Blandet måltidstest i type 1-diabetes på insulinpumpeterapi: optimering af kunstig bugspytkirtel

BAGGRUND: Ideelt set bør optimal behandling af T1DM opnå næsten normal glukose uden hypoglykæmi og bevaret livskvalitet. På den kliniske arena gør selv den aktuelt tilgængelige mest komplekse strategi, dvs. glukosesensor-forstærket insulinpumpeterapi, hvor patienter både bærer en pumpe til subkutan insulinlevering (CSII) og en subkutan glukosesensor til kontinuerlig glukoseovervågning (CGM), ikke fuldt ud opfylder patienternes behov. Algoritmer for kunstig bugspytkirtel (AP) eller integreret lukket sløjfe kontrol (CLC) - som tager højde for CGM-aflæsninger og virkningerne af tidligere insulininfusioner for kontinuerligt at beregne mængden af ​​insulindosis, der skal administreres - sigter mod at minimere, i realtid, glukosevariabilitet og forhindre ekstreme glukoseudflugter. En række forskergrupper har arbejdet strålende i årevis for at udvikle en bærbar AP for helt eller delvist at befri patienten (og/eller plejepersonalet) fra byrden af ​​den åbne sløjfe-kontrol. Der mangler dog stadig en perfekt glukosekontrol, især ved glykæmiske ekskursioner efter måltid. Yderligere indsigt kan opnås ved undersøgelser af substrat-/hormonreaktioner på måltider hos T1DM-patienter på sensorforstærket CSII, muligvis sammenlignet med den gyldne standard for normal fysiologi, med særlig hensyntagen til den relative rolle, som en række faktorer af glucose- insulinpumpesystem til at kontrollere glukoseniveauer.

Metabolisk kontrolanalyse (MCA) er en teoretisk ramme, som har til formål at kvantitativt beskrive metaboliske systemer og måle fordeling af kontrol. MCA kvantificerer rollen for hver komponent i et system (f.eks.: absorptionshastigheden af ​​den hurtige insulinanalog, kulhydratabsorption gennem tarmen osv.) i styringen af ​​en variabel af interesse, især fluxer eller koncentrationer, af selve systemet, ved at beregne den skalerede koefficient for kontrol (CC'er). CC'er spænder typisk fra -1 til +1, og jo større deres absolutte værdi, jo stærkere er kontrollen. Anvendelse af MCA til T1DM-patienter på CGM/CSII kunne kvantificere den individuelle rolle, som hver enkelt komponenter i systemet spiller, og kan hjælpe med at forstå og potentielt overvinde hindringerne for at opnå stabil og stram glukosekontrol og til at videreudvikle CLC-algoritmer til optimal styring af sygdommen.

MÅL: At undersøge karakteristika og determinanter af glucose-insulinpumpesystemet hos patienter med T1DM med CGM med særlig vægt på systemniveauet (dvs. glucose CC'er). Vi vil udføre enkelt blandede måltid tolerancetests samt 24-timers undersøgelser i T1DM patienter og i raske kontroller. Vi vil anvende matematiske modelleringsværktøjer udviklet af os og vil skabe virtuelle patienter og virtuelle kontroller fra denne database for at få yderligere indsigt i ændringerne af glucose-insulinpumpesystemet hos patienter.

SPECIFIKKE MÅL:

• MÅL 1: At skitsere og sammenligne funktionerne i glucose-insulin-systemet hos T1DM-patienter og hos raske kontroller under morgenmadsmåltider af forskellig størrelse
• MÅL 2: At teste reproducerbarheden af ​​modelvurderet glucose-insulinpumpesystem hos T1DM-patienter
• MÅL 3: At skitsere og sammenligne funktionerne i glucose-insulin-systemet hos T1DM-patienter og hos raske kontroller i 24-timers perioder

HYPOTESE: Vi antager, at i T1DM-patienter på CGM og CSII:

1. der er forvrængninger i fordelingen af ​​plasmaglucosekontrol, som vurderet ved MCA, sammenlignet med raske individer;
2. fordelingen af ​​kontrol er forskellig mellem plasmaglucose og glucose afledt af aktuelt anvendte CGM, som er det formodede signal, der skal bruges i CLC-algoritmer for en bærbar AP;
3. begge de ovennævnte formodede ændringer skal tages i betragtning for at udvikle effektive og sikre CLC-algoritmer.

METODER: Denne forskning er artikuleret i tre forskellige protokoller. Alle forsøgspersoner vil være på en isokalorisk diæt, labyrint og rørsukkerfri diæt i en uge før undersøgelsen. Alle T1DM-patienter vil være på CGM/CSII og vil blive rekrutteret fra patientpopulationen, der deltager i vores ambulante insulinpumpeterapiklinik. Hver patient vil fortsætte med at bruge sin egen pumpeanordning, insulinanalog og glukosesensor. Alle undersøgelser starter kl. 07:00 efter en nats faste (≥ 10 timer). Alle blodprøver vil blive opsamlet i køleglas og straks centrifugeret ved 1500 g; plasma vil blive adskilt og opbevaret ved -80°C. Ifølge den planlagte anvendelse af plasma vil rør til blodprøver indeholde ethylendiamintetraeddikesyre (EDTA) til antikoagulering±antigikolytisk middel±serinprotease og DPP4-hæmmere.

