Test smíšené stravy u diabetu 1. typu na terapii inzulínovou pumpou: Optimalizace umělé slinivky břišní

POZADÍ: V ideálním případě by optimální léčba T1DM měla dosáhnout téměř normální hladiny glukózy bez hypoglykémií a zachování kvality života. V klinické aréně ani v současnosti dostupná nejkomplexnější strategie, tj. terapie inzulinovou pumpou s rozšířeným glukózovým senzorem, při níž pacienti nosí jak pumpu pro subkutánní podávání inzulinu (CSII), tak subkutánní glukózový senzor pro kontinuální monitorování glukózy (CGM), plně uspokojit potřeby pacientů. Algoritmy umělé slinivky (AP) nebo integrované řídicí algoritmy s uzavřenou smyčkou (CLC) – které berou v úvahu naměřené hodnoty CGM a účinky předchozích infuzí inzulinu za účelem kontinuálního výpočtu množství dávky inzulinu, která má být podána – cílem je minimalizovat v reálném čase variabilitu glukózy a zabránit extrémním výkyvům glukózy. Řada výzkumných skupin již léta brilantně pracuje na vývoji nositelného AP, který částečně nebo úplně osvobodí pacienta (a/nebo pečovatele) od zátěže řízení s otevřenou smyčkou. Stále však chybí dokonalá kontrola glukózy, zejména při výkyvech glykémie po jídle. Další poznatky by mohly být získány studiemi substrátových/hormonálních odpovědí na jídlo u pacientů s T1DM na senzorově rozšířeném CSII, možná ve srovnání se zlatým standardem normální fyziologie, se zvláštním ohledem na relativní roli, kterou hraje řada faktorů glukózo- systém inzulínové pumpy při kontrole hladiny glukózy.

Metabolic control analysis (MCA) je teoretický rámec, který se zaměřuje na kvantitativní popis metabolických systémů a na měření distribuce kontroly. MCA kvantifikuje roli každé složky systému (např.: rychlost absorpce rychlého inzulínového analogu, absorpce sacharidů střevem atd.) při řízení sledované proměnné, zejména toků nebo koncentrací, samotného systému, pomocí výpočtů. škálovaný koeficient kontrol (CCs). CC se obvykle pohybují od -1 do +1 a čím vyšší je jejich absolutní hodnota, tím silnější je kontrola. Aplikace MCA u pacientů s T1DM na CGM/CSII by mohla kvantifikovat individuální roli, kterou hrají jednotlivé složky systému, a může pomoci pochopit a potenciálně překonat překážky k dosažení stabilní a přísné kontroly glukózy a dále vyvíjet algoritmy CLC pro optimální řízení nemoc.

CÍL: Zkoumat charakteristiky a determinanty systému glukózo-inzulinové pumpy u pacientů s T1DM s CGM se zvláštním důrazem na systémovou úroveň (tj. glukózové CC). Provedeme testy tolerance jednoho smíšeného jídla a také 24hodinové studie u pacientů s DM1 a zdravých kontrol. Použijeme námi vyvinuté matematické modelovací nástroje a z této databáze vytvoříme virtuální pacienty a virtuální kontroly, abychom získali další pohled na změny systému glukózo-inzulínové pumpy u pacientů.

KONKRÉTNÍ CÍLE:

• CÍL 1: Nastínit a porovnat vlastnosti glukózo-inzulinového systému u pacientů s DM1 a zdravých kontrol během snídaňových jídel různé velikosti
• CÍL 2: Otestovat reprodukovatelnost modelově hodnoceného systému glukózo-inzulínové pumpy u pacientů s T1DM
• CÍL 3: Nastínit a porovnat vlastnosti glukózo-inzulinového systému u pacientů s DM1 a zdravých kontrol během 24hodinových období

HYPOTÉZA: Předpokládáme, že u pacientů s T1DM na CGM a CSII:

1. existují zkreslení v distribuci kontroly glukózy v plazmě, jak bylo hodnoceno MCA, ve srovnání se zdravými jedinci;
2. distribuce kontroly se liší mezi glukózou v plazmě a glukózou odvozenou od v současnosti používaného CGM, což je předpokládaný signál pro použití v algoritmech CLC nositelného AP;
3. obě výše uvedené domnělé změny je třeba vzít v úvahu pro vývoj účinných a bezpečných algoritmů CLC.

