Zmiany glikemii wywołane wysiłkiem fizycznym i hybrydowe systemy zamkniętej pętli (SAFE-T1D)

Osoby z cukrzycą typu 1 (T1DM) są stale narażone na hipoglikemię, która jest jedną z głównych barier w osiągnięciu optymalnej kontroli glikemii.

Aktywność fizyczna (PA) w T1DM charakteryzuje się zaburzeniem równowagi między wytwarzaniem glukozy w wątrobie a dystrybucją glukozy do mięśni, zwiększoną wrażliwością na insulinę i upośledzoną kontregulacyjną odpowiedzią hormonalną. Zatem PA może zwiększać ryzyko hipoglikemii w T1DM. Hipoglikemia może wystąpić zarówno podczas wysiłku fizycznego, jak i w okresie rekonwalescencji, a lęk przed hipoglikemią często skutkuje unikaniem ćwiczeń lub nadmiernie kompensującymi zachowaniami terapeutycznymi, co z kolei skutkuje pogorszeniem kontroli metabolicznej i zwiększonym ryzykiem kardiometabolicznym.

Złożoność homeostazy glukozy i niewystarczający poziom technologii uniemożliwiają ścisłą regulację kontroli glikemii (BG). Badania sztucznej trzustki z zamkniętą pętlą wykazały zmniejszenie ryzyka hipoglikemii i zwiększenie zakresu czasowego (70-180 mg/dl) u pacjentów z cukrzycą typu 1. Chociaż systemy te działają dość dobrze w przypadku nocnej hipoglikemii, zapobieganie niskiemu poziomowi glukozy podczas ćwiczeń i bezpośrednio po nich pozostaje problemem, ze względu na połączenie dramatycznego wzrostu wrażliwości na insulinę z opóźnionym początkiem podskórnej insuliny. Informowanie o dawkowaniu insuliny PA może zmniejszyć to ryzyko. Odpowiedź glikemiczna na wysiłek różni się w zależności od rodzaju wysiłku (aerobowy lub oporowy), ale także w zależności od intensywności i czasu trwania wysiłku. Większość istniejących hybrydowych systemów z zamkniętą pętlą (HCL) korzysta z czujnika glukozy Dexcom G6, który wykazał się dobrą dokładnością podczas ćwiczeń aerobowych, oporowych i treningu interwałowego o wysokiej intensywności (HIIT).

Obecne systemy HCL oferują możliwość ogłaszania ćwiczeń do systemu i ta informacja jest uwzględniana w obliczeniach dawki insuliny. W rezultacie system ustawia wyższy docelowy poziom glikemii, zwiększa współczynnik wrażliwości na insulinę i/lub unika bolusów korekcyjnych podczas ćwiczeń. Systemy te dobrze sprawdzają się w zapobieganiu hipoglikemii, ale często następuje kompensacyjna hiperglikemia, spowodowana wyższym spożyciem węglowodanów i mniejszą podażą insuliny. Jednym z głównych problemów z istniejącymi systemami HCL jest to, że ćwiczenia są uważane za jednostkę dwumianową, obecną lub nieobecną, a czynniki takie jak intensywność, czas trwania lub rodzaj ćwiczeń nie są brane pod uwagę. Jednak te zmienne dotyczące ćwiczeń mogą przyczynić się do wywołania zupełnie różnych odpowiedzi glikemicznych na ćwiczenia. Co więcej, systemy te nie uwzględniają opóźnionego efektu ćwiczeń, czyli tzw. activity-on-board (AOB), ilościowej reprezentacji wcześniej wykonanego PA, który nadal wpływa na poziom glukozy, a który odpowiada za hipoglikemia powysiłkowa, czasami kilka godzin po sesji ćwiczeń. Aktualne zalecenia dotyczące zarządzania poziomami glukozy we krwi podczas ćwiczeń nie zostały jeszcze w pełni przetestowane w kontekście systemu zamkniętego.

