Test znoja za stres: kaj nam povesta kortizol in adrenalin?

Inženirji iz Caltecha in sodelavci so predstavili »Stressomic«, mehak, nosljiv laboratorijski obliž, ki hkrati spremlja tri ključne stresne hormone: kortizol, adrenalin in noradrenalin, z uporabo kapljic znoja. Naprava sama s pomočjo lokalne mikrotokovne stimulacije sproži znoj, ga po mikrokanalih dovaja v mini reaktorje, izvaja meritve in brezžično pošilja podatke na telefon. Vse to v neprekinjenem načinu. Študija je bila objavljena v reviji Science Advances.

Zakaj je to potrebno?

Stres je priročno oceniti s pulzom ali vprašalniki, vendar so to posredni ukrepi. Biokemija je natančnejša: kortizol odraža daljši odziv osi HPA (hipotalamus-hipofiza-nadledvična žleza), adrenalin/noradrenalin pa hitro sproščanje simpatičnega živčnega sistema ("boj ali beg"). V resnici sta oba vezja prepletena, zato multipleksno (več hormonov hkrati) in dinamično (skozi čas) merjenje daje veliko bolj popolno sliko.

Kako deluje v notranjosti

• Obliž s pomočjo iontoforeze preko hidrogelov s karbaholom sproži lokalno potenje - znoj se pojavi brez treninga in stresa.
• Nato mikrofluidika s kapilarnimi ventili dovaja znoj v delih v analitske komore, tja se samodejno dodajo reagenti, nato pa se komora "osveži", da senzorji ne postanejo prenasičeni.
• Elektrode so izdelane na lasersko jedkanem grafenu z "zlatimi nano-dendriti": takšna hrapava porozna površina zagotavlja preobčutljivost vse do pikomolarnih koncentracij adrenalina/noradrenalina.
• Same meritve so kompetitivni elektrokemijski imunološki testi z metilenskim modrim kot redoks oznako: več hormona v vzorcu, šibkejši je signal.

Celotno vezje je zasnovano za tihe, ponovljive "vzlete" z kompenzacijo odnašanja in vplivom stopnje potenja.

Preverjanje natančnosti

Avtorji so najprej kalibrirali senzorje na raztopinah, nato pa primerjali odčitke človeškega znoja z ELISA testom (laboratorijski "zlati standard") - ujemanje je dobro. Poleg tega so pokazali razumno povezavo med ravnmi v znoju in ravnmi v krvnem serumu (korelacije na več deset vzorcih).

Kaj si videl na ljudeh?

Obliž je bil preizkušen v treh scenarijih:

1. Fizični stres (HIIT): hitri vrhovi adrenalina/noradrenalina in počasnejši val kortizola.
2. Čustveni stres (ogled validiranega nabora slik IAPS): izrazitejši prispevek "hitrih" kateholaminov pri nizkem skupnem potenju – točno tam, kjer pulz/GSR nista vedno zanesljiva.
3. Farmakološka/prehranska modulacija (v članku »dopolnjevanje«): hormonski profil se predvidljivo spreminja, kar dokazuje primernost sistema za ocenjevanje učinkov intervencij.
4. Glavna značilnost so različni časovni "podpisi" treh hormonov: po obliki krivulj lahko ločimo med akutnim in dolgotrajnejšim stresnim odzivom ter njihovim "preklapljanjem" med simpatično in HPA osjo.

Zakaj je to boljše od samega kortizola?

Kortizol sam po sebi bo zgrešil kratke izbruhe stresa; kateholamini sami po sebi vam ne bodo povedali o kroničnem stresu. Skupni neprekinjeni profil zajema obe nalogi in vam omogoča tudi opazovanje neprilagojenih odzivov (na primer, ko se kateholamini "sprožijo", odziv kortizola pa je zakasnjen ali obratno).

Omejitve, ki jih je treba upoštevati

• To je inženirska študija: ne medicinski pripomoček na trgu ali diagnostično orodje za anksiozne motnje/izgorelost.
• Znoj je kompleksna matrica: hitrost izločanja, temperatura kože, pH in sestava lahko vplivajo na signal. Avtorji jih konstruktivno upoštevajo, vendar je klinična validacija še pred nami.
• Razmerje med ravnjo potenja in telesnim stanjem je bilo potrjeno v omejenih vzorcih; za klinično uporabo so potrebne daljše in bolj raznolike študije.

Avtorjevi komentarji

• J. Tu (vodilni avtor): »Prvič smo pokazali, da je mogoče iz znoja hkrati in neprekinjeno odčitavati več hormonov, povezanih s stresom, namesto le enega označevalca. To približa spremljanje stresa resnični človeški fiziologiji.«
• Wei Gao (dopisni avtor): »Dejstvo, da ta naprava za kožo deluje v realnem času in brez igel, odpira pot osebnemu spremljanju psihofizioloških stanj – od obvladovanja stresa do ocenjevanja učinkovitosti terapije.«
• Inženir elektronike/signalov: Obdelavo signalov smo vgradili neposredno na rob naprave: filtriranje šuma, kalibracijo pretoka znoja in pretvorbo signalov v biomarkerje v realnem času. Zaradi tega je obliž neodvisen od fiksne opreme in primeren za vsakodnevno nošenje.
• Klinični soavtor (endokrinologija): Ključna novost je sočasno odčitavanje »hitrih« hormonov (epinefrin/norepinefrin) in »počasnega« kortizola. Njihov kombinirani profil bolje odraža fiziologijo stresa kot posamezni marker, kar je pomembno za interpretacijo podatkov pri ljudeh.
• Specialist za mikrofluidiko: Dosegli smo stabilno delovanje z majhnimi količinami potu in gibanjem uporabnika. Kanali se samopolnijo, senzorji pa samodejno kompenzirajo stopnjo potenja, tako da so koncentracije pravilne in ne "razredčene".
• Razvijalec algoritmov/umetne inteligence: Model upošteva individualne izhodiščne vrednosti in je usposobljen za razlikovanje fiziološkega stresa od artefaktov, kot sta vročina ali vadba. Zaradi tega je signal bolj »vedenjsko« uporaben.
• Vodja projekta: To ni medicinska diagnoza, ki bi jo postavili takoj, temveč platforma. Naslednji koraki so daljše študije nosljivih naprav, kalibracija za različne uporabniške skupine in po potrebi prehod na klinično validacijo za specifične scenarije – od športa do spremljanja stresa pri delu.

Kaj lahko to še da?

Spremljanje osebnega stresa (šport, delo v izmenah, piloti/zdravniki), ocena učinkovitosti psihoterapije in usposabljanja, pametnejše nosljive naprave, zgodnje odkrivanje škodljivih vzorcev odzivanja na stres. In v raziskavah novo orodje za analizo biologije stresa v naravnih časovnih skalah.