Mess-Cardiac Autonomic Nervous System (ANS) Aktivität bei Kindern

Zusammenfassung

Messung der Aktivität des autonomen Nervensystems in der Regel beschränkt die Forscher und Teilnehmer an das Labor, die eine einschüchternde Umwelt für Kinder vorsehen. Die VU University Ambulante Monitoring System (VU-AMS)-Gerät aufzeichnen können kardiale autonome Kontrolle in jeder Einstellung. Die VU-AMS als sehr zugänglich Testen bei Kindern.

Zusammenfassung

Das autonome Nervensystem (ANS) steuert hauptsächlich automatischen Körperfunktionen, die in Homöostase beteiligt sind, wie Herzfrequenz, Verdauung, Atemfrequenz, Speichelfluss, Schwitzen und Nierenfunktion. Der ANS hat zwei Niederlassungen: das sympathische Nervensystem, die Vorbereitung der menschliche Körper zum Handeln in Zeiten der Gefahr und Stress, und der Parasympathikus, die den Ruhezustand des Körpers reguliert.

ANS-Aktivität kann invasiv gemessen werden, beispielsweise durch Radiotracer Techniken oder Mikroelektroden Aufnahme von oberflächlichen Nerven, oder es kann nicht-invasiv durch Änderungen in einem Organ Antwort als Proxy für Änderungen in ANS-Aktivität, zum Beispiel der Schweißdrüsen gemessen oder das Herz. Invasive Messungen haben die höchste Gültigkeit, sind aber sehr schlecht machbar in großem Umfang Proben, bei denen nicht-invasive Maßnahmen sind die bevorzugte Lösung. Autonome Wirkungen auf das Herz zuverlässig durch die Aufnahme quantifizierendes Elektrokardiogramms (ECG) in Kombination mit der Impedanz EKG (ICG), die die Änderungen in Thoraximpedanz in Reaktion auf die Atmung und den Ausstoß von Blut aus dem Ventrikel in die Aorta reflektiert. Von der Atmung und EKG-Signale, kann respiratorischen Sinusarrhythmie als Maß der kardialen parasympathischen Kontrolle extrahiert werden. Aus dem EKG und den linksventrikulären Ausstoß Signalen kann das preejection Zeit als Maß für die kardialen sympathischen Steuerung extrahiert werden. EKG und ICG-Aufnahme wird meist im Labor Einstellungen vorgenommen. Allerdings haben die Themen Bericht zu einem Labor reduziert ökologische Validität, ist nicht immer machbar in großem Maßstab epidemiologischen Studien, und kann für kleine Kinder einschüchtern. Ambulante Vorrichtung für EKG und ICG gleichzeitig löst diese drei Probleme.

Hier präsentieren wir eine Studie Design für eine minimal-invasive und schnelle Beurteilung der kardialen autonomen Kontrolle bei Kindern mit einem validierten ambtorischen Gerät ^1-5, die Freie Universität Ambulante Monitoring System (VU-AMS, Amsterdam, Niederlande, www.vu-ams.nl ).

