Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

Målinger af ikke-næringsrige sugeparametre ved hjælp af et brugerdefineret tryktransducersystem

Published: April 19, 2024 doi: 10.3791/66273
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1
1Department of Communication Sciences and Disorders, Northeastern University

Summary

Den ikke-næringsrige sugeenhed (NNS) kan nemt indsamle og kvantificere NNS-funktioner ved hjælp af en sut, der er forbundet til en tryktransducer og registreret via et dataindsamlingssystem og bærbar computer. Kvantificering af NNS-parametre kan give værdifuld indsigt i et barns nuværende og fremtidige neuroudvikling.

Abstract

Den ikke-nærende sugeenhed (NNS) er et transportabelt, brugervenligt tryktransducersystem, der kvantificerer spædbørns NNS-adfærd på en sut. Optagelse og analyse af NNS-signalet ved hjælp af vores system kan give målinger af et spædbarns NNS-burstvarighed (er), amplitude (cmH2O) og frekvens (Hz). Nøjagtig, pålidelig og kvantitativ vurdering af NNS har enorm værdi i at tjene som en biomarkør for fremtidig fodring, talesprog, kognitiv og motorisk udvikling. NNS-enheden er blevet brugt i adskillige forskningslinjer, hvoraf nogle har inkluderet måling af NNS-funktioner til at undersøge virkningerne af fodringsrelaterede interventioner, karakterisere NNS-udvikling på tværs af populationer og korrelere sugeadfærd med efterfølgende neuroudvikling. Enheden er også blevet brugt i miljøsundhedsforskning for at undersøge, hvordan eksponeringer i livmoderen kan påvirke udviklingen af spædbørns NNS. Således er det overordnede mål inden for forskning og klinisk udnyttelse af NNS-enheden at korrelere NNS-parametre med neuroudviklingsmæssige resultater for at identificere børn med risiko for udviklingsforsinkelser og give hurtig tidlig indgriben.

Introduction

Non-nutritive suck (NNS) er en af de første forekommende adfærd, som et spædbarn kan udføre med munden kort efter fødslen og har derfor potentialet til at give meningsfuld indsigt i hjernens udvikling1. NNS refererer til sugebevægelser uden ernæringsindtag (fx sutte på sut) og er kendetegnet ved en række rytmiske udtryk og sugebevægelser af kæbe og tunge med pausepauser til vejrtrækning. Almindelige parametre for NNS er blevet bemærket at omfatte en gennemsnitlig NNS-burst (serie af sugecyklusser) på 6-12 sugecyklusser med en intra-burst-frekvens på to suger pr. sekund2; NNS-funktioner varierer dog mellem kliniske populationer 3,4 og ændres dynamisk i løbet af det første leveår5. Disse ændringer tilskrives væksten i mundhulen og tilhørende anatomi, modning af fodringsfærdigheder og neuroudvikling og oplevelser. De neurale baser af NNS omfatter hovedsageligt sugecentralmønstergeneratoren i hjernestammens centrale grå, der omfatter et indviklet netværk af interneuroner og ansigts- og trigeminusmotorneuronkernerne6. En koordineret NNS er også afhængig af intakte neurale veje mellem kortikale og hjernestammeområder for at modulere sin ydeevne til sensoriske stimuli 7,8, hvilket gør NNS til en levedygtig indikator for tidlig neural funktion og udvikling.

NNS-målinger er knyttet til fodringssucces hos for tidligt fødte spædbørn 9,10, og både suge- og fodringsresultater har været forbundet med efterfølgende motorisk, kommunikation og kognitiv udvikling 11,12,13. I en retrospektiv undersøgelse, der karakteriserede 23 børn i førskolealderen med sproglige og motoriske handicap, havde 87% en historie med tidlige fodringsproblemer, som omfattede vanskeligheder med at sutte11. Næringsrig suttepræstation umiddelbart efter fødslen og omsorgspersoners rapporter om fodringsvanskeligheder var signifikant forbundet med flere områder af neuroudvikling hos børn i alderen18 måneder 12,14 år. Interessant nok var følsomheden og specificiteten af fodringsydelsen højere end ultralydsvurdering af hjernen på neurodevelopmental outcome mål12. I en anden undersøgelse var sugende / oralmotoriske præstationsscorer vurderet via neonatal oralmotorisk vurderingsskala15 i tidlig barndom forbundet med motoriske færdigheder, sprog og intelligensmål ved 2 og 5 år i en kohorte af børn født for tidligt13,16.

