Metingen van niet-voedzame zuigparameters met behulp van een aangepast druktransducersysteem
Summary
Het non-nutritive suck (NNS)-apparaat kan eenvoudig NNS-kenmerken verzamelen en kwantificeren met behulp van een fopspeen die is aangesloten op een druktransducer en wordt geregistreerd via een data-acquisitiesysteem en laptop. Kwantificering van NNS-parameters kan waardevol inzicht geven in de huidige en toekomstige neurologische ontwikkeling van een kind.
Abstract
Het non-nutritive suck (NNS)-apparaat is een verplaatsbaar, gebruiksvriendelijk druktransducersysteem dat het NNS-gedrag van baby’s op een fopspeen kwantificeert. Registratie en analyse van het NNS-signaal met behulp van ons systeem kan metingen opleveren van de NNS-burstduur (s), amplitude (cmH2O) en frequentie (Hz) van een baby. Nauwkeurige, betrouwbare en kwantitatieve beoordeling van NNS is van enorme waarde als biomarker voor toekomstige voeding, spraak-taal, cognitieve en motorische ontwikkeling. Het NNS-apparaat is gebruikt in tal van onderzoekslijnen, waarvan sommige het meten van NNS-kenmerken omvatten om de effecten van voedingsgerelateerde interventies te onderzoeken, de NNS-ontwikkeling in populaties te karakteriseren en zuiggedrag te correleren met daaropvolgende neurologische ontwikkeling. Het apparaat is ook gebruikt in onderzoek naar milieugezondheid om te onderzoeken hoe blootstellingen in utero de NNS-ontwikkeling van baby’s kunnen beïnvloeden. Het overkoepelende doel bij onderzoek en klinisch gebruik van het NNS-apparaat is dus om NNS-parameters te correleren met neurologische ontwikkelingsresultaten om kinderen met een risico op ontwikkelingsachterstanden te identificeren en snelle vroegtijdige interventie te bieden.
Introduction
Niet-voedzaam zuigen (NNS) is een van de eerste gedragingen die een baby kort na de geboorte met zijn mond kan uitvoeren en heeft daarom het potentieel om zinvolle inzichten te verschaffen in de ontwikkeling van de hersenen. NNS verwijst naar zuigbewegingen zonder voedingsinname (bijv. zuigen op een fopspeen) en wordt gekenmerkt door een reeks ritmische uitdrukkingen en zuigbewegingen van de kaak en tong met pauzes voor de ademhaling. Er is opgemerkt dat gemeenschappelijke parameters van NNS een gemiddelde NNS-burst (reeks zuigcycli) van 6-12 zuigcycli omvatten met een intra-burst-frequentie van twee zuigen per seconde2; NNS-kenmerken variëren echter tussen klinische populaties 3,4 en veranderen dynamisch tijdens het eerste levensjaar5. Deze veranderingen worden toegeschreven aan de groei van de mondholte en de bijbehorende anatomie, rijping van voedingsvaardigheden en neurologische ontwikkeling, en ervaringen. De neurale bases van NNS omvatten voornamelijk de zuigende centrale patroongenerator in het centrale grijs van de hersenstam, bestaande uit een ingewikkeld netwerk van interneuronen en de gezichts- en trigeminusmotorneuronkernen6. Een gecoördineerd NNS vertrouwt ook op intacte neurale paden tussen corticale en hersenstamregio’s om zijn prestaties te moduleren naar sensorische stimuli 7,8, wat NNS een levensvatbare indicator maakt van vroege neurale functie en ontwikkeling.
NNS-maatregelen zijn gekoppeld aan voedingssucces bij premature baby’s 9,10, en zowel zuig- als voedingsresultaten zijn in verband gebracht met de daaropvolgende motorische, communicatie- en cognitieve ontwikkeling 11,12,13. In een retrospectieve studie die 23 kinderen in de voorschoolse leeftijd met taal- en motorische stoornissen kenmerkte, had 87% een voorgeschiedenis van vroege voedingsproblemen, waaronder problemen met zuigen11. Voedingszuigprestaties onmiddellijk na de geboorte en meldingen van verzorgers over voedingsproblemen waren significant geassocieerd met meerdere domeinen van neurologische ontwikkeling bij kinderen van 18 maanden oud12,14. Interessant is dat de gevoeligheid en specificiteit van de voedingsprestaties hoger waren dan ultrasone beoordeling van de hersenen op neurologische ontwikkelingsuitkomstmaten12. In een andere studie werden zuig-/orale motorische prestatiescores beoordeeld via de neonatale oraal-motorische beoordelingsschaal15 in de vroege kindertijd geassocieerd met motorische vaardigheden, taal en metingen van intelligentie op de leeftijd van 2 en 5 jaar in een cohort van te vroeg geboren kinderen13,16.
