Nové zařízení nabízí rodičům a lékařům data o kojení v reálném čase

Nové zařízení nabízí rodičům a lékařům data o kojení v reálném čase

Zatímco kojení má mnoho výhod pro matku a její dítě, má jednu zásadní nevýhodu: je neuvěřitelně obtížné zjistit, kolik mléka dítě spotřebuje.

Pro podporu kojení vyvinul interdisciplinární tým inženýrů, neonatologů a pediatrů na Northwestern University nové nositelné zařízení, které může poskytovat nepřetržité monitorování spotřeby mateřského mléka na klinické úrovni.

Diskrétní zařízení se tiše a pohodlně obepne kolem prsu kojící matky při kojení a bezdrátově přenáší data do chytrého telefonu nebo tabletu. Matka pak může v reálném čase vidět živé grafické znázornění toho, kolik mléka její dítě spotřebovalo.

Odstraněním nejistoty může zařízení poskytnout rodičům klid během prvních dnů a týdnů jejich dítěte. Nová technologie by mohla zejména pomoci snížit rodičovskou úzkost a zlepšit klinický management výživy zranitelných dětí na novorozenecké jednotce intenzivní péče (NICU).

Studie je publikována v časopise ve středu (14. května).Přírodní biomedicínské inženýrství. Aby byla zajištěna jeho přesnost a praktičnost, zařízení prošlo několika úrovněmi přísného hodnocení, včetně teoretického modelování, stolních experimentů a testování na kohortě hospitalizovaných novopečených matek.

„Pro rodiče a poskytovatele zdravotní péče bylo dlouho výzvou přesně vědět, kolik mléka dítě při kojení dostává,“ řekl John A. Rogers z Northwestern, který vedl vývoj zařízení. "Tato technologie eliminuje tuto nejistotu a poskytuje pohodlný a spolehlivý způsob sledování příjmu mléka v reálném čase, ať už v nemocnici nebo doma."

Nejistota, zda dítě dostává dostatek výživy, může způsobit stres rodinám, zejména kojícím matkám s předčasně narozenými dětmi na jednotce intenzivní péče. V současné době existují jen těžkopádné způsoby, jak měřit, kolik mléka dítě během kojení vypilo, např. B. Vážení dítěte před a po krmení. Očekáváme, že tento senzor bude velkým pokrokem v udržování laktace, sníží stres pro rodiny a zvýší jistotu pro lékaře, protože kojenci postupují v kojení, ale stále potřebují nutriční podporu. Snížení nejistoty a podpora rodin při dosahování jejich cílů v oblasti kojení vede ke zdravějším dětem, zdravějším matkám a zdravějším komunitám. “

Dr. Daniel Robinson, neonatolog z Northwest Medicine a kolegyně ze studie

Rogers je bioelektronický průkopník, který je Louis Simpson a Kimberly Querrey profesorem materiálových věd a inženýrství, biomedicínského inženýrství a neurologické chirurgie na Northwestern – kde zastává jmenování na McCormick School of Engineering a Feinberg School of Medicine a ředitel Querrey Simpson Institute for Bioelectronics (QSIBB) has. Robinson je docentem pediatrie ve Feinbergu a ošetřujícím lékařem v oddělení neonatologie v Ann & Robert H. Lurie Children's Hospital v Chicagu. Rogers a Robinson vedli studii s Dr. Craig Garfield, profesor pediatrie ve Feinbergu a lékař z Lurie Children's, a Dr. Jennifer Wicks, dětská lékařka z Lurie Children's.

Na projektu se stejnou měrou podíleli tři postdoktorandští výzkumníci QSIB, z nichž každý je členem fakulty v Koreji: Jiyhe Kim, odborný asistent na univerzitě Ajou, vedla návrh zařízení a podporovala klinické studie. Seyong OH, odborný asistent na Hanyang University, vyvinul bezdrátovou elektroniku; a Jae-young Yoo, odborný asistent na univerzitě Sungkyunkwan, vyvinuli metody pro analýzu dat. Kim a OH jsou spoluautory s Raudelem Avila, odborným asistentem strojního inženýrství na Rice University a Northwestern Ph.D. absolvent, který vedl počítačové modelování.

Řešit neuspokojenou potřebu

Projekt začal před čtyřmi lety, když neonatologové a pediatři z týmu Lurie Children's oslovili tým Rogers s kritickou, nenaplněnou potřebou. Protože přenos mléka z matky na dítě není během kojení viditelný a tok mléka se liší, je téměř nemožné znát přesný objem mléka dítěte během jednoho sezení.

"V současné době neexistují žádné spolehlivé způsoby, jak zjistit, kolik děti při kojení snědí," řekla Wicksová, která je matkou tří dětí. "Někteří pediatři a laktační poradkyně váží miminko před krmením a po něm na váze a toto měření dává slušný odhad množství mléka, které dítě vypilo. Školičky pro miminka ale bohužel nejsou malé a většina lidí autosedačky nevlastní."

