Multivariable künstliche Bauchspeicheldrüse: Erkennung und Abschwächung unangekündigter körperlicher Aktivität und akuten psychischen Stresses

Die Entwicklung einer künstlichen Bauchspeicheldrüse (AP) hat im letzten Jahrzehnt erhebliche Fortschritte gemacht. Das Ziel von AP-Systemen besteht darin, ein Gerät zu entwickeln, das auf die gleiche Weise wie die eigene Bauchspeicheldrüse Insulin nach Bedarf als Reaktion auf den Blutzuckerspiegel liefert. Die erste Generation von AP-Systemen, der Hybrid-AP mit geschlossenem Regelkreis, sammelt Daten von Geräten zur kontinuierlichen Glukoseüberwachung (CGM) und stützt sich auf manuelle Benutzereingaben, um die Auswirkungen von Mahlzeiten und körperlichen Aktivitäten zu mildern. Das Ziel dieses Vorschlags besteht darin, eine funktionsfähige, funktionsintegrierte multivariable künstliche Bauchspeicheldrüse (mvAP) zu demonstrieren, die die Herausforderungen von Mahlzeiten, körperlicher Aktivität (PA) und akutem psychischen Stress (APS) ohne manuelle Eingaben bewältigt, um den Glukosespiegel von Menschen mit Diabetes besser zu regulieren . Akuter psychischer Stress und viele andere Formen von PA neben geplantem Training können den Blutzuckerspiegel beeinflussen und bei Menschen mit Typ-1-Diabetes mellitus (T1DM) zu Problemen bei der Aufrechterhaltung der Euglykämie führen. Verschiedene PA und APS beeinflussen den Stoffwechsel und die Insulinsensitivität auf unterschiedliche Weise. Daher müssen ihre Art, Intensität und Dauer sowie ihr individuelles und gleichzeitiges Vorhandensein erfasst werden, um die optimale Insulinverabreichung zu bestimmen. Der mvAP-Ansatz bietet eine gut integrierte und benutzerfreundliche Technologie mit minimaler Belastung für den Benutzer und mildert die Auswirkungen unerwarteter PA- und APS-Anreize. Das Ziel dieses Vorschlags besteht darin, einen funktionsfähigen, funktionsintegrierten mvAP zu demonstrieren, der Mahlzeiten-, PA- und APS-Herausforderungen ohne manuelle Eingaben bewältigt, um den Glukosespiegel von Menschen mit T1DM besser zu regulieren. Unsere Hypothese ist, dass ein multivariabler AP der neuen Generation, der die Erkennung und Bestimmung der Eigenschaften von PA und APS in Echtzeit und die Abschwächung ihrer Auswirkungen durch automatische Steuerung umfasst, bei der Verbesserung der Glukosekontrolle bei Menschen mit T1DM wirksamer sein wird. Darüber hinaus wird diese Technologie im Vergleich zu APs, die ausschließlich auf CGM-Daten basieren, sicherer sein, indem sie die Anzahl und Dauer hypoglykämischer und hyperglykämischer Ereignisse reduziert. Solche mvAP-Systeme können nur mithilfe eines ausgefeilten multivariablen Ansatzes entwickelt werden, der Echtzeitinformationen von CGMs und physiologische Variablen nutzt, die von tragbaren Geräten erhalten werden, die im freien Alltag getragen werden. Es wird vorgeschlagen, auf diesem Rahmen eine vollautomatische mvAP-Technologie aufzubauen, die Essens-, PA- und APS-Herausforderungen, einschließlich unerwarteter und ungeplanter Ereignisse, mindert. Die spezifischen Ziele der vorgeschlagenen Forschung sind: Ziel 1. Entwicklung der mvAP-Algorithmen und -Module, die verschiedene Arten körperlicher Aktivitäten, akute psychische Stressepisoden, deren gleichzeitiges Vorhandensein und ihre Eigenschaften in Echtzeit identifizieren. Ziel 2a: Durchführung von Open-Loop-Studien in der Klinik und im freien Leben, um die Arten und Intensitäten von PA- und APS-Anreizen zu erweitern und unsere Datenbank mit Daten zu bereichern, die während Aktivitäten des täglichen Lebens (allein oder in Verbindung mit APS) gesammelt wurden, einschließlich ungeplanter spontaner Aktivitäten PA- und APS-Veranstaltungen. Ziel 2b: Erweiterung unseres multivariablen Glukose-Insulin-Physiologischen-Variablen-Simulators (mGIPsim) für In-silico-Studien des mvAP zur Simulation von APS-Anreizen und deren Auswirkungen auf den Glukosespiegel und die physiologischen Variablenausgaben des Simulators. Ziel 3: Durchführung klinischer Experimente mit dem mvAP der zweiten Generation in klinischen Umgebungen und im freien Leben, um die Leistung unseres vollautomatischen mvAP im Closed-Loop-Betrieb zu bewerten. Zu diesem Zeitpunkt liegt die IRB-Genehmigung für die Ziele 1, 2a und 2b vor. Ziel 3 wird zu einem späteren Zeitpunkt umgesetzt. Die klinischen Studien finden am University of Illinois at Chicago (UIC)-College of Nursing und bei den Probanden zu Hause statt. Das Protokoll umfasst 1 Screening-Besuch und 5 Sitzungen im Labor. Die Probanden tragen während der gesamten Studie ein CGM sowie Empatica- und Actigraph-Armbänder. Zu den Hauptaktivitäten bei jedem Treffen gehören: (1) Screening; (2) Schätzung der maximalen Trainingskapazität anhand submaximaler Trainingstests (Fahrrad und Laufband); (3) Schätzung der Maximalkraft aus submaximalen Krafttests; (4) submaximale Anfälle von Aerobic- und Widerstandsübungen; (5) Verwendung des sozial evaluierten Kältedrucktests; (6) Fahrsimulation; (7) Krafttraining und Aktivitäten des täglichen Lebens mit und ohne Stress (z. B. Kopfrechnen, Videospiele); (8) Verwendung von GoPro/Dashcam während der Fahrt (falls zutreffend) und Fragebögen. Diese Aktivitäten werden je nach Bedarf in Besuch 3, 4 und 5 einbezogen. Darüber hinaus führen die Probanden zu Hause Aktivitäten durch, darunter: Haushaltsarbeiten, Ergometer (falls verfügbar); Laufband (falls vorhanden); gehen; und leichte Gewichte (falls verfügbar) und ein Schlafmonitor (Z-Machine Insight+). In diesen Zeiten ruft der wissenschaftliche Mitarbeiter den Probanden regelmäßig an und bittet ihn, während der Durchführung der Aktivität stressauslösende Aktivitäten auszuführen. Zu den stressauslösenden Aktivitäten gehören mentale Herausforderungen, wie beispielsweise eine mathematische Berechnung während der Ausführung der Aktivität. Die Probanden werden während der Studie 3-5 Mal zu Hause angerufen. Der vollautomatische Algorithmus wird in einer häuslichen Umgebung getestet. Sobald die Methodik verfeinert ist, wird die Genehmigung des Institutional Review Board (IRB) für Ziel 3 eingeholt.