Effects of postnatal environmental tobacco smoke on non-nutritive swallowing-breathing coordination in newborn lambs

While prenatal environmental tobacco smoke (ETS) exposure is a well-known risk factor for sudden infant death syndrome, the effect of postnatal ETS exposure is less clear. The objective of this study was to investigate the effect of postnatal ETS exposure on non-nutritive swallowing (NNS) and NNS-breathing coordination, which are crucial to prevent aspiration related-cardiorespiratory events. Eighteen newborn lambs (6 per group) were randomly exposed to either 10 cigarettes/day, 20 cigarettes/day or room air for 15 days. Lambs were instrumented for recording states of alertness, swallowing, electrocardiogram and breathing; recordings were performed in non-sedated lambs at the end of ETS exposure. Urinary cotinine/creatinine ratio confirmed relevant real-life exposure. Postnatal ETS exposure had no effect on NNS frequency but tended to decrease inspiratory NNS (p=0.07) during quiet sleep. No effect on respiratory or heart rate (p>0.6), apnea index (p=0.2) or sleep states (p=0.3) was observed. In conclusion, postnatal ETS exposure in lambs had only mild effects on NNS-breathing coordination

Dynamique laryngée au cours des apnées en période périnatale chez l'agneau

L'instabilité respiratoire chez le nouveau-né humain au cours des premiers mois après la naissance est caractérisée par des apnées et la respiration périodique (RP) particulièrement chez les prématurés. Des observations chez les nouveau-nés humains et chez les animaux attribuent une importance majeure à la dynamique laryngée dans l'adaptation respiratoire à la naissance. Cependant, quelques études suggèrent aussi l'implication du larynx dans la genèse des apnées prolongées potentiellement dangereuses pour le nouveau-né. La dynamique laryngée au cours des apnées périnatales est encore peu connue. Le but de ce travail était d'étudier l'activité électromyographique (EMG) des muscles laryngés et leur coordination avec d'autres muscles respiratoires au cours des apnées et au cours de la RP chez l'agneau nouveau-né et l'agneau f¶tal sans sédation. Nous avons étudié l'EMG des muscles laryngés et des muscles respiratoires thoraciques à partir d'électrodes chroniques au cours : (1) de 243 occlusions externes des voies aériennes supérieures (VAS) en relation des stades éveil/sommeil (12 agneaux), (2) de 59 épisodes de RP au retour à l'air ambiant après hypoxie (16 agneaux) et (3) de périodes d'apnée et de mouvements respiratoires chez 11 agneaux f¶taux à la fin de la gestation. 1. Nos résultats montrent que l'augmentation progressive des efforts coordonnés des muscles glottiques accompagnait l'augmentation des efforts respiratoires contre l'occlusion des VAS en éveil et en sommeil calme (NREM). Cependant, cette réponse de défense contre l'occlusion était faible et désorganisée ou absente en sommeil agité (REM). 2. Des phases de ventilation oscillaient avec des phases d'apnée ou d'hypopnée au cours des épisodes de RP (durée de 25 à 235 secondes). L'EMG du muscle thyroaryténoïdien (TA) - adducteur glottique, absent en ventilation de base et lors des efforts ventilatoires, était tonique et continu en phase apnéique et hypopnéique de la RP. Au contraire, l'activiste EMG phasique inspiratoire et tonique expiratoire du muscle cricothyroïdien - abducteur glottique, généralement absente au cours des apnées et hypopnées, était pressante au cours des efforts ventilatoires. L'EMG des muscles abdominaux était silencieux au cours de la RP. 3. Finalement, l'analyse de 92 périodes du sommeil REM et de 90 périodes du sommeil NREM chez l'agneau f¶tal montre que l'activité EMG tonique, continue du muscle TA était présent au cours des apnées f¶tales quel que soit le stade de sommeil. Cette activité était interrompue par chaque décharge EMG du diaphragme (Di). De plus une coordination précise entre le muscle TA et le Di a été observée chez tous les f¶tus à l'exception de deux ou des décharges occasionnelles du Di survenaient malgré la présence de l'EMG tonique du muscle TA. En conclusion, nos résultats chez l'agneau montrent que : (1) le sommeil REM peut avoir un effet néfaste sur la réponse de défense des muscles laryngés et thoraciques contre l'occlusion des VAS, (2) une contraction glottique en phase apnéique de la RP suggère une fermeture glottique préservant l'air alvéolaire pour la continuité des échanges gazeux au cours de l'apnée et (3) une coordination précise entre le muscle TA et le Di est généralement établie avant la naissance. Cependant, cette coordination peut occasionnellement être prise en défaut chez l'agneau f¶tal

Alternative Restraint Methods in Child Restraint Systems

This research focuses on methods to reduce the frequency of negative health events experienced by premature and low birth weight infants in child safety seats as well as methods to mitigate some of the risk of injury to an infant during both crash events and aggressive driving conditions. Simulations were carried out using a computer model of an anthropomorphic testing device within a child safety seat subjected to various aggressive driving conditions, a frontal impact, and a side impact. The performance of the system was based on neck angle, observed head acceleration and various loads in the neck of the infant dummy. Two different prototypes were investigated; a preemie positioning device and a head restraint system. It was observed that the preemie positioning device was able to reduce head accelerations by up to 13.2 percent in front and side impact simulations, while keeping similar levels of neck forces and increasing the amount of neck extension up to 20 percent. The head restraint system in turn provided a small increase of 3.2 percent in the neck angle observed and a reduction of 10.3 and 16.3 percent for the peak head accelerations and neck forces experienced in the frontal impact. Meanwhile a decrease of neck angle by 5.5 percent and increase in head acceleration by 14.2 percent with neck forces lowered by 7 percent at the lower neck joint in the side impact

