Harjoituksen aiheuttamat glykeemiset vaihtelut ja suljetun silmukan hybridijärjestelmät (SAFE-T1D)

Ihmiset, joilla on tyypin 1 diabetes mellitus (T1DM), ovat jatkuvasti vaarassa saada hypoglykemia, joka on yksi tärkeimmistä esteistä optimaalisen sokeritasapainon saavuttamiselle.

Fyysiselle aktiivisuudelle (PA) T1DM:ssä on ominaista epätasapaino maksan glukoosituotannon ja glukoosin lihakseen poistumisen välillä, lisääntynyt insuliiniherkkyys ja heikentynyt hormonaalinen vastasäätelyvaste. Siten PA voi lisätä hypoglykemian riskiä T1DM: ssä. Hypoglykemiaa voi esiintyä harjoittelun aikana sekä toipumisen aikana, ja hypoglykemian pelko johtaa usein joko harjoituksen välttämiseen tai liialliseen hoitokäyttäytymiseen, mikä puolestaan ​​​​heikentää aineenvaihduntaa ja lisää kardiometabolista riskiä.

Glukoosin homeostaasin monimutkaisuus ja riittämätön teknologiataso estävät tiukan verensokerin (BG) säätelyn. Suljetun silmukan keinotekoiset haimatutkimukset ovat osoittaneet hypoglykemiariskin vähenemisen ja ajan pidentymisen (70-180 mg/dl) T1DM-potilailla. Vaikka nämä järjestelmät toimivat melko hyvin yön yli tapahtuvassa hypoglykemiassa, matalan verensokerin estäminen harjoituksen aikana ja välittömästi sen jälkeen on edelleen ongelma, koska insuliiniherkkyyden dramaattinen lisääntyminen ja ihonalaisen insuliinin alkamisen viivästyminen yhdistyvät. PA:n insuliiniannostuksesta ilmoittaminen voi vähentää tätä riskiä. Glykeeminen vaste harjoitteluun vaihtelee harjoituksen tyypin mukaan (aerobinen tai vastustuskyky), mutta myös harjoituksen intensiteetin ja keston mukaan. Useimmat olemassa olevat hybridisuljetun silmukan (HCL) järjestelmät käyttävät Dexcom G6 -glukoosianturia, joka on osoittanut hyvää tarkkuutta aerobisessa, vastus- ja korkean intensiteetin intervalliharjoittelussa (HIIT).

Nykyiset HCL-järjestelmät tarjoavat mahdollisuuden ilmoittaa harjoituksista järjestelmään ja tämä tieto otetaan huomioon insuliinin annoslaskelmassa. Tämän seurauksena järjestelmä asettaa korkeamman glykeemisen tavoitteen, lisää insuliiniherkkyystekijää ja/tai välttää korjausbolukset harjoituksen aikana. Nämä järjestelmät toimivat hyvin hypoglykemian estämisessä, mutta usein seuraa kompensoiva hyperglykemia, joka johtuu suuremmasta hiilihydraattien saannista ja alhaisemmasta insuliinin annostelusta. Yksi suurimmista ongelmista olemassa olevissa HCL-järjestelmissä on se, että harjoittelua pidetään binomiaalina kokonaisuutena, joko läsnä tai poissa, eikä tekijöitä, kuten intensiteettiä, kestoa tai harjoituksen tyyppiä, oteta huomioon. Nämä harjoitusmuuttujat voivat kuitenkin edistää täysin erilaisia ​​​​glykeemisiä vasteita harjoitteluun. Edelleenkään nämä järjestelmät eivät ota huomioon harjoituksen viivästynyttä vaikutusta eli ns. aktiivisuus on-board (AOB), joka on kvantitatiivinen esitys aiemmin suoritetusta PA:sta, joka edelleen vaikuttaa VS-tasoihin ja joka on vastuussa harjoituksen jälkeinen hypoglykemia, joskus useita tunteja harjoituksen jälkeen. Nykyisiä suosituksia VS-tason hallitsemisesta harjoituksessa ei ole vielä täysin testattu suljetun kierron järjestelmässä.

