Sådan måles stress og hvorfor det er nødvendigt

Sådan måles stress og hvorfor det er nødvendigt

Ancha Baranova
"Science Firsthand" №4 (75), 2017

Den fælles opfattelse, at "stress i en person i hovedet" og bare slappe af, så han forsvandt af sig selv, er ikke sandt. Faktisk eksisterer stress objektivt, det har fysiske bærere – det er et væld af molekyler, aktiviteten og antallet heraf kan stige under stress. Heldigvis er der også anti-stress molekyler. Ud fra et videnskabs synspunkt er det værste, der kan siges om stress, at vi endnu ikke har nogen objektiv måling til det. Måling af mængden af ​​hvert stressmolekyle separat giver ingen mening, fordi forskellige mennesker eller i forskellige tilfælde kan have for eksempel stor stress på molekyle A og små på molekyle B. En vis integreret indikator er nødvendig. Og det er nødvendigt at måle stress, så vi endelig lærer at forstå, hvad der sker med vores krop, når vi oplever visse begivenheder.

Om forfatteren

Ancha (Anna) Vyacheslavovna Baranova – Doktor i biologiske videnskaber, chefforsker ved det laboratorium for funktionelt genomforskning fra det medicinske genetikforskningscenter for det russiske videnskabsakademi (Moskva), professor ved systematikbiologi i George Mason University (Fairfax, Virginia, USA)Direktør for Center for Undersøgelse af Sjældne Sygdomme og Metabolske Forstyrrelser ved George Mason University of Science, Videnskabelig direktør for Atlas biomedicinske bedrift (Moskva). Forfatter og medforfatter af 150 videnskabelige artikler og 10 patenter.

Molekylær basis af stress består af reaktive oxygenformer: disse er stærkt reaktive forbindelser, der beskadiger cellulære makromolekyler – proteiner og DNA. Stress er proportional med niveauet af reaktive oxygenarter, der kan forøges eller formindske afhængigt af cellens generelle tilstand. Bemærk, her taler vi om cellulær stress, men stress i vores sædvanlige forstand, det vil sige klassisk stress ifølge G. Selyes koncept, har også fysiske bærere. Disse bærere forårsager en stigning i niveauet af reaktive oxygenarter og dermed cellebelastning.

Sådan stress er "ujævnt fordelt" i vores krop. Nogle gange kan det ses i et enkelt væv, mens det andet forbliver i perfekt orden. For eksempel er den hypoxiske tilstand, der ledsager en migræne, stress for hjernevævet, men benene må ikke lide. Men hvis en mand måtte løbe meget uden vane, ville hans ben lide, men ikke hans hoved.

Smerter er også stress.Generelt, hvis du føler dig dårlig – du føler dig syg eller din nakke gør ondt – det betyder at du har stress, selvom der ikke er nogen synlige skader i kroppen. Jeg vil sige mere: Hvis en chef (eller svigerinde) råber på dig, forårsager disse mennesker ret reel skade på hjernens væv, som kan måles kvantitativt. Den høje følelsesmæssigt farvede lyd i hjernevævene øger niveauerne af aktive former for ilt, og dette påvirker igen neuroner, astrocytter, der fodrer dem og endotelet af blodkar. Der er en god stressmodel for en mus, når et forsøgsdyr sættes i et smalt plastrør i flere timer og dermed immobiliseres. Samtidig er musen ikke fysisk "beskadiget" overhovedet, men det forårsager enorm stress, og hvis du gør det gentagne gange med et dyr, vil det dø.

Forskere er længe blevet udvalgt til objektiv vurdering af stress. Generelt kan spændingsniveauer måles ved at spore forskellige reaktive oxygenarter og andre oxidanter, beskadigede proteiner og DNA, samt forskellige komponenter i vores egne antioxidantsystemer i blodet. Desværre er hvert af disse molekyler, kollektivt kaldet biomarkører af stress, afspejler et enkelt aspekt af dette fænomen, men ikke stress generelt.Desuden er det nødvendigt at donere blod i laboratoriet for en objektiv vurdering af hver af disse parametre, hvilket i nogen grad afspejler det overordnede niveau af stress, og ingen vil gøre det hver dag. Vi har fundet en måde at gøre dette nemt og enkelt på, så hver person kan overvåge stressniveauet i hans krop hver dag og hver time.

Oxideret DNA som en stressmarkør

Det er kendt, at noget fritflydende ekstracellulært DNA er til stede i blodet. Dybest set kommer dette DNA ind i blodbanen fra celler, der dør i processen. apoptose (programmeret celledød). Antallet af celler, der gennemgår apoptose, og graden af ​​skade på dette DNA ved aktive former for oxygen er proportional med det niveau af stress, som vores celler gennemgår.

