Système de mesure (ANS) Activité Nervous Autonomic Cardiac in Children

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Medicine
 

Summary

Mesure de l'activité du système nerveux autonome généralement confins du chercheur et participant au laboratoire, ce qui peut créer un environnement intimidant pour les enfants. Le système de surveillance ambulatoire de VU University (VU-AMS) appareil peut enregistrer contrôle autonome cardiaque dans n'importe quel contexte. Le VU-AMS s'est avéré très prêtent à tester chez les enfants.

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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

Le système nerveux autonome (ANS) contrôle les fonctions principalement automatiques corporelles qui sont engagées dans l'homéostasie, comme un pouls cardiaque, la digestion, la fréquence respiratoire, salivation, la transpiration et la fonction rénale. Le SNA dispose de deux branches principales: Le système sympathique nerveux, la préparation de la corps humain pour l'action dans les moments de danger et le stress, et le système nerveux parasympathique, qui réglemente le état de repos de le corps.

Activité du SNA peut être mesurée invasive, par exemple par des techniques de radiotraçage ou l'enregistrement de microélectrodes à partir de nerfs superficielles, ou elle peut être mesurée non-invasive par utilisant des changements dans la réponse de un organe comme un proxy pour changements dans l'activité ANS, pour instance de les glandes sudoripares ou le cœur. Mesures envahissantes ont la plus haute validité, mais sont très mal faisable dans échantillons à grande échelle où des mesures non-envahissantes sont la approche préféré. Effets Autonomic sur le cœur peuvent être quantifiés manière fiable par le enregistrementde la électrocardiogramme (ECG) en combinaison avec d'le cardiogramme impédance (groupe de contact intersessions), ce qui reflète les des changements dans impédance de protection du thorax en réponse à des la respiration et des la éjection de sang à partir de le ventricule dans l'aorte. À partir de la signaux ECG la respiration et la, respiratoire arythmie sinusale peut être extraite en tant que une mesure de la le contrôle parasympathique cardiaque. À partir de la l'ECG et de les signaux d'éjection d'ventriculaires gauches, la période de preejection peut être extraite en tant que une mesure de la le contrôle sympathique cardiaque. ECG et l'enregistrement ICG se fait principalement dans paramètres de laboratoire. Toutefois, ayant la rapport des sujets à un laboratoire réduit grandement validité écologique, n'est pas toujours faisable dans les études épidémiologiques de grandes échelle, et peut être intimidant pour les jeunes enfants. Une dispositif ambulatoire pour ECG et ICG résout simultanément ces trois problèmes.

Ici, nous présentons une conception de l'étude pour une évaluation minimalement invasive et rapide de contrôle autonomic cardiaque chez les enfants, en utilisant un amb validédispositif ulatory 1-5, le système de surveillance ambulatoire de VU University (VU-AMS, Amsterdam, Pays-Bas, www.vu-ams.nl ).