METODY: Tento výzkum je členěn do tří odlišných protokolů. Všichni jedinci budou jeden týden před studií držet izokalorickou dietu, dietu bez bludiště a třtinového cukru. Všichni pacienti s T1DM budou na CGM/CSII a budou vybráni z populace pacientů navštěvujících naši kliniku ambulantní terapie inzulínovou pumpou. Každý pacient bude i nadále používat vlastní pumpu, inzulinový analog a glukózový senzor. Všechny studie začnou v 07:00 po nočním hladovění (≥ 10 hodin). Všechny vzorky krve budou odebírány do chlazených zkumavek a ihned odstředěny při 1500 g; plazma bude separována a skladována při -80°C. Dle plánovaného použití plazmy budou zkumavky na krevní vzorky obsahovat kyselinu ethylendiamintetraoctovou (EDTA) pro antikoagulaci±antiglikolytikum±serin proteázu a inhibitory DPP4.

-PROTOKOL 1: Vyšetření glukózo-inzulínového systému během dvou testů se smíšeným jídlem u pacientů s DM11 a u zdravých kontrol.

Bude vybráno 10 pacientů s T1DM a 10 kontrolních subjektů zdravého věku s odpovídajícím pohlavím a BMI. Pacienti budou na své obvyklé léčbě inzulinovou pumpou a rychlost bazální inzulinizace bude udržována konstantní od 02:00 do konce studií. Všechny subjekty budou studovány při 3 samostatných příležitostech v 1-2 týdenních intervalech. U pacientů bude studie 1 standardní 120minutovou euglykemickou inzulinovou svorkou. Časované vzorky krve budou odebírány pro měření hladin inzulínu v 10'-30' intervalech. Glukóza v plazmě bude měřena u lůžka pomocí YSI Glucose Analyzer; subkutánní glukóza bude monitorována pomocí CGM. V kontrolách bude studie 1 často odebírat vzorky IVGTT v délce 240 minut. Budou odebrány vzorky krve (n=27) pro glukózu, C-peptid a inzulín. Studie 2 a 3 budou identické jak u pacientů, tak u kontrol. Budou prováděny v náhodném pořadí a budou trvat 360'. Po 60 minutách základního období v čase 0' subjekty přijmou buď 320 kcal (studie 2) nebo 640 kcal (studie 3) jídlo. Složení jídla (% Kcal: 53,3 % sacharidů, 28,2 % lipidů, 18,5 % bílkovin) bude indická kukuřičná polenta plus parmazán. Pacienti naprogramují svou pumpu tak, aby v čase 0' aplikovala bolusovou dávku inzulinu k jídlu, vypočítanou jako obvykle. Vzorky krve (n=20) budou odebírány v časových intervalech pro měření plazmatické glukózy, poměru 13C/12C-glukózy, inzulinu, glukagonu a C-peptidu (poslední jmenovaný pouze u kontrolních subjektů). S nižší časovou frekvencí budou také měřeny triglyceridy, neesterifikované mastné kyseliny (NEFA), aktivní glukagonu podobný peptid-1 (GLP1) a celkový žaludeční inhibiční peptid (GIP). Subkutánní glukóza bude monitorována pomocí CGM pouze u pacientů. Data odvozená z IVGTT v kontrolách budou mít roli, kterou hrají data inzulínové svorky u pacientů s T1DM. Minulé experimenty a také nepublikovaná pozorování v naší laboratoři ukázaly, že podobné hodnoty inzulinové senzitivity jsou získány s IVGTT a inzulinovými svorkami u zdravých lidí. Dalším rozdílem je, že namísto inzulínové pumpy bude použit model minimální sekrece beta buněk, jak bylo popsáno dříve. Dostupnost stanovení poměru 12C/13C-glukóza tento obrázek dále obohatí a umožní vypočítat příspěvek sacharidů v jídle k celkové glukóze v plazmě a, rozdílně, příspěvek endogenní (především jaterní) produkce k celkové glukóze. Toto obohacení dat povede k dalšímu vývoji modelu v kroku 3 (u kontrol i pacientů) a umožní rozdělit celkový účinek inzulínu na jeho dvě složky, jednu působící na endogenní produkci glukózy a tu, která působí na využití glukózy. První z nich bude relevantní pro interpretaci údajů o glukagonu a případně také o aktivním GLP1.

S touto strategií je možné vypočítat všechny relevantní CC G(t) pro hodnoty plazmy i CGM. Fenotypové výsledky jsou vrstveny ve třech úrovních vzestupné složitosti:

1. Měření bez modelu: hladiny substrátu v jídle a hormonů, se zvláštním ohledem na glukagon a aktivní GLP1 pro jejich působení na produkci glukózy v játrech a na celkový GIP, jako regulátor metabolismu tukových buněk;
2. Odhady jednotlivých vlastností systému glukóza/inzulín odvozené z modelu: zahrnují, ale nejsou omezeny na, glukózovou senzitivitu (SG), inzulínovou senzitivitu (SI), dobu průchodu sacharidů k ​​dosažení systémové cirkulace, průměrnou dobu průchodu inzulínu dosáhnout systémové cirkulace ze subkutánního depa (pouze pacienti);
3. Modelově odvozené hodnocení systémových vlastností glukózo-inzulinového systému (kontroly) a glukózo-inzulinového pumpového systému (T1DM) pacientů: zahrnují všechny glukózové (také CGM glukózové u pacientů) koeficienty kontroly.