Gezien het feit dat zuigen en voeden gevoelige indicatoren kunnen zijn van neurologische ontwikkelingsresultaten gedurende de kindertijd, is er een kritieke behoefte aan een toegankelijke, nauwkeurige en kwantitatieve beoordeling van NNS om kinderen met een risico op vertraagde en ongeordende ontwikkeling te helpen identificeren om vroege interventie te bieden. Deze behoefte leidde tot het ontwerp en het onderzoek naar het NNS-apparaat van het Speech & Neurodevelopment Lab (SNL). Dit draagbare apparaat bevat een fopspeen die is bevestigd aan het uiteinde van een gemakkelijk vast te houden handvat, aangesloten op een op maat gemaakte drukopnemer die in eigen huis is ontworpen en is aangesloten op een data-acquisitiecentrum (DAC). De DAC wordt aangesloten op een laptop en de gegevens worden vastgelegd via software voor gegevensverzameling en -analyse. De drukopnemer meet drukveranderingen in de fopspeen en zet deze om in een spanningssignaal. De DAC bevat converters die het analoge spanningssignaal omzetten in digitale waarden in cmH2O die worden gevisualiseerd en geregistreerd via de data-acquisitie- en analysesoftware. NNS-uitkomstmaten die kunnen worden geanalyseerd op basis van de zuigsignaalgolfvorm zijn onder meer NNS-duur (hoe lang een zuiguitbarsting duurt, gemeten in s), amplitude (gemeten als piekhoogte afgetrokken door piekdal in cmH2O), cycli/burst (aantal zuigcycli binnen een burst), frequentie (intra-burst-frequentie gemeten in Hz), cycli (aantal zuigcycli dat in een minuut optreedt), en bursts (aantal zuiguitbarstingen dat in een minuut optreedt).
Protocol
Representative Results
Discussion
Het NNS-apparaat heeft verschillende beperkingen die belangrijk zijn om te erkennen. Hoewel NNS kritisch inzicht geeft in het voeren van9, is er een aanzienlijke mate van extrapolatie van NNS naar voedingsprestaties. Oplossingen voor deze beperking zijn onder meer onderzoeksteams die NNS-resultaten koppelen aan daadwerkelijke voedingsobservaties en uitgebreide voedingsgerelateerde vragenlijsten voor verzorgers om vollediger vast te leggen hoe NNS zich verhoudt tot voeding18…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We willen graag de volgende NIH-financieringsbronnen erkennen: DC016030 en DC019902. We willen ook de leden van het Speech & Neurodevelopment Lab en de families die hebben deelgenomen aan onze talrijke onderzoeken bedanken.
Materials
| Case | Pelican | 1560 | |
| Data Acquisition and Analysis Software/LabChart | ADInstruments | 8.1.25 | |
| Data Acquisition Center (PowerLab 2/26) | ADInstruments | ML826 | |
| Laptop | Dell | Latitude 5480 | |
| Pressure Calibrator | Meriam Process Technologies | M101 | |
| Soothie Pacifier | Phillips Avent | SCF190/01 | |
| Syringe | CareTouch | CTSLL1 |
References
- Poore, M. A., Barlow, S. M. Suck predicts neuromotor integrity and developmental outcomes. Pers Speech Sci Orofacial Disorders. 19 (1), 44-51 (2009).
- Wolff, P. H. The serial organization of sucking in the young infant. Pediatrics. 42 (6), 943-956 (1968).
- Estep, E., Barlow, S. M., Vantipalli, R., Finan, D., Lee, J. Non-nutritive suck parameters in preterm infants with RDS. J Neonatal Nur. 14 (1), 28-34 (2008).
