Misurazione cardiaca Sistema Nervoso Autonomo (ANS) Attività in Toddlers - Riposo e di sviluppo sfide
Summary
Descriviamo i metodi per il monitoraggio continuo del sistema nervoso autonomo sotto di riposo e di provocazione condizioni con 18 mesi di età i bambini. I risultati hanno rivelato che questo protocollo può produrre risposte fisiologiche significative in entrambi i rami del sistema nervoso autonomo e suscitare notevole variabilità individuale nei modelli di risposte.
Abstract
Il sistema nervoso autonomo (ANS) è costituito da due rami, il sistema nervoso simpatico e parasimpatico, e controlla la funzione degli organi interni (ad esempio, la frequenza cardiaca, la respirazione, la digestione) e risponde a tutti i giorni e le esperienze avverse 1. Misure ANS nei bambini sono stati trovati per essere correlato a problemi di comportamento, regolazione delle emozioni, e la salute 2-7. Pertanto, la comprensione dei fattori che influenzano lo sviluppo ANS durante la prima infanzia è importante. Entrambi i rami degli ANS influenzano risposte cardiovascolari dei bambini piccoli agli stimoli e sono stati misurati in maniera non invasiva, tramite apparecchiature di monitoraggio esterno, utilizzando misure valide e affidabili del cambiamento fisiologico 8-11. Tuttavia, vi sono pochi studi su bambini molto piccoli con misure simultanee del sistema nervoso simpatico e parasimpatico, che limita la comprensione del funzionamento integrato dei due sistemi. Inoltre, il majority degli attuali studi di bambini riferiscono sulle misure di riposo ANS infanti o la loro reattività al usata comunemente paradigmi di interazione madre-bambino, e meno si sa circa ANS reattività ad altre condizioni difficili. Presentiamo un progetto di studio e protocollo standardizzato per la valutazione non invasiva e rapida del controllo autonomico cardiaco a 18 mesi di età i bambini. Descriviamo i metodi per il monitoraggio continuo dei rami simpatico e parasimpatico degli ANS in condizioni di riposo e di sfida nel corso di una visita a domicilio o di laboratorio e di fornire risultati descrittivi dal nostro campione di 140 bambini etnicamente diversi che utilizzano attrezzature convalidato e software di punteggio. I risultati hanno rivelato che questo protocollo in grado di produrre una serie di risposte fisiologiche sia per il riposo e le condizioni evolutivamente impegnative, come indicato da cambiamenti nella frequenza cardiaca e gli indici di attività simpatico e parasimpatico. Gli individui hanno dimostrato variabilità riposo livelli, responses alle sfide e reattività sfida, che fornisce ulteriori prove che questo protocollo è utile per l'esame delle differenze individuali ANS per i più piccoli.
Introduction
Le differenze individuali nel sistema nervoso autonomo per bambini (ANS) reattività svolgono un ruolo importante nello sviluppo e nella manutenzione di problemi di salute fisica e mentale 12-16. Un crescente corpo di evidenze rivela che le differenze individuali nelle misure ANS a riposo e reattività sono predittivi di variazioni nei bambini di internalizzazione e di esternalizzazione psicopatologia 4,9,17-19 e 7,20 salute fisica. Oltre a questi effetti diretti o principali di ANS funzionamento, un organismo di accumulo di studi hanno trovato che la reattività dei bambini può interagire con i fattori di rischio contestuali, come ad esempio eventi avversi o conflitto coniugale, per moderare gli effetti sul benessere dei bambini e la salute (vedi riferimento 21 per una rassegna). Nonostante questo crescente evidenza che la reattività autonomica dei bambini gioca un ruolo nella salute in tutto il corso della vita, e l'interesse che accompagna in questi processi, ciè la necessità di ulteriori ricerche esamina l'andamento delle ANS funzionamento nei bambini sotto i tre anni di età.
