حساب تقلب معدل ضربات القلب من بيانات تخطيط القلب من الشباب المصابين بالشلل الدماغي خلال جلسات ألعاب الفيديو النشطة
Summary
يصف هذا البروتوكول طريقة لحساب تقلب معدل ضربات القلب (HRV) من الأشكال الموجية تخطيط القلب (ECG). تم استخدام أشكال الموجة من تسجيلات معدل ضربات القلب المستمر (HR) أثناء جلسات ألعاب الفيديو النشطة (AVG) لقياس الأداء الهوائي للشباب المصابين بالشلل الدماغي (CP).
Abstract
وكان الهدف من هذه الدراسة هو توليد طريقة لحساب تقلب معدل ضربات القلب (HRV) من الأشكال الموجية لمخطط القلب الكهربائي (ECG). تم تسجيل الموجي من قبل جهاز مراقبة الموارد البشرية أن المشاركين (الشباب مع الشلل الدماغي (CP)) ارتدى خلال جلسات لعبة فيديو نشطة (AVG). تم تصميم جلسات AVG لتعزيز النشاط البدني واللياقة البدنية (الأداء الهوائي) في المشاركين. وكان الهدف هو تقييم جدوى المركبات المضادة للفيروسات الوعُسة كاستراتيجية للتدخل في مجال العلاج الطبيعي. تم تحديد الحد الأقصى للموارد البشرية (mHR) لكل مشارك وتم حساب منطقة معدل ضربات القلب المستهدفة (THRZ) لكل مرحلة من مراحل التمرين الثلاث في جلسة AVG لمدة 20 دقيقة: (الاحماء بنسبة 40-60٪ ملسنويا، وتكييف بنسبة 60-80٪ ملبيوم، وتهدئة عند 40-60٪ ملبوة). لعب كل مشارك ثلاث مباريات لمدة 20 دقيقة خلال دورة AVG. لعبت جميع المباريات أثناء الجلوس على مقاعد البدلاء لأن العديد من الشباب مع CP لا يمكن أن تقف لفترات طويلة من الزمن. تختلف كل حالة لعبة مع المشاركين باستخدام الرموز اليد فقط، والرموز اليد والقدمين معا أو الرموز القدمين فقط لجمع الكائنات. الهدف من اللعبة (يسمى KOLLECT) هو جمع الأشياء لكسب النقاط وتجنب المخاطر لعدم فقدان النقاط. وقد استخدمت المخاطر في مراحل الاحماء والتبريد فقط لتعزيز حركة أبطأ وخاضعة للرقابة للحفاظ على الموارد البشرية في منطقة معدل ضربات القلب المستهدفة (THRZ). لم تكن هناك مخاطر في مرحلة التكييف لتعزيز مستويات أعلى ونشاط بدني أكثر كثافة. واستُخدمت أساليب تحليلية لتوليد HRV (تدابير مختارة للمجال الزمني ومجال التردد) من بيانات تخطيط القلب لدراسة عبء العمل الهوائي. تشير التطبيقات الحديثة لـ HRV إلى أن القياسات القصيرة الأجل (نوبات 5 دقائق) مناسبة وأن التغذية المرتدة الحيوية من HRV قد تساعد على تحسين الأعراض ونوعية الحياة في مجموعة متنوعة من الظروف الصحية. على الرغم من أن الموارد البشرية هي مقياس سريري مقبول جيدا لفحص الأداء الهوائي وكثافة في تدخلات PT، فإن HRV قد توفر معلومات عن وظائف النظام اللاإرادي، والانتعاش والتكيف خلال دورات AVG.
Introduction
الشلل الدماغي (CP) هو الإعاقة الجسدية الأكثر شيوعا في مرحلة الطفولة1. CP هو سبب إهانة عصبية للدماغ النامي ويرتبط مع العاهات الحركية مثل ضعف العضلات، التشنج، وdeconditioning، وانخفاض السيطرة الحركية والتوازن2،3. CP هو حالة غير تقدمية ولكن مع التقدم في السن، والأطفال تصبح أقل نشاطا جسديا وأكثر المستقرة بالمقارنة مع أقرانهم مع التنمية النموذجية (TD) في الغالب بسبب زيادة متطلبات النمو على العصبية والعضلات للخطر و الجهاز العضلي الهيكلي4.
