Test del pasto misto nel diabete di tipo 1: ottimizzazione dello studio pilota sul pancreas artificiale

Il mantenimento di livelli di glucosio nel sangue vicini alla normalità rallenta l'insorgenza e la progressione delle complicanze microvascolari e possibilmente macrovascolari a lungo termine nei pazienti con diabete di tipo 1. Pancreas artificiale o CLC integrato [un algoritmo CLC che tiene conto delle letture del monitoraggio continuo del glucosio (CGM) e degli effetti delle precedenti infusioni di insulina per calcolare continuamente la quantità di dose di insulina da somministrare] mira a ridurre al minimo, in tempo reale, la variabilità del glucosio e prevenire escursioni glicemiche estreme (ipoglicemia e iperglicemia). Nonostante gli importanti sviluppi nella tecnologia dei sensori e delle pompe, il sistema del pancreas artificiale deve far fronte a barriere anatomiche e funzionali diverse da quelle incontrate dal normale sistema glucosio-insulina in fisiologia. Ad esempio , i dispositivi CGM misurano la concentrazione di glucosio nell'interstizio, non nel compartimento sanguigno, introducendo un ritardo dovuto alla diffusione del glucosio dal plasma al liquido interstiziale. Inoltre, l'insulina (in realtà, uno degli attuali analoghi dell'insulina rapida) viene erogata nel tessuto adiposo sottocutaneo, non nel sangue, e accede direttamente alla circolazione sistemica, non a quella portale. A causa di questi ostacoli, lo sviluppo di un algoritmo CLC intelligente e adatto è ancora un processo in corso. Questa ricerca mira ad alleviare queste carenze effettuando uno studio di fisiologia clinica volto a migliorare lo sviluppo e l'ottimizzazione di un algoritmo di controllo adeguato.

Saranno arruolati venti pazienti adulti con diabete di tipo 1, regolarmente frequentanti la Divisione di Endocrinologia e Malattie del Metabolismo della Facoltà di Medicina dell'Università di Verona, che utilizzano l'infusione continua sottocutanea di analoghi dell'insulina veloce (CSII) attraverso una pompa permanente e il rilevamento del glucosio sottocutaneo.

I criteri di inclusione (vedi sotto per maggiori dettagli) sono la diagnosi di diabete di tipo 1 come definito dall'OMS da almeno 12 mesi o il peptide C confermato negativo. I criteri di esclusione sono l'inconsapevolezza dell'ipoglicemia grave ricorrente o la nefropatia clinicamente significativa, la neuropatia o la retinopatia proliferativa.

I parametri clinici standard saranno valutati in tutti i pazienti. I test metabolici verranno eseguiti presso la Divisione di Endocrinologia e Malattie del Metabolismo della Facoltà dell'Università di Verona, a partire dalle ore 08:00 in due giorni separati in ordine casuale e dopo un digiuno notturno di 10-12 ore. Verranno eseguiti due test metabolici: un clamp di insulina euglicemico e un test del pasto misto standardizzato.

A. Pinza per insulina euglicemica. Verrà eseguito un clamp di insulina euglicemico standard per valutare la sensibilità all'insulina, come precedentemente descritto (1). I soggetti saranno istruiti a utilizzare la loro normale velocità basale analogica dell'insulina rapida notturna, da lasciare invariata per almeno cinque ore prima dell'inizio del test. Un dispositivo CGM verrà inserito due giorni prima del test e calibrato con glicemia capillare (misurata tramite glucometro) ad ore prestabilite della giornata. La concentrazione di insulina umana sarà aumentata con un i.v. primo (0.8 U/m^2 BSA) e mantenuto costante da un i.v. infusione (40 mU/min·m^2 BSA). La glicemia plasmatica sarà lasciata diminuire fino a raggiungere il range fisiologico (es. < 5,6 mmol/L), dopodiché verrà bloccato a 5,0 mmol/L per almeno 60 min modificando opportunamente un'infusione endovenosa di destrosio al 20%. Il glucosio sarà misurato al capezzale da un analizzatore di glucosio YSI. I campioni di sangue saranno raccolti a intervalli di tempo per misurare l'insulina plasmatica (sia analoghi veloci che insulina umana), acidi grassi liberi e glucagone. Il monitoraggio continuo del glucosio (glucosio interstiziale) verrà eseguito durante il morsetto dell'insulina.

