Misurazioni dei parametri di suzione non nutritiva utilizzando un sistema di trasduttori di pressione personalizzato

Riepilogo

Il dispositivo di suzione non nutritiva (NNS) può facilmente raccogliere e quantificare le caratteristiche NNS utilizzando un ciuccio collegato a un trasduttore di pressione e registrato tramite un sistema di acquisizione dati e laptop. La quantificazione dei parametri NNS può fornire preziose informazioni sullo sviluppo neurologico attuale e futuro di un bambino.

Abstract

Il dispositivo di suzione non nutritiva (NNS) è un sistema di trasduttori di pressione trasportabile e facile da usare che quantifica il comportamento NNS dei bambini su un ciuccio. La registrazione e l'analisi del segnale NNS utilizzando il nostro sistema possono fornire misure della durata (s), dell'ampiezza (cmH₂O) e della frequenza (Hz) del burst NNS di un bambino. Una valutazione accurata, affidabile e quantitativa delle NNS ha un valore immenso nel fungere da biomarcatore per il futuro sviluppo dell'alimentazione, del linguaggio, cognitivo e motorio. Il dispositivo NNS è stato utilizzato in numerose linee di ricerca, alcune delle quali hanno incluso la misurazione delle caratteristiche della NNS per studiare gli effetti degli interventi relativi all'alimentazione, la caratterizzazione dello sviluppo della NNS tra le popolazioni e la correlazione dei comportamenti di suzione con il successivo sviluppo neurologico. Il dispositivo è stato utilizzato anche nella ricerca sulla salute ambientale per esaminare come le esposizioni in utero possono influenzare lo sviluppo delle NNS infantili. Pertanto, l'obiettivo generale nella ricerca e nell'utilizzo clinico del dispositivo NNS è correlare i parametri NNS con gli esiti dello sviluppo neurologico per identificare i bambini a rischio di ritardi nello sviluppo e fornire un rapido intervento precoce.

Introduzione

La suzione non nutritiva (NNS) è uno dei primi comportamenti che un bambino può eseguire con la bocca subito dopo la nascita e quindi ha il potenziale per fornire informazioni significative sullo sviluppo del cervello¹. La NNS si riferisce a movimenti di suzione senza apporto nutrizionale (ad esempio, succhiare un ciuccio) ed è caratterizzata da una serie di espressioni ritmiche e movimenti di suzione della mascella e della lingua con pause per la respirazione. È stato notato che i parametri comuni di NNS includono un burst NNS medio (serie di cicli di risucchio) di 6-12 cicli di risucchio con una frequenza intra-burst di due risucchi al secondo²; tuttavia, le caratteristiche della NNS variano tra le popolazioni cliniche ^3,4 e cambiano dinamicamente durante il primo anno di vita⁵. Questi cambiamenti sono attribuiti alla crescita della cavità orale e all'anatomia associata, alla maturazione delle capacità di alimentazione e allo sviluppo neurologico e alle esperienze. Le basi neurali della NNS includono principalmente il generatore di pattern centrale di suzione nel grigio centrale del tronco encefalico, che comprende un'intricata rete di interneuroni e i nuclei dei motoneuroni facciali e trigeminali⁶. Una NNS coordinata si basa anche su percorsi neurali intatti tra le regioni corticali e del tronco encefalico per modulare le sue prestazioni agli stimoli sensoriali ^7,8, il che rende la NNS un indicatore praticabile della funzione e dello sviluppo neurale precoce.

Le misure NNS sono collegate al successo dell'alimentazione nei neonati prematuri ^9,10 e sia i risultati della suzione che dell'alimentazione sono stati collegati al successivo sviluppo motorio, comunicativo e cognitivo 11,12,13. In uno studio retrospettivo che ha caratterizzato 23 bambini in età prescolare con disturbi del linguaggio e motori, l'87% aveva una storia di problemi di alimentazione precoce, che includevano difficoltà a succhiare¹¹. Le prestazioni di suzione nutritiva immediatamente dopo la nascita e le segnalazioni di difficoltà di alimentazione da parte del caregiver erano significativamente associate a più domini di neurosviluppo nei bambini di età^12,14. È interessante notare che la sensibilità e la specificità delle prestazioni alimentari erano superiori alla valutazione ecografica del cervello sulle misure di esito dello sviluppo neurologico¹². In un altro studio, i punteggi delle prestazioni motorie orali di suzione valutati tramite la scala di valutazione oro-motoria neonatale¹⁵ nella prima infanzia sono stati associati a capacità motorie, linguaggio e misure di intelligenza a 2 e 5 anni di età in una coorte di bambini nati prematuramente ^13,16.