Protokoll

1. Zubereitung: Inbetriebnahme

1. Sie benötigen:
   • ein VU-AMS5fs ambulanten Aufnahmegerät (einschließlich einer Infrarot-Kabel, das entweder eine Verbindung zum seriellen RS232-Port eines PC oder an einem USB-Port).
   • 7 Elektroden (wir ConMed 1690-003).
   • 2 AA-Batterien aufgeladen.
   • eine leere CompactFlash-Speicherkarte (die VU-AMS5fs wurde ausgiebig mit dem 1GB 80x CF-Karte von Transcend (TS1GCF80) getestet, aber andere CF-Karten sollten auch funktionieren).
   • ein Laptop oder PC mit Flash-Kartenleser und der Data Analysis Management Software (DAMS) Suite installiert.
   • eine Stoppuhr.
   • Musik-Player mit Geschichten für Kinder und Kopfhörer und ein kleines selbst aufblasbare Luftmatratze sind optional.
2. Überprüfen Sie die Uhrzeit und das Datum auf dem Laptop / PC, da diese als Metadaten auf Ihre Dateien aufgezeichnet werden. Setzen Sie die leere Speicherkarte und vollen Batterien in der FE-AMS-Gerät (erfolgreiche Platzierung wird von einem tripl signalisierte Piepton). Wenn das Gerät im Standby-Modus ist, wird das grüne Licht blinkt zweimal alle zehn Sekunden. Dies zeigt, es ist bereit, aber nicht die Aufnahme. Jetzt schließen Sie das Gerät an den Laptop mit dem mitgelieferten Kabel und starten Sie den DAMS Programm. Initiieren Kommunikation mit dem Gerät (Wählen Sie die Registerkarte "Gerät" und wählen Sie den entsprechenden Anschluss-Modus, Infrarot-Kabel oder Bluetooth).
3. Haben die Teilnehmer ausziehen seine / ihre Oberkörper tragen. An den Stellen, wo die Elektroden platziert werden, reinigen Sie die Haut mit Alkohol-Feuchttücher, und legen Sie die sieben Elektroden auf der Brust und Rücken (Abbildung 1). Dann befestigen Sie die Zuleitungen nach dem Farbschema und verbinden Sie diese mit dem Gerät.
4. Überprüfen Sie den Batterietyp und Batteriespannungsanzeige (dies sollte etwa 3,4 V für alkalische und etwa 2,4 V für NiMH-Akkus sein). Füllen Sie das ID-Feld. Die typischen Abtastfrequenzen wie in der Figur (2) gezeigt.
5. Messen Sie den Abstand bwischen die beiden Brust Elektroden in Millimetern, und füllen Sie diese in das Feld 'ICG-V Abstand ". Dann klicken Sie auf "Einstellungen senden", um die aktuellen Einstellungen / ID an das Gerät senden.
6. Nun sollte der "Online"-Option des Programms verwendet werden, um das EKG, &Dgr; Z (dies ist die Atmung) und dZ / dt (dies ist die ICG) anzuzeigen. Die &Dgr; Z Signal spiegelt die Basis Impedanz über den Brustkorb, die nach entsprechender Filterung verwendet, um die Atmung Signal mit hoher Wiedergabetreue ⁷ extrahiert werden kann. Die dZ / dt-Signal ist das &Dgr; Z über der Zeit differenziert und reflektiert schnelle Änderungen in &Dgr; Z in Verbindung mit dem Ausstoß von Blut aus dem Ventrikel in die Aorta.
   1. Eine klare QRST-Komplex sollte im EKG nachweisbar. Die R-Welle ist nach oben, und es sollte die Spitze mit der größten (absoluten) Amplitude in beiden Richtungen erfolgen.
   2. Die &Dgr; Z sollte innerhalb -0.5 und +0,5 Ω die meiste Zeit und dZ / dt zwischen -1 und +1 sein Ω / sec.
   3. Z ₀ sollte Always innerhalb eines 8 bis 20 Ω Bereich bleiben. Diese Variante entspricht der Tatsache, dass der Thorax-Impedanz-Signals von dem Abstand zwischen den Messelektroden, die eine Funktion der Größe des Kindes ist, und der "Nässe" des Thorax Spalte von den Meßelektroden umgeben, Unterschiede in der Körperzusammensetzung (zB BMI) hängt kann die Amplitude des dZ / dt-Signal (Fettmasse, die weniger Wasser als Muskel) beeinflussen. Individuelle Unterschiede in absoluten Z ₀ Amplitude auch im &Dgr; Z reflektierte Signal aber keinen Einfluss auf die Bestimmung der systolischen Zeitintervalle, die Amplituden-unabhängig sind.
   4. Das Signal sollte &Dgr; Z spiegeln tiefe Atmung des Patienten deutlich (anweisen das Kind, um einen langsamen tiefen Atemzug zu nehmen und langsam ausatmen).
   5. In der ICG die typische Wellenform nach oben reflektiert die kardiale Ejektionsphase sollte deutlich nachweisbar. Leichte Bewegung des Motivs nicht verzerren sollte der DZ / dt Signal. Wenn diese Kriterien nicht erfüllt sind, rE-reinigen die Haut und befestigen Sie die Elektroden bis eine zufriedenstellende Signale erhalten werden.
7. Wenn gute Signale erreicht werden, starten Datenaufzeichnung durch Betätigen der Schaltfläche "Start". Sie hören einen Piepton Anerkennung der Beginn der Aufzeichnung und das grüne Licht blinkt einmal alle drei Sekunden. Die Anmeldung hat jetzt begonnen. Schließen Sie die VU-DAMS Programm. Sie können nun das Gerät von der Interface-Kabel.

