quanto de gestação dos 34 semanas o cérebro dos recém-nascidos o pode distinguir entre o toque e nocicepção17. Menores de gestação de 34 semanas, bebês são mais propensos a gerar rajadas neuronal inespecífica19 Considerando que em lactentes pré-termo tarde começando com gestação de 34 semanas, o método descrito aqui pode ser usado11. Esse método abre a porta para uma variedade de investigações de pesquisa. Por exemplo, ele pode ser usado para testar o impacto do stress relacionado com o nascimento na nocicepção20 ou para testar o impacto específico de várias drogas analgésicas em recém-nascidos e lactentes de6,21. Por exemplo, o protocolo aqui apresentado tem sido utilizado recentemente em um estudo demonstrando a eficácia do tópicos anestésicos locais em reduzir significativamente o potencial evocado nocivas quando um estímulo nocivo foi aplicado a um pé Tratado comparado a atividade de fundo ou para o tratamento do pé11.
Em conclusão, potenciais de cérebro nocivas-evocada em gravações de EEG possibilitam investigar objectivamente substituto medidas de percepção da dor em pacientes não-verbal. Este método é aplicável para o uso na prática clínica em investigações de pesquisa. Pelo bloqueio dos estímulos de ponta plana-sonda para o EEG tempo gravando é possível confiantemente, avaliar a resposta nociceptiva eletrofisiológica.
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Disclosures
Os autores não têm nada para divulgar.
Acknowledgments
Os autores gostaria de reconhecer Caroline Hartley e Rebeccah Slater (departamento de Pediatria, Universidade de Oxford, Reino Unido) para revisão crítica de nosso papel e Walter Magerl (departamento de neurofisiologia, centro de Biomedicina e tecnologia médica Mannheim (CBTM), Universidade de Heidelberg, Alemanha) nos apoiar com equipamento técnico e conhecimento.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Easycap | EASYCAP GmbH | AC-32-C | EEG caps for infants sizes 34 and 36 |
| actiCAP | Brain Products GmbH | BP-04243-SIG | active electrodes |
| ImpBox | Brain Products GmbH | impedance measurement | |
| V-Amp | Brain Products GmbH | EEG recording device | |
| Contact trigger for pinprick stimulation | MRC Systems GmbH | ||
| PinPrick stimulator set | MRC Systems GmbH | ||
| EEG prepping paste | USB Pharmacy | contains sodium chloride, pumice stone, propylene glycol | |
| SuperVisc | EASYCAP GmbH | Electrolyte-Gel for active electrodes | |
| Brain Vision Recorder | Brain Products GmbH | ||
| Brain Vision Analyzer | Brain Products GmbH | ||
| MATLAB using EEGLAB | Swartz Center for Computational Neuroscience, University of California San Diego | For EEG processing, including averaging of all EEG epochs |
References
- Bonica, J. J. The need of a taxonomy. Pain. 6 (3), 247-248 (1979).
- Duhn, L. J., Medves, J. M. A systematic integrative review of infant pain assessment tools. Adv Neonatal Care. 4 (3), 126-140 (2004).
- Witt, N., Coynor, S., Edwards, C., Bradshaw, H. A Guide to Pain Assessment and Management in the Neonate. Curr Emerg Hosp Med Rep. 4, 1-10 (2016).
- Hummel, P., van Dijk, M. Pain assessment: current status and challenges. Semin Fetal Neonatal Med. 11 (4), 237-245 (2006).
- Slater, R., Fitzgerald, M., Meek, J. Can cortical responses following noxious stimulation inform us about pain processing in neonates? Semin Perinatol. 31 (5), 298-302 (2007).
- Hartley, C., et al. The relationship between nociceptive brain activity, spinal reflex withdrawal and behaviour in newborn infants. Sci Rep. , 31 (2015).
- Iannetti, G. D., Baumgärtner, U., Tracey, I., Treede, R. D., Magerl, W. Pinprick-evoked brain potentials: a novel tool to assess central sensitization of nociceptive pathways in humans. J Neurophysiol. 110 (5), 1107-1116 (2013).
- Ziegler, E. A., Magerl, W., Meyer, R. A., Treede, R. D. Secondary hyperalgesia to punctate mechanical stimuli. Central sensitization to A-fibre nociceptor input. Brain. 122 (Pt 12), 2245-2257 (1999).
- Slater, R., et al. Evoked potentials generated by noxious stimulation in the human infant brain. Eur J Pain. 14 (3), 321-326 (2010).
- Fabrizi, L., et al. A shift in sensory processing that enables the developing human brain to discriminate touch from pain. Curr Biol. 21 (18), 1552-1558 (2011).
- Hartley, C., et al. Nociceptive brain activity as a measure of analgesic efficacy in infants. Sci Transl Med. 9 (388), (2017).
- Keil, A., et al. Committee report: publication guidelines and recommendations for studies using electroencephalography and magnetoencephalography. Psychophysiology. 51 (1), 1-21 (2014).
- Grunau, R. V., Johnston, C. C., Craig, K. D. Neonatal facial and cry responses to invasive and non-invasive procedures. Pain. 42 (3), 295-305 (1990).
- van den Broeke, E. N., et al. Characterizing pinprick-evoked brain potentials before and after experimentally induced secondary hyperalgesia. J Neurophysiol. 114 (5), 2672-2681 (2015).
- Verriotis, M., et al. Cortical activity evoked by inoculation needle prick in infants up to one-year old. Pain. 156 (2), 222-230 (2015).
- Rolke, R., et al. Quantitative sensory testing in the German Research Network on Neuropathic Pain (DFNS): standardized protocol and reference values. Pain. 123 (3), 231-243 (2006).
- Moultrie, F., Slater, R., Hartley, C. Improving the treatment of infant pain. Curr Opin Support Palliat Care. 11 (2), 112-117 (2017).
- Hu, L., Zhang, Z. G., Mouraux, A., Iannetti, G. D. Multiple linear regression to estimate time-frequency electrophysiological responses in single trials. Neuroimage. 111, 442-453 (2015).
- Hartley, C., et al. Changing Balance of Spinal Cord Excitability and Nociceptive Brain Activity in Early Human Development. Curr Biol. 26 (15), 1998-2002 (1998).
- Evers, K. S., Wellmann, S. Arginine Vasopressin and Copeptin in Perinatology. Front Pediatr. 4 (75), (2016).
- Slater, R., et al. Oral sucrose as an analgesic drug for procedural pain in newborn infants: a randomised controlled trial. Lancet. 376 (9748), 1225-1232 (2010).
