Het meten van Cardiac autonome zenuwstelsel (ANS) activiteit in Peuters - Rusten en Developmental Challenges
Summary
We beschrijven de methoden voor de continue monitoring van het autonome zenuwstelsel onder rust en uitdaging omstandigheden met 18 maanden oude kinderen. De resultaten onthulden dat dit protocol zinvolle fysiologische reacties kan produceren beide takken van het autonome zenuwstelsel en wekken aanzienlijke variabiliteit van patronen van reacties.
Abstract
Het autonome zenuwstelsel (ANS) bestaat uit twee takken, het parasympathische en sympathische zenuwstelsel, en controleert de functie van de inwendige organen (zoals hartslag, ademhaling, spijsvertering) en reageert op elke dag en bijwerkingen 1. ANS maatregelen bij kinderen zijn gevonden verband te houden met gedragsproblemen, emotieregulatie en gezondheid 2-7. Derhalve van de factoren die van invloed ANS ontwikkeling tijdens de vroege kinderjaren is belangrijk. Beide takken van de ANS invloed op jonge kinderen cardiovasculaire reacties op stimuli en zijn niet-invasief gemeten, via externe controle op de apparatuur, met behulp van valide en betrouwbaar de fysiologische veranderingen 8-11. Er zijn echter weinig studies van zeer jonge kinderen met gelijktijdige metingen van de parasympathische en sympathische zenuwstelsel, hetgeen het begrip van de geïntegreerde werking van beide systemen beperkt. Bovendien, de Majority van de bestaande studies van jonge kinderen rapporteren over rusten ANS maatregelen zuigelingen of hun reactiviteit tot veelgebruikte moeder-kind interactie paradigma's, en minder bekend is over ANS reactiviteit aan andere uitdagende omstandigheden. Wij presenteren een onderzoeksopzet en gestandaardiseerd protocol voor een niet-invasieve en snelle analyse van cardiale autonome controle bij 18 maanden oude kinderen. We beschrijven methoden voor de continue monitoring van het parasympathische en sympathische takken van het ANS onder rust- en uitdaging omstandigheden tijdens een woning of laboratorium bezoek en bieden beschrijvende bevindingen uit onze steekproef van 140 etnisch diverse peuters met gevalideerde apparatuur en scoring software. Resultaten bleek dat dit protocol een reeks van fysiologische reacties op zowel de rust- en ontwikkelingsgebied uitdagende omstandigheden kan produceren, zoals aangegeven door veranderingen in de hartslag en de indices van parasympathische en sympathische activiteit. Individuen aangetoond variabiliteit in rustende niveaus, responses voor uitdagingen en uitdaging reactiviteit, die extra bewijs dat dit protocol is bruikbaar voor het onderzoek van ANS individuele verschillen voor kleuters biedt.
Introduction
Individuele verschillen in autonome zenuwstelsel van kinderen (ANS) reactiviteit spelen een belangrijke rol in de ontwikkeling en het onderhoud van de lichamelijke en geestelijke gezondheidsproblemen 12-16. Een groeiende hoeveelheid bewijsmateriaal blijkt dat individuele verschillen in ANS maatregelen in rust en reactiviteit zijn voorspellend voor variaties in de kinder- internaliserende en externaliserende psychopathologie 4,9,17-19 en lichamelijke gezondheid 7,20. Naast deze directe of de belangrijkste gevolgen van de ANS functioneren, een accumulerende lichaam van studies hebben aangetoond dat de reactiviteit van kinderen kunnen communiceren met contextuele risicofactoren, zoals bijwerkingen of echtelijke conflicten, tot matige die effecten op het welzijn en de gezondheid van kinderen (zie referentie 21 voor een review). Ondanks dit steeds meer aanwijzingen dat de autonome reactiviteit van kinderen speelt een rol in de gezondheidszorg over de levensloop, en de bijbehorende rente in die processen, is eris behoefte aan aanvullend onderzoek waarin de ontwikkeling van de ANS functioneren bij kinderen jonger dan drie jaar.
De ANS bestaat uit twee takken, het parasympathische en sympathische zenuwstelsel. Het regelt de functie van inwendige organen (bijvoorbeeld, hartslag, ademhaling, spijsvertering en seksuele opwinding), grotendeels door onbewuste mechanismen, in reactie op elke dag en bijwerkingen 1. Het parasympathische zenuwstelsel (PNS) is de 'rust en herstellende' systeem dat een lage hartslag in rust en herstellende staat handhaaft tijdens het slapen of te ontspannen het sympathische zenuwstelsel (SNS) is de 'fight or flight' systeem dat reageert op noodsituaties of dreigende situaties door het versnellen van iemands hartslag 23. Respiratoire sinus aritmie (RSA) is een betrouwbare index van de PNS invloed op de cardiale functioneren, en pre-ejectie periode (PEP) is een betrouwbare index van de SNS invloed op de autodiac functioneren. Zowel RSA en PEP bleken geldige maatregelen via experimentele farmacologische blokkade in monsters van volwassenen 24,25 zijn. Meer recent is dit werk zich uitgebreid naar kinderen en adolescenten monsters, verder tot oprichting van RSA en PEP als valide en betrouwbaar maatregelen van ANS activiteit gedurende de ontwikkeling van 8,26,27. Betrouwbare cardiography impedantie metingen (PEP) middels band en spot elektrodes zijn gebruikt voor lange tijd bij volwassen monsters 28. Meer recent zijn parallelle meet- en analysetechnieken ook aangetoond betrouwbaar en valide in monsters van kinderen 11,29,30 te zijn, hoewel verzameling PEP maatregelen bij jonge kinderen is zeldzaam.
