Zmiany EEG podczas hipoglikemii wywołanej insuliną w cukrzycy typu 1

Prawie normalizacja kontroli glikemii stała się ustalonym celem leczenia cukrzycy w celu zmniejszenia późnych powikłań, takich jak nefropatia, neuropatia, retinopatia i choroby sercowo-naczyniowe (1,2). Jednak częstość hipoglikemii indukowanych insuliną zwiększa się kilkukrotnie podczas intensywnej insulinoterapii (2,3). Tak więc hipoglikemia jest najczęstszym ostrym powikłaniem leczenia cukrzycy insuliną. Podczas hipoglikemii dochodzi do zaburzeń funkcji poznawczych, które mogą prowadzić do utraty przytomności i drgawek. Może to prowadzić do sytuacji wysokiego ryzyka, np. podczas prowadzenia pojazdu lub obsługiwania maszyny. Szacunki dotyczące zgonów pacjentów z cukrzycą typu 1 przypisywanych hipoglikemii wahają się między 2% a 6% (4,5). Ponadto ryzyko wystąpienia hipoglikemii ogranicza codzienną aktywność chorych na cukrzycę, obniżając jakość ich życia. Nic więc dziwnego, że hipoglikemia jest najbardziej przerażającym ostrym powikłaniem insulinoterapii u pacjentów z cukrzycą. Ten strach przed hipoglikemią zniechęca chorych na cukrzycę do prób utrzymania ścisłej kontroli glikemii, co z kolei prowadzi do częstszego występowania późnych powikłań i w konsekwencji zwiększonej śmiertelności (1,6,7). W pierwszych latach cukrzycy typu 1 większość chorych potrafi wyczuć charakterystyczne objawy hipoglikemii, które następnie można złagodzić poprzez spożywanie odpowiedniego pożywienia. Objawy hipoglikemii można z grubsza sklasyfikować jako objawy autonomiczne (ostrzegawcze) spowodowane uwalnianiem katecholamin oraz objawy neuroglikopeniczne spowodowane brakiem glukozy w mózgu. U wielu pacjentów objawy są często osłabione w nocy (nocna bezobjawowa hipoglikemia) z powodu upośledzonej odpowiedzi kontrregulacji glukozy przez adrenalinę i glukagon. Przewlekła postać nieświadomości hipoglikemii jest bardzo powszechna. Jedna czwarta wszystkich pacjentów z cukrzycą leczonych insuliną ma pewien stopień zmniejszonej świadomości objawów, ale odsetek ten wzrasta do prawie 50% u pacjentów, którzy chorują na cukrzycę od ponad 20 lat (8). Ścisła kontrola cukrzycy poprzez intensywną insulinoterapię wiąże się ze zwiększonym ryzykiem wystąpienia zespołu nieświadomości hipoglikemii z utratą autonomicznych objawów ostrzegawczych (2,6,9). Wydaje się, że wiąże się to ze zmniejszoną hormonalną kontrregulacją glukozy z powodu nawracających epizodów hipoglikemii (6,9).

Z tych powodów przeprowadzono szereg badań mających na celu opracowanie automatycznych systemów wykrywania, które mogą ostrzegać chorych na cukrzycę przed obniżeniem poziomu glukozy we krwi do poziomu, przy którym rozwija się ciężka neuroglikopenia, zwykle około 2,0-2,5 mmol/l . Większość badań oceniała potencjał ciągłego monitorowania glikemii (CMG) w zmniejszaniu częstości hipoglikemii. Chociaż mniejsze badania wykazały mniejsze ryzyko hipoglikemii przy użyciu CMG w porównaniu z konwencjonalnymi pomiarami glukozy (10,11), większe wieloośrodkowe badania nie potwierdziły tych wyników (11-14). Można to wytłumaczyć małą dokładnością w dolnym zakresie wartości glukozy i opóźnieniem czasu detekcji podczas szybkich zmian przy użyciu CMG (11,13,14). W rzeczywistości CMG rozpoznaje tylko mniej niż 50% przypadków hipoglikemii (15). Tak więc, nawet przy marginalnej poprawie w porównaniu z konwencjonalnymi pomiarami glukozy, CMG jest daleki od celu, jakim jest całkowite uniknięcie ciężkich epizodów hipoglikemii.

Sygnał EEG odzwierciedla stan funkcjonalny i metabolizm mózgu. Mózg jest prawie całkowicie zależny od ciągłego zaopatrzenia w glukozę, a kiedy jest ona niższa niż zapotrzebowanie metaboliczne mózgu, jego funkcjonowanie ulega pogorszeniu. Rzeczywiście, hipoglikemia neuroglikopeniczna u pacjentów z cukrzycą leczonych insuliną jest związana z charakterystycznymi zmianami w EEG ze spadkiem aktywności alfa, wzrostem aktywności delta, a zwłaszcza wzrostem aktywności theta (16-19). Zmiany te są wyraźnie widoczne przy ~2,0 mmol/l (16,17), ale mogą być obecne już przy wyższych stężeniach glukozy (~3,0 mmol/l), zwłaszcza u chorych na cukrzycę typu 1 z nieświadomością hipoglikemii (19,20). Wykazano, że najbardziej charakterystyczne zmiany, wzrost aktywności theta, pojawiają się 19 min przed wystąpieniem poważnych zaburzeń poznawczych (20). Sugeruje to „okno” między zmianami EEG wywołanymi hipoglikemią a ciężką neuroglicepenią, co jest ważnym warunkiem wstępnym opracowania automatycznego systemu wykrywania zdolnego do ostrzegania pacjenta.

W wielu badaniach scharakteryzowano zmiany w EEG wynikające z hipoglikemii (16-20), ale w żadnym nie zaproponowano metody przetwarzania i testowania w czasie rzeczywistym. Dzięki urządzeniu, które może monitorować i przetwarzać sygnały EEG w czasie rzeczywistym oraz automatycznie wykrywać i ostrzegać pacjenta o zmianach EEG wywołanych hipoglikemią, pacjent mógłby uniknąć ciężkich objawów neuroglipenicznych, np. poprzez spożycie węglowodanów. Konstrukcja systemu alarmowania hipoglikemii opartego na EEG musi spełniać następujące kryteria. Po pierwsze, urządzenie powinno być w stanie odróżnić zmiany EEG wywołane hipoglikemią od normalnych zmian w EEG, szumów i artefaktów z dużą czułością i swoistością przy użyciu algorytmu matematycznego, który klasyfikuje EEG w czasie rzeczywistym. Po drugie, te zmiany EEG należy obserwować u większości chorych na cukrzycę leczonych insuliną w czasie hipoglikemii. Po trzecie, powinno istnieć „okno” między zmianami EEG wywołanymi hipoglikemią a ciężkimi zaburzeniami poznawczymi. Ponadto urządzenie powinno być w pełni kompatybilne z normalnymi, codziennymi czynnościami. Zatem elektrody powinny być cienkie i wszczepiane podskórnie, a jednostka monitorująca i przetwarzająca powinna być mała, mieć wystarczającą moc baterii i być zdolna do komunikacji z PDA lub telefonem komórkowym.