小児の測定心臓自律神経系(ANS)活動

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Summary

自律神経系活性の測定、通常範囲の子どもたちに威圧的な環境を提供することが実験室に研究者と参加者。 VU大学外来モニタリングシステム(VU-AMS)デバイスは、任意の設定における心臓自律制御を記録することができます。 VU-AMSは、子どもたちでテストに非常に適して証明した。

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van Dijk, A. E., van Lien, R., van Eijsden, M., Gemke, R. J., Vrijkotte, T. G., de Geus, E. J. Measuring Cardiac Autonomic Nervous System (ANS) Activity in Children. J. Vis. Exp. (74), e50073, doi:10.3791/50073 (2013).

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Abstract

自律神経系(ANS)は、心拍数、消化、呼吸数、流涎、発汗および腎機能のように、ホメオスタシスに従事している、主に自動身体機能を制御します。交感神経系、危険やストレス時にアクションの人間の体を準備し、そして体の静止状態を調節する副交感神経系、:ANSは、主に2つの支店を持っています。

ANS活性は、表在性神経からの放射性トレーサー法又はマイクロ電極記録することにより、例えば、侵襲的に測定することができる、または、又は汗腺例えば、ANS活性の変化のプロキシとして臓器の応答における変化を用いて非侵襲的に測定することができる心。侵襲的な測定は、最も高い有効性を持っているが、非侵襲的な措置が好ましいアプローチである大規模なサンプルでは非常に不完全に実現可能である。心臓に対する自律神経の影響を確実に記録することにより定​​量することができる呼吸および大動脈へ心室からの血液の放出に応答して、胸部インピーダンスの変化を反映するインピーダンス心電図(ICG)と組み合わせて、心電図(ECG)である。呼吸およびECG信号から、呼吸性洞不整脈は、心臓副交感神経制御の尺度として抽出することができる。 ECGおよび左室駆出信号から、前駆出期は、心臓交感神経制御の尺度として抽出することができる。 ECGおよびICG記録は、主に実験室の設定で行われる。しかし、研究室に科目レポートを持つことが非常に生態学的妥当性を減らし、常に大規模な疫学研究でなんとかではなく、幼い子供たちのために威圧することができます。 ECGとICGのため外来デバイスは同時に、これら3つの問題を解決します。

ここでは、検証AMBを使用して、小児の心臓の自律制御の低侵襲かつ迅速な評価のための研究デザインを提示ulatoryデバイス1-5、VU大学外来モニタリングシステム(VU-AMS、アムステルダム、オランダ、 www.vu-ams.nl )。