L'ANS è costituito da due rami, il sistema nervoso simpatico e parasimpatico. Si regola la funzione degli organi interni (ad esempio, la frequenza cardiaca, la respirazione, la digestione e l'eccitazione sessuale), in gran parte attraverso meccanismi inconsci, in risposta a tutti i giorni e negative esperienze 1. Il sistema nervoso parasimpatico (SNP) è la 'di riposo e ristoratore' il sistema che mantiene un basso tasso cardiaca a riposo e lo stato rigenerante quando dorme o rilassare il sistema nervoso simpatico (SNS) è il sistema di 'lotta o fuga' che risponde alle emergenze o minacciare situazioni di accelerare la frequenza cardiaca 23. Respiratorio aritmia sinusale (RSA) è un indice affidabile dell'influenza PNS sul funzionamento cardiaco, e il periodo di pre-espulsione (PEP) è un indice affidabile dell'influenza SNS sulla vetturaDiac funzionante. Sia RSA e PEP sono stati trovati per essere misure valide attraverso sperimentale blocco farmacologico in campioni di adulti 24,25. Più di recente, questo lavoro è stato esteso in campioni di bambini e adolescenti, stabilire ulteriori RSA e PEP come misure valide e affidabili di attività ANS durante lo sviluppo 8,26,27. Misure di impedenza cardiography affidabili (PEP) utilizzando elettrodi band e Spot sono stati utilizzati per un tempo considerevole in campioni adulti 28. Più di recente, le tecniche di misurazione e di analisi parallele hanno anche dimostrato di essere affidabile e valida in campioni di bambini 11,29,30, anche se la raccolta delle misure PEP nei bambini è rara.
Vi è un grande corpo esistente di letteratura sulla PNS funzionanti nei neonati e nei bambini piccoli, tra cui il tono vagale e le misure del seno aritmia respiratoria. Ci sono meno studi del SNS utilizzando PEP, e pochissimi contemporaneamente esaminando sia lasistema nervoso simpatico e parasimpatico, che è fondamentale per la costruzione di comprensione del loro funzionamento altamente integrato. Tra i pochi studi di Pep dei bambini piccoli, la maggior parte trova che i loro protocolli non producono significativi cambiamenti a livello di gruppo in PEP in risposta alle sfide 8,31. Gli studi hanno dimostrato che non vi è la stabilità in misure PNS a partire nell'infanzia riposo e hanno rapporti con il temperamento, il comportamento e la salute, 13,16,26,32,33 ma c'è una comprensione limitata di SNS rispondere e la sua stabilità nel tempo, relazioni per lo sviluppo, ei fattori che determinano che la sua traiettoria di sviluppo. Risposte PNS sono stati attribuiti principalmente per l'impegno sociale 16 e le risposte SNS proposto di riflettere "lotta o fuga risposte" 1 così come la sensibilità ricompensa (vedi riferimento 34 per una rassegna). Nei bambini piccoli, è difficile simulare le sfide specifiche in un laborary e per coinvolgerli a causa della loro capacità di attenzione brevi. Ci sono anche le sfide di misura per i più piccoli che possono sperimentare il disagio con i sette elettrodi in loco necessari per misurare PNS e SNS contemporaneamente. Inoltre, all'interno dei campi della scienza dello sviluppo, ci pochi standard su come suscitare "stress reattività" sufficientemente rispettando anche le esigenze di sviluppo dei bambini e l'etica nel lavoro con i bambini. Questo articolo presenta le informazioni sulla gestione e il punteggio di un protocollo standardizzato composto da condizioni di riposo e impegnativi progettati per suscitare le risposte del sistema nervoso simpatico e parasimpatico da 18 mesi di età i bambini.
ANS reattività è tipicamente concepito come la risposta fisiologica ad una discreta esterna stimolo rispetto ad un confronto o stato di riposo, che varia tra i singoli organismi 22. L'esame dei primi eziologia vita mentale e fisica cheproblemi Alth ha portato gli scienziati a essere particolarmente interessato a comprendere la reattività dei bambini a situazioni che evocano adattivo rispondere o possono essere pensati come sfide stressanti. La preponderanza della letteratura si riferisce a questo fenomeno come "reattività allo stress", anche se incontrando stimoli difficili ha il potenziale per ottenere risposte in una vasta gamma di settori. Così, il protocollo descritto di seguito è stato progettato per ottenere risposte ANS in più domini, tra cui due forme di riposo (durante l'ascolto di una ninna nanna rilassante e durante la visione di una calma, il video neutro) e tre sfide evolutivamente-appropriati per 18 mesi di età: anticipazione / spaventare (jack-in-the-box), sensoriali (succo di limone), e socioemotional (l'ascolto di un grido infantile malato). Il protocollo è stato adattato dai nostri protocolli esistenti per 12 mesi di età 8 e 3-5 anni 11, al fine di renderlo evolutivamente impegnativo, coinvolgente e tollerabile per i più piccoli (18-21 Mesi).
