Vegyes étkezési teszt 1-es típusú cukorbetegségben inzulinpumpás terápián: A mesterséges hasnyálmirigy optimalizálása

HÁTTÉR: Ideális esetben a T1DM optimális kezelésével közel normális glükózszintet kell elérni hipoglikémiák nélkül és megőrzött életminőséget. A klinikai színtéren még a jelenleg elérhető legösszetettebb stratégia, azaz a glükózérzékelővel kiegészített inzulinpumpás terápia, amelyben a betegek mind a szubkután inzulin adagolására szolgáló pumpát (CSII), mind a folyamatos glükóz monitorozáshoz (CGM) szubkután glükózérzékelőt viselnek, nem teljes mértékben kielégíti a betegek igényeit. A mesterséges hasnyálmirigy (AP) vagy az integrált zárt hurkú szabályozó (CLC) algoritmusok – amelyek figyelembe veszik a CGM-leolvasásokat és a korábbi inzulininfúziók hatását a beadandó inzulinadag mennyiségének folyamatos kiszámításához – a glükóz változékonyságának valós idejű minimalizálását célozzák. és megakadályozza az extrém glükózkirándulásokat. Számos kutatócsoport évek óta zseniálisan dolgozik egy hordható AP kifejlesztésén, amely részlegesen vagy teljesen megszabadítja a pácienst (és/vagy a gondozót) a nyílt hurkú szabályozás terhétől. Azonban még mindig hiányzik a tökéletes glükózkontroll, különösen az étkezés utáni glikémiás kirándulások során. További betekintést nyerhet az étkezésekre adott szubsztrát/hormon válaszok vizsgálata T1DM-betegeknél szenzoros CSII-n, esetleg a normál fiziológia aranystandardjával összehasonlítva, különös tekintettel a glükóz- inzulinpumpa rendszer a glükózszint szabályozásában.

A metabolikus kontrollelemzés (MCA) egy elméleti keret, amely az anyagcsere-rendszerek kvantitatív leírására és a kontroll eloszlásának mérésére irányul. Az MCA számszerűsíti a rendszer egyes összetevőinek szerepét (pl.: a gyors inzulinanalóg felszívódási sebessége, szénhidrát felszívódás a bélrendszeren keresztül stb.) magának a rendszernek a számszerűsíthető változóinak, különösen a fluxusoknak vagy koncentrációknak a szabályozásában, számítással. a kontrollok skálázott együtthatója (CC). A CC-k jellemzően -1 és +1 között mozognak, és minél nagyobb az abszolút értékük, annál erősebb a kontroll. Az MCA alkalmazása T1DM-betegeknél CGM/CSII-n számszerűsítheti a rendszer egyes összetevőinek egyéni szerepét, és segíthet megérteni és potenciálisan leküzdeni a stabil és szoros glükózkontroll eléréséhez szükséges akadályokat, valamint továbbfejleszteni a CLC-algoritmusokat az optimális kezeléshez. a betegség.

CÉL: A glükóz-inzulin pumpa rendszer jellemzőinek és meghatározóinak vizsgálata CGM-ben szenvedő T1DM-ben szenvedő betegeknél, különös tekintettel a rendszerszintre (pl. glükóz CC-k). Egyszeri vegyes étkezési tolerancia teszteket, valamint 24 órás vizsgálatokat végzünk T1DM betegeken és egészséges kontrollokon. Az általunk kifejlesztett matematikai modellező eszközöket alkalmazzuk, és ebből az adatbázisból virtuális betegeket és virtuális kontrollokat hozunk létre, hogy további betekintést nyerjünk a betegek glükóz-inzulin pumpa rendszerének változásaiba.

