Pâncreas artificial multivariável: detectando e atenuando a atividade física não anunciada e o estresse psicológico agudo

O desenvolvimento de um pâncreas artificial (AP) obteve progressos consideráveis ​​na última década. O objetivo dos sistemas AP é desenvolver um dispositivo que forneça insulina sob demanda em resposta aos níveis de glicose no sangue da mesma forma que o próprio pâncreas. A primeira geração de sistemas AP, o AP híbrido de circuito fechado, coleta dados de dispositivos de monitoramento contínuo de glicose (CGM) e conta com entradas manuais do usuário para mitigar os efeitos de refeições e atividades físicas. O objetivo desta proposta é demonstrar um pâncreas artificial multivariável (mvAP) viável e funcionalmente integrado que abordará os desafios de refeição, atividade física (AF) e estresse psicológico agudo (APS) sem nenhuma entrada manual para regular melhor os níveis de glicose de pessoas com diabetes . O estresse psicológico agudo e muitas outras formas de AF além do exercício planejado podem afetar os níveis de glicose no sangue e causar desafios para manter a euglicemia em pessoas com diabetes mellitus tipo 1 (T1DM). Vários PA e APS afetam o metabolismo e a sensibilidade à insulina de maneiras diferentes. Assim, seus tipos, intensidades e durações, e sua presença individual e simultânea devem ser detectados para determinar a administração ideal de insulina. A abordagem mvAP fornece uma tecnologia bem integrada e fácil de usar com carga mínima para o usuário e atenua os efeitos de induções inesperadas de PA e APS. O objetivo desta proposta é demonstrar um mvAP viável e funcionalmente integrado que abordará os desafios de refeição, AF e APS sem nenhuma entrada manual para regular melhor os níveis de glicose de pessoas com DM1. Nossa hipótese é que um AP multivariado de nova geração que incorpora detecção e determinação em tempo real das características de PA e APS e mitigação de seus efeitos por controle automático será mais eficaz em melhorar o controle da glicose em pessoas com DM1. Além disso, esta tecnologia será mais segura em comparação com APs baseados exclusivamente em dados CGM, reduzindo o número e a duração de eventos hipoglicêmicos e hiperglicêmicos. Esses sistemas mvAP só podem ser desenvolvidos usando uma abordagem multivariável sofisticada que usa informações em tempo real de CGMs e variáveis ​​fisiológicas obtidas de dispositivos vestíveis usados ​​na vida diária de vida livre. Propõe-se construir sobre esta estrutura uma tecnologia mvAP totalmente automatizada que irá mitigar os desafios de refeição, PA e APS, incluindo eventos inesperados e não planejados. Os objetivos específicos da pesquisa proposta são: Objetivo 1. Desenvolver os algoritmos e módulos do mvAP que identifiquem vários tipos de atividades físicas, episódios agudos de estresse psicológico, sua presença concomitante e suas características em tempo real. Objetivo 2a: Conduzir estudos de circuito aberto na clínica e na vida livre para expandir os tipos e intensidades de indução de PA e SAF, para enriquecer nosso banco de dados com dados coletados durante as atividades da vida diária (sozinhas ou combinadas com SAF), incluindo espontânea não planejada Eventos PA e APS. Objetivo 2b: Estender nosso simulador multivariável de glicose-insulina-variáveis ​​fisiológicas (mGIPsim) para estudos in silico do mvAP para simular induções de APS e seus efeitos nos níveis de glicose e saídas de variáveis ​​fisiológicas do simulador. Objetivo 3: Realizar experimentos clínicos com o mvAP de segunda geração em ambientes clínicos e em vida livre para avaliar o desempenho de nosso mvAP totalmente automatizado em operação de circuito fechado. Neste momento, a aprovação do IRB para os Objetivos 1, 2a e 2b foi obtida. O objetivo 3 será realizado em uma data posterior. Os estudos clínicos serão realizados na Universidade de Illinois em Chicago (UIC)-College of Nursing e na casa dos participantes. O protocolo incluirá 1 visita de triagem e 5 sessões no laboratório. Os indivíduos usarão um CGM e pulseiras Empatica e Actigraph durante todo o estudo. As principais atividades em cada reunião incluirão: (1) triagem; (2) estimativa da capacidade máxima de exercício a partir de testes submáximos (bicicleta e esteira); (3) estimativa da força máxima a partir de testes de força submáxima; (4) séries submáximas de exercícios aeróbicos e de resistência; (5) uso do Teste Pressor do Frio Avaliado Socialmente; (6) simulação de direção; (7) exercícios de resistência e atividades da vida diária com e sem estresse (por exemplo, cálculos mentais, videogames); (8) uso de GoPro/Dash Cam durante a condução (se apropriado) e questionários. Essas atividades serão incluídas nas visitas 3, 4 e 5, conforme apropriado. Além disso, os sujeitos realizarão atividades em casa, incluindo: tarefas domésticas, bicicleta ergométrica (se disponível); esteira (se disponível); andando; e pesos leves (se disponíveis) e um monitor de sono (Z-Machine Insight+). Periodicamente, o assistente de pesquisa ligará para o sujeito durante esses horários e solicitará que ele realize atividades indutoras de estresse durante a execução da atividade. As atividades indutoras de estresse incluirão desafios mentais, como cálculos matemáticos durante a execução da atividade. Os sujeitos serão chamados em casa 3-5 vezes durante o estudo. O algoritmo totalmente automatizado será testado em um ambiente doméstico. Assim que a metodologia for refinada, será obtida a aprovação do Comitê de Revisão Institucional (IRB) para o Objetivo 3.