糖尿病是兽医中日益关注的问题,估计全世界有200只狗1只狗和100只猫1只猫。 对宠物所有人来说,管理糖尿病动物往往意味着日常的指棒血检查和精心定时的胰岛素注射,这种药方对宠物和人类护理者都具有压力。 剂量不足、测量不准确和糖分水平波动仍然是常见的陷阱,导致紧急出诊和长期并发症。然而,生物医学工程的最新进展带来了新的希望。 人工胰腺系统的发展 — — 即正在改变人类糖尿病护理 — — 正在专门为兽医患者定制,有望让糖尿病宠物享有更稳定的健康和更好的生活质量,而日重则要少得多。

了解宠物中的糖尿病

动物中的糖尿病与人类的病症基本相似,在狗体内,几乎总是依赖胰岛素(第1节),这意味着胰岛素无法产生足够的胰岛素。在猫体内,它更接近人类2型糖尿病,在这种糖尿病中,细胞对胰岛素具有抗药性,尽管许多猫最终也需要胰岛素治疗。 症状是过度渴渴、尿道频繁、体重下降尽管食欲良好,以及疲软,观察者很容易发现。 左向不治,糖尿病导致骨酸化等危险的代谢危机,以及慢性问题,如白内障(特别是在狗体内)、尿道感染和猫的神经病。

兽医通过持续的高血糖和葡萄糖诊断糖尿病。 一旦诊断出来,目标是在目标范围内(通常狗的血糖水平为100-250毫克/德克,猫的剂量目标略有不同)保持血糖水平,使用适当的胰岛素类型和剂量表。 这需要定期监测 — — 要么是在家血液糖曲线,要么是连续的葡萄糖监测器 — — 以及仔细调整饮食和胰岛素。 即使是在最佳情况下,也难以实现完美的控制,许多糖尿病宠物每天花费一部分时间,要么是超高血糖,要么是低血糖,要么是各自承担风险。

糖尿病管理的挑战

动物的传统糖尿病管理是劳动密集型的,不准确。 所有人必须学会使用长颈鹿和便携式表进行糖检,经常从耳朵或嘴唇取出血液。 许多宠物抵制这些手术,导致主人发烧和不连贯的监测。 即使有专门的护理,日常活动、饮食和压力的变化也会导致糖分水平的波动。

伪高血糖 — — 血糖的下降是人们经常关注的问题。 其原因可能是意外胰岛素过量、运动增加或只是失餐。 严重的低血糖会导致癫痫、昏迷和死亡。 另一方面,慢性高血糖病加速了长期并发症。 实现稳定葡萄糖控制的困难是寻求人工胰腺等自动化解决方案的主要驱动力。

人工活页:简况

人工胰腺(又称闭眼胰岛素提供系统)是将糖尿病管理的核心任务自动化的装置,由三个主要部分组成:一个连续的葡萄糖监测器(CGM)实时测量葡萄糖水平,一个能够提供精确剂量的胰岛素泵,以及一个起到系统“脑”作用的控制算法。算法接收了CGM读取,计算了所需的胰岛素剂量,并指示泵无需人工干预即可交付.

在人类医学方面,一些商业系统已经获得了监管认可——例如Medtronic MiniMed 670G和Tandem t:slim X2 与Control-IQ. 这些系统已经证明可以改善时间范围,降低A1c水平并降低严重缺血的风险。人类的成功自然导致研究人员和兽医问:[ 这个技术能否适应我们的四脚病人?

