Variazioni glicemiche indotte dall'esercizio e sistemi ibridi a circuito chiuso (SAFE-T1D)

Le persone con diabete mellito di tipo 1 (T1DM) sono continuamente a rischio di ipoglicemia, che è uno dei principali ostacoli al raggiungimento di un controllo glicemico ottimale.

L'attività fisica (PA) nel T1DM è caratterizzata da uno squilibrio tra la produzione epatica di glucosio e lo smaltimento del glucosio nel muscolo, una maggiore sensibilità all'insulina e una ridotta risposta ormonale controregolatoria. Pertanto, la PA potrebbe aumentare il rischio di ipoglicemia nel T1DM. L'ipoglicemia può verificarsi durante l'esercizio, così come durante il recupero, e la paura dell'ipoglicemia spesso si traduce nell'evitamento dell'esercizio o in comportamenti terapeutici ipercompensatori, che a loro volta si traducono in un peggioramento del controllo metabolico e in un aumento del rischio cardiometabolico.

La complessità dell'omeostasi del glucosio e un livello insufficiente di tecnologia impediscono una stretta regolazione del controllo della glicemia (BG). Studi sul pancreas artificiale a circuito chiuso hanno mostrato una riduzione del rischio di ipoglicemia e un aumento del tempo nel range (70-180 mg/dl) nei pazienti con T1DM. Sebbene questi sistemi funzionino abbastanza bene sull'ipoglicemia notturna, la prevenzione della glicemia bassa durante e immediatamente dopo l'esercizio rimane un problema, a causa della combinazione di un drammatico aumento della sensibilità all'insulina con l'insorgenza ritardata dell'insulina sottocutanea. Informare il dosaggio di insulina della PA potrebbe ridurre questo rischio. La risposta glicemica all'esercizio varia in base al tipo di esercizio (aerobico o di resistenza), ma anche in base all'intensità e alla durata dell'esercizio. La maggior parte dei sistemi ibridi a circuito chiuso (HCL) esistenti utilizza il sensore di glucosio Dexcom G6, che ha dimostrato una buona precisione durante l'allenamento aerobico, di resistenza e ad intervalli ad alta intensità (HIIT).

Gli attuali sistemi HCL offrono la possibilità di annunciare l'esercizio al sistema e questa informazione viene tenuta in considerazione nel calcolo del dosaggio di insulina. Di conseguenza, il sistema imposta un obiettivo glicemico più elevato, aumenta il fattore di sensibilità all'insulina e/o evita i boli di correzione durante l'esercizio. Questi sistemi funzionano bene nella prevenzione dell'ipoglicemia, ma spesso segue l'iperglicemia compensatoria, dovuta alla maggiore assunzione di carboidrati e alla minore somministrazione di insulina. Uno dei principali problemi con i sistemi HCL esistenti è che l'esercizio è considerato un'entità binomiale, presente o assente, e fattori come l'intensità, la durata o il tipo di esercizio non vengono presi in considerazione. Tuttavia, queste variabili dell'esercizio possono contribuire a suscitare risposte glicemiche completamente diverse all'esercizio. Inoltre, questi sistemi non tengono conto dell'effetto ritardato dell'esercizio, ovvero la cosiddetta attività a bordo (AOB), una rappresentazione quantitativa della PA precedentemente eseguita che sta ancora influenzando i livelli di BG, e che è responsabile della l'ipoglicemia post-esercizio, a volte diverse ore dopo una sessione di esercizio. Le attuali raccomandazioni su come gestire i livelli di glicemia in esercizio non sono state ancora completamente testate nel contesto di un sistema a circuito chiuso.

Il presente studio mira a sviluppare un nuovo e migliorato algoritmo che utilizza le informazioni sulle variabili di esercizio/attività fisica per prevedere le variazioni glicemiche e modulare di conseguenza la terapia insulinica al fine di evitare ipo e iperglicemia e mantenere i livelli glicemici nell'intervallo desiderato. Questo importante obiettivo deve essere raggiunto in più fasi. Il primo passo consisterà nella raccolta dei dati. I dati relativi all'esercizio/attività fisica saranno raccolti in due diversi contesti. In primo luogo, attraverso le diverse sessioni di allenamento, verranno raccolti i dati relativi all'esercizio derivati ​​dal cardiofrequenzimetro e dalle macchine per l'allenamento della forza. In secondo luogo, i dati relativi all'attività fisica spontanea/comportamento sedentario, al di fuori del setting sperimentale, saranno raccolti attraverso tracker di movimento. Dati relativi alle variazioni glicemiche, derivati ​​da CGM e dati relativi all'assunzione di insulina e carboidrati da microinfusori e diari alimentari. Attraverso le sessioni sperimentali di esercizio, i ricercatori saranno in grado di valutare l'efficacia dei sistemi ibridi a circuito chiuso sul mantenimento dei livelli di glucosio nell'intervallo (70-180 mg/dl) e nella prevenzione sia dell'ipo che dell'iperglicemia, durante e dopo l'esercizio di diversa durata , intensità e tipi. In una seconda fase, saranno studiate le relazioni tra le variabili dell'esercizio derivate sia dalle sessioni sperimentali che dal monitoraggio della PA al di fuori delle sessioni sperimentali, e le variazioni glicemiche, insuliniche e glucidiche con l'attività fisica.

La terza e ultima fase includerà ulteriori analisi dei dati, test, modellazione e simulazioni in-silico al fine di stimare le prestazioni di un nuovo sistema di supporto decisionale per il dosaggio di insulina basato su PA rispetto al dosaggio di insulina standard.

