Sistema de medición de actividad nerviosa autonómica cardiaca (ANS) en los niños

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Medicine
 

Summary

De Medición de la actividad del sistema nervioso autónomo por lo general confines la investigador y el participante al laboratorio, que puede proporcionar un entorno intimidatorio a los niños. El Sistema de Monitoreo de Ambulatory Universidad VU (VU-AMS) dispositivo puede grabar control autonómico cardiaca en cualquier ajuste. El VU-AMS demostró ser muy susceptible a las pruebas de en los niños.

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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

El sistema nervioso autónomo (SNA) controla las funciones corporales automáticas que principalmente se dedican a la homeostasis, como la frecuencia cardíaca, la digestión, la frecuencia respiratoria, salivación, sudoración y la función renal. El ANS tiene dos ramas principales: el sistema nervioso simpático, la preparación del cuerpo humano para actuar en caso de peligro y el estrés, y el sistema nervioso parasimpático, que regula el estado de reposo del cuerpo.

La actividad del SNA puede medirse invasiva, por ejemplo por técnicas de radiotrazadores o la grabación de microelectrodo de nervios superficiales, o se puede medir de forma no invasiva mediante el uso de cambios en la respuesta de un órgano como un proxy para los cambios en la actividad del SNA, por ejemplo de las glándulas sudoríparas o el corazón. Mediciones invasivas tienen la mayor validez, pero son muy poco viables en muestras a gran escala cuando las medidas no invasivas son el método preferido. Efectos autonómicos en el corazón pueden ser cuantificados con fiabilidad por la grabacióndel electrocardiograma (ECG) en combinación con el cardiograma impedancia (ICG), que refleja los cambios en la impedancia del tórax en respuesta a la respiración y la expulsión de sangre desde el ventrículo hacia la aorta. A partir de las señales de ECG y la respiración, la arritmia sinusal respiratoria se puede extraer como una medida de control parasimpático cardíaco. A partir de las señales de eyección ventricular izquierda ECG y, el período preeyectivo se puede extraer como una medida de control simpático cardiaco. ECG y grabación de ICG se realiza principalmente en el laboratorio. Sin embargo, tener el informe sujetos a un laboratorio reduce en gran medida la validez ecológica, no siempre es factible en los estudios epidemiológicos a gran escala, y puede ser intimidante para los niños pequeños. Un dispositivo ambulatorio de ECG y ICG resuelve simultáneamente estos tres problemas.

A continuación, presentamos un diseño de estudio para una evaluación mínimamente invasiva y rápida del control autonómico cardiaco en los niños, con un amb validadodispositivo de ulatory 1-5, el Sistema de Monitoring Ambulatory Universidad VU (VU-AMS, Amsterdam, los Países Bajos, www.vu-ams.nl ).