Protocol

1。準備:起動

  1. 次のものが必要です。
    • VU-AMS5fs外来記録装置(いずれかのPCのRS232シリアルポートまたはUSBポートに接続する赤外線インタフェースケーブル含む)。
    • 7電極(我々はConMed 1690から003を使用)。
    • 2 AA-電池を充電。
    • 空のコンパクトフラッシュメモリカード(VU-AMS5fsは広範囲トランセンドから1ギガバイト80X CFカード(TS1GCF80)でテストされていますが、他のCFカードはあまりにも動作するはずです)。
    • フラッシュカードリーダーとデータ分析管理ソフトウェア(DAMS)スイートを搭載したラップトップまたはPCにインストールされている。
    • ストップウォッチ。
    • 童話とヘッドフォンと小さな自己インフレータブルエアマットレスと音楽プレーヤーはオプションです。
  2. これらはあなたのファイルのメタデータとして記録されますので、ラップトップ/ PCの時刻と日付の設定を確認してください。 VU-AMS装置内に空のメモリーカードと完全に電池を入れて(成功した配置はtriplによって通知され電子ビープ音)。デバイスはスタンバイ状態のときは、緑色のライトが二回ごとに10秒間点滅します。これは、それが可能であることを示しますが、記録していない。今、付属のケーブルを使用してノートパソコンにデバイスを接続し、DAMSプログラムを起動します。デバイス(タブ 'デバイス'を選択し、適切な接続モード、赤外線ケーブルまたはBluetoothを選択します)との通信を開始する。
  3. 参加者は彼/彼女の上体の摩耗を離陸しました。電極が配置される場所では、アルコールワイプで皮膚をきれいにし、胸と背中( 図1)の7の電極を配置します。その後、カラースキームは、次リード線を取り付け、デバイスに接続します。
  4. 電池の種類と電池電圧表示(これはアルカリ、充電式ニッケル水素電池の約2.4 Vのために約3.4 Vである必要があります)を確認してください。識別フィールドに記入します。典型的なサンプリング周波数は、図( 図2)に示されている。
  5. 距離bを測定しますetweenには、2つの胸のミリメートルで電極、およびフィールド 'ICG-V距離'でこれを記入してください。その後、デバイスに現在の設定/ IDを送信するために '設定を送信する]をクリックします。
  6. さて、プログラムの 'オンライン'オプションはECG、ΔZ(これは呼吸である)とdZに/ dtが(これはICG)で表示するために使用されるべきである。 ΔZ信号は、適切なフィルタリングの後に高忠実7呼吸信号を抽出するために使用することができる胸郭で基底インピーダンスを反映している。 dZと/ dtの信号が時間をかけて区別ΔZで、大動脈に心室からの血液の噴出にリンクΔZの急激な変化を反映している。
    1. 明確なQRST-複合体は心電図で検出可能であるべきである。 R波は上向きでなければならず、それはどちらの方向で最大の(絶対)振幅のピークであるべきである。
    2. ΔZは-0.5と+0.5Ω内で-1と+1Ω/秒の間で、時間とdZに/ dtは、ほとんどのでなければなりません。
    3. Z 0 ALWAべきYSは、8〜20Ωの範囲内にとどまる。この変化は、胸郭のインピーダンス信号が子供の高さの関数である測定電極、及び測定用電極によって囲ま胸部列'の湿り'、体組成の違い( 例えば、BMI)との間の距離に依存するという事実を反映dZと/ dtの信号(筋肉より少ない水を含有する脂肪量)の振幅に影響を与えることができる。絶対Z 0振幅個人差もΔZ信号に反映されているが、これは振幅に依存している収縮の時間間隔の決定には影響しません。
    4. ΔZ信号は明らかに被写体の深い呼吸を(子供がゆっくりと深呼吸をするように指示し、ゆっくりと息を吐き出す)を反映する必要があります。
    5. ICGに心駆出期を反映し、一般的な上向きの波形が明確に検出する必要があります。被写体の光の動きがdZと/ dtの信号を歪ませないようにしてください。これらの基準が満たされない場合は、rを十分な信号が得られるまで皮膚や再接続の電極を電子きれい。
  7. 良好な信号が得られている場合、 'スタート'ボタンを押してデータの記録を開始します。あなたが録音の開始を認めるビープ音が聞こえますし、緑色のライトが3秒ごとに一回点滅します。登録は今すぐ開始しました。 VU-DAMSプログラムを閉じます。これで、インターフェイスケーブルからデバイスを切断することができます。

2。登録期間

  1. 登録が開始されると、子供は最初の実験条件のために横になるようお願い致します。子供が2分間仰臥位(ヘッドアップチルトなし)にあったときは、すぐに(<2秒)機器の上に小さな黒いボタンを押してください。このボタンを押すと、特別なイベントをマークし、後であなたのデータでは、この状態の開始を識別するのに役立ちます。
  2. 4分後、再びイベントボタンを押してください。これが横たわっての終了を通知条件。今、子供が座っていると、この第二の条件のための手順を繰り返している。ボタンを押すと、4分待ってから再度ボタンを押してください。子どもたちは、これらの条件の間に静かに休むように指示されます。
  3. 測定を停止するには、キーを押しますと、少なくとも3秒間ボタンを押したままにします。光は、それが停止したとモード 'で立つこと'であることを示すために10秒ごとに点滅します。デバイスが停止したら、コネクタからリード線のプラグと電極からのリード線を切断することがあります。
  4. 電池、フラッシュカード形式VU-AMSデバイスを取り外し、リーダ部にフラッシュカードを置きます。指定されたディレクトリ(通常はディレクトリの名前が識別フィールドで使用されるサブジェクト識別子と同じになります)、取得したファイルを移動します。

