Un nouvel appareil offre des données en temps réel sur l'allaitement aux parents et aux cliniciens

Un nouvel appareil offre des données en temps réel sur l'allaitement aux parents et aux cliniciens

Si l’allaitement présente de nombreux avantages pour la mère et son bébé, il présente un inconvénient majeur : il est incroyablement difficile de savoir quelle quantité de lait le bébé consomme.

Pour encourager l'allaitement maternel, une équipe interdisciplinaire d'ingénieurs, de néonatologistes et de pédiatres de l'Université Northwestern a développé un nouveau dispositif portable capable de fournir une surveillance continue de qualité clinique de la consommation de lait maternel.

L'appareil discret s'enroule silencieusement et confortablement autour du sein d'une mère qui allaite pendant l'allaitement et transmet sans fil les données à un smartphone ou une tablette. La mère peut alors voir une représentation graphique en direct de la quantité de lait consommée par son bébé en temps réel.

En éliminant l'incertitude, l'appareil peut offrir une tranquillité d'esprit aux parents pendant les premiers jours et semaines de leur bébé. En particulier, la nouvelle technologie pourrait contribuer à réduire l’anxiété parentale et à améliorer la gestion clinique de la nutrition des bébés vulnérables dans l’unité de soins intensifs néonatals (USIN).

L'étude est publiée dans la revue mercredi 14 mai.Génie biomédical naturel. Pour garantir sa précision et son caractère pratique, le dispositif a subi plusieurs niveaux d'évaluation rigoureuse, notamment une modélisation théorique, des expériences sur table et des tests sur une cohorte de nouvelles mères hospitalisées.

« Cela a longtemps été un défi pour les parents et les prestataires de soins de santé de savoir exactement la quantité de lait qu'un enfant reçoit pendant l'allaitement », a déclaré John A. Rogers de Northwestern, qui a dirigé le développement de l'appareil. "Cette technologie élimine cette incertitude et constitue un moyen pratique et fiable de surveiller la consommation de lait en temps réel, que ce soit à l'hôpital ou à domicile."

L'incertitude quant à savoir si un enfant est suffisamment nourri peut être source de stress pour les familles, en particulier pour les mères qui allaitent avec des bébés prématurés dans l'unité de soins intensifs. Actuellement, il n'existe que des moyens fastidieux de mesurer la quantité de lait qu'un bébé a consommé pendant l'allaitement, par ex. B. Peser le bébé avant et après la tétée. Nous espérons que ce capteur constituera une avancée majeure dans le maintien de la lactation, réduisant le stress des familles et rassurant davantage les cliniciens à mesure que les nourrissons progressent dans l'allaitement, mais nécessitent toujours un soutien nutritionnel. Réduire l’incertitude et aider les familles à atteindre leurs objectifs en matière d’allaitement conduit à des enfants, des mères et des communautés en meilleure santé. "

Dr Daniel Robinson, néonatologiste à Northwest Medicine et collègue infirmier de l'étude

Rogers est un pionnier de la bioélectronique qui est professeur Louis Simpson et Kimberly Querrey de science et d'ingénierie des matériaux, de génie biomédical et de chirurgie neurologique à Northwestern – où il occupe des postes à la McCormick School of Engineering et à la Feinberg School of Medicine et directeur du Querrey Simpson Institute for Bioelectronics (QSIB) (QSIB). Robinson est professeur agrégé de pédiatrie à Feinberg et médecin traitant dans la division de néonatalogie de l'hôpital pour enfants Ann & Robert H. Lurie de Chicago. Rogers et Robinson ont dirigé l'étude avec les Drs. Craig Garfield, professeur de pédiatrie à Feinberg et médecin à Lurie Children's, et Dr Jennifer Wicks, pédiatre à Lurie Children's.