2. Die Anmeldefrist

1. Sobald die Registrierung begonnen hat, fragen Sie das Kind, sich hinzulegen für die ersten experimentellen Zustand. Wenn das Kind in der Rückenlage (ohne Kopf-up tilt) für zwei Minuten gewesen, Sie kurz (<2 s) drücken Sie den kleinen schwarzen Knopf auf der Oberseite des Gerätes. Durch Drücken dieser Taste markiert ein besonderes Ereignis, und wird später auf Ihnen dabei helfen, den Beginn dieser Bedingung in Ihre Daten.
2. Nach vier Minuten drücken Sie die Veranstaltung erneut. Dies signalisiert das Ende der HinlegenZustand. Jetzt haben das Kind sitzen und wiederholen Sie den Vorgang für diese zweite Bedingung. Drücken Sie die Taste, warten Sie vier Minuten und drücken Sie die Taste erneut. Die Kinder sind angewiesen, ruhig ruhen während dieser Bedingungen.
3. Um die Messung zu beenden, drücken und halten Sie die Taste für mindestens 3 Sekunden. Das Licht blinkt alle 10 Sekunden, um anzuzeigen, es hat aufgehört und ist in "Stand-by"-Modus. Sobald das Gerät gestoppt wurde, können Sie die Anschlusskabel Stecker aus der Buchse und die Zuleitungen von den Elektroden zu trennen.
4. Entfernen Sie die Batterien und der Speicherkarte bilden die VU-AMS-Gerät und setzen Sie den Flash-Karte in der Leseeinheit. Bewegen Sie die erworbenen Dateien in einem bestimmten Verzeichnis (in der Regel der Name des Verzeichnisses wird identisch sein mit dem Thema Kennung zur Identifizierung Feldes verwendet).