Tämän tutkimuksen tavoitteena on kehittää uusi ja parannettu algoritmi, joka käyttää tietoa harjoituksen/fyysisen aktiivisuuden muuttujista ennustaakseen glykeemisiä vaihteluita ja moduloimalla insuliinihoitoa sen mukaisesti hypo- ja hyperglykemian välttämiseksi ja glykeemisen tason ylläpitämiseksi halutulla alueella. Tämä tärkeä tavoite on saavutettava monivaiheisesti. Ensimmäinen vaihe on tietojen kerääminen. Harjoitusta/fyysistä aktiivisuutta koskevia tietoja kerätään kahdessa eri ympäristössä. Ensinnäkin eri harjoitusten kautta kerätään sykemittarista, voimaharjoittelulaitteista saatua harjoitukseen liittyvää dataa. Toiseksi, spontaaniin fyysiseen toimintaan/istumiskäyttäytymiseen liittyvät tiedot kokeellisen ympäristön ulkopuolella kerätään liikeseurantalaitteiden avulla. Tiedot glykeemisistä vaihteluista, jotka on johdettu CGM:istä, ja tiedot insuliinipumpuista ja ruokapäiväkirjoista insuliinin ja hiilihydraattien saannista. Harjoituskokeellisissa istunnoissa tutkijat pystyvät arvioimaan hybridi-suljetun silmukan järjestelmien tehokkuutta glukoositason pitämisessä alueella (70-180 mg/dl) sekä hypo- ja hyperglykemian ehkäisyssä eripituisten harjoitusten aikana ja sen jälkeen. , intensiteetit ja tyypit. Toisessa vaiheessa tutkitaan sekä kokeellisista harjoituksista että PA-seurannasta saatujen liikuntamuuttujien välisiä suhteita kokeellisten istuntojen ulkopuolella sekä glykeemisiä, insuliini- ja hiilihydraattivaihteluita fyysiseen aktiivisuuteen.

Kolmas ja viimeinen vaihe sisältää lisätietojen analysoinnin, testauksen, mallintamisen ja in-silico-simulaatiot, jotta voidaan arvioida PA-tietoisen insuliinin annostelun uuden päätöksenteon tukijärjestelmän suorituskyky verrattuna tavalliseen insuliiniannostukseen.

Tutkimuksen suunnittelu Osallistujat Viisikymmentä miestä ja naista, joilla on T1DM, osallistuu tutkimukseen. Alustava testaus Tietoisen suostumuksen allekirjoittamisen yhteydessä kerätään osallistujien perustiedot. Sitten alustavat testit suoritetaan Rooman Foro Italicon yliopiston harjoitusfysiologian laboratoriossa. Sydän-keuhkojen hapenkulutuksen huippu (VO2peak) arvioidaan käyttämällä asteittaista sykliergometriä (Lode, Groningen, Alankomaat) harjoitustestiä tahdonvoimaiseen uupumukseen. Testin aikana saavutettua maksimitehoa (Wmax) käytetään harjoitusmääräysten standardointiin.

1-RM-testi suoritetaan dynaamisen maksimaalisen lihasvoiman arvioimiseksi. Testi suoritetaan ennen satunnaistamista alavartalon työntöliikkeille ja ylävartalon työntö- ja vetoliikkeille jalkapuristimella, rintapunnistelulla ja matalalla rivillä Biostrength® -linjakoneilla (Technogym S.p.A., Cesena, Italia). 1-RM-arviointi on hyödyllinen yksilöiden kuormituksen määrittämisessä harjoitusohjelman aikana. Testin aikana liikkeen nopeus rekisteröidään lihasten huipputehon analysointia varten. Ennen kuin heidät määrätään harjoituskokeisiin, osallistujia pyydetään pitämään GENEActiv-aktiivisuusmittaria ranteessa seitsemänä peräkkäisenä päivänä vapaa-ajan olosuhteissa. GENEActiv-laitteet ovat rannelaitteita, joita käytetään vapaa-ajan toiminnan arvioimiseen. Nämä Exercise Physiology Labin toimittamat laitteet tarjoavat raakadataa fyysiselle aktiivisuudelle, istumiskäyttäytymiselle ja unen analysoinnille sekä liike-, valo- ja lämpötilatietojen tallentamiseen. Osallistujille tarjotaan standardoitu ruokavalio koko tutkimuksen ajan, ja heitä pyydetään pitämään ruokapäiväkirjaa niinä seitsemänä päivänä, jolloin he käyttävät kiihtyvyysanturia, 24 tuntia ennen harjoituskokeita ja harjoituskokeiden päivinä.

