Multivariabele kunstmatige alvleesklier: onaangekondigde fysieke activiteit en acute psychologische stress opsporen en verminderen

De ontwikkeling van een kunstmatige alvleesklier (AP) heeft de afgelopen tien jaar aanzienlijke vooruitgang geboekt. Het doel van AP-systemen is het ontwikkelen van een apparaat dat op dezelfde manier als de eigen pancreas insuline op verzoek zal toedienen als reactie op de bloedglucosewaarden. De eerste generatie AP-systemen, de hybride closed-loop AP, verzamelt gegevens van apparaten voor continue glucosemonitoring (CGM) en vertrouwt op handmatige gebruikersinvoer om de effecten van maaltijden en fysieke activiteiten te verminderen. Het doel van dit voorstel is om een ​​levensvatbare, functioneel geïntegreerde multivariabele kunstmatige pancreas (mvAP) te demonstreren die uitdagingen op het gebied van maaltijden, fysieke activiteit (PA) en acute psychologische stress (APS) zal aanpakken zonder enige handmatige invoer om de glucosespiegels van mensen met diabetes beter te reguleren. . Acute psychologische stress en vele andere vormen van PA naast geplande lichaamsbeweging kunnen de bloedglucosewaarden beïnvloeden en problemen veroorzaken bij het handhaven van euglycemie voor mensen met diabetes mellitus type 1 (T1DM). Verschillende PA en APS beïnvloeden het metabolisme en de gevoeligheid voor insuline op verschillende manieren. Daarom moeten hun typen, intensiteiten en duur, en hun individuele en gelijktijdige aanwezigheid worden gedetecteerd om de optimale insulinetoediening te bepalen. De mvAP-benadering biedt een goed geïntegreerde en gebruiksvriendelijke technologie met minimale belasting voor de gebruiker en verzacht de effecten van onverwachte PA- en APS-inducties. Het doel van dit voorstel is om een ​​levensvatbare, functioneel geïntegreerde mvAP te demonstreren die maaltijd-, PA- en APS-uitdagingen zal aanpakken zonder enige handmatige invoer om de glucosespiegels van mensen met T1DM beter te reguleren. Onze hypothese is dat een nieuwe generatie multivariabele AP die real-time detectie en bepaling van de kenmerken van PA en APS bevat en de effecten ervan door automatische controle verzacht, effectiever zal zijn in het verbeteren van de glucoseregulatie bij mensen met T1DM. Bovendien zal deze technologie veiliger zijn in vergelijking met AP's die uitsluitend op CGM-gegevens zijn gebaseerd, door het aantal en de duur van hypoglykemische en hyperglykemische gebeurtenissen te verminderen. Dergelijke mvAP-systemen kunnen alleen worden ontwikkeld door gebruik te maken van een geavanceerde multivariabele benadering die gebruikmaakt van real-time informatie van CGM's en fysiologische variabelen die zijn verkregen van draagbare apparaten die worden gedragen in het vrije dagelijkse leven. Er wordt voorgesteld om op dit raamwerk een volledig geautomatiseerde mvAP-technologie voort te bouwen die maaltijd-, PA- en APS-uitdagingen, inclusief onverwachte en ongeplande gebeurtenissen, zal verminderen. De specifieke doelstellingen van het voorgestelde onderzoek zijn: Doel 1. De mvAP-algoritmen en -modules ontwikkelen die verschillende soorten fysieke activiteiten, acute psychologische stress-episodes, hun gelijktijdige aanwezigheid en hun kenmerken in realtime identificeren. Doel 2a: Open-loop studies uitvoeren in de kliniek en in het vrije leven om de soorten en intensiteiten van PA- en APS-inducties uit te breiden, om onze database te verrijken met gegevens die zijn verzameld tijdens activiteiten van het dagelijks leven (alleen of in combinatie met APS), inclusief ongeplande spontane PA- en APS-evenementen. Doel 2b: Onze multivariabele glucose-insuline-fysiologische variabelen simulator (mGIPsim) uitbreiden voor in silico studies van de mvAP voor het simuleren van APS-inducties en hun effecten op glucosespiegels en fysiologische variabele outputs van de simulator. Doel 3: Klinische experimenten uitvoeren met de tweede generatie mvAP in klinische omgevingen en in het vrije leven om de prestaties van onze volledig geautomatiseerde mvAP in gesloten kringloop te beoordelen. Op dit moment is IRB-goedkeuring verkregen voor Aim 1, 2a en 2b. Doel 3 zal op een later tijdstip worden uitgevoerd. De klinische studies zullen plaatsvinden aan de Universiteit van Illinois in Chicago (UIC)-College of Nursing en bij de proefpersonen thuis. Het protocol omvat 1 screeningbezoek en 5 sessies in het laboratorium. Proefpersonen zullen tijdens het onderzoek een CGM en zowel Empatica- als Actigraph-polsbandjes dragen. De belangrijkste activiteiten tijdens elke bijeenkomst zijn: (1) screening; (2)schatting van de maximale inspanningscapaciteit uit submaximale inspanningstesten (fiets en loopband); (3) schatting van maximale sterkte uit submaximale sterktetesten; (4) submaximale periodes van aërobe en weerstandsoefeningen; (5) gebruik van sociaal geëvalueerde koudedruktest; (6) rijsimulatie; (7) weerstandsoefeningen en activiteiten van het dagelijks leven met en zonder stress (bijv. mentale berekeningen, videogames); (8) gebruik van GoPro/Dash Cam tijdens het rijden (indien van toepassing) en vragenlijsten. Deze activiteiten zullen, indien van toepassing, worden opgenomen in bezoek 3, 4 en 5. Daarnaast zullen proefpersonen thuis activiteiten uitvoeren, waaronder: huishoudelijke taken, hometrainer (indien beschikbaar); loopband (indien beschikbaar); wandelen; en lichte gewichten (indien beschikbaar) en een slaapmonitor (Z-Machine Insight+). Periodiek zal de onderzoeksassistent de proefpersoon tijdens deze tijden bellen en hen vragen stressverwekkende activiteiten uit te voeren tijdens het uitvoeren van de activiteit. De stressverwekkende activiteiten omvatten mentale uitdagingen, zoals een wiskundige berekening tijdens het uitvoeren van de activiteit. Tijdens het onderzoek worden de proefpersonen 3-5 keer thuis gebeld. Het volledig geautomatiseerde algoritme wordt getest in een thuissituatie. Zodra de methodologie is verfijnd, zal de goedkeuring van de Institutional Review Board (IRB) voor doelstelling 3 worden verkregen.