Измерение сердечного вегетативной нервной системы (ВНС) активности у детей
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
Измерение активности вегетативной нервной системы обычно ограничивает исследователя и участника в лабораторию, которая может обеспечить пугающей среде к детям. VU University Амбулаторная системы мониторинга (VU-AMS) Устройство может записывать сердечный автономного контроля в любых условиях. VU-AMS оказалось очень поддаются тестированию у детей.
Abstract
Вегетативной нервной системы (ВНС) управляет основном автоматические функции тела, которые занимаются гомеостаз, как частота сердечных сокращений, пищеварения, дыхания, слюноотделение, потоотделение и функции почек. ANS имеет две основные ветви: симпатической нервной системы, подготовка человеческого тела к действиям во время опасности и стресса, и парасимпатической нервной системы, которая регулирует состояние покоя тела.
ANS активность можно измерить Инвазивно, например, радиоактивный методы или микроэлектрода записи с поверхностным нервов, или она может быть измерена неинвазивно с помощью изменения в ответ органа как прокси для изменения активности АНС, например потовых желез или сердце. Инвазивных измерений имеют высшую юридическую силу, но очень плохо возможно в больших выборках шкале, где неинвазивной меры являются предпочтительным подходом. Автономная воздействие на сердце может быть надежно количественно путем записиэлектрокардиограммы (ЭКГ) в сочетании с реокардиограмма (ICG), который отражает изменения в грудной клетке сопротивление в ответ на дыхание и выброс крови из желудочка в аорту. Из дыхания и ЭКГ сигналов, респираторный синусовая аритмия может быть извлечен в качестве меры сердечной парасимпатической управления. Из ЭКГ и левый сигналы выброса левого желудочка, preejection период может быть извлечен в качестве меры сердечной симпатической управления. ЭКГ и МКГ записи в основном делается в лабораторных условиях. Однако, имея субъектов отчет в лаборатории значительно снижает экологическую валидность, не всегда выполнимо в крупном масштабе эпидемиологических исследований, и может быть пугающим для детей младшего возраста. Устройство для амбулаторного ЭКГ и МКГ одновременно решает эти три проблемы.
Здесь мы представляем исследование дизайн для минимально инвазивной и оперативная оценка сердечной автономного контроля у детей, с использованием утвержденной AMBulatory устройством 1-5, VU University Амбулаторная системы мониторинга (VU-AMS, Амстердам, Нидерланды, www.vu-ams.nl ).
Protocol
1. Приготовление: Запуск Вам потребуется: VU-AMS5fs амбулаторно записывающего устройства (в том числе кабеля инфракрасного интерфейс, который либо подключается к RS232 последовательный порт ПК или USB-порт). 7 электродов (мы использовали ConMed 1690-003). 2 заряженные АА-батареек. пустой памяти CompactFlash карты (VU-AMS5fs был тщательно протестирован с 1 ГБ карту CF 80x от Transcend (TS1GCF80), но другие карты CF должен работать тоже). ноутбуку или ПК с кард-ридером и управления данными Analysis Software (плотины) Люкс установлены. секундомер. музыкальный плеер с детских рассказов и наушников и небольшой Самонаполн надувном матрасе являются необязательными. Проверьте настройки времени и даты на ноутбуке / PC, так как они будут записаны как метаданные над файлами. Положите чистую карту памяти и полной батареи в VU-AMS Device (успешное размещение сигнализирует триплэлектронный звуковой сигнал). Когда устройство находится в режиме ожидания, зеленый свет мигает два раза каждые десять секунд. Это показывает, что он готов, но не записывает. Теперь подключите устройство к компьютеру с помощью прилагаемого кабеля и запуск программы по плотинам. Установить связь с устройством (выберите «устройство» на вкладке и выбрать подходящий режим и соединение через инфракрасный кабель или Bluetooth). У участника снять его / ее верхнюю одежду тела. В местах, где электроды будут размещаться, протереть кожу спиртом-салфетки и положите семь электроды на груди и спине (рис. 1). Затем приложите проводов после цветовую схему, и подключить их к устройству. Проверьте тип батареи и батареи индикация напряжения (это должно быть около 3,4 В для