Диагностика стресса и симпатической активности по параметрам кожной проводимости: современное состояние метода, области применения и перспективы в медицине

DOI: https://doi.org/10.29296/25877305-2024-07-13
Номер журнала: 
7
Год издания: 
2024

А.А. Кузюкова, кандидат медицинских наук,
А.Ю. Загайнова, кандидат биологических наук,
О.И. Одарущенко, кандидат психологических наук,
Я.Г. Пехова, кандидат медицинских наук,
Л.А. Марченкова, доктор медицинских наук,
А.Д. Фесюн, доктор медицинских наук, доцент
Национальный медицинский исследовательский центр
реабилитации и курортологии Минздрава России, Москва
E-mail: kuzyukovaaa@nmicrk.ru

В статье обосновывается важность объективизации стрессовых состояний в медицинских учреждениях. Отмечается, что в сравнении с другими биосигналами кожная проводимость, как одна из форм электродермальной активности (ЭДА), является более простым, доступным в исполнении, подходящим для рутинной практики методом оценки состояния симпатической нервной системы, активация которой играет ведущую роль при стрессе. В соответствии с поставленной целью изучения современных методик, в которых используются сигналы ЭДА, для понимания их возможностей в диагностике и коррекции стресса и других состояний в статье рассмотрены литературные данные, свидетельствующие о неуклонно растущем интересе к методу ЭДА; описываются физиологические механизмы формирования сигналов ЭДА и способы их измерения, виды электродов и места их наложения, типы обработки сигналов, зависимость показателей ЭДА от факторов внешней среды и индивидуальных особенностей; области и перспективы применения в медицине, свидетельствующие о высокой точности метода для определения стрессовых состояний, особенностей эмоциональных нарушений и боли, возможности мониторинга состояния пациентов с эпилепсией, тяжелыми соматическими заболеваниями и в послеоперационном периоде. В завершении приводятся данные современных отечественных исследований по применению Системы мониторинга стрессовых состояний, основанной на регистрации ЭДА, для мониторинга пациентов, проходящих реабилитацию после инсульта, и эффективности обезболивания в послеоперационном периоде в акушерстве, которые подтверждают, что учет показателей ЭДА позволяет существенно оптимизировать диагностику стрессовых состояний, эмоциональной патологии и боли.
Ключевые слова: 
стресс
электродермальная активность
кожная проводимость
симпатическая активация.
Для цитирования
Кузюкова А.А., Загайнова А.Ю., Одарущенко О.И. и др. Диагностика стресса и симпатической активности по параметрам кожной проводимости: современное состояние метода, области применения и перспективы в медицине . Врач, 2024; (7): 76-83 https://doi.org/10.29296/25877305-2024-07-13

Список литературы: 
  1. Эбзеева Е.Ю., Полякова О.А. Стресс и стресс-индуцированные расстройства. Медицинский совет. 2022; 16 (2): 127–33 [Ebzeeva E.Y., Polyakova O.A. Stress and stress-induced disorders. Medical Council. 2022;(2):127-133 (in Russ.)]. DOI: 10.21518/2079-701X-2022-16-2-127-133
  2. Есин Р.Г., Есин О.Р., Хакимова А.Р. Стресс-индуцированные расстройства. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2020; 120 (5): 131–7 [Esin R.G., Esin O.R., Khakimova A.R. Stress-induced disorders. S.S. Korsakov Journal of Neurology and Psychiatry. 2020; 120 (5): 131–7 (in Russ.)]. DOI: 10.17116/jnevro2020120051131
  3. Posada-Quintero H.F., Chon K.H. Innovations in Electrodermal Activity Data Collection and Signal Processing: A Systematic Review. Sensors (Basel). 2020; 20 (2): 479. DOI: 10.3390/s20020479
  4. Еханин С.Г. Кожно-гальваническая реакция: датчики, приборы, исследования: Методические указания к лабораторному занятию по дисциплине. Биомедицинские приборы и датчики [Электронный ресурс]. Томск: ТУСУР, 2022; 25 с. [Ekhanin S.G. Skin-galvanic reaction: sensors, devices, researches: Methodical instructions to the laboratory session on the discipline. Biomedical devices and sensors [Electronic resource]. Tomsk: TUSUR, 2022; 25 p. (in Russ.)]. URL: https://edu.tusur.ru/publications/9947
  5. Tronstad C., Amini M., Bach D.R. et al.. Current trends and opportunities in the methodology of electrodermal activity measurement. Physiol Meas. 2022; 43 (2). DOI: 10.1088/1361-6579/ac5007