KONKRÉT CÉLOK:

• 1. CÉLKITŰZÉS: A glükóz-inzulin rendszer jellemzőinek felvázolása és összehasonlítása T1DM-betegeknél és egészséges kontrolloknál a különböző méretű reggeli étkezések során
• 2. CÉL: A modellezett glükóz-inzulin pumpa rendszer reprodukálhatóságának tesztelése T1DM betegekben
• 3. CÉL: A glükóz-inzulin rendszer jellemzőinek felvázolása és összehasonlítása T1DM-betegeknél és egészséges kontrolloknál 24 órás periódusok alatt

HIPOTÉZIS: Feltételezzük, hogy a CGM és CSII T1DM betegeknél:

1. torzulások vannak a plazma glükózkontroll eloszlásában, az MCA-val értékelve, az egészséges egyénekhez képest;
2. a kontroll eloszlása ​​eltérő a plazma glükóz és a jelenleg használt CGM-ből származó glükóz között, amely a viselhető AP CLC algoritmusaiban használandó feltételezett jel;
3. Mindkét fent említett feltételezett változást figyelembe kell venni a hatékony és biztonságos CLC algoritmusok kidolgozásához.

MÓDSZEREK: Ez a kutatás három különálló protokollban tagolódik. Minden alany izokalorikus, labirintus- és nádcukormentes diétát fog tartani egy hétig a vizsgálat előtt. Minden T1DM-beteg CGM/CSII-kezelésben részesül, és a járóbeteg-inzulinpumpás terápiás klinikánkon részt vevő betegpopulációból veszik fel őket. Minden beteg továbbra is használja a saját pumpáját, inzulinanalógját és glükózérzékelőjét. Minden vizsgálat reggel 7:00-kor kezdődik egy éjszakai böjt után (≥ 10 óra). Minden vérmintát hűtött csövekbe kell gyűjteni, és azonnal 1500 g-ra centrifugálják; A plazma szétválasztása és tárolása -80°C-on történik. A plazma tervezett felhasználásának megfelelően a vérminták vételére szolgáló csövek etilén-diamin-tetraecetsavat (EDTA) tartalmaznak alvadásgátlóként±glikolitikus szer±szerin-proteázt és DPP4-gátlókat.

- 1. PROTOKOLL: A glükóz-inzulin rendszer vizsgálata két vegyes étkezési teszt során T1DM betegeknél és egészséges kontrolloknál.

10 T1DM-beteget és 10 egészséges korú, nem és BMI-vel megegyező kontrollalanyat vesznek fel. A betegek a szokásos inzulinpumpás terápiát kapják, és az alapinzulinizálás sebességét 02:00 órától a vizsgálatok végéig állandóan tartják. Minden tárgyat 3 külön alkalommal, 1-2 hetes időközönként tanulmányoznak. A betegeknél az 1. vizsgálat egy standard 120 perces euglikémiás inzulinbilincs lesz. Időzített vérmintákat gyűjtenek az inzulinszint mérésére 10-30 percenként. A plazma glükózt az ágy mellett egy YSI Glucose Analyzer méri; a szubkután glükózt CGM fogja ellenőrizni. A kontrollokban az 1. vizsgálat egy gyakran mintavételezett IVGTT, 240 perces időtartammal. Időzített vérmintákat (n=27) gyűjtünk a glükóz, a C-peptid és az inzulin tekintetében. A 2. és 3. vizsgálat azonos lesz mind a betegeknél, mind a kontrolloknál. Véletlenszerű sorrendben kerülnek végrehajtásra, és 360 percig tartanak. 60 perces kiindulási periódus után a 0' időpontban az alanyok vagy 320 kcal (2. vizsgálat), vagy 640 kcal (3. vizsgálat) étkezést fogyasztanak. Az étkezés összetétele (%Kcal: 53,3% szénhidrát, 28,2% lipid, 18,5% fehérje) indiai kukorica polenta és parmezán sajt lesz. A betegek úgy programozzák be pumpájukat, hogy a szokásos módon számítva a 0. időpontban adják be az étkezési inzulin bolus adagját. A vérmintákat (n=20) időzített időközönként gyűjtik a plazma glükóz, a 13C/12C-glükóz arány, az inzulin, a glukagon és a C-peptid (utóbbi csak a kontroll alanyoknál) mérésére. Kisebb gyakorisággal mérik a triglicerideket, a nem észterezett zsírsavakat (NEFA), az aktív glukagonszerű peptid-1-et (GLP1) és a teljes gyomor-gátló peptidet (GIP) is. A szubkután glükózt csak betegeknél fogja ellenőrizni CGM. A kontrollokban az IVGTT-ből származó adatok az inzulinbilincs-adatok szerepét töltik be T1DM-betegeknél. Korábbi kísérletek és laboratóriumunkban publikálatlan megfigyelések azt mutatták, hogy az inzulinérzékenység hasonló értékeit éri el az IVGTT és az inzulinkapcsok egészséges emberekben. A másik különbség az, hogy az inzulinpumpa helyett a béta-sejt szekréciós minimális modellt alkalmazzák, ahogy azt korábban leírtuk. A 12C/13C-glükóz arány meghatározásának elérhetősége tovább gazdagítja ezt a képet, lehetővé téve az étkezés szénhidrátjának a teljes plazma glükózhoz való hozzájárulásának kiszámítását, és ennek következtében az endogén (elsősorban a máj) termelés hozzájárulását a teljes glükózhoz. Ez az adatgazdagítás további modellfejlesztést eredményez a 3. lépésben (mind a kontrolloknál, mind a betegeknél), és lehetővé teszi a teljes inzulinhatás felosztását két komponensre, az endogén glükóztermelésre és a glükóz felhasználásra ható összetevőre. Az előbbi a glukagon és esetleg az aktív GLP1 adatok értelmezéséhez is releváns lesz.