B. Prova pasto misto. Questo test verrà eseguito per valutare la fisiopatologia del controllo del glucosio durante una sfida fisiologica standardizzata. I soggetti seguiranno una dieta priva di mais indiano e zucchero di canna per almeno una settimana prima dello studio e saranno istruiti a utilizzare la consueta velocità basale notturna dell'analogo dell'insulina veloce, da lasciare invariata per almeno cinque ore prima dell'inizio del test . Un dispositivo CGM sarà installato e funzionerà correttamente per tutta la durata del test. Tutti i partecipanti ingeriranno un pasto misto standardizzato (292 Kcal, 38,9 g di carboidrati, 8,9 g di grassi e 14 g di proteine), sotto forma di polenta di mais più parmigiano italiano stagionato, e successivamente saranno monitorati per 300 minuti. Subito prima dell'ingestione del pasto, una s.c. il bolo veloce dell'analogo dell'insulina verrà somministrato dalla pompa, in base al rapporto individuale di insulina/carboidrati e alla dose di correzione. Il rapporto 13C/12C dell'amido di labirinto è diverso da altre fonti di carboidrati e consente di rilevare il glucosio derivato dalla polenta nella circolazione. Le concentrazioni plasmatiche di glucosio, acidi grassi liberi, aminoacidi, insulina, glucagone e ormone incretina saranno valutate al basale e durante l'intero test. Il rapporto del glucosio plasmatico 13C/12C durante tutto il test sarà monitorato mediante spettrometria di massa del rapporto isotopico. Verranno raccolti i dati CGM. Questo test determinerà l'andamento temporale della glicemia, del rapporto glucosio 13C/12C (quindi, glucosio derivato dal pasto ed endogeno), insulina, acidi grassi liberi, aminoacidi, glucagone e ormoni incretinici durante un pasto misto.

In entrambi gli studi, i campioni di sangue saranno messi in ghiaccio e centrifugati velocemente a 1500 g a +4°C. Il plasma/siero sarà raccolto e conservato a -80°C. Entrambi i test (pinza insulinica e pasto misto) costituiranno la biobanca biologica di questo studio.

L'analisi combinata dei dati del test del pasto misto e del morsetto dell'insulina consentirà di costruire un modello completo del sistema glucosio-insulina durante un test del pasto misto in ciascun soggetto, risultando così in un paziente virtuale in silico, secondo una metodologia ben consolidata sviluppata nel nostro laboratorio. La raccolta di pazienti virtuali con diabete di tipo 1 sottoposti a test del pasto misto costituirà la biobanca in silico derivata da questo studio. I pazienti virtuali verranno utilizzati per eseguire l'analisi del controllo metabolico (MCA), ovvero per calcolare i coefficienti di controllo del glucosio (CC), che quantificano il ruolo svolto da ciascun componente (ad esempio: tasso di assorbimento dell'analogo veloce dell'insulina, assorbimento dei carboidrati attraverso l'intestino, ecc.) del sistema di determinazione della concentrazione di glucosio in ogni momento del pasto misto nei pazienti con diabete di tipo 1, in stretto parallelismo con l'analisi da noi precedentemente effettuata nei pazienti con diabete di tipo 2 sottoposti a test di tolleranza al glucosio per via endovenosa (2 ). Inoltre, verrà quantificata la risposta dell'ormone incretina, del glucagone e del substrato ad un pasto misto, consentendo l'identificazione putativa di ulteriori modificatori del sistema glucosio-insulina (uno per tutti: il glucagone). Questo database sarà determinante per ideare un algoritmo di controllo in grado di garantire una normale regolazione del glucosio durante un pasto misto in pazienti con diabete di tipo 1 con CGM in terapia con microinfusore.