I betragtning af at sugning og fodring kan være følsomme indikatorer for neuroudviklingsresultater gennem barndommen, er der et kritisk behov for tilgængelig, nøjagtig og kvantitativ vurdering af NNS for at hjælpe med at identificere børn med risiko for forsinket og forstyrret udvikling for at give tidlig indgriben. Dette behov førte til design og forskningsudnyttelse af Speech &; Neurodevelopment Labs (SNL) NNS-enhed. Denne bærbare enhed inkluderer en sut fastgjort til enden af et håndtag, der er let at holde, forbundet til en tilpasset tryktransducer, der er designet internt og tilsluttet et dataindsamlingscenter (DAC). DAC'en opretter forbindelse til en bærbar computer, og dataene registreres via dataindsamlings- og analysesoftware. Tryktransduceren måler trykændringer inde i sutten og konverterer den til et spændingssignal. DAC indeholder konvertere, der ændrer det analoge spændingssignal til digitale værdier i cmH2O, der visualiseres og registreres via dataindsamlings- og analysesoftwaren. NNS-resultatmål, der kan analyseres ud fra sugesignalbølgeformen, inkluderer NNS-varighed (hvor længe en sugeburst varer målt i s), amplitude (målt som tophøjde trukket fra top-trug i cmH2O), cyklusser / burst (antal sugecyklusser inden for en burst), frekvens (intra-burst-frekvens målt i Hz), cyklusser (antal sugecyklusser, der forekommer i et minut), og bursts (antal sugeudbrud, der forekommer på et minut).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Northeastern University's institutionelle review board har godkendt undersøgelser med NNS-enheden med mennesker (15-06-29; 16-04-06; 17-08-19). Der blev indhentet informeret samtykke fra børnenes omsorgspersoner. Alt forskningspersonale har gennemført uddannelse i mennesker, inden der indsamles data med NNS-enheden. SNL-teamet har genereret flere træningsressourcer og protokoller, som nyt forskningspersonale skal gennemføre inden dataindsamling ved hjælp af NNS-enheden. Disse træningssessioner omfatter gennemgang af følgende protokol.

1. Opsætning af NNS-enhed

  1. Åbn det transportable etui (figur 1), og fjern følgende enhedskomponenter: DAC og dens netledning, tilpasset tryktransducerboks (NNS-boks) med suttemodtagerhåndtag og gråt kabel tilsluttet, bærbar computer og USB-kablet, der forbinder den til DAC'en, og sut.
  2. Tilslut følgende komponenter: netledningen i DAC'en og en trebenet stikkontakt, et gråt kabel, der er tilsluttet NNS-boksen, i den første forreste runde port på DAC'en og en USB-ledning i den bærbare computer og DAC (figur 2).
  3. Tænd DAC'en ved hjælp af afbryderen på bagsiden, og log på den bærbare computer / computeren.

2. Kalibrering af NNS-enhed

  1. Fjern trykkalibratoren og 1 ml sprøjte fra etuiet.
  2. Skru den sorte suttemodtager af håndtaget. Skru håndtaget på trykkalibratoren, så håndtaget er vandret med trykkalibratoren (figur 3A-C).
  3. Træk sprøjtestemplet helt ud, og skru det derefter i den øverste position på trykkalibratoren. Sprøjten skal være vinkelret på trykkalibratoren (figur 3D).
  4. Åbn regnearket mærket SNL Suck Analyzer Calibration File på den bærbare computer.
    BEMÆRK: Denne fil indeholder formler, der vurderer trykvariabilitet mellem dataindsamling og analyse ansøgning og trykkalibrator enhed målt i psi. Der er en boks i øverste venstre hjørne til dataindtastning, som bruges til at indtaste dataaflæsninger fra trykkalibratoren og LabChart-kalibreringsfilen (beskrevet nedenfor).
    1. Højreklik på fanen, hvor der står Dubler og Omdøb som dato , og vælg Flyt eller kopiér.
    2. I pop op-vinduet Flyt eller kopier skal du klikke på feltet Opret en kopi i SNL Suck Analyzer-kalibreringsfilen og derefter klikke på OK.
    3. Dobbeltklik på den fane, der lige er blevet kopieret, og omdøb den til dags dato.
  5. Åbn dataindsamlings- og analysefilen på den bærbare computers skrivebord mærket Kalibreringsfil.
    BEMÆRK: Sørg for, at regnearket stadig kan ses på skærmen på den bærbare computer, hvilket kan kræve, at regnearket og programvinduerne til dataindsamling og analyse minimeres og omarrangeres.
  6. Tryk på tænd / sluk-knappen på trykkalibratorenheden for at tænde den.
  7. På den bærbare computer skal du vælge Start på kalibreringsfilen, mens NNS-boksens gear er på nul. Kontroller bølgeformprøveudtagningen over tid på filen.
    BEMÆRK: NNS-boksen har to indstillingsmuligheder: Nul og Sample. Sørg for, at den er indstillet til nul, før kalibreringen påbegyndes. Filens Start-knap aktiveres kun, når filen åbnes, efter at DAC'en er tændt. Hvis filen åbnes, og der ikke kan klikkes på knappen Start, skal du lukke filen, tænde DAC'en og åbne filen igen.
  8. I deres respektive celler i regnearket (dvs. under DAC-programmet og kolonnerne Rød kalibrator) skal du registrere værdien i øverste højre hjørne af kalibreringsfilen og værdien på trykkalibratorenheden, mens psi er på 0,00 (figur 4A).
  9. Drej gearet fra nul til prøve på NNS-boksen. Vent ca. 15 sek., så tryktransduceren kan ændre optagefunktionerne.
  10. Tryk langsomt sprøjtestemplet ned, indtil trykkalibratoren når en værdi så tæt på 0,2 psi som muligt, og udfyld derefter kalibreringsfilen med trykkalibratorværdierne i deres respektive celler i regnearket.
  11. Gentag trin 2.10. for følgende psi-værdier: 0,4, 0,6 og 0,8 (figur 4A).
  12. Når alle værdier er indtastet i regnearket, skal du klikke på Stop i kalibreringsfilen. I regnearket skal du kontrollere cellerne Hældning og godhed af pasform placeret til højre for tabellen, der blev brugt til at tilslutte psi-værdierne fra dataindsamlings- og analyseapplikationen og kalibreringsenheden (figur 4B). Hvis begge celler er fremhævet med grønt, var kalibreringen vellykket; Fortsæt til trin 2.13.
    BEMÆRK: Hvis en eller begge celler er røde, skal du rydde værdierne i psi-målecellerne i regnearket, dreje NNS-boksen fra Prøve til Nul, lukke kalibreringsfilen, slukke for trykkalibratoren ved at trykke på tænd/sluk-knappen , skru sprøjten helt af trykkalibratoren og trække sprøjtestemplet helt ud, før du skruer det på igen. Gentag trin 2.5. - 2.12.
  13. Luk kalibreringsfilen uden at gemme, drej tandhjulet på NNS-boksen til nul, og sluk trykkalibratoren ved at trykke på tænd/sluk-knappen .
  14. Skru sprøjten af trykkalibratoren. Træk sprøjtestemplet helt ud igen, og skru det derefter tilbage på trykkalibratoren.
  15. På computerens skrivebord skal du vælge og åbne filen mærket Master Settings File. På den øverste kanal i filen skal du klikke på pilen for rullemenuer på Sug tryk og vælge Aritmetik.
    BEMÆRK: Sørg for, at regnearket stadig kan ses på skærmen på den bærbare computer, hvilket kan kræve, at regnearket og programvinduerne til dataindsamling og analyse minimeres og omarrangeres.
  16. I parenteserne i tekstfeltet Formel i dataindsamlings- og analysefilen skal du indtaste værdierne fra regnearket, der er placeret i de blå celler over cellerne Hældning og godhed af tilpasning (figur 4C). Klik på OK på filen.
  17. Tænd trykkalibratoren igen ved hjælp af tænd / sluk-knappen . Tryk på Start på hovedindstillingsfilen. Drej NNS-boksen tilbage til Sample, og vent i 15 sekunder.
  18. Tryk sprøjtestemplet ned så tæt på 0,5 psi som aflæst på trykkalibratoren.
  19. Rul til højre i regnearket, og registrer værdien Master Settings File under cellen mærket DAC og trykkalibratorens værdi under cellen mærket Calibrator (figur 4D). Hvis procentfejlcellen er fremhævet med grønt, fuldføres kalibreringen. Hvis den er rød, skal du rydde de data, der er indtastet i dette trin, og genstarte kalibreringsprocessen fra trin 2.13.
  20. Klik på Stop på hovedindstillingsfilen. Drej NNS-boksen til nul. Gem hovedindstillingsfilen ved at vælge Filer og derefter Gem som indstillinger. Navngiv filen som datoen for vellykket kalibrering.
  21. I regnearket skal du vælge Filer > Gem og derefter Filer > Luk.
  22. Sluk for trykkalibratoren ved at trykke på tænd/sluk-knappen . Skru håndtaget og sprøjten af trykkalibratoren, og skru den sorte modtager tilbage på håndtaget. Sluk, tag stikket ud, og pak enhedskomponenter tilbage i etuiet.

