Многопараметрическая искусственная поджелудочная железа: выявление и смягчение последствий внезапной физической активности и острого психологического стресса

В последнее десятилетие разработка искусственной поджелудочной железы (АП) получила значительный прогресс. Целью систем AP является разработка устройства, которое будет вводить инсулин по требованию в ответ на уровень глюкозы в крови так же, как собственная поджелудочная железа. Первое поколение систем AP, гибридная AP с обратной связью, собирает данные с устройств непрерывного мониторинга глюкозы (CGM) и полагается на ручные действия пользователя для смягчения последствий приема пищи и физической активности. Целью этого предложения является демонстрация жизнеспособной, функционально интегрированной многопараметрической искусственной поджелудочной железы (mvAP), которая будет решать проблемы с приемом пищи, физической активностью (PA) и острым психологическим стрессом (APS) без какого-либо ручного ввода для лучшего регулирования уровня глюкозы у людей с диабетом. . Острый психологический стресс и многие другие формы ФА, помимо запланированных физических упражнений, могут влиять на уровень глюкозы в крови и вызывать проблемы с поддержанием эугликемии у людей с сахарным диабетом 1 типа (СД1). Различные ПА и АФС по-разному влияют на метаболизм и чувствительность к инсулину. Следовательно, их типы, интенсивность и продолжительность, а также их индивидуальное и одновременное присутствие должны быть обнаружены, чтобы определить оптимальное введение инсулина. Подход mvAP обеспечивает хорошо интегрированную и удобную для пользователя технологию с минимальной нагрузкой на пользователя и смягчает последствия неожиданных стимулов PA и APS. Целью этого предложения является демонстрация жизнеспособного, функционально интегрированного mvAP, который будет решать проблемы с приемом пищи, ФА и АФС без какого-либо ручного ввода, чтобы лучше регулировать уровень глюкозы у людей с СД1. Наша гипотеза состоит в том, что многопараметрическая АП нового поколения, которая включает обнаружение и определение характеристик ФА и АФС в режиме реального времени, а также смягчение их эффектов с помощью автоматического контроля, будет более эффективной для улучшения контроля уровня глюкозы у людей с СД1. Кроме того, эта технология будет более безопасной по сравнению с ПД, основанными исключительно на данных НГМ, за счет уменьшения количества и продолжительности гипогликемических и гипергликемических событий. Такие системы mvAP могут быть разработаны только с использованием сложного многопараметрического подхода, в котором используется информация в режиме реального времени от CGM и физиологических переменных, полученных от носимых устройств, которые носят в повседневной жизни. Предлагается построить на этой основе полностью автоматизированную технологию mvAP, которая смягчит проблемы с приемом пищи, PA и APS, включая неожиданные и незапланированные события. Конкретные цели предлагаемого исследования: Цель 1. Разработать алгоритмы и модули mvAP, выявляющие различные виды физической нагрузки, эпизоды острого психологического стресса, их одновременное наличие и их характеристики в режиме реального времени. Цель 2а: Провести открытые исследования в клинике и на воле для расширения типов и интенсивности стимулов ПА и АФС, обогатить нашу базу данных данными, собранными во время повседневной деятельности (отдельно или в сочетании с АФС), включая незапланированные спонтанные События PA и APS. Цель 2b: Расширить наш многопараметрический симулятор глюкоза-инсулин-физиологические переменные (mGIPsim) для in silico исследований mvAP для моделирования стимулов АФС и их влияния на уровни глюкозы и физиологические переменные выходы симулятора. Цель 3: Провести клинические эксперименты с mvAP второго поколения в клинических условиях и на свободе, чтобы оценить производительность нашего полностью автоматизированного mvAP в режиме замкнутого цикла. В настоящее время получено одобрение IRB для целей 1, 2a и 2b. Цель 3 будет проведена позже. Клинические исследования будут проходить в Колледже медсестер Иллинойсского университета в Чикаго (UIC) и на дому у испытуемых. Протокол будет включать 1 посещение скрининга и 5 сеансов в лаборатории. Субъекты будут носить CGM и браслеты Empatica и Actigraph на протяжении всего исследования. Основные мероприятия на каждой встрече будут включать: (1) скрининг; (2) оценка максимальной толерантности к физической нагрузке по субмаксимальным нагрузочным тестам (велосипед и беговая дорожка); (3) оценка максимальной силы по субмаксимальным силовым тестам; (4) субмаксимальные приступы аэробных и силовых упражнений; (5) использование Социально оцененного холодового теста; (6) моделирование вождения; (7) упражнения с отягощениями и повседневная деятельность со стрессом и без него (например, вычисления в уме, видеоигры); (8) использование GoPro/видеорегистратора во время вождения (если применимо) и анкеты. Эти мероприятия будут включены в визиты 3, 4 и 5 в зависимости от обстоятельств. Кроме того, испытуемые будут заниматься дома, включая: работу по дому, велотренажер (при наличии); беговая дорожка (при наличии); гулять пешком; и легкие веса (если есть) и монитор сна (Z-Machine Insight+). Периодически в это время научный сотрудник будет звонить испытуемому и просить его выполнять действия, вызывающие стресс, во время выполнения этого действия. Действия, вызывающие стресс, будут включать умственные задачи, такие как математические вычисления во время выполнения действия. Испытуемых будут вызывать домой 3-5 раз в течение исследования. Полностью автоматизированный алгоритм будет протестирован в домашних условиях. После уточнения методологии будет получено одобрение Институционального контрольного совета (IRB) для цели 3.