Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

Измерение параметров всасывания, не содержащего питательных веществ, с помощью специальной системы датчиков давления

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

Summary

Непитательное всасывающее устройство (NNS) может легко собирать и количественно оценивать характеристики NNS с помощью соски, подключенной к датчику давления и записанной через систему сбора данных и ноутбук. Количественная оценка параметров ННС может дать ценную информацию о текущем и будущем развитии нервной системы ребенка.

Abstract

Непитательное сосательное устройство (NNS) представляет собой портативную, удобную в использовании систему датчиков давления, которая количественно оценивает поведение младенцев NNS на соске. Запись и анализ сигнала NNS с помощью нашей системы может обеспечить измерение длительности (с), амплитуды (смH2O) и частоты (Гц) у младенца. Точная, надежная и количественная оценка ННС имеет огромное значение в качестве биомаркера для будущего питания, речевого и языкового, когнитивного и моторного развития. Устройство NNS использовалось во многих исследовательских линиях, некоторые из которых включали измерение особенностей NNS для изучения эффектов вмешательств, связанных с кормлением, характеристику развития NNS в разных популяциях и корреляцию сосательного поведения с последующим развитием нервной системы. Устройство также использовалось в исследованиях гигиены окружающей среды для изучения того, как воздействие в утробе матери может повлиять на развитие ННС младенцев. Таким образом, всеобъемлющей целью исследований и клинического использования устройства NNS является корреляция параметров NNS с исходами развития нервной системы для выявления детей с риском задержки развития и обеспечения быстрого раннего вмешательства.

Introduction

Непитательное сосание (ННС) является одним из первых видов поведения, которое младенец может выполнять ртом вскоре после рождения, и, следовательно, может дать значимое представлениео развитии мозга. NNS относится к сосательным движениям без потребления питательных веществ (например, сосание соски) и характеризуется серией ритмичных выражений и всасывающих движений челюсти и языка с перерывами на дыхание. Было отмечено, что общие параметры NNS включают средний всплеск NNS (серию циклов всасывания) из 6-12 циклов всасывания с частотой внутрипакетного всасывания два всасыванияв секунду 2; однако признаки ННС варьируются среди клинических популяций 3,4 и динамически изменяются в течение первого года жизни5. Эти изменения объясняются ростом полости рта и связанной с ней анатомией, созреванием навыков кормления и развитием нервной системы, а также опытом. Нейронные основы NNS в основном включают в себя центральный генератор паттернов всасывания в центральной серой части ствола мозга, включающий сложную сеть интернейронов и ядра двигательных нейроновлицевого и тройничного нервов 6. Координированный ННС также полагается на неповрежденные нейронные пути между областями коры и ствола мозга, чтобы модулировать свою производительность к сенсорным стимулам 7,8, что делает ННС жизнеспособным индикатором ранней нервной функции и развития.

Показатели ННС связаны с успехом кормления недоношенных детей 9,10, а результаты сосания и кормления были связаны с последующим моторным, коммуникативным и когнитивным развитием 11,12,13. В ретроспективном исследовании, в котором были охарактеризованы 23 ребенка дошкольного возраста с нарушениями речи и моторики, 87% имели в анамнезе проблемы с кормлением в раннем возрасте, которые включали трудности с сосанием11. Эффективность сосания питательных веществ сразу после рождения и сообщения опекунов о трудностях с кормлением были в значительной степени связаны с несколькими областями развития нервной системы у детей в возрасте 18 месяцев в возрасте12,14 лет. Интересно, что чувствительность и специфичность эффективности кормления были выше, чем ультразвуковая оценка мозгапо показателям исхода развития нервной системы. В другом исследовании показатели сосания / оральной моторики, оцененные по неонатальной шкале орально-моторной оценки15 в раннем младенчестве, были связаны с двигательными навыками, языком и показателями интеллекта в возрасте 2 и 5 лет в когорте детей, рожденных преждевременно13,16.