Protocol

1. Préparation: Démarrage

  1. Vous devez:
    • un dispositif d'enregistrement ambulatoire de VU-AMS5fs (y compris un câble d'interface infrarouge qui se connecte soit au port série RS232 d'un PC ou à un port USB).
    • 7 électrodes (nous avons utilisé ConMed 1690-003).
    • 2 inculpé piles AA.
    • une carte vide mémoire CompactFlash (le VU-AMS5fs a été testé avec la carte de 1GB CF 80x de Transcend (TS1GCF80), mais d'autres cartes CF devrait fonctionner aussi).
    • un ordinateur portable ou un PC avec lecteur de carte flash et le logiciel de gestion d'analyse de données (DAMS) Suite est installé.
    • un chronomètre.
    • lecteur de musique avec des histoires et des casques pour enfants et une petite auto-matelas gonflable air sont disponibles en option.
  2. Vérifiez les paramètres de date et d'heure sur l'ordinateur portable / PC, puisque ceux-ci seront enregistrées sous forme de métadonnées sur vos fichiers. Insérez la carte mémoire vide et des batteries pleines dans le dispositif VU-AMS (placement réussi est signalé par un triple bip). Lorsque l'appareil est en veille, le voyant vert clignote deux fois toutes les dix secondes. Cela indique qu'il est prêt, mais pas l'enregistrement. Maintenant, connectez l'appareil à l'ordinateur portable en utilisant le câble fourni et le démarrage du programme de DAMS. Initier la communication avec l'appareil (sélectionner «dispositif» de l'onglet et choisissez le mode de connexion approprié, câble infrarouge ou Bluetooth).
  3. Avez participant décoller sa / son usure supérieure du corps. Dans les endroits où les électrodes seront placés, nettoyer la peau avec l'alcool lingettes, et placer les sept électrodes sur la poitrine et le dos (figure 1). Ensuite, fixez les fils suivant le schéma de couleurs, et de les connecter à l'appareil.
  4. Vérifiez le type de batterie et indication de la tension de la batterie (ce qui devrait être d'environ 3,4 V pour V alcalines et environ 2,4 pour les batteries rechargeables NiMH). Remplissez le champ d'identification. Les fréquences d'échantillonnage typiques sont illustrés dans la figure (Figure 2).
  5. Mesurez la distance bntre les deux électrodes sur la poitrine en millimètres et remplir ce formulaire dans le champ 'ICG V-distance ». Ensuite, cliquez sur «Paramètres d'envoi» pour envoyer les paramètres / ID actuels de l'appareil.
  6. Maintenant, l'option «ligne» du programme devrait être utilisé pour afficher l'ECG, Az (c'est la respiration) et dZ / dt (c'est le ICG). Le signal Az reflète l'impédance de base au niveau du thorax, qui, après filtrage approprié peut être utilisé pour extraire le signal de respiration avec une grande fidélité 7. Le signal dZ / dt est la Az différenciées au cours du temps et reflète des changements rapides dans Az liés à l'éjection de sang du ventricule vers l'aorte.
    1. Un clair QRST complexe devrait être détectable dans l'ECG. L'onde R devrait être à la hausse et il devrait être le pic avec la plus grande amplitude (en valeur absolue) dans les deux sens.
    2. L'Az devrait être dans -0,5 et 0,5 Ω plupart du temps et dZ / dt compris entre -1 et 1 Ω / sec.
    3. Z 0 devrait Always rester dans une plage de 8 à 20 Ω. Cette variante tient compte du fait que le signal d'impédance du thorax dépend de la distance entre les électrodes de mesure qui est une fonction de la taille de l'enfant, et la 'humectation' de la colonne thoracique délimitée par les électrodes de mesure, les différences de composition corporelle (par exemple, IMC) peut affecter l'amplitude du signal dZ / dt (masse grasse contenant moins d'eau que le muscle). Les différences individuelles dans absolue Z 0 amplitude sont également reflétées dans le signal Az mais cela n'affecte pas la détermination des intervalles de temps systoliques, qui sont d'amplitude indépendante.
    4. Le signal Az devrait refléter la respiration profonde du sujet clairement (Enseigner à l'enfant de prendre une profonde respiration lente et expirez lentement).
    5. Dans l'ICG la forme d'onde vers le haut typique reflétant la phase d'éjection cardiaque doit être nettement détectable. Léger mouvement du sujet ne doit pas fausser le signal dZ / dt. Si ces critères ne sont pas remplis, re-nettoyer la peau et re-fixer les électrodes jusqu'à ce que les signaux satisfaisants sont obtenus.
  7. Lors de bons signaux sont atteints, commencer l'enregistrement des données en appuyant sur le bouton «start». Vous entendrez un bip reconnaissant le début de l'enregistrement et le voyant vert clignote une fois toutes les trois secondes. L'enregistrement a commencé. Fermez le programme VU-DAMS. Vous pouvez maintenant débrancher l'appareil du câble d'interface.

2. La période d'inscription

  1. Une fois que l'enregistrement a commencé, demandez à l'enfant de se coucher pour la première condition expérimentale. Lorsque l'enfant a été en position couchée (sans tête-up tilt) pendant deux minutes, vous sous peu (<2 s), appuyez sur le petit bouton noir sur le dessus de l'appareil. En appuyant sur ce bouton marque un événement spécial, et plus tard vous aider à identifier le début de cette condition dans vos données.
  2. Après quatre minutes, appuyez à nouveau sur le bouton de l'événement. Cela marque la fin de la couchéétat. Maintenant, demandez à l'enfant s'asseoir et répéter la procédure pour cette seconde condition. Appuyez sur le bouton, attendre quatre minutes, et appuyez de nouveau sur le bouton. Les enfants sont priés de se reposer tranquillement pendant ces conditions.
  3. Pour arrêter la mesure, appuyez et maintenez le bouton enfoncé pendant au moins 3 sec. La lumière clignote toutes les 10 secondes pour indiquer qu'il a arrêté et est en 'stand en «mode. Une fois l'appareil arrêté, vous pouvez débrancher la fiche de câble du connecteur et les fils des électrodes.
  4. Retirez les piles et Flash sous forme de carte, le dispositif VU-AMS et placez la carte flash dans l'unité de lecture. Déplacez les fichiers acquis dans un répertoire désigné (généralement le nom du répertoire sera identique à l'identifiant objet utilisé dans le domaine de l'identification).

