운동 유발 혈당 변화 및 하이브리드 폐쇄 루프 시스템 (SAFE-T1D)

제1형 진성 당뇨병(T1DM) 환자는 최적의 혈당 조절을 달성하는 데 주요 장벽 중 하나인 저혈당증의 위험이 지속적으로 있습니다.

T1DM의 신체 활동(PA)은 간 포도당 생산과 근육으로의 포도당 처리 사이의 불균형, 인슐린 감수성 증가 및 역조절 호르몬 반응 장애를 특징으로 합니다. 따라서 PA는 T1DM에서 저혈당증의 위험을 증가시킬 수 있습니다. 저혈당증은 운동 중뿐만 아니라 회복 중에 발생할 수 있으며 저혈당증에 대한 두려움은 종종 운동을 회피하거나 과잉 보상적인 치료 행동을 유발하여 결과적으로 대사 조절이 악화되고 심장 대사 위험이 증가합니다.

포도당 항상성의 복잡성과 불충분한 기술 수준은 엄격한 혈당(BG) 조절을 방해합니다. 폐쇄 루프 인공 췌장 연구는 T1DM 환자에서 저혈당증의 위험 감소 및 범위(70-180mg/dl)의 시간 증가를 보여주었습니다. 이러한 시스템은 밤새 저혈당증에서 상당히 잘 작동하지만, 인슐린 감수성의 극적인 증가와 피하 인슐린의 지연된 개시의 조합으로 인해 운동 중 및 운동 직후에 낮은 혈당을 예방하는 것이 문제로 남아 있습니다. PA의 인슐린 투여량을 알리면 이 위험을 줄일 수 있습니다. 운동에 대한 혈당 반응은 운동 유형(유산소 운동 또는 저항 운동)에 따라 다르지만 운동 강도와 기간에 따라 다릅니다. 대부분의 기존 하이브리드 폐쇄 루프(HCL) 시스템은 유산소, 저항 및 고강도 인터벌 트레이닝(HIIT) 운동 중에 우수한 정확도를 입증한 Dexcom G6 포도당 센서를 사용합니다.

현재 HCL 시스템은 시스템에 운동을 알릴 수 있는 가능성을 제공하며 이 정보는 인슐린 투여량 계산에 반영됩니다. 그 결과, 시스템은 더 높은 혈당 목표를 설정하고, 인슐린 감수성 인자를 증가시키고/하거나 운동 중 교정 볼루스를 피합니다. 이러한 시스템은 저혈당증을 예방하는 데 효과적이지만 탄수화물 섭취량이 많고 인슐린 전달이 낮아서 보상성 고혈당증이 종종 발생합니다. 기존 HCL 시스템의 주요 문제 중 하나는 운동이 존재하거나 부재하는 이항적 개체로 간주되며 강도, 지속 시간 또는 운동 유형과 같은 요소가 고려되지 않는다는 것입니다. 그러나 이러한 운동 변수는 운동에 대해 완전히 다른 혈당 반응을 유도하는 데 기여할 수 있습니다. 더욱이 이러한 시스템은 운동의 지연된 효과, 즉 이전에 수행된 PA의 정량적 표현인 AOB(Activity-On-Board)를 설명하지 않습니다. 운동 후 저혈당, 때때로 운동 세션 후 몇 시간. 운동 중 혈당 수준을 관리하는 방법에 대한 현재 권장 사항은 폐쇄 루프 시스템의 맥락에서 아직 완전히 테스트되지 않았습니다.

본 연구는 저혈당 및 고혈당을 피하고 혈당 수치를 원하는 범위로 유지하기 위해 운동/신체 활동 변수에 대한 정보를 사용하여 혈당 변화를 예측하고 이에 따라 인슐린 요법을 조절하는 새롭고 개선된 알고리즘을 개발하는 것을 목표로 합니다. 이 주요 목표는 다단계 방식으로 달성하는 것입니다. 첫 번째 단계는 데이터 수집으로 구성됩니다. 운동/신체 활동과 관련된 데이터는 두 가지 다른 설정에서 수집됩니다. 먼저 다양한 운동 세션을 통해 심박수 모니터, 근력 트레이닝 머신에서 파생된 운동 관련 데이터를 수집합니다. 둘째, 운동 추적기를 통해 실험 설정 외부에서 자발적인 신체 활동/앉아 있는 행동과 관련된 데이터를 수집합니다. CGM에서 파생된 혈당 변동 관련 데이터 및 인슐린 펌프 및 푸드 다이어리의 인슐린 및 탄수화물 섭취 관련 데이터. 운동 실험 세션을 통해 조사관은 혈당 수준을 범위(70-180mg/dl)로 유지하고 저혈당 및 고혈당증을 예방하는 하이브리드 폐쇄 루프 시스템의 효과를 다양한 기간의 운동 중 및 후에 평가할 수 있습니다. , 강도 및 유형. 두 번째 단계에서는 실험 세션과 실험 세션 외부의 PA 모니터링에서 파생된 운동 변수와 신체 활동에 따른 혈당, 인슐린 및 탄수화물 변화 간의 관계를 조사합니다.

세 번째이자 마지막 단계에는 표준 인슐린 투약에 대한 PA 정보 인슐린 투약에 대한 새로운 의사 결정 지원 시스템의 성능을 추정하기 위한 추가 데이터 분석, 테스트, 모델링 및 in-silico 시뮬레이션이 포함됩니다.

