Gemischter Mahlzeitentest bei Typ-1-Diabetes: Optimierung der künstlichen Bauchspeicheldrüse – Pilotstudie

Die Aufrechterhaltung eines nahezu normalen Blutzuckerspiegels verlangsamt das Auftreten und Fortschreiten langfristiger mikrovaskulärer und möglicherweise makrovaskulärer Komplikationen bei Patienten mit Typ-1-Diabetes. Künstliche Bauchspeicheldrüse oder integrierte CLC [ein CLC-Algorithmus, der die Messwerte der kontinuierlichen Glukoseüberwachung (CGM) und die Auswirkungen früherer Insulininfusionen berücksichtigt, um kontinuierlich die Menge der zu verabreichenden Insulindosis zu berechnen] zielt darauf ab, die Glukosevariabilität in Echtzeit zu minimieren verhindert extreme Glukoseschwankungen (Hypoglykämie und Hyperglykämie). Trotz wichtiger Entwicklungen in der Sensor- und Pumpentechnologie muss das künstliche Pankreassystem mit anderen anatomischen und funktionellen Barrieren zurechtkommen als denen, denen das normal funktionierende Glukose-Insulin-System in der Physiologie gegenübersteht. CGM-Geräte messen beispielsweise die Glukosekonzentration im Interstitium und nicht im Blutkompartiment, was zu einer Zeitverzögerung aufgrund der Glukosediffusion vom Plasma in die interstitielle Flüssigkeit führt. Darüber hinaus wird Insulin (eigentlich eines der aktuellen schnellen Insulinanaloga) in das subkutane Fettgewebe und nicht in das Blut abgegeben und gelangt direkt in den systemischen Kreislauf, nicht in den Pfortaderkreislauf. Aufgrund dieser Hindernisse ist die Entwicklung eines intelligenten und geeigneten CLC-Algorithmus immer noch ein fortlaufender Prozess. Diese Forschung zielt darauf ab, diese Mängel durch die Durchführung einer klinischen Physiologiestudie zu beheben, die darauf abzielt, die Entwicklung und Optimierung eines geeigneten Steuerungsalgorithmus zu verbessern.

Zwanzig erwachsene Patienten mit Typ-1-Diabetes, die regelmäßig die Abteilung für Endokrinologie und Stoffwechselkrankheiten der Medizinischen Fakultät der Universität Verona besuchen, eine kontinuierliche subkutane schnelle Insulinanalogon-Infusion (CSII) über eine permanente Pumpe verwenden und sich mit der subkutanen Glukosemessung befassen, werden eingeschrieben.

Einschlusskriterien (weitere Einzelheiten siehe unten) sind die Diagnose von Typ-1-Diabetes gemäß Definition der WHO seit mindestens 12 Monaten oder ein bestätigtes C-Peptid-Negativ. Ausschlusskriterien sind wiederkehrende Unaufmerksamkeit bei schwerer Hypoglykämie oder klinisch signifikante Nephropathie, Neuropathie oder proliferative Retinopathie.

Bei allen Patienten werden klinische Standardparameter beurteilt. Stoffwechseltests werden in der Abteilung für Endokrinologie und Stoffwechselkrankheiten der Universität Verona durchgeführt, beginnend um 08:00 Uhr an zwei verschiedenen Tagen in zufälliger Reihenfolge und nach einem 10-12-stündigen Fasten über Nacht. Es werden zwei Stoffwechseltests durchgeführt: ein euglykämischer Insulin-Clamp und ein standardisierter Test für gemischte Mahlzeiten.

A. Euglykämische Insulinklemme. Zur Beurteilung der Insulinsensitivität wird eine standardmäßige euglykämische Insulin-Klemme durchgeführt, wie zuvor beschrieben (1). Die Probanden werden angewiesen, ihre übliche nächtliche Basalrate für schnelle Insulinanaloge zu verwenden und diese mindestens fünf Stunden vor Beginn des Tests unverändert zu lassen. Zwei Tage vor dem Test wird ein CGM-Gerät eingesetzt und zu vorher festgelegten Tageszeiten mit dem Kapillarblutzucker (gemessen mit einem Glukometer) kalibriert. Die Humaninsulinkonzentration wird durch eine i.v.-Injektion erhöht. prime (0,8 U/m^2 BSA) und konstant gehalten durch eine i.v. Infusion (40 mU/min·m^2 BSA). Der Plasmaglukosespiegel kann so lange sinken, bis er den physiologischen Bereich erreicht (d. h. < 5,6 mmol/L), danach wird der Wert durch entsprechende Änderung einer intravenösen Infusion von 20 % Dextrose für mindestens 60 Minuten auf 5,0 mmol/L begrenzt. Der Glukosespiegel wird am Krankenbett mit einem YSI-Glukoseanalysator gemessen. In bestimmten Zeitabständen werden Blutproben entnommen, um Plasmainsulin (sowohl schnelles Analogon als auch Humaninsulin), freie Fettsäuren und Glucagon zu messen. Während der gesamten Insulinklemme wird eine kontinuierliche Glukoseüberwachung (interstitielle Glukose) durchgeführt.