Учитывая, что сосание и кормление могут быть чувствительными индикаторами результатов развития нервной системы в детстве, существует острая необходимость в доступной, точной и количественной оценке ННС, чтобы помочь выявить детей с риском задержки и расстройства развития для обеспечения раннего вмешательства. Эта потребность привела к разработке и исследовательскому использованию устройства NNS Лаборатории речи и нейроразвития (SNL). Это портативное устройство включает в себя пустышку, прикрепленную к концу удобной ручки, подключенную к специальному датчику давления, разработанному собственными силами, и подключенную к центру сбора данных (ЦАП). ЦАП подключается к ноутбуку, и данные записываются с помощью программного обеспечения для сбора и анализа данных. Датчик давления измеряет изменения давления внутри пустышки и преобразует их в сигнал напряжения. ЦАП содержит преобразователи, которые преобразуют аналоговый сигнал напряжения в цифровые значения в смГн2О, которые визуализируются и записываются с помощью программного обеспечения для сбора и анализа данных. Показатели исхода NNS, которые могут быть проанализированы по форме сигнала всасывания, включают длительность NNS (как долго длится всасывающий пакет, измеряемый в с), амплитуду (измеряется как пиковая высота, вычитаемая из пика-впадины в смH2O), циклы/всплеск (количество циклов всасывания в пакете), частоту (внутрипакетную частоту, измеряемую в Гц), циклы (количество циклов всасывания, происходящих в минуту), и всплески (количество всасывающих пакетов, происходящих за минуту).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Институциональный наблюдательный совет Северо-Восточного университета одобрил исследования с использованием устройства NNS с участием людей (15-06-29; 16-04-06; 17-08-19). От лиц, осуществляющих уход за детьми, было получено информированное согласие. Весь исследовательский персонал прошел обучение на людях, прежде чем собирать какие-либо данные с помощью устройства NNS. Команда SNL создала несколько учебных ресурсов и протоколов для нового исследовательского персонала, которые должны пройти перед сбором данных с помощью устройства NNS. Эти учебные занятия включают в себя изучение следующего протокола.

1. Настройка устройства NNS

  1. Откройте транспортируемый кейс (рис. 1) и извлеките следующие компоненты устройства: ЦАП и шнур питания, специальный блок датчика давления (коробка NNS) с ручкой приемника пустышки и подключенным серым кабелем, ноутбук и USB-шнур, соединяющий его с ЦАП, а также пустышку.
  2. Подключите следующие компоненты: шнур питания к ЦАП и розетке с тремя контактами, серый кабель, подключенный к блоку NNS к первому переднему круглому порту ЦАП, и USB-шнур к ноутбуку и ЦАП (рис. 2).
  3. Включите ЦАП с помощью выключателя питания на задней панели и войдите в систему на ноутбуке/компьютере.

