Badanie fizjologii ćwiczeń

Cukrzyca dotyka blisko 10% naszej populacji, a 5% chorych na cukrzycę ma typ 1, który definiuje się jako bezwzględny niedobór insuliny. Potrzeba leczenia cukrzycy jest krytyczna, biorąc pod uwagę ciężar ekonomiczny tej choroby, z ponad 175 miliardami dolarów bezpośrednich kosztów opieki zdrowotnej i prawie kolejnymi 70 miliardami dolarów kosztów pośrednich związanych z niepełnosprawnością i utratą pracy. Wpływ osobisty jest równie ważny dla osób z tą chorobą, ponieważ cukrzyca jest główną przyczyną ślepoty, konieczności dializy nerek i nieurazowych amputacji w Stanach Zjednoczonych. Cukrzyca typu 2 wiąże się ze zmniejszoną wrażliwością na insulinę i zespołem metabolicznym, a modyfikacja diety i ćwiczenia fizyczne są ważnymi elementami leczenia podstawowej oporności na insulinę. Jednak te strategie stylu życia są również ważne w cukrzycy typu 1 z wielu powodów: 1) osoby z cukrzycą typu 1 dożywają dorosłości, kiedy oporność na insulinę i otyłość stają się czynnikami kontroli glikemii, 2) utajona autoimmunologiczna cukrzyca wieku dorosłego (LADA) stanowi „mieszana” postać cukrzycy autoimmunologicznej, w której mogą występować pewne cechy cukrzycy typu 2, takie jak oporność na insulinę, oraz 3) modyfikacja diety i ćwiczenia fizyczne pozostają skutecznymi sposobami leczenia ostrej hiperglikemii i, w dłuższej perspektywie, HbA1c, potencjalnie zmniejszając ryzyko mikroangiopatii komplikacje. Dlatego u osób z cukrzycą typu 1 nadal istnieje potrzeba ruchu, aby utrzymać dobrą kontrolę glikemii i zapobiec rozwojowi powikłań. Jednak ćwiczenia są trudne do opanowania dla osób z T1D. Ćwiczenia powodują zwiększoną wrażliwość na insulinę wraz z szybkim wychwytem glukozy przez mięśnie i inne tkanki w ciele, co prowadzi do gwałtownego spadku poziomu glukozy i hipoglikemii, jak wykazały inne grupy, jak również nasza.

Bez dostosowania dawki insuliny do ćwiczeń hipoglikemia jest powszechna u osób z cukrzycą typu 1. W badaniu 48 osób z cukrzycą typu 1 bez dostosowania dawki insuliny, które ćwiczyły przez 60 minut z umiarkowaną intensywnością, poziom glukozy spadł średnio o 40%, przy czym u 52% badanych spadł do 70 mg/dl lub mniej. Pomimo tej wyraźnej potrzeby dostosowania dawki insuliny do ćwiczeń, nie ma jednolitych zaleceń dotyczących dawkowania insuliny w czasie ćwiczeń. W 2006 roku grupa badawcza DirecNet opublikowała badanie dotyczące wpływu wstrzymania podawania insuliny z bazy na początku ćwiczeń u 40 dzieci z cukrzycą typu 1 na terapię pompą insulinową. Ta interwencja znacznie zmniejszyła hipoglikemię (z 43% do 16%), ale znacznie częściej skutkowała hiperglikemią (wzrost z 4% do 23%). Schiavon i Cobelli i wsp. zajęli się tym, jak najlepiej dostosować insulinę do wysiłku, korzystając z symulacji in silico. Dostosowanie dawek insuliny w środowisku in silico zmniejszyło hipoglikemię z 88% do 16% pacjentów, gdy zastosowano dostosowanie uniwersalne, oraz do 4%, gdy zastosowano dostosowanie indywidualne.

Badanie opisane w tym protokole ma na celu ujednoznacznienie wpływu ćwiczeń na insulinę i wpływu insuliny na kontrolę glikemii. Aby to osiągnąć, badacze przeprowadzą serię badań stabilnych znaczników glukozy, w których badani będą pościć przez około 8 godzin i będą wykonywali ćwiczenia aerobowe na umiarkowanym i intensywnym poziomie przez 45 minut, podczas gdy dawki insuliny będą ograniczone do niskiego (podstawowego szybkość wlewu), średnią (baza x 1,5) i wysoką (baza x 3) szybkość wlewu insuliny. Dawki podstawowe pacjenta zostaną uzyskane na podstawie wstrzykniętych ilości insuliny bazowej, takiej jak NPH/glargine/detemir, lub dawek podstawowych u osób korzystających z pomp insulinowych i zostaną dostosowane do HbA1c, jak opisano w systemie OHSU AP. Di-deuterowana glukoza (6,6-2H2-glukoza), która nie jest radioaktywna i która może być metabolizowana zwykłymi szlakami w organizmie ludzkim, będzie stabilnym znacznikiem. Każda osoba na ramię zostanie poddana 3 10-godzinnym badaniom, podczas których rejestrowane są poziomy glukozy, insuliny i glukagonu we krwi, a poziomy katecholamin i kwasów tłuszczowych są rejestrowane podczas okresu ćwiczeń i tuż po nim, jak opisano poniżej. Poziomy znacznika glukozy będą mierzone w OHSU za pośrednictwem głównego laboratorium Bioanalytical Shared Resource/PK, a obliczenie szybkości pojawiania się (Ra) i szybkości zanikania (Rd) glukozy zostanie przeprowadzone przez naszych kolegów z McGill University przy użyciu niestacjonarnego stanowy model dynamiki glukozy.

Dane uzyskane z tego badania wspomogą zaktualizowany model regulacji glukozy w cukrzycy typu 1, zapewniając ćwiczenia jako dane wejściowe do modelu, który zostanie wykorzystany w systemie kontroli predykcyjnej modelu (MPC) do zarządzania cukrzycą typu 1. Taki system może być stosowany do dostarczania insuliny i/lub glukagonu w celu kontrolowania zmian glikemii podczas ćwiczeń i poza nimi.