Çocuklarda Ölçme Kardiyak Otonom Sinir Sistemi (ANS) Faaliyet

Özet

Otonom sinir sistemi aktivitesi ölçümü genellikle sınırları çocuklara korkutucu bir ortam sağlayabilir laboratuar, için araştırmacı ve katılımcı. VU Üniversitesi Gezici İzleme Sistemi (VU-AMS) cihaz herhangi bir ortamda kardiyak otonomik kontrolü kaydedebilirsiniz. VU-AMS çocuklarda test için çok müsait olduğunu kanıtladı.

Özet

Otonom sinir sistemi (ANS) kalp hızı, sindirim, solunum hızı, tükürük, ter ve böbrek fonksiyonu gibi, homeostasis ilgileniyoruz ağırlıklı otomatik vücut fonksiyonları kontrol eder. Tehlike ve stres zamanlarında eylem için insan vücudu hazırlayan sempatik sinir sistemi, ve vücudun dinlenme durumuna düzenleyen parasempatik sinir sistemi,: ANS iki ana şubesi bulunmaktadır.

Veya ANS aktivite yüzeysel sinirlerden radyotracer teknikleri veya mikroelektrot kayıt ile örneğin, invaziv ölçülebilir, ya da ter bezlerinin örneğin, ANS aktivite değişiklikleri için bir proxy olarak bir organ tepkisi değişiklikleri kullanarak non-invaziv ölçülebilir kalp. Invaziv ölçümler en yüksek geçerliliği var ama non-invaziv önlemler tercih edilen yaklaşım büyük ölçekli örneklerde çok kötü mümkün bulunmaktadır. Kalp üzerinde otonomik etkileri güvenilir kayıt ile belirlenebilirsolunum yanıt olarak toraks empedans değişiklikleri ve aort içine ventrikülden kan ejeksiyon yansıtan empedans cardiogram (ICG), ile birlikte elektrokardiyogram (EKG) değildir. Solunum ve EKG sinyalleri, solunum sinüs aritmi kalp parasempatik kontrolü bir ölçüsü olarak elde edilebilir. EKG ve sol ventrikül ejeksiyon sinyallerinden, preejeksiyon dönemde kardiyak sempatik bir kontrol önlemi olarak elde edilebilir. EKG ve ICG kayıt çoğunlukla laboratuvar ortamlarında yapılır. Ancak, laboratuvara konular raporu olan büyük ekolojik geçerlilik azaltır, her zaman büyük ölçekli epidemiyolojik çalışmalarda yapılabilir değildir ve küçük çocuklar için korkutucu olabilir. EKG ve ICG için ayakta cihazı aynı anda bu üç sorunları çözer.

Burada, geçerli bir amb kullanarak, çocuklarda kardiyak otonom kontrol minimal invaziv ve hızlı değerlendirme için bir çalışma tasarımı mevcutulatory cihaz ^1-5, VU Üniversitesi Gezici İzleme Sistemi (VU-AMS, Amsterdam, Hollanda, www.vu-ams.nl ).