щелочных и около 2,4 V для аккумуляторов NiMH). Заполните поля идентификации. Типичные частоты выборки, как показано на рисунке (фиг. 2). Измерьте расстояние Between две грудные электроды в миллиметрах, и заполнить его в поле "МКГ-V расстояния. Затем нажмите кнопку "Параметры отправки", чтобы отправить текущие настройки / ID устройства. Теперь, 'Интернет' вариант программы должен быть использован для отображения ЭКГ, DZ (это дыхание) и DZ / ТД (это МКГ). Сигнал Дг отражает базовый импеданс по всей грудной клетке, которые после соответствующей фильтрации могут быть использованы для извлечения сигнала дыхания с высокой точностью 7. DZ / дт сигнал Дг дифференцированы с течением времени и отражает быстрые изменения в Дг, связанных с выбросом крови из желудочка в аорту. Четкое QRST-комплекс должны быть обнаружены на ЭКГ. R-волны должны быть вверх, и он должен быть пик с наибольшим (абсолютный) амплитуды в любом направлении. Дг должна быть в пределах -0,5 и 0,5 Ω большую часть времени и Az / дт между -1 и +1 Ω / с. Z 0 должно ALWAYS оставаться в пределах от 8 до 20 Ω диапазоне. Это изменение отражает тот факт, что сигнал грудной клетки сопротивление зависит от расстояния между измерительными электродами, которое является функцией от роста ребенка, и "влажность" грудной клетки колонка окружена измерительных электродов, различия в составе тела (например ИМТ) может влиять на амплитуду DZ / дт сигнал (жир массы, содержащей меньше воды, чем мышцы). Индивидуальные различия в абсолютной амплитуды Z 0, также отражены в сигнале Дг но это не влияет на определение систолического интервалы времени, которые являются амплитудно-независимой. Сигнал Дг должны отражать глубокое дыхание субъекта четко (поручить ребенку принять медленный глубокий вдох и на выдохе медленно). В МКГ типичный вверх сигнала отражает фазы сердечного выброса должна быть четко обнаруживается. Свет движение объекта не должны искажать DZ / ТД сигнала. Если эти условия не соблюдаются, гэлектронной очистить кожу и снова присоедините электроды до удовлетворительного сигналы не будут получены. Когда хорошие сигналы достигаются, начните данных запись, нажав на кнопку "Пуск". Вы услышите звуковой сигнал, признавая начало записи и зеленый индикатор начнет мигать один раз каждые три секунды. Регистрация настоящее время началось. Закройте VU плотин программы. Теперь Вы можете отсоединить устройство от интерфейсного кабеля. 2. Срок регистрации После регистрации начался, попросить ребенка лечь в первый экспериментальных условиях. Когда ребенок находится в положении лежа на спине (без ортостатической) в течение двух минут, вы вскоре (<2 с) нажмите маленькую черную кнопку на верхней части устройства. Нажатие этой кнопки отмечает специальное мероприятие, и будет в дальнейшем поможет вам определить начало этого условия в ваших данных. Через четыре минуты, нажмите кнопку еще раз событие. Это сигнализирует о конце лежасостоянии. Теперь есть ребенок сидеть и повторите процедуру для этого второго условия. Нажмите кнопку, ждать четыре минуты и нажмите кнопку еще раз. Дети поручено спокойно отдыхать во время этих условий. Для остановки измерения нажмите и удерживайте кнопку в течение не менее 3 сек. Свет будет мигать каждые 10 секунд, чтобы указать, он остановился и находится в 'стоять' режиме. Когда устройство остановилась, вы можете отключить шнур вилку провода от разъема и проводов от электродов. Выньте батареи и флэш-карты формы ВУ-AMS Device и поместить флэш-карту в считывающее устройство. Перемещение приобретенного файлов в определенной папке (обычно имя каталога будет идентична предметом идентификатор, который используется для идентификации поля). 3. Обработка данных После открытия данными с ВУ-DAMS программы, данные будут автоматически преобразованы из сырого формата данных (с расширением. 