PROTOKOL 2: Reprodukovatelnost hodnocení glukózo-inzulinového systému během testu s jedním smíšeným jídlem u pacientů s T1DM.

Bude přijato 10 pacientů s T1DM na terapii inzulínovou pumpou a subkutánním kontinuálním monitorováním glukózy (CGM). Protokol studie je shodný s protokolem 1 s následujícími výjimkami: 1. u 5 pacientů s T1DM studie 2 a studie 3 budou dvě opakovaná jídla o obsahu 320 kcal; 2. u 5 pacientů s T1DM studie 2 a studie 3 budou dvě opakovaná jídla o obsahu 640 kcal. Fenotypové výsledky budou vrstveny jako v protokolu 1 pro analýzu reprodukovatelnosti.

-PROTOKOL 3: Systém glukóza-inzulín během 24hodinového období u pacientů s T1DM au kontrol.

Bude vybráno 10 pacientů s T1DM a 10 kontrolních subjektů zdravého věku s odpovídajícím pohlavím a BMI. Všechny subjekty budou studovány při 2 samostatných příležitostech v 1-2 týdenních intervalech. Jak u pacientů, tak u kontrol bude studie 1 identická s protokolem 1 (tj. inzulínová svorka a IVGTT, v daném pořadí). Ve studii 2 budou všichni jedinci přijati do Centra klinického výzkumu (CRC) ráno v den studie (07:00 AM) a zůstanou tam po celou dobu jejího trvání (24 hodin). Subjektům bude umožněn volný pohyb v rámci ČRK, ale nebudou se věnovat žádnému fyzickému cvičení. Pacienti budou během studie pokračovat ve své obvyklé inzulínové terapii, včetně výpočtu dávky inzulínu v jídle a injekce. V 08:00, 13:00 a 19:00 subjekty zkonzumují tři smíšená jídla (200 kcal/m-2 tělesného povrchu (BSA), 400 kcal/m-2 BSA a 400 kcal/m-2 BSA, složení stravy: 54 % sacharidů, 28 % lipidů, 18 % bílkovin). U 6 pacientů a u 6 kontrol bude jídlo ve 13:00 indická kukuřičná polenta plus ochucený italský DOP parmezán. U ostatních 6 pacientů a 6 kontrol bude jídlo v 19:00 indická kukuřičná polenta plus ochucený italský DOP parmezán. Budou odebrány vzorky krve (n=62). Plazmatická glukóza, inzulín, glukagon a C-peptid (ten druhý pouze u kontrolních subjektů) budou měřeny ve všech časových bodech. Při nižší časové frekvenci budou měřeny také triglyceridy, neesterifikované mastné kyseliny (NEFA), aminokyseliny, aktivní GLP1 a celkový GIP. U těch subjektů, které konzumují jídlo z polenty ve 13:00, bude poměr 13C/12C-glukóza měřen od 12:00 do 24:00. U těch subjektů, které konzumují jídlo z polenty v 19:00, bude poměr 13C/12C-glukóza měřen od 18:00 do 07:00 následujícího rána. Subkutánní glukóza bude monitorována pomocí CGM pouze u pacientů. Polenta bude použita pouze v jednom jídle denně, aby se zabránilo ztrátě interpretovatelnosti údajů o poměru 13C/12C-glukóza v důsledku probíhající recirkulace/recyklace uhlíku glukózy prostřednictvím glykogen/glukoneogeneze. Chování systému glukóza/inzulín v době snídaně je již prozkoumáno v Protokolu 1. Výsledky budou vrstveny a analyzovány, jak je popsáno v Protokolu 1.

OČEKÁVÁNÍ: Kombinovaná analýza dat insulinového clampu a testu smíšeného jídla (MMT) umožní sestavit komplexní model glukózového inzulínového systému během MMT u každého subjektu, který tak bude fungovat jako virtuální pacient in silico, podle studny. zavedená metodika vyvinutá v naší laboratoři. Sbírka virtuálních pacientů s diabetem 1. typu podstupujících MMT bude tvořit biobanku in silico odvozenou z této studie. Virtuální pacienti budou využiti k provedení MCA pro výpočet CC. Dále bude kvantifikována reakce inkretinového hormonu, glukagonu a substrátu na smíšené jídlo, což umožní domnělou identifikaci dalších modifikátorů systému glukóza-inzulín. Tato databáze bude nápomocná při navrhování kontrolního algoritmu schopného zaručit normální regulaci glukózy během smíšeného jídla u pacientů s diabetem 1. typu s CGM na terapii inzulínovou pumpou.