2. Калибровка устройства NNS

  1. Извлеките калибратор давления и шприц объемом 1 мл из футляра.
  2. Открутите черный приемник пустышки от рукоятки. Прикрутите ручку к калибратору давления так, чтобы рукоятка была горизонтальной с калибратором давления (рис. 3A-C).
  3. Полностью вытащите поршень шприца, а затем вкрутите его в верхнее положение на калибраторе давления. Шприц должен быть перпендикулярен калибратору давления (рисунок 3D).
  4. На ноутбуке откройте электронную таблицу с надписью SNL Suck Analyzer Calibration File.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Этот файл содержит формулы, которые оценивают изменение давления между приложением для сбора и анализа данных и устройством калибратора давления, измеряемым в фунтах на квадратный дюйм. В левом верхнем углу есть поле для ввода данных, которое используется для ввода показаний калибратора давления и файла калибровки LabChart (описано ниже).
    1. Щелкните правой кнопкой мыши вкладку с надписью «Дублировать и переименовать как дату » и выберите «Переместить» или «Копировать».
    2. Во всплывающем окне «Переместить или копировать» установите флажок «Создать копию» в файле калибровки SNL Suck Analyzer и нажмите кнопку «ОК».
    3. Дважды щелкните только что скопированную вкладку и переименуйте ее в текущую дату.
  5. Откройте файл сбора и анализа данных на рабочем столе ноутбука с пометкой Calibration File (Файл калибровки).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что электронная таблица по-прежнему доступна для просмотра на экране ноутбука, что может потребовать сворачивания и переупорядочивания электронных таблиц и окон приложений для сбора и анализа данных.
  6. Нажмите кнопку питания на устройстве калибратора давления, чтобы включить его.
  7. На портативном компьютере выберите Пуск в файле калибровки, когда коробка NNS установлена на ноль. Проверьте выборку осциллограммы во времени в файле.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Поле NNS имеет два параметра настройки: Ноль и Выборка. Перед началом калибровки убедитесь, что для него установлено значение Ноль. Кнопка Пуск файла активируется только при открытии файла после включения ЦАП. Если файл открыт, а кнопку «Пуск» нажать не удается, закройте файл, включите ЦАП и снова откройте файл.
  8. В соответствующих ячейках электронной таблицы (т. е. под столбцами «Программа ЦАП» и «Красный калибратор») запишите значение в правом верхнем углу файла калибровки и значение на устройстве калибратора давления, когда фунт на квадратный дюйм равен 0,00 (рис. 4A).
  9. Поверните шестеренку с нуля на сэмпл на коробке NNS. Подождите около 15 с, чтобы датчик давления сменил функции записи.
  10. Медленно нажимайте на поршень шприца, пока калибратор давления не достигнет значения, максимально близкого к 0,2 фунта на квадратный дюйм, а затем заполните файл калибровки значениями калибратора давления в соответствующих ячейках электронной таблицы.
  11. Повторите шаг 2.10. для следующих значений psi: 0,4, 0,6 и 0,8 (рис. 4A).
  12. После ввода всех значений в электронную таблицу нажмите кнопку Остановить в файле калибровки. В электронной таблице проверьте ячейки Slope и Goodness of Fit, расположенные справа от таблицы, которая использовалась для ввода значений psi из приложения для сбора и анализа данных и калибровочного устройства (Рисунок 4B). Если обе ячейки выделены зеленым цветом, калибровка прошла успешно; Переходим к шагу 2.13.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Если одна или обе ячейки красные, очистите значения в ячейках измерения фунтов на квадратный дюйм в электронной таблице, поверните поле NNS с образца на ноль, закройте файл калибровки, выключите калибратор давления, нажав кнопку питания , полностью отвинтите шприц от калибратора давления и полностью вытяните поршень шприца, прежде чем снова прикрутить его. Повторите шаги 2.5. - 2.12.
  13. Закройте файл калибровки без сохранения, поверните шестерню на блоке NNS на ноль и выключите калибратор давления, нажав кнопку питания .
  14. Открутите шприц от калибратора давления. Снова полностью вытяните поршень шприца, а затем снова прикрутите его к калибратору давления.
  15. На рабочем столе компьютера выберите и откройте файл с надписью «Файл основных параметров». В верхнем канале файла щелкните стрелку для выпадающих списков опций на Suck Pressure и выберите Арифметика.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что электронная таблица по-прежнему доступна для просмотра на экране ноутбука/компьютера, что может потребовать сворачивания и переупорядочивания электронных таблиц и окон приложений для сбора и анализа данных.
  16. В скобках текстового поля Формула в файле сбора и анализа данных введите значения из электронной таблицы, расположенные в синих ячейках над ячейками Уклон и Правильность посадки (рисунок 4C). Нажмите кнопку ОК на файле.
  17. Снова включите калибратор давления с помощью кнопки питания . Нажмите кнопку Пуск в файле основных настроек. Поверните блок NNS обратно в положение Sample и подождите 15 секунд.
  18. Нажмите на поршень шприца до 0,5 фунта на квадратный дюйм, как указано на калибраторе давления.
  19. Прокрутите электронную таблицу вправо и запишите значение файла основных настроек под ячейкой с меткой DAC и значение калибратора давления под ячейкой с меткой Calibrator (рисунок 4D). Если ячейка процентной погрешности выделена зеленым цветом, калибровка успешно завершена. Если он красный, очистите данные, введенные на этом шаге, и перезапустите процесс калибровки с шага 2.13.
  20. Нажмите «Стоп» в главном файле настроек. Поверните поле NNS в положение Ноль. Сохраните основной файл настроек, выбрав «Файл», а затем «Сохранить как настройки». Назовите файл датой успешной калибровки.
  21. В электронной таблице выберите Файл > Сохранить , а затем Файл > Закрыть.
  22. Выключите калибратор давления, нажав кнопку питания . Открутите ручку и шприц от калибратора давления и прикрутите черный приемник обратно на рукоятку. Выключите, отключите от сети и упакуйте компоненты устройства обратно в футляр.

3. Сбор данных о непитательном сосании

  1. Выполните шаги 1.1. - 1.3. для настройки устройства NNS.
  2. Вымойте руки, наденьте латексные перчатки и прикрепите только что открытую пустышку к приемнику пустышки (рисунок 5).
  3. Откройте файл сбора и анализа данных на рабочем столе ноутбука с последней датой калибровки. После открытия файла нажмите кнопку Пуск.
  4. Поверните коробочную шестерню NNS с нуля на сэмпл. Подождите около 15 с, чтобы датчик давления сменил функции записи.
  5. Предложите соску ребенку в удобном положении и держите ее, чтобы он мог сосать в течение 2-5 минут (или столько, сколько терпимо для ребенка и комфортно с воспитателем).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Предпочтительные позиции для измерения NNS у детей были бы оптимальными позициями кормления для их возраста. Исследователь или опекун может предложить ребенку соску (рис. 6).
  6. Когда ребенок закончит или пройдет 5 минут, заберите ручку пустышки у того, кто держал ее для ребенка, и нажмите Стоп на файле. Измените коробку передач NNS с Sample на Zero.
  7. Извлеките пустышку из приемника и безопасно утилизируйте ее, соблюдая все санитарные протоколы учреждения. Безопасно снимите и утилизируйте перчатки и вымойте руки.
  8. Сохраните файл, выбрав Сохранить как, и назовите файл, указав идентификационный номер участника и дату сбора данных. Сохраните файл на рабочем столе ноутбука.
  9. Выключите, отключите от сети и упакуйте компоненты устройства обратно в футляр.