I de undersøgelser, der udføres af forfatteren i væggene i det medicinske genetiske forskningscenter for det russiske akademi for medicinske videnskaber i samarbejde med D. b. n. N. N. Veiko, blev der udviklet en metode til vurdering af det overordnede niveau af stress baseret på graden af ​​oxidation af ekstracellulært DNA, mere præcist forholdet mellem mængden af ​​en normal nitrogenbaseret base guanin til den beskadigede – oksoguanin. Denne markør afspejler det spændingsniveau, der akkumuleres i omkring en dag. Det giver ingen mening at måle stresset akkumuleret over en måned eller tre.Men for dagen – det er det, vi har brug for.

Det mest følsomme mål i DNA-sammensætningen for reaktive oxygenarter er den nitrogenbaserede bas guanin, og produktet af denne reaktion, 8-oxoguanin, betragtes som en af ​​de vigtigste biomarkører for oxidativ DNA-beskadigelse.

Desuden viste det sig, at oxideret DNA, der frigives i blodet ved at dø celler, er igen en stressfaktor, der "fortæller" andre celler i kroppen, at ikke alt er godt i dybden af ​​vores krop. Efter at have modtaget disse oplysninger, føler selv celler, der er fjernt fra det beskadigede område, ubehageligt og går på høj alarm for at ændre deres liv til værre, det vil sige de er stressede.

Derefter sammen med virksomheden Zansors (USA) kom vi op med, at måling af niveauet af oxideret DNA i blodet kan udføres ved anvendelse af en elektrokemisk metode. Når et DNA kontakter en følsom matrix med sin guanin eller oxoguanin, opstår der et lidt andet signal. Forholdet mellem disse signaler kan beregnes ved hjælp af en særlig algoritme og udtrykt som et tal. Det er nemt: Teknisk er dette problem allerede blevet løst, og med meget høj nøjagtighed. For eksempel, når du kører sequencer Oxford nanopore DNA-molekylet trækkes gennem nanoporien, og i øjeblikket måles potentialet af nukleotidet, det er "læsbart". Vi har en enklere opgave – at beregne det samlede antal af "standard" og oxiderede former for guanin.

Konceptet med at anvende oxideret DNA som den vigtigste kumulative stressmarkør. Enhver uønsket virkning (for eksempel ioniserende stråling) øger dannelsen af ​​reaktive oxygenarter (ROS) i cellen, hvilket forårsager oxidativ skade på DNA og fremmer celledød som følge af apoptose-cellers "selvmord". Oxiderede DNA-molekyler, der går ind i miljøet fra den døende celle, interagerer med nabo-celler, hvilket også forårsager øget ROS-dannelse og frigivelse af inflammatoriske cytokiner, som også er stressfaktorer.

Sammen med Zansors Vi planlægger at oprette en enhed, der ligner et almindeligt armbånd, men være en biosensor med mikrostubber, der minimalt invasivt kommer i kontakt med interstitialvæske. Sådanne mikroskaller eksisterer allerede, de produceres af flere forskellige virksomheder.Vi har til hensigt at sikre, at sensoren i første fase ikke udsender numeriske data, men kun advare om fare. Hvis der sker noget i kroppen, som f.eks. Et microstroke, giver sensoren dig en besked om, at du straks skal se en læge. Næste generation enhed vil producere et tal, der opsummerer niveauet af stress, der modtages pr. Dag.

Bag sådanne biosensorer er fremtiden, for endelig vil de give os mulighed for at forstå, hvad vi gør hver dag med det samme. For eksempel går en person til gymnastiksalen tre gange om ugen, og den anden gør det ikke, men en gang om året spiller han fodbold med venner. Han mener, at han vil gavne sig selv ved at køre i frisk luft, indtil du taber, og i virkeligheden uregelmæssige fysiske undervisningsklasser forårsager stor skade for kroppen. Og hvis han har vores sensor på armen, efter en sådan træning, vil signalet skarpt gå op, og personen vil forstå, at det ikke er nødvendigt at gøre dette mere. Eller at flyve på et fly er stressende, men hvor meget? Hvor meget har jeg for eksempel skadet mig selv ved at flyve til Novosibirsk?