Protocol

1. Preparación: A partir Up

  1. Usted necesita:
    • un dispositivo de grabación ambulatoria VU-AMS5fs (incluyendo un cable de interfaz infrarroja que, o bien se conecta a el puerto serie RS232 de un PC o a un puerto USB).
    • 7 electrodos (hemos utilizado ConMed desde 1.690 hasta 003).
    • 2 acusados ​​AA-baterías de.
    • una tarjeta vacía la memoria CompactFlash (la VU-AMS5fs ha sido probado extensamente con la tarjeta de CF 80x 1GB a partir Transcend (TS1GCF80), pero otras tarjetas de CF debería funcionar también).
    • un ordenador portátil o PC con lector de tarjeta de flash y la Software Gestión de Análisis de Datos (DAMS) Suite de instalados.
    • un cronómetro.
    • reproductor de música con historias y auriculares de los niños y un pequeño de colchón de aire auto-inflable son opcionales.
  2. Compruebe los ajustes de hora y fecha de sobre la PC ordenador portátil /, puesto que éstos serán grabadas en forma de metadatos sobre sus archivos de. Ponga la tarjeta de memoria vacía y baterías llenas en el dispositivo de VU-AMS (exitosa colocación se señaliza con un triple beep). Cuando el dispositivo de se encuentra en espe, la luz verde parpadeará dos veces cada diez segundos. Esto indica que está listo, pero no de grabación. Ahora conecte el dispositivo de a la computadora portátil utilizando el cable que se proporciona y puesta en marcha el programa de DAMS. Inicie la comunicación con el dispositivo de (seleccione 'dispositivo de' la pestaña y elija el modo de conexión apropiado, cable de infrarrojos o bluetooth).
  3. Haga que el participante tomar off su / su desgaste parte superior del cuerpo. En los lugares en los que los que se sitúe los electrodos, limpie el la piel con el alcoholes-toallitas, y colocar las siete electrodos en la pecho y la espalda (Figura 1). A continuación, conecte los alambres de plomo siguientes a la esquema de color, y conectarlos a el dispositivo de.
  4. Compruebe el tipo de batería y indicación de voltaje de la batería (esto debe ser acerca de 3,4 V para los alcalina y alrededor de 2,4 V para las baterías de recargables de NiMH). , Llene este campo de identificación. Los frecuencias de muestreo típicos son como se muestran en la figura (la Figura 2).
  5. Mida la distancia bntre los dos electrodos en el pecho en milímetros, y llenar esto hacia fuera en el campo 'ICG-V a distancia »:. A continuación, haga clic en 'send ajustes de' para enviar los ajustes / Identificación actuales para el dispositivo de.
  6. Ahora, la opción 'Online' de el programa debe ser utiliza para mostrar el ECG, Delta Z (este es el respiración) y la dZ / dt (este es el ICG). La señal de Delta Z refleja la impedancia de base de otro lado de la tórax, la que después de filtrado de apropiadas se puede utilizar para extraer el señal de respiración con alta fidelidad 7. La señal de dZ / dt es la Delta Z diferenciado lo largo del tiempo y refleja los cambios rápidos en la Delta Z con enlaces a la de eyección de la sangre desde el ventrículo dentro de la aorta.
    1. Un claro QRST-complex debería haber detectable en el ECG. El-onda R debe ser hacia arriba y que debería ser el pico con la amplitud más grande (absoluta) en ya sea dirección.
    2. El Delta Z debe estar dentro de -0,5 y 0,5 Ω la mayor parte de la tiempo y dZ / dt entre -1 y 1 Ω / seg.
    3. Z 0 debería ALWAys permanecer dentro de un rango de 8 a 20 Ω. Esta variación refleja el hecho de que la señal de impedancia tórax depende de la distancia entre los electrodos de medición lo cual es una función de de la altura del niño, y la 'de humedad de' de la columna de la tórax encerrada por los electrodos de medición, las diferencias de en la composición corporal (por ejemplo, índice de masa corporal) puede afectar a la amplitud de la señal de dZ / dt (la masa de grasa que contiene menos de agua que muscular). Las diferencias individuales en absoluta Z 0 de amplitud también se reflejan en la señal de Delta Z pero esto no afecta a la determinación de intervalos de tiempo sistólicas, que son de amplitud-independiente.
    4. La señal de Delta Z debe reflejar profunda respiración del sujeto con claridad (instruya al nià ± o tomar una respiración profunda lento y exhalar lentamente).
    5. En el ICG la típica forma de onda de al alza lo que refleja la fase de de eyección cardíaca debería ser claramente detectable. Movimiento de Light de el sujeto no debería distorsionar la señal dZ / dt. Si no se cumplen estas criterios de, re-limpiar el piel y re-adjunte los electrodos hasta que se obtienen señales de satisfactorios.
  7. Cuando se alcanzan buenas señales de, iniciar la grabación de datos presionando el botón de 'start'. Usted escuchará un beep reconociendo la inicio de la grabación y la luz verde empezará a titilar una vez cada tres segundos. La inscripción con empresa se ha iniciado. Cierre la programa de VU-DAMS. Ahora puede desconecte el dispositivo desde el cable de interfaz.