Trois chercheurs postdoctoraux du QSIB ont contribué à parts égales au projet, chacun étant membre du corps professoral en Corée : Jiyhe Kim, professeur adjoint à l'Université d'Ajou, a dirigé la conception du dispositif et soutenu les essais cliniques. Seyong OH, professeur adjoint à l'Université de Hanyang, a développé l'électronique sans fil ; et Jae-young Yoo, professeur adjoint à l'Université Sungkyunkwan, ont développé des méthodes d'analyse des données. Kim et OH sont co-auteurs avec Raudel Avila, professeur adjoint de génie mécanique à l'Université Rice et Ph.D. Northwestern. diplômé qui a dirigé la modélisation informatique.

Répondre à un besoin non satisfait

Le projet a débuté il y a quatre ans lorsque des néonatologistes et des pédiatres de l'équipe de Lurie Children ont approché l'équipe Rogers avec un besoin critique non satisfait. Étant donné que le transfert de lait de la mère au bébé n'est pas visible pendant l'allaitement et que le débit de lait varie, il est presque impossible de connaître le volume exact de lait d'un bébé en une seule séance.

"Il n'existe actuellement aucun moyen fiable de savoir combien de bébés mangent pendant l'allaitement", a déclaré Wicks, mère de trois enfants. "Certains pédiatres et consultants en lactation utilisent une balance pour peser un bébé avant et après la tétée, et cette mesure donne une estimation décente de la quantité de lait que le bébé a bu. Mais malheureusement, les écoles pour bébés ne sont pas petites et la plupart des gens ne possèdent pas de siège bébé.

Une autre option pour les mères consiste à pomper le lait maternel dans un biberon. Bien que l’allaitement au biberon fournisse des mesures de volume précises et une confirmation visuelle que le bébé consomme du lait, il supprime les avantages du contact peau à peau. Les étapes supplémentaires de pompage, de stockage et de manipulation du lait prennent du temps et peuvent même augmenter le risque de contamination bactérienne.

"L'allaitement maternel présente plusieurs avantages par rapport à l'allaitement au biberon", a déclaré Wicks. "D'abord et avant tout, ce contact peau à peau est bénéfique à la fois pour les bébés et pour les mères. De plus, l'allaitement maternel stimule souvent mieux la production de lait."

Bien que d’autres chercheurs universitaires et petites entreprises en démarrage aient étudié les technologies permettant de surveiller certains aspects du lait maternel et de l’alimentation, les études évaluées par les pairs sont rares.

"Sur la base de nos examens de la littérature scientifique et de nos discussions avec des pédiatres et des néonatologistes, il n'existe aucune technologie cliniquement validée qui réponde à cet important besoin médical", a déclaré Rogers. « Notre travail comble cette lacune. »

Mettre en place la bonne stratégie

L'équipe de Rogers a précédemment développé des capteurs corporels sans fil souples et flexibles pour surveiller les bébés dans l'unité de soins intensifs, ainsi que des capteurs portables pour suivre le drainage du flux de liquide à travers des shunts, couramment utilisés pour traiter les patients souffrant d'hydrocéphalie. Forts de leur expérience de travail auprès des populations vulnérables et du développement d'appareils mesurant le débit des fluides, Rogers et son équipe étaient les candidats idéaux pour le projet.

"Nos collègues cliniciens nous ont demandé si nous pouvions développer un capteur qui permettrait aux nouvelles mères de déterminer la quantité de lait que leur bébé consomme au cours d'une séance de soins", a déclaré Rogers. "Au début, nous ne savions pas comment aborder le problème. Les stratégies que nous avons utilisées pour faire passer le flux à travers les shunts lorsqu'ils traversent des endroits superficiellement sous la peau ne fonctionnent pas car les conduits de lait sont trop loin sous la surface de la peau."

