Medindo a atividade cardíaca Nervoso Autônomo (SNA) Sistema em Crianças
1Department of Public Health,Academic Medical Center – University of Amsterdam, 2Department of Epidemiology, Documentation and Health Promotion,Public Health Service of Amsterdam (GGD), 3Department of Biological Psychology,VU University, 4EMGO+ Institute,VU University Medical Center, 5Institute of Health Sciences,VU University, 6Department of Pediatrics,VU University Medical Center
Summary
Medição da atividade do sistema nervoso autônomo geralmente confina a pesquisadora e participante para o laboratório, o que pode proporcionar um ambiente intimidante para crianças. O Sistema de Monitorização Ambulatorial da Universidade VU (VU-AMS) dispositivo pode gravar controle autonômico cardíaco em qualquer configuração. A VU-AMS revelou-se muito favorável para testar em crianças.
Abstract
O sistema nervoso autônomo (SNA) controla as funções automáticas do corpo, principalmente, que estão envolvidos na homeostase, como o ritmo cardíaco, a digestão, a freqüência respiratória, salivação, transpiração e função renal. A ANS tem dois ramos principais: o sistema nervoso simpático, preparando o corpo humano para a ação em tempos de perigo e estresse, eo sistema nervoso parassimpático, que regula o estado de repouso do corpo.
Atividade ANS pode ser medida invasiva, por exemplo, técnicas de radiofármaco ou gravação de microeletrodos de nervos superficiais, ou pode ser medido de forma não invasiva, utilizando mudanças na resposta de um órgão como um proxy para mudanças na atividade ANS, por exemplo, das glândulas sudoríparas ou o coração. Medidas invasivas têm a maior validade, mas são muito pouco viável em amostras de grande porte onde as medidas não-invasivas são a abordagem preferida. Efeitos autonômicos sobre o coração pode ser quantificada fiavelmente pela gravaçãodo electrocardiograma (ECG) em combinação com a impedância cardiograma (ICG), que reflecte as alterações na impedância do tórax em resposta a respiração e a ejecção do sangue do ventrículo para a aorta. A partir dos sinais de ECG e da respiração, arritmia sinusal respiratória pode ser extraído como uma medida de controle parassimpático cardíaca. A partir dos sinais de ejecção do ventrículo esquerdo e do ECG, o período de pré-ejeção pode ser extraído como uma medida de controle simpático cardíaco. ECG e gravação ICG é feito principalmente em ambientes de laboratório. No entanto, ter o relatório de assuntos para um laboratório reduz validade ecológica, nem sempre é factível em estudos epidemiológicos de grande escala, e pode ser intimidante para as crianças. Um dispositivo ambulatorial para ECG e ICG resolve simultaneamente esses três problemas.
Aqui, apresentamos um projeto de estudo para uma avaliação minimamente invasiva e rápida do controle autonômico cardíaco em crianças, usando um amb validadoulatory dispositivo 1-5, o Sistema de Monitorização Ambulatorial da Universidade VU (VU-AMS, Amsterdam, Holanda, www.vu-ams.nl ).