3. Die Verarbeitung der Daten

1. Beim Öffnen der Daten mit VU-DAMS-Programm, werden die Daten automatisch aus den Rohdaten-Format (Endung. 5fs) umgewandelt werden </ Em> in ein neues Format (Endung. Amsdata). Dies ist die Datei, die VU-DAMS wird in den folgenden Schritten verwenden werden.
2. Zunächst entpacken Sie das Inter Beat-Intervall Zeitreihen aus dem EKG-Signal. Wählen Sie die Detect R-Zacken Registerkarte. Ein automatisierter Algorithmus werden alle R-Zacken im EKG-Signal erkennen und wählen Sie (falls vorhanden) Perioden mit sehr niedrigen EKG-Qualität für die Herausnahme. In der linken oberen Ecke die Anzahl der Blau (richtig), Gelb (mittel verdächtige) oder rot (höchst verdächtig) angegeben. Durch Drücken '.' (DOT) wird der Cursor auf die nächste verdächtige R-Zacke bewegt und der Benutzer löschen oder Marker für R-Wellen, die von Hand. Es wird empfohlen, mindestens alle höchst verdächtig Beats visuell inspiziert.
3. Das Hauptziel ist es, einen Mittelwert für die Herzfrequenz, der preejection Zeitraum (PEP) und Maßnahmen der respiratorische Sinus-Arrhythmie (RSA, HF, RMSSD) über die verwendeten experimentellen Bedingungen zu erhalten. Daher kann man durch die angibt, welche Zeiträume in den Rohdaten entsprechen vorgehendiese Bedingungen. Dieser Vorgang wird als "Daten Etikettierung". Wählen Sie das Label-Registerkarte Daten. Zwei Tafeln zeigen die Herzfrequenz-Signal und Bewegung Signal jeweils sowie die aktuelle Uhrzeit der Aufnahme.
4. Platzieren Sie den Mauszeiger in der oberen Leiste, wo es heißt "klicken und ziehen, um Etiketten hinzufügen" auf der ganzen Startzeit Ihrer erste Bedingung, und ziehen Sie die Maus, um die Endzeit von diesem Zustand. Diese Zeiten sind entweder aus einer schriftlichen Aufzeichnung von Start-und Endzeiten erhalten (die Sie notiert während der Datenerfassung) oder Sie können die Start-und Stop-Marker aus Drücken der Taste am Anfang und am Ende eines jeden Bedingung erhalten, das sind die vertikale verwenden Linien quer über den HR und Bewegung Graphen.
5. Jedes Etikett kann eine (eindeutige) Kennung, um einen bestimmten Zustand zu signalisieren gegeben werden. In unserem Fall haben wir nur eine Kategorie für unsere Etiketten: experimentelle Bedingung. Diese Kategorie hat zwei Werte: Hinlegen und sitzen.
6. VU-DAMS muss bewusst gemacht werden, die experimentelltal Design durch eine sogenannte Label-Konfigurationsdatei (label.cfg). Dies ist eine ASCII-Datei, die mit den meisten Text-Editoren geöffnet werden kann und zum Beispiel wie folgt aussieht:
   # Exp_condition
   10 Liegen
   11 sitzen
7. Indem die label.cfg Datei in das Verzeichnis der. Amsdata Dateien, wird es automatisch von der FE-DAMS Programm geladen werden. Sobald ein Etikett gemacht worden ist, wird ein Popup-Fenster mit den Kategorien / Werte in der Datei aufgelistet label.cfg erscheinen. Wählen Sie "Hinlegen" für das erste Etikett und 'sitzen' für das zweite Etikett.
8. Nach der Markierung, wählen Sie die 'Impedanz Scoring', um die PEP in der Impedanz EKG punkten. Für jede der Bedingungen ein Gesamtdurchschnitt dZ / dt Wellenform angezeigt wird, zu der EKG-R-Peak-Zeit gesperrt. Ein Ensemble gemittelt EKG unterhalb der dZ / dt Wellenform dargestellt. Legen Sie die vier vertikalen Cursor in die richtigen Positionen: EKG-Q-Wave-Beginn (Beginn der elektrischen Aktivität), ICG B-Punkt (Start der Ejektionsphase), ICG dZ / dt-min (maximal Ausstossgeschwindigkeit) und ICG X-Punkt (Aortenklappenverschlusses - Ende Ejektionsphase).
9. Als nächstes wählen Sie die "Atmung Scoring ', um den Gipfel-Tal RSA mit dem Atmungs-und EKG-Signale zu erzielen. Automatisierte Atem zu Atem Scoring der Atemwege und der kürzesten Intervall interbeat Intervall während der Inspiration und der längsten interbeat Intervall während der Ausatmung können nun eingesehen werden. Typischerweise wird die automatische Erkennung Algorithmus nicht klassifizieren mehr als 15% der Atemzüge als abweichend - sonst inspizieren die Atmungssignal und stimmen die Parameter des Algorithmus nach Bedarf.
   
   Richtlinien für die visuelle Inspektion der EKG, Atmung und ICG-und interaktive PEP und RSA Scoring auf der VU-AMS Website gefunden werden www.vu-ams.nl .

10. Schließlich wählen Sie die Label-Registerkarte. Eine Tabelle mit den Ergebnissen erscheint nach der Berechnung. Jede Zeile steht für die avschnittlichen Wert einer Reihe von physiologischen Parametern (Herzfrequenz, PEP, RSA, RR) für jeden markierten Zeitraum. Die erste Spalte hat das Thema Identifier (Label_ID). Die letzte Spalte zeigt die Werte aller Kategorien beim Etikettieren eingesetzt (hier nur einer einzigen Kategorie "experimentelle Bedingung 'mit zwei Werten," sitzen "und" Hinlegen "). Spectral Befugnisse des interbeat Pausenzeiten Serie sind nur für Etiketten mit einer Länge von mindestens 4 min (sonst fehlenden Code wird angezeigt) gegeben. Die Tabelle in diesem Display kann ASCII oder Excel zur weiteren statistischen Analysen exportiert werden.

