Hikitesti stressin mittaamiseksi: mitä kortisoli ja adrenaliini kertovat meille?

Caltechin insinöörit kollegoineen ovat esitelleet "Stressomicin", pehmeän, puettavan laboratoriolaastarin, joka tarkkailee samanaikaisesti kolmea keskeistä stressihormonia: kortisolia, adrenaliinia ja noradrenaliinia, hikipisaroiden avulla. Laite itsessään indusoi hikeä paikallisella mikrovirtastimulaatiolla, toimittaa sen mikrokanavien kautta minireaktoreihin, ottaa mittauksia ja lähettää tiedot langattomasti puhelimeen. Kaikki tämä jatkuvassa tilassa. Tutkimus julkaistiin Science Advances -lehdessä.

Miksi tämä on tarpeen?

Stressin arviointi on kätevää sykkeen tai kyselylomakkeiden avulla, mutta nämä ovat epäsuoria mittareita. Biokemia on tarkempi: kortisoli heijastaa HPA-akselin (hypotalamus-aivolisäke-lisämunuaiset) pidempää vastetta, ja adrenaliini/noradrenaliini heijastaa sympaattisen hermoston nopeaa vapautumista ("taistele tai pakene"). Todellisuudessa molemmat piirit ovat kietoutuneet toisiinsa, joten multipleksi (useita hormoneja kerralla) ja dynaaminen (ajan kuluessa) mittaus antaa paljon täydellisemmän kuvan.

Näin se toimii sisällä

• Laastari aiheuttaa paikallista hikoilua iontoforeesin avulla karbakolia sisältävien hydrogeelien avulla – hiki tulee esiin ilman harjoittelua ja stressiä.
• Seuraavaksi kapillaaripurkausventtiileillä varustetut mikrofluidiikkalaitteet toimittavat hikeä erissä analyysikammioihin, reagenssit lisätään sinne automaattisesti ja sitten kammio "virkistetään", jotta anturit eivät ylikyllästy.
• Elektrodit on valmistettu lasersyövytetylle grafeenille, jossa on "kultaisia nanodendriittejä": tällainen karkea huokoinen pinta tarjoaa yliherkkyyden jopa pikomolaarisille adrenaliini-/noradrenaliinipitoisuuksille.
• Itse mittaukset ovat kilpailevia sähkökemiallisia immunomäärityksiä, joissa käytetään metyleenisineä redox-leimana: mitä enemmän hormonia näytteessä on, sitä heikompi signaali.

Koko piiri on suunniteltu hiljaisia ja toistettavia "lähtöjä" varten, joissa on ajokompensaatio ja hikoilunopeuden vaikutus.

Tarkkuuden tarkistaminen

Kirjoittajat kalibroivat ensin anturit liuoksilla ja vertasivat sitten ihmisen hiestä saatuja lukemia ELISA-menetelmään (laboratorion "kultainen standardi") – yhtäpitävyys on hyvä. Lisäksi he osoittivat kohtuullisen yhteyden hien ja veren seerumin pitoisuuksien välillä (korrelaatioita kymmenissä näytteissä).

Mitä näit ihmisissä?

Laastaria testattiin kolmessa skenaariossa:

1. Fyysinen stressi (HIIT): nopeat adrenaliini-/noradrenaliinipiikit ja hitaampi kortisoliaalto.
2. Emotionaalinen stressi (validoitua IAPS-kuvasarjaa tarkasteltaessa): "nopeiden" katekoliamiinien vaikutus on voimakkaampi alhaisella kokonaishikoilulla – juuri silloin, kun pulssi/GSR-mittaus ei ole aina luotettava.
3. Farmakologinen/ravitsemuksellinen modulaatio (artikkelissa ”lisäravinne”): hormoniprofiili muuttuu ennustettavasti, mikä osoittaa järjestelmän soveltuvuuden interventioiden vaikutusten arviointiin.
4. Tärkein ominaisuus on kolmen hormonin erilaiset aikakäyrät: käyrien muodon perusteella voidaan erottaa akuutin ja pitkittyneemmän stressivasteen välillä ja niiden "roll-call" sympaattisen ja HPA-akselin välillä.