Protocol
1. Preparação: Iniciando Você precisa: um dispositivo de gravação ambulatorial VU-AMS5fs (incluindo um cabo de interface de infravermelho que quer se conecta à porta serial RS232 de um PC ou a uma porta USB). 7 eletrodos (usamos ConMed 1690-003). 2 cobrado pilhas AA. um cartão de memória vazio CompactFlash (a VU-AMS5fs tem sido extensivamente testado com o cartão de 1GB 80x CF da Transcend (TS1GCF80), mas outros cartões CF deve funcionar também). um laptop ou PC com leitor de flash card eo software de gerenciamento de Análise de Dados (DAMS) Suíte instalado. um cronômetro. leitor de música com histórias e fones de ouvido das crianças e um pequeno colchão de ar auto-infláveis são opcionais. Verifique as configurações de data e hora no computador laptop /, uma vez que estes serão gravados como metadados em seus arquivos. Coloque o cartão de memória vazio e pilhas carregadas no dispositivo VU-AMS (colocação bem sucedida é sinalizada por uma triple bip). Quando o dispositivo está no modo de espera, a luz verde pisca duas vezes a cada dez segundos. Isso indica que ele está pronto, mas não a gravação. Agora, conecte o dispositivo ao computador portátil usando o cabo fornecido e inicie o programa de barragens. Iniciar a comunicação com o dispositivo (selecione 'dispositivo' na aba e escolher o modo de conexão apropriado, cabo infravermelho ou Bluetooth). Já o participante tirar sua / seu desgaste superior do corpo. Nos lugares onde os eletrodos serão colocados, limpe a pele com álcool toalhetes, e coloque as sete eletrodos no peito e nas costas (Figura 1). Em seguida, prenda os fios seguindo o esquema de cores, e conectá-los para o dispositivo. Verifique o tipo de bateria e indicação de voltagem da bateria (este deve ser de cerca de 3,4 V para alcalina e cerca de 2,4 V para baterias NiMH recarregáveis). Preencha o campo de identificação. As frequências de amostragem típicos são tal como mostrado na figura (Figura 2). Medir a distância bntre os dois eletrodos no peito, em milímetros, e preencher isso no campo 'ICG-V distância ". Em seguida, clique em "enviar configurações" para enviar as configurações / id atuais para o dispositivo. Agora, a opção 'on-line' do programa deve ser usado para exibir o ECG, ΔZ (esta é a respiração) e dZ / dt (este é o ICG). O sinal ΔZ reflecte a impedância de base através do tórax, a qual depois de filtragem adequada pode ser utilizada para extrair o sinal de respiração com elevada fidelidade 7. O sinal dZ / dt é a ΔZ diferenciada ao longo do tempo e reflete a mudanças rápidas na ΔZ ligadas a ejecção do sangue do ventrículo para a aorta. A clara QRST complexo deve ser detectável no ECG. A onda R deve ser para cima e que deve ser o pico de maior amplitude (valor absoluto) em um ou outro sentido. O ΔZ deve estar dentro de -0,5 e +0,5 Ω a maior parte do tempo e dZ / dt entre -1 e +1 Ω / seg. Z 0 deve ALWAys ficar dentro de uma faixa de 8 a 20 Ω. Esta variação reflecte o facto de que o sinal de impedância tórax depende da distância entre os eléctrodos de medição, que é uma função da altura da criança, e o "molhamento" da coluna de tórax fechado por os eléctrodos de medição, as diferenças na composição do corpo (por exemplo, IMC) podem afectar a amplitude do sinal dZ / dt (massa de gordura que contêm menos água do que o músculo). As diferenças individuais em absoluto Z 0 amplitude também são refletidas no sinal ΔZ, mas isso não afeta a determinação de intervalos de tempo sistólico, que são amplitude independente. O sinal ΔZ deve refletir a respiração profunda do assunto com clareza (instruir a criança a respirar lenta e profunda e expire lentamente). Na forma de onda típica de ICG para cima reflectindo a fase de ejecção cardíaca deve ser claramente detectável. Luz movimento do assunto não deve distorcer o sinal dZ / dt. Se estes critérios não forem cumpridos, re-limpar a pele e re-conectar os eletrodos até sinais satisfatórios são obtidos. Quando bons sinais são atingidos, iniciar a gravação de dados, pressionando o botão 'start'. Você ouvirá um sinal sonoro reconhecendo o início da gravação ea luz verde começará a piscar uma vez a cada três segundos. As inscrições já começou. Feche o programa VU-DAMS. Agora você pode desconectar o dispositivo do cabo de interface. 