3。データの処理

  1. VU-DAMSプログラムとデータを開くと、データは自動的に生データフォーマット(拡張子。5fs)から変換される</ em>は新しい形式(拡張子。amsdata)へ。これはVU-DAMSがその後のステップで使用されることをデータファイルです。
  2. 最初のECG信号からインタービートインターバル時系列を抽出します。 検出R-ピーク ] タブを選択します。自動化されたアルゴリズムは、ECG信号内のすべてのR-ピークを検出し、(存在する場合)を除去するための非常に低いECG品質の期間を選択する。左上隅にブルー(正しい)、黄(疑わしい培地)またはRED(高度に疑わしい)の数が示されます。押して '。' (DOT)カーソルは次の不審なRピークに移動され、ユーザが手動で削除するか、またはR波のためのマーカーを追加することができる。それは、少なくともすべての高度に疑わしいビートが視覚的に検査されることをお勧めします。
  3. 主な目的は、心拍数、前駆出期(PEP)および使用される実験条件を横切る呼吸性洞不整脈(RSA、HF、RMSSD)の測定の平均値を得ることである。したがって、生データで期間がに対応するかを示すことで進めるこれらの条件。このプロセスは、 'データラベル "と呼ばれています。 ラベルデータ ] タブを選択します。二つのパネルは、心拍信号及び移動信号は、それぞれ、並びに記録の実際の時間を示す。
  4. それは "をクリックしてラベルを追加するには、ドラッグして、"あなたの最初の条件の開始時間付近で、その条件の終了時刻までマウスをドラッグすると言う一番上のバーにマウスカーソルを置きます。これらの時間はどちら垂直に書かれた開始時間と停止時間を記録します(データ収集中に書き留めている)か、スタートを使用し、それぞれの条件の開始時と終了時にボタンを押してから得たマーカーを停止することができ、から得られHRと運動グラフ横切るライン。
  5. 各ラベルは特定の条件を通知するために、(一意の)識別子を指定することができます。実験条件:私たちのケースで我々は我々のラベルのための唯一つのカテゴリを持っている。横たわっていると座って:このカテゴリには2つの値を持っています。
  6. VU-DAMSはexperimenを認識する必要がありますいわゆるラベルの設定ファイル(label.cfg)によってTAL設計。これは、ほとんどのテキストエディタで開くと、例えば、次のようになりますことができますASCIIファイルです:
    #exp_condition
    10が横たわっ
    11座っ
  7. 。amsdataファイルのディレクトリにlabel.cfgファイルを置くことによって、それが自動的にVU-DAMSプログラムによってロードされます。ラベルが作られたら、ポップアップ画面はlabel.cfgファイルにリストされているカテゴリ/値で表示されます。最初のラベルのための 'がダウンして横たわっている'と第2ラベルに '座って'を選択します。
  8. ラベルの後、インピーダンス心電図でPEPを獲得するために 'インピーダンス得点'タブを選択します。条件毎にdZと/ dtの波形を平均したアンサンブルECG Rピークまでの時間同期が表示される。心電図は平均アンサンブルはdZと/ dtの波形の下に提示されます。心電図Q波の開始(電気的活動の開始)、ICG B-点(吐出フェーズの開始)、ICG dZに/ DT-分(:正しい位置に4つの垂直カーソルを置き最大吐出速度)、およびICG X点(大動脈弁閉鎖 - 吐出フェーズの終了)。
  9. 次に、ピーク谷呼吸器を使用したRSAおよびECG信号を獲得するために '呼吸スコア'タブを選択します。満了時のインスピレーションと最長interbeat間隔の間の呼吸間隔の自動息ツーブレス得点と最短interbeat間隔が今に検査することができる。典型的には、自動検出アルゴリズムは、逸脱として呼吸の15%以上を分類するべきではない - そうでなければ呼吸信号を検査し、必要に応じて検出アルゴリズムのパラメータを調整する。

    ECG、ICGと呼吸信号とインタラクティブPEPとRSA得点の目視検査のためのガイドラインは、VU-AMSのウェブサイト上で見つけることができwww.vu-ams.nl
  1. 最後に、 ラベル情報 ] タブを選択します。結果表は、計算後に表示されます。各行は、AVを表し各ラベル付き期間の生理学的パラメータ(心拍数、PEP、RSA、RR)の一連のerage値。最初の列は、サブジェクト識別子(Label_ID)があります。最後の列はラベルの間に使用されるすべてのカテゴリの値を示している(ここでは2つの値を持つ単一のカテゴリ '実験条件'、 '座って'と '横たわっている')。 interbeat間隔時系列のスペクトルパワーは、わずか4分(そうしないと不足しているコードが表示されます)の長さの最小値を持つラベルに与えられている。この表示でスプレッドシートをさらに統計分析のためにASCIIまたはExcelにエクスポートすることができます。

Representative Results

アムステルダム生まれた子どもとその開発研究では、オランダのプロスペクティブ、縦出生コホート、測定プロトコルは3,097子供6年に開始された。承認は、学術医療センター医療倫理委員会、VU大学医療センターの医療倫理委員会、アムステルダムの登録委員会から得た。参加するすべての母親は自分と子供のための書面によるインフォームドコンセントを与えた。