4. Анализ некалорийных продуктов — это отстой

  1. Используя настольный компьютер или ноутбук с программным обеспечением для сбора и анализа данных, откройте файл данных NNS участника на рабочем столе, дважды щелкнув по нему.
  2. Вручную определите пакеты всасывания, используя следующие критерии: пакеты NNS имеют более одного цикла всасывания, каждый цикл всасывания имеет амплитуду не менее 1смН2О, и формы сигналов с интервалом в 1000 мс друг от друга рассматриваются как часть одного и того же пакета всасывания (рисунок 7).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Полезно изменить вид осциллограммы (щелкните поле Установить горизонтальное масштабирование в правом нижнем углу экрана, чтобы иметь возможность увеличивать и уменьшать масштаб), чтобы лучше отличать циклы NNS от шума. Анализ выполняется в представлении 50:1. Важно отметить, что по мере того, как мы изучаем ННС в разных популяциях, эти критерии могут меняться, поскольку различные популяции демонстрируют измененные модели ННС.
  3. Чтобы задать параметры анализа пиковых нагрузок, выберите «Анализ пиковых нагрузок», затем «Настройки», а затем «Параметры таблицы». Установите флажки T Start, T End, Height, Peak Area и Period . Все остальные галочки должны быть сняты.
  4. Используйте курсор, чтобы щелкнуть и перетащить рамку вокруг первого пакета NNS, идентифицированного с критериями, описанными в шаге 4.2.
  5. Нажмите кнопку Анализ (как часть опций анализа пиков на верхней панели инструментов), чтобы определить пики с параметрами, указанными на шаге 4.3.
  6. Щелкните кнопку Макрос анализа пакетов , чтобы создать всплывающее меню планшета данных.
  7. На панели данных вставьте строку в столбец над данными, щелкнув правой кнопкой мыши этот столбец, выбрав Вставить строку для первого пакета NNS и введя Мин 0-1 (или любую другую минуту, в которую происходит первый пакет).
  8. Перейдите к шагам 4.4. - 4.6. до тех пор, пока не будут выбраны все пакеты NNS. Продолжайте отслеживать минуту, в которую происходят всплески, характеризуя конкретную минуту (например, мин 1-2, мин 2-3) на планшете.
  9. После завершения анализа выберите Файл > Сохранить как и сохраните проанализированный файл NNS в качестве идентификатора участника, даты и инициалов исследователя. Кроме того, выберите «Файл» > «Экспортировать > планшет только как текстовый файл» > «Сохранить », чтобы сохранить файл планшета данных отдельно.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Важно сохранить необработанный файл NNS, проанализированный файл NNS и текстовый файл.
  10. Обработка текстового файла с помощью пользовательского макроса ускорения NNS. В результате получается анализируемый текстовый файл, содержащий следующие переменные пакета: длительность, частота, высота (амплитуда), количество пакетов, циклы/пакет и циклы/минута для каждого пакета NNS. Он также содержит среднее значение за две последовательные минуты NNS с наибольшим количеством циклов, которое часто используется для окончательного анализа. Корректируйте в зависимости от того, какое окно анализа необходимо проанализировать.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Устройство NNS использовалось в многочисленных опубликованных исследованиях, которые включали показатели исходов NNS 17,18,19. В примерах данных, показанных на рисунке 7, пакеты были вручную идентифицированы по следующим критериям: более одного цикла всасывания на пакет, циклы, имеющие амплитуду не менее 1 смН2 О, иформы всасывания с интервалом в 1000 мс друг от друга. После идентификации пакетов пользовательский макрос выводит результаты NNS.

