OSA 3: Fysiologiset mittaukset stressin pitkäkestoisessa seurannassa

Stressin vaikutuksia voidaan mitata monella tavalla ja myös kliiniseen käyttöön soveltuvia menetelmiä löytyy useita. Laboratorio-olosuhteissa tehdyissä mittauksissa saadaan monipuolista ja tarkkaa tietoa. Mutta koska emme asu laboratoriossa, niiden avulla on vaikea tavoittaa arkielämän tapahtumista johtuvia stressitason vaihteluja.

Laboratoriomittaukseen soveltuvia stressinseurannan menetelmiä on ollut saaatavilla vuosikymmenien ajan. Näitä ovat esimerkiksi monilla tarkoilla sensoreilla tehtävä syke- ja sykevälinvaihtelun mittaus, erikoisosaamista vaativat mittaukset (sydänsähkökäyrän ja verenpaineen pitkäaikaisrekisteröinnit, autonomisen hermoston testit) sekä biokemialliset määritykset (hormonaaliset ja immunologiset määritykset verestä, syljestä, virtsasta).

Nämä mittaustavat palvelevat sairaaloita ja tutkimuslaitoksia, mutta eivät anna kattavaa kuvaa henkilön stressitasosta normaaliarjessa. Ylikuormitustilat kehittyvät pitkän ajan kuluessa, ja kroonistuneesta stressistä palautuminen voi viedä viikkoja tai kuukausia. Stressin pitkäaikaiseen fysiologiseen mittaukseen tarvitaan käyttäjäystävällisiä ja normaaliarkeen sopivia menetelmiä.

Kannettavat laitteet soveltuvat pitkäkestoiseen mittaukseen

Pitkäkestoista stressin mittausta voidaan tehdä vain kannettavilla laitteilla, joista ei koidu käyttäjälleen kohtuutonta vaivaa. Aktiivisuus- ja muut hyvinvointimittarit ovat tuoneet mahdollisuuden ymmärtää omaa fysiologiaa jokaisen ulottuville. Osa mittareista tekee päätelmiä myös käyttäjän stressitasosta.

Kliinisessä käytössä olevia fysiologisia mittausmenetelmiä stressin viikkoja tai kuukausia kestävään seurantaan ei vielä ole. Tällä hetkellä jatkuvaa ja pitkäaikaista stressin seurantaa voi tehdä sykevälivaihtelua tai ihon sähkönjohtavuutta mittaamalla.

Sykevälivaihtelu

eng. heart rate variability (HRV)

Terve sydän ei syki jatkuvasti samaan tahtiin. Sykevälivaihtelu tarkoittaa peräkkäisten sydämenlyöntien välisen ajan variaatiota. Sykeväli vaihtelee levossa kymmenistä jopa sataan millisekuntia.

Sykevälivaihtelu on kehon keino säädellä optimaalista verenkiertoa erityisesti aivoihin. Mitä enemmän vaihtelua lyöntien välissä on, sitä suurempi on parasympaattisen hermoston aktiivisuus – eli elimistön palauttavat toiminnot tekevät tehtäviään hyvin. Esimerkiksi pakene tai taistele -reaktio aktivoi sympaattisen hermoston, ja parasympaattinen toiminta menee pois päältä. Tällöin sykevälivaihtelu pienenee sydämen takoessa jatkuvasti samaa tahtia, sillä taistelussa pyritään pysymään hengissä eikä hienosäätämään kehon toimintoja.

Sydämen sykevälivaihteluun vaikuttavat eniten ikä, sukupuoli ja syketaajuus. Mitä korkeampi ikä ja leposyke, sitä pienempi vaihtelu. Sykevälivaihteluun vaikuttavat lisäksi mm. henkinen ja fyysinen stressi, tupa­kointi, alko­holi ja kah­vi, yli­paino, veren­paine, ve­ren rasvap­ro­fiili, soke­riarvot, tuleh­dus­te­kijät, masennus ja ahdis­tu­neisuus. Myös pe­rimä vai­kuttaa ­sy­ke­vä­li­vaih­teluun voimak­kaasti. Yksi­löl­linen vaih­telu on suur­ta, sik­si syke­vä­li­vaih­te­lulle ei voi asettaa sel­keitä raja-ar­voja. Mittauksissa tärkeää on huomioida lepo ja rasitus: kun syke kohoaa fyysisessä kuormituksessa korkealle, sykevälivaihtelu pienenee.