3. Traitement des données

  1. Lors de l'ouverture des données avec le programme VU-DAMS, les données seront automatiquement converties du format de données brutes (extension. 5FS) </ Em> pour un nouveau format (extension. Amsdata). Il s'agit du fichier de données VU-DAMS sera utilise dans les étapes suivantes.
  2. Premier extrait de la série chronologique de l'intervalle de battement Inter à partir du signal ECG. Sélectionnez le Detect onglet R sommets. Un algorithme automatisé permet de détecter tous les pics de R dans le signal ECG et sélectionner (si présent) périodes de très faible qualité de l'ECG pour l'enlèvement. Dans le coin supérieur gauche de la main le nombre de Bleu (correct), jaune (moyen suspect) ou rouge (très suspect) est indiqué. En appuyant sur '.' (DOT) le curseur est déplacé à l'autre suspect R-pic et l'utilisateur peut supprimer ou ajouter des marqueurs pour le R-ondes à la main. Il est recommandé qu'au moins tous les battements très suspectes sont inspectées visuellement.
  3. L'objectif principal est d'obtenir une valeur moyenne de la fréquence cardiaque, la période de preejection (PEP) et les mesures d'arythmie sinusale respiratoire (RSA, HF, RMSSD) dans les conditions expérimentales utilisées. Par conséquent procéder en indiquant quelles périodes dans les données brutes correspondent àces conditions. Ce processus est appelé «l'étiquetage des données». Sélectionnez l'onglet Données de l'étiquette. Deux panneaux montrent le signal de la fréquence cardiaque et le signal de mouvement, respectivement, de même que le temps réel de l'enregistrement.
  4. Placez le curseur de la souris dans la barre du haut, où il est dit «cliquer et faire glisser pour ajouter des étiquettes" autour de l'heure de départ de votre premier état et faites glisser la souris sur l'heure de fin de cette condition. Ces temps sont obtenus soit à partir d'un compte rendu écrit des heures de début et (que vous avez noté lors de la collecte des données) arrêter ou vous pouvez utiliser marqueurs de début et d'arrêt obtenue à partir de la touche au début et à la fin de chaque état, qui sont à la verticale lignes qui traversent les graphiques de RH et de mouvement.
  5. Chaque étiquette peut être donné un (unique) identifiant pour signaler une condition particulière. Dans notre cas, nous n'avons qu'une seule catégorie pour nos étiquettes: état expérimental. Cette catégorie comprend deux valeurs: couchée et assise.
  6. VU-DAMS a besoin d'être mis au courant de l'expérimentationconception tal par un fichier de configuration de l'étiquette dite (label.cfg). Il s'agit d'un fichier ASCII qui peut être ouvert avec la plupart des éditeurs de texte et, par exemple, ressemble à ceci:
    # Exp_condition
    10 couché
    11 assis
  7. En plaçant le fichier label.cfg dans le répertoire des fichiers. Amsdata, il sera chargé automatiquement par le programme VU-DAMS. Une fois que l'étiquette a été faite, un écran contextuel apparaît avec les catégories / valeurs figurant dans le fichier label.cfg. Sélectionnez «couché» pour la première étiquette et «assis» pour la deuxième étiquette.
  8. Après marquage, sélectionnez l'onglet «scoring Impédance» pour marquer le PEP dans le cardiogramme impédance. Pour chacune des conditions d'un ensemble moyenne dZ / dt forme d'onde est affichée, le temps à verrouillage à l'ECG R-pic. Un ensemble en moyenne ECG est présenté sous la courbe dZ / dt. Placez les quatre curseurs verticaux dans les positions correctes: ECG onde Q apparition (début de l'activité électrique), ICG point B (début de la phase d'éjection), ICG dZ / dt-min (vitesse maximale d'éjection), et GIC X points (fermeture de la valve aortique - fin de la phase d'éjection).
  9. Ensuite, sélectionnez l'onglet «Scoring respiration» pour marquer le pic-vallée RSA en utilisant les voies respiratoires et les signaux ECG. Automated notation souffle à souffle de l'intervalle respiratoire et l'intervalle le plus court Interbeat pendant l'inspiration et l'intervalle Interbeat plus longue lors de l'expiration peut maintenant être inspecté. Typiquement, l'algorithme de détection automatique ne doit pas classer plus de 15% des respirations que déviant - inspecter sinon le signal de respiration et d'ajuster les paramètres de l'algorithme de détection en fonction des besoins.

