Multi-parametric analysis of body position effects in heart rate variability in premature babies

Preterm infants are at greater risk for a variety of neurodevelopmental disorders, including Sudden Infant Death Syndrome (SIDS), due to altered autonomic function. Sleeping in prone position is one of the risk factors for SIDS and has been related to altered physiological markers of autonomic control, including heart rate variability (HRV). Accurate, prospective identification of babies likely to succumb is not yet possible. More sensitive and quantitative measures of HRV may allow improved assessment of vulnerability due to position. The aim of this thesis is to employ parameters proposed for adult and fetal analysis and to add non-linear analysis of HR to standard assessments of HRV in order to measure differences in a high risk population as a function of sleep position. Continuous measurement of HR was done in 35 premature babies before hospital discharge (Birth weight 807-1485 g, gestational age 25 to 33 weeks, post-conceptional age at study 32-43 weeks). During a 6 hour sleep study, data were collected for 20 minutes in supine and prone positions. Time domain measures, frequency domain, and nonlinear were calculated. Data were compared for both positions and for quiet and active sleep state. Results: Significant Measures in Active Sleep comparing Sleep Positions Time Domain: SDNN p-value=0.015, LTI p-value=0.007 Frequency Domain: HF p-value= 0.033 Non Linear: SampEn p-value=0.0047, PRSA decelerations p-value=0.008 Significant Measures in Supine Position comparing Sleep States Time Domain: SDNN p-value=3.9E-05, LTI p-value=5.5E-06 Frequency Domain: HF p-value=0.0124 Non Linear: SampEn p-value=3E-05, PRSA decelerations p-value=2E-04 Preterm infants sleeping in the prone position have higher values of SampEn lower values of SDNN, LTI, HF power. These differences are more precisely and comprehensively characterized using multiple approaches to quantitating HRV and may serve as robust markers of altered autonomic regulation in this population. These results could be the basis for a personalized monitoring system able tp alert increase risk conditions in preterm infants. This thesis was done in collaboration with Stefano Cova and in this version only minor corrections to the text were added.

I neonati prematuri sono soggetti a un elevato rischio per una grande varietà di disordini legati allo sviluppo del sistema nervoso, inclusa la Sindrome della Morte Improvvisa (SIDS), causata dall'alterazione della regolazione autonoma. Dormire in posizione prona è uno dei maggiori fattori di rischio per la SIDS ed è stato correlato ad alterazioni nei markers fisiologici del controllo autonomo, inclusa la variabilità del ritmo cardiaco (HRV). L'identificazione anticipata e accurata dei neonati più inclini a morire di SIDS non è ancora possibile. Una misurazione quantitativa più precisa della HRV consentirebbe la valutazione della vulnerabilità del neonato. Lo scopo di questa tesi e' di utilizzare parametri proposti per l'analisi della HRV sia nell'adulto che nel feto e di aggiungervi l'analisi non-lineare della variabilità del ritmo cardiaco per una valutazione standard della HRV al fine di misurare in una popolazione a rischio differenze in funzione della posizione nel sonno. Si è effettuata una misurazione continua di HR in 35 bambini prematuri prima della dimissione dall'ospedale (Peso alla nascita 807-1485 g, eta' gestazionale 25 to 33 settimane, eta' post-concezionale al momento dello studio 32-43 settimane). Durante lo studio del sonno di circa 6 ore, i dati sono stati acquisiti per 20 minuti in posizione prona e 20 minuti in supina. Parametri nel dominio del tempo, delle frequenze e misurazioni non lineari sono state successivamente calcolate. Si sono paragonati i valori per entrambe le posizioni e per i due stati del sonno, REM e quieto. Questa tesi è stata svolta in collaborazione con Stefano Cova e nella presente versione sono state apportate minime correzioni ad errori nel testo.