The effects of mild hypoxia on hypoglossal motoneurones in neonates

The patency of the upper airway is dependent on the activity of the genioglossus muscle, the main protrusor muscle of the tongue. The force generated by this muscle opposes the negative intraluminal pressure produced by the contraction of the diaphragm during inspiration. Recent studies suggest that there is an immaturity in genioglossus muscle control in neonates and obstructive apnoea may occur when the activity of this muscle is reduced or absent without a corresponding decrease in the activity of the diaphragm. However, little is known of the processes mediating and influencing the activity of the hypoglossal nerve, the motor nerve of the genioglossus muscle, at this stage in development. In newborn babies, central apnoea (when there is no inspiratory effort) is usually followed by obstructive apnoea (when although there is inspiratory effort there is no inspiratory flow). It is therefore possible that hypoxia which develops during central apnoea, inhibits the activity of the genioglossus muscle and as a consequence the airway becomes obstructed. The aim of this study was therefore to determine whether hypoglossal motoneurones are inhibited during hypoxia in neonates. This study has investigated the effect of mild levels of hypoxaemia (PaO2 47.2 ± 3.8mmHg) on the activity of hypoglossal motoneurones in anaesthetized neonatal kittens (27 days old). The results showed that the majority of hypoglossal motoneurones increased in discharge frequency during hypoxia but for a substantial proportion the increase was only transient. Furthermore, some motoneurones showed a decrease in discharge frequency. Intracellular recordings showed that during similar levels of hypoxia, although a large proportion of the motoneurones were depolarized, at least some of these repolarized despite the continuing hypoxia. In addition, some hypoglossal motoneurones were hyperpolarized. This is the clearest evidence that inhibitory mechanisms, in addition to excitatory mechanisms, mediate the effects of hypoxia on hypoglossal output in neonates. Furthermore, the results suggest that hypoxia has an effect on the hypoglossal motoneurones independently of, or in addition to, its effect through respiratory rhythm. In some preliminary studies, the transmembrane input resistance increased during the hyperpolarization in response to hypoxia. One possibility is that the inhibition is mediated by the removal of an excitatory input. If the inhibition found in this study occurs in human babies it may be a compounding factor in apnoeas of the newborn

Coordination déglutitions non nutritives-respiration lors d'un stress postnatal chez l'agneau nouveau-né : effets de l'hypoxie/hypercapnie et de la fumée secondaire

En période néonatale, les problèmes d'ordre respiratoire et nutritif comptent parmi les plus fréquents et sont selon certaines études impliqués dans le syndrome de mort subite du nourrisson (SMSN). Ainsi, les déglutitions non-nutritives (DNN) se présentent comme une fonction fondamentale en période néonatale notamment pour la clairance des voies aériennes supérieures des sécrétions salivaires et des reflux laryngopharyngés. Il apparaît plus précisément que la coordination entre DNN et respiration est indispensable pour la prévention des aspirations pulmonaires et la prolongation des apnées. Le but de cette thèse de doctorat est de comprendre et d'analyser l'effet de certains stress respiratoires comme l’hypoxie (Hx 10% O[indice inférieur 2]), l’hypercapnie (Hc 5% C0[indice inférieur 2]) ou encore la fumée environnementale de cigarette (FEC) sur la fonction de déglutition en terme de fréquence des DNN et de coordination DNN-respiration en tenant compte des stades de conscience. MÉTHODE : Suite à la construction et à la validation d'un système de production et d'exposition à la FEC, un total de 36 agneaux nouveau-nés est instrumenté chroniquement pour l’enregistrement d'un électrocardiogramme, du mouvement des yeux, d'un électrocorticogramme, du flux nasal et de l'activité des muscles thyroaryténoïdiens (constricteurs de la glotte) par télémétrie. Des enregistrements polysomnographiques sont effectués chez les agneaux nouveau-nés sans sédation ni contention exposés en aigu à l'Hx ou l'Hc ou en chronique à la FEC. RÉSULTATS : L'analyse des données polysomnographiques obtenues chez les agneaux exposés révèle une augmentation de la fréquence des DNN (p=0,005) ainsi qu’une augmentation significative de la fréquence des DNN de type ie (commence en inspiration et se termine en expiration) dans tous les stades de conscience en Hc (p < 0,001). Paradoxalement, l’Hx n'a pas d'effet sur la déglutition. La FEC, quant à elle, perturbe légèrement la coordination DNN-respiration en sommeil calme (SC) en diminuant les DNN de type i (commence et se termine en inspiration). CONCLUSION : La coordination DNN-respiration semble être une fonction physiologique très robuste et difficilement perturbable dès la période néonatale en regard de son importance capitale dans la prévention des aspirations et de la prolongation des apnées. Cependant, certains stress comme l’Hc et dans une moindre mesure la FEC semblent être capable [i.e. capables] de perturber cette coordination. D'autres études seront nécessaire [i.e. nécessaires] pour caractériser la coordination DNN-respiration