3. Indsamling af ikke-næringsrige sugedata

  1. Udfør trin 1.1. - 1.3. til opsætning af NNS-enhed.
  2. Vask hænder, tag latexhandsker på, og fastgør en nyåbnet sut til suttemodtageren (figur 5).
  3. Åbn dataindsamlings- og analysefilen på den bærbare computers skrivebord med den seneste kalibreringsdato. Når filen er åbnet, skal du vælge Start.
  4. Drej NNS-boksgearet fra nul til prøve. Vent ca. 15 sek., så tryktransduceren kan ændre optagefunktionerne.
  5. Tilbyd sutten til barnet i en behagelig stilling og hold den, så de kan sutte på i 2-5 min (eller hvor længe det er tåleligt for barnet og behageligt med deres omsorgsperson).
    BEMÆRK: Foretrukne positioner til måling af NNS hos børn ville være optimale fodringspositioner for deres alder. Forskeren eller en omsorgsperson kan tilbyde barnet sutten (figur 6).
  6. Når barnet er færdigt eller 5 min er gået, skal du hente suttehåndtaget fra den, der holdt det for barnet, og trykke på Stop på filen. Skift NNS-boksens gear fra Sample til Zero.
  7. Fjern sutten fra modtageren, og bortskaf den sikkert i henhold til eventuelle institutionelle hygiejneprotokoller. Fjern og bortskaf handsker og vask hænder sikkert.
  8. Gem filen ved at vælge Gem som , og navngiv filen med deltagerens id-nummer og datoen for dataindsamlingen. Gem filen på skrivebordet på den bærbare computer.
  9. Sluk, tag stikket ud, og pak enhedskomponenter tilbage i etuiet.

