Schweißtest bei Stress: Was sagen uns Cortisol und Adrenalin?

Ingenieure des Caltech und Kollegen haben „Stressomic“ vorgestellt, ein weiches, tragbares Laborpflaster, das mithilfe von Schweißtropfen gleichzeitig drei wichtige Stresshormone überwacht: Cortisol, Adrenalin und Noradrenalin. Das Gerät selbst induziert Schweiß durch lokale Mikrostromstimulation, leitet ihn über Mikrokanäle an Minireaktoren, nimmt Messungen vor und sendet die Daten drahtlos an ein Telefon. All dies im Dauerbetrieb. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Warum ist das notwendig?

Es ist zwar praktisch, Stress anhand von Puls oder Fragebögen zu beurteilen, aber dies sind indirekte Messungen. Die Biochemie ist genauer: Cortisol spiegelt eine längere Reaktion der HPA-Achse (Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren) wider, und Adrenalin/Noradrenalin spiegelt eine schnelle Freisetzung des sympathischen Nervensystems („Kampf oder Flucht“) wider. In Wirklichkeit sind beide Schaltkreise miteinander verflochten, sodass Multiplex- (mehrere Hormone gleichzeitig) und dynamische (über einen längeren Zeitraum) Messungen ein viel vollständigeres Bild liefern.

So funktioniert es im Inneren

• Das Pflaster induziert mittels Iontophorese durch Hydrogele mit Carbachol lokales Schwitzen – Schweiß entsteht ohne Training und Stress.
• Anschließend leitet eine Mikrofluidik mit Kapillar-Berst-Ventilen den Schweiß portionsweise in die Analysekammern, dort werden automatisch Reagenzien hinzugefügt und anschließend die Kammer „aufgefrischt“, damit die Sensoren nicht übersättigt werden.
• Die Elektroden bestehen aus lasergeätztem Graphen mit „goldenen Nanodendriten“: Eine solche rau-poröse Oberfläche sorgt für Überempfindlichkeit bis hinunter zu picomolaren Konzentrationen von Adrenalin/Noradrenalin.
• Bei den Messungen selbst handelt es sich um kompetitive elektrochemische Immunoassays mit Methylenblau als Redox-Markierung: Je mehr Hormon in der Probe, desto schwächer das Signal.

Die gesamte Schaltung ist auf rauscharme, reproduzierbare „Starts“ mit Driftkompensation und Einfluss der Schwitzrate ausgelegt.

Überprüfung der Genauigkeit

Die Autoren kalibrierten die Sensoren zunächst an Lösungen und verglichen dann die Messwerte im menschlichen Schweiß mit ELISA (dem „Goldstandard“ des Labors) – die Übereinstimmung ist gut. Darüber hinaus zeigten sie einen vernünftigen Zusammenhang zwischen den Werten im Schweiß und den Werten im Blutserum (Korrelationen bei Dutzenden von Proben).

Was haben Sie bei den Leuten gesehen?

Der Patch wurde in drei Szenarien getestet:

1. Körperliche Belastung (HIIT): schnelle Adrenalin-/Noradrenalinspitzen und eine langsamere Cortisolwelle.
2. Emotionaler Stress (Betrachtung des validierten IAPS-Bildsatzes): stärker ausgeprägter Beitrag „schneller“ Katecholaminen bei geringer Gesamtschwitzung – genau dort, wo Puls/GSR nicht immer zuverlässig sind.
3. Pharmakologische/ernährungsbedingte Modulation (im Artikel „Supplementierung“): Das Hormonprofil verändert sich vorhersehbar, was die Eignung des Systems zur Beurteilung der Auswirkungen von Interventionen belegt.
4. Das Hauptmerkmal sind die unterschiedlichen zeitlichen „Signaturen“ der drei Hormone: Anhand der Kurvenform kann man zwischen einer akuten und einer länger anhaltenden Stressreaktion und ihrem „Appell“ zwischen der sympathischen und der HPA-Achse unterscheiden.

