人工泛美技术及其在减少长期糖尿病并发症方面的作用

糖尿病是一种慢性代谢障碍,影响全球超过5.3亿成年人,预计到2045年,这一数字将上升到7.83亿;糖尿病管理的基石是达到并保持了近乎正常的血糖水平;慢性高血糖是长期性疾病,包括糖尿病复发性、肾上腺病、神经病和心血管疾病的主要致病因素;具有里程碑意义的糖尿病控制与并发症试验及其后续研究,即糖尿病干预和并发症流行病学研究,最终证明,强化的甘油控制可大大减少这些并发症的发生和进展;然而,通过常规胰岛素疗法——多日注射和自监测血糖——实现这种控制是众所周知的,它充满了低血症风险,给病人带来沉重的日常负担。

在过去20年中,随着胰岛素自动输送系统(AID)的开发,技术革命已经出现,这种系统通常被称为人工胰腺(AP). 这些系统整合了连续的葡萄糖监测(CGM),胰岛素泵,以及一种复杂的控制算法,实现胰岛素输送自动化,提供了改善甘油结果,降低低血糖,以及减轻管理负荷的希望。 文章提供了权威的、深入的人工胰岛素技术及其机制、基于证据的效益、对长期并发症的影响、当前限制和未来方向的观察。

什么是人工潘克瑞斯?

人工胰腺,又称自动胰岛素放送(AID)或闭锁-出血系统,是一款旨在模仿生物胰腺糖体调节功能的医疗器械系统,与真正的生物体器官不同,目前的AP是一种使用外用器械来测量葡萄糖并输送胰岛素的机能系统.

该系统由三个主要部分组成:

  • 连续葡萄糖监测器[:一个插入分光的传感器,每隔几分钟测量间质葡萄糖水平并无线传输数据。
  • 胰岛素泵:一个电池动力装置,通过输液装置下切分地传递快速活性胰岛素. 泵能提供连续的玄武质速率和点取活塞.
  • 控制算法 : 解释CGM数据并计算所需胰岛素剂量的软件——通常安装在泵上、智能手机或专用手持设备上。算法是系统的“脑 ” , 实时调整胰岛素的提供, 将葡萄糖含量保持在目标范围内。

大多数商业上可用的系统是] 高通闭锁-闭锁式系统,意思是它们自动提供玄武素胰岛素,但仍需要用户启动用餐栓. 自主处理用餐的全闭锁-闭锁式系统正在调查中,但还没有广泛使用. 经批准的混合闭锁-闭锁式系统的例子包括:Medtronic MiniMed 780G (Medtronic) ,Tandem care t:slim X2 with Control-IQ (Tandem) ,以及Insulet Omnipod 5 (Insulet)。

怎样才能成功?

人工胰腺的操作周期是连续和自动化的,在闭合回馈回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回回

1. 葡萄糖感应: CGM传感器测量间质液中的葡萄糖. 数据每隔5分钟一次频繁传送到控制算法中. 现代 CGM系统,如Dexcom G6和Abbott FreeStyle Libre 3,提供高精度,需要最小或没有指尖校正.

2. 算法处理: 控制算法接收葡萄糖读取并预测出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出出

3. 胰岛素输送:[]算法命令胰岛素泵提供所计算的剂量,这可能是对玄武质率的微调(通常每5分钟一次),或者,在有些系统中,如果葡萄糖陡起,则自动校正出血。循环每几分钟重复一次,每天24小时一次。

用户仍然与系统互动:输入碳水化合物的用餐量(混合系统),批准人工活泼,偶尔确认或压倒性算法建议。然而,系统处理绝大多数基准葡萄糖管理,特别是在严重缺血风险最高的一夜间。 美国糖尿病协会[ 承认这些系统是1型糖尿病护理的重大进步。

人工泛螺技术的好处

临床试验和现实世界数据一直表明,自动识别系统比计量吸入器和传感器增强泵疗法具有多方面的优势。

改进了甘油控制

最深远的好处是时间范围时间增加(TIR)——时间葡萄糖含量的百分比在70-180毫克/分升的目标范围之内。 研究,如Tandem Control-IQ的关键试验(发表于新英格兰医学杂志[)和Medtronic 780G, 显示AID系统将TIR增加10-15个百分点,往往达到TIR高于70%。 这直接意味着血红素A1c水平较低,对于已经接受泵疗法的人来说通常平均为0.3-0.5 % , 而对于MDI的切换则更多。