4. Analyse af ikke-nærende suger rigelige

  1. Brug en stationær eller bærbar computer, der har dataindsamlings- og analysesoftwaren, til at åbne deltagerens NNS-datafil på skrivebordet ved at dobbeltklikke på den.
  2. Manuelt identificere sugeudbrud ved hjælp af følgende kriterier: NNS-udbrud med mere end én sugecyklus, hvor hver sugecyklus har en amplitude på mindst 1 cmH2O, og bølgeformer inden for 1000 ms fra hinanden betragtes som en del af den samme sugeudbrud (figur 7).
    BEMÆRK: Det er nyttigt at ændre visningen af bølgeformen (klik på feltet Indstil vandret skalering nederst til højre på skærmen for at få zoom-ind og ud-indstillinger) for bedre at identificere NNS-cyklusser fra støj. Analysen udføres i en 50:1-visning. Det er vigtigt at bemærke, når vi udforsker NNS på tværs af populationer, kan disse kriterier ændre sig, da forskellige populationer udviser ændrede NNS-mønstre.
  3. Hvis du vil angive indstillinger for spidsbelastningsanalyse, skal du vælge Peakanalyse, derefter Indstillinger og derefter Tabelindstillinger. Markér felterne T-start, T-slutning, højde, topområde og periode . Alle andre felter skal ikke være markeret.
  4. Brug markøren til at klikke og trække en boks rundt om den første NNS-burst, der er identificeret med kriterierne beskrevet i trin 4.2.
  5. Klik på Analysér (som en del af indstillingerne for topanalyse i den øverste værktøjslinje), som identificerer toppe med parametre, der er angivet i trin 4.3.
  6. Klik på knappen Burstanalysemakro , som genererer en pop op-datablokmenu.
  7. Indsæt en række i kolonnen over dataene i datablokken ved at højreklikke på kolonnen, vælge Indsæt række for den første NNS-burst og skrive Min 0-1 (eller hvilket minut den første burst forekommer i).
  8. Fortsæt trin 4.4. - 4.6. indtil alle NNS-bursts er valgt. Fortsæt med at holde styr på det minut, hvor udbrud opstår, ved at karakterisere det specifikke minut (f.eks. Min 1-2, Min 2-3) i datablokken.
  9. Når analysen er fuldført, skal du vælge Filer > Gem som og gemme den analyserede NNS-fil som deltager-id, dato og forskerinitialer. Vælg desuden Filer > Eksporter kun > datablok som tekstfil > Gem for at gemme datablokfilen separat.
    BEMÆRK: Det er vigtigt at gemme den rå NNS-fil, analyserede NNS-fil og tekstfil.
  10. Behandl tekstfilen via en brugerdefineret NNS-seriemakro. Dette giver en analyseret tekstfil, der indeholder følgende burstvariabler: varighed, frekvens, højde (amplitude), burstantal, cyklusser/burst og cyklusser/minut for hver NNS-burst. Den indeholder også et gennemsnit for de to på hinanden følgende minutter af NNS med det højeste cyklusantal, som ofte bruges til endelige analyser. Juster afhængigt af hvilket analysevindue der skal analyseres.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

NNS-enheden er blevet brugt i adskillige offentliggjorte undersøgelser, der inkorporerer NNS-resultatmål 17,18,19. I eksempeldataene vist i figur 7 er udbrud manuelt blevet identificeret med følgende kriterier: mere end én sugecyklus pr. burst, cyklusser med mindst en amplitude på 1 cmH2O og sugebølgeformer inden for 1000 ms fra hinanden. Når bursts er identificeret, udsender den brugerdefinerede makro NNS-resultaterne.

SNL har brugt enheden til at vurdere NNS-parametre hos 25 spædbørn umiddelbart før og efter frenotomi (en kirurgisk procedure for at lindre et stramt lingual frenulum)17. Efter frenotomi viste spædbørn et fald i NNS-amplitude (M = 13,52cmH2O, SD = 5,39 præ-frenotomi; M = 10,25 cmH2O, SD = 4,93 post-frenotomi) og burst varighed (M = 5,21 s, SD = 2,62 præ-frenotomi; M = 4, 04 s, SD = 1, 72 post-frenotomi); Disse resultater, som indikerede reduceret NNS-adfærd, kunne imidlertid have været relateret til smerte efter operationen17. Denne undersøgelse fremhæver, at NNS-enhedssystemet kan bruges som en før-/post-resultatmåling efter fodringsrelaterede interventioner og / eller operationer for at informere praktiserende læger om deres effektivitet. En undersøgelse af fødselsordenseffekter på en række omsorgspersoner og spædbørnsfodringsresultater hos 56 par mødre og spædbørn rapporterede ingen forskel i NNS-funktioner målt via NNS-enheden mellem spædbørn med (varighed M = 4,41 s, SD = 2,39; frekvens M = 2,03 Hz, SD = 0,41; amplitude M = 12,74 cmH2O, SD = 6,99; udbrud M = 4,33, SD = 0,41) og uden (varighed M = 5,70 s, SD = 4,15; frekvens M = 2,11 Hz, SD = 0,21; amplitude M = 16,28 cmH2O, SD = 8,13; bursts M = 4,85, SD = 2,30) søskende18. Disse ikke-statistisk signifikante resultater på NNS-resultater matchede resultatet af ingen forskel i fodringspræstation vurderet via scorerne for oral fodringsfærdigheder blandt disse spædbørn18. NNS-enheden er blevet brugt i en forskningslinje, der evaluerer forholdet mellem NNS's tidlige oromotoriske adfærd og pludren. I en gruppe på 26 fuldbårne spædbørn rapporterede Murray et al.19 NNS-burstvarighed (M = 4,93 s, interval = 0,94 - 11,97), frekvens (M = 2,06 Hz, interval = 1,36 - 2,75) og amplitude (M = 12,32 cmH2O, interval = 1,19 - 28,03) var signifikante prædiktorer for variationskoefficienten pludrende vokaliseringsmål for stemmestarttid (VOT) i en multipel regressionsmodel (F [4,18] = 3,613, p = 0, 02, R2 = 0, 45). Specifikt drev længere NNS-burstvarighed og højere NNS-intraburstfrekvens øget variation i VOT. Yderligere forskning i forholdet mellem tidlig NNS-adfærd og efterfølgende oromotoriske færdigheder pågår i SNL.