-PROTOKOL 1: Undersøgelse af glucose-insulin-systemet under to blandede måltidstests hos T1DM-patienter og hos raske kontroller.

10 T1DM-patienter og 10 raske alders- og BMI-matchede kontrolpersoner vil blive rekrutteret. Patienterne vil være i deres sædvanlige insulinpumpebehandling, og hastigheden af ​​den basale insulinisering vil blive holdt konstant fra kl. 02:00 til slutningen af ​​undersøgelserne. Alle emner vil blive studeret ved 3 separate lejligheder med 1-2 ugers mellemrum. Hos patienter vil undersøgelse 1 være en standard 120 min euglykæmisk insulinklemme. Tidsbestemt blodprøver vil blive indsamlet for at måle insulinniveauer med 10'-30' intervaller. Plasmaglukose vil blive målt ved sengen med en YSI Glucose Analyzer; subkutan glukose vil blive overvåget af CGM. I kontroller vil undersøgelse 1 være en hyppigt udtaget IVGTT af 240 min. varighed. Tidsbestemt blodprøver (n=27) for glucose, C-peptid og insulin vil blive indsamlet. Studie 2 og 3 vil være identiske hos både patienter og kontroller. De vil blive udført i randomiseret rækkefølge og vil vare 360'. Efter en 60 minutters baselineperiode vil forsøgspersoner på tidspunktet 0' indtage enten et 320 kcal (undersøgelse 2) eller et 640 kcal (undersøgelse 3) måltid. Måltidssammensætning (%Kcal: 53,3% kulhydrat, 28,2% lipid, 18,5% protein) vil være indisk majspolenta plus parmesanost. Patienterne vil programmere deres pumpe til at injicere på tidspunktet 0' en måltid insulin bolus dosis, beregnet som normalt. Blodprøver (n=20) vil blive indsamlet med tidsbestemte intervaller for at måle plasmaglucose, 13C/12C-glukoseforhold, insulin, glucagon og C-peptid (sidstnævnte kun hos kontrolpersoner). Ved en lavere tidsfrekvens vil triglycerider, ikke-esterificerede fedtsyrer (NEFA), aktivt glucagon-lignende peptid-1 (GLP1) og total gastrisk hæmmende peptid (GIP) også blive målt. Subkutan glukose vil kun blive overvåget af CGM hos patienter. Data afledt af IVGTT i kontroller vil spille den rolle, som insulinklemmedataene spiller hos T1DM-patienter. Tidligere eksperimenter og også upublicerede observationer i vores laboratorium har vist, at lignende værdier for insulinfølsomhed opnås med IVGTT og insulinklemmer hos raske mennesker. Den anden forskel er, at der i stedet for insulinpumpen vil blive brugt en minimal model for beta-cellesekretion, som tidligere beskrevet. Tilgængeligheden af ​​12C/13C-glucoseforholdsbestemmelser vil yderligere berige dette billede, hvilket gør det muligt at beregne bidraget af måltidskulhydrat til total plasmaglucose og, ved forskel, bidraget fra endogen (primært lever) produktion til total glukose. Denne databerigelse vil resultere i yderligere modeludvikling i trin 3 (i både kontroller og patienter) og vil gøre det muligt at opdele den totale insulinvirkning i dens to komponenter, den der virker på endogen glukoseproduktion og den der virker på glukoseudnyttelsen. Førstnævnte vil være relevant for fortolkning af glukagon- og muligvis også de aktive GLP1-data.

Med denne strategi er det muligt at beregne alle relevante CC'er af G(t), for både plasma- og CGM-værdier. Fænotypiske resultater er lagdelt i tre niveauer af stigende kompleksitet:

1. Modelfrie målinger: måltidssubstrat og hormonniveauer, med særlig hensyn til glucagon og aktiv GLP1 for deres virkning på leverglukoseproduktion og til total GIP, som en regulator af fedtcellemetabolisme;
2. Modelafledte estimater af enkelttræk ved glucose/insulinsystemet: de inkluderer, men er ikke begrænset til, glucosefølsomhed (SG), insulinfølsomhed (SI), kulhydrattransittid for at nå systemisk cirkulation, gennemsnitlig transittid for insulin til nå systemisk cirkulation fra det subkutane depot (kun patienter);
3. Modelafledt vurdering af systemegenskaber for glucose-insulin-systemet (kontroller) og for glucose-insulin-pumpesystemet (T1DM)-patienter: de inkluderer alle glukose- (også CGM-glukose hos patienter) kontrolkoefficienter.