减少伪麦病

自动化系统可以大幅降低低血糖的频率和严重性。该算法可以预测在葡萄糖水平降至危险阈值之前,即将出现低血糖和悬浮胰岛素的交付[。例如,控制-智商系统在预测低血糖时,可将基线胰岛素减少100%。随机化控制试验的元分析证实,花费的时间会大大地减少,低于70毫克/德克,以及需要第三方援助的严重低血糖事件发生率。

每日管理负担减少

通过全天下和全夜的无数微量决定,人工胰腺将患者从糖尿病管理中无情的认知负荷中解放出来。 用户报告睡眠、运动和外出饮食的焦虑程度较低。 系统减少了频繁指棒和手动泵调整的需求,提高了整体生活质量[。 这对患有一等糖尿病的儿童的护理者特别有影响,他们经常因夜间葡萄糖监测而睡眠中断。

社会心理和行为福利

除了数字之外,用户还经常报告一种“糖尿病缓解”的感觉。 人们对低血糖的恐惧是阻碍实现高血糖指标的一个主要障碍,这种恐惧已经减轻。 这可以鼓励患者采取更密集的管理策略,并毫无恐惧地进行体育活动。 2022年的一项系统审查在糖尿病医学[中发现闭锁-闭锁系统与糖尿病困扰的减少和治疗满意度的提高有关。

对长期糖尿病并发症的影响

糖尿病治疗的最终目标是预防或推迟长期并发症,这些并发症侵蚀生活质量并导致过早死亡。 人工胰腺能够实现持续、近乎正常的甘油控制,这在这场斗争中是强大的工具。

复数疗法

糖尿病复发性病仍是工作年龄成年人失明的主要原因。微神经瘤形成和乳腺复发都与累积高血糖暴露(A1c)直接相关。 DCCT显示,与常规疗法(~9% A1c)相比,强化疗法(A1c~7%)将复发性病症发展的风险降低了76%。 现代复发性病症系统通常能达到A1c值低于7%。 通过持续维持这种水平,AP有可能大幅降低威胁视力复发性病的发生率。 在 发表的一项模型研究显示,糖尿病、代谢综合症和肥胖症预测,广泛使用闭锁-低温系统可以将终生复发性病风险降低30-40%。

肾上腺炎

糖尿病肾病对40%的一等糖尿病患者产生影响,是导致晚期肾病的主要原因。超高血压驱动了光膜超过滤、中位扩张和纤维化。EDIC研究表明DCCT组群的长期近常态性肾病降低了50%。人工胰腺技术通过收紧糖分控制和将糖分可变性降到最低(这个因素现在被认为是肾病的独立风险因素),为保留肾功能提供了直接途径。 来自大型AID登记簿的观测数据,如SWEET项目,显示儿科人群持续减少A1c,预示未来肾脏并发症率会降低。

神经病

糖尿病的外周神经病造成疼痛、失去感觉,是造成脚溃疡和断肢的主要原因。 DCCT/EDIC证明,强化疗法使临床确认的神经病的发展下降了69%。 尽管神经病往往需要几年的时间才能显现出来,但早期和持续的甘油控制所建立的新陈代谢记忆至关重要。 抗糖体系统通过提供稳定的葡萄糖水平,可能有助于防止下游代谢分泌(多聚醇途径通量、氧化性应激)损害外周神经。 此外,通过降低严重的低血糖,它们可以防止急性低血糖神经损伤。

心血管疾病

心血管疾病是糖尿病的主要死因。超高血糖导致内皮功能失调、心肌硬化加速和斑点脆弱性增加。DCCT/EDIC显示,强化疗法可以使任何心血管事件的风险降低42%,而重大心血管不良事件(MACE)降低57%。 人工胰腺系统通过使患者安全到达体能目标,可以帮助在现实生活中实现这些心血管效益。 此外,通过降低体能变性和防止心肌缺血(这可能会引发心律失常和缺血),可以提供额外的心肌保护效应。