2. El Período de Registro de empresa

  1. Una vez que el registro en ha comenzado, pedir al niño que se acueste para la primera condición experimental. Cuando el niño ha estado en la posición en decúbito supino (y sin head-up tilt) durante dos minutos, usted en breve (<2 s) pulsa el pequeño botón negro en la parte superior del dispositivo de. Al pulsar este botón de marca un evento especial, y tendrá más tarde sobre ayudará a identificar el inicio de este condición en la tus de datos.
  2. Después de cuatro minutos, pulse de nuevo el botón de evento. Este señala el final de la que miente hacia abajocondiciones de. Ahora haga que el niño sentarse hacia arriba y repita el procedimiento para este segundos condición. Pulse el botón de, esperar cuatro minutos y se pulse el botón de nuevo. Los los niños se les instruye para descansar en voz baja durante estas condiciones.
  3. Para detener la la medición, pulse y mantenga pulsado pulsado el botón del durante por lo menos 3 sec. La luz parpadeará cada 10 seg para indicar que ha dejado de y está en 'stand por los' modo de. Una vez que el dispositivo de se ha detenido, es posible que desconecte la clavija de alambre de el plomo de el conector y los alambres de plomo a partir de los electrodos.
  4. Quite las pilas y flash de de formulario tarjeta de el dispositivo de VU-AMS y coloque el tarjeta de memoria flash en la unidad de lector de. Mueva los archivos de adquiridos a un directorio designada (normalmente el nombre de el directorio de será ser idéntica a la identificador del sujeto utilizado en el campo de identificación).