Er is een bestaande grote hoeveelheid literatuur over PNS functioneren bij zuigelingen en jonge kinderen, met inbegrip van vagale toon en respiratoire sinus aritmie maatregelen. Er zijn minder studies van het gebruik van SNS PEP, en zeer weinig gelijktijdig onderzoek van zowel deparasympathische en sympathische zenuwstelsel, die van cruciaal belang voor het opbouwen van begrip van hun sterk geïntegreerde werking. Van de weinige studies van jonge kinderen PEP, de meeste vinden dat hun protocollen geen significante veranderingen groepsniveau in PEP produceren in antwoord op de uitdagingen 8,31. Studies hebben aangetoond dat er stabiliteit in rust PNS maatregelen te beginnen in kinderschoenen en ze hebben relaties met temperament, gedrag en gezondheid, 13,16,26,32,33 maar er is een beperkt begrip van SNS reageren en de stabiliteit in de tijd, relaties met de ontwikkeling, en de factoren die vorm te geven dat het ontwikkelingstraject. PNS reacties zijn voornamelijk toe te schrijven aan maatschappelijke betrokkenheid 16 en SNS reacties voorgesteld om na te denken "vecht of vlucht reacties" 1 als beloning gevoeligheid (zie referentie 34 voor een review). Bij jonge kinderen is het een uitdaging om specifieke uitdagingen te simuleren in een laboratory en hen te betrekken als gevolg van hun korte aandachtsspanne. Er zijn ook metingen uitdagingen voor de peuters die hinder kunt ondervinden met de zeven spot elektroden die nodig zijn om PNS en SNS gelijktijdig meten. Bovendien, binnen het gebied van de ontwikkeling van wetenschap, is er weinig normen over hoe te lokken "stressreactiviteit" voldoende, terwijl ook het respect voor ontwikkelingsbehoeften van kinderen en de ethiek in het werken met kinderen. Dit artikel bevat informatie over het beheer en het scoren van een gestandaardiseerd protocol bestaat uit rusten en uitdagende omstandigheden ontworpen om parasympathische en sympathische zenuwstelsel reacties van 18 maanden oude kinderen te lokken.
ANS reactiviteit wordt meestal opgevat als de fysiologische respons op een externe stimulus discrete opzichte van een vergelijking of rusttoestand, die verschilt individuele organismen 22. Onderzoek van het vroege leven etiologie van mentale en fysieke hijalth problemen heeft ertoe geleid dat wetenschappers bijzonder geïnteresseerd in het begrijpen van de reactiviteit van kinderen tot situaties die adaptief reageren op te roepen of kan worden beschouwd als stressvol uitdagingen te zijn. Het overwicht van literatuur noemt dit fenomeen "stressreactiviteit", maar ondervindt uitdagende stimuli heeft het potentieel om responsen opwekken in een breed scala van domeinen. Zo beschreef het protocol hieronder is ontworpen om ANS reacties uitlokken over meerdere domeinen, waaronder twee vormen van rust (terwijl u luistert naar een rustgevende slaapliedje en tijdens het kijken naar een rustige, neutrale video) en drie ontwikkelingsachterstand passende uitdagingen voor de 18-maanden oud: anticipatie / schrikken (jack-in-the-box), sensorische (citroensap), en sociaal-emotionele (luisteren naar een zieke baby huilen). Het protocol werd aangepast van onze bestaande protocollen voor 12 maanden oud 8 en 3-5 jarigen 11, om ervoor te ontwikkelingsgebied uitdagende, boeiende en aanvaardbaar voor kleuters (18-21 Maanden).
Hier presenteren we de Developmental Challenges Protocol (DCP) en ANS gegevens van de 18 maanden oude studie bezoek van de Stress, Eten en Early Development (SEED) Studie van zwangere vrouwen en hun nakomelingen. Maternal deelnemers met gezonde zwangerschappen werden gerekruteerd tijdens 2013-14 voor een studie van gewichtstoename tijdens de zwangerschap en prenatale stress en overgewicht, een laag inkomen, en raciaal en etnisch divers. geïnformeerde toestemming ouders voor de studie van haar nageslacht werd verkregen vlak na de geboorte weer voor het begin van de gegevensverzameling voor de hier gerapporteerde studie, wanneer het nageslacht waren 18-21 maanden tijdens 2014-2015.
Protocol
Representative Results
Discussion
Deze studie toonde aan dat, in een steekproef van 18 maanden oude kinderen, gestandaardiseerde rusten en uitdaging taken ontworpen om reacties te lokken uit een reeks van domeinen (schrikken, zintuiglijke, sociale, rust) heeft geleid tot een reeks van ANS reacties. De gemiddelde ANS antwoorden te vinden onder deze rust en uitdaging omstandigheden waren vergelijkbaar met ANS waarden door anderen die ANS responsiviteit hebben gemeten met jonge kinderen met behulp van soortgelijke taken 8,11,27,29 gemeld. Het ge…
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).
