Test potu w celu określenia poziomu stresu: co mówią nam kortyzol i adrenalina?

Inżynierowie z Caltech wraz ze współpracownikami zaprezentowali „Stressomic”, miękki, noszony plaster laboratoryjny, który jednocześnie monitoruje trzy kluczowe hormony stresu: kortyzol, adrenalinę i noradrenalinę, za pomocą kropli potu. Urządzenie samo indukuje pocenie się poprzez lokalną stymulację mikroprądową, dostarcza go mikrokanalikami do minireaktorów, wykonuje pomiary i bezprzewodowo przesyła dane do telefonu. Wszystko to w trybie ciągłym. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Science Advances”.

Dlaczego jest to konieczne?

Wygodniej jest oceniać stres za pomocą pulsu lub kwestionariuszy, ale są to pomiary pośrednie. Biochemia jest dokładniejsza: kortyzol odzwierciedla dłuższą reakcję osi HPA (podwzgórze-przysadka-nadnercza), a adrenalina/noradrenalina odzwierciedla szybkie uwalnianie współczulnego układu nerwowego („walcz lub uciekaj”). W rzeczywistości oba obwody są ze sobą powiązane, więc pomiar multipleksowy (kilka hormonów jednocześnie) i dynamiczny (w czasie) daje znacznie pełniejszy obraz.

Jak to działa w środku

• Plaster wywołuje miejscowe pocenie metodą jonoforezy za pomocą hydrożeli z karbacholem - pot pojawia się bez wysiłku i stresu.
• Następnie mikroprzepływy z zaworami kapilarnymi dostarczają pot porcjami do komór analitycznych, gdzie automatycznie dodawane są odczynniki, po czym komora jest „odświeżana”, aby nie doszło do przesycenia czujników.
• Elektrody wykonane są na grafenowym podłożu trawionym laserowo, z „złotymi nanodendrytami”: taka szorstka i porowata powierzchnia zapewnia nadwrażliwość na stężenia adrenaliny/noradrenaliny rzędu pikomolarnych.
• Same pomiary to konkurencyjne elektrochemiczne testy immunoenzymatyczne z błękitem metylenowym jako znacznikiem redoks: im więcej hormonu w próbce, tym słabszy sygnał.

Cały układ zaprojektowano z myślą o cichych, powtarzalnych „startach” z kompensacją dryfu i uwzględnieniem tempa pocenia się.

Sprawdzanie dokładności

Autorzy najpierw skalibrowali czujniki na roztworach, a następnie porównali odczyty z ludzkiego potu z testem ELISA (laboratoryjnym „złotym standardem”) – zgodność jest dobra. Ponadto wykazali oni istotną zależność między poziomami w pocie a poziomami w surowicy krwi (korelacje w kilkudziesięciu próbkach).

Co widziałeś u ludzi?

Łatkę testowano w trzech scenariuszach:

1. Stres fizyczny (HIIT): szybkie wzrosty poziomu adrenaliny/noradrenaliny i wolniejsza fala kortyzolu.
2. Stres emocjonalny (przeglądanie zweryfikowanego zestawu obrazów IAPS): wyraźniejszy udział „szybkich” katecholamin przy niskim całkowitym poceniu – dokładnie tam, gdzie tętno/GSR nie zawsze jest wiarygodne.
3. Modulacja farmakologiczna/żywieniowa („suplementacja” w artykule): profil hormonalny zmienia się przewidywalnie, co pokazuje przydatność systemu do oceny efektów interwencji.
4. Główną cechą są różne „podpisy” czasowe trzech hormonów: na podstawie kształtu krzywych można odróżnić ostrą i długotrwałą reakcję na stres oraz ich „odwołanie” między osią współczulną a osią podwzgórze-przysadka-nadnercza.

W czym jest to lepsze od samego kortyzolu?

Sam kortyzol nie wykryje krótkotrwałych napadów stresu; same katecholaminy nie dadzą Ci znać o stresie przewlekłym. Profil ciągły obejmuje oba zadania, a także pozwala dostrzec reakcje dezadaptacyjne (na przykład, gdy katecholaminy „aktywują się”, a reakcja kortyzolu jest opóźniona lub odwrotnie).

Ograniczenia, o których należy pamiętać

• Jest to badanie inżynieryjne: nie jest to urządzenie medyczne dostępne na rynku ani narzędzie diagnostyczne zaburzeń lękowych/wypalenia zawodowego.
• Pot to złożona matryca: tempo wydzielania, temperatura skóry, pH i skład mogą wpływać na sygnał. Autorzy biorą je pod uwagę, ale walidacja kliniczna jest jeszcze przed nimi.
• Związek między poziomem potu i kondycją organizmu potwierdzono w ograniczonej liczbie próbek; do zastosowań klinicznych potrzebne są dłuższe i bardziej zróżnicowane badania.

Komentarze autorów

• J. Tu (główny autor): „Po raz pierwszy wykazaliśmy, że z potu można odczytywać jednocześnie i w sposób ciągły wiele hormonów związanych ze stresem, a nie tylko jeden marker. To zbliża monitorowanie stresu do rzeczywistej fizjologii człowieka”.
• Wei Gao (autor korespondencyjny): „Fakt, że to urządzenie do pielęgnacji skóry działa w czasie rzeczywistym i bez użycia igieł, otwiera drogę do osobistego monitorowania stanów psychofizjologicznych – od zarządzania stresem po ocenę skuteczności terapii”.
• Inżynier elektronik/sygnałów: Zbudowaliśmy przetwarzanie sygnału tuż przy krawędzi urządzenia: filtrowanie szumów, kalibrację przepływu potu i konwersję sygnału na biomarkery w czasie rzeczywistym. Dzięki temu plaster jest niezależny od stałego sprzętu i nadaje się do codziennego noszenia.
• Współautor kliniczny (endokrynologia): Kluczową innowacją jest jednoczesny odczyt „szybkich” hormonów (epinefryny/norepinefryny) i „wolnego” kortyzolu. Ich połączony profil lepiej odzwierciedla fizjologię stresu niż którykolwiek z pojedynczych markerów, co ma istotne znaczenie dla interpretacji danych u ludzi.
• Specjalista ds. mikroprzepływów: Osiągnęliśmy stabilną pracę przy niskiej objętości potu i ruchu użytkownika. Kanały napełniają się samoczynnie, a czujniki automatycznie kompensują tempo pocenia, dzięki czemu stężenia są prawidłowe i nie są „rozcieńczane”.
• Twórca algorytmu/sztucznej inteligencji: Model uwzględnia indywidualne parametry bazowe i jest trenowany w celu odróżniania stresu fizjologicznego od artefaktów, takich jak ciepło czy wysiłek fizyczny. Dzięki temu sygnał jest bardziej użyteczny pod względem „behawioralnym”.
• Kierownik projektu: To nie jest gotowa diagnoza medyczna, ale platforma. Kolejnym krokiem będą dłuższe badania nad urządzeniami przenośnymi, kalibracja dla różnych grup użytkowników i, w razie potrzeby, przejście do walidacji klinicznej w konkretnych scenariuszach – od sportu po monitorowanie stresu w pracy.

Co to może jeszcze dać?

Osobisty monitoring stresu (sport, praca zmianowa, piloci/lekarze), ocena skuteczności psychoterapii i szkoleń, inteligentniejsze urządzenia noszone na ciele, wczesne wykrywanie szkodliwych wzorców reakcji na stres. A w badaniach: nowe narzędzie do analizy biologii stresu w naturalnych skalach czasowych.