Träningsinducerade glykemiska variationer och hybridsystem med sluten slinga (SAFE-T1D)

Personer med typ 1-diabetes mellitus (T1DM) löper kontinuerligt risk för hypoglykemi, vilket är ett av de främsta hindren för att uppnå optimal glykemisk kontroll.

Fysisk aktivitet (PA) i T1DM kännetecknas av en obalans mellan leverns glukosproduktion och glukosavfall i muskeln, ökad insulinkänslighet och försämrad motreglerande hormonell respons. Således kan PA öka risken för hypoglykemi vid T1DM. Hypoglykemi kan uppstå under träning, såväl som under återhämtning, och rädsla för hypoglykemi resulterar ofta i antingen undvikande av träning eller överkompenserande behandlingsbeteenden, vilket i sin tur resulterar i försämrad metabol kontroll och ökad kardiometabolisk risk.

Komplexiteten av glukoshomeostas och en otillräcklig tekniknivå förhindrar en strikt blodsockerkontroll (BG). Studier av artificiell pankreas i slutna kretslopp har visat minskning av risken för hypoglykemi och ökad tid inom intervallet (70-180 mg/dl) hos T1DM-patienter. Även om dessa system fungerar ganska bra vid hypoglykemi över natten, är det fortfarande ett problem att förhindra lågt blodsocker under och omedelbart efter träning, på grund av kombinationen av en dramatisk ökning av insulinkänsligheten med fördröjd uppkomst av subkutant insulin. Att informera insulindosering av PA kan minska denna risk. Glykemisk respons på träning varierar beroende på typ av träning (aerob eller motstånd), men också baserat på träningens intensitet och varaktighet. De flesta befintliga hybrid closed-loop-system (HCL) använder Dexcom G6 glukossensorn, som har visat god noggrannhet under aerob träning, motstånd och högintensiv intervallträning (HIIT).

Nuvarande HCL-system erbjuder möjligheten att meddela träning till systemet och denna information tas med i insulindoseringsberäkningen. Som ett resultat sätter systemet ett högre glykemiskt mål, ökar insulinkänslighetsfaktorn och/eller undviker korrigeringsbolus under träning. Dessa system fungerar bra för att förebygga hypoglykemi, men kompensatorisk hyperglykemi, på grund av högre kolhydratintag och lägre insulintillförsel, följer ofta. En av de stora problemen med befintliga HCL-system är att träning anses vara en binomial enhet, antingen närvarande eller frånvarande, och faktorer som intensitet, varaktighet eller typ av träning tas inte i beaktande. Dessa träningsvariabler kan dock bidra till att framkalla helt olika glykemiska reaktioner på träning. Ännu mer, dessa system tar inte hänsyn till den fördröjda effekten av träning, det vill säga den så kallade aktiviteten ombord (AOB), en kvantitativ representation av den tidigare utförda PA som fortfarande påverkar BG-nivåerna, och som är ansvarig för hypoglykemi efter träning, ibland flera timmar efter ett träningspass. Aktuella rekommendationer om hur man hanterar blodsockernivåer vid träning har ännu inte testats helt i samband med ett slutet system.

Den här studien syftar till att utveckla en ny och förbättrad algoritm som använder information om träningsvariabler/fysisk aktivitetsvariabler för att förutsäga glykemiska variationer och modulera insulinbehandlingen i enlighet med detta för att undvika hypo- och hyperglykemi och bibehålla glykemiska nivåer inom önskat intervall. Detta huvudmål ska uppnås i flera steg. Det första steget kommer att bestå i datainsamling. Data relaterad till träning/fysisk aktivitet kommer att samlas in i två olika inställningar. Först, genom de olika träningspassen, kommer träningsrelaterade data från pulsmätare, styrketräningsmaskiner att samlas in. För det andra kommer data om spontan fysisk aktivitet/stillasittande beteende, utanför den experimentella miljön, att samlas in genom rörelsespårare. Data i förhållande till glykemiska variationer, härledda från CGM och data i förhållande till insulin- och kolhydratintag från insulinpumpar och matdagböcker. Genom de experimentella träningssessionerna kommer utredarna att kunna utvärdera effektiviteten hos hybridsystem med slutna kretslopp för att upprätthålla glukosnivåer inom intervallet (70-180 mg/dl) och för att förebygga både hypo- och hyperglykemi, under och efter träning av olika varaktighet , intensiteter och typer. I ett andra steg kommer sambanden mellan träningsvariabler härledda från både experimentpass och PA-övervakning utanför experimentpassen, och glykemiska, insulin- och kolhydratvariationer med fysisk aktivitet att undersökas.

Det tredje och sista steget kommer att omfatta ytterligare dataanalys, testning, modellering och in-silico-simuleringar för att uppskatta prestandan hos ett nytt beslutsstödssystem för PA-informerad insulindosering mot standard insulindosering.

Studiedesign Deltagare Femtio män och kvinnor med T1DM kommer att delta i studien. Preliminär testning Vid undertecknandet av det informerade samtycket kommer deltagarnas baslinjedata att samlas in. Därefter kommer preliminära tester att äga rum i Exercise Physiology Lab vid universitetet i Rom Foro Italico. Den maximala syreförbrukningen för hjärt-lungan (VO2peak) kommer att bedömas med hjälp av en graderad cykelergometer (Lode, Groningen, Nederländerna) träningstest för frivillig utmattning. Den maximala uteffekten (Wmax) som uppnås under testet kommer att användas för att standardisera träningsrecept.

1-RM-testet kommer att utföras för utvärdering av den dynamiska maximala muskelstyrkan. Testet kommer att utföras före randomisering, för tryckrörelser i underkroppen och tryck- och dragrörelser för överkroppen på benpress, bröstpress respektive lågrad Biostrength®-linjemaskiner (Technogym S.p.A., Cesena, Italien). 1-RM-utvärderingen kommer att vara användbar för att bestämma individernas belastning under träningsprogrammet. Under testet kommer rörelsens hastighet att registreras för analys av muskeltoppkraften. Innan de tilldelas någon av träningsförsöken kommer deltagarna att bli ombedda att bära en GENEActiv aktivitetsmonitor vid handleden i sju dagar i följd under fria förhållanden. GENEActiv-enheter är handledsburna instrument som används för utvärdering av frilevande aktiviteter. Dessa enheter, som kommer att tillhandahållas av Exercise Physiology Lab, tillhandahåller rådata för fysisk aktivitet, stillasittande beteende och sömnanalys, och fångar rörelse-, ljus- och temperaturdata. Deltagarna kommer att förses med en standardiserad diet under hela studiens varaktighet och kommer att uppmanas att föra en matdagbok de sju dagar de bär accelerometern, 24 timmar före träningsförsöken och på dagarna för träningsförsök.

Träningsförsök Patienterna kommer att genomgå fyra olika träningsförsök, aerob träning med måttlig intensitet (MIE), högintensiv intervallträning (HIIE), motståndsträning (RE) och kombinerad aerob och motståndsträning (COMB). Samma träningsförsök kommer att utföras under två olika förhållanden: Träningsläge inställt på "på" eller träningsläge inställt på "av" på insulinpumpen. Patienterna kommer också att bära en accelerometer och en pulsmätare på provdagarna. De fyra träningspassen kommer att ha samma längd på 50 min uppdelat i 5 min uppvärmning, 40 min arbete och 5 min nedkylning. De 40 min av arbetet kommer att skilja sig mellan försöken enligt följande.

Träning med måttlig intensitet kommer att bestå av kontinuerlig träning på en cykelergometer med 40 % Wmax.

Högintensiv intervallträning kommer att bestå av tre 10-minuters intervallträning i förhållandet 1:1 arbete:vila (5 x 1-minuts intervaller med 90 % Wmax med en minuts återhämtning med 25 % Wmax mellan intervallerna) varvat med 3 minuter återvinning vid 25 % Wmax.

Motståndsövningar kommer att bestå av en krets med 8 grupper av övningar som upprepas i 3 set med 12 repetitioner vardera med 70 % av 1-RM. Alla övningar kommer att utföras på samma maskiner som används för styrkeutvärderingar under preliminära tester (Biostrength® line-maskiner, Technogym S.p.A., Cesena, Italien), vilket kommer att möjliggöra exakt individualisering av motståndsträningen, registrering av pass och exakt reproducerbarhet vid nästa träningsprov för varje patient.

Kombinerad träning kommer att bestå av 20 minuters träning med måttlig intensitet med 40 % Wmax på en cykelergometer följt av 20 minuters motståndsträning bestående av en cirkelträning av 4 grupper av övningar som upprepas i 3 set med 12 repetitioner vardera med 70 % av 1 -RM.

Experimentell design Deltagarna kommer att tilldelas de åtta träningsförsöken (MIE-ON, HIIT-ON, RE-ON, COMB-ON, MIE-OFF, HIIT-OFF, RE-OFF, COMB-OFF) i slumpmässig ordning. Randomisering kommer att göras av en datorgenererad sekvens. Varje träningspass kommer att separeras med minst 7 dagar.

Deltagarna kommer att uppmanas att avstå från ansträngande träning 48 timmar före träningsprovet. Dagen innan träningsproven kommer deltagarna att uppmanas att följa en standarddiet och hålla ett matmejeri.

På morgonen för försöket kommer patienter att presentera på labbet kl. 09.00, 2 timmar efter en standardfrukost, som följdes av en insulinbolus beräknad av deltagarnas bolusräknare. När de tilldelats en av träningsförsöken "PÅ" kommer patienterna att uppmanas att aktivera träningsläget (tillfälligt högre mål) från 2 timmar före det förväntade träningsförsöket till slutet av träningsförsöket. När de tilldelats en av träningsförsöken "AV" kommer patienterna att starta träningsförsöket utan att meddela pumpen träning. Puls, upplevd ansträngning (RPE), uteffekt, vinkelhastighet, antal repetitioner och träningsbelastning kommer alla att registreras under träningspassen. CGM-data, kolhydratintag och insulintillförseldata kommer att registreras under de följande 24 timmarna.