Test mieszanego posiłku w cukrzycy typu 1 w terapii pompą insulinową: optymalizacja sztucznej trzustki

WSTĘP: Optymalne leczenie cukrzycy typu 1 powinno prowadzić do uzyskania stężenia glukozy zbliżonego do prawidłowego, bez hipoglikemii i przy zachowaniu jakości życia. Na arenie klinicznej nawet najbardziej złożona obecnie dostępna strategia, tj. terapia pompą insulinową wspomaganą czujnikiem glukozy, w której pacjenci noszą zarówno pompę do podskórnego podawania insuliny (CSII), jak i podskórny czujnik glukozy do ciągłego monitorowania glukozy (CGM), nie w pełni zaspokoić potrzeby pacjentów. Algorytmy sztucznej trzustki (AP) lub zintegrowanej pętli zamkniętej (CLC) — które uwzględniają odczyty CGM i efekty poprzednich wlewów insuliny w celu ciągłego obliczania dawki insuliny do podania — mają na celu zminimalizowanie zmienności glukozy w czasie rzeczywistym i zapobiegać ekstremalnym wahaniom glukozy. Wiele grup badawczych od lat znakomicie pracuje nad opracowaniem nadającego się do noszenia AP, aby częściowo lub całkowicie uwolnić pacjenta (i/lub opiekuna) od ciężaru kontroli w pętli otwartej. Wciąż jednak brakuje idealnej kontroli glikemii, zwłaszcza w przypadku skoków glikemii po posiłku. Dalsze informacje można uzyskać, badając reakcje substratów/hormonów na posiłki u pacjentów z cukrzycą typu 1 po CSII wzmocnionym czujnikiem, prawdopodobnie w porównaniu ze złotym standardem normalnej fizjologii, ze szczególnym uwzględnieniem względnej roli odgrywanej przez szereg czynników stężenia glukozy- system pompy insulinowej w kontrolowaniu poziomu glukozy.

Analiza kontroli metabolicznej (MCA) to ramy teoretyczne, które mają na celu ilościowe opisanie systemów metabolicznych i ocenę rozkładu kontroli. MCA określa ilościowo rolę każdego składnika systemu (np.: szybkość wchłaniania szybkiego analogu insuliny, wchłanianie węglowodanów przez jelita itp.) w kontrolowaniu zmiennej będącej przedmiotem zainteresowania, w szczególności przepływów lub stężeń samego systemu, poprzez obliczenie skalowany współczynnik kontroli (CC). CC zazwyczaj mieści się w zakresie od -1 do +1, a im większa jest ich wartość bezwzględna, tym silniejsza jest kontrola. Zastosowanie MCA u pacjentów z T1DM stosujących CGM/CSII może określić ilościowo indywidualną rolę odgrywaną przez każdy element systemu i może pomóc w zrozumieniu i potencjalnym przezwyciężeniu przeszkód w osiągnięciu stabilnej i ścisłej kontroli glikemii oraz w dalszym rozwoju algorytmów CLC w celu optymalnego zarządzania cukrzycą. choroba.

CEL: Zbadanie charakterystyki i uwarunkowań układu pompy glukozowo-insulinowej u chorych na T1DM z CGM ze szczególnym uwzględnieniem poziomu systemowego (tj. glukozy CC). Przeprowadzimy testy tolerancji pojedynczego posiłku mieszanego oraz 24-godzinne badania u pacjentów z T1DM i zdrowych osób kontrolnych. Zastosujemy opracowane przez nas narzędzia do modelowania matematycznego i stworzymy wirtualnych pacjentów i wirtualne kontrole z tej bazy danych, aby uzyskać dalszy wgląd w zmiany układu pompy glukozowo-insulinowej u pacjentów.