降低遗传学的可变性

预防并发症的一个经常被忽略的方面是甘油可变性(GV) — — 高和低之间旋转。 高甘油与氧化应激和炎症增加有关,独立于平均葡萄糖。 AID系统本质上是平滑地取出甘油出游,特别是一夜后和后发后。 研究表明,闭锁式系统将甘油可变性系数(CV)等GV度量降低5-10%。 甘油的减少可能会有助于对微血管和宏观血管并发症的保护作用。

目前的限制和挑战

尽管人工胰腺系统有其希望,但还没有完善或普遍普及。

费用和获取

医疗系统(CGM、泵、用品)的预付费用可能超过6000美元,而传感器和输液装置的每月费用持续增加。 保险的覆盖范围差异很大,许多病人,特别是中低收入国家的病人,负担不起这些系统。 需要通过医疗政策和通用替代品降低成本和扩大医疗范围。

用户负担和培训

使用者必须计算碳水化合物,校正CGM(在某些系统中),并应对警报。 碳能计数不当或漏食可能导致高血糖。 成功使用需要大量的初始培训和技术知识,这可能成为老年或算术技能有限的人的障碍。

传感器准确性和可靠性

算法只和它收到的数据一样好. CGM传感器由于压缩,干扰,或传感器漂移而变得不准确. 错误的读取会导致胰岛素的不适当的发送. 系统的任何一点的失败(感官故障,泵闭塞,站点感染)都要求用户恢复手动管理.

餐饮和锻炼

目前的混合系统在没有用户投入的情况下管理着饭食。 完全闭锁-闭锁系统在高卡通后与糖分快速上升相抗衡。 同样,运动 — — 它可以造成胰岛素的快速下降和延迟敏感度的改变 — — 也面临着挑战。 算术随着适应性学习而改善,但往往仍然需要人工干预。

心理因素

某些用户会经历“警报疲劳 ” , 或者过度依赖系统。 相信一个自动提供胰岛素的算法可能很困难。 相反,过度信任系统而忽略警报会导致糖尿病酮酸化(DKA ) , 如果输液集失败的话。

未来方向

该领域正在迅速向完全自主、双荷尔蒙和一体化的系统迈进。

双联质系统

加入克卢卡贡(或稳定的模拟)与胰岛素并列可以实现真正的双激素人工胰腺。 这样可以自动地从低血糖中拯救出来,更好地处理运动和失餐。 iLet Beta Bionics设备等研究系统处于后期试验阶段,并显示与胰岛素系统相比结果有所改善。

与数字保健平台的融合

未来系统将和智能手机、智能观察和云数据分析相结合。 护理者和医疗保健提供者的实时远程监测将增强安全性。 人工智能和机器学习可以优化个人模式的算法、预测膳食和行为数据。

可植入和无侵入传感器

长期植入的CGM不需要频繁的传感器变化,可以减轻负担。 对非侵入光学或电磁葡萄糖感知的研究可以完全消除对下皮传感器的需求。

改进胰岛素配方

快速活化的胰岛素(如超快活性脂蛋白)和基于葡萄糖水平释放的智能胰岛素可以提高算法性能。 同样,稳定的克卢卡贡类比将使双激素系统实用化。

扩大指标

临床试验正在探索在2型糖尿病中人工胰腺使用,特别是在肾功能障碍患者或需要强化胰岛素疗法的患者中。 早期结果显示,在不增加下垂性贫血的情况下,对甘油的控制得到了改善。 FDA 继续通过快速途径支持这些装置的创新。

降低成本和全球获取

开放源代码计划,如#WeAre Notwaiting社区与OpenAPS和Loop等项目,已经用更老、更便宜的泵和CGM创建了人工胰腺系统。 这些系统虽然没有获得FDA的批准,但为负担得起的技术提供了路线图。 非营利组织正在与制造商合作降低定价。

结论

人工胰腺技术代表了糖尿病管理模式的转变。 通过将葡萄糖监测、胰岛素剂量和餐饮处理等复杂的相互作用自动化,这些系统实现了以前许多病人无法达到的甘油控制水平。 将持续的规范化贫血与微血管和宏观血管并发症的急剧减少联系起来的证据是压倒性的。 随着技术的成熟 — — 变得更负担得起、更方便用户和完全自主 — — 其改变糖尿病自然历史和改善数百万人生活的潜力是巨大的。 未来的挑战不是科学,而是确保所有需要者都能公平地获得这种改变生命的技术。