SNL использовала устройство для оценки параметров NNS у 25 младенцев непосредственно до и после френотомии (хирургическая процедура для облегчения уздечки языка)17. После френотомии у младенцев наблюдалось снижение амплитуды NNS (M = 13,52 см H2O, SD = 5,39 до френотомии; M = 10,25 смH2O, SD = 4,93 после френотомии) и продолжительность всплеска (M = 5,21 с, SD = 2,62 до френотомии; M = 4,04 с, SD = 1,72 после френотомии); однако эти результаты, которые указывали на снижение поведения NNS, могли быть связаны с болью после операции17. В этом исследовании подчеркивается, что система устройств NNS может быть использована в качестве показателя до/после результата после вмешательств и/или операций, связанных с кормлением, для информирования практикующих врачей об их эффективности. Исследование влияния порядка рождения на различные исходы кормления у 56 пар матерей и младенцев показало отсутствие различий в характеристиках ННС, измеренных с помощью устройства ННС, между детьми с длительностью M = 4,41 с, SD = 2,39; частотой M = 2,03 Гц, SD = 0,41; амплитудой M = 12,74 смH2O, SD = 6,99; всплесками M = 4,33; SD = 0,41) и без (длительность M = 5,70 с, SD = 4,15; частота M = 2,11 Гц, SD = 0,21; амплитуда M = 16,28 смH2O, SD = 8,13; пакеты M = 4,85, SD = 2,30) братьев и сестер18. Эти нестатистически значимые результаты по исходам ННС соответствовали результату отсутствия различий в эффективности кормления, оцененной с помощью баллов по навыкам перорального кормления среди этих младенцев18. Устройство NNS было использовано в исследовательской линии, оценивающей связь между ранним оромоторным поведением NNS и лепетом. В группе из 26 доношенных младенцев Мюррей и др.19 сообщили, что продолжительность всплеска ННС (M = 4,93 с, диапазон = 0,94 - 11,97), частота (M = 2,06 Гц, диапазон = 1,36 - 2,75) и амплитуда (M = 12,32 смH2O, диапазон = 1,19 - 28,03) были значимыми предикторами коэффициента вариационной балльной вокализации, измерения времени начала голоса (VOT) в модели множественной регрессии (F[4,18] = 3,613, p = 0,02, R2 = 0,45). В частности, более длительная продолжительность пакета NNS и более высокая частота внутрипакетных NNS привели к увеличению вариации VOT. Дальнейшие исследования взаимосвязи между ранним поведением NNS и последующими оромоторными навыками продолжаются в SNL.

Несколько исследований с использованием устройства NNS внесли свой вклад в углубление нашего понимания развития NNS, особенностей и того, как дополнительный сенсорный опыт может модулировать его производительность 5,20,21. Martens et al.5 зафиксировали различия в исходах ННС в течение первого года жизни в продольном исследовании с повторными измерениями у 26 доношенных младенцев в возрасте 3 и 12 месяцев. В частности, показатели исхода ННС, такие как всплески всасывания в минуту (3-месячная Mdn = 4,50; 12-месячная Mdn = 2,50), циклы/всплеск (3-месячная Mdn = 9,60; 12-месячная Mdn = 2,50) и продолжительность всплесков (3-месячная Mdn = 4,74 с; 12-месячная Mdn = 1,67 с), амплитуда NNS (3-месячная Mdn = 14,05 смH2O; 12-месячная медиана = 19,75 см H2O) увеличилась, и частота NNS (3-месячная Mdn = 2,09 Гц; 12-месячная Mdn = 2,11 Гц) оставалась постоянной с возрастом5 лет. Zimmerman et al.21 использовали устройство NNS для стандартизации измерений NNS и исследования характеристик NNS в одном образце всасывания. У 54 доношенных младенцев в возрасте 3 месяцев у младенцев в среднем было 14,50 всплесков сосания (диапазон циклов/всплесков = 2 - 69; диапазон амплитуды = 0,55 - 34,60 смГн2О; диапазон частот 0,69 - 7,81 Гц) в течение 5-минутной выборки. Анализ точек разрыва выявил физиологические различия в циклах/всплесках и амплитуде NNS в течение 5 минут отбора проб поведения NNS, подчеркивая важность сбора более одного всплеска всасывания NNS для оценки всасывающей функции21. Установление норм результатов ННС и стандартизированных протоколов измерений имеет первостепенное значение для достоверной и надежной оценки ННС для более точного выявления детей, у которых может быть задержка или расстройство оромоторного поведения. Циммерман иДеСоуза использовали устройство NNS для изучения того, как визуальные стимулы влияют на реакцию NNS в группе из 15 доношенных младенцев в возрасте до 6 месяцев. Повторные измерения ANOVA показали значительный основной эффект для всплесков ННС и визуальных стимулов (F[2, 26] = 8,975, p = 0,001), а последующее парное сравнение показало, что младенцы увеличили количество всплесков ННС при визуальном представлении лица женщины по сравнению с визуальным стимулом автомобиля при воздействии материнского запаха. Эти результаты подчеркивают значимость социальных и материнских эффектов на поведение, связанное с кормлением.

