Τεστ εφίδρωσης για το στρες: τι μας λένε η κορτιζόλη και η αδρεναλίνη;

Μηχανικοί από το Caltech και οι συνεργάτες τους παρουσίασαν το «Stressomic», ένα μαλακό, φορετό εργαστηριακό έμπλαστρο που παρακολουθεί ταυτόχρονα τρεις βασικές ορμόνες του στρες: κορτιζόλη, αδρεναλίνη και νοραδρεναλίνη, χρησιμοποιώντας σταγόνες ιδρώτα. Η ίδια η συσκευή προκαλεί ιδρώτα μέσω τοπικής διέγερσης με μικρορεύματα, τον διοχετεύει μέσω μικροκαναλιών σε μίνι-αντιδραστήρες, λαμβάνει μετρήσεις και στέλνει ασύρματα τα δεδομένα σε ένα τηλέφωνο. Όλα αυτά σε συνεχή λειτουργία. Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science Advances.

Γιατί είναι απαραίτητο αυτό;

Είναι βολικό να αξιολογείται το στρες με σφυγμό ή ερωτηματολόγια, αλλά αυτά είναι έμμεσα μέτρα. Η βιοχημεία είναι πιο ακριβής: η κορτιζόλη αντανακλά μια μεγαλύτερης διάρκειας απόκριση του άξονα HPA (υποθάλαμος-υπόφυση-επινεφρίδια) και η αδρεναλίνη/νοραδρεναλίνη αντανακλά μια γρήγορη απελευθέρωση του συμπαθητικού νευρικού συστήματος ("μάχη ή φυγή"). Στην πραγματικότητα, και τα δύο κυκλώματα είναι αλληλένδετα, επομένως η πολλαπλή (πολλές ορμόνες ταυτόχρονα) και η δυναμική (με την πάροδο του χρόνου) μέτρηση δίνουν μια πολύ πιο ολοκληρωμένη εικόνα.

Πώς λειτουργεί μέσα

• Το έμπλαστρο προκαλεί τοπική εφίδρωση χρησιμοποιώντας ιοντοφόρηση μέσω υδρογελών με καρβαχόλη - ο ιδρώτας εμφανίζεται χωρίς προπόνηση και στρες.
• Στη συνέχεια, η μικρορευστολογική με τριχοειδείς βαλβίδες έκρηξης διοχετεύει τον ιδρώτα σε δόσεις στους θαλάμους ανάλυσης, τα αντιδραστήρια προστίθενται αυτόματα εκεί και στη συνέχεια ο θάλαμος «ανανεώνεται» έτσι ώστε οι αισθητήρες να μην υπερκορεστούν.
• Τα ηλεκτρόδια κατασκευάζονται σε γραφένιο χαραγμένο με λέιζερ με «χρυσούς νανοδενδρίτες»: μια τέτοια τραχιά πορώδης επιφάνεια παρέχει υπερευαισθησία έως και πικομοριακές συγκεντρώσεις αδρεναλίνης/νοραδρεναλίνης.
• Οι ίδιες οι μετρήσεις είναι ανταγωνιστικές ηλεκτροχημικές ανοσοδοκιμασίες με μπλε του μεθυλενίου ως οξειδοαναγωγική σήμανση: όσο περισσότερη ορμόνη υπάρχει στο δείγμα, τόσο ασθενέστερο είναι το σήμα.

Ολόκληρο το κύκλωμα έχει σχεδιαστεί για χαμηλού θορύβου, αναπαραγώγιμες «απογειώσεις» με αντιστάθμιση ολίσθησης και την επίδραση του ρυθμού εφίδρωσης.

Έλεγχος της ακρίβειας

Οι συγγραφείς αρχικά βαθμονόμησαν τους αισθητήρες σε διαλύματα και στη συνέχεια συνέκριναν τις μετρήσεις στον ανθρώπινο ιδρώτα με την ELISA (το «χρυσό πρότυπο» του εργαστηρίου) - η συμφωνία είναι καλή. Επιπλέον, έδειξαν μια λογική σύνδεση μεταξύ των επιπέδων στον ιδρώτα και των επιπέδων στον ορό του αίματος (συσχετίσεις σε δεκάδες δείγματα).

Τι είδες στους ανθρώπους;

Το patch δοκιμάστηκε σε τρία σενάρια:

1. Φυσικό στρες (HIIT): απότομες κορυφώσεις αδρεναλίνης/νοραδρεναλίνης και ένα πιο αργό κύμα κορτιζόλης.
2. Συναισθηματικό στρες (προβολή του επικυρωμένου συνόλου εικόνων IAPS): πιο έντονη συμβολή των «γρήγορων» κατεχολαμινών σε χαμηλή συνολική εφίδρωση - ακριβώς εκεί όπου ο σφυγμός/GSR δεν είναι πάντα αξιόπιστος.
3. Φαρμακολογική/διατροφική διαμόρφωση («συμπληρώματα» στο άρθρο): το ορμονικό προφίλ αλλάζει προβλέψιμα, γεγονός που καταδεικνύει την καταλληλότητα του συστήματος για την αξιολόγηση των επιπτώσεων των παρεμβάσεων.
4. Το κύριο χαρακτηριστικό είναι οι διαφορετικές χρονικές «υπογραφές» των τριών ορμονών: από το σχήμα των καμπυλών, μπορεί κανείς να διακρίνει μεταξύ μιας οξείας και μιας πιο παρατεταμένης απόκρισης στο στρες και της «κυκλικής κλήσης» τους μεταξύ του συμπαθητικού και του άξονα HPA.