CELE SZCZEGÓŁOWE:

• CEL 1: Przedstawienie i porównanie cech układu glukozowo-insulinowego u chorych na T1DM oraz u osób zdrowych podczas posiłków śniadaniowych o różnej wielkości
• CEL 2: Zbadanie odtwarzalności ocenianego modelu systemu pompy glukozowo-insulinowej u pacjentów z T1DM
• CEL 3: Przedstawić i porównać cechy układu glukozowo-insulinowego u pacjentów z T1DM i zdrowych osób z grupy kontrolnej w okresach 24-godzinnych

HIPOTEZA: Stawiamy hipotezę, że u pacjentów z T1DM stosujących CGM i CSII:

1. występują zniekształcenia rozkładu kontroli glikemii ocenianej za pomocą MCA w porównaniu z osobami zdrowymi;
2. rozkład kontroli jest różny między glukozą w osoczu a glukozą pochodzącą z obecnie stosowanego CGM, co jest domniemanym sygnałem do wykorzystania w algorytmach CLC przenośnego AP;
3. aby opracować skuteczne i bezpieczne algorytmy CLC, należy wziąć pod uwagę obie wyżej wymienione domniemane zmiany.

METODY: To badanie jest wyartykułowane w trzech odrębnych protokołach. Wszyscy uczestnicy będą na diecie izokalorycznej, labiryntowej i bez cukru trzcinowego przez tydzień przed badaniem. Wszyscy pacjenci z T1DM będą otrzymywać CGM/CSII i będą rekrutowani z populacji pacjentów zgłaszających się do naszej Poradni Terapii Pompami Insulinowymi. Każdy pacjent będzie nadal korzystał z własnej pompy, analogu insuliny i czujnika glukozy. Wszystkie badania rozpoczną się o godzinie 07:00 po nocnym poście (≥ 10 godzin). Wszystkie próbki krwi zostaną pobrane do schłodzonych probówek i niezwłocznie odwirowane przy 1500 g; osocze będzie oddzielane i przechowywane w temperaturze -80°C. Zgodnie z planowanym zastosowaniem osocza, probówki do próbek krwi będą zawierały kwas etylenodiaminotetraoctowy (EDTA) jako środek antykoagulacyjny – środek antyglikolityczny – proteaza serynowa i inhibitory DPP4.

-PROTOKÓŁ 1: Badanie układu glukoza-insulina podczas dwóch testów posiłków mieszanych u pacjentów z T1DM iu osób zdrowych.

Zrekrutowanych zostanie 10 pacjentów z T1DM i 10 osób kontrolnych dobranych pod względem płci i BMI w zdrowym wieku. Pacjenci będą poddawani zwykłej terapii za pomocą pompy insulinowej, a szybkość podstawowej insulinizacji będzie utrzymywana na stałym poziomie od godziny 02:00 do końca badań. Wszystkie przedmioty będą badane przy 3 różnych okazjach w odstępach 1-2 tygodni. U pacjentów badanie 1 będzie standardowym 120-minutowym zaciskiem insuliny euglikemicznej. W odstępach 10'-30' będą pobierane próbki krwi w celu pomiaru poziomu insuliny. Stężenie glukozy w osoczu będzie mierzone przy łóżku pacjenta za pomocą analizatora glukozy YSI; poziom glukozy we krwi podskórnej będzie monitorowany za pomocą CGM. W grupie kontrolnej badanie 1 będzie często próbkowanym IVGTT o czasie trwania 240 minut. Zostaną pobrane próbki krwi (n=27) na obecność glukozy, peptydu C i insuliny. Badania 2 i 3 będą identyczne zarówno u pacjentów, jak i w grupie kontrolnej. Będą one wykonywane w losowej kolejności i będą trwały 360 minut. Po 60-minutowym okresie odniesienia, w czasie 0' badani spożyją posiłek o wartości 320 kcal (badanie 2) lub 640 kcal (badanie 3). Skład posiłku (%Kcal: 53,3% węglowodanów, 28,2% lipidów, 18,5% białka) będzie składać się z indyjskiej polenta kukurydzianego plus parmezan. Pacjenci zaprogramują swoją pompę tak, aby w czasie 0' wstrzykiwała dawkę insuliny w bolusie posiłkowym, obliczoną jak zwykle. Próbki krwi (n=20) będą pobierane w określonych odstępach czasu w celu zmierzenia poziomu glukozy w osoczu, stosunku 13C/12C-glukoza, insuliny, glukagonu i peptydu C (ten ostatni tylko u osób kontrolnych). Z niższą częstotliwością mierzone będą również triglicerydy, niezestryfikowane kwasy tłuszczowe (NEFA), aktywny glukagonopodobny peptyd-1 (GLP1) i całkowity peptyd hamujący żołądek (GIP). Stężenie glukozy podskórnej będzie monitorowane za pomocą CGM tylko u pacjentów. Dane uzyskane z IVGTT w grupie kontrolnej przejmą rolę odgrywaną przez dane z klamry insulinowej u pacjentów z T1DM. Dotychczasowe eksperymenty, a także niepublikowane obserwacje w naszym laboratorium wykazały, że podobne wartości wrażliwości na insulinę uzyskuje się za pomocą IVGTT i klamer insulinowych u osób zdrowych. Inna różnica polega na tym, że zamiast pompy insulinowej zostanie zastosowany model minimalnego wydzielania komórek beta, jak opisano wcześniej. Dostępność oznaczeń stosunku 12C/13C-glukoza dodatkowo wzbogaci ten obraz, umożliwiając obliczenie udziału węglowodanów z posiłku w całkowitym stężeniu glukozy w osoczu i, przez różnicę, wkład endogennej (głównie wątrobowej) produkcji w całkowitą glukozę. To wzbogacenie danych zaowocuje dalszym rozwojem modelu na etapie 3 (zarówno w grupie kontrolnej, jak iu pacjentów) i pozwoli podzielić całkowite działanie insuliny na jego dwa składniki, jeden działający na endogenną produkcję glukozy i ten działający na wykorzystanie glukozy. Te pierwsze będą istotne dla interpretacji glukagonu i być może także danych dotyczących aktywnego GLP1.

