Prueba de comidas mixtas en diabetes tipo 1 con terapia con bomba de insulina: optimización del páncreas artificial

ANTECEDENTES: Idealmente, el tratamiento óptimo de la DM1 debería lograr una glucosa casi normal sin hipoglucemias y una calidad de vida preservada. En el ámbito clínico, incluso la estrategia más compleja actualmente disponible, es decir, la terapia con bomba de insulina aumentada con sensor de glucosa, en la que los pacientes usan una bomba para la administración de insulina subcutánea (CSII) y un sensor de glucosa subcutáneo para el control continuo de la glucosa (MCG), no satisfacer plenamente las necesidades de los pacientes. Los algoritmos de páncreas artificial (AP) o control de circuito cerrado integrado (CLC) -que tienen en cuenta las lecturas de CGM y los efectos de las infusiones de insulina anteriores para calcular continuamente la cantidad de dosis de insulina a administrar- tienen como objetivo minimizar, en tiempo real, la variabilidad de la glucosa y prevenir las excursiones extremas de glucosa. Varios grupos de investigación han estado trabajando brillantemente durante años para desarrollar un AP portátil para liberar parcial o totalmente al paciente (y/o al cuidador) de la carga del control de bucle abierto. Sin embargo, todavía falta un perfecto control de la glucosa, especialmente en las excursiones glucémicas posteriores a las comidas. Se pueden obtener más conocimientos mediante estudios de las respuestas de sustratos/hormonas a las comidas en pacientes con DM1 en CSII aumentado con sensor, posiblemente en comparación con el estándar de oro de la fisiología normal, con especial atención al papel relativo desempeñado por una serie de factores de la glucosa- sistema de bomba de insulina en el control de los niveles de glucosa.

El análisis de control metabólico (MCA) es un marco teórico que tiene como objetivo describir cuantitativamente los sistemas metabólicos y medir la distribución del control. MCA cuantifica el papel de cada componente de un sistema (p. ej.: tasa de absorción del análogo rápido de insulina, absorción de carbohidratos a través del intestino, etc.) en el control de una variable de interés, más notablemente flujos o concentraciones, del sistema mismo, mediante el cálculo el coeficiente de escala de los controles (CC). Los CC suelen oscilar entre -1 y +1, y cuanto mayor sea su valor absoluto, más fuerte será el control. La aplicación de MCA a pacientes con DM1 en CGM/CSII podría cuantificar el papel individual que desempeña cada componente del sistema y podría ayudar a comprender y potencialmente superar los obstáculos para lograr un control estable y estricto de la glucosa y desarrollar aún más los algoritmos de CLC para un manejo óptimo de la enfermedad.

OBJETIVO: Investigar las características y determinantes del sistema de bomba de glucosa-insulina en pacientes con DM1 con CGM con especial énfasis en el nivel del sistema (es decir, CC de glucosa). Realizaremos pruebas de tolerancia a comidas mixtas únicas, así como estudios de 24 horas en pacientes con DM1 y en controles sanos. Aplicaremos herramientas de modelado matemático desarrolladas por nosotros y crearemos pacientes virtuales y controles virtuales a partir de esta base de datos para obtener más información sobre las alteraciones del sistema de bomba de glucosa e insulina en los pacientes.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

• OBJETIVO 1: Delinear y comparar las características del sistema glucosa-insulina en pacientes con DM1 y en controles sanos durante desayunos de diferentes tamaños
• OBJETIVO 2: Probar la reproducibilidad del sistema de bomba de glucosa-insulina evaluado en modelo en pacientes con DM1
• OBJETIVO 3: Delinear y comparar las características del sistema glucosa-insulina en pacientes con DM1 y en controles sanos durante períodos de 24 horas

HIPÓTESIS: Nuestra hipótesis es que en pacientes con DM1 en CGM y CSII:

1. hay distorsiones en la distribución del control de la glucosa plasmática, según lo evaluado por MCA, en comparación con individuos sanos;
2. la distribución del control es diferente entre la glucosa plasmática y la glucosa derivada del CGM utilizado actualmente, que es la señal putativa que se utilizará en los algoritmos CLC de un AP portátil;
3. ambas alteraciones putativas mencionadas anteriormente deben tenerse en cuenta para desarrollar algoritmos CLC efectivos y seguros.