Další možností maminek je odsávání mateřského mléka do lahvičky. Zatímco krmení z láhve poskytuje přesné měření objemu a vizuální potvrzení, že dítě konzumuje mléko, odstraňuje výhody kontaktu kůže na kůži. Další kroky odčerpávání, skladování a manipulace s mlékem jsou časově náročné a mohou dokonce zvýšit riziko bakteriální kontaminace.

"Kojení má několik výhod ve srovnání s krmením mateřského mléka z láhve," řekl Wicks. "V první řadě je tato vazba kůže na kůži prospěšná jak pro miminka, tak pro maminky. Skutečné kojení navíc často lépe stimuluje tvorbu mléka."

Ačkoli jiní akademičtí výzkumníci a malé začínající společnosti zkoumaly technologie pro sledování aspektů mateřského mléka a krmení, recenzovaných studií je málo.

"Na základě našich recenzí vědecké literatury a našich diskusí s pediatry a neonatology neexistují žádné klinicky ověřené technologie, které by řešily tuto důležitou lékařskou potřebu," řekl Rogers. "Naše práce zaplňuje tuto mezeru."

Zaveďte správnou strategii

Rogersův tým již dříve vyvinul měkké, flexibilní bezdrátové tělesné senzory pro sledování dětí na jednotce intenzivní péče a také nositelné senzory pro sledování odtoku tekutin přes shunty, běžně používané k léčbě pacientů s hydrocefalem. Díky zkušenostem s prací se zranitelnou populací a vývojem zařízení, která měří průtok tekutin, byli Rogers a jeho tým ideálními kandidáty pro tento projekt.

„Naši kolegové z klinické praxe se nás zeptali, zda bychom mohli vyvinout senzor, který by novopečeným matkám umožnil určit, kolik mléka jejich děti spotřebují během péče,“ řekl Rogers. "Zpočátku jsme si nebyli jisti, jak k problému přistupovat. Strategie, které jsme použili, abychom zajistili průtok přes shunty, když procházejí místy povrchově pod kůží, nefungují, protože mlékovody jsou příliš hluboko pod povrchem kůže."

Po letech neúspěšných pokusů založených na metodách sledování optických vlastností prsu, kvantifikaci sacích pohybů, sledování polykacích událostí a několika dalších se konečně usadili na pozoruhodně jednoduché technice. Zařízení vysílá malý, bezpečný elektrický proud přes hrudník pomocí dvou malých podložek nebo elektrod umístěných na kůži. Další pár elektrod detekuje rozdíl napětí související s tímto proudem.

Když dítě pije mléko, množství mléka v prsu se snižuje. Toto snížení má za následek změnu elektrických vlastností prsu jemným, ale měřitelným způsobem. Tyto změny přímo souvisí s množstvím mléka odebraného z prsu. Čím větší množství, tím větší změna elektrických vlastností. Přestože je tato změna jemná, lze ji během kojení přesně zkalibrovat a kvantifikovat pro zobrazení v reálném čase na chytrém telefonu.

"Toto je koncept zvaný bioimpedance a často se používá k měření tělesného tuku," řekl Rogers. "Protože svaly, tuk, kosti a tkáň vedou elektřinu odlišně, bioimpedance může vést k přesnému měření obsahu tuku. Koncepčně podobným způsobem můžeme kvantifikovat změnu objemu mléka v prsu. To byla poslední strategie, kterou jsme bohužel vyzkoušeli."

Přísné testování

Po navržení prvních prototypů jej technický tým optimalizoval prostřednictvím několika fází testování a modelování. Nejprve postavili zjednodušené modely prsou s použitím materiálů, které napodobují elektrické vlastnosti kůže, tuku a mléka. Díky pečlivé kontrole množství „mléka“ v těchto modelech byli vědci schopni vidět, jak se data zařízení mění s objemem „mléka“.

Tým pod vedením Avily v Rice poté vytvořil podrobné počítačové modely prsou na základě skutečné anatomie. Jejich počítačové simulace založené na fyzice sledovaly fyziologické změny, ke kterým dochází během kojení. Pomocí bioimpedance Avila spojila tok elektrických signálů s množstvím mléka opouštějícího prsa v reálném čase. Anatomicky správné počítačové modely jeho týmu zahrnují tvary prsou a rozložení tkání specifické pro pacienty, což jim umožňuje testovat, jak umístění senzoru a fluktuace tkáně ovlivňují naměřené hodnoty.

"Výsledky našich simulací odpovídaly trendům experimentů a klinických studií na lidech," řekl Avila. "Propojení našich modelů s reálným dopadem je vždy vrcholem, a to je možné pouze prostřednictvím spolupráce mezi experimentálními, modelovacími a klinickými týmy."