Flere undersøgelser ved hjælp af NNS-enheden har bidraget til at fremme vores forståelse af NNS-udvikling, funktioner og hvordan yderligere sensoriske oplevelser kan modulere dens ydeevne 5,20,21. Martens et al.5 fangede forskelle i NNS-resultater gennem det første leveår i en langsgående, gentagen undersøgelse af 26 fuldbårne spædbørn ved 3 og 12 måneders alder. Specifikt faldt NNS-udfaldsmål for sugeudbrud/min (3-måneders Mdn = 4,50; 12-måneders Mdn = 2,50), cyklusser/burst (3-måneders Mdn = 9,60; 12-måneders Mdn = 2,50) og burstvarighed (3-måneders Mdn = 4,74 s; 12-måneders Mdn = 1,67 s), NNS-amplitude (3-måneders Mdn = 14,05 cmH2O; 12-måneders median = 19,75 cmH2O) øget, og NNS-frekvens (3-måneders Mdn = 2,09 Hz; 12-måneders Mdn = 2,11 Hz) forblev konstant medalderen 5. Zimmerman et al.21 brugte NNS-enheden til at standardisere NNS-måling og undersøge NNS-egenskaber inden for en enkelt sugeprøve. Hos 54 fuldbårne spædbørn ved 3 måneders alderen havde spædbørn i gennemsnit 14,50 sutte bursts (cyklusser/burst range = 2 - 69; amplitudeområde = 0,55 - 34,60 cmH2O; frekvensområde 0,69 - 7,81 Hz) i løbet af en 5 min prøve. Breakpoint-analyser afslørede fysiologiske forskelle i NNS-cyklusser/burst og amplitude gennem de 5 minutters prøveudtagning af NNS-adfærd, hvilket understreger vigtigheden af at indsamle mere end en NNS-sugeburst for at vurdere sugefunktion21. Etablering af normer for NNS-resultater og standardiserede måleprotokoller er afgørende for gyldig og pålidelig NNS-vurdering for mere præcist at identificere børn, der kan have forsinket eller forstyrret oromotorisk adfærd. Zimmerman og DeSousa20 har brugt NNS-enheden til at undersøge, hvordan visuelle stimuli påvirker NNS-responsen hos en gruppe på 15 fuldbårne spædbørn under 6 måneder. Gentagne målinger ANOVA viste en signifikant hovedeffekt for NNS-udbrud og visuelle stimuli (F[2, 26] = 8,975, p = 0,001), og parvise sammenligninger efter hoc afslørede, at spædbørn øgede antallet af NNS-udbrud, når de visuelt blev præsenteret for en kvindes ansigt sammenlignet med en visuel stimulus af en bil, mens de blev udsat for moderens duft. Disse resultater fremhæver vigtigheden af sociale og moderlige virkninger på fodringsrelateret adfærd.

En anden forskningslinje, hvor NNS-enheden er blevet brugt, undersøger virkningerne af eksponeringer i livmoderen, som miljø- og moderfaktorer, på spædbarns NNS-udvikling 22,23,24,25. Prænatal eksponering for visse metalloider, fin luftforurening og phthalater, målt i urinprøver fra mødre under graviditet i Puerto Rico Testsite for Exploring Contamination Threats (PROTECT) kohorte, har været signifikant forbundet med forskelle i NNS-parametre 22,23,24. Specifikt i næsten eller over 200 grupper af PROTECT-mor-spædbarn-deltagere var NNS-amplitude (M = 17,1 cmH2O, SD = 6,9) og burstvarighed (M = 6,1 s, SD = 3,6) forbundet med prænatal eksponering for koncentrationer af fine partikler23 og NNS-amplitude (M = 16,7 cmH2O, SD = 6,59) og frekvens (M = 1,92 Hz, SD = 0,25) var relateret til niveauer af svangerskabsphthalateksponering24. Prænatal maternal stress er også blevet rapporteret at have virkninger på NNS-resultater, da højere rapporterede maternelle stressniveauer var forbundet med længere sugeudbrud (Mdn = 5,29, IQR = 3,95, 95% CI = 0,01 - 0,17) og færre sugeudbrud / min (Mdn = 5,00, IQR = 3,00, 95% CI = -0,13 - -0,02) i en stor kohorte på 237 mor-spædbarnsdyader fra Environmental influences on Child Health Outcomes (ECHO) Program25. NNS-foranstaltninger, der bruger NNS-enheden, har været følsomme for at opdage forhold mellem disse miljømæssige og maternele eksponeringer, hvilket kan informere og lette positive ændringer i miljø- og folkesundheden.