モニターは、軽量で控えめなので、子供たちは非常によく、これらの測定を容認。我々は拒否率に関するデータを持っていないが、経験はほんの数子供が電極の配置に抵抗し、それによってさらに評価を妨げていることを教えてくれ。 3097登録のうち、0.7%が原因で行われるファイルの機器の故障や紛失のいずれかに失われた。左3,074登録のうち、98.7%は、プロトコル全体(N = 3,056)を完了した子どもたちであった。 EA内ラベル付き期間のCH(我々は元々4つの時間帯のラベルが付いたが、その後2にこれらをまとめた)、私たちは、PEPを決定できなかった意味、不明瞭ICG信号を検出しました。これは、4標識した期間、第二で2.4%、3位に2.8%と第四期の4.1%の最初の外で1.5%の損失につながった。すべての期間におけるPEPに関する完全なデータが2797例(91.5パーセント、不明瞭ICG信号によるため、8.5%の損失)で利用可能であった。心拍数(HR)、前駆出時間(PEP)と呼吸性洞性不整脈(RSA)と同様に、性別や年齢に完全なデータでは、2761子供から利用可能でしたが、この最後のステップでは、1.3%のデータ損失が発生しました、のために未知の理由。全体的に、開始登録の89.2パーセントは、完全な対象データにつながった。子どもたちの平均年齢は5.7歳(SD 0.5、四分位範囲5.0:6.5)で、彼らのBMIは15.5キロ/ m 2の (SD 1.5、四分位範囲13.9:17.2)であった。

主要転帰変数HR、PEP、およびRSA ARの平均値eは、男の子と女の子のために別々に、 表1に示すグラフィカルに図3に示す。 HR(横たわっていると座っての両方)とPEPは(唯一座って)男の子(両方の姿勢)に比べて女子の方が高かった。 RSAは男の子(両方の姿勢)に比べて女子で低かった。女の子でHRより高い値が低く迷走(副交感神経)心臓制御によって引き起こされる可能性が高い。彼ら交感神経心臓制御が異なるまたは男の子(座って)のそれよりも低くはなかった。

座ったときにRSAが低かったのに対し、横たわっているに比べて座ったときに、男女ともに、HRが高かった。これは座って低く迷走コントロールを反映している。 PEPはダウンして横たわっている座って短かった。この効果は期待どおり、それは逆のプロセスの結果が反映されました:増加プリロード(短縮PEP)7を下に横たわっている間下交感神経活性(PEPが長く)。

少年たち 女の子
横たわっ 座っ 横たわっ 座っ
平均 SD 平均 SD 平均 SD 平均 SD
心拍数(BPM) 83.9 9.5 * 89.1 10 *† 86.9 10.1 92.4 10.4
前駆出期間(ミリ秒) 76.9 11.8 78.5 12.2 *† 77.7 10.3 81 11.7
呼吸性洞不整脈(ミリ秒) 127.0 60.4 * 115.7 55.8 *† 121.7 56.8 108.7 51.9

表1。姿勢差で姿勢によって少年少女における心臓自律神経系対策。P <0.05性差上の1つのサンプルのT検定のために。 †P <ペアのサンプルのための0.05 T検定。

図1
図1。 7電極は、参加者の胸と背中に配置する必要があります最初のECG電極(V-)の場所です胸骨の右にわずかに右鎖骨下​​のDには、4センチメートル。第二ECG電極(V +)は約突起のxiphodiusのレベルで胸の左横の余白に第九のリブ上に心臓の頂点に配置されます。第三のECG電極(GND)に接地電極であり、右側腹部下部2つのリブの間に、右側に配置されている。第ICG測定電極(V 1)は、鎖骨の先端との間に、胸骨の上端に配置されている。第ICG測定電極は、リブ満たす胸骨の剣状複合体に配置されている。 2現在の電極は背面に配置されています:私はオン頚椎C4以上背骨、ICG上記少なくとも3つのCMは、(1)電trode V-、そしてI +胸椎T8とT9の間に背骨に測定、電trode V 2を測定ICG以下は少なくとも3センチ(1 ")。ICG電極配置が考慮されている左心室DRIVの大部分胸部インピーダンスのアン変化が頸切痕と剣状突起の間にカラムに捕捉される。

図2
図2。 VU-AMS5fsデバイスに接続した後DAMSソフトウェアによって表示されているように記録のために使用される典型的な設定は。 より大きい数字を表示するには、ここをクリックしてください

図3
図3。男の子と女の子における心臓自律神経系対策、姿勢によって。*性差上の1つのサンプルのT検定のp <0.05を示す。 #を示しP <姿勢差でペアになってサンプルのため0.05 T検定。

