การทดสอบเหงื่อเพื่อวัดความเครียด: คอร์ติซอลและอะดรีนาลีนบอกอะไรเราบ้าง?

วิศวกรจาก Caltech และเพื่อนร่วมงานได้สาธิต "Stressomic" แผ่นแปะในห้องปฏิบัติการแบบนุ่มที่สวมใส่ได้ ซึ่งตรวจวัดฮอร์โมนความเครียดหลักสามชนิดพร้อมกัน ได้แก่ คอร์ติซอล อะดรีนาลีน และนอร์อะดรีนาลีน โดยใช้หยดเหงื่อ อุปกรณ์นี้จะเหนี่ยวนำให้เกิดเหงื่อโดยการกระตุ้นด้วยกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กเฉพาะที่ ส่งผ่านไมโครแชนเนลไปยังเครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็ก วัดค่า และส่งข้อมูลแบบไร้สายไปยังโทรศัพท์ ทั้งหมดนี้ดำเนินการอย่างต่อเนื่อง งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารScience Advances

เหตุใดจึงจำเป็นเช่นนี้?

การประเมินความเครียดด้วยการวัดชีพจรหรือแบบสอบถามเป็นวิธีที่สะดวก แต่การวัดเหล่านี้เป็นการวัดทางอ้อม ชีวเคมีมีความแม่นยำมากกว่า: คอร์ติซอลสะท้อนการตอบสนองที่ยาวนานกว่าของแกน HPA (ไฮโปทาลามัส-ต่อมใต้สมอง-ต่อมหมวกไต) และอะดรีนาลีน/นอร์อะดรีนาลีนสะท้อนการปลดปล่อยอย่างรวดเร็วของระบบประสาทซิมพาเทติก ("สู้หรือหนี") ในความเป็นจริง วงจรทั้งสองเชื่อมโยงกัน ดังนั้นการวัดแบบมัลติเพล็กซ์ (การวัดฮอร์โมนหลายตัวพร้อมกัน) และแบบไดนามิค (เมื่อเวลาผ่านไป) จะให้ภาพรวมที่สมบูรณ์กว่ามาก

วิธีการทำงานภายใน

• แผ่นแปะกระตุ้นให้มีเหงื่อออกในบริเวณนั้นโดยใช้ไอออนโตโฟเรซิสผ่านไฮโดรเจลที่มีคาร์บาคอล - เหงื่อจะปรากฏโดยไม่ต้องฝึกฝนหรือเครียด
• จากนั้นไมโครฟลูอิดิกส์ที่มีวาล์วแตกเส้นเลือดฝอยจะส่งเหงื่อเป็นส่วนๆ เข้าไปในห้องวิเคราะห์ จากนั้นจะเติมสารเคมีเข้าไปโดยอัตโนมัติ จากนั้นห้องจะถูก "รีเฟรช" เพื่อไม่ให้เซ็นเซอร์อิ่มตัวเกินไป
• อิเล็กโทรดเหล่านี้ทำมาจากกราฟีนที่แกะสลักด้วยเลเซอร์ด้วย "เดนไดรต์นาโนสีทอง" พื้นผิวที่มีรูพรุนหยาบดังกล่าวทำให้เกิดความไวเกินระดับความเข้มข้นของอะดรีนาลีน/นอร์เอพิเนฟรินในระดับพิโคโมลาร์
• การวัดนั้นเป็นการทดสอบภูมิคุ้มกันทางไฟฟ้าเคมีแบบแข่งขันโดยใช้เมทิลีนบลูเป็นฉลากรีดอกซ์ ยิ่งมีฮอร์โมนในตัวอย่างมาก สัญญาณก็จะยิ่งอ่อนลง

วงจรทั้งหมดได้รับการออกแบบให้มีสัญญาณรบกวนต่ำและสามารถ "บินขึ้น" ซ้ำได้ โดยได้รับการชดเชยการดริฟต์และอิทธิพลของอัตราการไหล

การตรวจสอบความถูกต้อง

ผู้เขียนได้ทำการปรับเทียบเซ็นเซอร์บนสารละลายก่อน จากนั้นจึงเปรียบเทียบค่าที่อ่านได้จากเหงื่อของมนุษย์กับ ELISA (ซึ่งเป็น "มาตรฐานทองคำ" ของห้องปฏิบัติการ) ซึ่งผลลัพธ์ที่ได้ค่อนข้างสอดคล้องกัน นอกจากนี้ พวกเขายังแสดงให้เห็นถึงความเชื่อมโยงที่สมเหตุสมผลระหว่างระดับในเหงื่อและระดับในซีรัมเลือด (ความสัมพันธ์นี้พบในตัวอย่างหลายสิบตัวอย่าง)

คุณเห็นอะไรในตัวคน?

