מדידת מערכת העצבים האוטונומית לב (ANS) פעילות פעוטות - Resting ואתגרים התפתחותית
Summary
אנו מתארים את שיטות לניטור רציף של מערכת העצבים האוטונומית בתנאים מנוחה אתגר עם 18 ילדים בני חודש. התוצאות הראו כי פרוטוקול זה יכול לייצר תגובות פיזיולוגיות משמעותיות בשני הענפים של מערכת העצבים האוטונומית ולעורר השתנות הפרט משמעותי בדפוסי התגובות.
Abstract
מערכת העצבים האוטונומית (ANS) מורכבת משני סניפים, מערכות העצבים הפאראסימפתטית ואוהד, ושולטת תפקוד האיברים הפנימיים (למשל, קצב לב, נשימה, עיכול) ומגיבה היומיום וחוויות שליליות 1. אמצעי ANS בילדים נמצאו להיות קשור לבעיות התנהגות, ויסות רגשות, ובריאות 2-7. לכן, הבנת הגורמים המשפיעים פיתוח ANS במהלך הילדות המוקדמת חשוב. שני הענפים של ANS להשפיע תגובות קרדיווסקולריות של ילדים צעירים לגירויים ו נמדדו פולשנית, באמצעות ציוד בקרה חיצונית, תוך שימוש באמצעים תקף ומהימן של שינוי פיזיולוגי 8-11. עם זאת, ישנם כמה מחקרים של ילדים צעירים מאוד עם אמצעים סימולטני של מערכת העצבים הפאראסימפתטית ואוהד, אשר מגביל את ההבנה של תפקוד משולב של שתי המערכות. בנוסף, Majority של קיימים מחקרים של ילדים צעירים מדווחים על צעדי ANS המנוחה 'תינוקות או תגובתיות שלהם נפוץ פרדיגמות אינטראקציה אם-ילד, ופחות ידוע על תגובתיות ANS לתנאים מאתגרים אחרים. אנו מציגים עיצוב לימוד פרוטוקול סטנדרטי עבור הערכה לא פולשנית ומהירה שליטה אוטונומית לב בילדים בן 18 חודש. אנו מתארים שיטות לניטור רציף של הסניפים הפאראסימפתטית ואוהד של ANS בתנאים המנוחים ואתגר במהלך ביקור בבית או במעבדה ולספק ממצאים תיאוריים מהמדגם שלנו של 140 פעוטות מגוונות מבחינה אתנית באמצעות ציוד תוקף ותוכנת ניקוד. התוצאות הראו כי פרוטוקול זה יכול לייצר מגוון של תגובות פיזיולוגיות הן מנוחה מבחינה התפתחותית בתנאים מאתגרים, כפי שצוין על ידי שינויים בקצב הלב ומדדי הפעילות הפאראסימפתטית ואוהד. אנשים הפגינו השתנות רמות נחות, responses לאתגרים, תגובתיות אתגר, אשר מספק ראיות נוספות כי פרוטוקול זה שימושי לבחינת הבדלים אישיים ANS לפעוטות.
Introduction
הבדלים אינדיבידואליים מערכת העצבים האוטונומית של הילדים (ANS) תגובתיות לשחק תפקיד חשוב בפיתוח והתחזוקה של בעיות בריאות גופניות ונפשיות 12-16. גוף גדל והולך של ראיות מגלה כי הבדלים אינדיבידואליים אמצעי ANS במנוחת תגובתיות הם חזויים של וריאציות בילדים של ההפנמה והחצנת פסיכופתולוגיה 4,9,17-19 ו 7,20 בריאות גופנית. בנוסף להשפעות הישירות או עיקריים אלה של תפקוד ANS, גוף של מחקרים צבירת מצאו כי תגובתיות של ילדים יכולים לקיים אינטראקציה עם גורמי סיכון הקשר, כגון תופעות לוואי או סכסוך משפחתי, למתן השפעות אלו על רווחתם של ילדים ובריאות (ראה התייחסות 21 לסקירה). למרות ראיות הולכות ומצטברות זה כי תגובתיות האוטונומית של ילדים משחקת תפקיד חשוב בבריאות על פני מהלך החיים, לבין האינטרס המלווה בתהליכים אלה, ישצורך במחקר נוסף לבחינת התפתחות תפקוד ANS בילדים מתחת לגיל שלוש.