适应兽用技术

将人工胰腺带入兽医学并非一个简单的人类装置小型化问题。 动物呈现出独特的解剖、生理和行为挑战,需要定制解决方案。

物种差异:狗与猫

狗和猫对葡萄糖和胰岛素的代谢不同。比如,猫是用独特的葡萄糖代谢来承担肉食动物的义务的,它们可以对胰岛素产生超敏反应,从而精确地进行临界剂量。 另一方面,狗通常具有更可预测的胰岛素反应,但可能需要与人类胰岛素泵一般提供的不同种类(如NPH或Porcine出品 ) 。 此外,动物影响装置的放置大小:10磅猫不能穿70磅拉布拉多的泵。控制算法还必须考虑到不同的葡萄糖动力学、餐饮模式和活动水平。 人类数据方面的算法对狗一天一次吃一次并零星地练习不会起作用。

关键部件:CGM、胰岛素泵和算法

连续的葡萄糖监测器:兽用CGM已经使用,尽管它们常常从人体装置中重新使用。研究表明,它们提供了可靠的数据,它们放在狗的颈部或侧面以及猫的耳朵或平面胸口上。挑战在于使其耐用、防水并足够舒适,以便活动动物能够刮去或摇去它们。最近的发展包括14天的长装传感器,并将数据无线传送给智能手机或专用接收器。

胰岛素泵:[ 兽用泵必须紧凑,坚固并易于再充。 它应该以适合小病人的微小增量(单位的缺陷)来提供胰岛素。 一些原型采用直接贴在皮肤上的补丁泵设计,从而不需要单独的管子,因为可以被困入家具或被咀嚼。 另一些则可以植入,尽管这引起了额外的外科手术和生物兼容性问题。

控制算法:算法是最复杂的部分。它必须使用预测模型来预测葡萄糖趋势并相应调整胰岛素的提供。在兽医试验中正在测试比例(PID)和模型预测控制(MPC)算法。这些算法需要包含安全限制 — — 如在葡萄糖下降太快时暂停胰岛素的提供 — — 以及学习宠物个体反应的灵活性。

最近的研究与发展努力

几个研究小组正在积极研究兽用人工胰腺系统。 在俄勒冈州立大学和加利福尼亚大学戴维斯分校等大学,兽用内分泌学家与生物医学工程师合作,为狗和猫建立闭锁系统原型。 早期的可行性研究已经使用商业上可用的CGM配对,并配对了笔记本电脑或平板电脑上的经过改造的胰岛素泵和自定义算法。 在这些研究中,动物在控制环境下度过了数小时或数天的时间,而系统则自动调整胰岛素。

小型试验的结果令人鼓舞。一项研究发现,一个算法驱动系统将糖尿病犬留在目标葡萄糖的时间几乎为70%,而标准护理率则约为45%。 对猫的另一项研究显示,糖分可变性降低,低血糖事件减少。然而,这些实验是样本体积较小的“受体试验 ” 。 更大、更长期的研究正在进行,以完善算法、测试活活活动物的装置耐久性并评价主人的接受程度。

工业兴趣也在增长。 专注于兽医设备的创业公司已经开始探索商业人工胰腺系统。 已建立的胰岛素泵制造商的参与可以加速发展,特别是如果他们调整现有的人类平台供动物使用。 美国食品和药物管理局的兽医中心正在积极为这些设备提供指导,一旦安全和疗效数据足够,就提供一条管理路径。

糖尿病动物及其所有者的福利

完全能起作用的人工胰腺对宠物的潜在好处远远超出方便范围.

  • 改进了葡萄糖控制: 闭塞的------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
  • 减低了业主负担:业主将不再需要每天多次进行葡萄糖检查或担心注射时间正确,这可以大大地减轻照顾者的压力并改进守法,特别是对于繁忙的日程或多宠物的家庭来说.
  • 宠物生活质量更好: 更少的针棒对动物来说意味着更不痛和焦虑. 稳定的葡萄糖水平也防止了使宠物感到恶心,不耐烦,或易发怒的极端高和低等. 宠物可以享受更平凡的游戏,行走,休息而不会不断中断医疗.
  • 增强监测和数据: 许多人工胰腺系统包括智能手机应用,记录葡萄糖读取,胰岛素剂量,和趋势. 兽医可以远程访问这些数据,从而可以进行更知情的调整并更早地发现出出问题.

