Тест на стрес, пов'язаний з потом: що нам говорять показники кортизолу та адреналіну?

Інженери з Каліфорнійського технологічного інституту та їхні колеги продемонстрували «Stressomic» – м’який, носимий лабораторний пластир, який одночасно контролює три ключові гормони стресу: кортизол, адреналін та норадреналін, використовуючи краплі поту. Сам пристрій індукує піт за допомогою локальної мікрострумової стимуляції, подає його через мікроканали до міні-реакторів, проводить вимірювання та бездротовим способом надсилає дані на телефон. Все це в безперервному режимі. Дослідження було опубліковано в журналі Science Advances.

Чому це необхідно?

Зручно оцінювати стрес за пульсом або анкетами, але це непрямі показники. Біохімія є точнішою: кортизол відображає тривалішу реакцію осі гіпоталамус-гіпофіз-наднирники (гіпоталамус-гіпофіз-наднирники), а адреналін/норадреналін відображає швидке вивільнення симпатичної нервової системи («бий або біжи»). Насправді обидва ланцюги взаємопов'язані, тому мультиплексне (кілька гормонів одночасно) та динамічне (з часом) вимірювання дає набагато повнішу картину.

Як це працює всередині

• Пластир викликає локальне потовиділення за допомогою іонофорезу через гідрогелі з карбахолом – піт з'являється без тренувань та стресу.
• Далі мікрофлюїдика з капілярними клапанами порціями подає піт в аналітичні камери, туди автоматично додаються реагенти, а потім камера «оновлюється», щоб сенсори не перенасичувалися.
• Електроди виготовлені на графені, витравленому лазером, із «золотими нанодендритами»: така шорстка пориста поверхня забезпечує гіперчутливість аж до пікомолярних концентрацій адреналіну/норадреналіну.
• Самі вимірювання є конкурентними електрохімічними імуноаналізами з метиленовим синім як окисно-відновною міткою: чим більше гормону у зразку, тим слабший сигнал.

Вся схема розроблена для малошумних, відтворюваних «злетів» з компенсацією дрейфу та впливом швидкості потовиділення.

Перевірка точності

Спочатку автори калібрували датчики на розчинах, потім порівняли показники людського поту з ELISA (лабораторним «золотим стандартом») – узгодженість хороша. Крім того, вони показали обґрунтований зв’язок між рівнями в поті та рівнями в сироватці крові (кореляція на десятках зразків).

Що ви побачили на людях?

Патч було протестовано у трьох сценаріях:

1. Фізичний стрес (HIIT): швидкі піки адреналіну/норадреналіну та повільніша хвиля кортизолу.
2. Емоційний стрес (перегляд валідованого набору зображень IAPS): більш виражений внесок «швидких» катехоламінів при низькому загальному потовиділенні – саме там, де пульс/ШКЗ не завжди є достовірним.
3. Фармакологічна/харчова модуляція (у статті – «доповнення»): гормональний профіль змінюється передбачувано, що демонструє придатність системи для оцінки ефектів втручань.
4. Головною особливістю є різні часові «сигнатури» трьох гормонів: за формою кривих можна розрізнити гостру та більш тривалу стресову реакцію та їх «перекличку» між симпатичною та гіпоталамо-гіпофізарно-надпочечниковою віссю.

Чим це краще, ніж просто кортизол?

Сам по собі кортизол пропустить короткі сплески стресу; самі по собі катехоламіни не розкажуть вам про хронічний стрес. Спільний безперервний профіль охоплює обидва завдання, а також дозволяє побачити дезадаптивні реакції (наприклад, коли катехоламіни "виробляються", а реакція кортизолу затримується, або навпаки).

Обмеження, які слід пам’ятати

• Це інженерне дослідження: не медичний пристрій на ринку чи діагностичний інструмент для тривожних розладів/вигорання.
• Піт – це складна матриця: швидкість секреції, температура шкіри, pH, склад можуть впливати на сигнал. Автори конструктивно враховують їх, але клінічна валідація ще попереду.
• Зв'язок між рівнем потовиділення та станом тіла був підтверджений на обмеженій вибірці; для клінічного використання потрібні триваліші та різноманітніші дослідження.

Коментарі авторів

• Дж. Ту (провідний автор): «Ми вперше показали, що з поту можна одночасно та безперервно зчитувати кілька гормонів, пов’язаних зі стресом, а не лише один маркер. Це наближає моніторинг стресу до реальної фізіології людини».
• Вей Гао (автор, яким ведеться листування): «Те, що цей пристрій для шкіри працює в режимі реального часу та без голок, відкриває шлях до персонального моніторингу психофізіологічних станів — від управління стресом до оцінки ефективності терапії».
• Інженер з електроніки/сигналів: Ми вбудували обробку сигналів безпосередньо в пристрій: фільтрацію шуму, калібрування потоку поту та перетворення сигналу в біомаркери в режимі реального часу. Це робить пластир незалежним від стаціонарного обладнання та придатним для щоденного носіння.
• Клінічний співавтор (ендокринологія): Ключовою новинкою є одночасне зчитування «швидких» гормонів (адреналін/норадреналін) та «повільного» кортизолу. Їхній комбінований профіль краще відображає фізіологію стресу, ніж будь-який окремий маркер, і це важливо для інтерпретації даних у людей.
• Спеціаліст з мікрофлюїдики: Ми досягли стабільної роботи з низьким об'ємом поту та рухом користувача. Канали самозаповнюються, а датчики автоматично компенсують швидкість потовиділення, щоб концентрації були правильними, а не «розбавленими».
• Розробник алгоритмів/штучного інтелекту: Модель враховує індивідуальні базові показники та навчена розрізняти фізіологічний стрес від артефактів, таких як спека чи фізичні вправи. Це робить сигнал більш корисним з точки зору «поведінки».
• Керівник проекту: Це не медичний діагноз «з коробки», а платформа. Наступні кроки – це триваліші дослідження носимих пристроїв, калібрування для різних груп користувачів і, за необхідності, перехід до клінічної валідації для конкретних сценаріїв – від спорту до моніторингу стресу на роботі.

Що це може дати ще?

Моніторинг особистого стресу (спорт, позмінна робота, пілоти/лікарі), оцінка ефективності психотерапії та навчання, розумніші портативні пристрої, раннє виявлення шкідливих моделей реакції на стрес. А в дослідженнях – новий інструмент для аналізу біології стресу в природних часових масштабах.