    Directives pour l'inspection visuelle des signaux ECG, GIC et de la respiration et Pep interactive et la notation RSA peuvent être trouvés sur le site VU-AMS, www.vu-ams.nl .
  1. Enfin, sélectionnez l'onglet Informations Label. Un tableau des résultats apparaît après calcul. Chaque ligne représente l'avvaleur verture d'une série de paramètres physiologiques (fréquence cardiaque, la PPE, RSA, RR) pour chaque période marquée. La première colonne contient l'identifiant objet (Label_ID). La dernière colonne indique les valeurs de toutes les catégories utilisées pendant l'étiquetage (ici une seule catégorie 'état expérimental »avec deux valeurs,« assis »et« couché »). Puissances spectrales de la série des temps d'intervalle Interbeat ne sont donnés qu'à des étiquettes avec une longueur minimale de 4 min (sinon le code manquant est affiché). La feuille de calcul dans cet affichage peut être exporté au format ASCII ou Excel pour d'autres analyses statistiques.

Representative Results

Dans les leur étude sur le développement, une étude prospective, la cohorte de naissance longitudinal néerlandaise Amsterdam enfants nés et, le protocole de mesure a été lancé en 3097 les enfants de 6. L'approbation a été obtenue auprès du Comité académique Medical Center éthique médicale, le comité d'éthique VU University Medical Medical Center et le comité d'inscription d'Amsterdam. Toutes les mères participantes ont donné un consentement éclairé écrit pour eux-mêmes et leurs enfants.

Comme les moniteurs sont légers et discrets, les enfants tolérés ces mesures très bien. Nous n'avons pas de données sur le taux de refus, mais l'expérience nous a appris que seuls quelques enfants ont résisté à la mise en place des électrodes et ainsi obstrué une évaluation plus poussée. Sur les 3.097 inscriptions, 0,7% ont été perdus en raison soit de panne d'équipement ou d'égarer des dossiers. Sur les 3.074 inscriptions gauche, 98,7% étaient des enfants qui ont terminé l'ensemble du protocole (n = 3,056). Dans each des périodes marquées (nous avions initialement étiquetés quatre périodes de temps, mais plus tard, a résumé ces contre deux), nous avons rencontré des signaux ICG floues, ce qui signifie PEP n'a pas pu être déterminée. Cela a conduit à une perte de 1,5% dans la première des quatre périodes marquées, de 2,4% au deuxième, 2,8% au troisième et 4,1% au quatrième période. Des données complètes sur PEP dans toutes les périodes étaient disponibles dans 2.797 cas (91,5%, donc une perte de 8,5% en raison de signaux de GIC floues). Des données complètes sur la fréquence cardiaque (HR), la période de pré-éjection (PEP) et arythmie sinusale respiratoire (RSA), ainsi que le sexe et l'âge, est disponible à partir de 2.761 enfants; dans cette dernière étape, la perte de données de 1,3% a eu lieu, en raison de des raisons inconnues. Dans l'ensemble, 89,2% des inscriptions ouvertes a conduit à des données soumises à part entière. L'âge moyen des enfants était de 5,7 ans (SD 0,5; intervalle interquartile 5.0:6.5), et leur IMC était de 15,5 kg / m 2 (SD 1,5; intervalle interquartile 13.9:17.2).

Les valeurs moyennes du résultat majeur des variables RH, PEP, et RSA are donnée dans le tableau 1 et graphique montre la figure 3, séparément pour les garçons et les filles. HR (à la fois couchée et assise) et PEP (seulement s'asseoir) étaient plus élevés chez les filles que chez les garçons (les postures). RSA était plus faible chez les filles que chez les garçons (les postures). Les valeurs les plus élevées en matière de RH dans les filles sont susceptibles d'être causés par le contrôle cardiaque inférieure vagal (parasympathique). Leur contrôle cardiaque sympathique n'était pas différent, voire inférieur à celui des garçons (assis).

Dans les deux sexes, HR était plus élevé en position assise par rapport à couché, alors que RSA a été plus faible en position assise. Cela s'explique par le contrôle vagal inférieur en position assise. PEP a été plus courte couché puis assis. Cet effet a également été comme prévu, et il reflète le résultat de processus opposés: l'activité sympathique inférieur (allonge PEP) en position couchée avec une augmentation de précharge (raccourcit PEP) 7.