3. El procesamiento de los de datos

  1. Upon la apertura de las los datos con programa de VU-DAMS, los datos serán ser convertidos de forma automática desde formato de datos raw (extensión. 5FS) </ Em> para un nuevo formato de (extensión. Amsdata). Este es el archivo de datos que VU-DAMS estará usando en los pasos consiguientes.
  2. En primer lugar extraer el series Tiempo de intervalo Batir Inter partir de la señal ECG. Seleccione la Detect tab de I-peaks. An algoritmo de automatizado detectará todos los de I-peaks en la señal de ECG y seleccione (si está presente) períodos con la calidad muy bajo ECG para su extracción. En la esquina superior mano izquierda está indicado el número of Blue (correcta), Amarillo (medio de sospechosa) o RED (altamente sospechosa). Por presionando '.' (DOT) el cursor se mueve a la sospechosa próxima R-peak y el usuario puede suprimir o añadir tanto marcadores de para los ondas R con la mano. Se recomienda que por lo menos todos latidos altamente sospechosas se inspeccionan visualmente.
  3. El objetivo principal es para obtener un valor media para la tasa de corazón, el período de preeyectivo (PEP) y las medidas de de la arritmia sinusal respiratoria (RSA, HF, RMSSD) a través de los condiciones experimentales utilizadas. Por lo tanto proceder por lo que indica el cual los períodos en los de datos primas corresponden a lasestas condiciones. Este proceso se llama «etiquetado de datos '. Seleccione la ficha Datos Label. Dos paneles de muestran la señal de corazón tasa de y señal de movimiento respectivamente, como así como el tiempo real de la de grabación de.
  4. Coloque el cursor del ratón en la barra superior donde dice "haga clic y arrastre para añadir las etiquetas de" por lo alrededor de la hora de inicio de tu primera condición y arrastre el del ratón para la hora de finalización de esa condición. Estos los horarios son ya sea obtuvieron a partir de un registro escrito de de inicio y de dejan de veces (que anotó hacia abajo durante la recolección de datos) o que usted pueden utilizar el de inicio y de marcadores de de parada obtenido a partir de presionando el botón de en el inicio y al final de cada condición de, los cuales son la vertical líneas que corren al otro lado de las gráficas de recursos humanos y el movimiento.
  5. Cada etiqueta se puede le da un identificador (única) para señalar un condición en particular. En nuestro caso de que tengamos sólo una categoría para nuestros las etiquetas de: Estado en experimental. Esta categoría tiene dos valores: que se acuestan y sentado para arriba.
  6. VU-DAMS necesita ser hecho conscientes de la experimendiseño de tal por los un archivo de configuración etiqueta de modo-llamado (label.cfg). Esta es un archivo de ASCII que se puede abrir con la mayoría de editores de texto y, por ejemplo, se parece a esto:
    # Exp_condition
    10 que se acuesta
    11 que se sienta de hasta
  7. Mediante la colocación de el archivo de label.cfg en el directorio de de los archivos. Amsdata, ésta se cargará automáticamente por el programa VU-DAMS. Una vez que se ha hecho una etiqueta, un estallido encima de pantalla de aparecerá con los categorías / valores listados en el archivo label.cfg. Seleccione 'que miente down' para el primera etiqueta y 'que se sienta up' para el segundo etiqueta.
  8. Después de etiquetado, seleccione la pestaña 'scoring Impedancia' para anotar el PEP en el cardiogram impedancia. Para cada uno de los las condiciones de un conjunto promedió se visualiza dZ / dt forma de onda de, el tiempo de-bloqueado a la R de ECG-pico de. An ensemble promedió ECG se presenta por debajo de la forma de onda de dZ / dt. Coloque los cuatro cursores de verticales en las posiciones correctas: ECG Q-wave de aparición (empezar a de la actividad eléctrica), del ICG B-point (empezar a de la fase de de eyección), ICG dZ / dt-min (Velocidad maximal de eyección), y la ICG X-point (cierre de la válvula aórtica - final de la fase de eyección).
  9. Siguiente, seleccione la pestaña 'Scoring Respiration' para anotar el RSA peak-valle de utilizando el respiratoria y señales de ECG. Automated scoring aliento-to-aliento de el intervalo de respiratoria y el intervalo más corto interbeat durante la inspiración y el intervalo de interbeat más larga durante la espiración ahora puede ser inspeccionado. Típicamente, el algoritmo de detección de automatizado no debe proceder a clasificar más de 15% de los respiraciones como desviada - de lo contrario inspeccionar el señal de respiración y sintonizar los parámetros de de la algoritmo de detección de según sea necesario.

    Directrices para la inspección visual de las señales de ECG, del ICG y la respiración y de PEP interactiva y de puntuación RSA se pueden encontrar en el sitio web VU-AMS, www.vu-ams.nl .
  1. Por último, seleccione la ficha Información de Label. A tabla con los resultados aparece después de cálculo. Cada fila representa la avvalor de bertura de un series de parámetros fisiológicos (tasa de corazón, PEP, RSA, RR) para los cada período de tiempo etiquetada. El primero columna de tiene la identificador del sujeto (Label_ID). La última columna indica los valores de todos categorías utilizadas durante el etiquetado (en este caso sólo 'condición experimental' un único categoría con dos valores, 'que se sienta up' y 'que miente down'). Poderes espectrales de la el intervalo de tiempos series interbeat se les da sólo para etiquetas con una longitud mínima de 4 min (de lo contrario se visualiza la código que falta). La hoja de cálculo en este display se puede exportar a ASCII o EXCEL para profundizar el análisis estadísticos.

Representative Results

En los su de estudio el Desarrollo, a, cohorte de nacimiento longitudinal prospectivo holandesa Amsterdam Los niños y los Born, el protocolo de medición se llevó a se inició en 3,097 mil los niños 6. Approval se obtuvo de la Comité Academic Medical Center Medical Ethical, el Centro de Comité Ethical VU Universidad Medical Medical y el Comité Registro de empresa de Amsterdam. Todas las madres que participan dieron su consentimiento informado por escrito para sí mismos y sus hijos.