Selvfølgelig er alt her individuel. I overensstemmelse med G. Selyes ideer kan stress inddeles i "gode" eustress og "dårlige" nød. Men hvordan kan vi forstå, at vi allerede er faldet i nødsituationen? Det er ikke for ingenting, at de siger, at to bryllupper i form af stress er som en begravelse, og to bevæger sig som en ild. Det er derfor, at sådanne spændingsfølere skal bæres konstant, og hvis signalet svinger rundt om basislinjen, så er alt mere eller mindre i orden. Men hvis sensoren pludselig giver en højdepunkt – det er helt sikkert dårligt, og der skal træffes uopsættelige foranstaltninger.

Men genkende kronisk stress er ikke så simpelt. Baseline på sensoren vil være forskellig for forskellige personer: Sensoren på en person, der lever i kronisk stress, vil ikke vise indlysende toppe. Det er derfor, at biosensoren af ​​stress skal bæres fra en tidlig alder, indtil du har særlige belastninger. Så i tilfælde af kronisk stress kan det bestemmes ved at hæve basislinjen.

Følsom og resistent

Følsomhed over for stress er genetisk bestemt. Du kan finde ud af din status ved at gennemgå genetisk test for tilstedeværelsen eller fraværet af visse genvarianter, for eksempel i Atlas-firmaet, der udfører sådan testning i Rusland.

Som et levende eksempel på betydningen af ​​individuel følsomhed over for stress, kan vi citere arbejdet fra forskerne V. I. Glazko og T. T.Glazko, der ledede det genetiske program for at studere konsekvenserne af ulykken på kernekraftværket i Tjernobyl for dyr, der boede i infektionszonen. Inklusive de studerede køer forladt under evakuering. Det næste år efter ulykken blev køerne født ganske sunde kalve, men de var få. Under normale betingelser for fri græsning får en ko et gennemsnit på 0,9 kalve om året, mens i Tjernobyl-køerne var denne tal fire gange lavere. Men i anden generation, selv om strålingen ikke forsvandt, kom fødselsraten tilbage til normal, og der opstod en tilpasning. For den første generation af køer var udseendet af stråling alvorlig stress, hvilket medførte en høj embryo-dødelighed på implantationsstadiet i livmoderen. Og det blev vist, at under høj strålingsspænding var det netop embryoner med genotyper, der var følsomme for stress, der døde.

Den beskrevne situation er typisk ikke kun for alle store små dyr, men også for mennesker. For eksempel, hvis et par flyttede til at bo fra by til by (dette er alvorlig stress), så når man forsøger at få børn i en kvindes livmoder, vil kun embryoner med en stressresistent genotype blive implanteret, og ustabile vil blive underkastet selektion, dvs. de vil dø.Den fremtidige "stressede" mor ville ikke engang gætte på det, bare for graviditeten, hun behøvede ikke fire eller fem måneder, men fire.

Et eksempel på at måle 8-oxoguanin, der afspejler niveauet af stress, i blodet af to personer, Mary og Jane, i flere år. Fra grafen er det klart, at Mary var i stand til at forbedre sit liv ved at reducere stressniveauet, men Jane kunne ikke gøre det. Sådanne målinger kan udføres ved anvendelse af laboratoriemetoder (ELISA eller massespektrometri) eller ved anvendelse af biosensorer. Y-akse – konventionelle enheder

Det er muligt, at samfundsproblemerne med reproduktion hos mennesker kan forklares af øget stressniveau. Under normale naturlige forhold – langt fra veje, i nærværelse af sikre levesteder – dyrer dyrene uden problemer. Selv indavlede cheetahs stammer fra en meget lille befolkning, der bor i Smithsonian børnehave nær Washington, observeres et hundrede procent frugtbarhed efter et enkelt samleje. Hos mennesker er det langt fra sagen på trods af den store genetiske mangfoldighed. Måske er det faktum, at vi lever i suboptimalT. E.ikke helt optimale forhold. Vi har lært at undertrykke ideen om, at det stressniveau vi står over for i hverdagen er meget højt, men han gør stadig sin "sorte" forretning.

For det meste af deres biologiske historie kommunikerede folk hovedsagelig inden for deres egne familier, det vil sige med en meget begrænset kreds af andre mennesker. Nu er der skarer omkring os. Men en person skal hver gang, han ser en anden person, vurdere, hvem der er foran ham: en ven, en fjende mv. Beslutningsprocessen sker ufrivilligt, men selv ubevidst gør hver anden beslutning stress. Det er som i den gamle psykologiske vittighed, når en patient klager over til en læge, at han hader arbejde, hvor han sorterer appelsiner: stort, lille, medium … Og selvfølgelig påvirkes sådanne følsomme genotyper naturligvis af et sådant stress.