Ecco a voi la Developmental sfide Protocol (DCP) e ANS dati del bambino di 18 mesi visita di studio dello stress, Mangiare e presto lo sviluppo (SEED) Studio di donne in gravidanza e la loro prole. partecipanti materno con gravidanze sane sono stati reclutati nel corso 2013-14 per uno studio di aumento di peso gestazionale e lo stress prenatale e erano in sovrappeso, basso reddito, e razzialmente ed etnicamente diversificata. il consenso informato dei genitori per lo studio della sua prole è stata ottenuta solo dopo la nascita e di nuovo prima dell'inizio della raccolta dei dati per lo studio riportato qui, quando la prole erano 18-21 mesi di età durante il 2014-2015.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo studio ha rivelato che, all'interno di un campione di 18 mesi di età i bambini, di riposo standardizzate e attività sfida progettati per ottenere risposte da una serie di domini (sussultare, sensoriale, sociale, di riposo) ha portato ad una serie di risposte ANS. Gli ANS medi risposte trovati in queste condizioni di riposo e di sfida erano simili ai valori ANS riportati da altri che hanno misurato ANS reattività con bambini che usano compiti simili 8,11,27,29. I livelli medi di misure ANS trovat…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research was supported by NIH 1 U01 HL097973, NHLBI 5 R01 HL116511-02, UCSF-CTSI Grant Number UL1 TR000004, the Robert Wood Johnson Health and Society Scholars Program, and the Lisa and John Pritzker Family Foundation. The authors also wish to acknowledge Michelle Stephens for her assistance with scoring the ANS data as well as Vanessa Tearnan, Marialma Gonzales-Cruz, Yurivia Cervantes, Amy Engler, Stephanie Grover and Karen Jones-Mason for their assistance in collecting the ANS data, and Michael Coccia for his help with the data. We are also thankful to the families for their generous participation in this research and to the volunteers who helped us to test and refine this protocol, including the first author’s two children. We want to acknowledge our mentors who taught us about measuring ANS and why measuring ANS responsivity is meaningful in young children: W. Thomas Boyce, Gary Bernston, and Dave Lozano.
Materials
| ANS equipment | |||
| Laptop and power cord | Dell | 60-0107-3.0 | Mindware BioLab software requires a PC with 2 USB ports |
| ANS data collection software | Mindware | contact company | BioLab acquisition program |
| ANS data acquisition unit and cords | Mindware | 50-3711-08 | BioNex 8-slot Chassis |
| Snap leads | Mindware | 93-0498-00 | 2 white, 2 red, 2 brown, 1 black |
| Spot electrodes | Kendall | 31112496 | 130 model; 7 for each assessment + extras-to be sealed in a ziplock bag at all times) |
| ANS scoring/editing software | Mindware | contact company | HRV Analysis, version 3.1.0F and IMP Analysis, version 3.1.0I |
| Protocol equipment | |||
| tablet computer | Apple | iPad; for playing audio and video clips | |
| portable speaker | Polariod | PBT510 | |
| Jack in the Box | Schylling | SMJB | Sock Monkey theme |
| Lemon juice | ReaLemon | 98077 | 0.14oz shelf-stable packets |
| Pasture pipettes | Grainger | 6FAV9 | 1 ml size, disposable |
| Portion cups | Dart Solo Con | 250PC | 2.5 oz, disposable, plastic |
| audio files of baby cry | Alkon lab | 30 second clip recorded in a neonatal intensive care unit | |
| audio file of baseline lullaby | Rockabye Baby Music | 60 seconds of "Across the Universe" on "Rockabye Baby Lullaby Renditions of the Beatles" CD | |
| audio file of final lullaby | Rockabye Baby Music | 60 seconds of "Here Comes the Sun" on "Rockabye Baby Lullaby Renditions of the Beatles" CD | |
| video file of neutral video | 2 minutes of Baby Einstein video | ||
| Retractable measuring tape | Rollfix | TM04 | |
| Miscellaneous materials | |||
| Surge protector | to plug in all electronics | ||
| 2-prong adapter for surge protector | |||
| Video camera | Sony | Handycam HDR-CX440 | |
| Video Encoder, power and input cords | Mindware | 50-8614-01 | optional; to sync video and ANS data files |
| Baby wipes and gauze | for cleaning and drying oily skin | ||
| Toys | to distract children during assessment | ||
| Visual aids | pictures of child with electrodes on, description of protocol to show participants | ||
| Script of protocol for research assistants | |||
| Charging cords for tablet and speaker | |||
| Doll and reinforcer | for demonstration if necessary |
References
- Berntson, G., Quigley, K., Lozano, D., Cacioppo, J. T., Tassinary, L. G., Bernston, G. G. Chapter 8, Cardiovascular Psychophysiology. Handbook of Psychophysiology. , (2007).