Inwiefern ist das besser als Cortisol allein?

Cortisol allein übersieht kurze Stressausbrüche; Katecholamine allein sagen nichts über chronischen Stress aus. Ein gemeinsames kontinuierliches Profil deckt beide Aufgaben ab und ermöglicht es Ihnen auch, maladaptive Reaktionen zu erkennen (z. B. wenn Katecholamine „feuern“ und die Cortisolreaktion verzögert ist oder umgekehrt).

Zu beachtende Einschränkungen

• Dies ist eine technische Studie und kein medizinisches Gerät auf dem Markt oder ein Diagnoseinstrument für Angststörungen/Burnout.
• Schweiß ist eine komplexe Matrix: Sekretionsrate, Hauttemperatur, pH-Wert und Zusammensetzung können das Signal beeinflussen. Die Autoren berücksichtigen diese Faktoren konstruktiv, die klinische Validierung steht jedoch noch aus.
• Der Zusammenhang zwischen Schweißmenge und Körperzustand wurde in begrenzten Stichproben bestätigt; für die klinische Anwendung sind längere und vielfältigere Studien erforderlich.

Kommentare der Autoren

• J. Tu (Hauptautor): „Wir haben zum ersten Mal gezeigt, dass mehrere stressbedingte Hormone gleichzeitig und kontinuierlich im Schweiß abgelesen werden können und nicht nur ein Marker. Dies bringt die Stressüberwachung näher an die reale menschliche Physiologie heran.“
• Wei Gao (korrespondierender Autor): „Die Tatsache, dass dieses Hautgerät in Echtzeit und ohne Nadeln funktioniert, eröffnet die Möglichkeit zur persönlichen Überwachung psychophysiologischer Zustände – vom Stressmanagement bis zur Beurteilung der Wirksamkeit einer Therapie.“
• Elektronik-/Signalingenieur: Wir haben die Signalverarbeitung direkt am Gerät integriert: Rauschfilterung, Schweißflusskalibrierung und Signalumwandlung in Echtzeit-Biomarker. Dadurch ist das Pflaster unabhängig von fester Ausrüstung und alltagstauglich.
• Klinischer Co-Autor (Endokrinologie): Die wichtigste Neuerung ist die gleichzeitige Messung der „schnellen“ Hormone (Epinephrin/Noradrenalin) und des „langsamen“ Cortisols. Ihr kombiniertes Profil spiegelt die Stressphysiologie besser wider als jeder einzelne Marker, und dies ist für die Interpretation der Daten beim Menschen wichtig.
• Mikrofluidik-Spezialist: Wir haben einen stabilen Betrieb bei geringem Schweißvolumen und geringer Benutzerbewegung erreicht. Die Kanäle füllen sich selbst und die Sensoren kompensieren die Schweißrate automatisch, sodass die Konzentrationen korrekt und nicht „verdünnt“ sind.
• Algorithmus-/KI-Entwickler: Das Modell berücksichtigt individuelle Basiswerte und ist darauf trainiert, physiologischen Stress von Artefakten wie Hitze oder Bewegung zu unterscheiden. Dadurch wird das Signal „verhaltensmäßig“ nützlicher.
• Projektleiter: Es handelt sich hier nicht um eine sofort einsatzbereite medizinische Diagnose, sondern um eine Plattform. Die nächsten Schritte sind längere Wearable-Studien, die Kalibrierung für verschiedene Nutzergruppen und gegebenenfalls die klinische Validierung für spezifische Szenarien – vom Sport bis zum Stressmonitoring am Arbeitsplatz.

Was kann das noch bringen?

Persönliches Stressmonitoring (Sport, Schichtarbeit, Piloten/Ärzte), Beurteilung der Wirksamkeit von Psychotherapie und Training, intelligentere Wearables, Früherkennung schädlicher Stressreaktionsmuster. Und in der Forschung ein neues Tool zur Analyse der Stressbiologie auf natürlichen Zeitskalen.