Sykevälivaihtelu on ilmiönä tunnettu 1960-luvulta asti ja terveydenhuollossakin sitä on käytetty jo pitkään. Tarkin tapa mittaukseen on sydänsähkökäyrä (elektrokardiogrammi eli EKG). Hyvinvointikäyttöön on tarjolla useita erilaisia laitteita, joista rinnasta mittaavat, esim. pannat tai liimattavat sensorit ovat tarkimpia. Ranteesta tai sormesta tehtynä mittauksen tarkkuus kärsii liikkeestä erityisesti korkeilla syketaajuuksilla.

Mittauksessa sydänkäyrältä lasketaan perättäisten jaksojen saman vaiheen välinen aika. Yleensä mitataan perättäisten R-piikkien (sydämen vasemman kammion supistuminen) välistä aikaa, R-R -intervallia. Sykevaihtelun analysoinnissa käytetään matemaattisia menetelmiä. Kehittyneellä algoritmiikalla sykevälivaihtelusta voidaan tehdä päätelmiä henkilön psyykkisestä ja fyysisestä kuormituksesta.

Sy­dämen syke­vä­li­vaih­telu on le­vossa ja rentou­tu­neena suur­ta, kun ih­minen on nuori, ter­ve, hyvä­kun­toinen ja -voin­tinen. Alhainen sykevälivaihtelu perusterveellä aikuisella voi antaa indikaatiota stressistä.

Ihon sähkönjohtavuuden muutos

eng. electrodermal activity (EDA), galvanic skin response (GSR), skin conductance response (SCR)

Sykevälivaihtelua pidempään tunnettu ilmiö on ihon sähkönjohtavuuden muutos. Psykologisten tekijöiden vaikutuksen ihon sähkönjohtavuuteen löysivät lähes samaan aikaan ranskalainen neurologi Féré (1888) ja venäläinen fysiologi Tarchanoff (1889). Ensimmäiset havainnot oli tehnyt jo kymmenen vuotta aiemmin ranskalainen terapeutti Vigouroux. Ilmiön lukuisista nimeämiskäytännöistä on englanniksi vakiintunut termi electrodermal activity (EDA).

Ihon sähkönjohtavuuden fysiologia

Ihon sähkönjohtavuus kasvaa, kun hikirauhasten kautta ihon pinnalle nousee hikeä. Sympaattinen autonominen hermosto aktivoi ihon pienet hikirauhaset (eccrine sweat glands) osana pakene tai taistele -reaktiota. Tämä tekee ihon sähkönjohtavuuden ilmiöstä tärkeää stressin seurannan kannalta. Se on erityisen merkittävää sillä ihon sähkönjohtavuutta säätelee autonomisen hermoston eri puolista vain sympaattinen osa. Parasympaattinen puoli ei vaikuta tähän toisin kuin muihin tahdosta riippumattomiin toimintoihin (1).

Ihon sähkönjohtavuuden mittaus

Mittaamiseen on kautta aikojen ollut tarjolla paljon laitteita, joilla voidaan tehdä laboratoriotason mittausta. Yleensä mittaus tehdään kämmenestä tai sormenpäistä elektrodeilla, jotka on johtimin yhdistetty vahvistimeen.

Käsittelemätön signaali on hyvin herkkä liikkeelle, joten useimmissa testiasetelmissa henkilön pitää olla liikkumatta. Tämä on aiemmin rajoittanut mittauksen laboratorioihin.

Viime aikoina puettavan teknologian kehitys on tuonut parannuksia myös ihon sähkönjohtavuuden seurantaan. Kehittyneet algoritmit ja signaalinkäsittely ovat pystyneet kompensoimaa liikeartefaktoja, ja puettavia ihon sähkönjohtavuuden mittareita on tullut markkinoille.

Kannettavuus on kiinnostavaa sekä psykologian että kliinisen käytön näkökulmasta (2). Psykologian piirissä kannettavat sensorit sallivat mittaukset henkilön normaalissa elämänpiirissä, mikä tuo arviointiin uutta näkökulmaa. Etuna on tutkimusprojektien kannalta lisäksi kannettavien laitteiden kohtuullinen kustannus.