Dato che la suzione e l'alimentazione possono essere indicatori sensibili degli esiti dello sviluppo neurologico durante l'infanzia, vi è un bisogno fondamentale di una valutazione accessibile, accurata e quantitativa della NNS per aiutare a identificare i bambini a rischio di sviluppo ritardato e disordinato per fornire un intervento precoce. Questa necessità ha portato alla progettazione e all'utilizzo della ricerca del dispositivo NNS del Speech & Neurodevelopment Lab (SNL). Questo dispositivo portatile include un ciuccio attaccato all'estremità di un'impugnatura facile da impugnare, collegato a un trasduttore di pressione personalizzato progettato internamente e collegato a un centro di acquisizione dati (DAC). Il DAC si collega a un laptop e i dati vengono registrati tramite un software di acquisizione e analisi dei dati. Il trasduttore di pressione misura le variazioni di pressione all'interno del ciuccio e le converte in un segnale di tensione. Il DAC contiene convertitori che modificano il segnale di tensione analogico in valori digitali in cmH₂O che vengono visualizzati e registrati tramite il software di acquisizione e analisi dei dati. Le misure di esito NNS che possono essere analizzate dalla forma d'onda del segnale di aspirazione includono la durata NNS (la durata di un burst di aspirazione misurata in s), l'ampiezza (misurata come altezza di picco sottratta dal picco minimo in cmH₂O), cicli/burst (numero di cicli di aspirazione all'interno di un burst), la frequenza (frequenza intra-burst misurata in Hz), i cicli (numero di cicli di aspirazione che si verificano in un minuto), e burst (numero di burst di risucchio che si verificano in un minuto).

Protocollo

Il comitato di revisione istituzionale della Northeastern University ha approvato studi che utilizzano il dispositivo NNS con soggetti umani (15-06-29; 16-04-06; 17-08-19). Il consenso informato è stato ottenuto da chi si prende cura dei bambini. Tutto il personale di ricerca ha completato la formazione su soggetti umani prima di raccogliere qualsiasi dato con il dispositivo NNS. Il team SNL ha generato diverse risorse e protocolli di formazione per il nuovo personale di ricerca da completare prima della raccolta dei dati utilizzando il dispositivo NNS. Queste sessioni di formazione includono la revisione del seguente protocollo.

1. Configurazione del dispositivo NNS

1. Aprire la custodia trasportabile (Figura 1) e rimuovere i seguenti componenti del dispositivo: DAC e relativo cavo di alimentazione, scatola del trasduttore di pressione personalizzata (scatola NNS) con impugnatura del ricevitore del ciuccio e cavo grigio collegato, computer portatile e cavo USB che lo collega al DAC e ciuccio.
2. Collegare i seguenti componenti: il cavo di alimentazione al DAC e una presa di corrente a tre poli, un cavo grigio collegato alla scatola NNS alla prima porta rotonda anteriore del DAC e un cavo USB al computer portatile e al DAC (Figura 2).
3. Accendere il DAC utilizzando l'interruttore di alimentazione sul retro e accedere al laptop/computer.

2. Calibrazione del dispositivo NNS

1. Rimuovere il calibratore di pressione e la siringa da 1 ml dalla custodia.
2. Svitare il ricevitore del ciuccio nero dall'impugnatura. Avvitare la maniglia sul calibratore di pressione in modo che la maniglia sia orizzontale con il calibratore di pressione (Figura 3A-C).
3. Estrarre completamente lo stantuffo della siringa e quindi avvitarlo nella posizione superiore sul calibratore di pressione. La siringa deve essere perpendicolare al calibratore di pressione (Figura 3D).
4. Sul computer portatile, aprire il foglio di calcolo etichettato SNL Suck Analyzer Calibration File.
   NOTA: Questo file contiene formule che valutano la variabilità della pressione tra l'applicazione di acquisizione e analisi dei dati e il dispositivo di calibrazione della pressione misurato in psi. Nell'angolo in alto a sinistra è presente una casella per l'inserimento dei dati, che viene utilizzata per inserire le letture dei dati dal calibratore di pressione e dal file di calibrazione LabChart (descritto di seguito).
   1. Fare clic con il pulsante destro del mouse sulla scheda Duplica e rinomina come data e selezionare Sposta o Copia.
   2. Nella finestra pop-up Sposta o Copia, fare clic sulla casella Crea una copia all'interno del file di calibrazione di SNL Suck Analyzer, quindi fare clic su OK.
   3. Fare doppio clic sulla scheda appena copiata e rinominarla con la data corrente.
5. Aprire il file di acquisizione e analisi dei dati sul desktop del computer portatile con l'etichetta File di calibrazione.
   NOTA: Assicurarsi che il foglio di calcolo sia ancora visualizzabile sullo schermo del computer portatile, il che potrebbe richiedere la riduzione a icona e la riorganizzazione del foglio di calcolo e delle finestre dell'applicazione di acquisizione e analisi dei dati.
6. Premere il pulsante di accensione sul dispositivo di calibrazione della pressione per accenderlo.
7. Sul computer portatile, selezionare Avvia nel file di calibrazione mentre l'ingranaggio della scatola NNS è su Zero. Controllare il campionamento della forma d'onda nel tempo sul file.
   NOTA: La casella NNS ha due opzioni di impostazione: Zero e Sample. Assicurarsi che sia impostato su Zero prima di iniziare la calibrazione. Il pulsante Start del file si attiverà solo quando il file viene aperto dopo l'accensione dell'applicazione livello dati. Se il file viene aperto e non è possibile fare clic sul pulsante Start, chiudere il file, accendere l'applicazione livello dati e riaprire il file.
8. Nelle rispettive celle del foglio di calcolo (ad esempio, nelle colonne Programma DAC e Calibratore rosso), registrare il valore nell'angolo in alto a destra del file di calibrazione e il valore sul dispositivo di calibrazione della pressione mentre psi è a 0,00 (Figura 4A).
9. Ruotare l'ingranaggio da Zero a Sample sulla casella NNS. Attendere circa 15 s per consentire al trasduttore di pressione di modificare le funzioni di registrazione.
10. Premere lentamente lo stantuffo della siringa finché il calibratore di pressione non raggiunge un valore il più vicino possibile a 0,2 psi, quindi compilare il file di calibrazione con i valori del calibratore di pressione nelle rispettive celle del foglio di calcolo.
11. Ripetere il passaggio 2.10. per i seguenti valori psi: 0,4, 0,6 e 0,8 (Figura 4A).
12. Una volta inseriti tutti i valori nel foglio di calcolo, fare clic su Interrompi nel file di calibrazione. Nel foglio di calcolo, controllare le celle Slope e Goodness of Fit situate a destra della tabella che è stata utilizzata per inserire i valori psi dall'applicazione di acquisizione e analisi dei dati e dal dispositivo di calibrazione (Figura 4B). Se entrambe le celle sono evidenziate in verde, la calibrazione è andata a buon fine; Procedere al passaggio 2.13.
    NOTA: Se una o entrambe le celle sono rosse, cancellare i valori nelle celle di misurazione psi nel foglio di calcolo, ruotare la casella NNS da Sample a Zero, chiudere il file di calibrazione, spegnere il calibratore di pressione premendo il pulsante di accensione , svitare completamente la siringa dal calibratore di pressione ed estrarre completamente lo stantuffo della siringa prima di riavvitarlo. Ripetere i passaggi 2.5. - 2.12.
13. Chiudere il file di calibrazione senza salvare, portare l'ingranaggio della scatola NNS su Zero e spegnere il calibratore di pressione premendo il pulsante di accensione .
14. Svitare la siringa dal calibratore di pressione. Estrarre nuovamente lo stantuffo della siringa e quindi riavvitarlo sul calibratore di pressione.
15. Sul desktop del computer, seleziona e apri il file denominato File delle impostazioni principali. Sul canale superiore del file, fare clic sulla freccia per le opzioni a discesa su Pressione di aspirazione e selezionare Aritmetica.
    NOTA: Assicurarsi che il foglio di calcolo sia ancora visualizzabile sullo schermo del laptop/computer, il che potrebbe richiedere la riduzione a icona e la riorganizzazione del foglio di calcolo e delle finestre dell'applicazione di acquisizione e analisi dei dati.
16. Tra parentesi della casella di testo Formula nel file di acquisizione e analisi dei dati, digitare i valori del foglio di calcolo che si trovano nelle celle blu sopra le celle Pendenza e Bontà di adattamento (Figura 4C). Fare clic su OK nel file.
17. Riaccendere il calibratore di pressione utilizzando il pulsante di accensione . Premere Start sul file delle impostazioni principali. Riportare la casella NNS su Campione e attendere 15 s.
18. Premere lo stantuffo della siringa il più vicino possibile a 0.5 psi come letto sul calibratore di pressione.
19. Scorrere verso destra all'interno del foglio di calcolo e registrare il valore del file delle impostazioni master sotto la cella etichettata DAC e il valore del calibratore di pressione sotto la cella etichettata Calibratore (Figura 4D). Se la cella di errore percentuale è evidenziata in verde, la calibrazione è completata con successo. Se è rosso, cancellare i dati inseriti in questo passaggio e riavviare il processo di calibrazione dal passaggio 2.13.
20. Fare clic su Interrompi nel file delle impostazioni master. Impostare la casella NNS su Zero. Salvare il file delle impostazioni master selezionando File, quindi Salva come impostazioni. Assegnare al file la data della calibrazione riuscita.
21. Nel foglio di calcolo, seleziona File > Salva e quindi File > chiudi.
22. Spegnere il calibratore di pressione premendo il pulsante di accensione . Svitare l'impugnatura e la siringa dal calibratore di pressione e riavvitare il ricevitore nero sull'impugnatura. Spegni, scollega e rimetti i componenti del dispositivo nella custodia.