Πώς είναι αυτό καλύτερο από την κορτιζόλη μόνη της;

Η κορτιζόλη από μόνη της θα αποφύγει σύντομες εκρήξεις στρες. Οι κατεχολαμίνες από μόνες τους δεν θα σας αποκαλύψουν για το χρόνιο στρες. Ένα συνεχές προφίλ αρθρώσεων καλύπτει και τις δύο εργασίες και σας επιτρέπει επίσης να δείτε δυσπροσαρμοστικές αντιδράσεις (για παράδειγμα, όταν οι κατεχολαμίνες «πυροδοτούνται» και η απόκριση της κορτιζόλης καθυστερεί ή αντίστροφα).

Περιορισμοί που πρέπει να έχετε κατά νου

• Αυτή είναι μια μελέτη μηχανικής: όχι μια ιατρική συσκευή στην αγορά ούτε ένα διαγνωστικό εργαλείο για αγχώδεις διαταραχές/επαγγελματική εξουθένωση.
• Ο ιδρώτας είναι ένας πολύπλοκος πίνακας: ο ρυθμός έκκρισης, η θερμοκρασία του δέρματος, το pH, η σύνθεση μπορούν να επηρεάσουν το σήμα. Οι συγγραφείς τα λαμβάνουν υπόψη εποικοδομητικά, αλλά η κλινική επικύρωση είναι ακόμη μπροστά μας.
• Η σχέση μεταξύ των επιπέδων ιδρώτα και της σωματικής κατάστασης έχει επιβεβαιωθεί σε περιορισμένα δείγματα· απαιτούνται μεγαλύτερες και πιο ποικίλες μελέτες για κλινική χρήση.

Σχόλια των συγγραφέων

• J. Tu (κύριος συγγραφέας): «Δείξαμε για πρώτη φορά ότι πολλαπλές ορμόνες που σχετίζονται με το στρες μπορούν να διαβαστούν ταυτόχρονα και συνεχώς από τον ιδρώτα, αντί για έναν μόνο δείκτη. Αυτό φέρνει την παρακολούθηση του στρες πιο κοντά στην πραγματική ανθρώπινη φυσιολογία».
• Wei Gao (αντίστοιχος συγγραφέας): «Το γεγονός ότι αυτή η συσκευή δέρματος λειτουργεί σε πραγματικό χρόνο και χωρίς βελόνες ανοίγει τον δρόμο για την προσωπική παρακολούθηση των ψυχοφυσιολογικών καταστάσεων - από τη διαχείριση του στρες έως την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας της θεραπείας».
• Μηχανικός Ηλεκτρονικών/Σημάτων: Κατασκευάσαμε την επεξεργασία σήματος ακριβώς στην άκρη της συσκευής: φιλτράρισμα θορύβου, βαθμονόμηση ροής ιδρώτα και μετατροπή σήματος σε βιοδείκτες πραγματικού χρόνου. Αυτό καθιστά το έμπλαστρο ανεξάρτητο από τον σταθερό εξοπλισμό και κατάλληλο για καθημερινή χρήση.
• Κλινικός συν-συγγραφέας (ενδοκρινολογία): Η βασική καινοτομία είναι η ταυτόχρονη ανάγνωση «γρήγορων» ορμονών (επινεφρίνη/νορεπινεφρίνη) και «αργής» κορτιζόλης. Το συνδυασμένο προφίλ τους αντικατοπτρίζει καλύτερα τη φυσιολογία του στρες από οποιονδήποτε μεμονωμένο δείκτη, και αυτό είναι σημαντικό για την ερμηνεία δεδομένων σε ανθρώπους.
• Ειδικός Μικρορευστολογίας: Έχουμε επιτύχει σταθερή λειτουργία με χαμηλούς όγκους ιδρώτα και κίνηση του χρήστη. Τα κανάλια είναι αυτογεμιζόμενα και οι αισθητήρες αντισταθμίζουν αυτόματα τον ρυθμό εφίδρωσης, έτσι ώστε οι συγκεντρώσεις να είναι σωστές και όχι «αραιωμένες».
• Προγραμματιστής Αλγορίθμου/Τεχνητής Νοημοσύνης: Το μοντέλο λαμβάνει υπόψη τις μεμονωμένες γραμμές βάσης και είναι εκπαιδευμένο να διακρίνει το φυσιολογικό στρες από αντικείμενα όπως η θερμότητα ή η άσκηση. Αυτό καθιστά το σήμα πιο χρήσιμο από «συμπεριφορικής άποψης».
• Υπεύθυνος Έργου: Δεν πρόκειται για μια ιατρική διάγνωση που θα είναι έτοιμη προς χρήση, αλλά για μια πλατφόρμα. Τα επόμενα βήματα είναι μεγαλύτερες σε διάρκεια μελέτες σε φορητές συσκευές, βαθμονόμηση για διαφορετικές ομάδες χρηστών και, εάν είναι απαραίτητο, μετάβαση προς την κλινική επικύρωση για συγκεκριμένα σενάρια - από αθλήματα έως παρακολούθηση του στρες στην εργασία.

Τι μπορεί να προσφέρει αυτό περαιτέρω;

Παρακολούθηση προσωπικού στρες (αθλητισμός, εργασία σε βάρδιες, πιλότοι/γιατροί), αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας της ψυχοθεραπείας και της εκπαίδευσης, πιο έξυπνες φορητές συσκευές, έγκαιρη ανίχνευση επιβλαβών προτύπων αντίδρασης στο στρες. Και στην έρευνα, ένα νέο εργαλείο για την ανάλυση της βιολογίας του στρες σε φυσικές χρονικές κλίμακες.