2. O período de inscrição Uma vez que o registro foi iniciado, pedir que a criança deite durante a primeira condição experimental. Quando a criança está em posição supina (sem head-up tilt) por dois minutos, você em breve (<2 s) pressione o botão preto pequeno na parte superior do dispositivo. Ao pressionar este botão marca um evento especial, e, mais tarde, ajudá-lo a identificar o início desta condição em seus dados. Depois de quatro minutos, prima novamente o botão evento. Isso sinaliza o fim da deitadocondição. Agora que a criança sente-se e repita o procedimento para esta segunda condição. Pressione o botão, esperar quatro minutos e pressione o botão novamente. As crianças são instruídas a descansar tranquilamente durante essas condições. Para interromper a medição, pressione e segure o botão por pelo menos 3 segundos. A luz começa a piscar a cada 10 segundos para indicar que ele parou e está em 'stand por' modo. Uma vez que o dispositivo parou, você pode desconectar o plugue do cabo do conector e os fios dos eletrodos. Retire as pilhas e flash card forma o dispositivo VU-AMS e coloque o cartão de memória flash na unidade de leitor. Mova os arquivos adquiridos em um diretório designado (normalmente o nome do diretório será idêntico ao identificador usado assunto no campo de identificação). 3. Processamento dos Dados Ao abrir os dados com programa de VU-DAMS, os dados serão automaticamente convertidos do formato de dados brutos (extensão. 5fs) </ Em> para um novo formato (extensão. Amsdata). Este é o arquivo de dados que VU-DAMS será utilizado nas etapas seguintes. Primeiro extrair the Beat série Inter tempo de intervalo do sinal de ECG. Selecione a guia Detecção de R picos. Um algoritmo automatizado irá detectar todos os picos-R no sinal de ECG e selecione (se houver) com períodos de muito baixa qualidade ECG para remoção. No canto superior esquerdo é indicado o número de Blue (correto), Amarelo (meio suspeito) ou vermelha (altamente suspeito). Ao pressionar '.' (DOT), o cursor é movido para a próxima suspeita R-pico eo usuário pode apagar ou adicionar marcadores para R ondas com a mão. Recomenda-se que, pelo menos, todos os batimentos são altamente suspeitos inspeccionadas visualmente. O objetivo principal é a obtenção de um valor médio para a freqüência cardíaca, o período de pré-ejeção (PEP) e as medidas de arritmia sinusal respiratória (RSA, HF, RMSSD) através das condições experimentais utilizadas. Portanto proceder indicando quais os períodos dos dados em bruto para corresponderestas condições. Este processo é chamado de "dados de rotulagem. Selecione a guia Dados Label. Dois painéis mostram o sinal de frequência cardíaca e o sinal movimento, respectivamente, bem como o tempo real da gravação. Coloque o cursor do mouse na barra superior onde diz "clique e arraste para adicionar rótulos" por volta da hora de início do seu primeiro estado e arraste o mouse para o tempo do fim dessa condição. Estes tempos são ou obtidos a partir de um registro escrito de início e (que você anotou durante a coleta de dados) parar ou você pode usar o start e marcadores de parada obtida pressionando o botão no início e no final de cada estado, que são a vertical linhas que atravessam os gráficos de RH e movimento. Cada etiqueta pode ser dado um identificador (único) para sinalizar uma condição particular. No nosso caso, temos apenas uma categoria para os nossos rótulos: condição experimental. Esta categoria tem dois valores: deitado e sentado. VU-DAMS precisa estar ciente da experimentaçãoprojeto tal por um chamado arquivo de configuração label (label.cfg). Este é um arquivo ASCII que pode ser aberto com a maioria dos editores de texto e, por exemplo, fica assim: # Exp_condition 10 deitado 11 sentado Ao colocar o arquivo label.cfg no diretório dos arquivos amsdata., Ele será carregado automaticamente pelo programa de VU-DAMS. Uma vez que a etiqueta foi feita, uma tela pop-up aparecerá com as