MÉTODOS: Esta investigación se articula en tres protocolos distintos. Todos los sujetos seguirán una dieta isocalórica, laberinto y sin azúcar de caña durante una semana antes del estudio. Todos los pacientes con T1DM estarán en CGM/CSII y serán reclutados de la población de pacientes que asisten a nuestra Clínica de Terapia con Bomba de Insulina para Pacientes Ambulatorios. Cada paciente seguirá utilizando su propio dispositivo de bomba, análogo de insulina y sensor de glucosa. Todos los estudios comenzarán a las 07:00 a. m. después de un ayuno nocturno (≥ 10 horas). Todas las muestras de sangre se recolectarán en tubos refrigerados y se centrifugarán rápidamente a 1500 g; el plasma se separará y almacenará a -80° C. De acuerdo con el uso previsto del plasma, los tubos para muestras de sangre contendrán ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) para anticoagulación ± agente antiglicolítico ± serina proteasa e inhibidores de DPP4.

-PROTOCOLO 1: Investigación del sistema glucosa-insulina durante dos pruebas de comidas mixtas en pacientes con DM1 y en controles sanos.

Se reclutarán 10 pacientes con DM1 y 10 sujetos de control emparejados por sexo e IMC de edad saludable. Los pacientes recibirán su terapia habitual con bomba de insulina y la tasa de insulinización basal se mantendrá constante desde las 02:00 a. m. hasta el final de los estudios. Todos los temas serán estudiados en 3 ocasiones separadas en intervalos de 1-2 semanas. En pacientes, el estudio 1 será una pinza de insulina euglucémica estándar de 120 min. Se recolectarán muestras de sangre cronometradas para medir los niveles de insulina en intervalos de 10'-30'. La glucosa plasmática se medirá al lado de la cama con un analizador de glucosa YSI; la glucosa subcutánea será monitoreada por CGM. En los controles, el estudio 1 será un IVGTT muestreado con frecuencia de 240 min de duración. Se recolectarán muestras de sangre cronometradas (n=27) para glucosa, péptido C e insulina. Los estudios 2 y 3 serán idénticos tanto en pacientes como en controles. Se realizarán en orden aleatorio y tendrán una duración de 360'. Después de un período de referencia de 60 min, en el tiempo 0' los sujetos ingerirán una comida de 320 kcal (estudio 2) o de 640 kcal (estudio 3). La composición de la comida (%Kcal: 53,3% carbohidratos, 28,2% lípidos, 18,5% proteínas) será polenta de maíz indio más queso parmesano. Los pacientes programarán su bomba para inyectar en el momento 0' una dosis de bolo de insulina en las comidas, calculada como de costumbre. Se recogerán muestras de sangre (n=20) a intervalos de tiempo para medir la glucosa plasmática, la relación 13C/12C-glucosa, insulina, glucagón y péptido C (este último solo en sujetos de control). En una frecuencia de tiempo más baja, también se medirán los triglicéridos, los ácidos grasos no esterificados (NEFA), el péptido-1 similar al glucagón activo (GLP1) y el péptido inhibidor gástrico total (GIP). La glucosa subcutánea será monitoreada por CGM solo en pacientes. Los datos derivados de IVGTT en los controles asumirán el papel que desempeñan los datos de pinzamiento de insulina en pacientes con DM1. Experimentos anteriores y también observaciones no publicadas en nuestro laboratorio han demostrado que se obtienen valores similares de sensibilidad a la insulina con IVGTT y pinzas de insulina en personas sanas. La otra diferencia es que, en lugar de la bomba de insulina, se utilizará un modelo mínimo de secreción de células beta, como se describió anteriormente. La disponibilidad de determinaciones de la relación 12C/13C-glucosa enriquecerá aún más este panorama, permitiendo calcular la contribución de los carbohidratos de la comida a la glucosa plasmática total y, por diferencia, la contribución de la producción endógena (principalmente del hígado) a la glucosa total. Este enriquecimiento de datos dará como resultado un mayor desarrollo del modelo en el paso 3 (tanto en controles como en pacientes) y permitirá dividir la acción total de la insulina en sus dos componentes, el que actúa sobre la producción de glucosa endógena y el que actúa sobre la utilización de glucosa. El primero será relevante para interpretar el glucagón y, posiblemente, también los datos de GLP1 activo.

Con esta estrategia, es posible calcular todos los CC relevantes de G(t), tanto para valores de plasma como de CGM. Los resultados fenotípicos se superponen en tres niveles de complejidad ascendente:

1. Mediciones sin modelo: sustrato de la comida y niveles hormonales, con especial atención al glucagón y al GLP1 activo por su acción sobre la producción de glucosa en el hígado y al GIP total, como regulador del metabolismo de las células grasas;
2. Estimaciones derivadas de modelos de rasgos individuales del sistema de glucosa/insulina: incluyen, entre otros, sensibilidad a la glucosa (SG), sensibilidad a la insulina (SI), tiempo de tránsito de carbohidratos para llegar a la circulación sistémica, tiempo medio de tránsito de insulina a llegar a la circulación sistémica desde el depósito subcutáneo (solo pacientes);
3. Evaluación de las propiedades del sistema de glucosa-insulina (controles) y del sistema de bomba de glucosa-insulina (T1DM) en pacientes: incluyen todos los coeficientes de control de glucosa (también glucosa CGM en pacientes).

