Sviedru tests stresa noteikšanai: ko mums saka kortizols un adrenalīns?

Caltech inženieri un viņu kolēģi ir demonstrējuši “Stressomic” — mīkstu, valkājamu laboratorijas plāksteri, kas vienlaikus uzrauga trīs galvenos stresa hormonus: kortizolu, adrenalīnu un noradrenalīnu, izmantojot sviedru pilienus. Pati ierīce izraisa sviedrus, stimulējot lokāli ar mikrostrāvu, nogādā tos caur mikrokanāliem uz mini reaktoriem, veic mērījumus un bezvadu režīmā nosūta datus uz tālruni. Tas viss nepārtrauktā režīmā. Pētījums tika publicēts žurnālā “Science Advances”.

Kāpēc tas ir nepieciešams?

Stresa līmeni ir ērti novērtēt ar pulsa vai anketu palīdzību, taču tie ir netieši mērījumi. Bioķīmija ir precīzāka: kortizols atspoguļo ilgāku HPA ass (hipotalāma-hipofīzes-virsnieru dziedzeru) reakciju, un adrenalīns/noradrenalīns atspoguļo simpātiskās nervu sistēmas ātru atbrīvošanos ("cīnies vai bēg"). Patiesībā abas ķēdes ir savstarpēji saistītas, tāpēc multiplekss (vairāku hormonu iedarbība vienlaikus) un dinamisks (laika gaitā) mērījums sniedz daudz pilnīgāku priekšstatu.

Kā tas darbojas iekšpusē

• Plāksteris izraisa lokālu svīšanu, izmantojot jontoforēzi caur hidrogeliem ar karbaholu – sviedri parādās bez treniņa un stresa.
• Pēc tam mikrofluidika ar kapilāro plīsuma vārstiem porcijās piegādā sviedrus analīzes kamerās, tur automātiski tiek pievienoti reaģenti, un pēc tam kamera tiek “atsvaidzināta”, lai sensori netiktu pārsātināti.
• Elektrodi ir izgatavoti uz lāzergravēta grafēna ar "zelta nanodendritiem": šāda raupja poraina virsma nodrošina paaugstinātu jutību līdz pat pikomolārām adrenalīna/noradrenalīna koncentrācijām.
• Paši mērījumi ir konkurējošas elektroķīmiskās imūnanalīzes ar metilēnzilo kā redoksa marķieri: jo vairāk hormona ir paraugā, jo vājāks ir signāls.

Visa shēma ir paredzēta zema trokšņa līmeņa, reproducējamiem "pacelšanās" procesiem ar nobīdes kompensāciju un svīšanas ātruma ietekmi.

Precizitātes pārbaude

Autori vispirms kalibrēja sensorus uz šķīdumiem, pēc tam salīdzināja rādījumus uz cilvēka sviedriem ar ELISA (laboratorijas "zelta standartu") — atbilstība ir laba. Turklāt viņi uzrādīja saprātīgu saistību starp līmeni sviedros un līmeni asins serumā (korelācijas desmitiem paraugu).

Ko tu redzēji uz cilvēkiem?

Ielāps tika pārbaudīts trīs scenārijos:

1. Fiziskais stress (HIIT): straujš adrenalīna/noradrenalīna līmenis un lēnāks kortizola vilnis.
2. Emocionālais stress (skatot validētu IAPS attēlu kopu): izteiktāka "ātro" kateholamīnu ietekme pie zemas kopējās svīšanas – tieši tur, kur pulss/GSR ne vienmēr ir uzticams.
3. Farmakoloģiskā/uztura modulācija (rakstā “papildināšana”): hormonu profils mainās paredzami, kas parāda sistēmas piemērotību intervenču ietekmes novērtēšanai.
4. Galvenā iezīme ir trīs hormonu atšķirīgie laika "paraksti": pēc līkņu formas var atšķirt akūtu un ilgstošāku stresa reakciju, kā arī to "roll call" starp simpātisko un HPA asi.