Еще одним направлением исследований, в котором используется устройство NNS, является изучение влияния воздействия в утробе матери, таких как факторы окружающей среды и матери, на развитие NNS младенцев 22,23,24,25. Пренатальное воздействие определенных металлоидов, мелкодисперсного загрязнения воздуха и фталатов, измеренное в образцах мочи матерей во время беременности в когорте PROTECT в Пуэрто-Рико, было в значительной степени связано с различиями в параметрах NNS 22,23,24. В частности, в почти или более чем 200 группах матерей и младенцев, участвовавших в исследовании PROTECT, амплитуда ННС (М = 17,1 смН2О, SD = 6,9) и продолжительность всплеска (М = 6,1 с, SD = 3,6) были связаны с пренатальным воздействием концентраций мелкодисперсных твердых частиц23 и амплитуды ННС (М = 16,7 смН,2О, SD = 6,59) и частоты (М = 1,92 Гц, SD = 0,25) были связаны с уровнями гестационного воздействия фталатов24. Сообщалось также, что пренатальный материнский стресс влияет на исходы ННС, поскольку более высокие зарегистрированные уровни материнского стресса были связаны с более длительными вспышками сосания (Mdn = 5,29, IQR = 3,95, 95% ДИ = 0,01 - 0,17) и меньшим количеством всплесков сосания в минуту (Mdn = 5,00, IQR = 3,00, 95% ДИ = -0,13 - -0,02) в большой когорте из 237 диад мать-младенец в рамках программы «Влияние окружающей среды на здоровье ребенка» (ECHO)25. Меры NNS с использованием устройства NNS были чувствительны для выявления взаимосвязи между этими воздействиями окружающей среды и материнства, что может информировать и способствовать позитивным изменениям в окружающей среде и здоровье населения.

В совокупности результаты проектов, в которых использовалось устройство NNS, продемонстрировали его эффективность в количественной оценке производительности NNS и надежных шаблонов результатов, которые внесли большой вклад в литературу по NNS. В когорте PROTECT более высокое пренатальное воздействие металлов было связано со снижением амплитуды NNS и увеличением продолжительности всплеска NNS, циклов/всплесков и циклов/мин в первые 2 месяца жизни у доношенных младенцев22,23. Кроме того, более длительная продолжительность всплесков ННС и большее количество циклов/всплесков ННС и циклов/мин в 3 месяца были связаны с более низкими баллами в оценках когнитивного развития в 12 месяцев26 месяцев. Таким образом, большие амплитуды и более короткие циклы и продолжительность всплесков могут указывать на более организованное поведение ННС на1-м году жизни. Эта гипотеза соответствует изменениям в развитии ННС, ранее описанным Martens et al.5, что подтверждает представление о том, что эти параметры ННС представляют собой организованную производительность и здоровое развитие.