5FS) </ EM> в новый формат (расширение. Amsdata). Это файл данных, который VU плотин будет использоваться в последующих шагах. Сначала извлечь Интер Удар интервал временных рядов из сигнала ЭКГ. Выберите Detect R-пиков вкладку. Автоматизированный алгоритм обнаруживает все R-пиков в ЭКГ сигналов и выбора (если присутствует) периоды с очень низким качеством ЭКГ для удаления. В верхнем левом углу количество синих (правильный), желтый (средние подозрительно) или красный (очень подозрительно) указывается. При нажатии '.' (DOT) курсор перемещается к следующему подозрительных R-пик, и пользователь может удалять или добавлять маркеры R-волны вручную. Рекомендуется, чтобы по крайней мере все очень подозрительно ударов визуально осматриваются. Основной целью является получение среднего значения частоты сердечных сокращений, preejection период (PEP) и меры дыхательных синусовая аритмия (RSA, HF, RMSSD) через условиях эксперимента. Поэтому продолжить, указав какие периоды в исходных данных соответствуютэти условия. Этот процесс называется "данные маркировки. Выберите вкладку данные этикетки. Две панели отображение сигнала сердечного ритма и движения сигнала соответственно, а также фактическое время записи. Поместите курсор мыши в верхнем баре, где он говорит: "нажмите и перетащите, чтобы добавить ярлыки" на отметке времени начала вашего первого условия и перетащите указатель мыши в конец времени этого условия. Эти времена получают либо от письменное упоминание о времени начала и окончания (что вы записали во время сбора данных), или вы можете использовать маркеры начала и конца получены от нажатия кнопки в начале и в конце каждого условия, которые являются вертикальными линии, проходящие через HR и графики движения. Каждая метка может быть дано (единственный), чтобы сигнализировать идентификатор конкретного состояния. В нашем случае у нас есть только одна категория для наших этикетках: условия эксперимента. Эта категория имеет два значения: лежа и сидя. VU плотин должны быть поставлены в известность о экспериментальноТаль дизайн так называемые метки файла конфигурации (label.cfg). Это текстовый файл, который можно открыть с большинством текстовых редакторов, и, например, выглядит так: # Exp_condition 10 лежа 11 сидит Размещая label.cfg файла в каталоге. Amsdata файлы, он будет автоматически загружен VU плотин программы. После того, как этикетка была сделана, всплывающих появится экран с категориями / значений, перечисленных в label.cfg файла. Выбрать 'лежа' для первой этикетки и 'сидит' на второй этикетке. После маркировки, выберите вкладку "Сопротивление Оценка" забить PEP в реокардиограмма. Для каждого из условий, усредненных по ансамблю DZ / дт сигнала отображается, время синхронизации с ЭКГ R-пика. Ансамбль усредненной ЭКГ представлена ниже DZ / ТД сигнала. Поместите четыре вертикальных курсоров в правильной позиции: ЭКГ Q-волна начала (начало электрической активности), МКГ B-точка (начало выброса фаза), DZ МКГ / ТД-мин (максимальная скорость выброса) и МКГ X-точке (аортальный клапан закрытия – конец выброса фаза). Затем выберите вкладку "Дыхание Оценка" забить пик-долина RSA использованием дыхательной и сигналы ЭКГ. Автоматизированная дыхания к дыханию озвучивание дыхательных интервала и кратчайшим interbeat интервал, в течение вдохновение и самый длинный interbeat интервал, в течение срока теперь могут быть проверены. Обычно автоматизированного алгоритма обнаружения не должно классифицировать более чем на 15% от вдоха как отклонение от нормы – в противном случае проверки сигнала дыхания и настройки параметров алгоритма обнаружения по мере необходимости. Руководящие принципы для визуального контроля ЭКГ, МКГ и дыхания сигналов и интерактивных PEP и RSA скоринга можно найти на VU-AMS сайте, www.vu-ams.nl . Наконец, выберите вкладку информация на этикетках. Таблица результатов появляется после расчета. Каждая строка представляет AVerage значение ряд физиологических параметров (частота сердечных сокращений, PEP, RSA, RR) для каждого обозначенный период времени. Первый столбец имеет тему идентификатора (Label_ID). Последняя колонка показывает значения всех категорий, используемых при маркировке (здесь только одну категорию «экспериментальное условие" с двумя значениями, «сидя» и «лежа»). Спектральные мощности серии interbeat интервал времена даны только для этикетки с минимальной длиной 4 мин (в противном случае отсутствует код отображается). Таблицу на этом экране могут быть экспортированы в ASCII или EXCEL для дальнейшего статистического анализа.