Mittausyksikkö, parametrit ja mittauksen tarkkuus

Ihon sähkönjohtavuuden mittaus rekisteröi resistanssin eli sähköisen vastuksen (mittayksikkö ohmi) käänteisarvon konduktanssin (mittayksikkö siemens) kahden ihon pisteen välillä (3). Signaalilla on kaksi komponenttia: hitaasti muuttuva ihon johtavuustaso (skin conductance level, SCL) ja piikkimäinen ihon johtavuusvaste (skin conductace response, SCR), jonka amplitudi ja esiintymistiheys kertovat henkisestä vireystilasta (1). Ihon sähkönjohtavuuden muutos ei kerro henkilön tunnetilasta, eli vireystilan nousu voi johtua yhtä hyvin innostuksesta, paniikista kuin ärsyyntymisestä.

Mittaustarkkuus riippuu käytettävästä laitteesta, ympäristöstä sekä mistä kohtaa kehoa mitataan. Kämmenistä ja jalkapohjista saadaan paras vaste (4). Ikä ja sukupuoli vaikuttavat ihon sähkönjohtavuuden arvoihin jonkin verran. Ulkoinen lämpötila ja henkilön liikkeet vaikuttavat mittaussignaaliin, jota pitää oikeiden johtopäätösten tekemiseksi käsitellä.

Ihon sähkönjohtavuuden mittaus saadaan hyvin tarkaksi myös kannettavassa muodossa. Sitä voi jo tällä hetkellä tehdä kenttätutkimuskelpoisilla laitteilla.

Sovellutukset

Ihon sähkönjohtavuudella on paljon kliinisiä ja käytännön sovellutuksia, joista tunnetuin lienee valheenpaljastustesti. Psykologian tutkimuksessa ilmiön mittausta on sovellettu sen löytämisestä lähtien, myöhemmin esimerkiksi peli- ja käyttäjätutkimuksessa ja huippu-urheilussa.

 

Seuraavassa artikkelissamme kerromme, miten Moodmetric-älysormus mittaa ihon sähkönjohtavuutta.

Lähteet:
(1) Electrodermal Activity (Boucsein, 2012)

(2) Feasibility of an Electrodermal Activity Ring Prototype as a Research Tool (Torniainen, Cowley, Henelius, Lukander, Pakarinen, 2015)

(3) A short review and primer on electrodermal activity in human computer interaction applications (Benjamin Cowley, Jari Torniainen, 2016)

(4) Electrodermal Activity Sensor for Classification of Calm/Distress Condition (Zangróniz et al., 2017)

Moodmetric-mittauksen tieteellinen tausta ja käytännön sovellutukset käydään läpi viisiosaisessa sarjassa
  1. OSA 1: Pakene-tai-taistele -reaktio
  2. OSA 2: Pitkittynyt stressi – aivot tulkitsevat meidän olevan jatkuvassa vaarassa
  3. OSA 3: Fysiologiset mittaukset stressin pitkäkestoisessa seurannassa
  4. OSA 4: Moodmetric-älysormuksen toiminta ja mittausdatan tulkinta
  5. OSA 5: Moodmetric-mittaus ennakoivan työterveyshuollon välineenä 

 

OSA 2: Pitkittynyt stressi – aivot tulkitsevat meidän olevan jatkuvassa vaarassa

Autonomisen hermoston tehtävä on säädellä kehon toimintoja tilanteen vaatimalla tavalla. Kun henkilö nukkuu, toimivat kehoa palauttavat ja hoitavat järjestelmät. Lounaan jälkeen kehon tehtävä on sulattaa ruoka tehokkaasti ja korjata siitä saatava energia talteen. Henkeä uhkaavan vaaran edessä ruuansulatus tai immuunipuolustus ovat tarpeettomia – ne laitetaan pois päältä ja tuodaan lisävoimaa esimerkiksi kamppailussa tarvittaville lihaksille.

Autonominen hermosto toimii pääosin tahdosta riippumatta ja vastaa monista tärkeistä elintoiminnoista kuten verenpaineen- ja lämmönsäätelystä, ruuansulatuksesta, lisämunuaisen toiminnasta ja syljenerityksestä. Se hermottaa sisäelinten seinämissä olevaa sileää lihaskudosta ja sydänlihaskudosta, jotka vastaavat tahdosta riippumattomien lihasten toiminnasta. Autonominen hermosto pitää meidät hengissä ilman että meidän täytyy tietoisesti tehdä asioita sen eteen.

