Гликемические вариации, вызванные физической нагрузкой, и гибридные замкнутые системы (SAFE-T1D)

Люди с сахарным диабетом 1 типа (СД1) постоянно подвержены риску гипогликемии, что является одним из основных препятствий для достижения оптимального гликемического контроля.

Физическая активность (ФА) при СД1 характеризуется дисбалансом между выработкой глюкозы печенью и ее утилизацией в мышцы, повышенной чувствительностью к инсулину и нарушением контррегуляторной гормональной реакции. Таким образом, ПА может увеличить риск гипогликемии при СД1. Гипогликемия может возникать во время упражнений, а также во время восстановления, и боязнь гипогликемии часто приводит либо к избеганию упражнений, либо к гиперкомпенсаторному поведению при лечении, что, в свою очередь, приводит к ухудшению метаболического контроля и повышению кардиометаболического риска.

Сложность гомеостаза глюкозы и недостаточный уровень техники не позволяют жестко регулировать контроль уровня глюкозы в крови (ГК). Исследования искусственной поджелудочной железы с замкнутым циклом показали снижение риска гипогликемии и увеличение времени в диапазоне (70-180 мг/дл) у пациентов с СД1. Хотя эти системы достаточно хорошо работают при ночной гипогликемии, предотвращение низкого уровня ГК во время и сразу после тренировки остается проблемой из-за сочетания резкого повышения чувствительности к инсулину с отсроченным началом введения инсулина подкожно. Информирование о дозировке инсулина PA может снизить этот риск. Гликемическая реакция на упражнения варьируется в зависимости от типа упражнений (аэробные или силовые), а также в зависимости от интенсивности и продолжительности упражнений. В большинстве существующих гибридных систем с замкнутым контуром (HCL) используется датчик глюкозы Dexcom G6, который продемонстрировал хорошую точность во время аэробных упражнений, тренировок с отягощениями и высокоинтенсивных интервальных тренировок (HIIT).

Текущие системы HCL предлагают возможность сообщать системе о физической нагрузке, и эта информация учитывается при расчете дозировки инсулина. В результате система устанавливает более высокий целевой гликемический индекс, увеличивает фактор чувствительности к инсулину и/или избегает корректирующих болюсов во время тренировки. Эти системы хорошо предотвращают гипогликемию, но часто возникает компенсаторная гипергликемия из-за более высокого потребления углеводов и более низкой доставки инсулина. Одна из основных проблем с существующими системами HCL заключается в том, что упражнения считаются биномиальной единицей, присутствующей или отсутствующей, и такие факторы, как интенсивность, продолжительность или тип упражнений, не принимаются во внимание. Однако эти переменные упражнений могут способствовать возникновению совершенно разных гликемических реакций на упражнения. Более того, эти системы не учитывают отсроченный эффект упражнений, то есть так называемую активность на борту (AOB), количественное представление ранее выполненной ФА, которая все еще влияет на уровни ГК и которая отвечает за гипогликемия после тренировки, иногда через несколько часов после тренировки. Текущие рекомендации о том, как управлять уровнями ГК при физических нагрузках, еще не были полностью протестированы в контексте замкнутой системы.

Настоящее исследование направлено на разработку нового и улучшенного алгоритма, который использует информацию о переменных физических упражнений/физической активности для прогнозирования изменений гликемии и соответствующей модуляции инсулинотерапии, чтобы избежать гипо- и гипергликемии и поддерживать уровни гликемии в желаемом диапазоне. Эта главная цель должна быть достигнута в несколько этапов. Первый шаг будет заключаться в сборе данных. Данные об упражнениях/физической активности будут собираться в двух разных условиях. Во-первых, с помощью различных упражнений будут собираться данные, связанные с упражнениями, полученные от монитора сердечного ритма, силовых тренажеров. Во-вторых, данные о спонтанной физической активности/сидячем поведении за пределами экспериментальной установки будут собираться с помощью трекеров движения. Данные о вариациях гликемии, полученные из CGM, и данные о потреблении инсулина и углеводов из инсулиновых помп и дневников питания. С помощью экспериментальных сеансов упражнений исследователи смогут оценить эффективность гибридных замкнутых систем в поддержании уровня глюкозы в диапазоне (70-180 мг/дл) и в предотвращении как гипо-, так и гипергликемии во время и после упражнений различной продолжительности. , интенсивности и типов. На втором этапе будут исследованы взаимосвязи между переменными упражнений, полученными как в ходе экспериментальных сессий, так и при мониторинге ФА вне экспериментальных сессий, а также изменения гликемии, инсулина и углеводов в зависимости от физической активности.

Третий и последний шаг будет включать в себя дальнейший анализ данных, тестирование, моделирование и моделирование in-silico, чтобы оценить характеристики новой системы поддержки принятия решений для дозирования инсулина на основе PA по сравнению со стандартным дозированием инсулина.

