Измерение нервной системы сердца Autonomic (ANS) активность у детей раннего возраста - Отдыхающий и проблем развития
Summary
Описаны методы непрерывного мониторинга вегетативной нервной системы при покоящихся и бросить вызов условиях с 18-месячных детей. Результаты показали, что этот протокол может производить значимые физиологические реакции в обеих ветвей вегетативной нервной системы и вызывают значительную индивидуальную изменчивость в характере ответов.
Abstract
Вегетативной нервной системы (ВНС) состоит из двух ветвей, парасимпатической и симпатической нервной системы, а также контролирует работу внутренних органов (например, частота сердечных сокращений, дыхания, пищеварения) и реагирует на каждый день и негативного опыта 1. Меры ANS у детей было установлено, что связано с проблемами поведения, регуляции эмоций и здоровья 2-7. Таким образом, понимание факторов, которые влияют на развитие ANS в раннем детстве важно. Обе ветви ВНС влияют на детей младшего возраста сердечно – сосудистых реакций на раздражители и были измерены неинвазивным, с помощью внешнего мониторинга оборудования, с использованием научно обоснованных и надежных показателей физиологических изменений 8-11. Тем не менее, есть несколько исследований очень маленьких детей с одновременными мерами парасимпатической и симпатической нервной системы, что ограничивает понимание комплексного функционирования двух систем. Кроме того, Мойорити существующих исследований детей младшего возраста сообщить о мерах отдыха ANS младенцев или их реакционной способности к наиболее часто используемым парадигм взаимодействия матери и ребенка, и меньше известно о ANS реактивности к другим сложным условиям. Мы представляем дизайн исследования и стандартизированный протокол для неинвазивной и быстрой оценки сердечного автономного контроля в 18-месячных детей. Описаны методы непрерывного мониторинга парасимпатической и симпатической ветви АНС под покоящихся и бросить вызов условиях во время домашнего или лабораторного визита и предоставить описательные выводы из нашей выборки из 140 этнически разнообразных детей раннего возраста с использованием проверенную оборудования и программного обеспечения подсчета очков. Результаты показали, что этот протокол может производить ряд физиологических реакций на оба отдыха и онтогенетически сложных условиях, как показано изменение частоты сердечных сокращений и показателей парасимпатической и симпатической активности. Лица продемонстрировали изменчивость в состоянии покоя уровней, RESPONSэс на вызовы, а также вызов реакционная способность, которая обеспечивает дополнительные доказательства того, что этот протокол является полезным для изучения ANS индивидуальных различий для детей ясельного возраста.
Introduction
Индивидуальные различия в детской вегетативной нервной системы (ВНС) реакционная способность играть важную роль в развитии и поддержании физических и психических проблем со здоровьем 12-16. Все больше доказательств показывает , что индивидуальные различия в мерах ANS в состоянии покоя и реакционной способности позволяют прогнозировать вариации в детских интернализации и экстернализации психопатологии 4,9,17-19 и физическое здоровье 7,20. В дополнение к этим прямых или главных эффектов функционирования АНС, аккумулирующий тело исследований было установлено , что детская реактивность может взаимодействовать с ситуативными факторами риска, такими как неблагоприятные события или семейного конфликта, умерить эти воздействия на детей благополучия и здоровья (см ссылку 21 для обзора). Несмотря на это все больше свидетельств, что детская вегетативная реактивность играет роль в здоровье на протяжении всей жизни, а также сопутствующую интерес к этим процессам, тампотребность в дополнительных исследованиях, рассматривающим развитие функционирования ВНС у детей в возрасте до трех лет.
ВНС состоит из двух ветвей, парасимпатической и симпатической нервной системы. Он регулирует работу внутренних органов (например, частоты сердечных сокращений, дыхания, пищеварения, и сексуальное возбуждение), в основном за счет бессознательных механизмов в ответ на повседневные и негативного опыта 1. Парасимпатической нервной системы (ПНС) является «отдых и восстановительное 'система, которая поддерживает низкий уровень покоя сердца и восстановительное состояние во время сна или отдыха симпатической нервной системы (SNS) является" борьбы или бегства "система, которая реагирует на чрезвычайные ситуации или угрозы ситуации , за счет ускорения свою частоту сердечных сокращений 23. Дыхательная синусовая аритмия (RSA) является надежным показателем влияния ПНС на сердечную функционирования, а также период предварительного выброса (PEP) является надежным показателем влияния SNS на машинефункционирование DIAC. Оба RSA и РЕР были признаны действительными меры с помощью экспериментальной фармакологической блокады в образцах взрослых 24,25. Совсем недавно, эта работа была распространена на детей и подростков образцов, дальнейшее установление RSA и ППК в качестве действительных и надежных показателей ANS деятельности в ходе развития 8,26,27. Надежные измерения импеданса кардиография (ПЭП) с использованием диапазона и точечных электродов использовались в течение значительного периода времени у взрослых образцов 28. В последнее время , параллельные методы измерения и аналитические, также было показано , чтобы быть надежным и действительным в образцах детей 11,29,30, хотя сбор мер ПЭП у детей младшего возраста редко.