الشباب مع CP عادة ما تتلقى خدمات العلاج الطبيعي (PT) لتحسين الحركة الوظيفية وتعزيز النشاط البدني واللياقة البدنية (على سبيل المثال التمارين الرياضية والقدرة على التحمل العضلي)2. وفي كثير من الأحيان، يكون الوصول إلى خدمات حزب العمال والموارد المجتمعية محدوداً لتحقيق وإدامة هذه الأهداف5و6. ألعاب الفيديو النشطة (AVGs) قد تكون استراتيجية مجدية في التدخلات PT القائم على النشاط في العيادة, المنزل أو المجتمعإعدادات7,8. AVGs التجارية لديها مرونة محدودة لتكييف اللعب وتلبية الاحتياجات المحددة وأهداف PT للشباب مع CP9. ومع ذلك، AVGs مخصصة توفر معلمات الألعاب مرنة لتحدي الشباب مع CP مع تعزيز النشاط البدني واللياقة البدنية10.
وقد طور فريقنا AVG مخصصة (تسمى KOLLECT) لفحص استجابات ممارسة الشباب (على سبيل المثال، النشاط البدني واللياقة البدنية الهوائية). اللعبة يستخدم جهاز استشعار الحركة لتتبع حركة الشباب أثناء اللعب. الهدف من اللعبة هو “جمع” أكبر عدد ممكن من الكائنات للحصول على درجة عالية وتجنب المخاطر لتجنب فقدان النقاط. يمكن جمع الكائنات مع رموز اليد و / أو القدمين كما يحددها المعالج في معلمات اللعبة المرنة.
تصميم التدخلات PT القائم على النشاط التي جرعة كثافة النشاط البدني لتعزيز اللياقة البدنية الهوائية أمر بالغ الأهمية للشباب مع CP11. AVGs مخصص قد تكون استراتيجية فعالة لكثافة الجرعة وإشراك الشباب في النشاط البدني لتعزيز اللياقة البدنية10. غالبًا ما يتم استخدام أجهزة مراقبة معدل ضربات القلب (HR) في ممارسة PT السريرية لتحديد الأداء الهوائي وكثافة النشاط. ولذلك، فإن مراقبي الموارد البشرية تساعد على تحديد جدوى AVGs في الدوس كثافة النشاط البدني لتعزيز اللياقة البدنية الهوائية9. يمكن استخدام بيانات تخطيط القلب الناتجة عن جهاز مراقبة الموارد البشرية لحساب تقلب معدل ضربات القلب (HRV). واستُخدمت أساليب تحليلية لتوليد HRV من بيانات تخطيط القلب لدراسة عبء العمل الهوائي. تشير التطبيقات الحديثة لـ HRV إلى أن القياسات القصيرة الأجل (5 دقائق نوبات) مناسبة وأن التغذية المرتدة الحيوية من HRV قد تساعد على تحسين الأعراض ونوعية الحياة في مجموعة متنوعة من الظروف الصحية32،33،34 . تطبيق تدابير HRV قصيرة الأجل هو وسيلة مناسبة لتقييم وظيفة القلب والأوعية الدموية خلال دورات AVG. وبالنظر إلى أن HRV مشتق من الفاصل الزمني R-R من تخطيط القلب، استخدمنا تدابير محددة للنطاق الزمني ومجال التردد. قياس النطاق الزمني لـ HRV يحدد مقدار الدوالي في الفترات المتداخلة التي تمثل الوقت بين ضربات القلب المتعاقبة. استخدمنا AVNN (متوسط الفاصل الزمني NN)، RMSSD (الجذر متوسط مربع من الاختلافات المتعاقبة)، SDNN (الانحراف المعياري الفاصل NN)، NN50 (عدد الفواصل الزمنية NN > 50 مللي ثانية) وPNN50 (النسبة المئوية للفواصل NN). تقدر مقاييس مجال التردد توزيع الطاقة المطلقة أو النسبية إلى نطاقات تردد ية أربعة، وقد تناولناها على وجه التحديد على نطاقين، وهما قوة التردد المنخفض (LF) وطاقة التردد العالي (HF) إلى جانب نسبة التردد المنخفض/التردد العالي. على الرغم من أن الموارد البشرية هي مقياس سريري مقبول بشكل جيد، فقد يكون HRV مفيدًا لأنه يوفر معلومات حول وظيفة النظام اللاإرادي، والانتعاش، والتكيف، ويوفر تقديرًا لعبء العمل الهوائي خلال جلسة AVG28.
وكان الغرض من هذه الدراسة دراسة جدوى استخدام استراتيجيات AVG لتعزيز النشاط البدني واللياقة البدنية. والغرض الثاني هو تقديم بروتوكول جمع البيانات AVG ومنهجية حساب HRV من بيانات تخطيط القلب التي يتم الحصول عليها عن طريق جهاز رصد الموارد البشرية. وقد تثبت هذه التدابير وهذا البروتوكول أنها ذات صلة بالأطباء لرصد جلسات التدخل في الـ PT وجرعة هذه الجلسات.
