Potný test na stres: čo nám hovoria kortizol a adrenalín?

Inžinieri z Caltechu a ich kolegovia predviedli „Stressomic“, mäkkú, nositeľnú laboratórnu náplasť, ktorá súčasne monitoruje tri kľúčové stresové hormóny: kortizol, adrenalín a noradrenalín pomocou kvapiek potu. Samotné zariadenie vyvoláva pot lokálnou mikroprúdovou stimuláciou, dodáva ho mikrokanálikmi do minireaktorov, vykonáva merania a bezdrôtovo odosiela údaje do telefónu. To všetko v nepretržitom režime. Štúdia bola publikovaná v časopise Science Advances.

Prečo je to potrebné?

Je vhodné hodnotiť stres pomocou pulzu alebo dotazníkov, ale ide o nepriame merania. Biochémia je presnejšia: kortizol odráža dlhšiu reakciu osi HPA (hypotalamus-hypofýza-nadobličky) a adrenalín/noradrenalín odráža rýchle uvoľnenie sympatického nervového systému („boj alebo útek“). V skutočnosti sú oba okruhy prepojené, takže multiplexné (niekoľko hormónov naraz) a dynamické (v priebehu času) meranie poskytuje oveľa ucelenejší obraz.

Ako to funguje vo vnútri

• Náplasť vyvoláva lokálne potenie pomocou iontoforézy cez hydrogély s karbacholom - pot sa objavuje bez tréningu a stresu.
• Následne mikrofluidika s kapilárnymi ventilmi dodáva pot po častiach do analytických komôr, tam sa automaticky pridávajú činidlá a potom sa komora „obnoví“, aby sa senzory nepresýtili.
• Elektródy sú vyrobené z laserom leptaného grafénu so „zlatými nanodendritmi“: takýto drsný pórovitý povrch poskytuje precitlivenosť až do pikomolárnych koncentrácií adrenalínu/noradrenalínu.
• Samotné merania sú kompetitívne elektrochemické imunoanalýzy s metylénovou modrou ako redoxným markerom: čím viac hormónu vo vzorke, tým slabší je signál.

Celý obvod je navrhnutý pre nízkošumové, reprodukovateľné „rozbehy“ s kompenzáciou driftu a vplyvom rýchlosti potenia.

Kontrola presnosti

Autori najprv kalibrovali senzory na roztokoch a potom porovnali údaje z ľudského potu s ELISA (laboratórny „zlatý štandard“) – zhoda je dobrá. Okrem toho preukázali rozumnú súvislosť medzi hladinami v pote a hladinami v krvnom sére (korelácie na desiatkach vzoriek).

Čo si videl na ľuďoch?

Náplasť bola testovaná v troch scenároch:

1. Fyzický stres (HIIT): rýchle vrcholy adrenalínu/noradrenalínu a pomalšia vlna kortizolu.
2. Emocionálny stres (prezeranie validovaného súboru snímok IAPS): výraznejší príspevok „rýchlych“ katecholamínov pri nízkom celkovom potení – presne tam, kde pulz/GSR nie je vždy spoľahlivý.
3. Farmakologická/nutričná modulácia („suplementácia“ v článku): hormonálny profil sa mení predvídateľne, čo dokazuje vhodnosť systému na posudzovanie účinkov intervencií.
4. Hlavným znakom sú rozdielne časové „podpisy“ troch hormónov: tvarom kriviek možno rozlíšiť akútnu a dlhotrvajúcu stresovú reakciu a ich „prechod“ medzi sympatickou a HPA osou.

V čom je to lepšie ako samotný kortizol?

Samotný kortizol prehliadne krátke výbuchy stresu; samotné katecholamíny vám nepovedia o chronickom strese. Spoločný kontinuálny profil pokrýva obe úlohy a tiež vám umožňuje vidieť maladaptívne reakcie (napríklad keď sa katecholamíny „aktivujú“ a reakcia kortizolu je oneskorená alebo naopak).

Obmedzenia, ktoré treba mať na pamäti

• Toto je inžinierska štúdia: nie zdravotnícka pomôcka na trhu ani diagnostický nástroj na úzkostné poruchy/syndróm vyhorenia.
• Pot je komplexná matrica: rýchlosť sekrécie, teplota pokožky, pH a zloženie môžu ovplyvniť signál. Autori ich konštruktívne zohľadňujú, ale klinické overenie je ešte len v štádiu vývoja.
• Vzťah medzi úrovňou potu a telesným stavom bol potvrdený v obmedzených vzorkách; na klinické použitie sú potrebné dlhšie a rozmanitejšie štúdie.

Komentáre autorov

• J. Tu (vedúci autor): „Po prvýkrát sme ukázali, že z potu je možné súčasne a nepretržite čítať viacero hormónov súvisiacich so stresom, a nie len jeden marker. To približuje monitorovanie stresu skutočnej ľudskej fyziológii.“
• Wei Gao (korešpondujúci autor): „Skutočnosť, že toto zariadenie na ošetrenie pokožky funguje v reálnom čase a bez ihiel, otvára cestu k osobnému monitorovaniu psychofyziologických stavov – od zvládania stresu až po hodnotenie účinnosti terapie.“
• Elektronický/signálny inžinier: Spracovanie signálu sme zabudovali priamo do zariadenia: filtrovanie šumu, kalibráciu toku potu a konverziu signálu na biomarkery v reálnom čase. Vďaka tomu je náplasť nezávislá od pevne stojaceho zariadenia a vhodná na každodenné nosenie.
• Klinický spoluautor (endokrinológia): Kľúčovou novinkou je simultánne meranie „rýchlych“ hormónov (epinefrín/norepinefrín) a „pomalého“ kortizolu. Ich kombinovaný profil lepšie odráža fyziológiu stresu ako ktorýkoľvek z jednotlivých markerov, čo je dôležité pre interpretáciu údajov u ľudí.
• Špecialista na mikrofluidiku: Dosiahli sme stabilnú prevádzku s nízkym objemom potu a pohybom používateľa. Kanály sa samy plnia a senzory automaticky kompenzujú rýchlosť potenia, aby boli koncentrácie správne a nie „riedené“.
• Vývojár algoritmov/AI: Model zohľadňuje individuálne východiskové hodnoty a je natrénovaný na rozlíšenie fyziologického stresu od artefaktov, ako je teplo alebo cvičenie. Vďaka tomu je signál „behaviorálne“ užitočnejší.
• Projektový manažér: Toto nie je lekárska diagnóza hneď po vybalení z krabice, ale platforma. Ďalšími krokmi sú dlhšie štúdie nositeľných zariadení, kalibrácia pre rôzne skupiny používateľov a v prípade potreby prechod na klinické overenie pre špecifické scenáre – od športu až po monitorovanie stresu v práci.

Čo to môže ďalej dať?

Monitorovanie osobného stresu (šport, práca na zmeny, piloti/lekári), hodnotenie účinnosti psychoterapie a tréningu, inteligentnejšie nositeľné zariadenia, včasné odhalenie škodlivých vzorcov stresových reakcií. A vo výskume nový nástroj na analýzu biológie stresu v prirodzených časových mierkach.