Тест за потене за стрес: какво ни казват кортизолът и адреналинът?

Инженери от Калифорнийския технологичен институт и колеги демонстрираха „Stressomic“ – мек, носим лабораторен пластир, който едновременно следи три ключови хормона на стреса: кортизол, адреналин и норадреналин, използвайки капки пот. Самото устройство предизвиква пот чрез локална микротокова стимулация, доставя я през микроканали до мини-реактори, прави измервания и безжично изпраща данните до телефон. Всичко това в непрекъснат режим. Проучването е публикувано в списанието Science Advances.

Защо е необходимо това?

Удобно е стресът да се оценява чрез пулс или въпросници, но това са косвени измервания. Биохимията е по-точна: кортизолът отразява по-дълъг отговор на оста HPA (хипоталамус-хипофиза-надбъбречни жлези), а адреналинът/норадреналинът отразява бързо освобождаване на симпатиковата нервна система („борба или бягство“). В действителност и двете вериги са преплетени, така че мултиплексното (няколко хормона едновременно) и динамичното (с течение на времето) измерване дава много по-пълна картина.

Как работи вътре

• Пластирът предизвиква локално изпотяване чрез йонофореза през хидрогелове с карбахол - потта се появява без тренировка и стрес.
• След това, микрофлуидиката с капилярни клапани доставя пот на порции в аналитичните камери, там автоматично се добавят реагенти и след това камерата се „освежава“, така че сензорите да не се пренаситят.
• Електродите са изработени върху лазерно гравиран графен със „златни нанодендрити“: такава грапаво-пореста повърхност осигурява свръхчувствителност до пикомоларни концентрации на адреналин/норадреналин.
• Самите измервания са конкурентни електрохимични имуноанализи с метиленово синьо като редокс маркер: колкото повече хормон в пробата, толкова по-слаб е сигналът.

Цялата верига е проектирана за нискошумови, възпроизводими „излитания“ с компенсация на дрейфа и влияние на скоростта на изпотяване.

Проверка на точността

Авторите първо калибрират сензорите върху разтвори, след което сравняват показанията на човешка пот с ELISA (лабораторният „златен стандарт“) - съответствието е добро. Освен това, те показват разумна връзка между нивата в потта и нивата в кръвния серум (корелации върху десетки проби).

Какво видяхте по хората?

Пластирът беше тестван в три сценария:

1. Физически стрес (HIIT): бързи пикове на адреналин/норадреналин и по-бавна вълна на кортизол.
2. Емоционален стрес (разглеждане на валидирания набор от IAPS изображения): по-изразен принос на „бързите“ катехоламини при ниско общо изпотяване - точно там, където пулсът/GSR не винаги е надежден.
3. Фармакологична/хранителна модулация („добавка“ в статията): хормоналният профил се променя предвидимо, което демонстрира пригодността на системата за оценка на ефектите от интервенциите.
4. Основната характеристика са различните времеви „сигнатури“ на трите хормона: по формата на кривите може да се разграничи остра и по-продължителна стресова реакция и тяхното „пренареждане“ между симпатиковата и HPA ос.

С какво това е по-добро от употребата само на кортизол?

Само кортизолът ще пропусне кратки изблици на стрес; катехоламините сами по себе си няма да ви кажат за хроничен стрес. Съвместният непрекъснат профил обхваща и двете задачи и ви позволява да видите неадаптивни реакции (например, когато катехоламините се „активират“, а кортизоловият отговор е забавен или обратното).

Ограничения, които трябва да се имат предвид

• Това е инженерно проучване: не е медицинско изделие на пазара или диагностичен инструмент за тревожни разстройства/прегаряне.
• Потта е сложна матрица: скоростта на секреция, температурата на кожата, pH, съставът могат да повлияят на сигнала. Авторите ги вземат предвид конструктивно, но клиничното валидиране все още предстои.
• Връзката между нивата на изпотяване и телесното състояние е потвърдена в ограничени проби; за клинично приложение са необходими по-дълги и по-разнообразни изследвания.

Коментари на авторите

• Дж. Ту (водещ автор): „За първи път показахме, че множество хормони, свързани със стреса, могат да бъдат отчетени едновременно и непрекъснато от потта, а не само от един маркер. Това доближава наблюдението на стреса до реалната човешка физиология.“
• Вей Гао (автор на кореспонденция): „Фактът, че това устройство за кожа работи в реално време и без игли, отваря пътя към лично наблюдение на психофизиологични състояния - от управление на стреса до оценка на ефективността на терапията.“
• Инженер по електроника/сигнали: Вградихме обработка на сигнали в периферията на устройството: филтриране на шума, калибриране на потока на потта и преобразуване на сигнала в биомаркери в реално време. Това прави пластира независим от фиксирано оборудване и подходящ за ежедневно носене.
• Клиничен съавтор (ендокринология): Ключовата новост е едновременното отчитане на „бързи“ хормони (епинефрин/норепинефрин) и „бавен“ кортизол. Техният комбиниран профил отразява по-добре физиологията на стреса, отколкото всеки от отделните маркери, и това е важно за интерпретирането на данните при хора.
• Специалист по микрофлуидика: Постигнахме стабилна работа с ниски обеми пот и движение на потребителя. Каналите се самозапълват, а сензорите автоматично компенсират скоростта на изпотяване, така че концентрациите да са правилни и да не са „разредени“.
• Разработчик на алгоритъм/ИИ: Моделът взема предвид индивидуалните базови стойности и е обучен да различава физиологичния стрес от артефакти като топлина или физическо натоварване. Това прави сигнала по-„поведенчески“ полезен.
• Ръководител на проекта: Това не е медицинска диагноза, която се поставя директно от кутията, а платформа. Следващите стъпки са по-дълги проучвания на носими устройства, калибриране за различни потребителски групи и, ако е необходимо, преминаване към клинично валидиране за специфични сценарии - от спорт до наблюдение на стреса на работното място.

Какво може да даде това допълнително?

Личен мониторинг на стреса (спорт, работа на смени, пилоти/лекари), оценка на ефективността на психотерапията и обучението, по-умни носими устройства, ранно откриване на вредни модели на реакция на стрес. И в научните изследвания, нов инструмент за анализ на биологията на стреса в естествени времеви мащаби.