Protocol
Representative Results
Discussion
وشارك عشرة شباب مصابين بالإنتاج الأنظف في هذه الدراسة (متوسط + SD) [ العمر (السنوات) = 15.53 ± 3.57 ؛ الارتفاع (سم) 154.8 ± 12.6 ؛ الوزن (كلغ) 50.69 ± 11.1؛ مؤشر كتلة الجسم (BMI) 50.46 ± 29.2؛ mHR 9 bpm) = 186.8 ± 12.4]. يرجى الاطلاع على الجدول 5 للاطلاع على التركيبة السكانية للمرضى.
هناك بعض الاعتبارات لا?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ويشكر المؤلفون المشاركين وأسرهم على ما بذلوه من وقت وجهد للمشاركة في الدراسة. كما يعترف المؤلفان بالدكتور يشوان ليو والدكتور حسن أياز على مساعدتهما في حساب توقيت رصد الموارد البشرية والدكتور بول ديفنباخ لتطوير برنامج KOLLECT Active Video Gaming. تم توفير التمويل لهذا العمل من قبل مؤسسة كولتر المنح #00006143 (O‘نيل; [دفنبش], [بس])و [#00008819 ] ([و’] [نيل]; [دفنبش], [بيس]).
Materials
| BioHarness Bluetooth Module (Electronics sensor) | Zephyr | 9800.0189 | Detects Heart Rate, Resiration Rate, Posture, and Skin Temperature. |
| BioHarness Chest Strap | Zephyr | 9600.0189, 9600.0190 | Sizes Small XS-M, Large M-XL |
| BioHarness Charge Cradle & USB Cable | Zephyr | 9600.0257 | Used to Transfer Data from the Module to a Computer for Analysis. |
| BioHarness Echo Gateway | Zephyr | 9600.0254 | Allows for Realtime Viewing of Subject's Heart Rate. |
| MATLAB R2016a | Mathworks | 1.7.0_.60 | Used for All Programming. |
References
- Winter, S., Autry, A., Boyle, C., Yeargin-Allsopp, M. Trends in the prevalence of cerebral palsy in a population-based study. Pediatrics. 110 (6), 1220-1225 (2002).
- Fowler, E., et al. Promotion of physical fitness and prevention of secondary conditions for children with cerebral palsy: Section on Pediatrics Research Summit Proceedings. Physical Therapy. 87 (11), 1495-1510 (2007).
- Rosenbaum, P., Paneth, N., Leviton, A., Goldstein, M., Bax, M. A report: The definition and classification of cerebral palsy: April 2006. Developmental Medicine & Child Neurology. 49 (s109), 8-14 (2007).
- Hanna, S., et al. Stability and decline in gross motor function among children and youth with cerebral palsy aged 2 to 21 years. Developmental Medicine & Child Neurology. 51 (4), 295-302 (2009).
- Rimmer, J., Rowland, J. Health promotion for people with disabilities: Implications for empowering the person and promoting disability-friendly environments. American Journal of Lifestyle Medicine. 2 (5), 409-420 (2008).
- Feehan, K., et al. Factors influencing physical activity in children and youth with special health care needs: A pilot study. International Journal of Pediatrics. , (2012).
- Fehlings, D., Switzer, L., Findlay, B., Knights, S. Interactive computer play as motor therapy for individuals with cerebral palsy. Seminars in Pediatric Neurology. 20 (2), 127-138 (2013).
- Sandlund, M., Dock, K., Hager, C., Waterworth, E. Motion interactive video games in home training for children with cerebral palsy: parents’ perceptions. Disability & Rehabilitation. 34 (11), 925-933 (2012).
- Howcroft, J., et al. Active video game play in children with cerebral palsy: Potential for physical activity promotion and rehabilitation therapies. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 93 (8), 1448-1456 (2012).
- Bilde, P., Kliim-Due, M., Rasmussen, B., Petersen, L., Petersen, T., Nielsen, J. Individualized, home-based interactive training of cerebral palsy children delivered through the Internet. BMC Neurology. 11, 32 (2011).
- Kolobe, T., et al. Research Summitt III proceedings on dosing in children with an injured brain or cerebral palsy. Physical Therapy. 94 (7), 907-920 (2014).
- Schipke, J., Pelzer, M., Arnold, G. Effect of respiration rate on short-term heart rate variability. Journal of Clinical and Basic Cardiology. 2 (1), 92-95 (1999).
