ويمثل تطوير تكنولوجيا البنكرياس الاصطناعية إنجازاً بارزاً في إدارة السكري، حيث توفر مستوى من التشغيل الآلي والدقيق كان في وقت ما عالم الخيال العلمي، ومن خلال إدماج رصد الغدد الصماء، ومضخة الأنسولين، وخوارزمية متطورة للمراقبة، تهدف هذه النظم إلى تكرار وظيفة التصميم الحقيقي للدم في كل من هاتين المنطقتين.

Understanding closed Loop Systems

نظام مغلق - يشار إليه غالباً بـ " فطائرات صغيرة " ، وتوصيل أمواج آلية على أساس التغذية المرتدة باستمرار من الغلوكوز، خلافاً للعلاج التقليدي في الأنسولين حيث يقوم المرضى بحساب الجرعات اليدوية وتعديل بيئات الضخ، يستخدم نظام مغلق - الصوت خوارزمي للتحكم لاتخاذ قرارات في الوقت الحقيقي، ويتألف النظام من ثلاثة عناصر أساسية من المعدات والبرامجيات تعمل معاً بحراً.

مرصد غلوكو المستمر

والعنصر المتعلق بالأشعة السينية هو عنصر الاستشعار الذي يقاس مستويات الغلوكوز بين الحركات كل بضع دقائق، وقد أظهرت تدابير الأشعة السينية الحديثة، مثل تلك التي أجريت في ديكسوم وأبوت، دقة مذهلة مع وجود اختلافات نسبية مطلقة تقل عن 10 في المائة، وهي تنقل قراءات البلوكو التي تم تمديدها بلا سلك إلى خوارزمية التحكم، مما يوفر مدخلات حاسمة لازمة لأجهزة التفجير الآلي (14 مرة).

Insulin Pump

وتسلم مضخة الإنسولين بسرعة إنسولين دون كلل من خلال الكانتولا، وتُعد المضخات المعاصرة مصممة ومقاومة للماء وقادرة على القيام بعملات صغيرة تبلغ 0.025 وحدة، وتتلقى أوامر من الخوارزمية لتعديل المعدل البلازمي أو تسليم مكافآت إصلاحية، وبعض المضخات مثل وصلات التانديغولية المدمجة:

Control Algorithm

والتصوير هو عقل النظام، وهو يُجري عمليات البيانات المتعلقة بالتشويهات الكيميائية ويحدد المعدل الأمثل لانبعاثات الأنسولين للحفاظ على غلوك الدم ضمن نطاق مستهدف (نحو 70 إلى 180 ملغم/د لام).

  • Proportional — PROportral — PROportative — accumulated error over time (integral), and rate of change (derivative). PID controllers are relatively simple but can be sensitive to sensor noise.
  • (أ) استخدام نظام مراقبة الرضاعة (FLT:1) - نموذج رياضي لديناميات الغلوكوس للتنبؤ بمستويات الغدة الدرقية في المستقبل وتحقيق أقصى قدر من تسليم الأنسولين على أفق متجدد، وهذا النهج أكثر قوة ويتيح فرض قيود (مثل الحد الأقصى لمعدل الأنسولين) على M.

وقد يتضمن الخوارزمية أيضا إعلانات الوجبات، والتمارين، والمعايير الخاصة بالمرضى لتحسين الأداء، كما أن نظما مثل نظام ميترونيك 780G ونظام مراقبة التانديم -IQ تستخدمان نظاما مقفلا مقفلا، حيث تُستخدم فيه أسعار البعوضة للأورام الخوارزمية وأجهزة التصحيح، ولكن لا تزال تتطلب من المستخدم أن يعلن يدويا عن وجبات لتخفيف حدة التوابل التي تنجم بعد وقوعها.

دور تكنولوجيا البانكرياس الفنية

وتعيد تكنولوجيا الفطائر البكرية الاصطناعية تشكيل إدارة السكري بنقل العبء من صنع القرار اليدوي المستمر إلى التحكم الآلي والتكيفي، ويتمثل الدور الرئيسي لهذه النظم في الحفاظ على مستويات الزمان - حيث تظل نسبة مستويات الغلوكوز بين 70 و 180 ملغم/د-ل - مع التقليل إلى أدنى حد من الناقصات ودرجة فرط النسيان.

وقد أظهرت التجارب السريرية باستمرار أن النظم الهجينة المغلقة تعمل على زيادة معدل النقل البري بنسبة 10-15 نقطة مئوية مقارنة بمستوى العلاج المضخي المزود بالأجهزة الاستشعارية، وعلى سبيل المثال، فإن الدراسة التي تعدها محطة إي سي دي سي إل دي سي ليد في (10).

وبالإضافة إلى مراقبة الجلوكوز فوراً، تخفض التكنولوجيا الحمولة المعرفية لإدارة السكري، ولم تعد هناك حاجة إلى رصد اتجاهات الجلوكوز باستمرار، أو حساب نسب الديبوهيدرات من نوع الإنسولين إلى الكبريت، أو وضع خطوط أساس مؤقتة لممارسة هذه التعديلات، حيث يتعامل الخوارزمي مع هذه التعديلات، مما يسمح للأفراد بالتركيز على الأنشطة اليومية والعمل والحياة الأسرية.

أوجه التقدم التكنولوجي الرئيسية

وقد شهدت السنوات الأخيرة تطورا سريعا في مكونات وقدرات النظم المغلقة - أدت عدة أوجه تقدم رئيسية إلى اعتماد تكنولوجيا البنكرياس الصناعية.

النضج والشخصية

وكانت الخوارزميات المبكرة عامة وتتطلب معايرة واسعة النطاق للمستعملين، فالجرائم الحديثة تحفز التعلم الآلي والتحكم في التكييف من أجل تسليم الأنسولين حسب شخصيته استنادا إلى البيانات التاريخية الفردية، وعلى سبيل المثال، تستخدم تكنولوجيا الأشعة الميدترونية 780 غبار الدخانية ملصقات تصحيحية آلية ومعدلات البلازما التكييفية التي تتعلم من الأنماط اليومية للمستعملين.

التكامل مع برامج الصحة الرقمية

:: نظم الغلق المغلقة بشكل متزايد مع أجهزة الهاتف الذكية ومنابر البيانات القائمة على الغيوم، مثل نظام Dexcom Clarity، وTandem t:connect، وMedtronic CareLink توفر تبادلاً للبيانات في الوقت الحقيقي مع مقدمي الرعاية ومقدمي الرعاية الصحية، كما أن الرصد عن بعد يتيح للمستوصفين استعراض الاتجاهات وتعديل البيئات دون الحاجة إلى زيارة داخلية، وتوسيع نطاق الوصول إلى الرعاية المتخصصة للسكري، كما يدعم عملية التحديث.

التنميط والضعف

وقد تقلص حجم المكونات المادية بشكل كبير، إذ إن نظام أومنيبود الخامس، على سبيل المثال، هو مضخة رقعة إنسولين غير صالحة للوزن، ويمكن ارتداؤها لمدة تصل إلى ثلاثة أيام، حيث تجري الخوارزمية المتكاملة مباشرة على المنصة أو عن طريق تطبيق مصاحب للتحكم، وبالمثل، فإن الجيل القادم من تدابير التخفيف من حدة آثار تغير المناخ يصبح أقل وأكثر راحة، مع بعض التحسينات التي تُشجِّع على نحو 14 يوماً.

المخصصات التنظيمية والمبالغ المسددة

وقد وافقت إدارة الأغذية والمخدرات في الولايات المتحدة على عدة نظم هجينة مغلقة لداء السكري من النوع 1، بما في ذلك نظام مينيميد 670G و770G و780G؛ ونظام مراقبة التانديم في المقر؛ وأومنيبود 5 - كما أن هيئة تنمية الأعمال الحرة قد أجازت أول نظام اصطناعي لصناعة البنكرياس للأطفال الذين لا يزالون في سن سنتين.

نظام دوال هورمون

وفي حين أن معظم النظم الحالية لا توفر إلا الإنسولين، فإن نظم الفطائر المصطنعة ذات الهرمون المزدوج التي أظهرت غلوكاغون المتحكمة في المجتمع، قد قطعت وعداً بتخفيف خطر النادر، فغالوكاجون تُثير غلوكوز الدم عن طريق تحفيز الغلسونوجينات الوبائية والجليكونيجينات، مما يوفر آلية " للإنقاذ " عندما لا يمكن أن يحول التسليم وحده دون انخفاض.

وهناك عدة محاكمات سريرية، مثل دراسة المراقبة التجارية التي تنشر في [(FLT:0)] Diabetes Care) أظهرت أن نظم الهرمون المزدوج تحقق قدراً أكبر من النقل البري الدولي وأن عدداً أقل من الأحداث الناقصة مقارنة بالنظم القائمة على التحلل، غير أن التحديات لا تزال قائمة: فتركيبات الغلوكاغون تتطلب إعادة تشكيل وتتمتع باستقرار محدود في درجة حرارة الغرفة؛

التحديات والحدود

وعلى الرغم من التقدم الملحوظ، فإن تكنولوجيا البنكرياس الصناعية لم تعد بعد حلا مثاليا، إذ أن العديد من الحواجز تعيق الاعتماد العالمي والأداء الأمثل.

الحساسية والقابلية للثقة

وحتى أفضل تدابير الوقاية من الأشعة السينية تبلغ نسبة ما بين 7 و10 في المائة، أي أن هناك خطأ متأصل، ويمكن أن تؤدي القراءات غير الدقيقة إلى زيادة أو نقص في استخدام الأنسولين، كما أن ضغط الضبط، وقضايا مواقع الادراج، والتدخل في الأدوية (مثلاً، الأسيتامين) يمكن أن يسبب أخطاء مؤقتة، علاوة على ذلك، الوقت الذي يفصل بين الدم والأغراف الافتراضية (الغاز)

التكلفة والوصول

أما التكلفة الأولية لمستشعرات الذخائر العنقودية ومضخات الأنسولين والأصناف الاستهلاكية فهي كبيرة، وبدون تأمين، يمكن أن تتجاوز النفقات السنوية 000 5 إلى 000 10 دولار، وفي كثير من أنحاء العالم، ولا سيما البلدان المنخفضة الدخل والمتوسطة الدخل، لا تتوافر هذه النظم أو تكون في متناولها، وحتى في البلدان ذات الدخل المرتفع، فإن التغطية التأمينية تختلف، والمدفوعات المشتركة يمكن أن تكون مثيرة للقلق.

المستعمل بوردن والتدريب

وعلى الرغم من أن التشغيل الآلي يقلل من بعض عمليات اتخاذ القرار، يجب على المستعملين أن يواصلوا أداء مهام مثل تغيير مجموعات التعبئة، وأجهزة الاستشعار المعايرة (إذا لزم الأمر)، والتعبئة من أجل الوجبات، وإدارة تنبيهات النظام، وازدراء الأسلحة هو شكوى مشتركة، حيث أن النظم قد تولد العديد من الإخطارات عن أخطاء أجهزة الاستشعار، وأجهزة الإنذار بالاختلال، وتوقع انخفاضات، ومن الضروري توفير التدريب الكافي والدعم المستمر من أجل النجاح في عملية التبني.

الحد من مخاطر التقادم والهبوغليسمية

فالخوارزميات الحالية لا يمكن أن تتوقع تماما جميع الأحداث، فعلى سبيل المثال، يمكن أن تسبب التمارين القوية انخفاضا سريعا في الغلوكوز، وقد لا يتصدى النظام بسرعة كافية، وبالمثل، فإن الوجبات ذات المحتوى العالي الدهون أو البروتين يمكن أن تسبب حالات تأخير في فترات ما بعد الميلاد، قد تُخبط الخوارزميات المصممة أساسا لحساب الكاربوهيدرات، ولا يزال بعض المرضى يعانون من سوء استخدام حاد في العلاج حتى مع وجود أخطاء في اليور.

الاتجاهات المستقبلية

ومن المرجح أن يتضمن الجيل القادم من نظم البنكرياس الصناعية عدة ابتكارات تحولية تعالج القيود الحالية وتوسّع التكنولوجيا لتشمل سكانا أوسع.

الاستخبارات الفنية والتعلم الآتي

ويمكن لنماذج التعلم في مجال الآلات تحليل كميات كبيرة من البيانات الطويلة الأجل للتنبؤ باتجاهات الغدد الصمغ في المستقبل بمزيد من الدقة مقارنة بالمقاييس الحالية القائمة على القواعد، ويمكن أيضاً أن تتعلم أنماط الوجبات والعادات العملية، وتضغط على الأحداث المتوقعة قبل حدوثها، ويقوم الباحثون بتطوير نظم مغلقة " آلية " لا تحتاج إلى مدخلات من المستعملين للحصول على الوجبات أو التدريبات، باستخدام مؤشر الأشعة الواعدة.

نظم البورمية المتعددة الجوانب

وفيما عدا الانسولين والغلوكاغون، يقوم الباحثون بالتحقيق في استخدام الأناول الأيميلين (مثل الهرملينيد) أو متلقية GLP -1 لتعزيز الرقابة اللاحقة للجدارة وتعزيز استقرار الوزن، ويمكن أن توفر هذه الوصلات المتعددة الهرمونات أو نظم التلقيح الدقيقة القابلة للطرد صورة أكثر من الهرمونات الفيزيائية.

داء السكري من النوع 2

وعلى الرغم من أن النظم الحالية تشير أساسا إلى الداء السكري من النوع 1، فإن هناك اهتماما متزايدا بتطبيق تكنولوجيا الغلق على مرض السكري من النوع 2، ولا سيما في الأشخاص الذين يحتاجون إلى علاج مكثف من الأنسولين، وقد أظهرت الدراسات الرائدة أن الهجائية المغلقة يمكن أن تحسن مستوى النقل البري الدولي وأن تقلل من النادر في المرضى من النوع 2، ونظرا لارتفاع معدل الإصابة بالسكري من النوع 2، فإن توسيع نطاق نظم البنكرياس الصناعية من أجل هذه الفئة قد يكون له تأثير كبير.

التكامل مع البيانات المتعلقة بأسلوب الحياة والصحة

ومن المرجح أن تدمج النظم المستقبلية البيانات من المواد القابلة للزراعة (المفاتن، ومتتبعات النشاط، وأجهزة التكييف الخاصة بالشركات الأوروبية) لتعديل تسليم الأنسولين استنادا إلى النشاط البدني والإجهاد والنوم وحتى الدورات المهلكة، كما أن قابلية التشغيل المتبادل مع السجلات الصحية الإلكترونية ومنابر الصحة عن بعد ستمكن من إجراء تعديلات ذات طابع شخصي، كما أن المشاريع المفتوحة المصدر مثل مبادرة " ويرينت وايتنغ " أثبتت بالفعل إمكانية بدء عمليات جمعيات تجارية.

خاتمة

وقد أدت تكنولوجيا البكرياسات الاصطناعية إلى تغيير مشهد الرعاية المتعلقة بالسكري، والتحول من مفهوم نظري إلى أداة مثبتة طبياً تؤدي إلى تحسين النتائج البدائية، وتخفض مستوى الشبهات، وتحسن نوعية الحياة، وتجعل من خلال الجمع بين تدابير الوقاية من الأمراض، والمضخات غير المباشرة، وأجهزة التحكم المتقدمة، والنظم المغلقة ذات الصبغة الذاتية قادرة على تحمل عبء العمل.