Après des années de tentatives infructueuses basées sur des méthodes permettant de surveiller les propriétés optiques du sein, de quantifier les mouvements de succion, de suivre les événements de déglutition et plusieurs autres, ils ont finalement opté pour une technique remarquablement simple. L'appareil envoie un petit courant électrique sûr à travers la poitrine à l'aide de deux petits coussinets, ou électrodes, placés sur la peau. Une autre paire d'électrodes détecte la différence de tension associée à ce courant.

Lorsque le bébé boit du lait, la quantité de lait dans le sein diminue. Cette réduction se traduit par une modification des propriétés électriques du sein de manière subtile mais mesurable. Ces changements sont directement liés à la quantité de lait retirée du sein. Plus la quantité est grande, plus la modification des propriétés électriques est importante. Bien que subtil, ce changement peut être calibré avec précision pendant l’allaitement et quantifié pour un affichage en temps réel sur un smartphone.

"Il s'agit d'un concept appelé bioimpédance et est souvent utilisé pour mesurer la graisse corporelle", a déclaré Rogers. "Parce que les muscles, la graisse, les os et les tissus conduisent l'électricité différemment, la bioimpédance peut conduire à une mesure précise de la teneur en graisse. D'une manière conceptuellement similaire, nous pouvons quantifier le changement du volume de lait dans le sein. C'est la dernière stratégie que nous avons malheureusement essayée.

Des tests rigoureux

Après avoir conçu les premiers prototypes, l’équipe d’ingénierie l’a optimisé à travers plusieurs étapes de tests et de modélisation. Premièrement, ils ont construit des modèles simplifiés de sein en utilisant des matériaux imitant les propriétés électriques de la peau, de la graisse et du lait. En contrôlant étroitement la quantité de « lait » dans ces modèles, les chercheurs ont pu voir comment les données de l’appareil changeaient en fonction du volume de « lait ».

Dirigée par Avila chez Rice, l'équipe a ensuite créé des modèles informatiques détaillés du sein basés sur l'anatomie réelle. Leurs simulations informatiques basées sur la physique ont surveillé les changements physiologiques qui se produisent pendant l'allaitement. Grâce à la bioimpédance, Avila a lié le flux de signaux électriques à la quantité de lait sortant du sein en temps réel. Les modèles informatiques anatomiquement corrects de son équipe incluent les formes mammaires et les répartitions tissulaires spécifiques aux patientes, leur permettant de tester comment le placement des capteurs et les fluctuations tissulaires affectent les lectures.

"Nos résultats de simulation correspondaient aux tendances des expériences et des études cliniques sur l'homme", a déclaré Avila. "Connecter nos modèles à l'impact du monde réel est toujours un point culminant, et cela n'est possible que grâce à la collaboration entre les équipes expérimentales, de modélisation et cliniques."

Personnalisé pour s'adapter à toutes les formes et tailles

Le dispositif résultant est un câble fin, souple et pliable qui s’enroule légèrement autour de la circonférence extérieure de la poitrine. Des électrodes adhérant doucement à la peau sont intégrées à chaque extrémité du câble. Une petite « station de base » légère, qui se monte également doucement sur la peau, est située au milieu du câble entre les électrodes. Enfermée dans un boîtier en silicone souple, la station de base contient une petite batterie rechargeable, la technologie Bluetooth pour la transmission de données sans fil et une puce mémoire.

Étant donné que chaque mère présente des différences en termes de densité, de forme et de taille des seins, l'appareil peut être personnalisé grâce à un seul calibrage. Pour calibrer le système, la mère porte l'appareil tout en utilisant un tire-lait connecté à un biberon avec des graduations de volume. Cela permet à l'utilisateur de connaître le volume exact de lait sur une certaine période de temps. Pendant ce temps, l'appareil enregistre les propriétés électriques du sein tout au long du processus de pompage. Ce schéma d'étalonnage apprend à l'appareil comment interpréter les changements dans les signaux électriques pour chaque écrou particulier.