Representative Results
В Амстердаме новорожденных детей и их развитие исследований, голландский проспективное продольной когорты рождения, протокол измерений была начата в 3097 детей 6. Одобрение было получено от Академический медицинский центр Медицинский комитет по этике, VU University Medical Center медицинский этический комитет и Комитет регистрационной службы Амстердама. Все участвующие матери дали письменное информированное согласие на себя и своих детей. Как мониторы легкие и ненавязчивые, дети переносятся эти измерения очень хорошо. У нас нет данных об отказе скорости, но опыт учит нас, что лишь немногие дети сопротивлялись размещения электродов и тем самым препятствует дальнейшей оценки. Из 3097 регистраций, 0,7% были потеряны в результате либо отказа оборудования или неправильного файлов. Из 3074 регистраций слева, 98,7% были дети, которые завершили весь протокол (N = 3056). В EACH меченого периоды времени (мы изначально помечены четыре периода времени, но позже кратко их на два), мы столкнулись с неясным МКГ сигналов, то ПКП не может быть определен. Это привело к потере 1,5% в первой из четырех периодов меченый, 2,4% во втором, 2,8% в третьем и 4,1% в четвертом периоде. Полные данные об PEP во всех периодов времени была доступна в 2797 случаях (91,5%, при этом 8,5% потерь в связи с неясной сигналы МКГ). Полные данные на частоту сердечных сокращений (HR), предварительно выброса периода (ПКП) и дыхательных синусовая аритмия (RSA), а также пол и возраст, была доступна от 2761 детей, в этом последнем шаге 1,3% потери данных происходит из-за неизвестным причинам. В целом, 89,2% начали регистрацию привело к полной субъект данных. Средний возраст детей составил 5,7 лет (стандартное отклонение 0,5; вероятное отклонение 5.0:6.5), а их ИМТ составил 15,5 кг / м 2 (SD 1.5; вероятное отклонение 13.9:17.2). Средние значения основных показателей исхода, HR, PEP и RSA ARэлектронной приведены в таблице 1 и графически изображена на рисунке 3, отдельно для мальчиков и девочек. HR (как лежа и сидя) и PEP (только сидя) были выше у девочек, чем у мальчиков (как позы). RSA была ниже у девочек, чем у мальчиков (как позы). Чем выше значения для HR у девочек, скорее всего, обусловлено более низкой блуждающего (парасимпатического) сердечной управления. Их симпатических сердечных управления не отличается или даже ниже, чем у мальчиков (сидя). У обоих полов, HR был выше, когда сидит по сравнению с лежа, в то время как RSA была ниже, когда сидя. Это отражает нижнюю блуждающего контроль, когда сидя. PEP был короче лежа затем сидя. Этот эффект был также как и ожидалось, и это отражает результаты противоположные процессы: снижение симпатической активности (удлиняет PEP) в положении лежа с повышением преднагрузки (сокращает PEP) 7. <table border="1" class="jove_content_small" fo:keep-together.withВ-страницы = "всегда"> Мальчики Девочки Лежа Сидя Лежа Сидя Означать Южная Дакота Означать Южная Дакота Означать Южная Дакота Означать Южная Дакота Частота сердечных сокращений (BPM) 83,9 9,5 * 89,1 10 * † 86,9 10,1 92,4 10,4 † Предварительно период изгнания (мс) 76,9 11,8 78,5 12,2 * † 77,7 10,3 81 11,7 † Дыхательная аритмия синуса (мс) 127,0 60,4 * 115,7 55,8 * † 121,7 56,8 108,7 51,9 † Таблица 1. Сердечная вегетативной нервной системой измерения в мальчиков и девочек, от позы на позу разницы. Р <0,05 для одного образца Т-тест на половые различия. † р <0,05 для парных образцов Т-тест. Рисунок 1. Семь электродов