แพทช์ได้รับการทดสอบในสามสถานการณ์:

1. ความเครียดทางกายภาพ (HIIT): ระดับอะดรีนาลีน/นอร์เอพิเนฟรินพุ่งสูงอย่างรวดเร็ว และระดับคอร์ติซอลที่ช้าลง
2. ความเครียดทางอารมณ์ (ดูชุดภาพ IAPS ที่ผ่านการตรวจสอบ): มีส่วนสนับสนุนที่เด่นชัดมากขึ้นของ catecholamine "เร็ว" เมื่อมีเหงื่อออกทั้งหมดน้อย - ซึ่งเป็นจุดที่ชีพจร/GSR ไม่น่าเชื่อถือเสมอไป
3. การปรับเปลี่ยนทางเภสัชวิทยา/โภชนาการ ("การเสริม" ในบทความ): โปรไฟล์ของฮอร์โมนเปลี่ยนแปลงไปตามที่คาดเดาได้ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความเหมาะสมของระบบในการประเมินผลของการแทรกแซง
4. ลักษณะสำคัญคือ “ลายเซ็น” ของเวลาที่แตกต่างกันของฮอร์โมนทั้งสาม โดยจากรูปร่างของเส้นโค้ง เราสามารถแยกแยะระหว่างการตอบสนองต่อความเครียดแบบเฉียบพลันและแบบยาวนาน และ “การเรียกชื่อ” ระหว่างแกนซิมพาเทติกและแกน HPA ได้

วิธีนี้ดีกว่าคอร์ติซอลเพียงอย่างเดียวอย่างไร?

คอร์ติซอลเพียงอย่างเดียวจะช่วยลดความเครียดระยะสั้นๆ ได้ ส่วนคาเทโคลามีนเพียงอย่างเดียวไม่สามารถบอกเล่าถึงความเครียดเรื้อรังได้ โปรไฟล์ต่อเนื่องแบบร่วมจะครอบคลุมทั้งสองงาน และยังช่วยให้คุณเห็นการตอบสนองที่ปรับตัวได้ไม่ดี (เช่น เมื่อคาเทโคลามีน "ทำงาน" และการตอบสนองของคอร์ติซอลล่าช้า หรือในทางกลับกัน)

ข้อจำกัดที่ต้องคำนึงถึง

• นี่คือการศึกษาทางวิศวกรรม ไม่ใช่อุปกรณ์ทางการแพทย์ในท้องตลาดหรือเครื่องมือวินิจฉัยโรควิตกกังวล/ภาวะหมดไฟ
• เหงื่อเป็นเมทริกซ์ที่ซับซ้อน อัตราการหลั่ง อุณหภูมิผิวหนัง ค่า pH และองค์ประกอบต่างๆ ล้วนส่งผลต่อสัญญาณ ผู้เขียนได้นำข้อมูลเหล่านี้มาพิจารณาอย่างสร้างสรรค์ แต่การตรวจสอบทางคลินิกยังคงดำเนินต่อไป
• ความสัมพันธ์ระหว่างระดับเหงื่อและสภาพร่างกายได้รับการยืนยันจากตัวอย่างจำนวนจำกัด จำเป็นต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมและหลากหลายมากขึ้นเพื่อใช้ในทางคลินิก