Après avoir développé des prototypes, l'équipe a testé l'appareil sur 12 mères qui allaitent, à la fois en unité de soins intensifs et à domicile. Pour évaluer si l'appareil était cohérent et fiable dans le temps, les chercheurs ont pris plusieurs mesures auprès des mêmes mères, couvrant des périodes allant jusqu'à 17 semaines.

Au cours de cette première phase de tests, les mères portaient le capteur pendant qu'elles exprimaient leur lait, car cette étape importante exigeait qu'elles mesurent avec précision la quantité de lait qu'elles exprimaient. Lors d'une séance de test, les chercheurs ont comparé les données de l'appareil avec la différence de poids du bébé avant et après l'allaitement. Dans l’ensemble, les résultats étaient étonnamment similaires entre les quantités contenues dans la bouteille et les quantités détectées par le capteur.

Améliorer les soins en unité de soins intensifs

Bien que l'appareil fournisse des informations rassurantes et utiles à tous les parents, Robinson et Wicks affirment que les bébés de l'USIN bénéficieraient le plus d'une surveillance attentive. Savoir combien mange un bébé à l'USIN est encore plus essentiel que les nourrissons nés à terme et en bonne santé.

Ces bébés ont souvent des besoins nutritionnels précis. Par exemple, les bébés prématurés peuvent avoir un système digestif sous-développé, ce qui les rend plus susceptibles à l’intolérance alimentaire. Des volumes d'alimentation précis peuvent aider à minimiser les risques de troubles intestinaux et de reflux.

"Certains bébés sont limités à un certain nombre de tétées à la fois", a déclaré Wicks. "Pour les bébés nés prématurément ou qui se remettent d'une opération, ils ne peuvent manger que de petites quantités de lait très lentement. Souvent, nous ne pouvons pas leur permettre d'allaiter parce que nous n'avons aucun moyen de savoir quelle quantité de lait ils reçoivent de leur mère. Un capteur pour surveiller cela afin d'allaiter ces bébés avec plus de succès avec leur mère."

Instructions futures

Pour devenir encore plus conviviale, les chercheurs envisagent que la technologie pourrait éventuellement être intégrée à des sous-vêtements confortables comme les soutiens-gorge d'allaitement. Cela améliorerait encore la convivialité et l’expérience globale de l’appareil pour les mères.

Les chercheurs continuent de planifier des comparaisons complètes du poids avant et après l'alimentation. L’équipe souhaite également s’assurer que le capteur puisse être utilisé par des mères ayant une large gamme de tons de peau. Alors que la version actuelle de l’appareil capture le lait s’écoulant du sein, les futures itérations pourraient ajouter du lait au sein. Les mères pourraient alors suivre les changements dans la production de lait au fil du temps. L'équipe prévoit également d'optimiser davantage l'appareil afin qu'il puisse obtenir encore plus d'informations telles que la qualité du lait et la teneur en matières grasses.

"L'allaitement peut être extrêmement émouvant pour les mères, en partie à cause de l'incertitude quant à la quantité de lait que leur bébé reçoit", a déclaré Wicks. "Cela peut s'accompagner de beaucoup de tristesse parce que les mères se sentent anxieuses et ne font pas du bon travail. Souvent, les mères ressentent de l'anxiété, de la frustration ou des symptômes de dépression et abandonnent complètement l'allaitement.

"De nombreux facteurs rendent l'allaitement difficile. Si vous parvenez à éliminer une partie de l'incertitude et à les rassurer sur le fait qu'elles produisent suffisamment de lait, cela contribuera vraiment à atténuer une partie de ce stress et de cette anxiété. Pour toutes les mères du monde entier, qui se trouvent à différentes étapes de leur parcours d'allaitement.

L’étude, « un système compact et sans fil pour la surveillance continue du lait maternel exprimé pendant l’allaitement », a été soutenue par l’Institut Querrey Simpson pour la bioélectronique, l’Agence de défense de la santé, la Fondation nationale de recherche de Corée et la Fondation Haythornthwaite.

Sources :