挑战和破坏

尽管有希望,但人工胰腺系统成为标准的兽医工具,仍然面临重大挑战。

设备大小和可被弃置性

动物是活生生的,而且往往不受监督。 设备必须能承受挠挠、滚、湿的条件,有时还要承受起切除。 与崎岖的兽医使用需要相比,目前的CGM和泵灌管非常脆弱。 研究人员正在探索灵活的、粘合的设计和防护性住房,但还没有准备好市场解决方案。

成本和可负担性

人类人工胰腺系统非常昂贵(通常为5,000—8,000美元,加上持续的传感器成本 ) 。 兽用版本的价格要低一些才能为广大宠物所有者所使用。 宠物的保险范围仍然有限,因此自费成本将是一个障碍。 开发更廉价的制造方法和可再使用的组件将是至关重要的。

监管途径

在美国,食品药品管理局的兽医中心必须批准销售给动物使用的器具。 这需要展示目标物种的安全和有效性。 由于狗和猫不能同意,道德监督和研究设计必须符合高标准。 监管过程可能漫长而昂贵,但食品药品管理局最近的指导表明,愿意简化对有前途技术的审批。

算术强健性

在受控医院环境下运行良好的算法,在动物运行,演奏,不规则时间吃东西,或者体验出驾车的压力时,可能会失败. 与人类不同,动物无法沟通低血糖症状,或者在出现出错时提醒系统。 因此,算法必须非常保守,并包括多种故障安全机制,比如在CGM信号丢失或发现异常模式时自动中止胰岛素的发送.

所有人教育和接受

即使是完美的设备,如果主人不愿意尝试,也无济于事。 许多宠物主人都担心一次在动物身上留下一个外国设备数周。 其他人可能担心可能发生故障或皮肤刺激。兽医需要提供彻底的培训和支持来建立信任。 早期的收养者很可能已经对技术感到舒适,熟悉宠物使用CGM。

未来方向

兽药的人工胰腺仍在初生阶段,但轨迹是很有希望的。 在近期(3-5年),我们可以期望看到混合闭塞系统需要一些用户输入 — — 如宣布用餐 — — 将其余部分自动化。 完整的自动双荷尔蒙系统(既包括胰岛素,也包括葡萄糖腺来预防下游性贫血)正在人类身上研究,最终可以适应动物。

与远程医疗平台的融合也将增长。 兽医可以远程监控多位糖尿病患者,当宠物的葡萄糖漂出范围时会收到警报,并调整胰岛素环境而无需办公室访问。 这对农村地区的动物或行动能力有限的主人来说尤其有价值。

另一个令人兴奋的领域是可移植传感器和泵的小型化。 只需要每年更换一次的完整内部系统就可以消除外部组件,并大幅降低设备被损坏和被感染的风险。 生物相容的水凝胶和防腐蚀电子等材料科学的进步使得这些较长期的植入更加可行。

最后,将兽医学校、工程部门和产业伙伴联系在一起的合作研究联盟将加快进展。 Open-source算法库(类似于#WeAre Notwaiting movement in human Democratic)可以让兽医在很多动物患者之间共享和完善控制算法,通过集体数据提高安全性和有效性。

结论

人工胰腺系统有可能改变对狗和猫的糖尿病护理,为人们提供一种以智能自动化取代经常性监测和人工注射的未来。 从实验室原型到常规临床使用的旅程需要克服重大的工程、监管和经济障碍。 但每次成功试验和每次合作突破,目标都接近。 对糖尿病动物和热爱它们的人来说,人工胰腺不仅代表一种装置 — — 它是通往更健康、更舒适生活的桥梁。

关于宠物糖尿病管理的补充资料,请参考美国动物医院协会糖尿病管理准则[和VCA动物医院[,以征求实际所有人的意见。关于人工胰脏技术的研究最新情况,经常见同行评审的期刊,如《兽用内科医学杂志》。关于兽用装置管制的概述,请访问FDA兽用药物中心。 。