- Boyce, W. T., et al. Early father involvement moderates biobehavioral susceptibility to mental health problems in middle childhood. J. Am. Acad. Child Adolesc. Psychiatry. 45, 1510-1520 (2006).
- Loman, M., Gunnar, M. Early experience and the development of stress reactivity and regulation in children. Neurosci. Behav. Physiol. 34, 867-876 (2010).
- Calkins, S. D., Graziano, P. A., Keane, S. P. Cardiac vagal regulation differentiates among children at risk for behavioral problems. Biol. Psychol. 74, 144-153 (2007).
- Kroenke, C. H., et al. Autonomic and Adrenocortical Reactivity and Buccal Cell Telomere Length in Kindergarten Children. Psychosom. Med. 73, 533-540 (2011).
- Obradović, J., Bush, N. R., Stamperdahl, J., Adler, N. E., Boyce, W. T. Biological sensitivity to context: The interactive effects of stress reactivity and family adversity on socioemotional behavior and school readiness. Child Dev. 81, 270-289 (2010).
- Alkon, A., et al. Latino children’s body mass index at 2-3.5 years predicts sympathetic nervous system activity at 5 years. Child Obes. 10, 214-224 (2014).
- Alkon, A., et al. The ontogeny of autonomic measures in 6- and 12-month-old infants. Dev. Psychobiol. 48, 197-208 (2006).
- Conradt, E., Measelle, J., Ablow, J. C. Poverty, Problem Behavior, and Promise: Differential Susceptibility Among Infants Reared in Poverty. Psychol. Sci. 24, 235-242 (2013).
- Alkon, A., Boyce, W. T., Davis, N. V., Eskenazi, B. Developmental Changes in Autonomic Nervous System Resting and Reactivity Measures in Latino Children from 6 to 60 Months of Age. J. Dev. Behav. 32, 668-677 (2011).
- Alkon, A., et al. Developmental and contextual influences on autonomic reactivity in young children. Dev. Psychobiol. 42, 64-78 (2003).
- Boyce, W. T., Ciccheti, D., Cohen, D. J. . Developmental Psychopathology: Developmental Neuroscience. II, 797-817 (2006).
- Beauchaine, T. P., Gatzke-Kopp, L., Mead, H. K. Polyvagal Theory and developmental psychopathology: emotion dysregulation and conduct problems from preschool to adolescence. Biol. Psychol. 74, 174-184 (2007).
- Beauchaine, T. Vagal tone, development, and Gray’s motivational theory: toward an integrated model of autonomic nervous system functioning in psychopathology. Dev. Psychopathol. 13, 183-214 (2001).
- Conradt, E., Measelle, J., Poverty Ablow, J. C. Problem Behavior, and Promise: Differential Suceptibility Among Infants Reared in Poverty. Psychol. Sci. 24, 235-242 (2013).
- Porges, S. W. The polyvagal perspective. Biol. Psychol. 74, 116-143 (2007).
- Boyce, W. T., et al. Autonomic reactivity and psychopathology in middle childhood. Br. J. Psychiatry. 179, 144-150 (2001).
- Crowell, S., et al. Autonomic correlates of attention-deficit/hyperactivity disorder and oppositional defiant disorder in preschool children. J. Abnorm. Psychol. 115, 174-178 (2006).