Disegno dello studio Partecipanti Cinquanta uomini e donne con T1DM parteciperanno allo studio. Test preliminari Dopo aver firmato il consenso informato, verranno raccolti i dati di riferimento dei partecipanti. Successivamente, le prove preliminari si svolgeranno presso il Laboratorio di Fisiologia dell'Esercizio dell'Università di Roma Foro Italico. Il consumo massimo di ossigeno cardiopolmonare (VO2peak) sarà valutato utilizzando un cicloergometro graduato (Lode, Groningen, Paesi Bassi) test da sforzo fino all'esaurimento volontario. La massima potenza in uscita (Wmax) raggiunta durante il test sarà utilizzata per standardizzare la prescrizione degli esercizi.

Il test 1-RM verrà eseguito per la valutazione della forza muscolare massima dinamica. Il test verrà eseguito prima della randomizzazione, per i movimenti di spinta della parte inferiore del corpo e per i movimenti di spinta e trazione della parte superiore del corpo rispettivamente sulle macchine della linea leg press, chest press e Low Row Biostrength® (Technogym S.p.A., Cesena, Italia). La valutazione 1-RM sarà utile per la determinazione del carico individuale durante il programma di esercizi. Durante il test verrà registrata la velocità del movimento per l'analisi della potenza di picco muscolare. Prima di essere assegnati a una qualsiasi delle prove di esercizio, ai partecipanti verrà chiesto di indossare un monitor di attività GENEActiv al polso per sette giorni consecutivi in ​​condizioni di vita libera. I dispositivi GENEActiv sono strumenti da polso utilizzati per la valutazione delle attività di vita libera. Questi dispositivi, che saranno forniti dal Laboratorio di Fisiologia dell'Esercizio, forniscono dati grezzi per l'attività fisica, il comportamento sedentario e l'analisi del sonno, catturando dati di movimento, luce e temperatura. Ai partecipanti verrà fornita una dieta standardizzata per l'intera durata dello studio e verrà chiesto di tenere un diario alimentare nei sette giorni in cui indossano l'accelerometro, 24 ore prima delle prove fisiche e nei giorni delle prove fisiche.

Prove di esercizio I pazienti saranno sottoposti a quattro diverse prove di esercizio, esercizio aerobico di intensità moderata (MIE), esercizio a intervalli ad alta intensità (HIIE), esercizio di resistenza (RE) ed esercizio combinato aerobico e di resistenza (COMB). Le stesse prove di esercizio verranno eseguite in due diverse condizioni: modalità di esercizio impostata su "on" o modalità di esercizio impostata su "off" sul microinfusore. I pazienti indosseranno anche un accelerometro e un cardiofrequenzimetro nei giorni di prova. Le quattro sessioni di allenamento avranno la stessa durata di 50 min suddivise in 5 min di riscaldamento, 40 min di lavoro e 5 min di defaticamento. I 40 minuti di lavoro differiranno tra le prove come segue.

L'esercizio di intensità moderata consisterà in un esercizio continuo su un cicloergometro al 40% Wmax.

L'esercizio a intervalli ad alta intensità consisterà in tre periodi di 10 minuti di esercizio a intervalli con un rapporto lavoro:riposo 1:1 (intervalli di 5 x 1 minuto al 90% Wmax con un minuto di recupero al 25% Wmax tra gli intervalli) intervallati da 3 min di recupero al 25% Wmax.

L'esercizio di resistenza comprenderà un circuito di 8 gruppi di esercizi ripetuti in 3 serie da 12 ripetizioni ciascuna al 70% di 1-RM. Tutti gli esercizi verranno eseguiti sulle stesse macchine utilizzate per le valutazioni della forza durante i test preliminari (macchine della linea Biostrength®, Technogym S.p.A., Cesena, Italia), che consentiranno la precisa individualizzazione dell'esercizio di resistenza, la registrazione delle sessioni e l'esatta riproducibilità nella successiva prova di esercizio per ogni paziente.

L'esercizio combinato consisterà in 20 minuti di esercizio di moderata intensità al 40% Wmax su cicloergometro seguiti da 20 minuti di esercizio di resistenza costituito da un allenamento a circuito di 4 gruppi di esercizi ripetuti in 3 serie da 12 ripetizioni ciascuna al 70% di 1 -RM.

Disegno sperimentale Ai partecipanti verranno assegnate le otto prove di esercizio (MIE-ON, HIIT-ON, RE-ON, COMB-ON, MIE-OFF, HIIT-OFF, RE-OFF, COMB-OFF) in ordine casuale. La randomizzazione sarà effettuata da una sequenza generata dal computer. Ogni sessione di allenamento sarà separata da almeno 7 giorni.

Ai partecipanti verrà chiesto di astenersi da un intenso esercizio fisico 48 ore prima della prova di esercizio. Il giorno prima delle prove di esercizio, ai partecipanti verrà chiesto di seguire una dieta standard e mantenere un latticino.

La mattina della sperimentazione, i pazienti si presenteranno in laboratorio alle 9:00, 2 ore dopo una colazione standard, preceduta da un bolo di insulina calcolato dal calcolatore del bolo dei partecipanti. Quando assegnati a una delle prove di esercizio "ON", ai pazienti verrà chiesto di attivare la modalità di esercizio (target temporaneo più alto) da 2 ore prima della prova di esercizio prevista fino alla fine della prova di esercizio. Quando vengono assegnati a una delle prove di esercizio "OFF", i pazienti inizieranno la prova di esercizio senza annunciare l'esercizio alla pompa. Durante le sessioni di allenamento verranno registrati frequenza cardiaca, frequenza di sforzo percepito (RPE), potenza erogata, velocità angolare, numero di ripetizioni e carico di esercizio. I dati CGM, l'assunzione di carboidrati e i dati sulla somministrazione di insulina verranno registrati per le 24 ore successive.