Samlet set har resultater fra projekter, der har brugt NNS-enheden, vist dens effektivitet til at kvantificere NNS-ydeevne og pålidelige resultatmønstre, der i høj grad har bidraget til NNS-litteraturen. I PROTECT-kohorten var højere prænatal metaleksponering forbundet med nedsat NNS-amplitude og øget NNS-burstvarighed, cyklusser/burst og cyklusser/min i de første 2 måneder af livet hos fuldbårne spædbørn22,23. Derudover var længere NNS-burstvarigheder og flere NNS-cyklusser/burst og cyklusser/min efter 3 måneder forbundet med lavere score i kognitive udviklingsvurderinger efter 12 måneder26. Således kan større amplituder og kortere burstcyklusser og varigheder indikere mere organiseret NNS-adfærd i 1. leveår. Denne hypotese matcher de ændringer i NNS-udvikling, der tidligere er beskrevet af Martens et al.5, hvilket understøtter forestillingen om, at disse NNS-parametre repræsenterer organiseret ydeevne og sund udvikling.

Figure 1
Figur 1: Etui til bærbar NNS-enhed. Enhedskomponenter mærkes og skaleres. Etuiet holder enhedens komponenter sikre og indeholder hjul og et udtrækkeligt håndtag, der gør transport af enheden let. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 2
Figur 2: Opsætning af NNS-enhed. Enhedskomponenter mærkes og skaleres. NNS-enheden kræver ikke meget plads at sætte op, og alle ledninger og plug-ins til systemet er lange, hvilket giver fleksibilitet til en række forskellige dataindsamlingsrum og forsker-/plejerstillinger. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 3
Figur 3: Trykkalibreringsopsætning. (A) Trykkalibrator og suttemodtager og håndtag. (B) Trykkalibrator med suttemodtager skruet af håndtaget. (C) Trykkalibrator med håndtag monteret. (D) Trykkalibrator med håndtag og 1 ml sprøjte påsat. Sprøjtestemplet skal trækkes helt ud, før det skrues fast på trykkalibratoren. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 4
Figur 4: Kalibreringsfil for suganalysator. (A) Celler, hvor trykregistreringer betegnes som målt af kalibreringsfilen og kalibreringsanordningen ved hjælp af 1 ml sprøjten ved 0,0, 0,2, 0,4, 0,6 og 0,8 psi. (B) Hældningen og godheden af tilpasningsceller udfyldes automatisk, når alle trykregistreringer er indtastet i (A). Grønne celler angiver, at kalibreringen var vellykket, røde blodlegemer kræver, at kalibreringsprocessen udføres igen. (C) Disse blå celler udfyldes også automatisk, når trykregistreringerne er afsluttet. Disse værdier skal indtastes i hovedindstillingsfilen i tekstboksen Formel. (D) Celler, hvor trykregistreringer angives, målt via hovedindstillingsfilen og kalibreringsanordningen ved hjælp af 1 ml sprøjten ved 0,5 psi. Cellen Procentfejl udfyldes automatisk, når målingerne er tilsluttet. Grøn betyder, at kalibreringen er vellykket, rød kræver, at kalibreringsprocessen udføres igen fra trin 2.13. i protokollen. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 5
Figur 5: Sut, modtager og håndtag. Enhedskomponenter mærkes og skaleres. En nyåbnet sut fastgøres let til modtageren. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 6
Figur 6: Eksempel på NNS-dataindsamling. En forsker eller omsorgsperson kan tilbyde sutten til deltageren og derefter holde håndtaget som en flaske under dataindsamlingen. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 7
Figur 7: NNS-bølgeform. Den brugerdefinerede tryktransducer måler NNS-komprimering i cmH2O over tid, og softwaren giver live biofeedback af NNS-ydeevne og registrerer sine data til analyse. Klik her for at se en større version af denne figur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

NNS-enheden har flere begrænsninger, der er vigtige at erkende. Selvom NNS giver kritisk indsigt i fodring9, er der en betydelig mængde ekstrapolering fra NNS til fodringsydelse. Løsninger på denne begrænsning har inkluderet forskerhold, der parrer NNS-resultater med faktiske fodringsobservationer og omfattende fodringsrelaterede spørgeskemaer til plejepersonale for mere fuldstændigt at fange, hvordan NNS relaterer til fodring18. Derudover kan et spædbarn have en velmønstret NNS, men stadig have udfordringer med fodring på grund af de ekstra krav til koordinering af indtagelse af næringsstoffer. Desuden har NNS-enheden på grund af standardisering og til udstyrsformål kun brugt en specifik sut i undersøgelser af NNS. Suttepræstationen er muligvis ikke fuldt repræsentativ for barnets NNS-egenskaber, hvis babyer bruger forskellige sutter derhjemme, da sutter kan variere betydeligt i fysiske egenskaber, hvilket kan påvirke NNS-præstationen27,28. En anden udfordring med NNS-enheden er, at den kun fanger ekspressionsaspektet af ikke-nærende sugning og ikke måler nogen sugeparametre. Udtrykket refererer til det positive tryk, et spædbarn udøver på en brystvorte eller sut ved at lukke på den ved hjælp af tungen og underkæben. Sugekomponenten er, når et spædbarn sænker tungen og underkæben for at forstørre mundhulen, mens nasopharynx forsegles for at skabe negativt intraoralt tryk. Selvom sugning er et vigtigt kendetegn ved et sugerespons, vil dets nøjagtige måling kræve, at deltagerne opnår en passende tætning omkring enheden og evnen til at skabe intraoralt undertryk. Disse krav vil være udfordrende i kliniske populationer, især hos spædbørn med læbespalte og/eller ganespalte29. NNS-enheden anvendes i øjeblikket i kliniske populationer, der ville have svært ved at forsegle omkring en brystvorte og skabe intraoralt undertryk, og evaluering af deres ekspressionsegenskaber giver stadig værdifuld information om deres NNS-adfærd.