A medida que los los monitores de son de peso ligero y discreta, los los niños tolerados estas mediciones muy bien. El momento no hay datos sobre la tasa de rechazo, pero la experiencia nos enseñamos que sólo un pocos niños se resistieron a la la colocación de los electrodos y la evaluación aún más con ello obstruida. De los 3.097 matriculaciones, ,7% era pierde debido a la ya sea falla en el equipo o extravío de los archivos de. Fuera de los 3.074 matriculaciones izquierdos, el 98,7% eran de los niños que completaron el protocolo de la totalidad (n = 3056). Dentro de each de los períodos de tiempo que llevan la etiqueta (lo que originalmente se etiquetamos cuatro períodos de tiempo, pero más tarde resumimos estos para dos), nos se encontró con señales de del ICG poco claras, lo que significa PEP no se pudo determinar. Esto llevó a una pérdida de 1,5% en el primera de cada cuatro períodos que llevan la etiqueta, un 2,4% en el segundo, 2,8% en el tercero y 4.1% en el cuarto período. Datos completos de PEP en todas las períodos de tiempo estaba disponible en 2,797 mil casos (91.5%, así la pérdida de 8,5% debido a las señales de del ICG poco claras). De datos completos de sobre la tasa de corazón (de recursos humanos), período de de pre-de eyección (PEP) y la arritmia sinusal respiratoria (RSA), como así como el sexo y la edad, fue de disponible a partir de 2,761 mil los niños; en este paso final, se produjo la pérdida de datos 1.3%, debido a la razones desconocidos. En general, el 89,2% de los registros empezados condujo a datos del sujeto de pleno derecho. El edad media de los los niños fue de 5,7 años (SD 0,5; gama intercuartil 5.0:6.5), y su IMC fue de 15.5 kg / m 2 (SD 1.5; gama intercuartil 13.9:17.2).

Los valores medios de la de los principales resultados variables de HR, PEP, y la RSA are dada en la Tabla 1 y gráficamente representado en la Figura 3, por separado para boys y las niñas. HR (ambos que se acuesta y sentado hacia arriba) y PEP (sólo que se sienta up) fueron más altos en niñas que en los los chicos (ambos posturas). RSA fue más baja en niñas que en los los chicos (ambos posturas). Los valores más altos para los HR en las niñas son probable que sea causada por el (parasimpática) de control de cardiaco vagal más baja. Su de control de simpática cardíaca no fue diferente o incluso más bajos que que en los chicos (que se sienta de hasta).

En ambos sexos, HR fue más alta cuando está sentado de hasta en comparación a la mentira hacia abajo, mientras que RSA fue más baja cuando está sentado para arriba. Esto refleja el de control de vagal más baja cuando está sentado para arriba. PEP fue más corto que se acuesta luego sentado para arriba. Este efecto también era como se esperaba, y es refleja el resultado de los procesos de opuestos: actividad simpática inferior (alarga PEP) mientras está acostado hacia abajo con aumento de la precarga (acorta la PEP) 7.

Muchachos Girls
Acostado Sentado de hasta Acostado Sentado de hasta
Significar SD Significar SD Significar SD Significar SD
La frecuencia cardíaca (latidos por minuto) 83.9 9.5 * 89,1 10 * † 86,9 10.1 92.4 10.4
Período de Pre-de eyección (mseg) 76,9 11.8 78,5 12.2 * † 77,7 10.3 81 11.7
Respiratory sinus arrythmia (mseg) 127,0 60,4 * 115,7 55,8 * † 121.7 56,8 108,7 51.9

La Tabla 1. Medidas Cardíacos autonómicos nerviosos del sistema en boys y las niñas, por la postura por diferencia de la postura. P <0,05 para uno muestra de T-test por diferencia de sexo. † p <,05 para muestras pareadas T-de prueba.

