JoVE Journal > Bioengineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. 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
, , , ,
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).

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 обучен?…

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 кр?…

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 факти?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

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

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

Keywords: Non-nutritive SuckNNSPressure TransducerSuckingFeedingSpeech EmergenceNeurodevelopmentBiomarkerClinical UtilityInfant Assessment
check_url/66273?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image