Door inspanning geïnduceerde glycemische variaties en hybride gesloten-lussystemen (SAFE-T1D)

Mensen met diabetes mellitus type 1 (T1DM) lopen voortdurend het risico op hypoglykemie, wat een van de belangrijkste belemmeringen is voor het bereiken van een optimale glykemische controle.

Lichamelijke activiteit (PA) bij T1DM wordt gekenmerkt door een onbalans tussen glucoseproductie in de lever en glucoseafvoer in de spier, verhoogde insulinegevoeligheid en verminderde contraregulerende hormonale respons. PA zou dus het risico op hypoglykemie bij T1DM kunnen verhogen. Hypoglykemie kan optreden tijdens inspanning, maar ook tijdens herstel, en angst voor hypoglykemie resulteert vaak in het vermijden van lichaamsbeweging of overcompenserend behandelgedrag, wat op zijn beurt resulteert in een verslechterde metabole controle en een verhoogd cardiometabolisch risico.

De complexiteit van de glucosehomeostase en een ontoereikend technologisch niveau voorkomen een strakke regulatie van de bloedglucose (BG). Closed-loop kunstmatige pancreasstudies hebben een vermindering van het risico op hypoglykemie en een toename in tijdsbereik (70-180 mg/dl) bij T1DM-patiënten aangetoond. Hoewel deze systemen redelijk goed werken bij nachtelijke hypoglykemie, blijft het voorkomen van een lage BG tijdens en direct na het sporten een probleem, vanwege de combinatie van een dramatische toename van de insulinegevoeligheid met het vertraagde begin van subcutane insuline. Het informeren van de insulinedosering van PA zou dit risico kunnen verminderen. De glykemische respons op inspanning varieert op basis van het soort oefening (aëroob of weerstand), maar ook op basis van de intensiteit en duur van de oefening. De meeste bestaande hybride systemen met gesloten lus (HCL) maken gebruik van de Dexcom G6-glucosesensor, die een goede nauwkeurigheid heeft aangetoond tijdens aërobe, weerstands- en intervaltraining met hoge intensiteit (HIIT).

Huidige HCL-systemen bieden de mogelijkheid om training aan het systeem aan te kondigen en deze informatie wordt verwerkt in de berekening van de insulinedosering. Als gevolg hiervan stelt het systeem een ​​hoger glykemisch doel in, verhoogt het de insulinegevoeligheidsfactor en/of vermijdt het correctiebolussen tijdens inspanning. Deze systemen presteren goed bij het voorkomen van hypoglykemie, maar vaak volgt compenserende hyperglykemie, als gevolg van een hogere inname van koolhydraten en een lagere insulinetoediening. Een van de grootste problemen met bestaande HCL-systemen is dat lichaamsbeweging wordt beschouwd als een binominale entiteit, aanwezig of afwezig, en dat er geen rekening wordt gehouden met factoren als intensiteit, duur of type training. Deze trainingsvariabelen kunnen echter bijdragen aan het opwekken van totaal verschillende glykemische reacties op inspanning. Sterker nog, deze systemen houden geen rekening met het vertraagde effect van lichaamsbeweging, d.w.z. de zogenaamde activiteit aan boord (AOB), een kwantitatieve weergave van de eerder uitgevoerde PA die nog steeds van invloed is op de BG-waarden en die verantwoordelijk is voor de hypoglykemie na het sporten, soms enkele uren na een trainingssessie. De huidige aanbevelingen voor het beheersen van BG-waarden tijdens inspanning zijn nog niet volledig getest in de context van een gesloten systeem.

De huidige studie heeft tot doel een nieuw en verbeterd algoritme te ontwikkelen dat informatie over inspannings-/fysieke activiteitsvariabelen gebruikt om glycemische variaties te voorspellen en insulinetherapie dienovereenkomstig te moduleren om hypo- en hyperglycemie te voorkomen en glycemische niveaus binnen het gewenste bereik te houden. Dit hoofddoel moet in meerdere stappen worden bereikt. De eerste stap zal bestaan ​​uit het verzamelen van gegevens. Gegevens met betrekking tot lichaamsbeweging/fysieke activiteit worden verzameld in twee verschillende instellingen. Eerst zullen via de verschillende trainingssessies trainingsgerelateerde gegevens worden verzameld die zijn afgeleid van hartslagmeters en krachttrainingsmachines. Ten tweede zullen gegevens met betrekking tot spontane fysieke activiteit/sedentair gedrag, buiten de experimentele setting, worden verzameld via bewegingstrackers. Gegevens met betrekking tot glycemische variaties, afgeleid van CGM's en gegevens met betrekking tot insuline- en koolhydraatinname van insulinepompen en voedingsdagboeken. Door middel van de oefensessies zullen onderzoekers in staat zijn om de effectiviteit van hybride closed-loop-systemen te evalueren voor het handhaven van glucosewaarden binnen het bereik (70-180 mg/dl) en voor het voorkomen van zowel hypo- als hyperglykemie, tijdens en na inspanning van verschillende duur. , intensiteiten en typen. In een tweede stap zullen de relaties tussen inspanningsvariabelen afgeleid van zowel experimentele sessies als PA-monitoring buiten de experimentele sessies, en glycemische, insuline- en koolhydraatvariaties met fysieke activiteit worden onderzocht.

De derde en laatste stap omvat verdere data-analyse, testen, modellering en in-silico-simulaties om de prestaties van een nieuw beslissingsondersteunend systeem voor PA-geïnformeerde insulinedosering in vergelijking met standaard insulinedosering te schatten.

Onderzoeksopzet Deelnemers Vijftig mannen en vrouwen met T1DM zullen deelnemen aan het onderzoek. Voorafgaande tests Na ondertekening van de geïnformeerde toestemming worden de basisgegevens van de deelnemers verzameld. Daarna zullen voorbereidende tests plaatsvinden in het Exercise Physiology Lab van de Universiteit van Rome Foro Italico. Piek cardiopulmonaal zuurstofverbruik (VO2peak) zal worden beoordeeld met behulp van een graduele fietsergometer (Lode, Groningen, Nederland) inspanningstest tot vrijwillige uitputting. Het maximale vermogen (Wmax) dat tijdens de test wordt bereikt, wordt gebruikt om het trainingsvoorschrift te standaardiseren.

De 1-RM-test wordt uitgevoerd voor de evaluatie van de dynamische maximale spierkracht. De test zal worden uitgevoerd vóór randomisatie, voor duwbewegingen van het onderlichaam en duw- en trekbewegingen van het bovenlichaam op respectievelijk de leg press, chest press en low row Biostrength® line machines (Technogym S.p.A., Cesena, Italië). De 1-RM-evaluatie zal nuttig zijn voor het bepalen van de individuele belasting tijdens het oefenprogramma. Tijdens de test wordt de snelheid van de beweging geregistreerd voor de analyse van het spierpiekvermogen. Alvorens te worden toegewezen aan een van de oefenproeven, wordt de deelnemers gevraagd om gedurende zeven opeenvolgende dagen een GENEActiv-activiteitsmonitor om de pols te dragen in vrijlevende omstandigheden. GENEActiv-apparaten zijn instrumenten die om de pols worden gedragen en die worden gebruikt voor de evaluatie van vrijlevende activiteiten. Deze apparaten, die zullen worden geleverd door het Exercise Physiology Lab, leveren ruwe gegevens voor fysieke activiteit, sedentair gedrag en slaapanalyse, waarbij bewegings-, licht- en temperatuurgegevens worden vastgelegd. Deelnemers krijgen een gestandaardiseerd dieet voor de gehele duur van het onderzoek en wordt gevraagd om een ​​voedingsdagboek bij te houden op de zeven dagen dat ze de versnellingsmeter dragen, 24 uur vóór de inspanningsproeven en op de dagen van de inspanningsproeven.

Inspanningsproeven Patiënten zullen vier verschillende inspanningsproeven ondergaan: matige intensiteit aërobe oefening (MIE), hoge intensiteit intervaloefening (HIIE), weerstandsoefening (RE) en gecombineerde aërobe en weerstandsoefening (COMB). Dezelfde trainingspogingen worden uitgevoerd onder twee verschillende omstandigheden: Trainingsmodus ingesteld op "aan" of trainingsmodus ingesteld op "uit" op de insulinepomp. Patiënten dragen op de proefdagen ook een versnellingsmeter en een hartslagmeter. De vier oefensessies hebben dezelfde duur van 50 min, onderverdeeld in 5 min warming-up, 40 min werk en 5 min cool down. De werktijd van 40 minuten verschilt als volgt tussen de proeven.

Matig intensieve training zal bestaan ​​uit continue training op een fietsergometer bij 40% Wmax.

Intervaltraining met hoge intensiteit zal bestaan ​​uit drie periodes van 10 minuten intervaltraining met een werk-rustverhouding van 1:1 (5 intervallen van 1 minuut bij 90% Wmax met een minuut herstel bij 25% Wmax tussen de intervallen) afgewisseld door 3 minuten herstel bij 25% Wmax.

Weerstandsoefeningen bestaan ​​uit een circuit van 8 groepen oefeningen, herhaald in 3 sets van 12 herhalingen, elk op 70% van 1-RM. Alle oefeningen worden uitgevoerd op dezelfde machines die worden gebruikt voor krachtevaluaties tijdens voorbereidende tests (Biostrength®-lijnmachines, Technogym S.p.A., Cesena, Italië), wat een nauwkeurige individualisering van weerstandsoefeningen, opname van sessies en exacte reproduceerbaarheid bij de volgende inspanningsproef mogelijk maakt voor elke patiënt.

Gecombineerde training bestaat uit 20 minuten matige intensiteitstraining op 40% Wmax op een fietsergometer, gevolgd door 20 minuten weerstandstraining bestaande uit een circuittraining van 4 groepen oefeningen herhaald in 3 sets van 12 herhalingen elk met 70% van 1 -RM.

Experimenteel ontwerp De deelnemers krijgen de acht oefenpogingen toegewezen (MIE-ON, HIIT-ON, RE-ON, COMB-ON, MIE-OFF, HIIT-OFF, RE-OFF, COMB-OFF) in willekeurige volgorde. Randomisatie zal worden gedaan door een door de computer gegenereerde reeks. Tussen elke oefensessie moet minstens 7 dagen zitten.

Deelnemers wordt gevraagd zich 48 uur voor de oefenproef te onthouden van zware inspanning. De dag voor de inspanningsproeven wordt de deelnemers gevraagd een standaarddieet te volgen en een zuivelfabriek bij te houden.

Op de ochtend van de proef zullen de patiënten zich om 9.00 uur in het laboratorium presenteren, 2 uur na een standaardontbijt, dat werd voorafgegaan door een insulinebolus berekend door de boluscalculator van de deelnemer. Bij toewijzing aan een van de "AAN" inspanningsproeven, zullen de patiënten worden gevraagd om de oefenmodus (tijdelijk hoger doel) te activeren vanaf 2 uur voor de verwachte inspanningsproef tot het einde van de inspanningsproef. Wanneer toegewezen aan een van de "UIT" inspanningsproeven, zullen de patiënten de inspanningsproef starten zonder oefening aan de pomp aan te kondigen. Hartslag, waargenomen inspanning (RPE), vermogen, hoeksnelheid, aantal herhalingen en trainingsbelasting worden allemaal geregistreerd tijdens de trainingssessies. CGM-gegevens, koolhydraatinname en insulinetoedieningsgegevens worden voor de volgende 24 uur geregistreerd.