  6. Subramanian S., Purdon P.L., Barbieri R. et al. Elementary integrate-and-fire process underlies pulse amplitudes in Electrodermal activity. PLoS Comput Biol. 2021; 17 (7): e1009099. DOI: 10.1371/journal.pcbi.1009099
  7. Bhatkar V., Picard R., Staahl C. Combining Electrodermal Activity With the Peak-Pain Time to Quantify Three Temporal Regions of Pain Experience. Front Pain Res (Lausanne). 2022; 3: 764128. DOI: 10.3389/fpain.2022.764128
  8. Sánchez-Reolid R., López de la Rosa F., Sánchez-Reolid D. et al. Machine Learning Techniques for Arousal Classification from Electrodermal Activity: A Systematic Review. Sensors (Basel). 2022; 22 (22): 8886. DOI: 10.3390/s22228886
  9. McNaboe R.Q., Hossain M.B., Kong Y. et al. Validation of Spectral Indices of Electrodermal Activity with a Wearable Device. Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc. 2021; 2021: 6991–4. DOI: 10.1109/EMBC46164.2021.9630005
  10. Barman S.M., Kenney M.J. Methods of analysis and physiological relevance of rhythms in sympathetic nerve discharge. Clin Exp Pharmacol Physiol. 2007; 34: 350–5. DOI: 10.1111/j.1440-1681.2007.04586.x
  11. Barman S.M., Yate В.J. Deciphering the Neural Control of Sympathetic Nerve Activity: Status Report and Directions for Future Research. Front Neurosci. 2017; 11: 730. DOI: 10.3389/fnins.2017.00730
  12. Qasim M.S., Bari D.S., Martinsen Ø.G. Influence of ambient temperature on tonic and phasic electrodermal activity components. Physiol Meas. 2022; 43 (6). DOI: 10.1088/1361-6579/ac72f4
  13. Bari D.S., Aldosky H.Y.Y., Tronstad C. et al. Influence of Relative Humidity on Electrodermal Levels and Responses. Skin Pharmacol Physiol. 2018; 31 (6): 298–307. DOI: 10.1159/000492275
  14. Aldosky H.Y. Impact of obesity and gender differences on electrodermal activities. Gen Physiol Biophys. 2019; 38 (6): 513–8. DOI: 10.4149/gpb_2019036
  15. Bari D.S., Yacoob Aldosky H.Y. et al. Simultaneous measurement of electrodermal activity components correlated with age-related differences. J Biol Phys. 2020; 46 (2): 177–88. DOI: 10.1007/s10867-020-09547-4
  16. Chong L.S., Lin B., Gordis E. Racial differences in sympathetic nervous system indicators: Implications and challenges for research. Biol Psychol. 2023; 177: 108496. DOI: 10.1016/j.biopsycho.2023.108496
  17. Hickey B.A., Chalmers T., Newton P. et al. Smart Devices and Wearable Technologies to Detect and Monitor Mental Health Conditions and Stress: A Systematic Review. Sensors (Basel). 2021; 21 (10): 3461. DOI: 10.3390/s21103461
  18. Rahma O.N., Putra A.P., Rahmatillah A. et al. Electrodermal Activity for Measuring Cognitive and Emotional Stress Level. J Med Signals Sens. 2022; 12 (2): 155–62. DOI: 10.4103/jmss.JMSS_78_20
  19. Almadhor A., Sampedro G.A., Abisado M. et al. Wrist-Based Electrodermal Activity Monitoring for Stress Detection Using Federated Learning. Sensors (Basel). 2023; 23 (8): 3984. DOI: 10.3390/s23083984
  20. Klimek A., Mannheim I., Schouten G. et al. Wearables measuring electrodermal activity to assess perceived stress in care: a scoping review. Acta Neuropsychiatr. 2023; 1–11. DOI: 10.1017/neu.2023.19
  21. Posada-Quintero H.F., Florian J.P., Orjuela-Cañón A.D. et al.. Electrodermal Activity Is Sensitive to Cognitive Stress under Water. Front Physiol. 2018; 8: 1128. DOI: 10.3389/fphys.2017.01128
  22. Wincewicz K., Nasierowski T. Electrodermal activity and suicide risk assessment in patients with affective disorders. Psychiatr Pol. 2020; 54 (6): 1137–47. DOI: 10.12740/PP/110144
  23. Пудиков И.В. Диагностика риска суицидального поведения по динамическим показателям электродермальной реакции. Военно-медицинский журнал. 2023; 344 (10): 41–6 [Pudikov I.V. Diagnosis of the risk of suicidal behavior by dynamic indicators of the electrodermal reaction. Voenno-medicinskij žurnal. 2023; 344 (10): 41–6 (in Russ.)]. DOI: 10.52424/00269050_2023_344_10_41
  24. Carli V., Hadlaczky G., Petros N.G. et al. European Multi-Center Clinical Study of Electrodermal Reactivity and Suicide Risk Among Patients With Depression. Front Psychiatry. 2022; 12: 765128. DOI: 10.3389/fpsyt.2021.765128
