Belastungsinduzierte glykämische Schwankungen und hybride Closed-Loop-Systeme (SAFE-T1D)

Menschen mit Typ-1-Diabetes mellitus (T1DM) sind ständig dem Risiko einer Hypoglykämie ausgesetzt, die eines der Haupthindernisse für eine optimale Blutzuckerkontrolle darstellt.

Körperliche Aktivität (PA) bei T1DM ist gekennzeichnet durch ein Ungleichgewicht zwischen hepatischer Glukoseproduktion und Glukoseabgabe in den Muskel, erhöhte Insulinsensitivität und beeinträchtigte gegenregulatorische hormonelle Reaktion. Somit könnte PA das Risiko einer Hypoglykämie bei T1DM erhöhen. Hypoglykämie kann sowohl während des Trainings als auch während der Genesung auftreten, und die Angst vor Hypoglykämie führt häufig entweder zur Vermeidung von Übungen oder zu einem überkompensatorischen Behandlungsverhalten, was wiederum zu einer verschlechterten Stoffwechselkontrolle und einem erhöhten kardiometabolischen Risiko führt.

Die Komplexität der Glukose-Homöostase und ein unzureichendes technologisches Niveau verhindern eine strenge Regulierung des Blutzuckers (BZ). Closed-Loop-Studien zur künstlichen Bauchspeicheldrüse haben bei T1DM-Patienten eine Verringerung des Risikos einer Hypoglykämie und eine Verlängerung des Zeitbereichs (70–180 mg/dl) gezeigt. Obwohl diese Systeme bei nächtlicher Hypoglykämie ziemlich gut funktionieren, bleibt die Verhinderung eines niedrigen BZ während und unmittelbar nach dem Training aufgrund der Kombination einer dramatischen Erhöhung der Insulinsensitivität mit dem verzögerten Einsetzen von subkutanem Insulin ein Problem. Die Information über die Insulindosierung von PA könnte dieses Risiko verringern. Die glykämische Reaktion auf das Training variiert je nach Art des Trainings (aerob oder Widerstand), aber auch basierend auf der Intensität und Dauer des Trainings. Die meisten vorhandenen Hybrid-Closed-Loop-Systeme (HCL) verwenden den Dexcom G6-Glukosesensor, der eine gute Genauigkeit bei Aerobic-, Widerstands- und hochintensiven Intervalltrainings (HIIT)-Übungen gezeigt hat.

Aktuelle HCL-Systeme bieten die Möglichkeit, dem System körperliche Aktivität mitzuteilen, und diese Information wird bei der Berechnung der Insulindosis berücksichtigt. Infolgedessen legt das System ein höheres glykämisches Ziel fest, erhöht den Insulinsensitivitätsfaktor und/oder vermeidet Korrekturboli während des Trainings. Diese Systeme funktionieren gut beim Verhindern von Hypoglykämie, jedoch folgt häufig eine kompensatorische Hyperglykämie aufgrund einer höheren Kohlenhydrataufnahme und einer geringeren Insulinabgabe. Eines der Hauptprobleme bei bestehenden HCL-Systemen besteht darin, dass Bewegung als binomiale Einheit betrachtet wird, entweder vorhanden oder nicht, und Faktoren wie Intensität, Dauer oder Art der Übung nicht berücksichtigt werden. Diese Trainingsvariablen können jedoch dazu beitragen, völlig unterschiedliche glykämische Reaktionen auf das Training hervorzurufen. Darüber hinaus berücksichtigen diese Systeme nicht den verzögerten Effekt des Trainings, d. h. die sogenannte Activity-on-Board (AOB), eine quantitative Darstellung der zuvor durchgeführten PA, die immer noch die BZ-Werte beeinflusst und für die sie verantwortlich ist die Hypoglykämie nach dem Training, manchmal mehrere Stunden nach einer Trainingseinheit. Aktuelle Empfehlungen zur Steuerung der BZ-Werte bei körperlicher Betätigung wurden noch nicht vollständig im Kontext eines geschlossenen Regelkreises getestet.