NNS-enheden har fordele ved at beskrive NNS-funktion sammenlignet med ikke-instrumentelle muligheder, især med dens nøjagtighed. Vurdering af NNS i kliniske omgivelser sker ofte uden biomedicinsk udstyr, hvilket gør evalueringen subjektiv og begrænset til en evaluators erfaring. Der er rapporteret signifikante forskelle i evalueringen af orofaryngeal opgaveudførelse mellem klinisk subjektive vurderinger og biomedicinsk registreret objektiv måling30, hvis effekt er specifikt observeret i NNS-vurdering31. Wahyuni et al.31 rapporterede signifikante forskelle mellem subjektiv scoring og en biomedicinsk sugetryktransducerenhed i NNS-resultater af antallet af sug pr. burst, tiden mellem bursts og sugetryk i en stor kohorte af for tidligt fødte babyer. Almindelige måder, hvorpå NNS kan vurderes klinisk, er gennem observationer af spædbørn, der sutter på en sut eller deres hænder / fingre og potentielt med en klinikers handskede finger som surrogat til en sut. Neiva et al.32 udviklede og validerede en vurdering af NNS-præstation hos for tidligt fødte spædbørn ved hjælp af en handskefinger og et omfattende scoringssystem. Selvom klinisk vurdering er begrænset i sin evaluering og nøjagtighed, kan den give en vis indsigt i NNS-adfærd og anvendes ofte på grund af udfordringerne ved at få adgang til, bruge og fortolke objektive metoder til måling af NNS-funktion i kliniske omgivelser.

Udover NNS-enheden er der flere kvantitative muligheder for at måle NNS-ydeevne. Pereira et al.33 beskrev et system, der måler NNS-parametre og kan give NNS-stimulering via en pneumatisk pumpe på en sut med et komplekst system af enhedskomponenter, mikrocontrollere og flere softwareprogrammer. Grassi et al.34 udviklede en enhed ved hjælp af en sut med en ukonventionel form, der kvantitativt kan måle NNS-kompression og sugetryk samtidigt. De rapporterede foreløbige resultater i en lille gruppe spædbørn i neonatal intensivafdeling (NICU). Cunha et al.35 designede en enhed, der måler NNS-tryk på en sut ved hjælp af en tryksensor og forstærkerkredsløb og undersøgte forskelle mellem NNS og næringssugning på deres enhed mellem en lille kohorte af præ- og fuldbårne spædbørn. Nascimento et al.36 udviklede S-FLEX-enheden, som er et bærbart system, der inkluderer en sut fastgjort til en tryksensor, der kan måle det maksimale og gennemsnitlige tryk af NNS-adfærd. Truong et al.37 beskrev et NNS-system bestående af en engangssut, tryksensor, dataindsamlingsenhed og tilpasset software, der vurderede intraorale vakuummålinger under NNS-ydeevne i en kohorte af sunde fuldbårne spædbørn. Ebrahimi et al.38 præsenterede foreløbige resultater på en bred vifte af NNS-resultater ved hjælp af en trådløs og bærbar sut bestående af trykmålings- og strømforsyningsenheder på fire spædbørn fra en NICU. Akbarzadeh et al.39 udviklede et sensibiliseret ikke-nærende sugesystem, der kan evaluere ekspressions- og sugetryk med en forskningssut, der har en implementeret analog-til-digital konverter og mikrocontroller, som trådløst kan overføre data. Dette sensibiliserede system er blevet anvendt i undersøgelser med store prøvestørrelser af for tidligt fødte spædbørn, der undersøger NNS-præstationer med Apgar-score39 og fuld opnåelse af oral fodring40. En anden kvantitativ mulighed for NNS-vurdering er NTrainer-systemet, som inkluderer en pneumatisk forstærker fastgjort til en silikonesut, der kan vurdere NNS-parametre og levere pulserende orosensorisk stimulering, der efterligner typiske NNS-motormønstre41. NTrainer-systemet er blevet brugt til at karakterisere NNS-adfærd i kliniske populationer og som en interventionsstrategi for spædbørn i NICU for at forbedre NNS-parametre, lette oral fodringssucces og reducere hospitalsophold 41,42,43. Selvom det kræver betydelige ressourcer og uddannelse at implementere klinisk, rapporterer NICU-teammedlemmer og forældre til spædbørn i NICU positive virkninger af dets anvendelse44.

Ud over de andre kvantitative metoder, der beskriver NNS-adfærd, er NNS-enheden en ideel mulighed for at vurdere NNS-funktionen. Enhedssystemet er transportabelt og let at konfigurere og er blevet brugt til at indsamle data på hospitaler, klinikker og hjemmeindstillinger. NNS-enheden er meget sikker og hygiejnisk, da det eneste materiale, der er i kontakt med spædbarnet, er en almindelig kommerciel sut, der let kan fastgøres og fjernes fra suttehåndtaget (figur 5). NNS-dataindsamling er enkel med enheden, da håndtaget, der er let at holde, giver plejepersonale eller klinisk personale mulighed for at tilbyde sutten som en flaske (figur 6), mens den bærbare computer giver biofeedback i realtid af NNS-bølgeformen (figur 7). De tilpassede og strømlinede kalibrerings- og analysepipelines letter dens tilgængelighed for andre forskerhold17,25 og klinikere. Derudover måler NNS-enheden NNS-adfærd med høj nøjagtighed. NNS-enhedens kalibreringsproces verificerer, at tryktransducersensoren registrerer præcisionstrykmålinger til et jordbaseret sandhedssignal. Denne proces sikrer, at data er gyldige, og sensoren er nøjagtig.