- Ernst, G. Heart rate variability. Heart Rate Variability. , 1-336 (2014).
- Francis, J., et al. Association between symptoms of depression and anxiety with heart rate variability in patients with implantable cardioverter defibrillators. Psychosomatic Medicine. 71 (8), 821-827 (2009).
- Mendes, R., et al. Is applying the same exercise-based inpatient program to normal and reduced left ventricular function patients the best strategy after coronary surgery? A focus on autonomic cardiac response. Disability and Rehabilitation: An International Multidisciplinary Journal. 36 (2), 155-162 (2014).
- Muralikrishnan, K., Balakrishnan, B., Balasubramanian, K., Visnegarawla, F. Measurement of the effect of Isha Yoga on cardiac autonomic nervous system using short-term heart rate variability. Journal of Ayurveda and Integrative Medicine. 33 (2), 279-283 (2012).
- Yadav, R. K., Gupta, R., Deepak, K. K. A pilot study on short term heart rate variability & its correlation with disease activity in Indian patients with rheumatoid arthritis. Indian Journal of Medical Research. 136 (4), 593-598 (2012).
- Thuraisingham, R. A. Preprocessing RR interval time series for heart rate variability analysis and estimates of standard deviation of RR intervals. Computer Methods and Programs in Biomedicine. 83 (1), 78-82 (2006).
- Alamili, M., Rosenberg, J., Gögenur, I. Day-night variation in heart rate variability changes induced by endotoxaemia in healthy volunteers. Acta Anaesthesiologica Scandinavica. 59 (4), 457-464 (2015).
- Pal, G., et al. Preference for salt contributes to sympathovagal imbalance in the genesis of prehypertension. European Journal of Clinical Nutrition. 67 (6), 586-591 (2013).
- Telles, S., Raghavendra, B. R., Naveen, K. V., Manjunath, N. K., Kumar, S., Subramanya, P. Changes in autonomic variables following two meditative states described in yoga texts. Journal of Alternative and Complementary Medicine. 19 (1), 35-42 (2013).
- Kičmerová, D. . Methods for Detection and Classification in ECG Analysis. Doctoral thesis. , (2009).
- Murai, K., Hayashi, Y. Evaluation of mental workload for ship handling using physiological indices. , 604-608 (2009).
- Taelman, J., Vandeput, S., Spaepen, A., Van Huffel, S. Influence of mental stress on heart rate and heart rate variability. Heart. 29 (1), 1366-1369 (2009).
- Durantin, G., Gagnon, J. F., Tremblay, S., Dehais, F. Using near infrared spectroscopy and heart rate variability to detect mental overload. Behavioural Brain Research. 259, 16-23 (2014).
- Buchheit, M. Monitoring training status with HR measures: Do all roads lead to Rome?. Frontiers in Physiology. 5, (2014).
- Achten, J., Jeukendrup, A. Heart rate monitoring: Applications and limitations. Sports Medicine. 33 (8), 517-538 (2012).
- Amichai, T., Katz-Leurer, M. Heart rate variability with cerebral palsy: Review of literature and meta-analysis. NeuroRehabilitation. 35, 113-122 (2014).
- Billman, G., Haikuri, H., Sacha, J., Trimmel, K. An introduction to heart rate variability: Methodological considerations and clinical applications. Frontiers in Physiology. 6, (2015).
- Beffara, B., Bret, A., Vermeulen, N., Mermillod, M. Resting high frequency heart rate variability selectively predicts cooperative behavior. Physiology & Behavior. 164, 417-428 (2016).
- Fogt, D., Cooper, P., Freeman, C., Kalns, J., Cooke, W. Heart rate variability to assess combat readiness. Military Medicine. 174, 491-495 (2009).
- Kerppers, I. L., Arisawa, E. A. L., Oliveira, L. V. F., Sarmpaio, L. M. M., Oliverira, C. S. Heart rate variability in individual with cerebral palsy. Archives of Medical Science. 5, 45-50 (2009).
- Giggins, O. M., Persson, U. M., Caulfield, B. Biofeedback in Rehabilitation. Journal of Neuroengineering and Rehabilitation. 10, (2013).
- Shaffer, F., Ginsberg, J. P. An overview of heart rate variability metrics and norms. Frontiers in Public Health. 5, 258 (2017).
- Shaffer, F., McCarty, R., Zeir, C. L. A healthy heart is not a metronome: an integrative review of the heart’s anatomy and heart rate variability. Frontiers in Psychology. 5, 1040 (2014).