Niniejsze badanie ma na celu opracowanie nowego i udoskonalonego algorytmu, który wykorzystuje informacje dotyczące ćwiczeń/aktywności fizycznej do przewidywania wahań glikemii i odpowiedniego modulowania insulinoterapii w celu uniknięcia hipo- i hiperglikemii oraz utrzymania poziomu glikemii w pożądanym zakresie. Ten główny cel ma być realizowany wieloetapowo. Pierwszym krokiem będzie zebranie danych. Dane dotyczące ćwiczeń/aktywności fizycznej będą gromadzone w dwóch różnych ustawieniach. Po pierwsze, poprzez różne sesje ćwiczeń, zostaną zebrane dane związane z ćwiczeniami, pochodzące z monitora tętna, maszyn do treningu siłowego. Po drugie, dane dotyczące spontanicznej aktywności fizycznej/zachowań siedzących poza środowiskiem eksperymentalnym będą gromadzone za pomocą urządzeń do śledzenia ruchu. Dane dotyczące wahań glikemii, pochodzące z CGM oraz dane dotyczące spożycia insuliny i węglowodanów z pomp insulinowych i dzienniczków żywieniowych. Dzięki sesjom eksperymentalnym z ćwiczeniami badacze będą mogli ocenić skuteczność hybrydowych systemów z zamkniętą pętlą w utrzymywaniu poziomu glukozy w zakresie (70-180 mg/dl) oraz w zapobieganiu zarówno hipo-, jak i hiperglikemii, podczas i po wysiłku o różnym czasie trwania , intensywności i rodzaje. W drugim etapie zbadane zostaną zależności między zmiennymi ćwiczeń pochodzącymi zarówno z sesji eksperymentalnych, jak i monitorowania PA poza sesjami eksperymentalnymi, a zmianami glikemii, insuliny i węglowodanów z aktywnością fizyczną.

Trzeci i ostatni krok obejmie dalszą analizę danych, testowanie, modelowanie i symulacje in silico w celu oszacowania wydajności nowego systemu wspomagania decyzji w zakresie dawkowania insuliny opartego na PA w porównaniu ze standardowym dawkowaniem insuliny.

Projekt badania Uczestnicy W badaniu weźmie udział pięćdziesiąt kobiet i mężczyzn z T1DM. Testy wstępne Po podpisaniu świadomej zgody zostaną zebrane podstawowe dane uczestników. Następnie w Laboratorium Fizjologii Ćwiczenia na Uniwersytecie Rzymskim Foro Italico odbędą się wstępne testy. Szczytowe krążeniowo-oddechowe zużycie tlenu (VO2szczytowe) zostanie ocenione przy użyciu stopniowanego cyklu ergometru (Lode, Groningen, Holandia) do wolicjonalnego wyczerpania. Maksymalna moc wyjściowa (Wmax) osiągnięta podczas testu zostanie wykorzystana do standaryzacji zaleceń dotyczących ćwiczeń.

Test 1-RM zostanie przeprowadzony w celu oceny dynamicznej maksymalnej siły mięśniowej. Test zostanie przeprowadzony przed randomizacją, dla ruchów wypychania dolnej części ciała oraz ruchów wypychania i ciągnięcia górnej części ciała odpowiednio na maszynach do wyciskania nóg, wyciskania klatki piersiowej i linii Biostrength® (Technogym S.p.A., Cesena, Włochy). Ocena 1-RM będzie przydatna do określenia obciążenia poszczególnych osób podczas programu ćwiczeń. Podczas testu rejestrowana będzie prędkość ruchu w celu analizy mocy szczytowej mięśnia. Przed przydzieleniem do którejkolwiek z prób wysiłkowych uczestnicy zostaną poproszeni o noszenie monitora aktywności GENEActiv na nadgarstku przez siedem kolejnych dni w warunkach wolno żyjących. Urządzenia GENEActiv to noszone na nadgarstku instrumenty służące do oceny czynności związanych z życiem na wolności. Urządzenia te, które zostaną dostarczone przez Laboratorium Fizjologii Ćwiczenia, dostarczają nieprzetworzonych danych dotyczących aktywności fizycznej, siedzącego trybu życia i analizy snu, przechwytując dane dotyczące ruchu, światła i temperatury. Uczestnicy otrzymają znormalizowaną dietę przez cały czas trwania badania i zostaną poproszeni o prowadzenie dzienniczka żywieniowego przez siedem dni, w których noszą akcelerometr, 24 godziny przed próbami wysiłkowymi oraz w dniach prób wysiłkowych.