Figure 1
Рисунок 1: Корпус портативного устройства NNS. Компоненты устройства маркируются и масштабируются. Кейс обеспечивает безопасность компонентов устройства, содержит колеса и выдвижную ручку, что упрощает транспортировку устройства. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Figure 2
Рисунок 2: Настройка устройства NNS. Компоненты устройства маркируются и масштабируются. Устройство NNS не требует много места для настройки, а все шнуры и штекерные разъемы для системы имеют длинную длину, что обеспечивает гибкость для различных комнат сбора данных и должностей исследователя/лица, осуществляющего уход. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Figure 3
Иллюстрация 3: Настройка калибровки давления. (A) Калибратор давления, приемник и ручка пустышки. (B) Калибратор давления с привинченным к ручке приемником пустышки. (C) Калибратор давления с прикрепленной рукояткой. (D) Калибратор давления с рукояткой и шприцем объемом 1 мл. Поршень шприца необходимо полностью вытащить, прежде чем он будет навинчен на калибратор давления. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Figure 4
(A) Ячейки, в которых записи давления обозначены как измеренные с помощью калибровочного файла и калибровочного устройства с использованием шприца объемом 1 мл при давлении 0,0, 0,2, 0,4, 0,6 и 0,8 фунта на квадратный дюйм. (B) Наклон и доброта ячеек посадки заполняются автоматически после ввода всех записей давления в (A). Зеленые ячейки указывают на то, что калибровка прошла успешно, красные ячейки требуют повторного выполнения процесса калибровки. (C) Эти синие ячейки также автоматически заполняются после завершения регистрации давления. Эти значения необходимо ввести в файл основных параметров в текстовом поле Формула. (D) Ячейки, в которых записи давления обозначены, измеренные с помощью файла основных настроек и калибровочного устройства с использованием шприца объемом 1 мл при давлении 0,5 фунта на квадратный дюйм. Ячейка Процент ошибок будет автоматически заполнена после подключения мер. Зеленый цвет означает, что калибровка прошла успешно, красный требует повторного выполнения процесса калибровки, начиная с шага 2.13. в протоколе. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Figure 5
Рисунок 5: Пустышка, приемник и ручка. Компоненты устройства маркируются и масштабируются. Только что открытая пустышка легко крепится к приемнику. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Figure 6
Рисунок 6: Пример сбора данных NNS. Исследователь или лицо, осуществляющее уход, может предложить соску участнику, а затем держать ручку как бутылку во время сбора данных. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Figure 7
Рисунок 7: Форма сигнала NNS. Специальный датчик давления измеряет сжатие NNS в смH2O с течением времени, а программное обеспечение обеспечивает биологическую обратную связь в реальном времени о производительности NNS и записывает свои данные для анализа. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Устройство NNS имеет несколько ограничений, которые важно учитывать. Хотя NNS дает критическое представление о питании9, существует значительная экстраполяция NNS на производительность кормления. Решения этого ограничения включали в себя сопоставление результатов NNS с фактическими наблюдениями за кормлением и всеобъемлющими анкетами, связанными с кормлением, для лиц, осуществляющих уход, чтобы более полно отразить, как NNS связана с питанием18. Кроме того, младенец может иметь хорошо структурированный ННС, но все еще иметь проблемы с кормлением из-за дополнительных требований к координации глотания питательных веществ. Кроме того, из-за стандартизации и в целях оборудования устройство NNS использовало только одну конкретную пустышку в исследованиях NNS. Сосание может не полностью отражать характеристики NNS ребенка, если дети используют дома разные пустышки, поскольку пустышки могут значительно отличаться по физическим свойствам, что может повлиять на производительность NNS27,28. Еще одна проблема с устройством NNS заключается в том, что оно фиксирует только аспект сцеживания непитательного сосания и не измеряет никаких параметров всасывания. Это выражение относится к положительному давлению, которое младенец оказывает на соску или соску, закрывая ее языком и нижней челюстью. Всасывающий компонент — это когда младенец опускает язык и нижнюю челюсть, чтобы увеличить ротовую полость, закрывая носоглотку для создания отрицательного внутриротового давления. Хотя всасывание является важной характеристикой всасывающей реакции, его точное измерение потребует от участников достижения адекватного уплотнения вокруг устройства и способности создавать внутриротовое отрицательное давление. Эти требования были бы сложными в клинических популяциях, особенно у младенцев с расщелиной губы и/или неба29. Устройство NNS в настоящее время используется в клинических группах, которые испытывают трудности с герметизацией вокруг соска и созданием внутриротового отрицательного давления, и оценка их характеристик экспрессии по-прежнему дает ценную информацию об их поведении NNS.

Устройство NNS имеет преимущества в описании функции NNS по сравнению с неинструментальными вариантами, особенно благодаря своей точности. Оценка ННБ в клинических условиях часто проводится без использования биомедицинского оборудования, что делает ее оценку субъективной и ограниченной опытом оценщика. Сообщалось о значительных различиях в оценке выполнения задач ротоглотки между клиническими субъективными оценками и биомедицинскими объективными измерениями30, эффект которых был специально отмечен в оценке NNS31. Wahyuni et al.31 сообщили о значительных различиях между субъективной оценкой и биомедицинским датчиком давления всасывания в результатах NNS по количеству сосок за всплеск, времени между всплесками и давлению сосания в большой когорте недоношенных детей. Распространенными способами клинической оценки NNS являются наблюдения за младенцами, сосущими пустышку или руки/пальцы, и, возможно, с помощью пальца в перчатке врача в качестве суррогата соски. Neiva et al.32 разработали и валидировали оценку эффективности ННС у недоношенных детей с использованием пальца в перчатке и комплексной системы оценки. Хотя клиническая оценка ограничена в своей оценке и точности, она может дать некоторое представление о поведении ННС и обычно используется из-за проблем доступа, использования и интерпретации объективных методов измерения функции ННС в клинических условиях.