Дизайн исследования Участники В исследовании примут участие 50 мужчин и женщин с СД1. Предварительное тестирование После подписания информированного согласия будут собраны исходные данные участников. Затем будет проведено предварительное тестирование в лаборатории физиологии упражнений Римского университета Foro Italico. Пиковое сердечно-легочное потребление кислорода (VO2peak) будет оцениваться с помощью велоэргометра (Lode, Гронинген, Нидерланды) с физической нагрузкой до произвольного истощения. Максимальная выходная мощность (Wmax), достигнутая во время теста, будет использоваться для стандартизации предписаний по упражнениям.

Тест 1-RM будет выполняться для оценки динамической максимальной мышечной силы. Перед рандомизацией будет проведен тест для толчковых движений нижней части тела и толчковых и тянущих движений верхней части тела на жиме ногами, жиме от груди и на тренажерах линии Biostrength® с низкой тягой соответственно (Technogym S.p.A., Чезена, Италия). Оценка 1-RM будет полезна для определения индивидуальной нагрузки во время программы упражнений. Во время теста будет регистрироваться скорость движения для анализа пиковой мощности мышц. Перед назначением на какое-либо из испытаний с упражнениями участников попросят носить монитор активности GENEActiv на запястье в течение семи дней подряд в условиях свободной жизни. Устройства GENEActiv — это носимые на запястье инструменты, которые используются для оценки активности в условиях свободной жизни. Эти устройства, которые будут предоставлены Лабораторией физиологии упражнений, предоставляют необработанные данные о физической активности, малоподвижном поведении и анализе сна, фиксируя данные о движении, освещении и температуре. Участникам будет предоставлена ​​стандартная диета на все время исследования, и их попросят вести дневник питания в течение семи дней, когда они носят акселерометр, за 24 часа до пробных упражнений и в дни пробных упражнений.

Испытания с упражнениями Пациенты будут проходить четыре различных испытания с упражнениями: аэробные упражнения средней интенсивности (MIE), интервальные упражнения высокой интенсивности (HIIE), упражнения с отягощениями (RE) и комбинированные аэробные упражнения и упражнения с отягощениями (COMB). Одни и те же пробные упражнения будут выполняться в двух разных условиях: режим упражнений включен или режим упражнений выключен на инсулиновой помпе. В дни испытаний пациенты также будут носить акселерометр и пульсометр. Четыре тренировки будут иметь одинаковую продолжительность 50 минут, разделенных на 5 минут разминки, 40 минут работы и 5 минут заминки. 40 минут работы будут различаться между испытаниями следующим образом.

Упражнения средней интенсивности будут состоять из непрерывных упражнений на велоэргометре при 40% Wmax.

Высокоинтенсивные интервальные упражнения будут состоять из трех 10-минутных подходов интервальных упражнений с соотношением работы и отдыха 1:1 (5 x 1-минутных интервалов при 90% Wmax с одной минутой восстановления при 25% Wmax между интервалами) с интервалами в 3 минуты. восстановления при 25% Wmax.

Упражнения с отягощениями будут состоять из 8 групп упражнений, повторяемых в 3 подхода по 12 повторений в каждом с весом 70% от 1ПМ. Все упражнения будут выполняться на тех же тренажерах, которые использовались для оценки силы во время предварительного тестирования (тренажеры линии Biostrength®, Technogym S.p.A., Чезена, Италия), что позволит точно индивидуализировать упражнения с отягощениями, записывать сеансы и точно воспроизводить их при следующем испытании упражнений. для каждого пациента.

Комбинированные упражнения будут состоять из 20 минут упражнений средней интенсивности при 40% Wmax на велоэргометре, за которыми следуют 20 минут упражнений с отягощениями, состоящих из круговой тренировки из 4 групп упражнений, повторяемых в 3 подхода по 12 повторений в каждом при 70% от 1. -РМ.

Схема эксперимента Участникам будут назначены восемь пробных упражнений (MIE-ON, HIIT-ON, RE-ON, COMB-ON, MIE-OFF, HIIT-OFF, RE-OFF, COMB-OFF) в случайном порядке. Рандомизация будет осуществляться с помощью компьютерной последовательности. Каждая тренировка будет разделена не менее чем на 7 дней.

Участникам будет предложено воздержаться от напряженных упражнений за 48 часов до пробной тренировки. За день до пробных упражнений участников попросят соблюдать стандартную диету и есть молочные продукты.

Утром перед испытанием пациенты прибудут в лабораторию в 9:00, через 2 часа после стандартного завтрака, за которым следует болюс инсулина, рассчитанный с помощью калькулятора болюса участников. При назначении на одну из проб с нагрузкой «ON» пациентам будет предложено активировать режим тренировки (временно более высокая цель) за 2 часа до ожидаемой пробы с нагрузкой и до конца пробы с нагрузкой. При назначении на одну из проб с нагрузкой «ВЫКЛЮЧЕНО» пациенты начнут пробу с нагрузкой, не сообщая помпе о нагрузке. Частота сердечных сокращений, уровень воспринимаемой нагрузки (RPE), выходная мощность, угловая скорость, количество повторений и нагрузка будут записываться во время тренировок. Данные CGM, потребление углеводов и данные о доставке инсулина будут записываться в течение следующих 24 часов.