تطور نظم اللوب المغلقة في تاريخ علاج مرض السكري

المؤسسات المبكرة لإدارة مرض السكري

وقبل اكتشاف الأنسولين في عام 1921، كان تشخيص مرض السكري من النوع 1 حكماً بالإعدام فعلياً، واعتمدت الإدارة على قيود شديدة على السعرات الحرارية، ما يسمى بـ " غذاء الإنقاذ " الذي يقوده فريدريك ألين، والذي يمكن أن يمدد الحياة ببضعة أشهر أو سنوات، ولكن يترك المرضى يخترن ويضعف، وقد أدى عزل الأنسولين عن طريق البانتينغ، وأفضل، وزملاؤهم إلى ثورة كل شيء بين عشية والنهار.

وطوال القرن العشرين، كانت إدارة السكري هي إلى حد كبير مادة يدوية وفن غير دقيق. وقد ظلت هذه المادة تُستخدم في اختبارات غلوكوز البول، التي لا توفر سوى قياسات مؤجلة وتقريبية، وقد ظلت حالة الرصد الذاتي للغلوكوز في فترة الدم في أواخر السبعينات، وكانت أولها تُحدّد كميات كبيرة من العينات الدموية وتحتاج إلى فترات زمنية طويلة إلى تفسير حقيقي.

The Era of Intensive Monitoring and Therapy

وقد قدمت تجربة مكافحة السكري والتعقيدات التي نشرت في عام ٣٩٩١ أدلة قاطعة على أن غلوكوز الدم المكثف الذي يتحكم في الغدة الجليدية قد أدى إلى حدوث تعقيدات في الأجل الطويل، مثل الاضطرابات التي تصيب الاضطرابات والاضطرابات العصبية، وتسبب ذلك في زيادة الضغط على نظام الحساسية في الدم الذي يستخدم في الوقت الراهن، ولكن هذا يعني أيضاً رصداً أكثر تواتراً)٦(.

وفي الوقت نفسه، فإن تطوير الأنسولينات (الليسبرو، الأسبارت، الجليد) في التسعينات قد أتاح صيدليات يمكن التنبؤ بها بدرجة أكبر، مما يجعل من الممكن تحقيق رقابة أشد صرامة، ومع ذلك، وحتى مع هذه التحسينات، ظل التحدي الأساسي قائما: فقد انكسرت حلقة التغذية المرتدة بين أجهزة الاستشعار والمحاضر بسبب الحاجة إلى صنع القرار البشري، وأُنشئت مرحلة لإغلاق تلك الحلقة التكنولوجية.

رصد الغلوكوز المستمر: مظلة نموذجية

وقد شكل إدخال أجهزة رصد الغلوكوز المستمر في أواخر التسعينات وأوائل العقد الأول من القرن العشرين أول خروج حقيقي عن قياس الغدد الصمغ في الوقت الحاضر، وقد استلزمت النظم المبكرة مثل نظام الرصد المزود بالجرعات المتوسطة الحجم بيانات تحليلية بأثر رجعي من جهاز استشعار بعد عدة أيام - حتى لا تكون في الوقت الحقيقي، ومع ذلك، فإنها لم تكشف عن وجود تباين ثري في ديناميات غلوكوسي.

وقد وصل الفريق العامل المعني بالتنوع البيولوجي في الوقت الحقيقي إلى مجموعة الديكسوم في عام 2006 وإلى الملاح الذي كان يبثه أبوت فريستيل بعد ذلك بوقت قصير، حيث وضعت هذه الأجهزة جهازاً استشعارياً صغيراً وشبه سلكياً تحت الجلد وقياساً للجليد في السوائل المشتركة بين الصدر كل بضع دقائق، وأحالت القراءات دون سلك، وكان الأثر النفسي عميقاً: فقد رأى المستخدمون الاتجاهات - السهام تشير إلى اتجاه ومعدلات عالية من أجل إحداث التغيير.

ومقارنة بذلك، عانت أجهزة الاستشعار المبكر التابعة للأجهزة المعنية بالأشعة السينية من مسائل الدقة، واستلزمت معايرة متكررة مع عصي الأصابع، وخلال العقد الماضي، قامت قفزات كبيرة في تكنولوجيا الاستشعار (مثلا، Dexcom G5, G6, G7؛ و Abott FreeStyle Libre) بتسليم أجهزة ذات طابع معمّن ودقيق للغاية مع فترات أطول من الارتداء (حتى 14 يوما) ولم تكن هذه التحسينات اللازمة في مستوى قياس المقاييس.

ثورة إنسولين

وكانت مضخات إنسولين، التي تقدم حيلة ثابتة من الأنسولين السريع عن طريق قثّة وضعت تحت الجلد، موجودة منذ أواخر السبعينات، وكانت النماذج المبكرة شديدة ومعرضة للفشل الميكانيكي، ولكنها توفر ميزة ملحة: القدرة على برمجة معدلات البصل المتغيرة التي يمكن أن تقلل من سرعة إطلاق الإنسولين البطيئة من بنكرياس صحي، كما يمكن للمستعملين أن يوصلوا الفولوز في الزر.

وقد جاءت الثورة الحقيقية في معالجة المضخات بدمج بيانات التشويش على أساس نوع الجنس والقدرة على وقف تسليم الأنسولين مؤقتاً عندما انخفض الجليد بدرجة منخفضة جداً، وقد أدخلت مادة الميدترونيك الباردغم فيو (2009) السمة المنخفضة الكتل الجليدية، ووقفت تلقائياً الانسولين لمدة تصل إلى ساعتين إذا اكتشف جهاز الاستشعار مستوى منخفضاً من الغلوكوس، وكانت هذه أول شكل من أشكال التلوسفير المغلقة.

وتقدم المضخات الحديثة، مثل تانديم تي: سليم X2 وOmnipod DASH، أجهزة حاسبة متطورة، رصدا عن بعد بواسطة أجهزة الهاتف الذكية، والأهم من ذلك، قابلية التشغيل المتبادل مع نظم التصوير بالأشعة السينية والتصوير المغلقة.

The Dawn of closed Loop Systems

نظام مُغلق لإدارة السكري يدمج جهازاً للتصوير الكيميائي، ومضخة إنسولين، وخوارزمية للمراقبة تُعدل تلقائياً عملية تسليم الأنسولين استناداً إلى بيانات الغدد الصمغ التوقية والتنبؤية، والهدف هو الحفاظ على مستويات الجلوكوز في نطاق مستهدف (نحو 70 إلى 180 ملغم/دب) مع الحد الأدنى من تدخلات المستعملين، وكثيراً ما يوصف هذا النظام بأنه " مُعدّل " .

نظم الجيل الأول: دليل المفاهيم

كان أول نظام للحلقات المغلقة متاح تجارياً، وقد استخدم خوارزمية مدمجة تناسبية، لتمرير سعر الضخّة كل خمس دقائق بناءً على قراءات الأشعة السينية، وأظهرت التجارب الإكلينيكية أن النظام يحسن التوقيت اليدوي مقارنةً بـ...

وفي الوقت نفسه، جمعت الأوساط البحثية ثروة من الأدلة من نظم حلقات مغلقة مثل نظامي " أوبس " و " لوب " ، اللذين طورهما مبتكرو المرضى، وهذه الجهود التي كانت في السابق تحركها المجتمعات المحلية، وإن لم تكن قد وافقت عليها الهيئة، قدمت بيانات هامة عن العالم الحقيقي بشأن السلامة والكفاءة وخبرة المستعملين التي استرشدت بالتنمية التجارية.

Modern Advanced Hybrid closed Loops

نظم اليوم أكثر صقلاً، وجهاز (تانديم ديابيريس) يُستخدم في نظام التحكم في ذكاء (المعدل 2019) يستخدم خوارزمية متطورة لا تُعدل فقط معدلات البصل، بل يمكنها أيضاً أن تُعطي أحذية إصلاحية تلقائية عندما يُتوقع أن يتجاوز الغلوكوز عتبة، وينطوي على طريقة للتمارين، وطريقة النوم، ويندمجت في بيانات الـ (ديكوم جي)

وفي عام 2022، أصبح مكتب أمينبوود 5 أول نظام هجين مغلق لا يُنصب، يدمج مضخة أومنيبود مع مجموعة الـ ديكسكوم G6. وتُجرى خوارزميته مباشرة على المنصة نفسها (أو بواسطة جهاز هاتف ذكي للمراقبة) ويتعلم النظام احتياجات المستخدمين على مر الزمن ويضبط المعايير تلقائياً، حيث يُمكن الوصول إلى كل من مركز المراقبة - IQ و Omnipod 5).

نظام (كامبس فاكس) (المعتمد في أوروبا ومؤخرا في الولايات المتحدة) يستخدم خوارزمية تكيفية تُظهر حساسية الفرد في الوقت الحقيقي ولا تُلزم المستخدمين بدخول الكربوهيدرات لإجراء تعديلات البازغة فقط من أجل دفعات الوجبات، وقد أظهرت الدراسات أن لديه وقت طويل في المدى (70 في المائة) حتى في الأطفال الصغار، وهي مجموعة صعبة جداً.

الأثر الحقيقي العالمي على المرضى

وقد أدى التحول من الجرعات اليدوية إلى توصيل الأنسولين آليا إلى تغيير عميق في الخبرة الحية لداء السكري، وتظهر الدراسات المتعددة وتقارير المستعملين باستمرار أن نظم حلقات الاختراق الهجينة تحسن عدة مقاييس رئيسية:

• Increased time-in-range]:عادة ما ينفق المستخدمون 70-80 في المائة من اليوم في إطار نافذة الغلوكوز المستهدفة البالغة 70-180 ملغم/د.L، مقارنة بنسبة 50-60 في المائة مع المضخة القياسية أو العلاج بالأشعة المقطعية المتوسطة الأجل.
• Reduced hypoglycemia]: إن الخوارزميات فعالة بشكل خاص في منع انخفاضات الوشيكة، مما يقطع الأحداث الناقصة الحاد بمقدار النصف أو أكثر.
• Lower HbA1c ]: Mean reductions of 0.5-1.0% are common, translating to clinically meaningful reductions in complication risk.
• Improved quality of life]: Many users report less concernty about glucose levels, better sleep (the system adjusts overnight), and a greater sense of freedom to engage in spontaneous activities like exercise or eat out.
• Reduction in daily burden]: With the system managing basal rates and automatic corrections, users make far fewer daily decisions. The mental load of diabetes -sometimes called "diabetes burnout" -can be significantly lightened.

ومع ذلك، فإن التكنولوجيا ليست حلاً للملابس، إذ لا يزال بعض المستعملين يعانون من الإحباط مع أجهزة الإنذار، وموثوقية الاستشعار، والحاجة إلى الازدهار في الوجبات، والوجود المادي للمضخة والمجس، ولا تزال إمكانية الوصول غير متكافئة بسبب التغطية بالتكلفة والتأمينية في مناطق كثيرة.

التحديات والحدود

وفي حين تمثل نظم الحلقات المغلقة إنجازاً هائلاً، فإن العديد من التحديات ما زالت قائمة. ] وما زالت الدقة الحسية ] هي العامل الوحيد الأكثر أهمية، وحتى أجهزة التصوير الكيميائي الحديثة لها فرق نسبي مطلق متوسط يتراوح بين 8 و10 في المائة، مما يؤدي إلى عدم اليقين، ويجب أن تكون المقاييس متحفظة للتقليل إلى أدنى حد من خطر التسبب في صدمات الفائقة والإصابة بمرض.

Algorithm sophistication] continues to improve, but no system yet approximates the complexity of the human pancreas, which integrates myriad signals beyond glucose-hormonal, neurological, environmental. Dual-hormone systems that deliver both insulin and glucaergon are automatically in advanced control (e).

(ب) إن التكلفة الأولية للمضخات والمجسات والمستهلكات يمكن أن تكون آلاف الدولارات سنوياً، وتغطية التأمين على نحو واسع، وحتى في البلدان المتقدمة، يمكن أن تكون النفقات غير المباشرة باهظة، وفي العالم النامي، حيث يعيش معظم الأشخاص المصابين بمرض السكري، لا تزال هذه النظم غير متاحة إلى حد كبير.

الأفق المستقبلي

النظر إلى المستقبل، الجيل القادم من نظم الحلقة المغلقة من المحتمل أن يحقق تسليم الأنسولين آلياً بالكامل لا يتطلب إعلانات عن الطعام، ما يسمى "حلقة مغلقة" أو "مفرولية فقط" هي المكرونة المقدسة، العمل المبكر مع أشعة فوق البنفسجية (مثلاً، فيسب، ليمجيف)

وفيما عدا الانسولين، يجري صقل نظم الهرمونات المتعددة، حيث تستخدم البكرياسات التي تستخدمها بيتا بيونكس خرطوشة ذات هرمونات ثنائية تحتوي على الانسولين والغلوكاغون، وتكيفها آليا، وفي تجربة محورية نشرت في عام 2022، حققت الشبكة الدولية فترة زمنية متوسطها نحو 65 في المائة في البالغين، وهي أقل قليلا من حلقات مقفلة في المستعملين.

إن إدراج الاستخبارات والتعلم الآلي في مجال الذكاء يمكن النظم من تحديد مكانة العلاج بطرق غير مسبوقة، ويمكن للنظم التي تتعلم من الأنماط اليومية للمستعملين، وتمارس العادات، بل ومستويات الإجهاد (عن طريق معدل القلب أو سلوك الجلد) أن تكيف بشكل استباقي تسليم الأنسولين قبل أن تنجرف مستويات الجلوكوز خارج النطاق.