PROTOKOL 2: Reproducerbarhed af vurderingen af ​​glucose-insulin-systemet under en enkelt blandet måltidstest hos T1DM-patienter.

10 T1DM-patienter i insulinpumpebehandling og subkutan kontinuerlig glukosemonitorering (CGM) vil blive rekrutteret. Undersøgelsesprotokollen er identisk med protokol 1 med følgende undtagelser: 1. I 5 T1DM-patienter vil undersøgelse 2 og undersøgelse 3 være to gentagne 320 kcal-måltider; 2. i 5 T1DM patienter vil undersøgelse 2 og undersøgelse 3 være to gentagne 640 kcal måltider. De fænotypiske resultater vil blive lagdelt som i protokol 1 til reproducerbarhedsanalyse.

-PROTOKOL 3: Glucose-insulinsystemet i en 24-timers periode hos T1DM-patienter og hos kontroller.

10 T1DM-patienter og 10 raske alders- og BMI-matchede kontrolpersoner vil blive rekrutteret. Alle emner vil blive studeret ved 2 separate lejligheder med 1-2 ugers mellemrum. Både hos patienter og i kontroller vil undersøgelse 1 være identisk med protokol 1 (dvs. henholdsvis en insulinklemme og en IVGTT). I undersøgelse 2 vil alle forsøgspersoner blive optaget på Clinical Research Center (CRC) om morgenen af ​​undersøgelsen (07:00 AM) og vil blive der i hele sin varighed (24 timer). Forsøgspersoner vil få lov til at bevæge sig frit inden for CRC, men de vil ikke være involveret i nogen fysisk træning. Patienterne vil fortsætte deres sædvanlige insulinbehandling, inklusive beregning af måltidsinsulindosis og injektion, under hele undersøgelsen. 08:00, 13:00 og 19:00 indtager forsøgspersoner tre blandede måltider (200 kcal/m-2 kropsoverfladeareal (BSA), 400 kcal/m-2 BSA og 400 kcal/m-2 BSA, diætsammensætning: 54% kulhydrat, 28% lipid, 18% protein). Hos 6 patienter og i 6 kontroller vil måltidet kl. 13:00 være indisk majspolenta plus krydret italiensk DOP parmesanost. Hos de andre 6 patienter og 6 kontroller vil måltidet kl. 19:00 være indisk majspolenta plus krydret italiensk DOP parmesanost. Tidsbestemt blodprøver (n=62) vil blive indsamlet. Plasmaglukose, insulin, glucagon og C-peptid (sidstnævnte kun hos kontrolpersoner) vil blive målt på alle tidspunkter. Ved en lavere tidsfrekvens vil der også blive målt triglycerider, ikke-esterificerede fedtsyrer (NEFA), aminosyrer, aktivt GLP1 og total GIP. Hos de forsøgspersoner, der indtager polenta-måltidet kl. 13.00, vil 13C/12C-glukoseforholdet blive målt fra kl. 12.00 til kl. 24.00. Hos de forsøgspersoner, der indtager polenta-måltidet kl. 19.00, vil 13C/12C-glukoseforholdet blive målt fra kl. 18.00 til kl. 07.00 morgenen efter. Subkutan glukose vil kun blive overvåget af CGM hos patienter. Polenta-måltidet vil kun blive brugt i ét måltid om dagen for at undgå tab af fortolkning af 13C/12C-glukoseforholdsdata på grund af igangværende glucosekulstofrecirkulation/genanvendelse gennem glykogen/gluconeogenese. Glucose/insulinsystemets adfærd ved morgenmadstid er allerede undersøgt i protokol 1. Resultaterne vil blive lagdelt og analyseret som beskrevet i protokol 1.

FORVENTNINGER: Den kombinerede analyse af insulinklemme- og mixed meal-testdata (MMT) vil gøre det muligt at bygge en omfattende model af glucoseinsulinsystemet under en MMT i hvert individ, som derved vil fungere som en in silico virtuel patient, ifølge en brønd etableret metode udviklet i vores laboratorium. Samlingen af ​​virtuelle patienter med type 1-diabetes, der gennemgår en MMT, vil danne den in silico-biobank, der er afledt af denne undersøgelse. Virtuelle patienter vil blive brugt til at udføre MCA for at beregne CC'er. Endvidere vil inkretinhormonet, glukagon- og substratresponset på et blandet måltid blive kvantificeret, hvilket muliggør den formodede identifikation af yderligere modifikatorer af glucose-insulinsystemet. Denne database vil være medvirkende til at udvikle en kontrolalgoritme, der kan garantere en normal glukoseregulering under et blandet måltid hos patienter med type 1-diabetes med CGM i insulinpumpebehandling.