Figura 1
Figura 1. Los siete electrodos de deben ser colocados en pecho y la espalda del participante. El primero electrodo de ECG (V-) es lugard ligeramente por debajo de el hueso collar de derecho 4 cm a la derecha de el esternón. El segunda electrodo de ECG (V +) se coloca en el ápice de el corazón más de la novena la costilla en el margen de lateral izquierda de la el pecho aproximadamente a las el nivel de la xiphodius processus. El tercio electrodo de ECG (GND) es un electrodo de tierra y se coloca en el lado derecho, entre los dos más bajos costillas en la derecha del abdomen. El primero electrodo de medición ICG (V 1) se coloca en el extremo parte superior de la esternón, entre las puntas de los huesos del cuello. El segunda electrodo de medición ICG se coloca en el complejo de xifoides de el esternón, donde los costillas se encuentran con. Los dos electrodos de corriente se colocan en el reverso: I-sobre la columna vertebral por encima del cervical vértebra C4, por lo menos 3 cm (1 in) por encima de la ICG la medición de elec-trodo V-, y yo + entre torácica vértebras T8 y la T9 sobre la columna vertebral , por lo menos 3 cm (1 ") por debajo de la ICG la medición de elec-trodo V 2. El colocación de los electrodos ICG se lleva a en cuenta que la parte más grande de la izquierda ventrículo drivlinea de cambio en la impedancia tórax es capturado por la columna entre la muesca supraesternal y la xiphoideus processus.

La figura 2
Figura 2. Los ajustes de típicos utilizados para una grabación como visualiza por el software de DAMS después de conectarse a el dispositivo de VU-AMS5fs. ¡Haga clic aquí para ver la figura más grande .

Figura 3
La Figura 3. Medidas del sistema nervioso autónomo cardiológicas en boys y las niñas, por la postura. * Indica p <0,05 para uno muestra de T-test por diferencia de sexo. # Indicap <0.05 para muestras pareadas T-de prueba por diferencia de la postura.

Discussion

Hemos utilizado un dispositivo de grabación ambulatoria para medir control autonómico cardiaca en 3.097 los niños, edades comprendidas entre los 5 y 7 años. Siete electrodos de bastaron para medir el ECG y ICG del que se extrajeron la tasa de corazón, variabilidad de la frecuencia corazón y los intervalos de tiempo sistólicas. Variabilidad de la frecuencia Heart in la banda de frecuencia respiratoria (RSA) es un indicador válido de la actividad parasimpática cardíaco. El intervalo de sistólica tiempo, PEP, al reflejar la la contractilidad cardíaca, es un indicador válido de la actividad simpática cardíaca. Los valores medios obtenidos para HR, PEP y la RSA, los efectos de cambios de postura y las diferencias entre boys y las niñas estuvieron en línea con lo que se esperaría partir de la literatura.

A medida la monitorización ambulatoria removido la necesidad de la evaluación de en un laboratorio de nuestras grabaciones de se podían hacer en varias localizaciones (por ejemplo, escuela, centro de deportes, museo de la ciencia) y sin diferencias en la calidad de grabación de señal. Sin embargo, que es deimportancia crucial para estandarizar dentro de o entre comparaciones sujetas para la postura y la carga física, como poscarga y de la precarga efectos pueden co-determinar la PEP sin ningún tipo de cambios en la impulsión simpática cardíaca 7. Llegamos a la conclusión que la grabación ambulatorio de la el ECG y ICG en muestras grandes de los niños es altamente factible y proponemos el diseño actual estudio estandarizado como una plantilla de útil para las futuras evaluaciones de de control de autonómica cardíaca en los niños.

Acknowledgements

AEvD contó con el apoyo por los holandeses Heart Foundation (DHF-2007B103). Los autores les gustaría dar las gracias a todas las madres y los niños en los Amsterdam Born Children y su estudio para el Desarrollo (ABCD), y el desarrollo y el mantenimiento todo el equipo de el sistema de VU-AMS por lo la División para Instrumentación - el Departamento de Psychophysiology (Universidad VU, Amsterdam, los Países Bajos).

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

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