Følsomhed eller modstandsdygtighed over for stress er i høj grad bestemt af det endokrine systems funktion. Så i forsøg på ormen C. elegans undertrykke virkningen af ​​visse hormoner, især insulin og væksthormon (ved at skabe genetisk manipulerede stammer, for eksempel uden receptorer for disse hormoner), øger resistens over for stress og kan forlænge en orms levetid seks gange

Biosensorer – en række ideer

Der er mange interessante ideer om biosensorer. For eksempel i virksomheden ZansorsHvor jeg var videnskabelig konsulent, lavede og testede vi en prototype biosensor for alkohol. Det er slet ikke invasivt – måling af graden af ​​forgiftning sker ved sved – og ligner en nashlepka på brystet. På baggrund af biologi og kemi er detektionen af ​​alkohol en meget enkel ting, og vi har ikke opfundet noget fundamentalt nyt, vi har simpelthen lavet et instrument, der kan bruges umærkeligt. Her sidder du i en bar med en pige og siger: "Skat, jeg skal trække vejret i et rør, men pludselig falder jeg i en pølle på vej til dit hjem …" Det lyder mærkeligt, ja? Men hvis sensoren, der er skjult under skjorten, giver dig et signal til iPhone: "Tink", det er tid til at stoppe, eller det kan være pinligt … Det er en helt anden ting!

I Amerika kan du drikke og derefter komme bag rattet. Selv om der er en grænse for den tilladte koncentration af alkohol i blodet, er den meget mindre streng end i Rusland, og mange mennesker er ligevægtige på denne linje. Men de vil ikke risikere, og det er meningsløst at beregne dosis, fordi ikke kun forskellige mennesker har forskellige kroppsreaktioner på alkohol, men selv en persons krop kan opføre sig usædvanligt som reaktion på"Almindelig" dosis, for eksempel hvis han for nylig havde influenza. En biosensor vil hjælpe med at styre den.

I Rusland kan du ikke drikke og køre. Men du kan gøre sensoren til en bestemt tærskel "taget på brystet" gav et signal til cellen. Manden sidder i baren, og han modtager en sms-besked: "Min ven, du har nok." Eller hans kone: "Skat, tag det" – og barens koordinater. Vi har allerede testet en prototype af en sådan sensor i Amerika på frivillige, så at sige i feltet: på en banket, på en konference. Folk drak drikkevarer, og vi registrerede, hvad de drak, og så tog vi dataene fra sensoren limet under trøjen og sammenlignede dataene med åndedrættesten. "Testerne" var meget tilfredse med enheden, den eneste "anmodning om forbedring" kom fra en ekstremt håret mand, der med stor vanskelighed otkleile vores sensor fra brystet. Af den måde støttes dette arbejde af staten, som virkelig vil have folk til at kontrollere, hvor meget de drikker, og ansvarligt behandle alkoholniveauet.

I samme firma udviklede de også med offentlige penge en prototype enhed, der måler koncentrationen af ​​jern, bly og kviksølvioner i vand ved hjælp af teststrimler.En person kan måle, hvor meget bly, for eksempel i ledningsvand i hans hus, og derefter sendes dataene med koordinaterne på stedet via Wi-Fi automatisk til "skyen". Antag, at der er mange mennesker med sådanne enheder, og hver enkelt har målt bly, siger, på hans sommerhus og med sine venner. Og staten over hele landet fik et kort over de områder, hvor MPC for bly blev overskredet.

For nogle år siden var der en skandale i den amerikanske by Flint Hill, hvor en gang "i civilisations begyndelsen" installerede kommunens blyrør. Så blev rørene udskiftet, men de gamle blev liggende i jorden, de blev glemt af dem. Da nye rør begyndte at lække, begyndte bly at lække ind i dem. Mærkelige sundhedsproblemer begyndte i området, for eksempel med børns intellektuelle udvikling. Årsagen blev ikke fundet straks, og mange mennesker led. Med disse sensorer vil årsagen blive fundet meget hurtigere.

Vi ønsker at udvikle denne teknologi, så vi kan påvise tilstedeværelsen af ​​kviksølv i marine fisk, hvor der er for meget af det ved hjælp af teststrimler. Men kviksølv i fisk er ikke i form af ioner, men i form af kviksølv-organiske forbindelser, og det er svært at lave en simpel test for disse forbindelser. Jeg har dog et par ideer om dette.