3. Raccolta di dati sulle suzioni non nutritive

1. Completare i passaggi 1.1. - 1.3. per la configurazione del dispositivo NNS.
2. Lavarsi le mani, indossare guanti in lattice e collegare un ciuccio appena aperto al ricevitore del ciuccio (Figura 5).
3. Aprire il file di acquisizione e analisi dei dati sul desktop del computer portatile con la data di calibrazione più recente. Una volta aperto il file, seleziona Avvia.
4. Ruotare l'ingranaggio della scatola NNS da Zero a Sample. Attendere circa 15 s per consentire al trasduttore di pressione di modificare le funzioni di registrazione.
5. Offri il ciuccio al bambino in una posizione comoda e tienilo per farglielo succhiare per 2-5 minuti (o per quanto tempo è tollerabile per il bambino e comodo con il suo caregiver).
   NOTA: Le posizioni preferibili per misurare la NNS nei bambini sarebbero posizioni di alimentazione ottimali per la loro età. Il ricercatore o un caregiver può offrire al bambino il ciuccio (Figura 6).
6. Quando il bambino ha finito o sono trascorsi 5 minuti, recupera l'impugnatura del ciuccio da chi lo teneva per il bambino e premi Stop sul file. Modificare l'ingranaggio della scatola NNS da Campione a Zero.
7. Rimuovere il ciuccio dal ricevitore e smaltirlo in modo sicuro seguendo tutti i protocolli sanitari istituzionali. Rimuovere e smaltire in modo sicuro i guanti e lavarsi le mani.
8. Salvare il file selezionando Salva con nome e assegnare al file il nome ID del partecipante e la data di raccolta dei dati. Salvare il file sul desktop del computer portatile.
9. Spegni, scollega e rimetti i componenti del dispositivo nella custodia.