Autonominen hermosto jaetaan parasympaattiseen ja sympaattiseen hermostoon, jotka toimivat vastaparina. Parasympaattinen hermosto hidastaa sydämen sykettä, supistaa keuhkoputkia, nopeuttaa ruuansulatusta ja edistää paranemista. Se pyrkii rentouttamaan kehon ja pitämään elintoiminnot vakaina. Parasympaattinen hermosto on aktiivisimmillaan levon aikana.

Sympaattinen hermosto säätelee niinikään monien elinten toimintoja. Sen toiminta vilkastuu stressitilanteissa ja kovassa fyysisessä rasituksessa.

Yleensä sympaattinen ja parasympaattinen hermosto toimivat hyvässä yhteistyössä, mutta kuten keinulauta. Kun toisen toiminta kiihtyy, toisen hidastuu. Esimerkiksi stressireaktiossa sympaattinen hermosto menee hälytystilaan ja toimii hetkessä maksimivoimalla. Tällöin parasympaattinen toiminta seisahtuu, ja esimerkiksi suolen toiminta lähes pysähtyy.

Täydellinen sympaattisen ja parasympaattisen hermoston yhteistoiminta mahdollistaa hienovaraisen ja nopean elintoimintojen säätelyn joka tilanteessa.

Pakene tai taistele -reaktio on tarkoitettu nopeasti syntyvään ja ratkeavaan tilanteeseen. Nykyihmisellä stressireaktio voi jäädä huomaamatta päälle, eikä parasympaattinen hermosto pääse palauttamaan elimistöä lepotilaan.

Pitkäaikaisessa stressissä elimistön kortisolitaso on jatkuvasti ylhäällä

Jatkuva stressi pitää hypotalamus-aivolisäke-lisämunuaiskuori -akselin aktiivisena. Se on ikään kuin pitkään joutokäynnillä oleva moottori pumpaten elimistöön stressihormoneja, erityisesti kortisolia.

Kortisoli auttaa elimistöä kohtaamaan vaaran, mutta samalla se kuitenkin vaimentaa immuunijärjestelmän. Evoluution kannalta tämä oli järkevää: jos krokotiili uhkaa, on järkevää laittaa tarpeettomat järjestelmät kehosta hetkeksi pois päältä ja käyttää kaikki energia taisteluun.

Immuunipuolustus heikkenee ylikuormitustilassa, joten jatkuva stressi voi johtaa infektiokierteeseen. Stressitekijöillä on havaittu olevan vaikutuksia myös autoimmuunisairauksien puhkeamiseen, sydän ja verisuonitauteihin ja syövän syntyyn. Jatkuvat adrenaliinipiikit voivat vaurioittaa verisuonia, nostaa verenpainetta ja lisätä sydänvaivojen riskiä.

Huolestuneisuus ja pelko lisäävät stressiä, mikä edelleen aktivoi sympaattista hermostoa. Näin oireilu jatkuu – samalla palautuminen rentoutumalla ja nukkumalla vaikeutuu entisestään. Kova henkinen kuormitus toipilasvaiheessa saattaa olla jopa yhtä kohtalokasta kuin fyysinen rasitus. Töiden tekeminen sairaslomalla ei ole sitä mitä kehomme toivoisi.

stressi vaikuttaa keskittymiseen, muistiin ja ruokahaluun

Pitkäaikaisessa stressissä aivot ovat jatkuvasti siinä käsityksessä, että fyysinen taistelu käynnistyy hetkellä millä hyvänsä. Kortisolin avulla elimistö pyrkii pitämään maksimimäärän energiaa saatavilla. Se lisää ruokahalua ja tehostaa ylimääräisen ravinnon varastointia, mikä saattaa johtaa painonnousuun.

Kortisolia erittyy myös aivojen hippokampukseen, jolla on tärkeä rooli muistin toiminnassa ja oppimisessa. Stressaantuneella uuden oppiminen hidastuu ja tunteiden käsittely vaikeutuu, ilmenee keskittymisvaikeuksia ja muistihäiriöitä.