Harjoituskokeet Potilaat käyvät läpi neljä erilaista harjoituskoetta: kohtalaisen intensiteetin aerobinen harjoitus (MIE), korkean intensiteetin intervalliharjoittelu (HIIE), vastusharjoittelu (RE) sekä yhdistetty aerobinen ja vastusharjoittelu (COMB). Samat harjoituskokeet suoritetaan kahdessa eri tilanteessa: Insuliinipumpun harjoitustila on "päällä" tai harjoitustila on "pois päältä". Potilaat käyttävät myös kiihtyvyysanturia ja sykemittaria koepäivinä. Neljän harjoituksen kesto on sama 50 minuuttia jaettuna 5 minuuttiin lämmittelyyn, 40 minuuttiin työskentelyyn ja 5 minuuttiin jäähdyttelyyn. 40 minuutin työaika vaihtelee kokeiden välillä seuraavasti.

Kohtalaisen intensiteetin harjoittelu koostuu jatkuvasta harjoittelusta pyöräergometrillä 40 % Wmax.

Korkean intensiteetin intervalliharjoittelu koostuu kolmesta 10 minuutin intervalliharjoittelusta 1:1 työ:lepo-suhteella (5 x 1 min intervallit 90 % Wmax ja yhden minuutin palautuminen 25 % Wmax intervalleilla) välissä 3 minuuttia. palautumisesta 25 % Wmax.

Vastusharjoitus koostuu 8 harjoitusryhmästä, jotka toistetaan 3 sarjassa, joissa kussakin on 12 toistoa 70 %:lla 1-RM:stä. Kaikki harjoitukset suoritetaan samoilla koneilla, joita käytettiin voimanarviointiin alustavien testausten aikana (Biostrength®-linjakoneet, Technogym S.p.A., Cesena, Italia), mikä mahdollistaa vastusharjoituksen tarkan yksilöinnin, harjoitusten kirjaamisen ja tarkan toistettavuuden seuraavassa harjoituskokeessa. jokaiselle potilaalle.

Yhdistetty harjoitus koostuu 20 minuutin kohtalaisen intensiivisestä harjoituksesta 40 % Wmax pyöräergometrillä ja sen jälkeen 20 minuutin vastusharjoittelusta, joka koostuu neljän harjoitusryhmän kiertoharjoittelusta, jotka toistetaan 3 sarjassa, joissa kussakin on 12 toistoa 70 % 1:stä. -RM.

Kokeellinen suunnittelu Osallistujille jaetaan kahdeksan harjoituskoetta (MIE-ON, HIIT-ON, RE-ON, COMB-ON, MIE-OFF, HIIT-OFF, RE-OFF, COMB-OFF) satunnaisessa järjestyksessä. Satunnaistaminen tehdään tietokoneella luodun sekvenssin avulla. Jokaisen harjoituskerran välillä on vähintään 7 päivää.

Osallistujia pyydetään pidättäytymään rasittavasta harjoituksesta 48 tuntia ennen harjoituskoetta. Harjoituskokeita edeltävänä päivänä osallistujia pyydetään noudattamaan normaalia ruokavaliota ja pitämään ruokameijeriä.

Tutkimusaamuna potilaat saapuvat laboratorioon klo 9.00, 2 tuntia tavallisen aamiaisen jälkeen, joka eteni osallistujien boluslaskurin laskemalla insuliiniboluksella. Kun potilaita on kohdistettu johonkin "ON"-harjoituskokeeseen, heitä pyydetään aktivoimaan harjoitustila (väliaikainen korkeampi tavoite) 2 tuntia ennen odotettua harjoituskoetta harjoituskokeen loppuun. Kun potilaat kohdistetaan johonkin "OFF"-harjoituskokeeseen, potilaat aloittavat harjoituskokeen ilmoittamatta harjoituksesta pumpulle. Syke, havaitun rasituksen nopeus (RPE), teho, kulmanopeus, toistojen määrä ja harjoituskuormitus tallennetaan kaikki harjoitusten aikana. CGM-tiedot, hiilihydraattien saanti ja insuliinin annostelutiedot tallennetaan seuraavan 24 tunnin ajan.