Stressi higitest: mida kortisool ja adrenaliin meile ütlevad?

Caltechi insenerid ja nende kolleegid demonstreerisid pehmet ja kantavat laboriplaastrit „Stressomic“, mis jälgib higipiiskade abil samaaegselt kolme peamist stressihormooni: kortisooli, adrenaliini ja noradrenaliini. Seade ise kutsub higi esile lokaalse mikrovoolu stimulatsiooni abil, toimetab selle mikrokanalite kaudu minireaktoritesse, teeb mõõtmisi ja saadab andmed juhtmevabalt telefoni. Kõik see toimub pidevas režiimis. Uuring avaldati ajakirjas Science Advances.

Miks see vajalik on?

Stressi on mugav hinnata pulsi või küsimustike abil, kuid need on kaudsed mõõtmised. Biokeemia on täpsem: kortisool peegeldab HPA telje (hüpotalamus-hüpofüüs-neerupealised) pikemat reaktsiooni ja adrenaliin/noradrenaliin peegeldab sümpaatilise närvisüsteemi kiiret vabanemist ("võitle või põgene"). Tegelikkuses on mõlemad ahelad omavahel seotud, seega annab multipleksne (mitu hormooni korraga) ja dünaamiline (aja jooksul) mõõtmine palju terviklikuma pildi.

Kuidas see seespool töötab

• Plaaster kutsub esile lokaalset higistamist iontoforeesi abil karbakooliga hüdrogeelide kaudu – higi ilmub ilma treeningu ja stressita.
• Seejärel juhitakse kapillaarventiilidega mikrofluidika abil analüüsikambritesse osade kaupa higi, sinna lisatakse automaatselt reagendid ja seejärel kambrit "värskendatakse", et andurid üle ei küllastuks.
• Elektroodid on valmistatud laseriga söövitatud grafeenist, millel on "kuldsed nanodendriidid": selline kare-poorne pind tagab ülitundlikkuse kuni pikomolaarsete adrenaliini/noradrenaliini kontsentratsioonideni.
• Mõõtmised ise on konkureerivad elektrokeemilised immunoanalüüsid, kus redoksmärgisena kasutatakse metüleensinist: mida rohkem hormooni proovis on, seda nõrgem on signaal.

Kogu vooluring on loodud madala müratasemega ja reprodutseeritavate "startide" jaoks, millel on triivi kompenseerimine ja higistamiskiiruse mõju.

Täpsuse kontrollimine

Autorid kalibreerisid esmalt andureid lahuste peal, seejärel võrdlesid inimese higi peal saadud näitu ELISA-ga (laboratoorselt nn kuldstandard) – tulemused on head. Lisaks näitasid nad mõistlikku seost higi ja vereseerumi tasemete vahel (korrelatsioonid kümnete proovide põhjal).

Mida sa inimeste juures nägid?

Plaastrit testiti kolmes stsenaariumis:

1. Füüsiline stress (HIIT): adrenaliini/noradrenaliini kiired piigid ja kortisooli aeglasem laine.
2. Emotsionaalne stress (valideeritud IAPS-i pildiseeria vaatamine): "kiirete" katehhoolamiinide suurem panus madala higistamise korral – täpselt seal, kus pulss/GSR ei ole alati usaldusväärne.
3. Farmakoloogiline/toitumismodulatsioon (artiklis „toidulisand“): hormoonprofiil muutub prognoositavalt, mis näitab süsteemi sobivust sekkumiste mõju hindamiseks.
4. Peamine omadus on kolme hormooni erinevad ajalised „allkirjad“: kõverate kuju järgi saab eristada ägedat ja pikemaajalist stressireaktsiooni ning nende „roll-call'i“ sümpaatilise ja HPA telje vahel.

Kuidas on see parem kui ainult kortisool?

Ainult kortisool ei suuda lühikesi stressihooge märgata; ainult katehhoolamiinid ei anna kroonilise stressi kohta teavet. Ühine pidev profiil hõlmab mõlemat ülesannet ja võimaldab näha ka kohanemishäireid (näiteks kui katehhoolamiinid "vallanduvad" ja kortisooli vastus on hilinenud või vastupidi).

Piirangud, mida meeles pidada

• See on inseneriuuring: mitte turul olev meditsiiniseade ega ärevushäirete/läbipõlemise diagnostikavahend.
• Higi on keeruline maatriks: sekretsiooni kiirus, naha temperatuur, pH ja koostis võivad signaali mõjutada. Autorid võtavad neid konstruktiivselt arvesse, kuid kliiniline valideerimine on veel ees.
• Higi taseme ja keha seisundi vaheline seos on piiratud valimites kinnitust leidnud; kliiniliseks kasutamiseks on vaja pikemaid ja mitmekesisemaid uuringuid.

Autorite kommentaarid

• J. Tu (juhtautor): "Oleme esmakordselt näidanud, et higist saab samaaegselt ja pidevalt lugeda mitut stressiga seotud hormooni, mitte ainult ühte markerit. See lähendab stressi jälgimist inimese tegelikule füsioloogiale."
• Wei Gao (vastav autor): „Asjaolu, et see nahaseade töötab reaalajas ja nõelteta, avab tee psühhofüsioloogiliste seisundite isiklikuks jälgimiseks – alates stressi juhtimisest kuni teraapia efektiivsuse hindamiseni.“
• Elektroonika-/signaaliinsener: Ehitasime signaalitöötluse otse seadme servale: müra filtreerimine, higivoolu kalibreerimine ja signaali teisendamine reaalajas biomarkeriteks. See muudab plaastri statsionaarsetest seadmetest sõltumatuks ja sobib igapäevaseks kandmiseks.
• Kliiniline kaasautor (endokrinoloogia): Peamine uudsus on „kiirete” hormoonide (adrenaliin/noradrenaliin) ja „aeglase” kortisooli samaaegne lugemine. Nende kombineeritud profiil peegeldab stressi füsioloogiat paremini kui kumbki üksikmarker ja see on oluline andmete tõlgendamisel inimestel.
• Mikrofluidika spetsialist: Oleme saavutanud stabiilse töö madala higikoguse ja kasutaja liikumisega. Kanalid täituvad ise ja andurid kompenseerivad automaatselt higistamiskiirust, nii et kontsentratsioonid on õiged ja ei "lahjene".
• Algoritmi/tehisintellekti arendaja: mudel võtab arvesse individuaalseid lähtetasemeid ja on treenitud eristama füsioloogilist stressi sellistest artefaktidest nagu kuumus või füüsiline koormus. See muudab signaali käitumuslikult kasulikumaks.
• Projektijuht: See ei ole valmis meditsiiniline diagnoos, vaid platvorm. Järgmised sammud on pikemad kantavad uuringud, kalibreerimine erinevatele kasutajarühmadele ja vajadusel liikumine kliinilise valideerimise suunas konkreetsete stsenaariumide jaoks – alates spordist kuni stressi jälgimiseni tööl.

Mida see veel anda saab?

Isiklik stressi jälgimine (sport, vahetustega töö, piloodid/arstid), psühhoteraapia ja treeningu efektiivsuse hindamine, nutikamad kantavad seadmed, kahjulike stressireaktsioonide varajane avastamine. Ja uuringutes uus tööriist stressi bioloogia analüüsimiseks loomulikel ajateljel.