- Lau, C., Alagugurusamy, R., Schanler, R. J., Smith, E. O., Shulman, R. J. Characterization of the developmental stages of sucking in preterm infants during bottle feeding. Acta Paediatr. 89 (7), 846-852 (2000).
- Martens, A., Hines, M., Zimmerman, E. Changes in non-nutritive suck between 3 and 12 months. Early Human Dev. 149, 105141 (2020).
- Barlow, S. M., Estep, M. Central pattern generation and the motor infrastructure for suck, respiration, and speech. J Comm Disorders. 39 (5), 366-380 (2006).
- Poore, M., Zimmerman, E., Barlow, S. M., Wang, J., Gu, F. Patterned orocutaneous therapy improves sucking and oral feeding in preterm infants. Acta Paediatr. 97 (7), 920-927 (2008).
- Zimmerman, E., Foran, M. Patterned auditory stimulation and suck dynamics in full-term infants. Acta Paediatr. 106 (5), 727-732 (2017).
- Bingham, P. M., Ashikaga, T., Abbasi, S. Prospective study of non-nutritive sucking and feeding skills in premature infants. Arch Dis Childhood. 95 (3), F194-F200 (2010).
- Pineda, R., Dewey, K., Jacobsen, A., Smith, J. Non-nutritive sucking in the preterm infant. Am J of Perinatol. 36 (3), 268-277 (2019).
- Malas, K., Trudeau, N., Chagnon, M., McFarland, D. H. Feeding-swallowing difficulties in children later diagnosed with language impairment. Dev Med Child Neurol. 57 (9), 872-879 (2015).
- Mizuno, K., Ueda, A. Neonatal feeding performance as a predictor of neurodevelopmental outcome at 18 months. Dev Med Child Neurol. 47 (5), 299-304 (2005).
- Wolthuis-Stigter, M. I., et al. Sucking behaviour in infants born preterm and developmental outcomes at primary school age. Dev Med Child Neurol. 59 (8), 871-877 (2017).
- Adams-Chapman, I., Bann, C. M., Vaucher, Y. E., Stoll, B. J. Association between feeding difficulties and language delay in preterm infants using Bayley scales of infant development – Third edition. J Pediatr. 163 (3), 680-685 (2013).
- Palmer, M. M., Crawley, K., Blanco, I. A. Neonatal oral-motor assessment scale: A reliability study. J Perinatol. 13 (1), 28-35 (1993).
- Wolthuis-Stigter, M. I., et al. The association between sucking behavior in preterm infants and neurodevelopmental outcomes at 2 years of age. J Pediatr. 166 (1), 26-30 (2015).
- Hill, R. R., Hines, M., Martens, A., Pados, B. F., Zimmerman, E. A pilot study of non-nutritive suck measures immediately pre- and post-frenotomy in full term infants with problematic feeding. J Neonatal Nurs. 28 (6), 413-419 (2022).
- Hines, M., Hardy, N., Martens, A., Zimmerman, E. Birth order effects on breastfeeding self-efficacy, parent report of problematic feeding and infant feeding abilities. J Neonatal Nurs. 28 (1), 16-20 (2022).
- Murray, E. H., Lewis, J., Zimmerman, E. Non-nutritive suck and voice onset time: Examining infant oromotor coordination. PLoS One. 16 (4), 30250529 (2021).
- Zimmerman, E., DeSousa, C. Social visual stimuli increase infants suck response: A preliminary study. PLoS One. 13 (11), e0207230 (2018).
- Zimmerman, E., Carpenito, T., Martens, A. Changes in infant non-nutritive sucking throughout a suck sample at 3-months of age. PLoS One. 15 (7), e0235741 (2020).
- Kim, C., et al. Associations between biomarkers of prenatal metals exposure and non-nutritive suck among infants from the PROTECT birth cohort in Puerto Rico. Front Epidemiol. 2, 1057515 (2022).
- Morton, S., et al. Non-nutritive suck and airborne metal exposures among Puerto Rican infants. Sci Total Environ. 789, 148008 (2021).
- Zimmerman, E., et al. Associations of gestational phthalate exposure and non-nutritive suck among infants from the Puerto Rico Testsite for Exploring Contamination Threats (PROTECT) birth cohort study. Environ Int. 152, 106480 (2021).