Ezzel a stratégiával a G(t) összes releváns CC-je kiszámítható mind a plazma, mind a CGM értékekre. A fenotípusos eredmények három növekvő komplexitási szinten vannak rétegezve:

1. Modell nélküli mérések: étkezési szubsztrát- és hormonszintek, különös tekintettel a glukagonra és az aktív GLP1-re a máj glükóztermelésére gyakorolt ​​hatásuk miatt, valamint a teljes GIP-re, mint a zsírsejtek metabolizmusának szabályozójára;
2. A glükóz/inzulin rendszer egyedi jellemzőinek modellből származó becslései: többek között többek között a glükózérzékenység (SG), az inzulinérzékenység (SI), a szénhidrát tranzit ideje a szisztémás keringés eléréséig, az inzulin átlagos áthaladási ideje elérje a szisztémás keringést a szubkután depóból (csak betegek);
3. A glükóz-inzulin rendszer (kontrollok) és a glükóz-inzulin pumpás (T1DM) betegek rendszertulajdonságainak modellből származó értékelése: tartalmazzák az összes glükóz (betegeknél CGM glükóz) kontroll együtthatót.

2. PROTOKOLL: A glükóz-inzulin rendszer értékelésének reprodukálhatósága egyetlen vegyes étkezési teszt során T1DM betegeknél.

10 inzulinpumpás terápiában és szubkután folyamatos glükózmonitorozáson (CGM) részesülő T1DM-beteget vesznek fel. A vizsgálati protokoll megegyezik az 1. protokollal, a következő kivételekkel: 1. 5 T1DM-es betegnél a 2. és a 3. vizsgálatban kétszer ismételt 320 kcal-os étkezés; 2. 5 T1DM-betegnél a 2. és a 3. vizsgálatban kétszer ismételt 640 kcal-os étkezés lesz. A fenotípusos eredményeket az 1. protokoll szerint rétegezzük a reprodukálhatósági elemzéshez.

- 3. PROTOKOLL: A glükóz-inzulin rendszer 24 órás periódus alatt T1DM-es betegekben és kontrollokban.