Protokol

1. Hazırlık: Başlatma

1. İhtiyacınız:
   • Bir VU-AMS5fs ayaktan kayıt cihazı (bir PC RS232 seri port veya USB bağlantı noktasına bağlanan bir kızılötesi arabirim kablosu dahil).
   • 7 elektrotlar (biz ConMed 1690-003 kullanılır).
   • 2 adet AA-pil şarj.
   • boş bir CompactFlash bellek kartı (VU-AMS5fs yaygın (TS1GCF80) Transcend gelen 1GB 80x CF kart ile test edilmiştir, ancak diğer CF kartları çok çalışması gerekir).
   • flash kart okuyucu ve Veri Analizi Yönetim Yazılımı (BARAJLAR) paketi ile bir dizüstü bilgisayar veya PC yüklü.
   • bir kronometre.
   • çocuk hikayeleri ve kulaklık ve küçük kendini şişme hava yatağı ile müzik çalar isteğe bağlıdır.
2. Bu dosyalarınız üzerinde meta olarak kaydedilecektir yana, dizüstü / PC üzerinde saat ve tarih ayarlarını kontrol edin. (Başarılı yerleştirme bir tripl tarafından bildirilir VU-AMS cihaz boş hafıza kartı ve tam pil koymake bip). Cihaz bekleme modundayken, yeşil ışık iki kez her on saniye yanıp söner. Bu kayıt hazır değil, gösterir. Şimdi verilen kablosunu kullanarak dizüstü bilgisayara bağlamak ve BARAJLAR programını başlatın. Cihazı (sekme 'alet' seçin ve uygun bağlantı modu, kızılötesi kablo veya bluetooth seçin) ile iletişim kurmaya.
3. Katılımcı onun / onu üst vücut giyim çıkarmak var. Elektrotlar yerleştirilir yerlerde, alkol mendil ile cilt temizleyin ve göğüs ve sırt (Şekil 1) yedi elektrotlar yerleştirin. Daha sonra renk düzeni takip eden kurşun teller takın ve cihaza bağlayın.
4. Pil tipi ve akü voltajı göstergesi (bu şarj edilebilir NiMH piller için alkali ve 2.4 V 3.4 V olmalıdır) kontrol edin. Kimlik alanını doldurun. Tipik bir örnekleme frekansı gibi şekil (Şekil 2) de gösterilmiştir.
5. Mesafe b ölçünetween iki göğüs milimetre cinsinden elektrotlar ve alan 'ICG-V mesafe' bu doldurun. Daha sonra cihaza geçerli ayarları / ID göndermek için 'ayarları gönderebilir tıklayın.
6. Şimdi, programın 'Online' seçeneğini EKG, ΔZ (bu solunum) ve dZ / dt (bu ICG olan) görüntülemek için kullanılmalıdır. ΔZ sinyali uygun filtreleme sonra yüksek sadakat ⁷ ile solunum sinyali ayıklamak için kullanılabilir toraks genelinde baz empedans, yansıtır. DZ / dt sinyal zaman içinde farklılaşan ΔZ ve aort içine ventrikülden kan ejeksiyon bağlantılı ΔZ hızlı değişiklikleri yansıtır.
   1. Net bir QRST-kompleksi EKG'de tespit olmalıdır. R dalgası yukarı olmalı ve her iki yönde en büyük (mutlak) genlik ile zirve olmalıdır.
   2. ΔZ -1 ile +1 arasında zaman ve dZ / dt en Ω -0.5 ve +0.5 içinde olmalıdır Ω / sn.
   3. Z ₀ alwa gerekirys bir 8 ila 20 Ω aralığında kalmak. Bu değişim göğüs empedans sinyal çocuğun yüksekliğinin bir fonksiyonudur Ölçüm elektrotları ve Ölçüm elektrotları tarafından kapalı toraks sütunun 'ıslaklık', vücut kompozisyonu farklılıkları (örneğin VKİ) arasındaki mesafeye bağlı olduğu gerçeğini yansıtmaktadır dZ / dt sinyal (yağ kitlesi kas daha az su içeren) genliği etkileyebilir. Z ₀ mutlak genliği olarak bireysel farklılıklar aynı zamanda ΔZ sinyal yansıtılır ancak bu genlik bağımsız sistolik zaman aralıkları, belirlenmesi etkilemez.
   4. ΔZ sinyal açıkça konunun derin nefes alma (çocuğun yavaş derin bir nefes almak için talimat ve yavaş yavaş nefes verin) yansıtmalıdır.
   5. Olarak kardiyak ejeksiyon faz yansıtan tipik yukarı dalga ICG açıkça tespit olmalıdır. Konunun ışık hareketi dZ / dt sinyal deforme olmamalıdır. Bu kriterler, r karşılanmazsacilt E-temiz ve tatmin edici sinyaller elde edinceye kadar elektrotlar yeniden takın.
7. Iyi sinyal elde edildiğinde, 'start' düğmesine basarak veri kayıt başlar. Bu kaydın başlangıç ​​ve yeşil ışık her üç saniyede bir yanıp sönmeye başlar kabul bir bip sesi duyacaksınız. Kayıt şimdi başlamıştır. VU-BARAJLAR programı kapatın. Artık arabirim kablosunu cihazın bağlantısını kesebilirsiniz.

