Ujian peluh untuk tekanan: apa yang kortisol dan adrenalin beritahu kita?

Jurutera dari Caltech dan rakan sekerja telah menunjukkan "Stressomic," tampalan makmal yang lembut dan boleh dipakai yang pada masa yang sama memantau tiga hormon tekanan utama: kortisol, adrenalin dan noradrenalin, menggunakan titisan peluh. Peranti itu sendiri mendorong peluh oleh rangsangan arus mikro tempatan, menghantarnya melalui saluran mikro ke reaktor mini, mengambil ukuran dan menghantar data secara wayarles ke telefon. Semua ini dalam mod berterusan. Kajian itu diterbitkan dalam jurnal Science Advances.

Mengapa ini perlu?

Adalah mudah untuk menilai tekanan melalui nadi atau soal selidik, tetapi ini adalah langkah tidak langsung. Biokimia adalah lebih tepat: kortisol mencerminkan tindak balas yang lebih lama pada paksi HPA (kelenjar hipotalamus-pituitari-adrenal), dan adrenalin/noradrenalin mencerminkan pelepasan cepat sistem saraf simpatik ("berjuang atau melarikan diri"). Pada hakikatnya, kedua-dua litar saling berkait, jadi pengukuran multipleks (beberapa hormon sekaligus) dan dinamik (dari masa ke masa) memberikan gambaran yang lebih lengkap.

Bagaimana ia berfungsi di dalam

• Tampalan tersebut mendorong peluh tempatan menggunakan iontophoresis melalui hidrogel dengan carbachol - peluh muncul tanpa latihan dan tekanan.
• Seterusnya, mikrobendalir dengan injap pecah kapilari menghantar peluh dalam bahagian ke dalam ruang analisis, reagen ditambah secara automatik di sana, dan kemudian ruang itu "direfresh" supaya sensor tidak menjadi terlalu tepu.
• Elektrod dibuat pada graphene terukir laser dengan "nano-dendrit emas": permukaan berliang kasar sedemikian memberikan hipersensitiviti hingga ke kepekatan picomolar adrenalin/noradrenalin.
• Pengukuran itu sendiri adalah immunoassay elektrokimia yang kompetitif dengan metilena biru sebagai label redoks: semakin banyak hormon dalam sampel, semakin lemah isyaratnya.

Keseluruhan litar direka untuk bunyi rendah, boleh dihasilkan semula "berlepas" dengan pampasan hanyut dan pengaruh kadar peluh.

Menyemak ketepatan

Penulis mula-mula menentukur sensor pada penyelesaian, kemudian membandingkan bacaan pada peluh manusia dengan ELISA (makmal "standard emas") - perjanjian itu adalah baik. Di samping itu, mereka menunjukkan hubungan yang munasabah antara paras dalam peluh dan paras dalam serum darah (korelasi pada berpuluh-puluh sampel).

Apa yang anda lihat pada orang?

Tampalan telah diuji dalam tiga senario:

1. Tekanan fizikal (HIIT): puncak pesat adrenalin/noradrenalin dan gelombang kortisol yang lebih perlahan.
2. Tekanan emosi (melihat set imej IAPS yang disahkan): sumbangan katekolamin "cepat" yang lebih ketara pada jumlah peluh yang rendah - tepat di tempat nadi/GSR tidak selalu boleh dipercayai.
3. Modulasi farmakologi/pemakanan ("tambahan" dalam artikel): profil hormon berubah secara dijangka, yang menunjukkan kesesuaian sistem untuk menilai kesan intervensi.
4. Ciri utama ialah "tanda tangan" masa yang berbeza dari tiga hormon: dengan bentuk lengkung, seseorang boleh membezakan antara tindak balas tekanan akut dan lebih berlarutan dan "panggilan roll" mereka antara paksi simpatik dan HPA.

Bagaimanakah ini lebih baik daripada kortisol sahaja?

Kortisol sahaja akan terlepas tekanan yang singkat; katekolamin sahaja tidak akan memberitahu anda tentang tekanan kronik. Profil berterusan bersama meliputi kedua-dua tugas, dan juga membolehkan anda melihat tindak balas maladaptif (contohnya, apabila katekolamin "api" dan tindak balas kortisol ditangguhkan, atau sebaliknya).

Had yang perlu diingat

• Ini ialah kajian kejuruteraan: bukan peranti perubatan di pasaran atau alat diagnostik untuk gangguan kecemasan/keletihan.
• Peluh adalah matriks kompleks: kadar rembesan, suhu kulit, pH, komposisi boleh menjejaskan isyarat. Penulis mengambil kira mereka secara konstruktif, tetapi pengesahan klinikal masih di hadapan.
• Hubungan antara tahap peluh dan keadaan badan telah disahkan dalam sampel terhad; kajian yang lebih panjang dan lebih pelbagai diperlukan untuk kegunaan klinikal.

Komen pengarang

• J. Tu (pengarang utama): "Kami telah menunjukkan buat kali pertama bahawa pelbagai hormon berkaitan tekanan boleh dibaca secara serentak dan berterusan daripada peluh, bukannya hanya satu penanda. Ini membawa pemantauan tekanan lebih dekat dengan fisiologi manusia sebenar."
• Wei Gao (pengarang yang sepadan): "Hakikat bahawa peranti kulit ini berfungsi dalam masa nyata dan tanpa jarum membuka jalan kepada pemantauan peribadi keadaan psikofisiologi - daripada pengurusan tekanan kepada menilai keberkesanan terapi."
• Jurutera Elektronik/Isyarat: Kami membina pemprosesan isyarat betul-betul di tepi peranti: penapisan hingar, penentukuran aliran peluh dan penukaran isyarat kepada biomarker masa nyata. Ini menjadikan tampalan bebas daripada peralatan tetap dan sesuai untuk pakaian harian.
• Pengarang bersama klinikal (endokrinologi): Kebaharuan utama ialah bacaan serentak hormon "cepat" (epinefrin/norepinefrin) dan kortisol "lambat". Profil gabungan mereka lebih mencerminkan fisiologi tekanan daripada penanda tunggal, dan ini penting untuk mentafsir data pada manusia.
• Pakar Mikrofluidik: Kami telah mencapai operasi yang stabil dengan jumlah peluh yang rendah dan pergerakan pengguna. Saluran mengisi sendiri, dan penderia secara automatik mengimbangi kadar peluh supaya kepekatannya betul dan tidak "dicairkan".
• Pembangun Algoritma/AI: Model ini mengambil kira garis dasar individu dan dilatih untuk membezakan tekanan fisiologi daripada artifak seperti haba atau senaman. Ini menjadikan isyarat lebih "berkelakuan" berguna.
• Pengurus Projek: Ini bukan diagnosis perubatan di luar kotak, tetapi platform. Langkah seterusnya ialah kajian boleh pakai yang lebih lama, penentukuran untuk kumpulan pengguna yang berbeza dan, jika perlu, bergerak ke arah pengesahan klinikal untuk senario tertentu - daripada sukan kepada pemantauan tekanan di tempat kerja.

Apa yang boleh diberikan lagi?

Pemantauan tekanan peribadi (sukan, kerja syif, juruterbang/doktor), penilaian psikoterapi dan keberkesanan latihan, boleh pakai yang lebih pintar, pengesanan awal corak tindak balas tekanan yang berbahaya. Dan dalam penyelidikan, alat baharu untuk membedah biologi tekanan pada skala masa semula jadi.