ANS מורכב משני סניפים, מערכות העצבים הפאראסימפתטית ואוהד. זה מסדיר את תפקוד האיברים הפנימיים (למשל, קצב לב, נשימה, עיכול, ועוררות מיניות), בעיקר באמצעות מנגנונים מודעים, בתגובה לחוויות היומיום ושליליות 1. מערכת העצבים הפאראסימפתטית (PNS) היא 'המנוחה מבריאה' מערכת מקיימת קצב לב במנוחה נמוכה ומדינה משקמת כאשר ישן או מרגיע מערכת העצבים הסימפתטית (SNS) היא המערכת 'הילחם או ברחו' שמגיבה חירום או מאיים במצבים ידי האצת קצב הלב של אחד 23. הפרעות קצב סינוס נשימה (RSA) היא מדד אמין של שפעת PNS על תפקוד לב, ותקופה-פליטה מראש (PEP) הוא מדד אמין של שפעת SNS על מכוניתDIAC מתפקד. שניהם RSA ו PEP נמצאו להיות אמצעי בתוקף עד המצור תרופתי ניסיוני בדגימות של מבוגרים 24,25. לאחרונה, עבודה זו הוארכה לתוך דגימות ילד ונער, עוד הקמת RSA ו PEP כאמצעים תקפים ומהימנים של פעילות ANS ברחבי פיתוח 8,26,27. העכבה אמינה מדידות רִשׁוּם הַלֵב (PEP) באמצעות אלקטרודות להקה במקום שמשו במשך זמן ניכר בדגימות מבוגרות 28. לאחרונה, טכניקות מדידה אנליטית במקביל גם הוכחו להיות מהימן ותקף בדגימות של ילדים 11,29,30, למרות אוסף של צעדים PEP אצל ילדים צעירים הוא נדיר.
ישנו גוף גדול קיים של ספרות על PNS מתפקד אצל תינוקות וילדים צעירים, כולל טון מחנק ואמצעי הפרעות קצב סינוס נשימה. ישנם מחקרים פחות של SNS באמצעות PEP, ומעט מאוד לבחון בו זמנית הן אתמערכות עצבים הפאראסימפתטית ואוהד, שהוא קריטי לבניית הבנה של התפקוד המשולב ביותר שלהם. בודדי המחקרים של PEP ילדים צעירים, רובם מוצאים כי הפרוטוקולים שלהם אינם מייצרים שינויים ברמת קבוצה משמעותיים PEP בתגובה לאתגרי 8,31. מחקרים הוכיחו כי יש יציבות נח אמצעי PNS החל בגיל רך ויש להם קשרים עם טמפרמנט, התנהגות, ובריאות, 13,16,26,32,33 אבל יש הבנה מוגבלת של SNS להגיב ויציבות לאורך זמן, יחסים להתפתחות, ואת הגורמים מעצבים כי מסלול ההתפתחותיים שלו. תגובות PNS יוחסו בעיקר מעורבות חברתית 16 ותגובות SNS מוצעות כדי לשקף "הילחמו או תגובות טיסה" 1, כמו גם רגיש גמול (ראה התייחסות 34 לסקירה). בילדים צעירים, זה מאתגר כדי לדמות אתגרים ספציפיים בתוך laboratoר"י ו להעסיק אותם בשל טווח הקשב הקצר שלהם. ישנם גם אתגרי מדידה לפעוטות אשר עלול להיתקל אי נוחות עם שבע האלקטרודות במקום צורך למדוד PNS ו SNS זמנית. בנוסף, בתוך תחומי המדע התפתחותית, יש כמה סטנדרטים על איך לעורר "תגובתיות מתח" מספיק זמן גם כיבוד הצרכים ההתפתחותיים של הילדים ואת האתיקה בעבודה עם ילדים. מאמר זה מציג מידע על הממשל ועל הניקוד של פרוטוקול סטנדרטי מורכב תנאים המנוחים ומאתגר שנועדו לעורר תגובות מערכת עצבים הפאראסימפתטית ואוהד מ -18 ילדים בן חודש.