2. Kayıt Dönemi

1. Kayıt başladıktan sonra, çocuğun ilk deneysel durum için yatmak istiyoruz. Çocuğun iki dakika yatar pozisyonda (head-up tilt olmadan) olmuştur zaman, kısa bir süre (<2 sn) cihazın üstündeki küçük siyah düğmesine basın. Bu düğmeye basıldığında özel bir olay işaretleri, ve daha sonra size veri bu durumun başlangıç ​​belirlemenize yardımcı olacaktır.
2. Dört dakika sonra tekrar olay düğmesine basın. Bu yatarken sonunda sinyalleridurumu. Şimdi çocuğun oturup bu ikinci durum için prosedürü tekrarlayın var. Düğmesine basın, dört dakika bekleyin ve tekrar düğmesine basın. Çocuklar bu koşullarında sessizce dinlenmek için talimat vardır.
3. Ölçümü durdurmak için, basın ve en az 3 saniye düğmesini basılı tutun. Işık durdu ve modu 'stand by' olduğunu gösterdiğinden her 10 saniye yanıp söner. Cihaz durduktan sonra, elektrotlar gelen konektörü ve kurşun teller kurşun tel fiş kesebilir.
4. Pil ve flash kart formu VU-AMS cihazı çıkarın ve okuyucu ünitesinde flash kart yerleştirin. Belirli bir dizin (genellikle dizinin adını kimlik alanında kullanılan konu tanımlayıcı aynı olacaktır) için alınan dosyaları taşıyın.