Die vorliegende Studie zielt darauf ab, einen neuen und verbesserten Algorithmus zu entwickeln, der Informationen über Bewegungs-/körperliche Aktivitätsvariablen verwendet, um glykämische Schwankungen vorherzusagen und die Insulintherapie entsprechend zu modulieren, um Hypo- und Hyperglykämie zu vermeiden und glykämische Werte im gewünschten Bereich zu halten. Dieses große Ziel soll in mehreren Schritten erreicht werden. Der erste Schritt besteht in der Datenerhebung. Daten in Bezug auf Bewegung/körperliche Aktivität werden in zwei verschiedenen Umgebungen erhoben. Zunächst werden durch die verschiedenen Trainingseinheiten übungsbezogene Daten von Herzfrequenzmessern und Krafttrainingsgeräten gesammelt. Zweitens werden Daten in Bezug auf spontane körperliche Aktivität/sitzendes Verhalten außerhalb der experimentellen Umgebung durch Bewegungstracker gesammelt. Daten zu glykämischen Schwankungen, abgeleitet von CGMs und Daten zur Insulin- und Kohlenhydrataufnahme aus Insulinpumpen und Ernährungstagebüchern. Durch die Übungsexperimente werden die Forscher in der Lage sein, die Wirksamkeit von Hybridsystemen mit geschlossenem Regelkreis bei der Aufrechterhaltung von Glukosespiegeln im Bereich (70–180 mg/dl) und bei der Verhinderung von Hypo- und Hyperglykämie während und nach unterschiedlich langem Training zu bewerten , Intensitäten und Typen. In einem zweiten Schritt werden die Beziehungen zwischen Übungsvariablen, die sowohl aus experimentellen Sitzungen als auch aus der PA-Überwachung außerhalb der experimentellen Sitzungen abgeleitet wurden, und glykämischen, Insulin- und Kohlenhydratvariationen mit körperlicher Aktivität untersucht.

Der dritte und letzte Schritt wird weitere Datenanalysen, Tests, Modellierungen und In-silico-Simulationen umfassen, um die Leistung eines neuen Entscheidungsunterstützungssystems für die PA-basierte Insulindosierung im Vergleich zur Standard-Insulindosierung abzuschätzen.

Studiendesign Teilnehmer Fünfzig Männer und Frauen mit T1DM werden an der Studie teilnehmen. Vorläufige Tests Nach Unterzeichnung der Einverständniserklärung werden die Ausgangsdaten der Teilnehmer erhoben. Anschließend finden im Übungsphysiologielabor der Universität Rom Foro Italico Vorversuche statt. Der maximale kardiopulmonale Sauerstoffverbrauch (VO2peak) wird mit einem abgestuften Fahrradergometer (Lode, Groningen, Niederlande) Belastungstest bis zur willentlichen Erschöpfung bewertet. Die während des Tests erreichte maximale Leistungsabgabe (Wmax) wird zur Standardisierung der Trainingsvorschrift verwendet.

Zur Ermittlung der dynamischen maximalen Muskelkraft wird der 1-RM-Test durchgeführt. Der Test wird vor der Randomisierung für Druckbewegungen des Unterkörpers und Druck- und Zugbewegungen des Oberkörpers auf der Beinpresse, Brustpresse bzw. Biostrength® Line-Maschinen mit niedriger Reihe (Technogym S.p.A., Cesena, Italien) durchgeführt. Die 1-RM-Auswertung ist nützlich für die Bestimmung der individuellen Belastung während des Trainingsprogramms. Während des Tests wird die Geschwindigkeit der Bewegung zur Analyse der Muskelspitzenleistung registriert. Bevor die Teilnehmer zu einem der Übungsversuche zugeteilt werden, werden sie gebeten, sieben aufeinanderfolgende Tage lang unter Bedingungen des freien Lebens einen GENEActiv-Aktivitätsmonitor am Handgelenk zu tragen. GENEActiv-Geräte sind am Handgelenk getragene Instrumente, die zur Bewertung freilebender Aktivitäten verwendet werden. Diese Geräte, die vom Labor für Bewegungsphysiologie bereitgestellt werden, liefern Rohdaten für körperliche Aktivität, sitzendes Verhalten und Schlafanalysen und erfassen Bewegungs-, Licht- und Temperaturdaten. Die Teilnehmer erhalten während der gesamten Dauer der Studie eine standardisierte Ernährung und werden gebeten, an den sieben Tagen, an denen sie den Beschleunigungsmesser tragen, 24 Stunden vor den Belastungsversuchen und an den Tagen der Belastungsversuche ein Ernährungstagebuch zu führen.