  25. Anmella G., Mas A., Sanabra M. et al. Electrodermal activity in bipolar disorder: Differences between mood episodes and clinical remission using a wearable device in a real-world clinical setting. J Affect Disord. 2024; 345: 43–50. DOI: 10.1016/j.jad.2023.10.125
  26. Schiltz H.K., Fenning R.M., Erath S.A. et al. Electrodermal Activity Moderates Sleep-Behavior Associations in Children with Autism Spectrum Disorder. Res Child Adolesc Psychopathol. 2022; 50 (6): 823–35. DOI: 10.1007/s10802-022-00900-w
  27. Visnovcova Z., Ferencova N., Grendar M. et al. Electrodermal activity spectral and nonlinear analysis - potential biomarkers for sympathetic dysregulation in autism. Gen Physiol Biophys. 2022; 41 (2): 123–31. DOI: 10.4149/gpb_2022011
  28. Schach S., Rings T., Bregulla M. et al. Electrodermal Activity Biofeedback Alters Evolving Functional Brain Networks in People With Epilepsy, but in a Non-specific Manner. Front Neurosci. 2022; 16: 828283. DOI: 10.3389/fnins.2022.828283
  29. Horinouchi T., Sakurai K., Munekata N. et al. Decreased electrodermal activity in patients with epilepsy. Epilepsy Behav. 2019; 100 (Pt A): 106517. DOI: 10.1016/j.yebeh.2019.106517
  30. Vieluf S., Amengual-Gual M., Zhang B. et al. Twenty-four-hour patterns in electrodermal activity recordings of patients with and without epileptic seizures. Epilepsia. 2021; 62 (4): 960–72. DOI: 10.1111/epi.16843
  31. Casanovas Ortega M., Bruno E., Richardson M.P. Electrodermal activity response during seizures: A systematic review and meta-analysis. Epilepsy Behav. 2022; 134: 108864. DOI: 10.1016/j.yebeh.2022.108864
  32. Sebastião R., Bento A., Brás S. Analysis of Physiological Responses during Pain Induction. Sensors (Basel). 2022; 22 (23): 9276. DOI: 10.3390/s22239276
  33. Thiam P., Bellmann P., Kestler H.A. et al. Exploring Deep Physiological Models for Nociceptive Pain Recognition. Sensors (Basel). 2019; 19 (20): 4503. DOI: 10.3390/s19204503
  34. Kong Y., Posada-Quintero H.F., Chon K.H. Sensitive Physiological Indices of Pain Based on Differential Characteristics of Electrodermal Activity. IEEE Trans Biomed Eng. 2021; 68 (10): 3122–30. DOI: 10.1109/TBME.2021.3065218
  35. Johansen A.O., Mølgaard J., Rasmussen S.S. et al. Deviations in continuously monitored electrodermal activity before severe clinical complications: a clinical prospective observational explorative cohort study. J Clin Monit Comput. 2023; 37 (6): 1573–84. DOI: 10.1007/s10877-023-01030-4
  36. Kuderava Z., Kozar M., Visnovcova Z. et al. Sympathetic nervous system activity and pain-related response indexed by electrodermal activity during the earliest postnatal life in healthy term neonates. Physiol Res. 2023; 72 (3): 393–401. DOI: 10.33549/physiolres.935061
  37. Упрямова Е.Ю., Шифман Е.М., Дегтярев П.А. и др. Оценка качества послеоперационного обезболивания после кесарева сечения по данным системы мониторинга стрессовых состояний: проспективное одноцентровое рандомизированное клиническое сравнительное исследование. Регионарная анестезия и лечение острой боли. 2023; 17 (4): 267–77 [Upryamova E.Y., Shifman E.M., Degtyarev P.A. et al. Postoperative pain relief quality after cesarean section using a stress monitor (Neon FSC system): prospective single-center randomized clinical comparative study. Regional Anesthesia and Acute Pain Management. 2023; 17 (4): 267–77 (in Russ.)]. DOI: 10.17816/RA608168
  38. Кузюкова А.А., Рачин А.П., Колышенков В.А. Мониторинг электродермальной активности для определения стрессовых состояний, эмоциональных нарушений и эффективности проводимых реабилитационных мероприятий по их коррекции у пациентов с инсультами: пилотное исследование. Вестник Восстановительной медицины. 2022; 21 (6): 19–29 [Kuzyukova A.A., Rachin A.P., Kolyshenkov V.A. Electrodermal Activity Monitoring for Stroke Patients Stress States, Еmotional Disturbances, Rehabilitation Measures Effectiveness Specification: a Pilot Study. Bulletin of Rehabilitation Medicine. 2022; 21 (6): 19–29 (in Russ.)]. DOI: 10.38025/2078-1962-2022-21-6-19-29