3. Veri İşleme

1. VU-BARAJLAR programını kullanarak veri açıldığında, verileri otomatik olarak ham veri formatı (uzantısı. 5fs) dönüştürülmüş olacak <Yeni bir biçim (uzantısı. Amsdata) için / em>. Bu VU-BARAJLAR takip eden adımda kullanacağınız veri dosyasıdır.
2. İlk EKG sinyalinden Inter bitirin Aralığı zaman serisi ayıklayın. Algılama R-zirveleri sekmesini seçin. Otomatik bir algoritma EKG sinyali tüm R tepe tespit etmek ve (eğer varsa) çıkarılması için çok düşük bir EKG kalitesi ile dönemleri seçecektir. Sol üst köşesinde Mavi sayısı (doğru), Sarı (orta şüpheli) veya KIRMIZI (çok şüpheli) gösterilir. Tarafından basarak '.' (DOT) imleç bir sonraki şüpheli R-tepe taşınır ve kullanıcı elle silmek veya R-dalgaları için işaretleri ekleyebilirsiniz. En az tüm yüksek şüpheli atım görsel olarak kontrol tavsiye edilir.
3. Temel amacı, kalp hızı, preejeksiyon süresi (PEP) ve kullanılan deneysel koşullar arasında solunum sinüs aritmi (RSA, HF, RMSSD) ölçümleri için bir ortalama değer elde etmektir. Bu nedenle ham veri dönemlerine karşılık gelen belirterek devamBu koşullar. Bu işlem 'veri etiketleme' olarak adlandırılır. Etiket Veri sekmesini seçin. İki panel kalp atış hızı sinyalini ve hareket sinyali, sırasıyla, hem de kaydın gerçek zamanı gösterir.
4. Bu "tıklayın ve etiket eklemek için sürükleyin" ilk durumun başlangıç ​​zamanı civarında ve bu durumun bitiş zamanı için fareyi sürükleyin diyor üst çubuğunda fare imleci yerleştirin. Bu kez ya başlangıç ​​bir yazılı kayıt elde edilen ve saatleri (veri toplama sırasında aşağı not aldığınız) durdurmak ya da dikey olan her durumun başlangıç ​​ve sonunda düğmeye basarak elde edilen başlangıç ​​ve bitiş işaretleri kullanabilirsiniz vardır İK ve hareket grafikler üzerinde çalışan hatları.
5. Her etiket belirli bir durumu işaret için (benzersiz) tanımlayıcı verilebilir. Deneysel durumu: Bizim durumumuzda bizim etiket için sadece bir kategori var. Yatarak ve oturarak: Bu kategorinin iki değeri vardır.
6. VU-DAMS deneysel haberdar olması gerekirBir sözde etiket yapılandırma dosyası (label.cfg) tarafından tal tasarım. Bu çoğu metin editörleri ile açıldı ve, örneğin, bu gibi görünüyor olabilir bir ASCII dosyasıdır:
   # Exp_condition
   10 yatarak
   11 kadar oturma
7. . Amsdata dosyaları dizinde label.cfg dosyası yerleştirerek, otomatik olarak VU-BARAJLAR program tarafından yüklenecektir. Bir etiket yapıldıktan sonra, ekran açılır label.cfg dosyasında listelenen kategoriler / değerleri ile görünür. Ilk etiket için 'yatarak' ve ikinci etiket için 'oturup' seçin.
8. Etiketleme sonra, empedans cardiogram içinde KEP puan için 'Empedans puanlama' sekmesini seçin. Koşullarının her biri için bir topluluk dZ / dt dalga şekli görüntülenir ortalama, EKG R-tepe zaman kilitli. Bir topluluk EKG dZ / dt dalga aşağıda sunulmuştur ortalama. EKG S-dalgası başlangıçlı (elektriksel aktivite başlar), B-noktası ICG (ejeksiyon faz başlar), ICG dZ / dt-dakika (: doğru pozisyonlarda dört dikey imleçler yerleştirinmaksimum ejeksiyon hızı) ve ICG X-noktası (aort kapak kapatma - ejeksiyon faz sonu).
9. Daha sonra, tepe-vadi solunum kullanarak RSA ve EKG sinyallerini puan için 'Solunum Puanlama' sekmesini seçin. Solunum aralığı ve ilham sırasında kısa interbeat aralığı ve ekspirasyon sırasında en uzun interbeat aralığının Otomatik nefes-to-nefes puanlama artık kontrol edilebilir. Genellikle otomatik algılama algoritması sapkın olarak nefes fazla 15% sınıflandırmak gerekir - aksi takdirde solunum sinyal incelemek ve gerektiği gibi algılama algoritması parametreleri ayarlamak.
   
   EKG, ICG ve solunum sinyalleri ve etkileşimli PEP ve RSA puanlama görsel muayene için rehber VU-AMS web sitesinde, bulunabilir www.vu-ams.nl .

10. Son olarak, etiket bilgisi sekmesini seçin. Sonuçları ile bir tablo hesaplama sonra görünür. Her satır av temsilHer etiketli bir süre için fizyolojik parametrelerin (kalp atım hızı, PEP, RSA, RR) bir dizi talaması değer. İlk sütun konu tanımlayıcı (Label_ID) sahiptir. Son sütun etiketleme sırasında kullanılan tüm kategoriler değerlerini gösterir (burada iki değeri sadece tek bir kategori 'deneysel durumu', 'oturup' ve 'yatarak'). Interbeat aralığı kez serinin spektral yetkileri sadece 4 dakika (aksi takdirde eksik kodu görüntülenir) en az süresini etiketler için verilmiştir. Bu ekranda tablo daha ileri istatistiksel analizler için ASCII veya EXCEL ihraç edilebilir.