categorias / valores listados no arquivo label.cfg. Selecione "deitado" para a primeira etiqueta e 'sentar-se' para o segundo rótulo. Após a marcação, selecione a guia 'scoring impedância' para marcar o PEP no cardiograma de impedância. Para cada uma das condições de um conjunto média dZ / dt forma de onda é mostrada, tempo bloqueado para o pico R do ECG. Um conjunto de ECG média é apresentada a seguir a dZ / dt onda. Coloque os quatro cursores verticais nas posições corretas: ECG início da onda Q (início da atividade elétrica), ICG B-ponto (início da fase de ejeção), ICG dZ / dt-min (Velocidade máxima de ejeção) e ICG X-point (fechamento da válvula aórtica – final da fase de ejeção). Em seguida, selecione a guia "Scoring Respiração 'para marcar o pico vale RSA usando o respiratório e sinais de ECG. Automated pontuação respiração-a-respiração do intervalo respiratório eo menor intervalo interbatidas durante a inspiração eo maior intervalo interbatidas durante a expiração podem agora ser inspecionado. Tipicamente, o algoritmo de detecção automática não devem classificar mais de 15% das respirações como desviante – caso contrário inspeccionar o sinal de respiração e ajustar os parâmetros do algoritmo de detecção, conforme necessário. Diretrizes para a inspeção visual dos sinais de ECG, ICG e respiração e Pep interativo e pontuação RSA pode ser encontrada no site da VU-AMS, www.vu-ams.nl . Por fim, selecione a guia Informações Label. A tabela com os resultados aparece após o cálculo. Cada linha representa a avvalor tura de uma série de parâmetros fisiológicos (freqüência cardíaca, PEP, RSA, RR) para cada período de tempo marcado. A primeira coluna tem o identificador do objeto (Label_ID). A última coluna indica os valores de todas as categorias usadas durante a rotulagem (aqui só 'condição experimental' a única categoria com dois valores, "sentado" e "deitado"). Potências espectrais do intervalo interbatidas séries vezes são dadas apenas para rótulos com um comprimento mínimo de 4 min (caso contrário, o código ausente é exibida). A planilha nesta exposição podem ser exportados para ASCII ou Excel para análises estatísticas.
Representative Results
Em Amsterdã Nascido Crianças e seu estudo de Desenvolvimento, um estudo prospectivo, de coorte de nascimento longitudinal holandês, o protocolo de medição foi iniciada em 3097 crianças de 6. A aprovação foi obtida a partir do Centro Acadêmico de Medicina Comitê de Ética Médica, Centro Comitê de VU University Medical Ética e da Comissão de Registro de Amesterdão. Todas as mães participantes assinaram termo de consentimento para si e para seus filhos. Como os monitores são leves e discretos, as crianças toleraram muito bem estas medições. Não temos dados sobre a taxa de recusa, mas a experiência ensinou-nos que apenas algumas crianças resistiu a colocação dos eletrodos e uma avaliação mais aprofundada, assim obstruída. Dos 3.097 registros, 0,7% foram perdidos devido a qualquer falha de equipamento ou extravio de arquivos. Dos 3.074 registros de esquerda, 98,7% eram de crianças que completaram todo o protocolo (n = 3.056). Dentro each dos prazos marcados (que originalmente marcado quatro períodos de tempo, mas depois resumido a estes dois), encontramos sinais ICG pouco claras, ou seja, PEP não pôde ser determinado. Isto levou a uma perda de 1,5% no primeiro dos quatro períodos marcados, 2,4% no segundo, 2,8% no terceiro e 4,1% no quarto período. Dados completos sobre PEP em todos os períodos de tempo estava disponível em 2.797 casos (91,5%, portanto, a perda de 8,5%, devido aos sinais pouco claros ICG). Os dados completos sobre a frequência cardíaca (HR), o período de pré-ejecção (PEP) e arritmia sinusal respiratória (RSA), bem como a idade e sexo, estava disponível a partir de 2761 crianças, neste passo final, 1,3% de perda de dados ocorreu, devido às razões desconhecidas. Em geral, 89,2% dos registos iniciados conduziu aos dados completo do assunto. A média de idade das crianças foi de 5,7 anos (DP 0,5; intervalo interquartil 5.0:6.5), e seu IMC foi de 15,5 kg / m 2 (DP 1,5; intervalo interquartil 