Belastungsversuche Die Patienten werden vier verschiedenen Belastungsversuchen unterzogen: Aerobic-Übungen mittlerer Intensität (MIE), Intervall-Übungen hoher Intensität (HIIE), Widerstandsübungen (RE) und kombinierte Aerobic- und Widerstandsübungen (COMB). Dieselben Belastungsversuche werden unter zwei verschiedenen Bedingungen durchgeführt: Belastungsmodus auf „Ein“ oder Belastungsmodus auf „Aus“ an der Insulinpumpe. An den Testtagen tragen die Patienten außerdem einen Beschleunigungsmesser und einen Herzfrequenzmesser. Die vier Trainingseinheiten haben die gleiche Dauer von 50 Minuten, unterteilt in 5 Minuten Aufwärmen, 40 Minuten Arbeit und 5 Minuten Abkühlen. Die 40-minütige Arbeit unterscheidet sich zwischen den Versuchen wie folgt.

Training mit moderater Intensität besteht aus kontinuierlichem Training auf einem Fahrradergometer bei 40 % Wmax.

Hochintensives Intervalltraining besteht aus drei 10-minütigen Intervallübungen mit einem Arbeits-/Ruheverhältnis von 1:1 (5 x 1-Minuten-Intervalle bei 90 % Wmax mit einer Minute Erholung bei 25 % Wmax zwischen den Intervallen), unterbrochen von 3 Minuten Erholung bei 25 % Wmax.

Widerstandsübungen bestehen aus einem Zirkel von 8 Übungsgruppen, die in 3 Sätzen mit jeweils 12 Wiederholungen bei 70 % des 1-RM wiederholt werden. Alle Übungen werden auf den gleichen Geräten durchgeführt, die für die Kraftbewertung während der Vortests verwendet werden (Biostrength®-Line-Geräte, Technogym S.p.A., Cesena, Italien), was eine präzise Individualisierung der Widerstandsübungen, Aufzeichnung der Sitzungen und exakte Reproduzierbarkeit beim nächsten Übungsversuch ermöglicht für jeden Patienten.

Das kombinierte Training besteht aus 20 Minuten Training mit moderater Intensität bei 40 % Wmax auf einem Fahrradergometer, gefolgt von 20 Minuten Krafttraining, bestehend aus einem Zirkeltraining mit 4 Übungsgruppen, die in 3 Sätzen mit jeweils 12 Wiederholungen bei 70 % von 1 wiederholt werden -RM.

Experimentelles Design Den Teilnehmern werden die acht Übungsversuche (MIE-ON, HIIT-ON, RE-ON, COMB-ON, MIE-OFF, HIIT-OFF, RE-OFF, COMB-OFF) in zufälliger Reihenfolge zugewiesen. Die Randomisierung erfolgt durch eine computergenerierte Sequenz. Zwischen jeder Übungseinheit liegen mindestens 7 Tage.

Die Teilnehmer werden gebeten, 48 Stunden vor dem Übungsversuch auf anstrengende Übungen zu verzichten. Am Tag vor den Übungsversuchen werden die Teilnehmer gebeten, eine Standarddiät einzuhalten und eine Lebensmittelmolkerei zu führen.

Am Morgen der Studie kommen die Patienten um 9.00 Uhr im Labor vor, 2 Stunden nach einem Standardfrühstück, dem ein vom Bolusrechner des Teilnehmers berechneter Insulinbolus vorausging. Bei Zuweisung zu einem der „ON“-Belastungsversuche werden die Patienten ab 2 Stunden vor dem erwarteten Belastungsversuch bis zum Ende des Belastungsversuchs aufgefordert, den Belastungsmodus (temporär höheres Ziel) zu aktivieren. Wenn die Patienten einem der „AUS“-Belastungsversuche zugewiesen werden, beginnen sie mit dem Belastungsversuch, ohne der Pumpe ein Training mitzuteilen. Herzfrequenz, Rate der wahrgenommenen Anstrengung (RPE), Leistungsabgabe, Winkelgeschwindigkeit, Anzahl der Wiederholungen und Trainingsbelastung werden alle während der Trainingseinheiten aufgezeichnet. CGM-Daten, Kohlenhydrataufnahme und Insulinabgabedaten werden für die folgenden 24 Stunden aufgezeichnet.