B. Gemischter Mahlzeitentest. Dieser Test wird durchgeführt, um die Pathophysiologie der Glukosekontrolle während einer standardisierten physiologischen Herausforderung zu beurteilen. Die Probanden erhalten vor der Studie mindestens eine Woche lang eine Diät ohne Mais und Rohrzucker und werden angewiesen, die übliche nächtliche Basalrate für schnelle Insulinanaloge zu verwenden, die vor Beginn des Tests mindestens fünf Stunden lang unverändert bleibt . Während des gesamten Tests muss ein CGM-Gerät vorhanden sein und ordnungsgemäß funktionieren. Alle Teilnehmer nehmen eine standardisierte gemischte Mahlzeit (292 Kcal, 38,9 g Kohlenhydrate, 8,9 g Fette und 14 g Proteine) in Form von Maispolenta plus gewürztem italienischem Parmesankäse zu sich und werden danach 300 Minuten lang überwacht. Unmittelbar vor der Mahlzeit wird ein s.c. Je nach individuellem Insulin-Kohlenhydrat-Verhältnis und Korrekturdosis wird von der Pumpe ein schneller Insulinanalogon-Bolus verabreicht. Das 13C/12C-Verhältnis von Maze-Stärke unterscheidet sich von anderen Kohlenhydratquellen und ermöglicht den Nachweis von aus Polenta gewonnener Glukose im Blutkreislauf. Die Plasmaglukose-, freie Fettsäure-, Aminosäure-, Insulin-, Glucagon- und Inkretinhormonkonzentrationen werden zu Studienbeginn und während des gesamten Tests beurteilt. Das 13C/12C-Glukoseverhältnis im Plasma während des Tests wird durch Isotopenverhältnis-Massenspektrometrie überwacht. Es werden CGM-Daten erhoben. Mit diesem Test werden die Zeitverläufe von Plasmaglukose, 13C/12C-Glukoseverhältnis (daher aus der Mahlzeit stammende und endogene Glukose), Insulin, freien Fettsäuren, Aminosäuren, Glucagon und Inkretinhormonen während einer gemischten Mahlzeit bestimmt.

In beiden Studien werden Blutproben in Eis gelegt und schnell bei 1500 g und +4 °C geschleudert. Plasma/Serum wird gesammelt und bei -80 °C gelagert. Beide Tests (Insulin-Clamp und gemischte Mahlzeit) bilden die biologische Biobank dieser Studie.

Die kombinierte Analyse der Insulin-Clamp- und Mixed-Mahlzeiten-Testdaten wird es ermöglichen, ein umfassendes Modell des Glukose-Insulin-Systems während eines Mixed-Mahlzeiten-Tests bei jedem Probanden zu erstellen, wodurch ein in silico virtueller Patient entsteht, gemäß einer in unserem Rahmen entwickelten, bewährten Methodik Labor. Die Sammlung virtueller Patienten mit Typ-1-Diabetes, die sich einem Test mit gemischten Mahlzeiten unterziehen, wird die aus dieser Studie abgeleitete In-silico-Biobank bilden. Virtuelle Patienten werden für die Durchführung einer Metabolic Control Analysis (MCA) verwendet, d. usw.) des Systems bei der Bestimmung der Glukosekonzentration zu jedem Zeitpunkt während der gemischten Mahlzeit bei Patienten mit Typ-1-Diabetes, in enger Parallelität zu der zuvor von uns durchgeführten Analyse bei Patienten mit Typ-2-Diabetes, die sich einem intravenösen Glukosetoleranztest unterzogen (2 ). Darüber hinaus wird die Inkretinhormon-, Glucagon- und Substratreaktion auf eine gemischte Mahlzeit quantifiziert, was die mutmaßliche Identifizierung weiterer Modifikatoren des Glucose-Insulin-Systems (einer für alle: Glucagon) ermöglicht. Diese Datenbank wird bei der Entwicklung eines Kontrollalgorithmus von entscheidender Bedeutung sein, der eine normale Glukoseregulierung während einer gemischten Mahlzeit bei Patienten mit Typ-1-Diabetes mit CGM unter Insulinpumpentherapie gewährleisten kann.