4. L'analisi dei succhi non nutritivi è ampia

1. Utilizzando un desktop o un laptop dotato del software di acquisizione e analisi dei dati, aprire il file di dati NNS del partecipante sul desktop facendo doppio clic su di esso.
2. Identificare manualmente i burst di risucchio utilizzando i seguenti criteri: burst NNS con più di un ciclo di risucchio, ogni ciclo di risucchio con un'ampiezza di almeno 1 cmH₂O e forme d'onda entro 1000 ms l'una dall'altra considerate come parte dello stesso burst di risucchio (Figura 7).
   NOTA: è utile modificare la visualizzazione della forma d'onda (fare clic sulla casella Imposta ridimensionamento orizzontale in basso a destra dello schermo per avere le opzioni di zoom avanti e indietro) per identificare meglio i cicli NNS dal rumore. L'analisi viene completata in una vista 50:1. È importante notare che mentre esploriamo le NNS tra le popolazioni, questi criteri possono cambiare man mano che le varie popolazioni mostrano modelli NNS alterati.
3. Per configurare le impostazioni dell'analisi dei picchi, selezionare Analisi dei picchi, quindi Impostazioni, quindi Opzioni tabella. Selezionare le caselle Inizio T, Fine T, Altezza, Area di picco e Periodo . Tutte le altre caselle dovrebbero essere deselezionate.
4. Utilizzare il cursore per fare clic e trascinare una casella attorno al primo burst NNS identificato con i criteri descritti nel passaggio 4.2.
5. Fare clic su Analizza (come parte delle opzioni di analisi dei picchi nella barra degli strumenti superiore), che identificherà i picchi con i parametri specificati nel passaggio 4.3.
6. Fare clic sul pulsante Macro analisi burst , che genererà un menu a comparsa del data pad.
7. Nel riquadro dati inserire una riga nella colonna sopra i dati facendo clic con il pulsante destro del mouse su tale colonna, selezionando Inserisci riga per il primo burst NNS e digitando Min 0-1 (o qualsiasi minuto in cui si verifica il primo burst).
8. Continuare i passaggi 4.4. - 4.6. fino a quando non sono stati selezionati tutti i burst NNS. Continuare a tenere traccia del minuto in cui si verificano i burst caratterizzando il minuto specifico (ad esempio, Min 1-2, Min 2-3) nel data pad.
9. Al termine dell'analisi, selezionare File > Salva con nome e salvare il file NNS analizzato come ID partecipante, data e iniziali del ricercatore. Inoltre, selezionare File > Esporta > solo il data pad come file di testo > Salva per salvare il file del data pad separatamente.
   NOTA: è importante salvare il file NNS non elaborato, il file NNS analizzato e il file di testo.
10. Elaborare il file di testo tramite una macro burst NNS personalizzata. In questo modo viene prodotto un file di testo analizzato che contiene le seguenti variabili di burst: durata, frequenza, altezza (ampiezza), conteggio burst, cicli/burst e cicli/minuto per ogni burst NNS. Contiene anche una media per i due minuti consecutivi di NNS con il numero di cicli più alto, che viene spesso utilizzata per le analisi finali. Regolare in base alla finestra di analisi da analizzare.

Risultati

Il dispositivo NNS è stato utilizzato in numerosi studi pubblicati che incorporano le misure di esito NNS 17,18,19. Nei dati di esempio mostrati nella Figura 7, i burst sono stati identificati manualmente con i seguenti criteri: più di un ciclo di aspirazione per burst, cicli con un'ampiezza di almeno 1 cmH₂O e forme d'onda di aspirazione entro 1000 ms l'una dall'altra. Una volta identi...

Discussione

Il dispositivo NNS presenta diverse limitazioni che è importante riconoscere. Sebbene la NNS fornisca informazioni critiche sull'alimentazione⁹, esiste una notevole quantità di estrapolazione dalla NNS alle prestazioni di alimentazione. Le soluzioni a questa limitazione hanno incluso team di ricerca che hanno abbinato i risultati della NNS con osservazioni effettive sull'alimentazione e questionari completi relativi all'alimentazione per i caregiver per catturare più pienamente il modo in cui l...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
Case	Pelican	1560
Data Acquisition and Analysis Software/LabChart	ADInstruments	8.1.25
Data Acquisition Center (PowerLab 2/26)	ADInstruments	ML826
Laptop	Dell	Latitude 5480
Pressure Calibrator	Meriam Process Technologies	M101
Soothie Pacifier	Phillips Avent	SCF190/01
Syringe	CareTouch	CTSLL1