Существует ныне живущего большая часть литературы по СПН функционирования у младенцев и детей младшего возраста, в том числе тонуса блуждающего нерва и меры дыхательной синусовой аритмии. Есть меньше исследований ОСН с использованием ППК, и очень немногие одновременно рассматривает какпарасимпатической и симпатической нервной системы, что имеет решающее значение для построения понимания их функционирования с высокой степенью интеграции. Из немногочисленных исследований детей младшего возраста PEP, большинство считают , что их протоколы не вызывают существенных изменений на уровне группы в PEP в ответ на вызовы 8,31. Исследования показали , что есть стабильность в состоянии покоя PNS меры , начиная в младенчестве , и они имеют отношения с темперамент, поведение и здоровье, 13,16,26,32,33 , но есть ограниченное понимание SNS реагирования и его стабильность в течение долгого времени, отношения к развитию, а также факторы, которые формируют, что его траектории развития. PNS ответы были отнесены в первую очередь на социальное взаимодействие 16 и SNS ответы предложил , чтобы отразить "борьбы или бегства" ответов 1, а также чувствительность вознаграждения (см ссылку 34 для обзора). У детей младшего возраста, это является сложной задачей для имитации конкретных задач в laboratoгу и привлекать их из-за их короткий промежуток внимания. Существуют также проблемы для измерения малышей, которые могут испытывать дискомфорт с семи точечных электродов, необходимых для измерения PNS и SNS одновременно. Кроме того, в области науки развития, существует несколько стандартов о том, как вызвать "стресс-реактивность" в достаточной степени в то же время уважение детей потребности в области развития и этики в работе с детьми. В данной статье представлена информация об управлении и озвучивание стандартизованного протокола состоит из покоящихся и сложных условий, направленных на получение парасимпатической и симпатической нервной системы ответов от 18-месячных детей.
АНС реакционная способность, как правило , представляется как физиологический ответ на дискретный внешний стимул относительно сравнения или состояние покоя, которое изменяется по отдельным организмам 22. Исследование ранней жизни этиологии психического и физического онпроблемы ALTH привело ученых быть особенно заинтересованы в понимании детской реакционной способностью к ситуациям, которые вызывают адаптивные распознаваться или могут рассматриваться как стрессовые проблемы. Преобладание литературы относится к этому явлению, как "стресс-реактивность", хотя и сталкиваясь сложные раздражители имеет потенциал, чтобы получить ответы в широком диапазоне областей. Таким образом, протокол, описанный ниже, был разработан, чтобы получить ответы ANS в нескольких доменах, включая двух форм отдыха (слушая успокаивающую колыбельную и во время просмотра спокойный, нейтральный видео) и три онтогенетически-соответствующие задачи для 18-месячного возраста: предвкушение / испуга (попрыгунчик), чувственной (лимонный сок), и socioemotional (слушать больного младенца крика). Протокол был адаптирован из наших существующих протоколов в течение 12 месяцев возраста 8 и 3-5 – летних 11, для того , чтобы сделать его умственно-сложные, вовлекая и терпимой для детей младшего возраста (18-21 Месяцев).
Здесь мы представляем Развивающие вызовы Protocol (DCP) и ANS данные из 18-месячного исследования визита стресс, питание и раннего развития (SEED) Исследование беременных женщин и их потомства. Материнские участники со здоровыми беременностей были приняты на работу в течение 2013-14 для изучения гестационного увеличения веса и пренатального стресса и имели избыточный вес, низкий уровень доходов, и расово и этнически разнообразным. информированное согласие родителей для изучения ее потомство было получено сразу после рождения и снова до начала сбора данных для исследования, опубликованного здесь, когда потомство 18-21-месячного возраста в течение 2014-2015 гг.
Protocol
Representative Results
Discussion
Это исследование показало, что в выборке из 18 месячных детей, стандартизированной отдыха и задачи бросить вызов, чтобы получить ответы от целого ряда областей (испуга, сенсорную, социальную, отдыхая) привели к целому ряду ответов ANS. Средние ANS ответы , найденные при этих покоящихся и бро?…
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., 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).