10 T1DM-beteget és 10 egészséges korú, nem és BMI-vel megegyező kontrollalanyat vesznek fel. Minden tárgyat 2 külön alkalommal, 1-2 hetes időközönként tanulmányoznak. Mind a betegeknél, mind a kontrolloknál az 1. vizsgálat megegyezik az 1. protokollal (azaz egy inzulinkapoccsal és egy IVGTT-vel). A 2. vizsgálatban minden alany bekerül a Klinikai Kutatóközpontba (CRC) a vizsgálat reggelén (07:00), és ott maradnak a teljes időtartama alatt (24 óra). Az alanyok szabadon mozoghatnak a CRC-n belül, de nem végezhetnek semmilyen fizikai gyakorlatot. A betegek a vizsgálat teljes ideje alatt folytatják a szokásos inzulinterápiát, beleértve az étkezési inzulindózis kiszámítását és az injekció beadását. Reggel 08:00, 13:00 és 19:00 órakor az alanyok három vegyes étkezést fogyasztanak (200 kcal/m-2 testfelszín (BSA), 400 kcal/m-2 BSA és 400 kcal/m-2 BSA, étrend összetétele: 54% szénhidrát, 28% lipid, 18% fehérje). 6 betegnél és 6 kontrollnál a 13:00-as étkezés indiai kukorica polenta és fűszerezett olasz DOP parmezán sajt lesz. A másik 6 betegnél és 6 kontrollnál a 19:00-as étkezés indiai kukorica polenta és fűszerezett olasz DOP parmezán sajt lesz. Időzített vérmintákat (n=62) gyűjtenek. A plazma glükózt, inzulint, glukagont és C-peptidet (ez utóbbi csak a kontroll alanyoknál) minden időpontban mérni fogják. Alacsonyabb gyakorisággal mérik a triglicerideket, a nem észterezett zsírsavakat (NEFA), az aminosavakat, az aktív GLP1-et és a teljes GIP-et is. Azoknál az alanyoknál, akik 13:00-kor fogyasztják a polentát, a 13C/12C-glükóz arányt 12:00 és 24:00 óra között mérik. Azoknál az alanyoknál, akik 19:00-kor fogyasztják a polentát, a 13C/12C-glükóz arányt 18:00-tól másnap reggel 07:00-ig mérik. A szubkután glükózt csak betegeknél fogja ellenőrizni CGM. A polenta-étel naponta csak egy étkezésben kerül felhasználásra, hogy elkerüljük a 13C/12C-glükózarány adatainak értelmezhetőségének elvesztését a folyamatban lévő glükóz-szén-visszavezetés/-visszaforgatás miatt a glikogén/glukoneogenezis révén. A glükóz/inzulin rendszer viselkedését reggelizéskor már az 1. protokoll feltárja. Az eredmények rétegezése és elemzése az 1. protokollban leírtak szerint történik.

ELÉRÉSEK: Az inzulinkapocs és a kevert étkezési teszt (MMT) adatainak kombinált elemzése lehetővé teszi a glükóz inzulin rendszer átfogó modelljének felépítését az MMT során minden egyes alanynál, amely így in silico virtuális betegként fog működni, egy kút szerint. laboratóriumunkban kidolgozott módszertannal. Az 1-es típusú cukorbetegségben szenvedő, MMT-n átesett virtuális betegek gyűjteménye alkotja a tanulmányból származó in silico biobankot. A virtuális páciensek MCA-t fognak használni a CC-k kiszámításához. Ezenkívül számszerűsítik a vegyes étkezésre adott inkretin hormon, glukagon és szubsztrát reakciót, ami lehetővé teszi a glükóz-inzulin rendszer további módosítóinak feltételezett azonosítását. Ez az adatbázis fontos szerepet fog játszani egy olyan szabályozási algoritmus kidolgozásában, amely képes garantálni a normál glükózszabályozást vegyes étkezés közben az 1-es típusú cukorbetegségben szenvedő, CGM-ben szenvedő, inzulinpumpa kezelés alatt álló betegeknél.