PROTOCOLO 2: Reproducibilidad de la evaluación del sistema glucosa-insulina durante una prueba de una sola comida mixta en pacientes con DM1.

Se reclutarán 10 pacientes con DM1 en terapia con bomba de insulina y monitorización continua de glucosa (MCG) subcutánea. El protocolo del estudio es idéntico al protocolo 1 con las siguientes excepciones: 1. en 5 pacientes con DMT1, el estudio 2 y el estudio 3 serán dos comidas repetidas de 320 kcal; 2. en 5 pacientes con DMT1, el estudio 2 y el estudio 3 serán dos comidas repetidas de 640 kcal. Los resultados fenotípicos se superpondrán como en el protocolo 1 para el análisis de reproducibilidad.

-PROTOCOLO 3: El sistema glucosa-insulina durante un periodo de 24 horas en pacientes con DM1 y en controles.

Se reclutarán 10 pacientes con DM1 y 10 sujetos de control emparejados por sexo e IMC de edad saludable. Todos los temas se estudiarán en 2 ocasiones separadas en intervalos de 1-2 semanas. Tanto en pacientes como en controles, el estudio 1 será idéntico al protocolo 1 (es decir, una pinza de insulina y un IVGTT, respectivamente). En el estudio 2, todos los sujetos serán admitidos en el Centro de Investigación Clínica (CRC) en la mañana del estudio (07:00 a. m.) y permanecerán allí durante toda su duración (24 horas). Los sujetos podrán moverse libremente dentro del CRC, pero no realizarán ningún ejercicio físico. Los pacientes continuarán con su terapia de insulina habitual, incluido el cálculo de la dosis de insulina en las comidas y la inyección, durante todo el estudio. A las 08:00, 13:00 y 19:00 los sujetos ingerirán tres comidas mixtas (200 kcal/m-2 de Área de Superficie Corporal (BSA), 400 kcal/m-2 BSA y 400 kcal/m-2 BSA, respectivamente; composición de la dieta: 54% carbohidratos, 28% lípidos, 18% proteínas). En 6 pacientes y en 6 controles, la comida de las 13:00 será polenta de maíz indio más queso parmesano italiano DOP sazonado. En los otros 6 pacientes y 6 controles, la comida de las 19:00 será polenta de maíz indio más queso parmesano italiano DOP sazonado. Se recolectarán muestras de sangre cronometradas (n=62). La glucosa plasmática, la insulina, el glucagón y el péptido C (este último solo en sujetos de control) se medirán en todos los puntos de tiempo. En una frecuencia de tiempo más baja, también se medirán los triglicéridos, los ácidos grasos no esterificados (NEFA), los aminoácidos, el GLP1 activo y el GIP total. En aquellos sujetos que ingieran la comida de polenta a las 13:00 horas, la relación 13C/12C-glucosa se medirá desde las 12:00 hasta las 24:00 horas. En aquellos sujetos que ingieran la comida de polenta a las 19:00, la relación 13C/12C-glucosa se medirá desde las 18:00 hasta las 07:00 de la mañana siguiente. La glucosa subcutánea será monitoreada por CGM solo en pacientes. La comida de polenta se usará solo en una comida por día para evitar la pérdida de interpretabilidad de los datos de la relación 13C/12C-glucosa, debido a la recirculación/reciclado de carbono de glucosa en curso a través del glucógeno/gluconeogénesis. El comportamiento del sistema glucosa/insulina a la hora del desayuno ya se explora en el Protocolo 1. Los resultados se superpondrán y analizarán como se describe en el Protocolo 1.

EXPECTATIVAS: El análisis combinado de los datos de pinzamiento de insulina y prueba de comidas mixtas (MMT) permitirá construir un modelo completo del sistema de glucosa e insulina durante un MMT en cada sujeto, que funcionará como un paciente virtual in silico, de acuerdo con un pozo metodología establecida desarrollada en nuestro laboratorio. La colección de pacientes virtuales con diabetes tipo 1 sometidos a un MMT formará el biobanco in silico derivado de este estudio. Los pacientes virtuales se utilizarán para realizar MCA para calcular CC. Además, se cuantificará la respuesta de la hormona incretina, el glucagón y el sustrato a una comida mixta, lo que permitirá la identificación putativa de otros modificadores del sistema glucosa-insulina. Esta base de datos será fundamental para diseñar un algoritmo de control capaz de garantizar una regulación normal de la glucosa durante una comida mixta en pacientes con diabetes tipo 1 con CGM en terapia con bomba de insulina.