13.9:17.2). Os valores médios das principais variáveis resultado HR, PEP e RSA are apresentados na Tabela 1 e graficamente ilustrado na Figura 3, separadamente para os rapazes e raparigas. HR (tanto deitado e sentado) e PEP (apenas sentado) foram maiores em meninas do que em meninos (ambas posturas). RSA foi menor em meninas do que em meninos (as duas posturas). Os valores mais elevados para a AR, em raparigas são susceptíveis de ser causada pelo controlo vagai cardíaco inferior (parassimpático). Seu controle simpática cardíaca não foi diferente, ou mesmo menor do que em meninos (sentado). Em ambos os sexos, a FC foi maior quando se senta-se em relação ao deitar-se, ao passo que a RSA foi menor quando sentado. Isso reflete o menor controle vagal quando sentado. PEP foi menor deitado depois sentando-se. Este efeito também foi como o esperado, e reflete o resultado de processos opostos: menor atividade simpática (alonga PEP) enquanto está deitado com o aumento da pré-carga (encurta PEP) 7. <table border="1" class="jove_content_small" fo:keep-together.within-page = "always"> Meninos Meninas Deitado Sentando-se Deitado Sentando-se Significar SD Significar SD Significar SD Significar SD A freqüência cardíaca (bpm) 83,9 9,5 * 89,1 10 * † 86,9 10.1 92,4 10.4 † Período de pré-ejeção (ms) 76,9 11,8 78.5 12.2 * † 77,7 10.3 81 11,7 † Arritmia sinusal respiratória (ms) 127,0 60.4 * 115,7 55,8 * † 121,7 56.8 108,7 51.9 † Tabela 1. Medidas cardíacas sistema nervoso autônomo em meninos e meninas, de postura na diferença de postura. P <0,05 para um T-teste na diferença entre os sexos amostra. † p <0,05 para o teste t de amostras pareadas. Figura 1. Os sete eletrodos devem ser colocados no peito e nas costas do participante. O primeiro eletrodo de ECG (V-) é lugard ligeiramente abaixo da clavícula direita 4 centímetros para a direita do esterno. O segundo eléctrodo do ECG (+ V) é colocado no vértice do coração sobre a nona costela na margem lateral esquerdo do peito, aproximadamente ao nível da xiphodius processus. O terceiro eléctrodo de ECG (GND) é um eléctrodo de terra e é colocado no lado direito, entre as duas nervuras inferiores no abdómen direito. O primeiro eléctrodo de medição de ICG (V 1) é colocado na extremidade superior do esterno, entre a ponta dos ossos da clavícula. O segundo eléctrodo de medição de ICG é colocado no complexo xifóide do esterno, em que as nervuras se encontram. Os dois eléctrodos de corrente estão colocados na parte traseira: I-sobre a coluna vertebral ao longo da vértebra cervical C4, pelo menos, 3 cm (1 cm) acima do ICG de medição do eléctrodo de V-, e I + entre vértebras torácicas T8 e T9 na espinha , pelo menos, 3 cm (1 ") abaixo do ICG medição eletrodo V 2. A colocação dos eletrodos ICG leva em conta que a maior parte do ventrículo esquerdo drivbr mudança na impedância do tórax é capturado pela coluna entre fúrcula ea xiphoideus processus. Figura 2. As configurações típicas usadas para a gravação apresentada pelo software DAMS após a conexão com o dispositivo de VU-AMS5fs. Clique aqui para ver a figura maior . Figura 3. Medidas do sistema nervoso autonômico cardíaco em meninos e meninas, pela postura. * Indica p <0,05 para um T-teste na diferença entre os sexos amostra. # Indicap <0,05 para o teste t de diferença postura amostras pareadas.
Discussion
Nós usamos um dispositivo de gravação ambulatorial para medir o controle autonômico cardíaco em 3097 crianças, com idades entre 5 e 7 anos. Sete eletrodos suficientes para medir o ECG e ICG a partir do qual a freqüência cardíaca, variabilidade da freqüência cardíaca e os intervalos de tempo sistólicos foram extraídos. Variabilidade da freqüência cardíaca na faixa de freqüência respiratória (RSA) é um indicador válido da atividade parassimpática cardíaca. O intervalo de tempo sistólica, PEP, refletindo a contratilidade cardíaca, é um indicador válido da atividade simpática cardíaca. Os valores médios obtidos para o HR, PEP e RSA, os efeitos das alterações posturais e as diferenças entre meninos e meninas ficaram em linha com o que seria esperado a partir da literatura.
