Måling Cardiac autonome nervesystem (ANS) Aktivitet i Toddlers - Resting og udviklingsmæssige udfordringer
Summary
Vi beskriver metoderne til kontinuerlig overvågning af det autonome nervesystem under hvile og udfordre forhold med 18 måneder gamle børn. Resultaterne viste, at denne protokol kan producere meningsfulde fysiologiske reaktioner i begge grene af det autonome nervesystem og fremkalde betydelig individuel variation i mønstre af svarene.
Abstract
Det autonome nervesystem (ANS) består af to grene, de parasympatiske og sympatiske nervesystem, og styrer funktionen af indre organer (f.eks, puls, respiration, fordøjelse) og reagerer på hverdag og bivirkninger 1. Der er fundet ANS foranstaltninger børn at være relateret til adfærdsmæssige problemer, følelser regulering og sundhed 2-7. Derfor forstå de faktorer, der påvirker ANS udvikling i den tidlige barndom er vigtig. Begge grene af ANS påvirke små børns kardiovaskulære reaktioner på stimuli og er blevet målt ikke-invasivt, via ekstern overvågningsudstyr, hjælp gyldige og pålidelige målinger af fysiologiske forandringer 8-11. Men der er få undersøgelser af meget små børn med samtidige målinger af de parasympatiske og sympatiske nervesystem, hvilket begrænser forståelse af den integrerede funktion af de to systemer. Derudover Majority eksisterende studier af små børn rapporterer om spædbørn «hvile ANS foranstaltninger eller deres reaktivitet til almindeligt brugte mor-barn interaktion paradigmer, og mindre om ANS reaktivitet til andre krævende forhold. Vi præsenterer en undersøgelse design og standardiseret protokol for en ikke-invasiv og hurtig vurdering af hjerte- autonom kontrol i 18 måneder gamle børn. Vi beskriver metoder til kontinuerlig overvågning af de parasympatiske og sympatiske grene af ANS under hvile og udfordre forhold under et hjem eller laboratorium besøg og give beskrivende resultater fra vores udvalg af 140 forskellige etniske småbørn bruger valideret udstyr og scoring software. Resultaterne viste, at denne protokol kan producere en række fysiologiske responser på både hvilende og udviklingsmæssigt udfordrende betingelser, som indikeret ved ændringer i hjertefrekvens og forhold af parasympatisk og sympatisk aktivitet. Enkeltpersoner demonstrerede variabilitet i hvilende niveauer, responses til udfordringer og udfordring reaktionsevne, som giver yderligere beviser for, at denne protokol er nyttig til undersøgelse af ANS individuelle forskelle for småbørn.
Introduction
Individuelle forskelle i børns autonome nervesystem (ANS) reaktivitet spiller en vigtig rolle i udviklingen og vedligeholdelsen af fysiske og psykiske problemer 12-16. En voksende mængde beviser viser, at individuelle forskelle i ANS foranstaltninger i hvile og reaktivitet er prædiktive for variationer i børns internalisere og eksternalisere psykopatologi 4,9,17-19 og fysiske sundhed 7,20. Ud over disse direkte eller vigtigste virkninger af ANS funktion, har en akkumulerende kroppen af undersøgelser vist, at børns reaktivitet kan interagere med kontekstuelle risikofaktorer, såsom bivirkninger eller ægteskabelig konflikt, til moderat disse virkninger på børns trivsel og sundhed (Se reference 21 for en gennemgang). På trods af dette voksende beviser for, at børns autonom reaktivitet spiller en rolle i sundhed på tværs af livsforløb, og den ledsagende interesse i disse processer, derer behov for yderligere forskning undersøger udviklingen i ANS funktion hos børn under tre år.
ANS består af to grene, de parasympatiske og sympatiske nervesystem. Det regulerer funktionen af indre organer (f.eks puls, åndedræt, fordøjelse, og seksuel ophidselse), hovedsagelig gennem ubevidste mekanismer, som svar på hverdagens og bivirkninger 1. Det parasympatiske nervesystem (PNS) er "hvile og genoprettende 'system, der sikrer en lav hvilepuls og genoprettende tilstand, når du sover eller slapper Det sympatiske nervesystem (SNS) er" kamp eller flugt "system, der reagerer på nødsituationer eller truende situationer ved at fremskynde ens puls 23. Respiratory sinus arytmi (RSA) er en pålidelig indeks over PNS indflydelse på hjertefunktionen, og præ-udslyngning periode (PEP) er en pålidelig indeks SNS indflydelse på bildiac fungerer. Både RSA og PEP har vist sig at være gyldige foranstaltninger gennem eksperimentel farmakologisk blokade i prøver af voksne 24,25. På det seneste er dette arbejde blevet udvidet til børn og unge prøver, yderligere oprettelse RSA og PEP som gyldige og pålidelige målinger af ANS aktivitet i hele udviklingen 8,26,27. Pålidelige impedans kardiografi målinger (PEP) under anvendelse band og spot elektroder er blevet anvendt til lang tid i voksne prøver 28. Senere er parallelle måle- og analytiske teknikker også vist sig at være pålidelige og gyldige i prøver af børn 11,29,30, selvom samling af PEP foranstaltninger hos små børn er sjældne.