Miten tämä on parempi kuin pelkkä kortisoli?

Pelkkä kortisoli ei havaitse lyhyitä stressipurskeita; pelkät katekoliamiinit eivät kerro kroonisesta stressistä. Yhdistetty jatkuva profiili kattaa molemmat tehtävät ja mahdollistaa myös sopeutumattomien reaktioiden havaitsemisen (esimerkiksi kun katekoliamiinit "ärsyvät" ja kortisolivaste viivästyy tai päinvastoin).

Rajoitukset, jotka on pidettävä mielessä

• Tämä on insinööritutkimus: ei markkinoilla oleva lääkinnällinen laite tai ahdistuneisuushäiriöiden/työuupumuksen diagnostiikkatyökalu.
• Hiki on monimutkainen matriisi: eritysnopeus, ihon lämpötila, pH ja koostumus voivat vaikuttaa signaaliin. Kirjoittajat ottavat ne huomioon rakentavasti, mutta kliininen validointi on vielä edessäpäin.
• Hikoilun ja kehon kunnon välinen suhde on vahvistettu rajoitetuissa otoksissa; kliiniseen käyttöön tarvitaan pidempiä ja monipuolisempia tutkimuksia.

Kirjoittajien kommentit

• J. Tu (pääkirjoittaja): "Olemme ensimmäistä kertaa osoittaneet, että hiestä voidaan lukea samanaikaisesti ja jatkuvasti useita stressiin liittyviä hormoneja yhden markkerin sijaan. Tämä tuo stressin seurannan lähemmäksi todellista ihmisen fysiologiaa."
• Wei Gao (vastaava kirjoittaja): ”Se, että tämä iholle kiinnitettävä laite toimii reaaliajassa ja ilman neuloja, avaa tien psykofysiologisten tilojen henkilökohtaiseen seurantaan – stressinhallinnasta hoidon tehokkuuden arviointiin.”
• Elektroniikka-/signaali-insinööri: Rakensimme signaalinkäsittelyn aivan laitteen reunalle: kohinan suodatuksen, hikivirtauksen kalibroinnin ja signaalin muuntamisen reaaliaikaisiksi biomarkkereiksi. Tämä tekee laastarista riippumattoman kiinteistä laitteista ja sopivan jokapäiväiseen käyttöön.
• Kliininen kanssakirjoittaja (endokrinologia): Keskeinen uutuus on "nopeiden" hormonien (adrenaliini/noradrenaliini) ja "hitaan" kortisolin samanaikainen mittaus. Niiden yhdistetty profiili heijastaa stressin fysiologiaa paremmin kuin kumpikaan yksittäinen markkeri, ja tämä on tärkeää ihmisillä saatujen tietojen tulkinnan kannalta.
• Mikrofluidiikan asiantuntija: Olemme saavuttaneet vakaan toiminnan alhaisilla hikimäärillä ja käyttäjän liikkeillä. Kanavat täyttyvät itsestään ja anturit kompensoivat automaattisesti hikinopeutta, jotta pitoisuudet ovat oikeita eivätkä "laimene".
• Algoritmi-/tekoälykehittäjä: Malli ottaa huomioon yksilölliset lähtötasot ja se on koulutettu erottamaan fysiologinen stressi artefakteista, kuten lämmöstä tai liikunnasta. Tämä tekee signaalista "käyttäytymisen kannalta" hyödyllisemmän.
• Projektipäällikkö: Tämä ei ole valmis lääketieteellinen diagnoosi, vaan alusta. Seuraavat vaiheet ovat pidemmät puettavat tutkimukset, kalibrointi eri käyttäjäryhmille ja tarvittaessa siirtyminen kliiniseen validointiin tietyissä tilanteissa – urheilusta työstressin seurantaan.

Mitä tämä voi antaa lisää?

Henkilökohtainen stressin seuranta (urheilu, vuorotyö, lentäjät/lääkärit), psykoterapian ja koulutuksen tehokkuuden arviointi, älykkäämmät puettavat laitteet, haitallisten stressireaktiomallien varhainen havaitseminen. Ja tutkimuksessa uusi työkalu stressin biologian analysointiin luonnollisilla aikaskaaloilla.