должен быть помещен на груди участника и обратно. Первый электрод ЭКГ (V-) является местомг немного ниже правой ключицы 4 см справа от грудины. Второй электрод ЭКГ (V +) помещается на верхушке сердца за девятые ребра на левой боковой край грудной клетки примерно на уровне xiphodius отростка. Третий электрод ЭКГ (GND) является заземленным электродом и находится на правой стороне, между нижней два ребра в правой части живота. Первый измерительный электрод ICG (V 1) помещается на верхнем конце грудины, между концами ключицы. Второй измерительный электрод МКГ помещается в мечевидного комплекс грудины, где ребра с концами. Двух нынешних электроды расположены на задней панели: I-на позвоночник за шейные позвонки C4, не менее 3 см (1 дюйм) выше ICG измерения электрод V-, и я + между грудными позвонками T8 и T9 на позвоночнике , не менее 3 см (1 ") ниже МКГ измерения электрод V 2. МКГ размещения электродов учесть, что большую часть левого желудочка факEN изменение импеданса грудной клетки в плен к колонке между супрастернальные качество, и отросток xiphoideus. Рисунок 2. Стандартные настройки используются для записи, отображаемой программой DAMS после подключения к VU-AMS5fs устройства. Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок . Рисунок 3. Сердечная вегетативной нервной системой измерения в мальчиков и девочек, по осанке. * Обозначает р <0,05 для одного образца Т-тест на половые различия. # Показываетр <0,05 для парных образцов Т-тест от позы разницы.
Discussion
Мы использовали амбулаторно записывающее устройство для измерения сердечного автономного контроля в 3097 детей в возрасте от 5 до 7 лет. Семь хватило электроды для измерения ЭКГ и МКГ, из которой частота сердечных сокращений, вариабельность сердечного ритма и интервалы времени систолического были извлечены. Вариабельности сердечного ритма в дыхательных полосе частот (RSA) является допустимым показателем сердечного парасимпатической активности. Интервал времени систолического, PEP, отражая сократительной способности сердечной мышцы, является допустимым показателем сердечной симпатической активности. Средние значения, полученные для HR, PEP и RSA, последствия изменения позы и различия между мальчиками и девочками были в соответствии с тем, что можно было бы ожидать от литературы.
Как амбулаторное мониторирование удалена необходимость оценки в лаборатории наши записи может быть сделано в различных местах (например, школа, спортивный центр, музей науки) без различий в качестве сигнала записи. Тем не менее, она имеетрешающее значение для стандартизации в пределах или между субъектом сравнения для осанки и физическая нагрузка, а постнагрузки и преднагрузки эффекты могут совместно определить PEP без каких-либо изменений в сердечной симпатической нервной системы 7. Мы заключаем, что амбулаторное запись ЭКГ и МКГ в больших выборках детей является весьма возможно и предложить текущий стандартизированный дизайн исследования как полезный шаблон для будущих оценок сердечной автономного контроля у детей.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
AEvD при поддержке голландского фонда сердца (DHF-2007B103). Авторы хотели бы поблагодарить всех матерей и детей в Амстердаме детей, рожденных и их развития (ABCD) исследования, и вся команда Разработка и сопровождение VU-AMS системы в Отделе по Инструменты – Департамент по психофизиологии (VU University, Амстердам, Нидерланды).
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).