Dzięki tej strategii możliwe jest obliczenie wszystkich odpowiednich CC G(t), zarówno dla wartości osocza, jak i CGM. Wyniki fenotypowe są podzielone na trzy poziomy rosnącej złożoności:

1. Pomiary bezmodelowe: stężenia substratów posiłków i hormonów, ze szczególnym uwzględnieniem wpływu glukagonu i aktywnego GLP1 na produkcję glukozy w wątrobie oraz całkowitego GIP, jako regulatora metabolizmu komórek tłuszczowych;
2. Oparte na modelu oszacowania pojedynczych cech układu glukoza/insulina: obejmują one między innymi wrażliwość na glukozę (SG), wrażliwość na insulinę (SI), czas przejścia węglowodanów do krążenia ogólnoustrojowego, średni czas przejścia insuliny do dotrzeć do krążenia ogólnoustrojowego z depotu podskórnego (tylko pacjenci);
3. Oparta na modelu ocena właściwości układu glukoza-insulina (kontrole) i pacjentów z układem glukoza-pompa insulinowa (T1DM): obejmują one wszystkie współczynniki kontroli glukozy (również CGM glukozy u pacjentów).

PROTOKÓŁ 2: Powtarzalność oceny układu glukozowo-insulinowego podczas testu z pojedynczym posiłkiem mieszanym u chorych na T1DM.

Zrekrutowanych zostanie 10 pacjentów z cukrzycą typu 1 poddawanych terapii pompą insulinową i ciągłemu podskórnemu monitorowaniu glikemii (CGM). Protokół badania jest identyczny z protokołem 1 z następującymi wyjątkami: 1. u 5 pacjentów z T1DM badanie 2 i badanie 3 będą składały się z dwóch powtarzających się posiłków 320 kcal; 2. u 5 pacjentów z T1DM badanie 2 i badanie 3 będą składały się z dwóch powtarzających się posiłków o wartości 640 kcal. Wyniki fenotypowe zostaną ułożone warstwami, jak w protokole 1 dla analizy odtwarzalności.

-PROTOKÓŁ 3: Układ glukozowo-insulinowy w ciągu 24 godzin u pacjentów z T1DM iw grupie kontrolnej.