Como a monitorização ambulatorial removeu a necessidade de avaliação em um laboratório nossas gravações pode ser feito em vários locais (por exemplo, escola, centro desportivo, museu de ciências), sem diferenças na qualidade de gravação do sinal. No entanto, é deimportância crucial para padronizar dentro ou entre as comparações sujeitos de postura e carga física, pós-carga e pré-carga efeitos podem co-determinar o PEP, sem quaisquer alterações cardíacas drive simpático 7. Conclui-se que a gravação ambulatorial do ECG e ICG em grandes amostras de crianças é altamente viável e propor o desenho do estudo padronizado atual como um modelo útil para futuras avaliações do controle autonômico cardíaco em crianças.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
AEvD foi apoiado pelos holandeses Heart Foundation (DHF-2007B103). Os autores gostariam de agradecer a todas as mães e crianças nos Amsterdã filhos nascidos e seu estudo de Desenvolvimento (ABCD), e toda a equipe de desenvolvimento e manutenção do sistema de VU-AMS na Divisão de Instrumentação – Departamento de Psicofisiologia (Universidade VU, Amesterdão, Países Baixos).
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalogue 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 |
References
- de Geus, E. J., Willemsen, G. H., Klaver, C. H., van Doornen, L. J. Ambulatory measurement of respiratory sinus arrhythmia and respiration rate. Biol. Psychol. 41, 205-227 (1995).
- Goedhart, A. D., van der, S. S., Houtveen, J. H., Willemsen, G., de Geus, E. J. Comparison of time and frequency domain measures of RSA in ambulatory recordings. Psychophysiology. 44, 203-215 (2007).
- Goedhart, A. D., Kupper, N., Willemsen, G., Boomsma, D. I., de Geus, E. J. Temporal stability of ambulatory stroke volume and cardiac output measured by impedance cardiography. Biol. Psychol. 72, 110-117 (2006).
- Riese, H., Groot, P. F. C., van den Berg, M., et al. Large-scale ensemble averaging of ambulatory impedance cardiograms. Behavior Research Methods Instruments & Computers. 35, 467-477 (2003).
- Willemsen, G. H., de Geus, E. J., Klaver, C. H., van Doornen, L. J., Carroll, D. Ambulatory monitoring of the impedance cardiogram. Psychophysiology. 33, 184-193 (1996).
- van Dijk, A. E., van Eijsden, M., Stronks, K., Gemke, R. J., Vrijkotte, T. G. Prenatal stress and balance of the child’s cardiac autonomic nervous system at age 5-6 years. PLoS ONE. 7, e30413 (2012).
- Houtveen, J. H., de Groot, P. F., de Geus, E. J. Effects of variation in posture and respiration on RSA and pre-ejection period. Psychophysiology. 42, 713-719 (2005).
- Goedhart, A. D., Willemsen, G., Houtveen, J. H., Boomsma, D. I., De Geus, E. J. Comparing low frequency heart rate variability and preejection period: two sides of a different coin. Psychophysiology. 45, 1086-1090 (2008).
- van Dijk, A. E., van Eijsden, M., Stronks, K., Gemke, R. J., Vrijkotte, T. G. Cardio-metabolic risk in 5-year-old children prenatally exposed to maternal psychosocial stress: the ABCD study. BMC Public Health. 10, 251 (2010).
- van Lien, R., Goedhart, A., Kupper, N., Boomsma, D., Willemsen, G., de Geus, E. J. Underestimation of cardiac vagal control in regular exercisers by 24-hour heart rate variability recordings. Int. J. Psychophysiol. 81, 169-176 (2011).
Cite This Article
van Dijk, A. E., van Lien, R., van Eijsden, M., Gemke, R. J. B. J., Vrijkotte, T. G. M., de Geus, E. J. Measuring Cardiac Autonomic Nervous System (ANS) Activity in Children. J. Vis. Exp. (74), e50073, doi:10.3791/50073 (2013).