Sonuçlar

Amsterdam doğumlu Çocuklar ve onların Geliştirme çalışması, Hollandalı bir prospektif, uzunlamasına doğum kohort olarak, ölçüm protokolü 3.097 çocuk ⁶ başladı. Onay Akademik Tıp Merkezi Tıbbi Etik Kurul, VU Üniversitesi Tıp Merkezi Tıbbi Etik Komitesi ve Amsterdam Tescil Komitesi elde edilmiştir. Katılan tüm anneler kendileri ve çocukları için yazılı bilgilendirilmiş onam verdi.

Izler hafif ve göze batmayan olduğu için, çocuklar çok iyi bu ölçümler tolere. Biz reddetme oranı veri yok, ama deneyimi sadece birkaç çocuk elektrot yerleştirme ve böylece tıkalı daha fazla değerlendirme karşı öğretti. 3.097 kayıtların,% 0.7 nedeniyle ekipman yetersizliği veya dosya yanlış yere koyma ya kaybedildi. Sol 3.074 kayıt dışında, 98.7% tüm protokol (n = 3,056) tamamlanmış çocuk vardı. Adet içindeetiketli süreler (biz aslında dört süreler etiketli, ancak daha sonra iki bu özetlenmiştir) bir kanal, biz KEP tespit edilemeyen, yani belirsiz ICG sinyalleri karşılaştı. Bu dört etiketli dönem, ikinci% 2.4, üçüncü% 2,8 ve dördüncü dönemde% 4,1 'lik ilk giren% 1.5 kaybına yol açtı. Tüm zamanların dönemlerde KEP tamamlandı veri 2.797 olguda (böylece% 91.5, net ICG sinyalleri nedeniyle 8.5% kayıp) sunulmuştu. Kalp atım hızı (KAH), ön-ejeksiyon süresi (PEP) ve solunum sinüs aritmisi (RSA), hem de cinsiyet ve yaş tam veri, 2.761 çocuklardan mevcut, bu son adımda,% 1.3 veri kaybı meydana, nedeniyle bilinmeyen nedenler. Genel olarak, ait kayıtların 89.2% tam konusu veri yol açtı. Çocukların yaş ortalaması 5.7 yıl (SD 0.5; çeyrekler arası aralık 5.0:6.5) idi, ve BMI 15.5 kg / m ² (SD 1.5; çeyrekler arası aralık 13.9:17.2) oldu.

Önemli sonuç değişkenleri HR, PEP ve RSA ar ortalama değerleriE Tablo 1'de verilen ve grafiksel kız ve erkek çocuklar için ayrı ayrı Şekil 3, tasvir. HR (hem yatarak ve oturup) ve PEP (sadece oturup) erkek (her iki duruşlar) göre kızlarda daha yüksekti. RSA erkek (her iki duruşlar) daha kızlarda düşüktü. Kızlar İK için daha yüksek değerler alt vagal (parasempatik) kalp kontrolü neden olması muhtemeldir. Onların sempatik kalp kontrolü farklı ya da erkek (oturan) göre daha da düşük değildi.

Oturup zaman RSA düşük iken, yatarak kıyasla otururken Her iki cinsiyette de İK yüksekti. Bu kadar oturan alt vagal kontrolü yansıtır. PEP sonra yatarak oturup kısaydı. Bu etki de beklendiği gibi oldu, ve ters süreçlerin sonucunu yansıtmaktadır: artış önyükleme (kısaltır KEP) ⁷ ile yatarken düşük sempatik aktivite (PEP uzatır).

	Boys						Kızlar
	Yatarak			Kadar oturma			Yatarak		Kadar oturma
	Ortalama	SD		Ortalama	SD		Ortalama	SD	Ortalama	SD
Kalp hızı (bpm)	83.9	9.5	*	89.1	10	* †	86.9	10.1	92.4	10.4	†
Ön ejeksiyon süresi (msn)	76.9	11.8		78.5	12.2	* †	77.7	10.3	81	11.7	†
Solunum sinüs aritmi (msn)	127.0	60.4	*	115.7	55.8	* †	121.7	56.8	108.7	51.9	†

Tablo 1. Duruş farkı duruş erkek ve kız kardiyak otonom sinir sistemi önlemler,. S bir örnek cinsiyet farkı T-test için <0.05. † p eşleştirilmiş örnekler t-testi için <0.05.

