Multivariabel artificiell bukspottkörtel: upptäcka och mildra oanmäld fysisk aktivitet och akut psykologisk stress

Utvecklingen av en artificiell bukspottkörtel (AP) har gjort betydande framsteg under det senaste decenniet. Målet med AP-system är att utveckla en enhet som ger insulin vid behov som svar på blodsockernivåer på samma sätt som den egna bukspottkörteln. Den första generationen av AP-system, hybrid closed-loop AP, samlar in data från enheter för kontinuerlig glukosövervakning (CGM) och förlitar sig på manuella användarinmatningar för att mildra effekterna av måltider och fysiska aktiviteter. Syftet med detta förslag är att demonstrera en livskraftig, funktionellt integrerad multivariabel artificiell bukspottkörtel (mvAP) som kommer att hantera utmaningar med måltid, fysisk aktivitet (PA) och akut psykologisk stress (APS) utan några manuella insatser för att bättre reglera glukosnivåerna hos personer med diabetes . Akut psykologisk stress och många andra former av PA förutom planerad träning kan påverka blodsockernivåerna och orsaka utmaningar för att upprätthålla euglykemi för personer med typ 1-diabetes mellitus (T1DM). Olika PA och APS påverkar ämnesomsättningen och känsligheten för insulin på olika sätt. Följaktligen måste deras typer, intensiteter och varaktigheter och deras individuella och samtidiga närvaro detekteras för att bestämma den optimala insulinadministreringen. mvAP-metoden ger en välintegrerad och användarvänlig teknik med minimal börda på användaren och mildrar effekterna av oväntade PA- och APS-induceringar. Syftet med detta förslag är att demonstrera en livskraftig, funktionellt integrerad mvAP som kommer att hantera måltids-, PA- och APS-utmaningar utan några manuella inmatningar för att bättre reglera glukosnivåerna hos personer med T1DM. Vår hypotes är att en ny generation multivariabel AP som inkluderar realtidsdetektering och bestämning av egenskaperna hos PA och APS och mildring av deras effekter genom automatisk kontroll kommer att vara effektivare för att förbättra glukoskontrollen hos personer med T1DM. Dessutom kommer denna teknik att vara säkrare jämfört med AP:er baserade uteslutande på CGM-data, genom att minska antalet och varaktigheten av hypoglykemiska och hyperglykemiska händelser. Sådana mvAP-system kan endast utvecklas genom att använda ett sofistikerat multivariabelt tillvägagångssätt som använder realtidsinformation från CGM:er och fysiologiska variabler som erhålls från bärbara enheter som bärs i fri levande vardag. Det föreslås att bygga på detta ramverk en helt automatiserad mvAP-teknik som kommer att mildra måltids-, PA- och APS-utmaningar, inklusive oväntade och oplanerade händelser. De specifika syftena med den föreslagna forskningen är: Mål 1. Att utveckla mvAP-algoritmer och moduler som identifierar olika typer av fysiska aktiviteter, akuta psykologiska stressepisoder, deras samtidiga närvaro och deras egenskaper i realtid. Syfte 2a: Att genomföra studier med öppen loop i kliniker och i fritt liv för att utöka typerna och intensiteterna av PA- och APS-induceringar, för att berika vår databas med data som samlats in under aktiviteter i det dagliga livet (ensam eller i kombination med APS), inklusive oplanerade spontana PA- och APS-evenemang. Syfte 2b: Att utöka vår multivariabla glukos-insulin-fysiologiska variabelsimulator (mGIPsim) för in silico-studier av mvAP för simulering av APS-induceringar och deras effekter på glukosnivåer och fysiologiska variabelutgångar från simulatorn. Syfte 3: Att genomföra kliniska experiment med andra generationens mvAP i kliniska miljöer och i ett fritt liv för att bedöma prestandan hos vår helautomatiska mvAP i sluten slinga. Vid denna tidpunkt har IRB-godkännande för mål 1, 2a och 2b erhållits. Mål 3 kommer att genomföras vid ett senare tillfälle. De kliniska studierna kommer att äga rum vid University of Illinois i Chicago (UIC)-College of Nursing och i försökspersonernas hem. Protokollet kommer att innehålla 1 screeningbesök och 5 sessioner på laboratoriet. Försökspersonerna kommer att bära en CGM och både Empatica- och Actigraph-armband under hela studien. De primära aktiviteterna vid varje möte kommer att omfatta: (1) screening; (2)uppskattning av maximal träningskapacitet från submaximala träningstester (cykel och löpband); (3) uppskattning av maximal styrka från sub-maximala hållfasthetstest; (4) sub-maximala anfall av aerob träning och motstånd; (5) användning av socialt utvärderat kalltryckstest; (6) körsimulering; (7) motståndsträning och dagliga aktiviteter med och utan stress (t.ex. mentala beräkningar, videospel); (8) användning av GoPro/Dash Cam under körning (om så är lämpligt) och frågeformulär. Dessa aktiviteter kommer att inkluderas i besök 3, 4 och 5 efter behov. Dessutom kommer försökspersonerna att utföra aktiviteter hemma inklusive: hushållssysslor, stationär cykel (om tillgänglig); löpband (om tillgängligt); gående; och lätta vikter (om tillgängligt) och en sömnmonitor (Z-Machine Insight+). Med jämna mellanrum kommer forskningsassistenten att ringa försökspersonen under dessa tider och be dem att utföra stressframkallande aktiviteter medan han utför aktiviteten. De stressframkallande aktiviteterna kommer att innefatta mentala utmaningar som en matematisk beräkning medan aktiviteten utförs. Försökspersonerna kommer att kallas hem 3-5 gånger under studien. Den helautomatiska algoritmen kommer att testas i en hemmiljö. När metodiken har förfinats kommer godkännande från Institutional Review Board (IRB) för mål 3 att erhållas.