Ergebnisse

In der Amsterdam geboren Kinder und ihre Entwicklung Studie, einer niederländischen Interessenten, Längs Geburtskohorte wurde das Messprotokoll in 3.097 Kinder ⁶ gestartet. Zulassung wurde von der Academic Medical Center Medical Ethikkommission, der VU University Medical Center Medical Ethikkommission und dem Ausschuss der Registrierung Amsterdam erhalten. Alle teilnehmenden Mütter gaben eine schriftliche Einverständniserklärung für sich und ihre Kinder.

Da die Monitore leicht und unauffällig sind, vertragen die Kinder diese Messungen sehr gut. Wir haben keine Daten über die Weigerung Rate, aber die Erfahrung hat uns gelehrt, dass nur wenige Kinder die Platzierung der Elektroden und damit behindert weiteren Beurteilung widerstanden. Von den 3.097 Anmeldungen wurden 0,7% entweder wegen Ausfall des Geräts oder Abhandenkommen von Dateien verloren. Von den 3.074 Registrierungen links, waren 98,7% der Kinder, die das gesamte Protokoll (n = 3.056) abgeschlossen. Innerhalb each der markierten Zeiträume (wir ursprünglich vier Zeitabschnitte bezeichnet, später aber diese zusammengefasst zu zwei), trafen wir unklar ICG Signale, dh PEP nicht ermittelt werden konnte. Dies führte zu einem Verlust von 1,5% in der ersten von vier markierten Zeiten, 2,4% in der zweiten, 2,8% im dritten und 4,1% in der vierten Periode geführt. Preisinformationen auf PEP in allen Zeiten gab es in 2.797 Fällen (91,5%, also 8,5% Verlust durch unklare Signale ICG). Preisinformationen auf die Herzfrequenz (HR), Pre-Ausstoß Zeitraum (PEP) und respiratorische Sinus-Arrhythmie (RSA) sowie Geschlecht und Alter, gab es von 2.761 Kindern, in diesem letzten Schritt, aufgetreten 1,3% Datenverlust aufgrund unbekannten Gründen. Insgesamt führten 89,2% der gestarteten Registrierungen in voller Daten unterliegen. Das mittlere Alter der Kinder betrug 5,7 Jahre (SD 0,5; Interquartilenabstand 5.0:6.5) und deren BMI betrug 15,5 kg / m ² (SD 1,5; Interquartilenabstand 13.9:17.2).

Die Mittelwerte der großen Outcome-Variablen HR, PEP und RSA are in Tabelle 1 angegeben und grafisch in Abbildung 3, getrennt für Jungen und Mädchen dargestellt. HR (beide liegend und sitzend) und PEP (nur sitzend) waren höher bei Mädchen als bei Jungen (beide Haltungen). RSA war niedriger bei Mädchen als bei Jungen (beide Haltungen). Die höheren Werte für HR bei Mädchen sind wahrscheinlich durch den unteren vagale (parasympathische) Herz-Steuerung verursacht werden. Ihre sympathische kardiale Kontrolle war nicht anders oder sogar niedriger als bei Jungen (sitzend).

Bei beiden Geschlechtern war höher, wenn HR sitzen gegenüber liegend, während RSA war niedriger als im Sitzen. Dies spiegelt die unteren vagale Kontrolle beim Aufsetzen. PEP war kürzer hinlegt dann sitzen. Dieser Effekt war auch wie erwartet, und es spiegelt das Ergebnis der entgegengesetzten Prozesse: geringere Aktivität des sympathischen Nervensystems (verlängert PEP) im Liegen mit erhöhter Vorspannung (verkürzt PEP) ^7.

	Jungen						Mädchen
	Hinlegen			Sitzen bis			Hinlegen		Sitzen bis
	Bedeuten	SD		Bedeuten	SD		Bedeuten	SD	Bedeuten	SD
Herzfrequenz (bpm)	83,9	9.5	*	89,1	10	* †	86,9	10.1	92,4	10.4	†
Pre-Ausstoß Zeit (ms)	76,9	11,8		78,5	12.2	* †	77,7	10.3	81	11,7	†
Respiratory Sinus Arrhythmie (ms)	127.0	60,4	*	115,7	55,8	* †	121,7	56,8	108,7	51,9	†

Tabelle 1. Cardiac vegetative Nervensystem Maßnahmen bei Jungen und Mädchen, von Haltung auf Körperhaltung Unterschied. P <0,05 für eine Probe T-Test auf Unterschied zwischen den Geschlechtern. † p <0,05 für gepaarte Stichproben T-Test.