Forskning og kliniske implikationer af NNS-enheden er enorme. Kvantitative, valide og pålidelige målinger af NNS-funktion har enorm værdi i den tidlige vurdering af spædbørns neuromotoriske status. NNS er en af de første observerbare motoriske funktioner i livmoderen og i barndommen, og det kan tjene som en tilgængelig og pålidelig adfærd til at identificere børn med risiko for potentielle forsinkelser eller forringelse i fodring, kognitive, talesprog og motoriske udviklingsdomæner 9,11,12,14 . Talrige undersøgelser har demonstreret forskningsmulighederne ved hjælp af NNS-enheden, da den er blevet brugt til at vurdere virkningerne af fodringsrelaterede oplevelser og interventioner / kirurgiske procedurer17,20, karakterisere NNS-udvikling gennem det første leveår5, korrelere sugeadfærd med udviklingen af anden oromotorisk adfærd19 og identificere miljømæssige og moderlige eksponeringer, der kan påvirke børns neuroudvikling negativt 22,23,24,25. Fremtidige retninger for NNS-enheden inkluderer karakterisering af NNS-profiler i kliniske populationer for at forbedre dets diagnostiske evner til at identificere børn i fare for forstyrret udvikling.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingen interessekonflikter.

Acknowledgments

Vi vil gerne anerkende følgende NIH-finansieringskilder: DC016030 og DC019902. Vi vil også gerne takke medlemmerne af Speech & Neurodevelopment Lab og de familier, der deltog i vores mange undersøgelser.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Poore, M. A., Barlow, S. M. Suck predicts neuromotor integrity and developmental outcomes. Pers Speech Sci Orofacial Disorders. 19 (1), 44-51 (2009).
  2. Wolff, P. H. The serial organization of sucking in the young infant. Pediatrics. 42 (6), 943-956 (1968).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Martens, A., Hines, M., Zimmerman, E. Changes in non-nutritive suck between 3 and 12 months. Early Human Dev. 149, 105141 (2020).
  6. 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).
  7. 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).
  8. Zimmerman, E., Foran, M. Patterned auditory stimulation and suck dynamics in full-term infants. Acta Paediatr. 106 (5), 727-732 (2017).
  9. 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).
  10. Pineda, R., Dewey, K., Jacobsen, A., Smith, J. Non-nutritive sucking in the preterm infant. Am J of Perinatol. 36 (3), 268-277 (2019).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Palmer, M. M., Crawley, K., Blanco, I. A. Neonatal oral-motor assessment scale: A reliability study. J Perinatol. 13 (1), 28-35 (1993).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Murray, E. H., Lewis, J., Zimmerman, E. Non-nutritive suck and voice onset time: Examining infant oromotor coordination. PLoS One. 16 (4), 30250529 (2021).
  20. Zimmerman, E., DeSousa, C. Social visual stimuli increase infants suck response: A preliminary study. PLoS One. 13 (11), e0207230 (2018).
  21. 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).
  22. 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).
  23. Morton, S., et al. Non-nutritive suck and airborne metal exposures among Puerto Rican infants. Sci Total Environ. 789, 148008 (2021).
  24. 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).
  25. Zimmerman, E., et al. Examining the association between prenatal maternal stress and infant non-nutritive suck. Pediatr Res. 93, 1285-1293 (2023).
  26. 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).
  27. Zimmerman, E., Barlow, S. M. Pacifier stiffness alters the dynamics of the suck central pattern generator. J Neonatal Nurs. 14 (3), 79-86 (2008).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).
  32. Neiva, F. C. B., Leone, C., Leon, C. R. Non-nutritive sucking scoring system for preterm newborns. Acta Paediatr. 97 (10), 1370-1375 (2008).
  33. 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).
  34. Grassi, A., et al. Sensorized pacifier to evaluate non-nutritive sucking in newborns. Med Eng Phys. 38 (4), 398-402 (2016).
  35. 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).
  36. 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).
  37. 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).
  38. 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).
  39. 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).
  40. 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).
  41. 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).
  42. 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).
  43. Song, D., et al. Patterned frequency-modulated oral stimulation in preterm infants: A multicenter randomized controlled trial. PLoS One. 14 (2), e0212675 (2019).
  44. 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).

Tags

Denne måned i JoVE nummer 206
Målinger af ikke-næringsrige sugeparametre ved hjælp af et brugerdefineret tryktransducersystem
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Westemeyer, R. M., Martens, A.,… More

Westemeyer, R. M., Martens, A., Phillips, H., Hatfield, M., Zimmerman, E. Non-Nutritive Suck Parameters Measurements Using a Custom Pressure Transducer System. J. Vis. Exp. (206), e66273, doi:10.3791/66273 (2024).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter