Treningsinduserte glykemiske variasjoner og hybride lukkede sløyfesystemer (SAFE-T1D)

Personer med type 1 diabetes mellitus (T1DM) har kontinuerlig risiko for hypoglykemi, som er en av hovedbarrierene for å oppnå optimal glykemisk kontroll.

Fysisk aktivitet (PA) i T1DM er preget av en ubalanse mellom hepatisk glukoseproduksjon og glukosedisponering i muskelen, økt insulinfølsomhet og svekket motregulerende hormonell respons. Dermed kan PA øke risikoen for hypoglykemi ved T1DM. Hypoglykemi kan oppstå under trening, så vel som under restitusjon, og frykt for hypoglykemi resulterer ofte i enten unngåelse av trening eller overkompenserende behandlingsatferd, som igjen resulterer i forverret metabolsk kontroll og økt kardiometabolsk risiko.

Kompleksiteten til glukosehomeostase og et utilstrekkelig teknologinivå forhindrer tett regulering av blodsukker (BG). Studier av kunstig bukspyttkjertel med lukket sløyfe har vist reduksjon i risikoen for hypoglykemi og økt tid i området (70-180 mg/dl) hos T1DM-pasienter. Selv om disse systemene fungerer ganske bra ved hypoglykemi over natten, er det fortsatt et problem å forhindre lav BG under og rett etter trening, på grunn av kombinasjonen av en dramatisk økning i insulinfølsomhet med forsinket utbrudd av subkutant insulin. Å informere insulindosering av PA kan redusere denne risikoen. Glykemisk respons på trening varierer basert på type trening (aerobic eller motstand), men også basert på intensitet og varighet av trening. De fleste eksisterende hybrid closed-loop (HCL)-systemer bruker Dexcom G6 glukosesensoren, som har vist god nøyaktighet under aerobic-, motstands- og høyintensitetsintervalltrening (HIIT).

Gjeldende HCL-systemer gir muligheten til å kunngjøre trening til systemet, og denne informasjonen tas med i insulindoseringsberegningen. Som et resultat setter systemet et høyere glykemisk mål, øker insulinfølsomhetsfaktoren og/eller unngår korreksjonsboluser under trening. Disse systemene fungerer godt for å forhindre hypoglykemi, men kompenserende hyperglykemi, på grunn av høyere karbohydratinntak og lavere insulintilførsel, følger ofte. Et av hovedproblemene med eksisterende HCL-systemer er at trening anses som en binomial enhet, enten tilstede eller fraværende, og faktorer som intensitet, varighet eller type trening tas ikke i betraktning. Imidlertid kan disse treningsvariablene bidra til å fremkalle helt forskjellige glykemiske responser på trening. Enda mer, disse systemene tar ikke hensyn til den forsinkede effekten av trening, dvs. den såkalte aktiviteten om bord (AOB), en kvantitativ representasjon av den tidligere utførte PA som fortsatt påvirker BG-nivåene, og som er ansvarlig for hypoglykemi etter trening, noen ganger flere timer etter en treningsøkt. Gjeldende anbefalinger om hvordan man skal håndtere BG-nivåer i trening er ennå ikke fullstendig testet i sammenheng med et lukket sløyfesystem.

Denne studien tar sikte på å utvikle en ny og forbedret algoritme som bruker informasjon om trenings-/fysisk aktivitetsvariabler for å forutsi glykemiske variasjoner og modulere insulinbehandling tilsvarende for å unngå hypo- og hyperglykemi og opprettholde glykemiske nivåer i ønsket område. Dette hovedmålet skal oppnås på en flertrinns måte. Det første trinnet vil bestå i datainnsamling. Data relatert til trening/fysisk aktivitet vil bli samlet inn i to forskjellige innstillinger. Først gjennom de forskjellige treningsøktene vil treningsrelaterte data hentet fra pulsmåler, styrketreningsmaskiner samles inn. For det andre vil data i forhold til spontan fysisk aktivitet/sittende atferd utenfor eksperimentelle omgivelser samles inn gjennom bevegelsessporere. Data i forhold til glykemiske variasjoner, avledet fra CGM og data i forhold til insulin- og karbohydratinntak fra insulinpumper og matdagbøker. Gjennom treningsøktene vil etterforskere være i stand til å evaluere effektiviteten til hybride lukkede sløyfesystemer for å opprettholde glukosenivåer i området (70-180 mg/dl) og for å forhindre både hypo- og hyperglykemi, under og etter trening av forskjellig varighet , intensiteter og typer. I et andre trinn vil relasjonene mellom treningsvariabler avledet fra både eksperimentelle økter og PA-overvåking utenfor de eksperimentelle øktene, og glykemiske, insulin- og karbohydratvariasjoner med fysisk aktivitet bli undersøkt.

Det tredje, og siste trinnet, vil inkludere ytterligere dataanalyse, testing, modellering og in-silico-simuleringer for å estimere ytelsen til et nytt beslutningsstøttesystem for PA-informert insulindosering mot standard insulindosering.

Studiedesign Deltakere Femti menn og kvinner med T1DM vil delta i studien. Foreløpig testing Ved signering av det informerte samtykket vil deltakernes grunnlinjedata samles inn. Deretter vil foreløpig testing finne sted i Exercise Physiology Lab ved Universitetet i Roma Foro Italico. Maksimalt kardiopulmonalt oksygenforbruk (VO2peak) vil bli vurdert ved hjelp av en gradert syklusergometer (Lode, Groningen, Nederland) treningstest til frivillig utmattelse. Maksimal effekt (Wmax) oppnådd under testen vil bli brukt til å standardisere treningsforskriften.

1-RM-testen vil bli utført for evaluering av dynamisk maksimal muskelstyrke. Testen vil bli utført før randomisering, for skyvebevegelser i underkroppen og skyve- og trekkbevegelser i overkroppen på henholdsvis benpress, brystpress og lavrad Biostrength®-linjemaskiner (Technogym S.p.A., Cesena, Italia). 1-RM-evalueringen vil være nyttig for å bestemme individenes belastning under treningsprogrammet. Under testen vil hastigheten på bevegelsen bli registrert for analyse av muskeltoppkraften. Før de blir tildelt noen av treningsforsøkene, vil deltakerne bli bedt om å bruke en GENEActiv-aktivitetsmonitor ved håndleddet i syv påfølgende dager under frie leveforhold. GENEActiv-enheter er håndleddsbårne instrumenter som brukes til evaluering av frittlevende aktiviteter. Disse enhetene, som vil bli levert av Exercise Physiology Lab, gir rådata for fysisk aktivitet, stillesittende atferd og søvnanalyse, og registrerer bevegelses-, lys- og temperaturdata. Deltakerne vil få et standardisert kosthold under hele studiens varighet og vil bli bedt om å føre en matdagbok de syv dagene de bruker akselerometeret, 24 timer før treningsforsøkene og på dagene med treningsforsøk.

Treningsforsøk Pasientene skal gjennomgå fire forskjellige treningsforsøk, aerobic trening med moderat intensitet (MIE), intervalltrening med høy intensitet (HIIE), motstandstrening (RE) og kombinert aerobic og motstandstrening (COMB). De samme treningsforsøkene vil bli utført under to forskjellige forhold: Treningsmodus satt på "på" eller treningsmodus satt på "av" på insulinpumpen. Pasientene vil også bruke akselerometer og pulsmåler på prøvedagene. De fire treningsøktene vil ha samme varighet på 50 min, delt inn i 5 min oppvarming, 40 min arbeid og 5 min nedkjøling. De 40 min med arbeid vil variere mellom forsøkene som følger.

Trening med moderat intensitet vil bestå av kontinuerlig trening på et sykkelergometer ved 40 % Wmax.

Høyintensiv intervalltrening vil bestå av tre 10-minutters intervalltrening med 1:1 arbeid:hvile-forhold (5 x 1-minutts intervaller med 90 % Wmax med ett minutts restitusjon ved 25 % Wmax mellom intervallene) ispedd 3 min. av utvinning ved 25 % Wmax.

Motstandsøvelser vil omfatte en krets med 8 grupper med øvelser som gjentas i 3 sett med 12 repetisjoner hver på 70 % av 1-RM. Alle øvelsene vil bli utført på de samme maskinene som brukes til styrkeevalueringer under foreløpig testing (Biostrength® line-maskiner, Technogym Sp.A., Cesena, Italia), som vil tillate presis individualisering av motstandstrening, registrering av økter og nøyaktig reproduserbarhet ved neste treningsforsøk for hver pasient.

Kombinert trening vil bestå av 20 minutter med moderat intensitetstrening med 40 % Wmax på et sykkelergometer etterfulgt av 20 minutter med motstandstrening bestående av en sirkeltrening av 4 grupper med øvelser gjentatt i 3 sett med 12 repetisjoner hver med 70 % av 1. -RM.

Eksperimentell design Deltakerne vil bli tildelt de åtte treningsforsøkene (MIE-ON, HIIT-ON, RE-ON, COMB-ON, MIE-OFF, HIIT-OFF, RE-OFF, COMB-OFF) i tilfeldig rekkefølge. Randomisering vil bli gjort av en datamaskingenerert sekvens. Hver treningsøkt vil være atskilt med minst 7 dager.

Deltakerne vil bli bedt om å avstå fra anstrengende trening 48 timer før treningsforsøket. Dagen før treningsforsøkene vil deltakerne bli bedt om å følge en standard diett og holde et matmeieri.

På morgenen av forsøket, vil pasienter presentere på laboratoriet kl. 9.00, 2 timer etter en standard frokost, som ble utført av en insulinbolus beregnet av deltakernes boluskalkulator. Når de tildeles en av "ON" treningsforsøkene, vil pasientene bli bedt om å aktivere treningsmodusen (midlertidig høyere mål) fra 2 timer før forventet treningsforsøk til slutten av treningsforsøket. Når de er tildelt en av "AV" treningsforsøkene, vil pasientene starte treningsforsøket uten å melde trening til pumpen. Hjertefrekvens, frekvens av opplevd anstrengelse (RPE), effekt, vinkelhastighet, antall repetisjoner og treningsbelastning vil alle bli registrert under treningsøktene. CGM-data, karbohydratinntak og insulintilførselsdata vil bli registrert for de påfølgende 24 timene.