연구 설계 참가자 T1DM을 가진 50명의 남녀가 연구에 참여할 것입니다. 예비 테스트 정보에 입각한 동의서에 서명하면 참가자의 기본 데이터가 수집됩니다. 그런 다음 로마 Foro Italico 대학의 운동 생리학 실험실에서 예비 테스트가 진행됩니다. 최대 심폐 산소 소모량(VO2peak)은 자발적 탈진에 대한 단계적 사이클 에르고미터(Lode, Groningen, Netherlands) 운동 테스트를 사용하여 평가됩니다. 테스트 중에 달성된 최대 파워 출력(Wmax)은 운동 처방을 표준화하는 데 사용됩니다.

1-RM 테스트는 동적 최대 근력 평가를 위해 수행됩니다. 레그 프레스, 체스트 프레스 및 로우 로우 Biostrength® 라인 머신(Technogym S.p.A., Cesena, Italy)에서 각각 하체 밀기 동작 및 상체 밀기 및 당기기 동작에 대해 무작위화 전에 테스트를 수행합니다. 1RM 평가는 운동 프로그램 동안 개인의 부하를 결정하는 데 유용할 것입니다. 테스트 중에 근육 피크 파워 분석을 위해 움직임의 속도가 등록됩니다. 운동 시험에 배정되기 전에 참가자는 자유 생활 조건에서 연속 7일 동안 GENEActiv 활동 모니터를 손목에 착용해야 합니다. GENEActiv 장치는 자유 생활 활동을 평가하는 데 사용되는 손목 착용 기기입니다. 운동 생리학 연구소에서 제공할 이 장치는 신체 활동, 좌식 행동 및 수면 분석을 위한 원시 데이터를 제공하고 움직임, 빛 및 온도 데이터를 캡처합니다. 참가자는 전체 연구 기간 동안 표준화된 식단을 제공받게 되며 가속도계를 착용한 7일 동안, 운동 시도 24시간 전, 운동 시도 당일에 음식 일기를 작성하도록 요청받습니다.

운동 시험 환자는 중간 강도의 유산소 운동(MIE), 고강도 간격 운동(HIIE), 저항 운동(RE) 및 복합 유산소 및 저항 운동(COMB)의 4가지 다른 운동 시험을 받게 됩니다. 동일한 운동 시도가 두 가지 다른 조건에서 수행됩니다: 운동 모드가 "켜짐"으로 설정되거나 운동 모드가 인슐린 펌프에서 "꺼짐"으로 설정됩니다. 환자는 또한 시험일에 가속도계와 심박수 모니터를 착용합니다. 4개의 운동 세션은 워밍업 5분, 작업 40분, 쿨다운 5분으로 세분화된 50분의 동일한 기간을 갖습니다. 40분의 작업은 다음과 같이 시험마다 다릅니다.

적당한 강도의 운동은 40% Wmax에서 사이클 에르고미터에서 지속적인 운동으로 구성됩니다.

고강도 인터벌 운동은 1:1 작업:휴식 비율의 10분 인터벌 운동 3회로 구성됩니다(5 x 90% Wmax에서 1분 간격, 인터벌 사이에 25% Wmax에서 1분 회복). 25% Wmax에서 회복.

저항 운동은 1RM의 70%에서 각각 12회씩 3세트 반복되는 8개의 운동 그룹으로 구성된 서킷으로 구성됩니다. 모든 운동은 예비 테스트 중 근력 평가에 사용되는 것과 동일한 기계(Biostrength® 라인 기계, Technogym S.p.A., Cesena, Italy)에서 수행되며, 이를 통해 저항 운동의 정확한 개별화, 세션 기록 및 다음 운동 시도에서의 정확한 재현성이 가능합니다. 각 환자마다.

결합 운동은 사이클 에르고미터에서 40% Wmax의 중강도 운동 20분과 1의 70%에서 각 12회 반복 3세트로 반복되는 4개 운동 그룹의 서킷 트레이닝으로 구성된 20분 저항 운동으로 구성됩니다. -RM.

실험 설계 참가자는 임의의 순서로 8가지 운동 시험(MIE-ON, HIIT-ON, RE-ON, COMB-ON, MIE-OFF, HIIT-OFF, RE-OFF, COMB-OFF)을 할당받습니다. 무작위화는 컴퓨터 생성 시퀀스에 의해 수행됩니다. 각 운동 세션은 최소 7일 간격으로 분리됩니다.

참가자는 운동 시도 48시간 전에 격렬한 운동을 삼가해야 합니다. 운동 시험 전날 참가자는 표준 식단을 따르고 식품 유제품을 유지해야 합니다.

시험 당일 아침, 환자는 표준 아침 식사 2시간 후인 오전 9시에 실험실에 출석하게 되며, 이는 참가자의 볼루스 계산기로 계산된 인슐린 볼루스로 진행됩니다. "ON" 운동 시도 중 하나에 할당되면 환자는 예상되는 운동 시도 2시간 전부터 운동 시도가 끝날 때까지 운동 모드(일시적으로 더 높은 목표)를 활성화하도록 요청받습니다. "OFF" 운동 시도 중 하나에 할당되면 환자는 펌프에 운동을 알리지 않고 운동 시도를 시작합니다. 운동 세션 동안 심박수, 운동 인지 속도(RPE), 파워 출력, 각속도, 반복 횟수 및 운동 부하가 모두 기록됩니다. CGM 데이터, 탄수화물 섭취 및 인슐린 전달 데이터는 다음 24시간 동안 기록됩니다.