Помимо устройства NNS, существует несколько количественных параметров для измерения производительности NNS. Pereira et al.33 описали систему, которая измеряет параметры NNS и может обеспечить стимуляцию NNS с помощью пневматического насоса на пустышке со сложной системой компонентов устройства, микроконтроллеров и нескольких программ. Grassi et al.34 разработали устройство, использующее пустышку нетрадиционной формы, которое может количественно измерять сжатие и давление всасывания NNS одновременно. Они сообщили о предварительных результатах в небольшой группе младенцев в отделении интенсивной терапии новорожденных (ОИТН). Cunha et al.35 разработали устройство, которое измеряет давление NNS на пустышке с помощью датчика давления и схемы усилителя, и исследовали различия между NNS и сосанием питательных веществ на своем устройстве между небольшой когортой доношенных и доношенных детей. Nascimento et al.36 разработали устройство S-FLEX, которое представляет собой портативную систему, включающую в себя соску, прикрепленную к датчику давления, который может измерять максимальное и среднее давление поведения NNS. Truong et al.37 описали систему NNS, состоящую из одноразовой пустышки, датчика давления, блока сбора данных и специализированного программного обеспечения, которое оценивало измерения внутриротового вакуума во время выполнения NNS в когорте здоровых доношенных младенцев. Ebrahimi et al.38 представили предварительные результаты по широкому спектру исходов ННС с использованием беспроводной и портативной пустышки, состоящей из блоков измерения давления и питания, на четырех младенцах из отделения интенсивной терапии новорожденных. Akbarzadeh et al.39 разработали сенсибилизированную непитательную систему всасывания, которая может оценивать экспрессию и давление всасывания с помощью исследовательского пустышки, в которую встроен аналого-цифровой преобразователь и микроконтроллер, который может передавать данные по беспроводной сети. Эта сенсибилизированная система была использована в исследованиях с большими размерами выборки недоношенных детей, изучающих эффективность ННС с баллами по шкале Апгар39 и полным достижением перорального питания40. Другим количественным вариантом оценки NNS является система NTrainer, которая включает в себя пневматический усилитель, прикрепленный к силиконовой соске, который может оценивать параметры NNS и обеспечивать импульсную оросенсорную стимуляцию, имитирующую типичные двигательные паттерны NNS41. Система NTrainer использовалась для характеристики поведения NNS в клинических популяциях и в качестве стратегии вмешательства для младенцев в отделении интенсивной терапии новорожденных для улучшения параметров NNS, облегчения успеха перорального кормления и сокращения пребывания в больнице 41,42,43. Несмотря на то, что для его клинического внедрения требуются значительные ресурсы и обучение, члены команды ОРИТН и родители младенцев в ОРИТН сообщают о положительных эффектахего использования.

В дополнение к другим количественным методам, описывающим поведение NNS, устройство NNS является идеальным вариантом для оценки функции NNS. Система устройств транспортабельна и проста в настройке и используется для сбора данных в больницах, клинических и домашних условиях. Устройство NNS очень безопасно и гигиенично, так как единственным материалом, контактирующим с младенцем, является обычная покупная соска, которую можно легко прикрепить и снять с ручки пустышки (рис. 5). Сбор данных NNS с помощью устройства прост, так как удобная ручка позволяет лицам, осуществляющим уход, или медицинскому персоналу предлагать пустышку как бутылочку (рис. 6), в то время как ноутбук обеспечивает биологическую обратную связь в режиме реального времени по форме сигнала NNS (рис. 7). Настраиваемые и оптимизированные конвейеры калибровки и анализа облегчают доступ к нему для других исследовательских групп17,25 и клиницистов. Кроме того, устройство NNS измеряет поведение NNS с высокой точностью. Процесс калибровки устройства NNS проверяет, что датчик преобразователя давления записывает точные измерения давления в наземный сигнал. Этот процесс обеспечивает достоверность данных и точность датчика.

Исследовательские и клинические последствия устройства NNS огромны. Количественные, валидные и надежные измерения функции ННС имеют огромное значение для ранней оценки нейромоторного статуса младенцев. ННС является одной из первых наблюдаемых двигательных функций в утробе матери и в младенчестве, и она может служить доступным и надежным поведением для выявления детей, подверженных риску потенциальных задержек или нарушений в области питания, когнитивных, речевых и двигательных областях развития 9,11,12,14. Многочисленные исследования продемонстрировали возможности исследований с использованием устройства NNS, поскольку оно использовалось для оценки эффектов опыта, связанного с кормлением, и вмешательств/хирургических процедур17,20, характеристики развития NNS в течение первого года жизни5, корреляции сосательного поведения с развитием других оромоторных моделей поведения19 и выявления воздействия окружающей среды и матери, которые могут негативно повлиять на развитие нервной системы у детей 22,23,24,25. Будущие направления для устройства NNS включают характеристику профилей NNS в клинических популяциях для улучшения его диагностических возможностей в выявлении детей с риском нарушения развития.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

У авторов нет конфликта интересов.

Acknowledgments

Мы хотели бы отметить следующие источники финансирования NIH: DC016030 и DC019902. Мы также хотели бы поблагодарить членов Лаборатории речи и неврологического развития и семьи, которые приняли участие в наших многочисленных исследованиях.

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

В этом месяце в JoVE выпуск 206
Измерение параметров всасывания, не содержащего питательных веществ, с помощью специальной системы датчиков давления
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