Přizpůsobené tak, aby vyhovovaly všem tvarům a velikostem

Výsledným zařízením je tenký, měkký, ohebný kabel, který se lehce ovine po vnějším obvodu hrudníku. Elektrody, které jemně přilnou k pokožce, jsou integrovány do každého konce kabelu. Uprostřed kabelu mezi elektrodami je umístěna malá, lehká „základnová stanice“, která se také jemně připevňuje na kůži. Základna, uzavřená v měkkém silikonovém pouzdře, obsahuje malou dobíjecí baterii, technologii Bluetooth pro bezdrátový přenos dat a paměťový čip.

Vzhledem k tomu, že každá matka má rozdíly v hustotě, tvaru a velikosti prsou, lze zařízení personalizovat pomocí jediné kalibrace. Ke kalibraci systému matka nosí zařízení a používá odsávačku mateřského mléka připojenou k láhvi s označením objemu. To umožňuje uživateli znát přesný objem mléka za určité časové období. Zařízení mezitím zaznamenává elektrické vlastnosti prsu během procesu odsávání. Toto kalibrační schéma učí zařízení, jak interpretovat změny elektrických signálů pro každou konkrétní matici.

Po vývoji prototypů tým testoval zařízení na 12 kojících matkách – jak na jednotce intenzivní péče, tak doma. Aby vědci vyhodnotili, zda bylo zařízení konzistentní a spolehlivé v průběhu času, provedli několik měření od stejných matek, která pokrývala časová období až 17 týdnů.

V této první fázi testování měly matky senzor při odsávání, protože tento důležitý krok vyžadoval, aby matky přesně změřily množství mléka, které odsávaly. V testovacím sezení výzkumníci porovnávali údaje přístroje s rozdílem hmotnosti dítěte před a po kojení. Celkově byly výsledky mezi množstvím v lahvičce a množstvím detekovaným senzorem nápadně podobné.

Zkvalitnění péče na jednotce intenzivní péče

Zatímco zařízení by poskytovalo uklidňující a užitečné informace všem rodičům, Robinson a Wicks tvrdí, že miminkům NICU by nejvíce prospělo pečlivé sledování. Vědět, kolik dítě JIP sní, je ještě důležitější než u zdravých donošených dětí.

Tyto děti mají často přesné nutriční potřeby. Například předčasně narozené děti mohou mít nedostatečně vyvinutý trávicí systém, takže jsou náchylnější k intoleranci krmení. Přesné objemy krmení mohou pomoci minimalizovat rizika rozvoje střevních poruch a refluxu.

"Některá miminka jsou omezena na určitý počet krmení najednou," řekl Wicks. "U dětí, které se narodí předčasně nebo se zotavují po operaci, mohou jíst jen malé množství mléka velmi pomalu. Často jim nemůžeme dovolit kojit, protože neexistuje způsob, jak zjistit, kolik mléka dostávají od matky. Senzor, který to sleduje, aby tato miminka mohla úspěšněji kojit s matkou."

Budoucí pokyny

Aby se stala ještě uživatelsky přívětivější, vědci předpokládají, že by tato technologie mohla být nakonec integrována do pohodlného spodního prádla, jako jsou kojící podprsenky. Tím by se dále zlepšila použitelnost a celkový zážitek z přístroje pro maminky.

Výzkumníci nadále plánují dokončit komplexní srovnání hmotnosti před a po krmení. Tým chce také zajistit, aby senzor mohly používat maminky s širokou škálou odstínů pleti. Zatímco současná verze zařízení zachycuje mléko vytékající z prsu, budoucí iterace by mohly přidat mléko do prsu. Pak by matky mohly sledovat změny v produkci mléka v průběhu času. Tým také plánuje další optimalizaci zařízení, aby mohl získat ještě více informací, jako je kvalita mléka a obsah tuku.

"Kojení může být pro matky extrémně emocionální, částečně kvůli nejistotě, kolik mléka jejich děti dostávají," řekl Wicks. "Může to být doprovázeno velkým smutkem, protože maminky pociťují úzkost a nedělají dobrou práci. Často maminky pociťují úzkost, frustraci nebo příznaky deprese a kojení úplně vzdají."

"Existuje mnoho faktorů, které kojení znesnadňují. Pokud se vám podaří odstranit část nejistoty a ujistit je, že produkují dostatek mléka, skutečně to pomůže zmírnit část toho stresu a úzkosti. Pro všechny matky na celém světě - které jsou ve všech různých fázích svých kojení.

Studii, „kompaktní, bezdrátový systém pro nepřetržité sledování mateřského mléka odstříkaného během kojení“, podpořily Institut Querrey Simpson pro bioelektroniku, Agentura pro obranu obrany, Korejská národní výzkumná nadace a Haythornthwaite Foundation.

Zdroje: