Teste de Refeição Mista em Diabetes Tipo 1 em Terapia com Bomba de Insulina: Otimização do Pâncreas Artificial

FUNDAMENTO: Idealmente, o tratamento ideal do DM1 deve atingir glicose quase normal sem hipoglicemias e qualidade de vida preservada. Na área clínica, mesmo a estratégia mais complexa atualmente disponível, ou seja, terapia com bomba de insulina aumentada por sensor de glicose, na qual os pacientes usam uma bomba para administração subcutânea de insulina (CSII) e um sensor subcutâneo de glicose para monitoramento contínuo de glicose (CGM), não atender plenamente às necessidades dos pacientes. Algoritmos de pâncreas artificial (AP) ou controle de circuito fechado integrado (CLC) - que levam em consideração as leituras do CGM e os efeitos de infusões anteriores de insulina para calcular continuamente a quantidade de dose de insulina a ser administrada - visam minimizar, em tempo real, a variabilidade da glicose e evitar excursões extremas de glicose. Vários grupos de pesquisa têm trabalhado brilhantemente por anos para desenvolver um AP vestível para liberar parcial ou totalmente o paciente (e/ou o cuidador) da carga do controle de circuito aberto. No entanto, ainda falta um controle glicêmico perfeito, especialmente nas excursões glicêmicas pós-prandial. Mais informações podem ser obtidas por estudos das respostas de substrato/hormônio às refeições em pacientes com DM1 em CSII aumentado por sensor, possivelmente em comparação com o padrão-ouro da fisiologia normal, com especial atenção ao papel relativo desempenhado por vários fatores da glicose- sistema de bomba de insulina no controle dos níveis de glicose.

A análise de controle metabólico (MCA) é uma estrutura teórica que visa descrever quantitativamente os sistemas metabólicos e medir a distribuição do controle. O MCA quantifica o papel de cada componente de um sistema (por exemplo: taxa de absorção do análogo rápido de insulina, absorção de carboidratos pelo intestino, etc.) no controle de uma variável de interesse, principalmente fluxos ou concentrações, do próprio sistema, por computação o coeficiente escalado de controles (CCs). CCs normalmente variam de -1 a +1, e quanto maior o seu valor absoluto, mais forte é o controle. A aplicação de MCA a pacientes com DM1 em CGM/CSII pode quantificar o papel individual desempenhado por cada componente do sistema e pode ajudar a entender e potencialmente superar os obstáculos para alcançar um controle estável e rigoroso da glicose e desenvolver algoritmos CLC para o gerenciamento ideal de a doença.

OBJETIVO: Investigar as características e determinantes do sistema de bomba de glicose-insulina em pacientes com DM1 com CGM com ênfase particular no nível do sistema (i.e. CCs de glicose). Faremos testes de tolerância a uma única refeição mista, bem como estudos de 24 horas em pacientes com DM1 e em controles saudáveis. Aplicaremos ferramentas de modelagem matemática desenvolvidas por nós e criaremos pacientes virtuais e controles virtuais a partir desse banco de dados para obter mais informações sobre as alterações do sistema de bomba de glicose-insulina nos pacientes.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

• OBJETIVO 1: Descrever e comparar as características do sistema glicose-insulina em pacientes com DM1 e em controles saudáveis ​​durante as refeições do café da manhã de diferentes tamanhos
• OBJETIVO 2: Testar a reprodutibilidade do modelo avaliado do sistema de bomba de glicose-insulina em pacientes com DM1
• OBJETIVO 3: Descrever e comparar as características do sistema glicose-insulina em pacientes com DM1 e em controles saudáveis ​​durante períodos de 24 horas

HIPÓTESE: Nossa hipótese é que em pacientes com DM1 em CGM e CSII:

1. há distorções na distribuição do controle glicêmico, avaliado pela MCA, quando comparado a indivíduos saudáveis;
2. a distribuição do controle é diferente entre a glicose plasmática e a glicose derivada do CGM usado atualmente, que é o sinal putativo a ser usado em algoritmos CLC de um AP vestível;
3. ambas as alterações putativas acima mencionadas precisam ser levadas em consideração para desenvolver algoritmos CLC eficazes e seguros.

MÉTODOS: Esta pesquisa está articulada em três protocolos distintos. Todos os indivíduos estarão em uma dieta isocalórica, sem labirinto e sem açúcar de cana por uma semana antes do estudo. Todos os pacientes com DM1 estarão em CGM/CSII e serão recrutados da população de pacientes que frequentam nossa Clínica Ambulatorial de Terapia com Bomba de Insulina. Cada paciente continuará a usar seu próprio dispositivo de bomba, análogo de insulina e sensor de glicose. Todos os estudos começarão às 07:00 da manhã após um jejum noturno (≥ 10 horas). Todas as amostras de sangue serão coletadas em tubos refrigerados e imediatamente centrifugadas a 1500 g; o plasma será separado e armazenado a -80° C. De acordo com o uso planejado de plasma, os tubos para amostras de sangue conterão ácido etilenodiaminotetracético (EDTA) para anticoagulação±agente antiglicolítico±serina protease e inibidores de DPP4.

-PROTOCOLO 1: Investigação do sistema glicose-insulina durante dois testes de refeição mista em pacientes com DM1 e em controles saudáveis.

Serão recrutados 10 pacientes com DM1 e 10 controles com idade saudável e IMC pareados. Os pacientes estarão em sua terapia de bomba de insulina habitual, e a taxa de insulinização basal será mantida constante das 02:00 até o final dos estudos. Todos os indivíduos serão estudados em 3 ocasiões separadas em intervalos de 1-2 semanas. Em pacientes, o estudo 1 será um clamp padrão de insulina euglicêmica de 120 min. Amostras de sangue cronometradas serão coletadas para medir os níveis de insulina em intervalos de 10'-30'. A glicose plasmática será medida à beira do leito por um YSI Glucose Analyzer; a glicose subcutânea será monitorada por CGM. Nos controles, o estudo 1 será um IVGTT frequentemente amostrado de 240 min de duração. Amostras de sangue cronometradas (n=27) para glicose, peptídeo C e insulina serão coletadas. Os estudos 2 e 3 serão idênticos em pacientes e controles. Serão realizados em ordem aleatória e terão duração de 360'. Após um período de linha de base de 60 min, no tempo 0', os indivíduos ingerirão uma refeição de 320 kcal (estudo 2) ou de 640 kcal (estudo 3). A composição da refeição (%Kcal: 53,3% carboidrato, 28,2% lipídio, 18,5% proteína) será polenta de milho mais queijo parmesão. Os pacientes irão programar sua bomba para injetar no tempo 0' uma dose de bolus de insulina na refeição, calculada como de costume. Amostras de sangue (n=20) serão coletadas em intervalos cronometrados para dosagem de glicose plasmática, razão 13C/12C-glicose, insulina, glucagon e peptídeo C (este último apenas em indivíduos controle). Em menor frequência temporal, triglicerídeos, ácidos graxos não esterificados (NEFA), peptídeo ativo semelhante ao glucagon-1 (GLP1) e peptídeo inibitório gástrico total (GIP) também serão medidos. A glicose subcutânea será monitorada por CGM apenas em pacientes. Os dados derivados do IVGTT nos controles assumirão o papel desempenhado pelos dados do clamp de insulina em pacientes com DM1. Experimentos anteriores e também observações inéditas em nosso laboratório mostraram que valores semelhantes de sensibilidade à insulina são obtidos com IVGTT e pinças de insulina em pessoas saudáveis. A outra diferença é que, ao invés da bomba de insulina, será utilizado um modelo mínimo de secreção de células beta, conforme descrito anteriormente. A disponibilidade de determinações da razão 12C/13C-glicose enriquecerá ainda mais esse quadro, permitindo calcular a contribuição dos carboidratos da refeição para a glicose plasmática total e, por diferença, a contribuição da produção endógena (principalmente do fígado) para a glicose total. Este enriquecimento de dados resultará em um maior desenvolvimento do modelo na etapa 3 (tanto em controles quanto em pacientes) e permitirá dividir a ação total da insulina em seus dois componentes, aquele que atua na produção endógena de glicose e aquele que atua na utilização da glicose. O primeiro será relevante para interpretar o glucagon e, possivelmente, também os dados do GLP1 ativo.

Com esta estratégia, é possível calcular todos os CCs relevantes de G(t), tanto para valores de plasma quanto de CGM. Os resultados fenotípicos são divididos em três níveis de complexidade ascendente:

1. Medições sem modelo: substrato alimentar e níveis hormonais, com destaque para o glucagon e o GLP1 ativo por sua ação na produção de glicose hepática e para o GIP total, como regulador do metabolismo das células adiposas;
2. Estimativas derivadas de modelos de características únicas do sistema glicose/insulina: elas incluem, mas não estão limitadas a, sensibilidade à glicose (SG), sensibilidade à insulina (SI), tempo de trânsito de carboidratos para atingir a circulação sistêmica, tempo médio de trânsito de insulina para atingir a circulação sistêmica a partir do depósito subcutâneo (somente pacientes);
3. Avaliação derivada do modelo das propriedades do sistema de pacientes do sistema glicose-insulina (controles) e do sistema de bomba de glicose-insulina (T1DM): eles incluem todos os coeficientes de controle de glicose (também glicose CGM em pacientes).