Abbildung 1. Die sieben Elektroden sollte auf dem Teilnehmer-Brust und Rücken gelegt werden. Die erste EKG-Elektrode (V-) ist ein Ortd leicht unter dem rechten Schlüsselbein 4 cm auf der rechten Seite des Brustbeins. Die zweite EKG-Elektrode (V +) an der Spitze des Herzens über der neunten Rippe an der linken seitlichen Rand der Brust in etwa in Höhe des Processus xiphodius platziert. Die dritte EKG-Elektrode (GND) ist eine Masse-Elektrode und auf der rechten Seite platziert, zwischen den unteren beiden Rippen auf der rechten Bauch. Die erste ICG Messelektrode (V ₁₎ am oberen Ende des Brustbeins platziert, zwischen den Spitzen der Kragen Knochen. Die zweite ICG Messelektrode am xiphoid Komplex des Brustbeins, wo die Rippen treffen platziert. Die beiden Stromelektroden auf der Rückseite angeordnet: I-auf die Wirbelsäule über die Halswirbel C4, Messen von mindestens 3 cm (1 Zoll) über der ICG-Elektrode V-und I + zwischen Brustwirbel T8 und T9 auf die Wirbelsäule , mindestens 3 cm (1 ") unterhalb des ICG Messung Elektrode V _2. Die ICG Platzierung der Elektroden berücksichtigt, dass der größte Teil des linken Ventrikels DRIVen Änderung Thoraximpedanz wird durch die Spalte zwischen dem Jugulum und dem processus xiphoideus erobert.

Abbildung 2. Die typische Einstellungen für eine Aufnahme durch den DAMS Software nach dem Anschluss an die FE-AMS5fs Gerät angezeigt werden. Klicken Sie hier, um eine größere Abbildung anzuzeigen .

Abbildung 3. Cardiac vegetative Nervensystem Maßnahmen bei Jungen und Mädchen, durch Körperhaltung. * Bezeichnet p <0,05 für eine Probe T-Test auf Unterschied zwischen den Geschlechtern. # Gibtp <0,05 für gepaarte Stichproben T-Test auf die Körperhaltung Unterschied.

Diskussion

Wir verwendeten eine ambulante Aufnahmegerät an kardialen autonomen Steuerung in 3097 Kinder zwischen 5 und 7 Jahren zu messen. Sieben Elektroden genügt, um die EKG-und ICG aus dem sich die Herzfrequenz, Herzfrequenzvariabilität und die systolischen Zeitintervalle wurden extrahiert messen. Die Herzfrequenz-Variabilität in der Atmungskette Frequenzband (RSA) ist ein gültiger Indikator für die kardiale parasympathische Aktivität. Der systolische Zeitintervall, PEP, durch Reflektieren Herzkontraktilität eine gültige Anzeige der kardialen sympathischen Aktivität. Die Mittelwerte für HR, PEP und RSA erhalten, waren die Auswirkungen der Haltung ändert und die Unterschiede zwischen Jungen und Mädchen im Einklang mit dem, was aus der Literatur zu erwarten.

Als ambulante Überwachung entfernt die Notwendigkeit der Beurteilung in einem Labor unserer Aufnahmen konnten in verschiedenen Orten (zB Schule, Sportzentrum, Science Museum), ohne Unterschiede in Signal Aufnahmequalität erfolgen. Es ist jedoch vonentscheidender Bedeutung, um innerhalb oder zwischen Subjekt Vergleiche für Körperhaltung und körperlicher Belastung zu standardisieren, da Nachlast und Vorlast Effekte können mitbestimmen die PEP ohne Änderungen in kardialen sympathischen Antrieb ^7. Wir schließen daraus, dass die ambulante Aufzeichnung des EKG und IKG in großen Stichproben von Kindern ist sehr gut möglich und schlagen die aktuelle standardisierte Studiendesign als nützliche Vorlage für künftige Bewertungen der kardialen autonomen Kontrolle bei Kindern.

Materialien

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