Discussion

我々は、5〜7歳の3097人の子供、で心臓の自律制御を測定するために外来記録装置を使用していました。七電極は、心拍数、心拍数変動および収縮時間間隔を抽出したからECGおよびICGを測定するために十分で。呼吸周波数帯域における心拍変動(RSA)は、心臓の副交感神経活動の有効な指標である。収縮期時間間隔、PEPは心臓の収縮を反映して、心臓の交感神経活動の有効な指標である。 HR、PEPとRSAのため得られた平均値は、姿勢の変化や男の子と女の子の違いの影響が文献から予想されるものと一致していた。

外来モニタリングは実験室での評価の必要性を削除したように我々の記録は、信号記録品質の違いすることなく、様々な場所( 例えば 、学校、スポーツセンター、科学博物館)で行うことができる。ただし、である後負荷とプリロード効果が心臓交感神経ドライブ7に変更することなくPEPを共同決定できるように決定的な重要性は、姿勢や物理的負荷のための主題の比較内または間で標準化する。我々は、子供たちの大きな試料における心電図とICGの歩行記録は非常に可能であり、小児の心臓の自律制御の将来の評価のための便利なテンプレートとして現在標準化された研究デザインを提案していると結論付けている。

Acknowledgements

AEvDはオランダの心臓財団(DHF-2007B103)によってサポートされていました。著者はアムステルダム生まれた子どもとその開発(ABCD)の研究のすべての母親と子供たちに感謝したい、と計測のための課でVU-AMSシステムの全体開発とメンテナンスチームであろう - 精神生理学省(VU大学、アムステルダム、オランダ)。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
VU-AMS5fs ambulatory recording device & infrared interface cable VU University Amsterdam n/a http://www.vu-ams.nl
Electrodes ConMed 1690-003
AA-batteries
CompactFlash memory card
Laptop/pc with flash card reader
VU-DAMS software suite VU University Amsterdam free download, http://www.vu-ams.nl
Stopwatch
Music player & headphones optional
Self-inflatable air mattress optional

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References

  1. de Geus, E. J., Willemsen, G. H., Klaver, C. H., van Doornen, L. J. Ambulatory measurement of respiratory sinus arrhythmia and respiration rate. Biol. Psychol. 41, 205-227 (1995).
  2. Goedhart, A. D., van der, S. S., Houtveen, J. H., Willemsen, G., de Geus, E. J. Comparison of time and frequency domain measures of RSA in ambulatory recordings. Psychophysiology. 44, 203-215 (2007).
  3. Goedhart, A. D., Kupper, N., Willemsen, G., Boomsma, D. I., de Geus, E. J. Temporal stability of ambulatory stroke volume and cardiac output measured by impedance cardiography. Biol. Psychol. 72, 110-117 (2006).
  4. Riese, H., Groot, P. F. C., van den Berg, M., et al. Large-scale ensemble averaging of ambulatory impedance cardiograms. Behavior Research Methods Instruments & Computers. 35, 467-477 (2003).
  5. Willemsen, G. H., de Geus, E. J., Klaver, C. H., van Doornen, L. J., Carroll, D. Ambulatory monitoring of the impedance cardiogram. Psychophysiology. 33, 184-193 (1996).
  6. van Dijk, A. E., van Eijsden, M., Stronks, K., Gemke, R. J., Vrijkotte, T. G. Prenatal stress and balance of the child's cardiac autonomic nervous system at age 5-6 years. PLoS ONE. 7, e30413 (2012).
  7. Houtveen, J. H., de Groot, P. F., de Geus, E. J. Effects of variation in posture and respiration on RSA and pre-ejection period. Psychophysiology. 42, 713-719 (2005).
  8. Goedhart, A. D., Willemsen, G., Houtveen, J. H., Boomsma, D. I., De Geus, E. J. Comparing low frequency heart rate variability and preejection period: two sides of a different coin. Psychophysiology. 45, 1086-1090 (2008).
  9. van Dijk, A. E., van Eijsden, M., Stronks, K., Gemke, R. J., Vrijkotte, T. G. Cardio-metabolic risk in 5-year-old children prenatally exposed to maternal psychosocial stress: the ABCD study. BMC Public Health. 10, 251 (2010).
  10. van Lien, R., Goedhart, A., Kupper, N., Boomsma, D., Willemsen, G., de Geus, E. J. Underestimation of cardiac vagal control in regular exercisers by 24-hour heart rate variability recordings. Int. J. Psychophysiol. 81, 169-176 (2011).

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