- Raine, A. Autonomic nervous system factors underlying disinhibited, antisocial, and violent behavior. Biosocial perspectives and treatment implications. Ann. N.Y. Acad. Sci. 794, 46-59 (1996).
- Boyce, W. T., Alkon, A., Tschann, J. M., Chesney, M. A., Alpert, B. S. Dimensions of psychobiologic reactivity: Cardiovascular responses to laboratory stressors in preschool children. Ann. Behav. Med. 17, 315-323 (1995).
- Bush, N. R., Boyce, W. T., Lewis, M., Rudolph, K. D. The Contributions of Early Experience to Biological Development and Sensitivity to Context. Handbook of Developmental Psychopathology. , 287-309 (2014).
- Matthews, K. A., et al. . Handbook of Stress, Reactivity, and Cardiovascular Disease. , (1986).
- Alkon, A., Wolff, B., Boyce, W., Maholmes, V., King, R. . The Oxford Handbook of Poverty and Child Development. , (2012).
- Berntson, G. G., Cacioppo, J. T., Quigley, K. S. Autonomic cardiac control. I. Estimation and validation from pharmacological blockades. Psychophysiology. 31, 572-585 (1994).
- Sherwood, A., Allen, M. T., Obrist, P. A., Langer, A. W. Evaluation of beta-adrenergic influences on cardiovascular and metabolic adjustments to physical and psychological stress. Psychophysiology. 23, 89-104 (1986).
- Calkins, S. D., Keane, S. P. Cardiac vagal regulation across the preschool period: Stability, continuity, and implications for childhood adjustment. Dev. Psychobiol. 45, 101-112 (2004).
- Quigley, K., Stifter, C. A comparative validation of sympathetic reactivity in children and adults. Psychophysiology. 43, 116-143 (2006).
- Sherwood, A., Royal, S., Hutcheson, J., Turner, J. Comparison of impedance cardiographic measurements using band and spot electrodes. Psychophysiology. 29, 734-741 (1992).
- Allen, M. T., Matthews, K. A. Hemodynamic responses to laboratory stressors in children and adolescents: the influences of age, race, and gender. Psychophysiology. 34, 329-339 (1997).
- van Dijk, A. E., et al. Measuring cardiac autonomic nervous system (ANS) activity in children. J. Vis. Exp. , (2013).
- Treadwell, M. J., Alkon, A., Styles, L., Boyce, W. T. Autonomic nervous system reactivity: children with and without sickle cell disease. Nurs. Res. 60, 197-207 (2011).
- Stifter, C. A., Dollar, J. M., Cipriano, E. A. Temperament and emotion regulation: the role of autonomic nervous system reactivity. Dev. Psychobiol. 53, 266-279 (2011).
- Bar-Haim, Y., Marshall, P. J., Fox, N. A. Developmental changes in heart period and high-frequency heart period variability from 4 months to 4 years of age. Dev. Psychobiol. 37, 44-56 (2000).
- Beauchaine, T. P. Physiological Markers of Emotional and Behavioral Dysregulation in Externalizing Psychopathology. Monogr. Soc. Res. 77, 79-86 (2012).
- Kamarck, T. W., Lovallo, W. R. Cardiovascular reactivity to psychological challege: Conceptual and measurement considerations. Psychosom. Med. 65, 9-21 (2003).
- Fox, N. A., Schmidt, L. A., Henderson, H. A., Marshall, P. J., Cacioppo, J. T., Tassinary, L. G., Bernston, G. G. Chapter 20, Developmental Psychophysiology: Conceptual and Methodological Issues. Handbook of Psychophysiology. , 453-481 (2007).
- Gilissen, R., Koolstra, C., van Ijzendoorn, M., Bakermans-Kranenburg, M., van der Veer, R. Physiological reactions of preschoolers to fear-inducing film clips: Effects of temperamental fearfulness and quality of the parent-child relationship. Dev. Psychobiol. 49, 187-195 (2007).
- Bush, N. R., Alkon, A., Stamperdahl, J., Obradović, J., Boyce, W. T. Differentiating Challenge Reactivity from Psychomotor Activity in Studies of Children’s Psychophysiology: Considerations for Theory and Measurement. J. Exp. Child Psychol. 110, 62-79 (2011).