Kā tas ir labāk nekā tikai kortizols?

Kortizols viens pats nepamanīs īslaicīgus stresa uzliesmojumus; kateholamīni vieni paši neliecinās par hronisku stresu. Kopīgs nepārtraukts profils aptver abus uzdevumus un ļauj arī redzēt neadaptīvas reakcijas (piemēram, kad kateholamīni "aktivizējas" un kortizola reakcija aizkavējas vai otrādi).

Ierobežojumi, kas jāpatur prātā

• Šis ir inženiertehnisks pētījums: nevis tirgū pieejama medicīnas ierīce vai trauksmes traucējumu/izdegšanas sindroma diagnostikas rīks.
• Sviedri ir sarežģīta matrica: sekrēcijas ātrums, ādas temperatūra, pH līmenis, sastāvs var ietekmēt signālu. Autori tos konstruktīvi ņem vērā, taču klīniskā validācija vēl ir priekšā.
• Saistība starp svīšanas līmeni un ķermeņa stāvokli ir apstiprināta ierobežotā skaitā paraugu; klīniskai lietošanai nepieciešami ilgāki un daudzveidīgāki pētījumi.

Autoru komentāri

• J. Tu (vadošais autors): "Mēs pirmo reizi esam parādījuši, ka no sviedriem var vienlaikus un nepārtraukti nolasīt vairākus ar stresu saistītus hormonus, nevis tikai vienu marķieri. Tas stresa monitoringu pietuvina reālajai cilvēka fizioloģijai."
• Vei Gao (atbilstošais autors): “Tas, ka šī ādas ierīce darbojas reāllaikā un bez adatām, paver ceļu personīgai psihofizioloģisko stāvokļu uzraudzībai — sākot no stresa pārvaldības līdz terapijas efektivitātes novērtēšanai.”
• Elektronikas/signālu inženieris: Mēs izveidojām signālu apstrādi tieši ierīces malā: trokšņu filtrēšanu, sviedru plūsmas kalibrēšanu un signāla pārveidošanu reāllaika biomarķieros. Tas padara plāksteri neatkarīgu no fiksēta aprīkojuma un piemērotu ikdienas valkāšanai.
• Klīniskais līdzautors (endokrinoloģija): Galvenais jaunums ir vienlaicīga “ātro” hormonu (adrenalīna/norepinefrīna) un “lēnā” kortizola nolasīšana. To kombinētais profils labāk atspoguļo stresa fizioloģiju nekā jebkurš atsevišķs marķieris, un tas ir svarīgi datu interpretācijai cilvēkiem.
• Mikrofluidikas speciālists: Esam panākuši stabilu darbību ar zemu sviedru apjomu un lietotāja kustību. Kanāli paši piepildās, un sensori automātiski kompensē sviedru daudzumu, lai koncentrācijas būtu pareizas un netiktu "atšķaidītas".
• Algoritma/mākslīgā intelekta izstrādātājs: Modelis ņem vērā individuālās sākotnējās vērtības un ir apmācīts atšķirt fizioloģisko stresu no tādiem artefaktiem kā karstums vai fiziska slodze. Tas padara signālu “uzvedības” ziņā noderīgāku.
• Projekta vadītājs: Šī nav gatava medicīniska diagnoze, bet gan platforma. Nākamie soļi ir ilgāki valkājamo ierīču pētījumi, kalibrēšana dažādām lietotāju grupām un, ja nepieciešams, virzība uz klīnisku validāciju konkrētiem scenārijiem — sākot no sporta līdz stresa monitorēšanai darbā.

Ko tas vēl var dot?

Personīgā stresa monitorēšana (sportā, maiņu darbā, pilotu/ārstu vidū), psihoterapijas un treniņu efektivitātes novērtēšana, viedākas valkājamās ierīces, kaitīgu stresa reakciju modeļu agrīna atklāšana. Un pētniecībā — jauns rīks stresa bioloģijas analīzei dabiskā laika skalā.