Zrekrutowanych zostanie 10 pacjentów z T1DM i 10 osób kontrolnych dobranych pod względem płci i BMI w zdrowym wieku. Wszystkie przedmioty będą badane przy 2 różnych okazjach w odstępach 1-2 tygodni. Zarówno u pacjentów, jak i w grupie kontrolnej, badanie 1 będzie identyczne z protokołem 1 (tj. odpowiednio zacisk insulinowy i IVGTT). W badaniu 2 wszyscy uczestnicy zostaną przyjęci do Centrum Badań Klinicznych (CRC) rano w dniu badania (07:00) i pozostaną tam przez cały czas jego trwania (24 godziny). Badani będą mogli swobodnie poruszać się po CRC, ale nie będą wykonywać żadnych ćwiczeń fizycznych. Przez cały czas trwania badania pacjenci będą kontynuować zwykłą insulinoterapię, w tym obliczanie dawki insuliny do posiłku i wstrzykiwanie. O godzinie 08:00, 13:00 i 19:00 badani będą spożywać trzy posiłki mieszane (200 kcal/m-2 BSA), 400 kcal/m-2 BSA i 400 kcal/m-2 BSA, odpowiednio; skład diety: 54% węglowodanów, 28% lipidów, 18% białka). U 6 pacjentów i 6 osób z grupy kontrolnej posiłkiem o godzinie 13:00 będzie indyjska polenta kukurydziana plus sezonowany włoski parmezan DOP. U pozostałych 6 pacjentów i 6 osób z grupy kontrolnej posiłek o godzinie 19:00 będzie składał się z indyjskiej polenta kukurydzianej z sezonowanym włoskim parmezanem DOP. Zostaną pobrane próbki krwi (n=62). Stężenie glukozy w osoczu, insulina, glukagon i peptyd C (ten ostatni tylko u osób kontrolnych) będą mierzone we wszystkich punktach czasowych. Z niższą częstotliwością mierzone będą również triglicerydy, niezestryfikowane kwasy tłuszczowe (NEFA), aminokwasy, aktywny GLP1 i całkowity GIP. U osób spożywających posiłek polenty o godzinie 13:00 stosunek 13C/12C-glukoza będzie mierzony od 12:00 do 24:00. U osób spożywających posiłek polenty o godzinie 19:00 stosunek glukozy 13C/12C będzie mierzony od 18:00 do 07:00 następnego dnia rano. Stężenie glukozy podskórnej będzie monitorowane za pomocą CGM tylko u pacjentów. Mączka z polenty będzie stosowana tylko w jednym posiłku dziennie, aby uniknąć utraty możliwości interpretacji danych dotyczących stosunku 13C/12C-glukoza, ze względu na trwającą recyrkulację/recykling węgla glukozy poprzez glikogen/glukoneogenezę. Zachowanie układu glukoza/insulina w porze śniadania zostało już zbadane w protokole 1. Wyniki zostaną ułożone warstwami i przeanalizowane zgodnie z opisem w protokole 1.

OCZEKIWANIA: Połączona analiza danych z klamry insulinowej i testu mieszanego posiłku (MMT) pozwoli na zbudowanie kompleksowego modelu układu glukozo-insulinowego podczas MMT u każdego pacjenta, który dzięki temu będzie działał jako wirtualny pacjent in silico, zgodnie z dobrze ustaloną metodologię opracowaną w naszym laboratorium. Zbiór wirtualnych pacjentów z cukrzycą typu 1 poddawanych MMT utworzy biobank in silico pochodzący z tego badania. Wirtualni pacjenci zostaną wykorzystani do przeprowadzenia MCA w celu obliczenia CC. Ponadto zostanie określona ilościowo odpowiedź hormonu inkretynowego, glukagonu i substratu na zmieszany posiłek, co pozwoli na przypuszczalną identyfikację dalszych modyfikatorów układu glukozowo-insulinowego. Ta baza danych będzie pomocna w opracowaniu algorytmu kontrolnego, który będzie w stanie zagwarantować prawidłową regulację glukozy podczas posiłku mieszanego u pacjentów z cukrzycą typu 1 z CGM w terapii pompą insulinową.