PROTOCOLO 2: Reprodutibilidade da avaliação do sistema glicose-insulina durante teste de refeição única em pacientes com DM1.

Serão recrutados 10 pacientes com DM1 em terapia com bomba de insulina e monitoramento contínuo subcutâneo de glicose (CGM). O protocolo do estudo é idêntico ao protocolo 1 com as seguintes exceções: 1. em 5 pacientes com DM1, o estudo 2 e o estudo 3 serão duas refeições repetidas de 320 kcal; 2. em 5 pacientes com DM1, o estudo 2 e o estudo 3 serão duas refeições repetidas de 640 kcal. Os resultados fenotípicos serão divididos em camadas como no protocolo 1 para análise de reprodutibilidade.

-PROTOCOLO 3: O sistema glicose-insulina durante um período de 24 horas em pacientes com DM1 e em controles.

Serão recrutados 10 pacientes com DM1 e 10 controles com idade saudável e IMC pareados. Todos os indivíduos serão estudados em 2 ocasiões separadas em intervalos de 1-2 semanas. Tanto em pacientes quanto em controles, o estudo 1 será idêntico ao protocolo 1 (ou seja, um clamp de insulina e um IVGTT, respectivamente). No estudo 2, todos os indivíduos serão admitidos no Centro de Pesquisa Clínica (CRC) na manhã do estudo (07h00) e permanecerão lá por toda a duração (24 horas). Os participantes poderão se mover livremente dentro do CRC, mas não farão nenhum exercício físico. Os pacientes continuarão sua terapia usual com insulina, incluindo o cálculo da dose de insulina na refeição e a injeção, durante todo o estudo. Às 08:00, 13:00 e 19:00 os indivíduos farão três refeições mistas (200 kcal/m-2 de Área de Superfície Corporal (BSA), 400 kcal/m-2 BSA e 400 kcal/m-2 BSA, respectivamente; composição da dieta: 54% de carboidratos, 28% de lipídios, 18% de proteínas). Em 6 pacientes e em 6 controles, a refeição das 13 horas será polenta de milho indiana mais queijo parmesão DOP italiano temperado. Nos outros 6 pacientes e 6 controles, a refeição das 19 horas será polenta de milho indiana mais queijo parmesão DOP italiano temperado. Amostras de sangue cronometradas (n=62) serão coletadas. A glicose plasmática, a insulina, o glucagon e o peptídeo C (este último apenas em indivíduos controle) serão medidos em todos os momentos. Em menor frequência temporal, também serão medidos triglicerídeos, ácidos graxos não esterificados (NEFA), aminoácidos, GLP1 ativo e GIP total. Nos indivíduos que ingerem a refeição da polenta às 13h, a relação 13C/12C-glicose será medida das 12h às 24h. Nos indivíduos que ingerem a refeição da polenta às 19:00, a relação 13C/12C-glicose será medida das 18:00 às 07:00 da manhã seguinte. A glicose subcutânea será monitorada por CGM apenas em pacientes. A refeição de polenta será utilizada apenas em uma refeição por dia para evitar perda de interpretabilidade dos dados da relação 13C/12C-glicose, devido à contínua recirculação/reciclagem do carbono da glicose através do glicogênio/gliconeogênese. O comportamento do sistema glicose/insulina na hora do café da manhã já foi explorado no Protocolo 1. Os resultados serão divididos em camadas e analisados ​​conforme descrito no Protocolo 1.

EXPECTATIVAS: A análise combinada dos dados do clamp de insulina e do teste de refeição mista (MMT) permitirá construir um modelo abrangente do sistema de insulina de glicose durante um MMT em cada sujeito, que funcionará assim como um paciente virtual in silico, de acordo com um poço metodologia estabelecida desenvolvida em nosso laboratório. A coleção de pacientes virtuais com diabetes tipo 1 submetidos a um MMT formará o biobanco in silico derivado deste estudo. Pacientes virtuais serão usados ​​para realizar MCA para calcular CCs. Além disso, a resposta do hormônio incretina, glucagon e substrato a uma refeição mista será quantificada, permitindo a identificação putativa de outros modificadores do sistema glicose-insulina. Esta base de dados será fundamental para a criação de um algoritmo de controle capaz de garantir uma regulação normal da glicose durante uma refeição mista em pacientes com diabetes tipo 1 com CGM em terapia com bomba de insulina.