Der er en bevaret stor mængde litteratur om PNS fungerer hos spædbørn og småbørn, herunder vagus tone og respiratoriske sinus arytmi foranstaltninger. Der er færre undersøgelser af SNS bruger PEP, og meget få samtidig undersøge både deparasympatiske og sympatiske nervesystem, hvilket er afgørende for at opbygge forståelse af deres yderst integreret funktion. Af de få undersøgelser af små børns PEP, de fleste oplever, at deres protokoller ikke producerer væsentlige ændringer koncernniveau i PEP som reaktion på udfordringer 8,31. Undersøgelser har vist, at der er stabilitet i hvilende PNS foranstaltninger starter i barndommen, og de har forbindelser med temperament, adfærd og sundhed, 13,16,26,32,33, men der er en begrænset forståelse af SNS reagere og dens stabilitet over tid, relationer til udvikling, og de faktorer, der former, at dets udviklingsmæssige bane. PNS svar er primært blevet tilskrevet socialt engagement 16 og SNS reaktioner foreslog at afspejle "kæmp eller flygt reaktioner" 1 samt belønning følsomhed (se referere 34 for en gennemgang). Hos små børn, er det en udfordring at simulere særlige udfordringer i et laboratory og at engagere dem på grund af deres korte opmærksomhed span. Der er også måling udfordringer for småbørn, der kan opleve ubehag med de syv spot elektroder, der er nødvendige for at måle PNS og SNS samtidigt. Desuden inden for områderne udviklingsmæssige videnskab, der få standarder om, hvordan til at fremkalde "stress reaktivitet" tilstrækkeligt samtidig respektere børns udviklingsmæssige behov og etik i arbejdet med børn. Denne artikel indeholder oplysninger om administration og scoring af en standardiseret protokol består af hvile og udfordrende betingelser, der skal fremkalde parasympatiske og sympatiske nervesystem svar fra 18 måneder gamle børn.
ANS reaktivitet typisk konceptualiseres som den fysiologiske reaktion på en diskret ekstern stimulus i forhold til en sammenligning eller hviletilstand, som varierer på tværs af individuelle organismer 22. Undersøgelse af tidlige liv ætiologi af mental og fysisk hanalth problemer har ført forskerne til at være særlig interesseret i at forstå børns reaktivitet til situationer, der fremkalder adaptive svare eller kan opfattes som stressende udfordringer. Overvægten af litteratur refererer til dette fænomen som "stress reaktivitet", selv om at møde udfordrende stimuli har potentiale til at fremkalde reaktioner på tværs af en bred vifte af domæner. Således beskrev protokollen nedenfor er designet til at fremkalde ANS reaktioner på tværs af flere domæner, herunder to former for hvile (mens du lytter til en beroligende vuggevise og mens du ser en rolig, neutral video) og tre udviklingshæmmede-passende udfordringer for 18-måneders alderen: foregribelse / overraske (jack-in-the-box), sensorisk (citronsaft), og socioemotional (lytter til en syg spædbarn græde). Protokollen blev tilpasset fra vores eksisterende protokoller for 12 måneders alderen 8 og årige 11 3-5, for at gøre det udviklingsmæssigt udfordrende, engagerende og tåleligt for småbørn (18-21 Måneder).
Her præsenterer vi Developmental Udfordringer Protocol (DCP) og ANS data fra 18 måned gammel studiebesøg af stress, Spisesteder og Early Development (SEED) Undersøgelse af gravide kvinder og deres afkom. Maternal deltagere med sunde graviditeter blev rekrutteret i løbet af 2013-14 til en undersøgelse af gestationel vægtøgning og prænatal stress og var overvægtige, lav indkomst, og racemæssigt og etnisk mangfoldige. Forældres informeret samtykke for studiet af hendes afkom blev opnået lige efter fødslen og igen før starten af dataindsamlingen til undersøgelsen rapporteret her, da afkommet var 18-21 måneder i løbet af 2014-2015.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne undersøgelse viste, at der inden for en stikprøve på 18 måneder gamle børn, standardiseret hvile og udfordre opgaver designet til at fremkalde reaktioner fra en række domæner (overraske, sensoriske, sociale, hviler) førte til en række ANS reaktioner. De gennemsnitlige ANS svar findes under disse hvile og udfordre betingelser svarede til ANS værdier rapporteret af andre, der har målt ANS lydhørhed med unge børn, der bruger lignende opgaver 8,11,27,29. De gennemsnitlige niveauer af ANS forans…
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).