Jatkuva stressi ei ole pikkujuttu. Työstressin vaikutusta myös kuolleisuuteen on tutkittu:

Tutkimukseen osallistui yhteensä 812 työntekijää ja heitä seurattiin keskimäärin 25,6 vuotta. Työntekijät, joilla oli korkea työstressi, korkeat työvaatimukset yhdistettynä alhaisella työnohjauksella, oli 2,2-kertainen riski kuolla sydän- ja verisuonisairauteen verrattuna alhaisen työstressin kollegoihin. Vastaava riskisuhde oli työntekijöillä, joilla oli ponnistelu-palkitsevuus-epäsuhta (matala palkka, sosiaalisen arvostuksen puute, vähemmän uramahdollisuuksia suhteessa työhön tehtävään ponnisteluun) oli 2.4-kertainen kuolleisuusriski (Kivimäki et al., 2002)

Burnout

Kova stressi ei jatku loputtomiin ilman seurauksia. Burnout eli loppuunpalaminen on koko elimistön vakava häiriö. Se mielletään arkipuheessa usein psyykkiseksi tilaksi, mutta takana ovat samat elimistön reaktiot kuin lyhytkestoisessa stressissä. Samanaikainen psykologinen, hermostollinen, aineenvaihdunnallinen ja immuunipuolustuksen ylikuormittuminen saattaa olla niin vaikea, että täydellinen toipuminen on äärimmäisen hidasta tai jopa mahdotonta.

Burnoutin paras hoito on ennaltaehkäisy. Henkilön itsensä saattaa olla vaikea ilmaista tilanteen vakavuutta, sillä itseä ja oletettua työtahtia verrataan helposti työtovereihin. Kulissit pyritään pitämään kunnossa ja vielä hetki ennen romahtamista saattaa kaikki näyttää ulkonaisesti normaalilta.

Keskustele ystävien, kollegoiden, esimiehen tai työterveyslääkärin kanssa aina, jos arvelet olevasi ylikuormittunut. Uni on hyvä indikaattori.

Uni, aivot ja stressi

Kun elämä on kuormituksen suhteen tasapainossa, ihminen palautuu nopeista stressireaktioista ja myös pidemmistä kuormitusjaksoista. Näitä voivat aiheuttaa esimerkiksi vauvavuosi, talon rakennus, hektinen opiskelu- tai työprojekti. Kun palautumista on riittävästi , ihminen pääsee myös vaikeiden jaksojen yli.

Uni on palauttavista keinoista tärkein, samalla se on hyvä tasapainon indikaattori. Pitkään jatkuneet unen häiriöt kertovat usein stressistä, ja vähäinen uni taas vähentää stressinsietoa entisestään.

Aivot tarvitsevat unta. Unen aika tapahtuu paljon asioita joita nukkuja ei huomaa. Aivoille tehdään perusteellinen vuorokausihuolto jotta fyysisesti ja psyykkisesti voisimme hyvin.

Terveyttä ei ole ilman hyvää unta. Unen merkitys jaksamiselle tulee kaikille eteen viimeistään, kun ei saa nukuttua tarpeeksi. Pahimmillaan elämä on sumussa elämistä ja pakollisten asioiden yli rämpimistä. Valitettavasti uniongelmat ovat niin yleisiä, että niitä pidetään normaalina. Mutta näin ei ole – normaalia on nukkua hyvin.

Kun pääsääntöisesti uni on levollista ja aamulla olo on pirteä, pystyvät keho ja mieli joka päivä hyviin suorituksiin. Kehossa säilyy tasapaino.

Lue lisää unesta artikkelissamme Se ainoa uudenvuodenlupaus 

Pertti Panulan artikkeli aiheesta Stressi ja aivot lääkietieteellinen aikakauskirja Duodecimissä

Moodmetric-mittauksen tieteellinen tausta ja käytännön sovellutukset käydään läpi viisiosaisessa sarjassa
  1. OSA 1: Pakene-tai-taistele -reaktio
  2. OSA 2: Pitkittynyt stressi – aivot tulkitsevat meidän olevan jatkuvassa vaarassa
  3. OSA 3: Fysiologiset mittaukset stressin pitkäkestoisessa seurannassa
  4. OSA 4: Moodmetric-älysormuksen toiminta ja mittausdatan tulkinta
  5. OSA 5: Moodmetric-mittaus ennakoivan työterveyshuollon välineenä