Одним з найбільш динамічно розвиваються напрямків сучасного діабету є інсулінотерапія, моніторинг глюкози в тканинах. За останні 10 років все більше і більше технологій з’явилося з такими стрімкими темпами, що сьогодні лише короткий час відокремити нас від ринку «штучної підшлункової залози» (AP). З 1 січня 2020 року керівник Національного фонду охорони здоров’я (NEAK) надаватиме доступ до сенсорних технологій людям із діабетом 1 типу із підтримкою соціального забезпечення.

актуальності

У повсякденній практиці пацієнти з діабетом, як правило, отримують лікування підшкірною ін’єкцією інсуліну. Однією з найпоширеніших процедур є доставка інсуліну за допомогою інсулінових ручок (нині рідко використовуються шприци), що представляє собою звичайний підхід, який практикується десятки років; в той час як інший дозує інсулінову насос за допомогою складного електромеханічного пристрою - це набуло поширення в останні роки.

Обидва способи лікування спрямовані на підтримання рівня глюкози в крові пацієнта в нормоглікемічному діапазоні [3,9–10,0 ммоль/л (70–180 мг/дл)] (1). У деяких особливих станах, таких як вагітність, слід орієнтуватись на більш вузький діапазон [3,5-7,8 ммоль/л (63-140 мг/дл)], що є серйозною проблемою як для пацієнта, так і для групи з надання допомоги. Важливим аспектом планування терапії є те, що під час дозування слід враховувати фізіологічний стан пацієнта, такий як маса тіла, рівень фізичної активності, вік та інші фізіологічні параметри. Застосовуючи терапію, пацієнт діє активно, приймає самостійні рішення та адаптує зміст терапевтичного плану до власного способу життя та споживання їжі.

За допомогою інсулінових насосів, а також датчиків, які постійно вимірюють рівень глюкози в тканинах, автоматичне лікування хворих на цукровий діабет стало реалістичною ідеєю в останні роки. Ця концепція називається штучною підшлунковою залозою (ШЗ), яка на сьогодні є найдосконалішим інженерним рішенням для лікування діабету (2, 3).

Близькострокові системи штучної підшлункової залози складаються з трьох основних компонентів (2, 4):

  • Інсулінова помпа, яка зберігає та вводить інсулін;
  • Система безперервного монітору глюкози (CGM) для точного контролю рівня глюкози в крові;
  • Належна програмна підтримка, що включає алгоритм управління, користувальницький інтерфейс та реалізацію необхідного сховища.

Інсулінові насоси в наш час

Інсулінова помпа включає резервуар для інсуліну, графічний інтерфейс, акумулятор, а також механічні та апаратні компоненти для ін’єкції інсуліну. На ринку доступно кілька різних рішень для впровадження цих пристроїв (рис. 1) (5, 6).

  1. Будова сенсорної інсулінової помпи

На відміну від традиційної ін'єкційної практики, кількість людей, які обирають інсулінову помпу, останнім часом неухильно зростає, і в даний час її оцінюють у понад мільйон у всьому світі (7).

В Угорщині його поширеність менша, близько 2900 пацієнтів використовують такий пристрій, що становить 4,5% пацієнтів з діабетом 1 типу. Відомі два основні типи інсулінових насосів CSII (насос для безперервного підшкірного введення інсуліну): катетер та пластир.

За останні 15 років насоси Animas, Medtronic та Roche набули широкого розповсюдження, але з літа 2019 року доступні лише пристрої двох виробників, оскільки Animas припинила виробництво та розробку насосів. Насоси через лінію з'єднують металеву або пластикову канюлю, розміщену під шкірою, з резервуаром інсуліну насоса. На відміну від цього, насоси типу «патч» не потребують трубопроводу, оскільки резервуар інсуліну закріплений над точкою введення. В обох випадках рекомендується міняти канюлю кожні три-шість днів. Нещодавнє всебічне дослідження не виявило значної різниці в HbA1c між виробниками та типами. Однак можна помітити, що хоча в 2000-х роках традиційні насоси набули широкого поширення, в наш час тип "патч" стане все більш популярним.

В Угорщині системний насос “патч” відсутній на ринку, на його поширення суттєво впливає більш висока ціна. Інсулінові помпи використовують препарати інсуліну з надшвидкою дією (наприклад, аспарт, ліспро або глулізин доступні в Угорщині) інсулін, який дозволяє більш точно і ефективно лікувати хворих, що перекачуються, сприяючи таким чином успіху систем АР.

Крім того, інтеграція системи CGM і насоса також дозволяє застосовувати техніку «одного порту», ​​однак, на відміну від 7–14-денного часу роботи систем CGM, канюлі інсулінових насосів доводиться замінювати кожні 3–6 днів. Таким чином, не виявлено суттєвої різниці між канюлями з нержавіючої сталі та тефлоновими канюлями, що використовуються в даний час, щодо запальних процесів та тривалості життя (10).

CGM системи

Застосування CGM-систем стає все більш поширеним у повсякденному житті, незважаючи на те, що їхні наслідки значно вищі, ніж класичні вимірювання кінчиків пальців. Найбільша їх перевага полягає в тому, що вони можуть забезпечувати постійний зворотний зв’язок щодо рівня цукру в крові пацієнта, що є значною допомогою у встановленні терапії завдяки постійному наданню інформації. Це також важливо для пацієнтів: посилений контроль глікемії полегшує їм досягнення своїх глікемічних цілей, а також досягнення та підтримку бажаних рівнів HbA1c. Застосування CGM корисно для всіх хворих на цукровий діабет, незалежно від використання інсулінової помпи. Проведено ряд клінічних випробувань, які показали, що використання такої системи корисно для будь-якого віку та всіх типів захворювань.

Системи CGM в основному складаються з трьох основних блоків: датчика, передавача та приймача (рис. 2). Залежно від технології датчика та передавача, вони можуть бути реалізовані в одному пристрої. Існують також рішення, засновані на різних принципах вимірювання для впровадження систем CGM. У більшості випадків конструкція кріпиться до живота, сідниць і надпліччя пацієнта, де кріпиться до підшкірного шару шкіри за допомогою тонкого катетера. Найбільш часто використовуваний метод вимірювання заснований на ферменті глюкозооксидази (GOx), який можна використовувати для контролю рівня цукру в крові пацієнта шляхом контролю за зміною електричних властивостей датчика. Фермент каталізує перетворення глюкози в глюконову кислоту, в реакції утворюється непрямий заряд. Концентрацію глюкози можна розрахувати за кількістю заряду в електроді, використовуючи відповідну аналогову та цифрову обробку сигналу.

  1. Фігура CGM - безперервний монітор глюкози в тканинах

На додаток до відомих переваг, CGM також мають недоліки, які є складними завданнями для навчання користувачів датчиків, з одного боку, та для інженерних застосувань, з іншого. Через технологічні обмеження дані сенсорних вимірювань доступні в середньому кожні п’ять хвилин, тобто можна очікувати час відбору проб у п’ять хвилин. У повсякденній практиці наявність 5-хвилинних даних моніторингу глюкози в крові є адекватною, "квазінеперервною".

На даний момент датчик Medtronic Enlite, Dexcom G4, офіційно доступний в Угорщині. Сподіваємось, що система Dexcom G6, одна з найдосконаліших систем CGM на ринку, може бути впроваджена найближчим часом. Найбільшими новинками датчика є 10-денний час зносу, нові можливості доступу до даних та дисплей смартфона, а також використання заводських налаштувань. Останнє дозволяє пацієнтам використовувати датчик без калібрування кінчика пальця після встановлення датчика, який може проводити вимірювання належної якості навіть без еталонного значення (11).

Варто згадати, що впродовж останніх років також з'явилися імплантовані датчики CGM, 90-денний імплантований датчик Senseonics Eversense нещодавно отримав схвалення FDA (на жаль, недоступний в Угорщині) (12).

Регуляторні алгоритми на шляху до реалізації штучної підшлункової залози

Третім важливим компонентом реалізації AP є сам алгоритм управління, який є «душею» автоматизованої методології. Без математичних моделей, що описують фізіологічні процеси та ефективні алгоритми контролю, неможливо було б визначити відповідну кількість інсуліну, який, можливо, доведеться вводити пацієнту вручну.

Завдяки використаному алгоритму управління, успішна концепція AP вимагає, щоб дані вимірювань були доступні через відповідні інтервали. Наразі це можливо лише за допомогою системи CGM. Алгоритми управління оцінюють вхідні дані CGM за певною методологією. Загалом, якщо існує розбіжність між виміряним та призначеним рівнем глюкози в крові, генерується сигнал про помилку та обчислюється кількість інсуліну, що вводиться в даний час, відносно ступеня сигналу про помилку. Як уже згадувалося раніше, постійний розвиток інтегрованої системи, вперше запровадженої в 2006 році, тепер дозволяє автоматизовану точну доставку інсуліну.

Оскільки діабет є однією з найбільш інтенсивно досліджуваних галузей у галузі біомедичної інженерії, у літературі є приклади адаптації декількох регуляторних методів до АП. Найбільш перспективні напрямки включають використання Model Predictive Control (MPC), системи, що базується на м’яких обчислювальних (наприклад, нечітких) правилах, та використання класичних PID та надійних управлінських рішень (13). Також є спроби використовувати модні на сьогодні алгоритми машинного навчання, але їх використання все ще перебуває на експериментальній стадії.

На додаток до описаних підходів, що застосовують лише інсулін, існують також подвійні (подвійні) регулятори на основі гормонів, які можуть доставляти не тільки інсулін, але й глюкагон. Великою перевагою подвійних регуляторів гормонів над традиційною концепцією AP є їх здатність ефективніше лікувати зовнішні розлади, такі як більша кількість непередбачуваного споживання їжі, а також інтенсивні фізичні вправи. Однак у деяких вікових групах дослідження не показало істотної відмінності від традиційного методу, і слід також врахувати, що застосовність методу є більш складною через подвійне гормональне лікування (14–16).

Висновок

Хоча діабет все ще невиліковна хвороба, шляхом автоматизації терапії, розробленої роками, AP пропонує привабливий варіант для багатьох пацієнтів, оскільки не вимагає такої кількості взаємодії, як звичайні методи. Завдяки широкомасштабним клінічним випробуванням останніх років на ринку зараз доступні безпечні пристрої АР, але все ще потрібно багато вдосконалень, щоб зробити АП широко використовуваним та повністю автоматизованим методом для людей з діабетом.

ДОКТОР. ПЕРЕМОЖЧИК МАШИНИ

Лікарня вулиці Петра Шандора та Національний інститут травматології імені Йени Маннінгера, II. Кафедра серцево-судинної медицини, Діабет, Будапешт

Скорочення:

AP: штучна підшлункова залоза

CGM: система постійного контролю глюкози

CSII: безперервна інфузія інсуліну

GOx: глюкозооксидаза

PID: алгоритм пропорційно-інтегрального похідного

MPC: прогнозне регулювання на основі моделі

1. Battelino T, et al. Догляд за діабетом. 2019; 42: 1593–1603.

2. Чи F, Фернандо Т. Закритий контроль глюкози крові. Springer-Verlag, 2007.

3. Боутон К.К., Говорка Р. Досягнення в системах штучної підшлункової залози. Наука поступальної медицини. 2019; 11: eaaw4949.

4. Ковачев Б. Штучна підшлункова залоза у 2017 році: рік переходу від досліджень до клінічної практики. Nat Rev Ендокринол. 2018; 14: 74–76.

5. Шерр Дж., Тамборлан В.В. Минуле, сьогодення та майбутнє інсулінової насосної терапії: кращий контроль за діабетом. Mt Sinai J Med 2008;75: 352-361.

6. Валла, В. Терапевтичний препарат при цукровому діабеті: фокус на аналогах інсуліну та інсулінових насосах. Журнал досліджень діабету. 2010 р .; doi: 10.1155/2010/178372.

7. Німрі Р. та ін. Регулювання доз інсуліну у пацієнтів з цукровим діабетом 1 типу, які використовують інсулінову помпу та постійний моніторинг глюкози: варіації між країнами та лікарями. Цукровий діабет Metab. 2018; 20: 2458–2466.

8. Абрахам М.Б. та ін. Зниження рівня гіпоглікемії за допомогою передбачуваної системи управління низьким вмістом глюкози: довгострокове рандомізоване контрольоване дослідження у підлітків із діабетом 1 типу. Догляд за діабетом. 2018; 41: 303-310.

9. Messer LH та співавт. Оптимізація гібридної терапії із закритим циклом у підлітків та дорослих дорослих за допомогою системи MiniMed 670G. Догляд за діабетом. 2018; 41: 789–796.

10. Hauzenberger JR та ін. Систематична in vivo оцінка залежної від часу запальної реакції на сталеві та тефлонові інфузійні катетери. Наукові звіти. 2018; 8: 1132.

11. Декском. Dexcom G6, Система безперервного контролю глюкози, Посібник користувача. Dexcom, 2018 рік.

12. Крістіансен М.П. та ін. Перспективна багатоцентрова оцінка точності імплантованого романі датчика безперервної глюкози: ТОЧНІСТЬ II. Діабет Технол Тер. 2018; 20: 197–206.

13. Szalay P, Eigner G, Kovács LA. Надійна міцна конструкція контролера на основі нерівності для моделі діабету типу 1. Томи збору матеріалів IFAC. 2014; 47: 9247-9252.

14. Батора В. та ін. Бігормональна модель прогностичного контролю рівня глюкози в крові у людей з діабетом 1 типу. Матеріали конференції IEEE з питань контрольних програм (CCA), 2014 р. Doi: 10.1109/CCA.2014.6981556

15. Гінграс В. та ін. Ефективність штучної підшлункової залози з подвійним гормоном для полегшення тягаря підрахунку вуглеводів при цукровому діабеті 1 типу: рандомізоване перехресне дослідження. Діабет Метаб. 2016; 42: 47-54.

16. Абітбол А та ін. Контроль глюкози протягом доби за допомогою штучної підшлункової залози з подвійною та одногормоновою залозою при цукровому діабеті 1 типу з гіпоглікемією Несвідомість: рандомізоване контрольоване дослідження. Діабет Технол Тер. 2018; 20: 189–196.