Garçons Filles
Couché Assis Couché Assis
Signifier SD Signifier SD Signifier SD Signifier SD
La fréquence cardiaque (bpm) 83,9 9.5 * 89,1 10 * † 86,9 10.1 92,4 10.4
Période de pré-éjection (ms) 76,9 11.8 78,5 12.2 * † 77,7 10.3 81 11.7
Sinusale respiratoire arythmie (ms) 127,0 60,4 * 115,7 55,8 * † 121,7 56,8 108,7 51,9

Tableau 1. Mesures cardiaques système nerveux autonome chez les garçons et les filles, par la posture sur la différence de posture. P <0,05 pour un test t sur ​​la différence de sexe. † p <0,05 pour les échantillons test t apparié.

Figure 1
Figure 1. Les sept électrodes doivent être placées sur la poitrine et le dos du participant. La première électrode ECG (V) est un lieud légèrement inférieur à la droite de la clavicule 4 cm à droite du sternum. La seconde électrode ECG (V +) est placé à la pointe du coeur au cours de la neuvième côte sur le bord latéral gauche de la poitrine, sensiblement au niveau de la xiphodius Processus. La troisième électrode ECG (GND) est une électrode de terre et est placé sur le côté droit, entre les deux rampes inférieures à la droite de l'abdomen. La première électrode de mesure de l'ICG (V 1) est placé à l'extrémité supérieure du sternum, entre les pointes des clavicules. La seconde électrode de mesure de l'ICG est placé au complexe xiphoïde du sternum, où les nervures se rencontrent. Les deux électrodes de courant sont placés sur le dos: I-sur la colonne vertébrale au cours de la vertèbre cervicale C4, au moins 3 cm (1 po) au-dessus du GIC mesure électrode V et I + entre vertèbres thoraciques T8 et T9 sur la colonne vertébrale , au moins 3 cm (1 ") en dessous de la mesure de l'électrode V 2 ICG. L'emplacement de l'électrode ICG prend en compte que la plus grande partie du ventricule gauche driven variation de l'impédance du thorax est capturée par la colonne entre la fourchette sternale et l'xiphoideus Processus.

Figure 2
Figure 2. Les réglages typiques utilisés pour un enregistrement affiché par le logiciel DAMS après la connexion au dispositif VU-AMS5fs. Cliquez ici pour agrandir la figure .

Figure 3
Figure 3. Mesures du système nerveux autonome cardiaque chez les garçons et les filles, par la posture. * Indique p <0,05 pour un test t sur ​​la différence de sexe. # Indiquep <0,05 pour les échantillons test t apparié à la différence de posture.

Discussion

Nous avons utilisé un dispositif d'enregistrement ambulatoire pour mesurer le contrôle autonome cardiaque en 3097 enfants, âgés de 5 et 7 ans. Sept électrodes suffisent à mesurer l'ECG et ICG à partir de laquelle le rythme cardiaque, la variabilité de la fréquence cardiaque et les intervalles de temps systoliques ont été extraites. la variabilité de la fréquence cardiaque dans la bande de fréquence respiratoire (RSA) est un indicateur valable de l'activité parasympathique cardiaque. L'intervalle systolique du temps, PEP, en réfléchissant la contractilité cardiaque, est un indicateur valide de l'activité sympathique cardiaque. Les valeurs moyennes obtenues pour les RH, la PPE et RSA, les effets des changements de posture et les différences entre les garçons et les filles sont en ligne avec ce qui était attendu de la littérature.

Comme la surveillance ambulatoire supprimé la nécessité d'une évaluation dans un laboratoire nos enregistrements peuvent être effectués à divers endroits (par exemple, école, centre sportif, musée des sciences), sans différence de qualité d'enregistrement du signal. Cependant, il est deimportance cruciale pour normaliser l'intérieur ou entre des comparaisons en cause pour la posture et la charge physique, les effets de postcharge et précharge peuvent co-déterminer le PEP sans aucun changement dans cardiaque lecteur sympathique 7. Nous concluons que l'enregistrement ambulatoire de l'ECG et ICG dans les grands échantillons d'enfants est très faisable et nous proposons la conception de l'étude normalisée actuelle comme un modèle utile pour les évaluations futures de contrôle autonome cardiaque chez les enfants.

Acknowledgements

AEVD a été soutenue par la Heart Foundation néerlandaise (DHF-2007B103). Les auteurs tiennent à remercier toutes les mères et les enfants dans les Amsterdam enfants nés et leur développement étude (ABCD), et toute l'équipe de développement et de maintenance du système VU-AMS à la Division de l'Instrumentation - le ministère de la psychophysiologie (VU University, Amsterdam, Pays-Bas).

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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