ความคิดเห็นของผู้เขียน

• เจ. ตู (ผู้เขียนหลัก): "เราได้แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกแล้วว่าฮอร์โมนที่เกี่ยวข้องกับความเครียดหลายชนิดสามารถอ่านค่าได้พร้อมกันและต่อเนื่องจากเหงื่อ แทนที่จะอ่านค่าเพียงตัวเดียว ซึ่งทำให้การติดตามความเครียดใกล้เคียงกับสรีรวิทยาของมนุษย์มากขึ้น"
• Wei Gao (ผู้เขียนที่ติดต่อได้): “ความจริงที่ว่าอุปกรณ์รักษาผิวหนังนี้ทำงานแบบเรียลไทม์และไม่ต้องใช้เข็ม ช่วยให้สามารถตรวจสอบสภาวะทางจิตสรีรวิทยาส่วนบุคคลได้ ตั้งแต่การจัดการความเครียดไปจนถึงการประเมินประสิทธิผลของการบำบัด”
• วิศวกรอิเล็กทรอนิกส์/สัญญาณ: เราสร้างการประมวลผลสัญญาณที่ขอบของอุปกรณ์โดยตรง ได้แก่ การกรองสัญญาณรบกวน การปรับเทียบการไหลของเหงื่อ และการแปลงสัญญาณเป็นไบโอมาร์กเกอร์แบบเรียลไทม์ ซึ่งทำให้แผ่นแปะนี้ไม่ต้องติดตั้งอุปกรณ์ถาวรและเหมาะสำหรับการสวมใส่ในชีวิตประจำวัน
• ผู้เขียนร่วมทางคลินิก (ต่อมไร้ท่อ): ความแปลกใหม่ที่สำคัญคือการอ่านค่าฮอร์โมน “เร็ว” (เอพิเนฟริน/นอร์อิพิเนฟริน) และคอร์ติซอล “ช้า” พร้อมกัน โปรไฟล์ที่รวมกันของฮอร์โมนทั้งสองนี้สะท้อนสรีรวิทยาความเครียดได้ดีกว่าเครื่องหมายใดเครื่องหมายหนึ่ง และสิ่งนี้มีความสำคัญต่อการตีความข้อมูลในมนุษย์
• ผู้เชี่ยวชาญด้านไมโครฟลูอิดิกส์: เราประสบความสำเร็จในการทำงานที่เสถียรด้วยปริมาณเหงื่อที่ต่ำและการเคลื่อนไหวของผู้ใช้งาน ช่องต่างๆ สามารถเติมน้ำได้เอง และเซ็นเซอร์จะชดเชยอัตราเหงื่อโดยอัตโนมัติ เพื่อให้ความเข้มข้นถูกต้องและไม่ "เจือจาง"
• นักพัฒนาอัลกอริทึม/AI: แบบจำลองนี้พิจารณาค่าพื้นฐานของแต่ละบุคคล และได้รับการฝึกฝนให้แยกแยะความเครียดทางสรีรวิทยาออกจากสิ่งแปลกปลอม เช่น ความร้อนหรือการออกกำลังกาย ซึ่งทำให้สัญญาณมีประโยชน์ทาง "พฤติกรรม" มากขึ้น
• ผู้จัดการโครงการ: นี่ไม่ใช่การวินิจฉัยทางการแพทย์แบบสำเร็จรูป แต่เป็นแพลตฟอร์ม ขั้นตอนต่อไปคือการศึกษาแบบสวมใส่ได้ในระยะยาว การปรับเทียบสำหรับกลุ่มผู้ใช้ที่แตกต่างกัน และหากจำเป็น คือการมุ่งสู่การตรวจสอบทางคลินิกสำหรับสถานการณ์เฉพาะ ตั้งแต่การเล่นกีฬาไปจนถึงการติดตามความเครียดในที่ทำงาน

สิ่งนี้จะให้ประโยชน์อะไรเพิ่มเติมได้อีก?

การติดตามความเครียดส่วนบุคคล (กีฬา งานกะ นักบิน/แพทย์) การประเมินจิตบำบัดและประสิทธิผลของการฝึก อุปกรณ์สวมใส่ที่ชาญฉลาดยิ่งขึ้น การตรวจจับรูปแบบการตอบสนองต่อความเครียดที่เป็นอันตรายตั้งแต่เนิ่นๆ และในงานวิจัย เครื่องมือใหม่เพื่อวิเคราะห์ชีววิทยาของความเครียดตามช่วงเวลาตามธรรมชาติ