תגובתיות ANS נתפסים בדרך כלל כמו התגובה הפיזיולוגית לקרובו גירוי חיצוני דיסקרטית כדי השוואה או במצב מנוחה, אשר משתנה על פני אורגניזמים בודדים 22. בחינת האטיולוגיה חייו המוקדמת של נפשי וגופני הואבעיות alth הובילו מדענים להתעניייין במיוחד בהבנת תגובתיות ילדים למצבים מעוררים אדפטיבית להגיב או ניתן לחשוב על אתגרים מלחיצים כמו. העליונות של הספרות מתייחסת לתופעה זו כאל "תגובתיות לחץ", למרות מפגש עם גירויים מאתגרים יש הפוטנציאל לעורר תגובות על פני מגוון רחב של תחומים. לפיכך, הפרוטוקול מתואר להלן נועד לעורר תגובות ANS בדומיינים המרובים כולל שתי צורות של מנוחה (תוך כדי האזנה לשיר ערש מרגיע בעת שצפו רגוע, וידאו ניטראלי) ושלושה אתגרים מבחינה התפתחותית-מתאימים בני 18 חודשים: ציפייה / להבהיל (שקע-in-the-box), חושי (מיץ לימון), ו socioemotional (האזנת זעקת תינוק חולה). פרוטוקול הותאם מתוך הפרוטוקולים הקיימים שלנו עבור 12 ילדים בני 8 חודשים ו 3-5 ילדים בגילאי 11, על מנת להפוך אותו מבחינה התפתחותית-מאתגר, מרתק נסבל לפעוטות (18-21 חודשים).
כאן אנו מציגים את פרוטוקול אתגרים התפתחותיים (DCP) ו ANS נתונים מהביקור מחקר בן 18 חודשים של מתח, אכילה ופיתוח הקדומה (SEED) לחקר נשים בהריון וצאצאיהם. משתתפים אימהיים עם הריונות בריאים גויסו במהלך 2013-14 לצורכי מחקר על עלייה במשקל הריון ומתח לפני ואחרי סבלו מעודף משקל, הכנסה נמוכה, גזעי ומגוון מבחינה אתנית. הורים 'הסכמה מדעת לחקר צאצאיה הושגה רק לאחר לידה ושוב לפני תחילת איסוף הנתונים למחקר דיווח כאן, כאשר הצאצאים היו 18-21 חודשים של גיל במהלך 2014-2015.
Protocol
Representative Results
Discussion
המחקר גילה כי, בתוך מדגם של 18 ילדים בן חודש, מנוחה סטנדרטית ומשימות אתגר שנועדו לעורר תגובה ממגוון תחומים (להבהיל, חושית, חברתית, מנוחה) הביא מגוון של תגובות ANS. תגובות ANS הממוצע נמצאות בתנאים נחים ואתגר אלה היו דומות לערכי ANS שדווחו על ידי אנשים אחרים שיש להם נמדדים היענ…
Disclosures
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. in Handbook of Psychophysiology. (ed JT Cacioppo, Tassinary, LG, Bernston, GG) Cambridge University Press, (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. Pediatr. 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. in Developmental Psychopathology: Developmental Neuroscience. Vol. II eds D. Cicchetti & D. J. Cohen. 797-817, Wiley & Sons, (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., & Ablow, J. C. Poverty, 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. in Handbook of Developmental Psychopathology. eds M. Lewis & K. D. Rudolph) 287-309. Springer, (2014).
- Matthews, K. A. et al.Handbook of Stress, Reactivity, and Cardiovascular Disease., John Wiley and Sons, (1986).
- Alkon, A., Wolff, B., & Boyce, W. in The Oxford Handbook of Poverty and Child Development. (eds Valerie Maholmes & Rosalind King). Oxford University Press, New York, (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 [published erratum appears in Psychophysiology 1997 Nov;34(6):730]. Psychophysiology. 34, 329-339, (1997).
- 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. Child. Dev. 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. in Handbook of Psychophysiology. (eds J. T. Cacioppo, L. G. Tassinary, & G. Berntson) 453-481. Cambridge University Press, (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).