Próby wysiłkowe Pacjenci przejdą cztery różne próby wysiłkowe: ćwiczenia aerobowe o umiarkowanej intensywności (MIE), ćwiczenia interwałowe o wysokiej intensywności (HIIE), ćwiczenia oporowe (RE) oraz połączone ćwiczenia aerobowe i oporowe (COMB). Te same próby wysiłkowe zostaną przeprowadzone w dwóch różnych warunkach: tryb ćwiczeń ustawiony na „włączony” lub tryb ćwiczeń ustawiony na „wyłączony” na pompie insulinowej. Pacjenci będą również nosić akcelerometr i monitor pracy serca w dniach próbnych. Cztery sesje ćwiczeń będą miały taki sam czas trwania 50 minut, podzielone na 5 minut rozgrzewki, 40 minut pracy i 5 minut rozluźnienia. 40 minut pracy będzie się różnić w zależności od próby w następujący sposób.

Ćwiczenia o umiarkowanej intensywności obejmują ciągłe ćwiczenia na ergometrze rowerowym przy 40% Wmax.

Ćwiczenia interwałowe o wysokiej intensywności będą składać się z trzech 10-minutowych serii ćwiczeń interwałowych w stosunku pracy do odpoczynku 1:1 (5 x 1-minutowe interwały przy 90% Wmax z jednominutową regeneracją przy 25% Wmax pomiędzy interwałami) przeplatane 3 min odzysku przy 25% Wmax.

Ćwiczenia oporowe będą składać się z obwodu 8 grup ćwiczeń powtarzanych w 3 seriach po 12 powtórzeń każda przy 70% 1-RM. Wszystkie ćwiczenia będą wykonywane na tych samych maszynach, które służyły do ​​oceny siły podczas testów wstępnych (maszyny Biostrength® line, Technogym S.p.A., Cesena, Włochy), co pozwoli na precyzyjne zindywidualizowanie ćwiczeń oporowych, nagrywanie sesji i dokładną powtarzalność przy kolejnej próbie wysiłkowej dla każdego pacjenta.

Ćwiczenia łączone będą składać się z 20 minut ćwiczeń o umiarkowanej intensywności przy 40% Wmax na ergometrze rowerowym, a następnie 20 minut ćwiczeń oporowych składających się z treningu obwodowego składającego się z 4 grup ćwiczeń powtarzanych w 3 seriach po 12 powtórzeń każda z obciążeniem 70% 1 -RM.

Schemat eksperymentu Uczestnikom zostanie przydzielonych osiem prób wysiłkowych (MIE-ON, HIIT-ON, RE-ON, COMB-ON, MIE-OFF, HIIT-OFF, RE-OFF, COMB-OFF) w losowej kolejności. Randomizacja zostanie przeprowadzona za pomocą sekwencji wygenerowanej komputerowo. Każda sesja ćwiczeń będzie oddzielona co najmniej 7 dniami.

Uczestnicy zostaną poproszeni o powstrzymanie się od forsownych ćwiczeń na 48 godzin przed próbą wysiłkową. Dzień przed próbami wysiłkowymi uczestnicy zostaną poproszeni o przestrzeganie standardowej diety i spożywanie nabiału.

Rano w dniu badania pacjenci pojawią się w laboratorium o godzinie 9.00, 2 godziny po standardowym śniadaniu, poprzedzonym bolusem insuliny obliczonym przez kalkulator bolusa uczestników. Pacjenci przydzieleni do jednej z prób wysiłkowych „ON” zostaną poproszeni o aktywację trybu ćwiczeń (tymczasowo wyższy cel) od 2 godzin przed spodziewaną próbą wysiłkową do końca próby wysiłkowej. Pacjenci przydzieleni do jednej z prób wysiłkowych „OFF” rozpoczną próbę wysiłkową bez powiadamiania pompy o ćwiczeniach. Tętno, wskaźnik postrzeganego wysiłku (RPE), moc wyjściowa, prędkość kątowa, liczba powtórzeń i obciążenie ćwiczeniami będą rejestrowane podczas sesji ćwiczeń. Dane CGM, spożycie węglowodanów i dane dotyczące podawania insuliny będą rejestrowane przez następne 24 godziny.