- Zimmerman, E., et al. Examining the association between prenatal maternal stress and infant non-nutritive suck. Pediatr Res. 93, 1285-1293 (2023).
- Martens, A., Phillips, H., Hines, M., Zimmerman, E. An examination of the association between infant non-nutritive suck and developmental outcomes at 12 months. PLoS One. 19 (2), e0298016 (2024).
- Zimmerman, E., Barlow, S. M. Pacifier stiffness alters the dynamics of the suck central pattern generator. J Neonatal Nurs. 14 (3), 79-86 (2008).
- Zimmerman, E., Forlano, J., Gouldstone, A. Not all pacifiers are created equal: A mechanical examination of pacifiers and their influence on suck patterning. Am J Speech-Lang Pathol. 26 (4), 1202-1212 (2017).
- Choi, B. H., Kleinheinz, J., Joos, U., Komposch, G. Sucking efficiency of early orthopaedic plate and teats in infants with cleft lip and palate. Int J Oral Maxillofacial Surg. 20 (3), 167-169 (1991).
- Clark, H. M., Henson, P. A., Barber, W. D., Stierwalt, J. A. G., Sherrill, M. Relationships among subjective and objective measures of tongue strength and oral phase swallowing impairments. Am J Speech-Lang Pathol. 12 (1), 40-50 (2003).
- Wahyuni, L. K., et al. A comparison of objective and subjective measurements of non-nutritive sucking in preterm infants. Paediatr Indonesia. 62 (4), 274-281 (2022).
- Neiva, F. C. B., Leone, C., Leon, C. R. Non-nutritive sucking scoring system for preterm newborns. Acta Paediatr. 97 (10), 1370-1375 (2008).
- Pereira, M., Postolache, O., Girão, P. A smart measurement and stimulation system to analyze and promote non-nutritive sucking of premature babies. Measurement Sci Rev. 11 (6), 173-180 (2011).
- Grassi, A., et al. Sensorized pacifier to evaluate non-nutritive sucking in newborns. Med Eng Phys. 38 (4), 398-402 (2016).
- Cunha, M., et al. A promising and low-cost prototype to evaluate the motor pattern of nutritive and non-nutritive suction in newborns. J Pediatr Neonatal Individualized Med. 8 (2), 1-11 (2019).
- Nascimento, M. D., et al. Reliability of the S-FLEX device to measure non-nutritive sucking pressure in newborns. Audiol Comm Res. 24, e2191 (2019).
- Truong, P., et al. Non-nutritive suckling system for real-time characterization of intraoral vacuum profile in full term neonates. IEEE J Translat Eng Health Med. 11, 107-115 (2023).
- Ebrahimi, Z., Moradi, H., Ashtiani, S. J. A compact pediatric portable pacifier to assess non-nutritive sucking of premature infants. IEEE Sensors J. 20 (2), 1028-1034 (2020).
- Akbarzadeh, S., et al. Evaluation of Apgar scores and non-nutritive sucking skills in infants using a novel sensitized non-nutritive sucking system. 42nd Ann Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc. , 4282-4285 (2020).
- Akbarzadeh, S., et al. Predicting feeding conditions of premature infants through non-nutritive sucking skills using a sensitized pacifier. IEEE Trans Biomed Eng. 69 (7), 2370-2378 (2022).
- Barlow, S. M., Finan, D. S., Lee, J., Chu, S. Synthetic orocutaneous stimulation entrains preterm infants with feeding difficulties to suck. J Perinatol. 28, 541-548 (2008).
- Barlow, S. M., et al. Frequency-modulated orocutaneous stimulation promotes non-nutritive suck development in preterm infants with respiratory distress syndrome or chronic lung disease. J Perinatol. 34, 136-142 (2014).
- Song, D., et al. Patterned frequency-modulated oral stimulation in preterm infants: A multicenter randomized controlled trial. PLoS One. 14 (2), e0212675 (2019).
- Soos, A., Hamman, A. Implementation of the NTrainer system into clinical practice targeting neurodevelopment of pre-oral skills and parental involvement. Newborn Infant Nurs Rev. 15 (2), 46-48 (2015).