Şekil 1. Yedi elektrotlar katılımcının göğüs ve sırt konulmalıdır. Ilk EKG elektrodu (V-) yerd biraz sternum sağındaki doğru köprücük kemiği 4 cm altında. İkinci EKG elektrodu (V +) yaklaşık processus xiphodius düzeyinde göğsün sol yan kenarında dokuzuncu kaburga üzerinde kalbin tepesinde yer alır. Üçüncü EKG elektrodu (GND) bir toprak elektrot ve sağ karın de alt iki kaburga arasında, sağ tarafta yer alıyor. İlk ICG ölçüm elektrodu (V ₁₎ yaka kemiklerin uçları arasında, sternum en sonunda yerleştirilir. İkinci ICG ölçüm elektrodu kaburga karşılamak sternum, bir kılıç şeklinde karmaşık yerleştirilir. Iki akım elektrot geri yerleştirilir: I-on servikal vertebra C4 üzerinde omurga, ICG üzerinde en az 3 cm (1) elektrodun V-ve I + torakal vertebra T8 ve T9 arasındaki omurga üzerinde ölçüm , elektrodun V ₂ ölçüm ICG altında en az 3 cm (1 "). ICG elektrot yerleştirme dikkate alır sol ventrikül driv en büyük bölümünütoraks empedans en değişiklik suprasternal çentik ve processus xiphoideus arasındaki sütun tarafından yakalanır.

Şekil 2. VU-AMS5fs cihaza bağladıktan sonra BARAJLAR yazılımı tarafından görüntülenen bir kayıt için kullanılan tipik ayarlar. büyük rakam görmek için buraya tıklayın .

Şekil 3,. Kız ve erkek kardiyak otonom sinir sistemi önlemleri, duruş. * Bir örnek cinsiyet farkı T-testi için p <0.05 gösterir. # Gösterirp eşleştirilmiş duruş fark T-test için <0.05.

Tartışmalar

Biz 5 ve 7 yaş arasındaki 3097 çocuklarda kardiyak otonomik kontrolü, ölçmek için bir ayaktan kayıt cihazı kullanılır. Yedi elektrotlar kalp hızı, kalp hızı değişkenliği ve sistolik zaman aralıkları çıkarıldı hangi EKG ve ICG ölçmek için yeterli oldu. Solunum frekans bandında kalp hızı değişkenliği (RSA) kardiyak parasempatik aktivite geçerli bir göstergesidir. Kardiyak kontraktilite yansıtarak sistolik zaman aralığı, PEP, kardiyak sempatik aktivite geçerli bir göstergesidir. İK, PEP ve RSA için elde edilen ortalama değerler, duruş değişiklikleri ve kız ve erkek çocuklar arasındaki farkların etkilerini literatürde beklenen ne doğrultusunda idi.

Ayakta izlemeyi bir laboratuvarda değerlendirmenin gerekliliği kaldırıldı olarak bizim kayıtları sinyal kayıt kalitesi farklılıklar olmadan çeşitli yerlerde (örneğin okul, spor merkezi, bilim müzesi) olarak yapılabilir. Bununla birlikte, bunun birafterload ve ön etkileri kalp sempatik sürücü ⁷ herhangi bir değişiklik olmadan PEP birlikte belirleyebilirsiniz gibi son derece önemli, duruş ve fiziksel yük için konu karşılaştırmalar içinde veya arasında standardize etmek. Biz EKG bu ayaktan kayıt sonucuna ve çocukların büyük örneklerinde ICG son derece mümkündür ve çocuklarda kardiyak otonom kontrol gelecekteki değerlendirmeler için yararlı bir şablon olarak geçerli standart çalışma tasarımı öneriyoruz.

Malzemeler

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