Der er biosensorer, som atleter bruger til at træne optimalt. For eksempel er en sensor der måler muskel træthed allerede udgivet mælkesyre (lactat) for cyklister. Men du kan også måle andre vigtige ting for atleter, for eksempel niveauet af elektrolytter i blodet, glukose og bare hydrering …

Lad os sige tilbage til stress, lad os sige et par ord om at bekæmpe det. At gå til anbefalingerne for at håndtere stress til lægen er næsten ubrugelig. Du vil enten høre en generel anbefaling som "forsøge ikke at argumentere med din mor og ikke være nervøs overhovedet", eller du vil modtage en recept til beroligende piller. Men drikkepiller, der påvirker hjernen, er efter min mening ikke en god ide, undtagen i tilfælde af alvorlig patologi som skizofreni. Det er bedre at klare andre, mere "bløde" betingelser ved ikke-medicinske metoder, for eksempel at reducere den generelle sværhedsgrad af de patofysiologiske processer i kroppen. Ikke-narkotika stress reduktion strategier eksisterer. Faktisk har deres principper længe været kendt. Den enkleste og universelle strategi er en drøm, i en drøm genopretter en person.Efter en masse stress er søvn ti timer en god ide med hensyn til fysiologi. Men vi føler os normalt skyldige i, at vi har sovet de ekstra to eller tre timer og forgæves.

Du kan tage og anti-stress kosttilskud. Men der er en nuance. Kosttilskud er praktisk taget ikke standardiserede. Ikke i den forstand, at deres anvendelse er uvidenskabelig, tværtimod for de fleste kosttilskud er der en hel masse videnskabelige data, der beskriver virkningerne af disse naturlige forbindelser. Det samme supplement kan dog producere et dusin forskellige virksomheder, og selv et bestemt firma kan producere råmaterialer til produktion, enten fra et land eller fra et andet. Der er tilfælde, hvor det viste sig, at nogle planter blev samlet i Kina nær hovedvejen. Det betyder, at du sammen med en nyttig antioxidant har mulighed for samtidig at genoplade og en farlig dosis bly, hvilket vil negere alle fordelene ved et dyrt kosttilskud. Hidtil har køberen desværre ingen mulighed for at vurdere kvaliteten af ​​kosttilskuddet indeholdt i en bestemt krukke undtagen organoleptiske indikatorer (farve, lugt, tekstur) samt en så meget upålidelig indikator,som "generel trivsel" …

Hvis der oprettes en sensor, der måler stress, så ved at begynde at tage et lægemiddel, kan du se, hvad der hjælper personen og hvad der ikke er. Det er muligt, at noget derimod er skadeligt, for eksempel, hvis kromatografisk rensning ved anvendelse af organiske opløsningsmidler, som er en kilde til stress, blev brugt til udvinding af et gavnligt stof.

Sandsynligvis er der muligheder for at skabe et stort marked for at teste kosttilskud. Det er muligt at organisere en helt ny gren, som er involveret i standardisering af den relative aktivitet af naturlige stoffer, der ligger uden for narkotikaområdet, ved surrogatmarkør – ved niveauet af oxidativ stress. Det er meget nemmere og billigere at udføre kliniske forsøg ikke på symptomer på sygdomme, men på biomarkører. Og det vil i det mindste give en form for standardisering for bioaktive præparater, der er så populære blandt folket.

Husk: stress har ingen enkelt årsag. Simpelthen, vi mennesker, tæt samvirke med miljøet og med hinanden, så stress er uundgåeligt. Der er ingen universel løsning på stressproblemet. Men vi må forsøge at klare det og bruge alle mulighederne.

litteratur
1. Ermakov A.V., Konkova M.S., Kostyuk S.V. et al. Oxideret ekstracellulært DNA som et stresssignal i humane celler // Oxid. Med. Cell. Longev. doi: 10.1155 / 2013/649747.
2. Gassman N.R Induktion af bisphenol A og dets pleiotrope virkninger // Environ. Mol. mutagen. 2017. V. 58. N. 2. P. 60-71.
3. Gems D., Partridge L. Genetik af lang levetid i modelorganismer: debatter og paradigmeskift // Annu. Rev. Physiol. 2013. N. 75, s. 621-644.
4. Glebova K., Veiko N., Kostyuk S. et al. Oxideret ekstracellulært DNA signalspændingssignal Cancer Lett. 2015. V. 356. N. 1. P. 22-33.
5. Li-Pook-Than, J., Snyder, M. iPOP. Chem. Biol. 2013. V. 20. N. 5. P. 660-666.
6. Mertz L. Konvergens IEEE Pulse. 2016. V. 7. N. 1. P. 13-17.
7. Wright S.P., Hall Brown T.S., Collier S.R. et al. Sandberg K. Hvordan kunne human fysiologisk forskning? Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2017. V. 312. N. 3. P. 358-367.


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: