فناوری پانکوراس مصنوعی و نقش آن در کاهش پیچیدگی های طولانی مدت دیابت

دیابت، یک اختلال متابولیک مزمن، بیش از 530 میلیون بزرگسال در سراسر جهان را تحت تاثیر قرار می دهد، تعدادی که پیش بینی می شود تا 783 میلیون تا 2045 افزایش یابد، سنگ بنای مدیریت دیابت در حال دستیابی به سطوح گلوکز نزدیک به طبیعی است - هیپرگلیسمی مزمن، تشخیص دهنده اصلی کاهش عوارض طولانی مدت، از جمله رتینوپاتی دیابتی، فیبروپاتی، بیماری های شدید (کنترل بیماری های شدید) و کنترل بیماری های شدید (د.

در طول دو دهه گذشته، یک انقلاب تکنولوژیکی با توسعه سیستم های تحویل خودکار انسولین (AID) که معمولا به عنوان یک پانکراس مصنوعی (AP) نامیده می شود، ادغام نظارت مستمر گلوکز (CGM)، پمپ انسولین و یک الگوریتم کنترل پیچیده برای خودکار سازی انسولین، ارائه وعده بهبود نتایج گلیک، کاهش هیپوگلیسمی، و یک مقاله مدیریت سبک تر، این مقاله مبتنی بر شواهد عمیق در جهت های نگاه، و بررسی اثرات فعلی، ارائه می کند.

یک پانکوم مصنوعی چیست؟

یک پانکراس مصنوعی، که به عنوان یک تحویل انسولین خودکار (AID) یا سیستم حلقه بسته نیز شناخته می شود، یک سیستم دستگاه پزشکی است که برای تقلید از عملکرد تنظیم گلوکز از یک پانکراس بیولوژیکی واقعی طراحی شده است.

این سیستم شامل سه جزء اصلی است:

  • فعال Glucose Monitor (CGM): سنسور به صورت زیر پوستی قرار داده است که هر چند دقیقه سطح گلوکز بین المللی را اندازه گیری می کند و داده ها را به صورت بی سیم انتقال می دهد.
  • Insulin Pump : یک دستگاه باتری که به طور سریع عمل می کند انسولین را از طریق یک برش تزریق می کند. پمپ می تواند یک سرعت ثابت و بولوسهای مبتنی بر تقاضا را تحویل دهد.
  • ] الگوریتم کنترل : نرم افزار - اغلب در پمپ، تلفن هوشمند یا دستی اختصاصی قرار دارد - که داده های CGM را تفسیر می کند و دوز انسولین ضروری را محاسبه می کند. الگوریتم "مغز" سیستم است، تنظیم تحویل انسولین در زمان واقعی برای حفظ سطح گلوکز در محدوده هدف است.

بیشتر سیستم های موجود تجاری (FLT:0) حلقه بسته هستند، به این معنی که آنها تحویل انسولین را خودکار می کنند، اما هنوز نیاز به کاربر برای شروع بوهای غذایی کامل بسته [F2 ] و دیابت (LT2) دارند، تحت تحقیقات قرار می گیرند، اما هنوز به طور گسترده ای در دسترس نیستند.

چگونه کار می کند؟

چرخه عملیاتی یک پانکراس مصنوعی مداوم و خودکار است که در یک حلقه بازخورد بسته عمل می کند.

Glucose Sensing: سنسور CGM گلوکز را در مایع بین مرزی اندازه گیری می کند.داده ها به الگوریتم کنترل در فواصل زمانی به عنوان مکرر به عنوان هر 5 دقیقه منتقل می شود. سیستم های CGM مدرن، مانند Dexcom G6 و ابوت FreeSle Libre 3، دقت بالا و یا بدون نیاز به کالیبراسیون.

] پردازش الگوریتم: الگوریتم کنترل خواندن گلوکز را دریافت می کند و پیش بینی روند گلوکز آینده را پیش بینی می کند.این از یک مدل ریاضی استفاده می کند - اغلب متناسب با تزریق گلوکز (PID) یا کنترل پیش بینی مدل (MPC) - برای محاسبه دوز مطلوب انسولین. الگوریتم به حساب سطح فعلی گلوکز، و میزان تحویل زودرس (g) و یا کاهش داده های پیش بینی شده توسط کاهش داده های پیش بینی شده (همچنین می تواند تنظیم شده توسط کاهش داده های کاهش یابد.

] تحویل انسولین: الگوریتم دستور پمپ انسولین برای تحویل دوز محاسبه شده است.این می تواند یک میکرو جبران کننده به نرخ پایه (معمولا هر 5 دقیقه) یا در برخی از سیستم ها، یک بوضوض خودکار اگر گلوکز به طور شیب دار افزایش یابد. حلقه تکرار می کند هر چند دقیقه، 24 ساعت.

کاربر هنوز با سیستم تعامل دارد: وارد کردن مقادیر کربوهیدرات برای وعده های غذایی (در سیستم های هیبریدی)، تقویت بوکلوسی دستی و گاهی تایید یا بیش از حد توصیه های الگوریتم های بیش از حد خشک کردن. [F:1LT اکثریت گسترده مدیریت قند پایه را، به ویژه یک شبه هنگامی که خطر هیپوگلیسمی شدید بالاترین است.

مزایای تکنولوژی Pancreas مصنوعی

آزمایشات بالینی و داده های دنیای واقعی به طور مداوم مزایای چند وجهی سیستم های AID را در هر دو MDI و درمان پمپ افزوده سنسور (SAP) نشان داده اند.

بهبود کنترل خون آشام

عمیق ترین مزیت این است که افزایش در زمان در محدوده (TIR) - درصد از سطوح گلوکز در محدوده هدف 70-180 میلی گرم / dL، به طور معمول افزایش یافته است کارآزمایی های اصلی برای Tandem Control-IQ (منتشر شده در [F:2 نیو ژورنال پزشکی انگلستان [F:3]، و به طور مستقیم نشان داده شده است که در سیستم های TIR - 10.

کاهش هیپوگلیسمی

سیستم های خودکار به طور چشمگیری فرکانس و شدت هیپوگلیسمی را کاهش می دهند. الگوریتم می تواند پیش بینی کند که یک کم و پایین انتظار (FLT:0) تحویل انسولین را کاهش می دهد قبل از کاهش سطح گلوکز به آستانه خطرناک است.سیستم کنترل IQ، به عنوان مثال، می تواند انسولین پایه را تا 100٪ کاهش دهد زمانی که متا-تحلیل های تصادفی کنترل شده در کاهش قابل توجه در زمان / کاهش قابل توجهی در موارد ابتلا به آن را پیش بینی کاهش دهد.

کاهش مدیریت روزانه بردن

با خودکارسازی تصمیمات کوچک بی شمار در طول روز و شب، پانکراس مصنوعی بیماران را از بار شناختی بی رحم مدیریت دیابت آزاد می کند. [۵] کاربران اضطراب کمتری در مورد خواب، ورزش و خوردن گزارش می دهند. این سیستم نیاز به کرم های مکرر و تنظیمات پمپ دستی را کاهش می دهد، بهبود کلی [F:0 کیفیت زندگی] ، به ویژه این مراقبت کننده برای کودکان مبتلا به اختلال در هنگام خواب است.

مزایای روان شناختی و رفتاری

فراتر از اعداد، کاربران اغلب احساس " تسکین دیابت" را گزارش می دهند (ترس مداوم هیپوگلیسمی، یک مانع عمده برای دستیابی به اهداف گلیسمیک، کاهش می یابد.این می تواند بیماران را تشویق کند تا استراتژی های مدیریت فشرده بیشتری را اتخاذ کنند و بدون ترس در فعالیت فیزیکی شرکت کنند. A 2022 بررسی سیستماتیک در داروی دیابتی] FLT 1 دریافت که سیستم های کاهش یافته و کاهش رضایت از درمان.

تاثیر بر پیچیدگی های طولانی مدت دیابت

هدف نهایی درمان دیابت جلوگیری یا به تاخیر انداختن عوارض مزمن است که کیفیت زندگی را از بین می برد و منجر به مرگ و میر زودرس می شود. توانایی پانکراس مصنوعی برای دستیابی به کنترل پایدار و نزدیک به طبیعی گلیسمی آن را به عنوان یک ابزار قدرتمند در این مبارزه است.

Retinopathy

رتینوپاتی دیبیاتیک همچنان یک علت اصلی نابینایی در میان بزرگسالان کار-دمپاتی است (هر دو تشکیل میکروآرشیسم و ماکولا به طور مستقیم با قرار گرفتن در معرض هیپرگلیسمی تجمعی (A1c) مرتبط است. DCCT نشان داد که درمان فشرده (A1LT ~7٪) خطر پیشرفت رتینوپاتی را با 76٪ مقایسه با درمان معمولی (~0٪) به طور مداوم کاهش می دهد.

Nephropathy

بیماری کلیوی دیبیتیک تا ۴۰ درصد از افراد مبتلا به دیابت نوع ۱ را تحت تاثیر قرار می دهد و علت اصلی بیماری های کلیوی در مرحله انتهایی است. Hyperfiltration، گسترش mesangial Development و فیبروز نشان داد که در طول مدت نزدیک به nga در گروه DCCT، افزایش فیبروپاتی را کاهش می دهد که در حال حاضر به عنوان یک عامل کنترل مستقیم و گلییک بیماری است.

عصب شناسی

نوروپاتی محیطی دیبیتیک (DPN) باعث درد، از دست دادن احساس، و علت اصلی زخم پا و قطع عضو است. DCCT / گلیسمی نشان داد که درمان فشرده توسعه نوروپاتی بالینی تایید شده توسط 69٪ است.در حالی که اغلب طول می کشد سال به آشکار، حافظه متابولیک ایجاد شده توسط کنترل گلیسم زودرس و پایدار حیاتی است.

بیماری های قلبی عروقی

بیماری قلبی عروقی (CVD) علت اصلی مرگ در دیابت است. Hyperگلیسمی کمک می کند تا اختلال عملکرد پایان اندام، آترواسکلروز شتاب داده و آسیب پذیری پلاکی را افزایش دهد. DCCT /EDIC نشان داد که درمان فشرده خطر هر رویداد را با 42٪ کاهش می دهد و عوارض عمده قلبی عروقی (MACE) توسط 57٪ سیستم های پانکراس مصنوعی، که بیماران را قادر می سازد تا به اهداف واقعی برسند، جلوگیری از آن جلوگیری کنند، به کاهش می تواند کمک کند تا این مزایای بیماری های آلرژیک و بیماری های طبیعی کمک کند.

کاهش تنوع پذیری Glycemic

یک جنبه اغلب نادیده گرفته شده از جلوگیری از عوارض گلیسمیک variability (GV) - انگشتان بین بالا و پایین است. بالا GV با افزایش استرس اکسیداتیو و التهاب همراه است، مستقل از سیستم های ماکروواس، با طبیعت آنها، سفرهای گلوکز صاف، به ویژه مطالعات شبه و پس از آن نشان داده اند که سیستم های مسدود شده GV عروقی به عنوان کاهش ضریب میکرو (به احتمال زیاد) در کاهش مقیاس های کوچک (5٪) به طور بالقوه.

محدودیت های فعلی و چالش ها

علی رغم وعده های آنها، سیستم های پانکراس مصنوعی هنوز کامل یا در دسترس نیستند.

هزینه و دسترسی

هزینه پیش رو یک سیستم (CGM، پمپ، تدارکات) می تواند بیش از 6000 دلار باشد، با هزینه های جاری ماهانه برای سنسورها و مجموعه های تزریق. پوشش بیمه به طور گسترده ای متفاوت است و بسیاری از بیماران، به ویژه در کشورهای کم درآمد و متوسط، نمی توانند هزینه این سیستم ها را کاهش دهند و دسترسی را از طریق سیاست های درمانی و گزینه های عمومی گسترش دهند.

User Burden و Education

کاربران هنوز باید کربوهیدرات ها را حساب کنند، CGM (در برخی از سیستم ها) را کالیبره کنند و به هشدارهای هشدار دهند. شمارش صحیح کربوهیدرات یا اعلام غذا از دست رفته می تواند منجر به مصرف بیش از حدگلیسمی شود.با موفقیت نیاز به آموزش اولیه و سواد فنی دارد که می تواند مانعی برای بزرگسالان یا کسانی باشد که مهارت های محدود دارند.

دقت سنسور و قابلیت اطمینان

الگوریتم تنها به اندازه داده هایی که دریافت می کند خوب است. سنسورهای CGM می توانند به دلیل فشرده سازی، مداخله یا حرکت سنسور نادرست شوند.خوان های اررونی می توانند منجر به تحویل انسولین نامناسب در هر نقطه در سیستم شوند (اختلال سنسور، انحصار پمپ، عفونت) نیاز به کاربر برای بازگشت به مدیریت دستی.

غذا و ورزش

سیستم های هیبریدی فعلی بدون ورودی کاربر، سیستم های حلقه ای کاملا بسته با افزایش سریع گلوکز پس از یک وعده غذایی با کربوهیدرات بالا مبارزه می کنند، ورزش - که می تواند باعث کاهش سریع و تغییرات حساسیت به انسولین شود - باعث می شود که الگوریتم ها با یادگیری سازگار بهبود یابند، اما مداخله دستی اغلب مورد نیاز است.

عوامل روانشناختی

برخی از کاربران " خستگی سلاح" را تجربه می کنند یا بیش از حد به سیستم وابسته می شوند. اعتماد به الگوریتم برای تحویل انسولین به صورت خودکار می تواند دشوار باشد، در مقابل، بیش از حد اعتماد سیستم و نادیده گرفتن هشدار می تواند منجر به کتواس دیابتی (DKA) اگر تزریق شکست بخورد.

مسیر های آینده

این زمینه به سرعت به سمت سیستم های کاملا مستقل، دو و یکپارچه پیشرفت می کند.

سیستم های دوگانه-Hormone Systems

اضافه کردن گلوکاگون (یا یک آنالوگ پایدار) در کنار انسولین می تواند یک پانکراس مصنوعی واقعی دوگانه را فعال کند، این امر به نجات خودکار از هیپوگلیسمی و انجام بهتر ورزش و از دست دادن سیستم های تحقیقاتی مانند i اجازه می دهد تا بتا بیونیک ها در آزمایش های دیر مرحله ای قرار گیرند و نتایج بهبود یافته در مقایسه با سیستم های تنها انسولین را نشان دهند.

ادغام با بستر های بهداشت دیجیتال

سیستم های آینده با تلفن های هوشمند، ساعت های هوشمند و تجزیه و تحلیل داده های مبتنی بر ابر ادغام خواهند شد. نظارت از راه دور واقعی توسط مراقبان و ارائه دهندگان مراقبت های بهداشتی ایمنی را افزایش می دهد. هوش مصنوعی و یادگیری ماشین می تواند الگوریتم ها را برای الگوهای فردی بهینه سازی کند، پیش بینی غذا و ورزش از داده های رفتاری.

سنسور های غیر تهاجمی و غیر ایمپلنت

CGM های ایمپلنت طولانی مدت که نیازی به تغییرات مکرر سنسور ندارند می توانند بار تحقیقات را به سنجش نوری غیر تهاجمی یا الکترومغناطیسی کاهش دهند و نیاز به سنسورهای زیر پوستی را به طور کامل از بین ببرند.

فرمول های انسولین بهبود یافته

انسولین های سریع تر (به عنوان مثال، مارمولک های فوق العاده سریع) و انسولین های هوشمند که بر اساس سطح گلوکز آزاد می شوند می توانند عملکرد الگوریتم را بهبود بخشند.

گسترش Indications

کارآزمایی های بالینی در حال بررسی استفاده از پانکراس مصنوعی در دیابت نوع 2، به ویژه در بیماران مبتلا به اختلال کلیوی یا کسانی که نیاز به درمان انسولین فشرده دارند، نتایج اولیه نشان می دهد که کنترل گلیسمیک را بدون افزایش هیپوگلیسمی بهبود می بخشد. FDA [FLT 1 همچنان به حمایت از نوآوری از طریق مسیرهای تسریع شده برای این دستگاه ها ادامه می دهد.

کاهش هزینه و دسترسی جهانی

ابتکارات منبع باز، مانند #We Are Not Expecting community with Programs مانند OpenAPS و Ring، سیستم های پانکراس مصنوعی خود را (DIY) با استفاده از پمپ های قدیمی تر، ارزان تر و CGMs ایجاد کرده اند، در حالی که تایید FDA نیست، این سیستم ها یک نقشه راه برای فن آوری های مقرون به صرفه فراهم کرده اند.

نتیجه گیری

فن آوری مصنوعی نشان دهنده یک تغییر پارادایم در مدیریت دیابت است.با خودکار کردن ترکیب پیچیده نظارت بر گلوکز، انسولین و کنترل غذا، این سیستم ها به سطوح کنترل گلیسمیک دست می یابند که قبلا برای بسیاری از بیماران غیرقابل دسترسی بود - شواهد پیوند پایدار و نهمی به کاهش چشمگیر در میکروواس و عوارض ماکروپاتی به عنوان تکنولوژی بالغ است که به طور کامل دسترسی به زندگی طبیعی و آسیب پذیر است - و نه به طور کامل تغییر دسترسی به طور کامل.