Umělá slinivka s více proměnnými: Detekce a zmírnění neohlášené fyzické aktivity a akutního psychického stresu

Vývoj umělého pankreatu (AP) zaznamenal v posledním desetiletí značný pokrok. Cílem AP systémů je vyvinout zařízení, které bude poskytovat inzulín na vyžádání v reakci na hladiny glukózy v krvi stejným způsobem jako vlastní slinivka. První generace AP systémů, hybridní AP s uzavřenou smyčkou, shromažďuje data ze zařízení pro kontinuální monitorování glukózy (CGM) a spoléhá na manuální uživatelské vstupy pro zmírnění účinků jídla a fyzických aktivit. Cílem tohoto návrhu je demonstrovat životaschopnou, funkčně integrovanou multivariabilní umělou slinivku (mvAP), která bude řešit problémy s jídlem, fyzickou aktivitou (PA) a akutním psychickým stresem (APS) bez jakýchkoli manuálních vstupů, aby bylo možné lépe regulovat hladiny glukózy u lidí s diabetem. . Akutní psychický stres a mnoho dalších forem PA kromě plánovaného cvičení může ovlivnit hladinu glukózy v krvi a způsobit problémy s udržením euglykémie u lidí s diabetes mellitus 1. typu (T1DM). Různé PA a APS ovlivňují metabolismus a citlivost na inzulín různými způsoby. Pro stanovení optimálního podání inzulinu je tedy nutné zjistit jejich typy, intenzity a trvání a jejich individuální a souběžnou přítomnost. Přístup mvAP poskytuje dobře integrovanou a uživatelsky přívětivou technologii s minimální zátěží pro uživatele a zmírňuje účinky neočekávaných podnětů PA a APS. Cílem tohoto návrhu je demonstrovat životaschopný, funkčně integrovaný mvAP, který bude řešit problémy s jídlem, PA a APS bez jakýchkoliv manuálních vstupů pro lepší regulaci hladin glukózy u lidí s T1DM. Naší hypotézou je, že nová generace víceproměnných AP, která zahrnuje detekci a určování charakteristik PA a APS v reálném čase a zmírnění jejich účinků automatickou kontrolou, bude účinnější při zlepšování kontroly glukózy u lidí s T1DM. Tato technologie bude navíc bezpečnější ve srovnání s AP založenými výhradně na datech CGM, protože sníží počet a trvání hypoglykemických a hyperglykemických příhod. Takové systémy mvAP lze vyvinout pouze pomocí sofistikovaného přístupu s více proměnnými, který využívá informace v reálném čase z CGM a fyziologické proměnné získané z nositelných zařízení, která se nosí ve volném každodenním životě. Navrhuje se vybudovat na tomto rámci plně automatizovanou technologii mvAP, která zmírní problémy s jídlem, PA a APS, včetně neočekávaných a neplánovaných událostí. Konkrétní cíle navrhovaného výzkumu jsou: Cíl 1. Vyvinout algoritmy a moduly mvAP, které identifikují různé typy fyzických aktivit, epizody akutního psychického stresu, jejich souběžnou přítomnost a jejich charakteristiky v reálném čase. Cíl 2a: Provádět studie s otevřenou smyčkou na klinice a ve volném životě s cílem rozšířit typy a intenzitu stimulů PA a APS, obohatit naši databázi o data shromážděná během činností každodenního života (samotně nebo ve spojení s APS), včetně neplánovaných spontánních Akce PA a APS. Cíl 2b:Rozšířit náš simulátor multivariabilních glukózo-inzulínových fyziologických proměnných (mGIPsim) pro in silico studie mvAP pro simulaci indukcí APS a jejich účinků na hladiny glukózy a fyziologické proměnné výstupy simulátoru. Cíl 3: Provádět klinické experimenty s druhou generací mvAP v klinických podmínkách a ve volném životě za účelem posouzení výkonnosti našeho plně automatizovaného mvAP v provozu s uzavřenou smyčkou. V tuto chvíli byl získán souhlas IRB pro Cíl 1, 2a a 2b. Cíl 3 bude proveden později. Klinické studie budou probíhat na University of Illinois v Chicagu (UIC)-College of Nursing a v domově subjektů. Protokol bude zahrnovat 1 screeningovou návštěvu a 5 sezení v laboratoři. Subjekty budou během studie nosit CGM a náramky Empatica i Actigraph. Primární aktivity na každém setkání budou zahrnovat: (1) screening; (2)odhad maximální zátěžové kapacity ze submaximálních zátěžových testů (kolo a běžecký pás); (3) odhad maximální pevnosti ze zkoušek submaximální pevnosti; (4) submaximální záchvaty aerobního a odporového cvičení; (5) použití sociálně hodnoceného testu tlaku chladu; (6) simulace jízdy; (7) cvičení s odporem a aktivity každodenního života se stresem a bez něj (např. mentální výpočty, videohry); (8) používání GoPro/Dash Cam během řízení (pokud je to vhodné) a dotazníky. Tyto aktivity budou podle potřeby zahrnuty do návštěvy 3, 4 a 5. Kromě toho budou subjekty vykonávat činnosti doma, včetně: domácích prací, stacionárního kola (pokud je k dispozici); běžecký pás (pokud je k dispozici); chůze; a lehké váhy (pokud jsou k dispozici) a monitor spánku (Z-Machine Insight+). V těchto časech bude výzkumný asistent pravidelně volat subjektu a žádat ho, aby při provádění činnosti prováděl aktivity vyvolávající stres. Aktivity vyvolávající stres budou zahrnovat mentální výzvy, jako je matematický výpočet při provádění aktivity. Subjekty budou během studie 3-5krát volány domů. Plně automatizovaný algoritmus bude testován v domácím prostředí. Jakmile bude metodika upřesněna, bude pro Cíl 3 získán souhlas Institutional Review Board (IRB).