人工胰岛素注射系统(AID)通常被称为人工胰腺系统,通过智能算法将连续的葡萄糖监测器(CGM)与胰岛素泵联系起来,从而转变了糖尿病护理。 这些系统减少了持续监测和剂量的人工负担,帮助一型糖尿病患者在更安全、更紧的范围之内保持葡萄糖水平。 随着技术的发展,了解这些成分如何合作,存在哪些选择,以及仍然存在哪些挑战对病人、护理者和临床医生来说至关重要。

自动胰岛素输送系统如何运作

AID系统是一个闭锁-闭锁平台,它根据实时葡萄糖数据自动释放胰岛素的分送. CGM的核心组件——CGM,胰岛素泵和控制算法——无线通信. CGM每5分钟读取间质葡萄糖水平,将数据传送到算法中,算出并命令泵调整玄武素胰岛素率,在葡萄糖下降时暂停分送,或在葡萄糖上升时发出修正的分泌.

算法的复杂程度决定了系统的自动化水平。 现代算法包含比例-内置-衍生(PID)控制、模型预测控制(MPC)或模糊逻辑,以及一些使用机器学习在一段时间内将反应个性化。 结果,一个系统能够比手工管理更快、更一致地对葡萄糖趋势作出反应。

详细的关键组件

  • 连续葡萄糖显示器(CGM): 一种小传感器插入了间歇液中的分光度测量葡萄糖。 来自Dexcom、Abbott和Medtronic的当前CGM提供精度(MARD <10%),10–14天穿戴,许多模型没有指尖棒校正。
  • 胰岛素泵:通过罐头提供快速活性胰岛素. 出自Tandem, Medtronic, Insulet (Omnipod)等的泵,有的与CGM相融合,有的无管,有的用管.
  • 控制算法:[在泵上运行,智能手机,或专用控制器,它处理CGM数据和发布命令,该算法必须经过监管者(FDA,CE标记)的审核,以安全起见.

连续葡萄糖监测器的关键作用

CDM是任何AID系统的眼睛。 没有可靠、连续的葡萄糖读取,算法就无法做出安全有效的决定。 现代CGM在准确性、穿戴时间和方便使用方面都得到了显著的改进,使得闭路疗法在日常生活中是可行的。

CGMs 如何提供实时数据

CGM传感器使用葡萄糖氧化酶生成与间质液中葡萄糖浓度相适应的电流,这种电流被转换为葡萄糖值. 无校正系统(如Dexcom G7,Abbott FreeStyle Libre 3) 工厂校正传感器,为大多数用户消除指尖. 数据通过蓝牙传输到泵或智能手机应用,并带有高低分,快变化的警报.

间质葡萄糖比血糖慢了5–15分。 算术通过预测未来的葡萄糖水平来解释这种延迟。 一些系统使用多传感器(比如研究中的双传感器方法)来提高冗余性和准确性,尽管大多数商业的AID系统都依赖于单一的CGM。

护理和护理综合助理助理医师的临床利益

  • 范围上的改进时间: 研究一致显示,与传感器增强泵疗法相比,AIID系统将TIR(70-180 mg/dL)增加10-15个百分点。 例如,Tandem控制-IQ系统的关键试验报告标准泵疗法的平均TIR为71%,而59%。
  • 降低低血糖:[ 在葡萄糖低或下降时自动中止或减少玄武素胰岛素,会大幅削减严重的低血糖事件。 许多系统可以提前20到30分钟预测低血糖并进行干预。
  • 下HbA1c:Meta-analysis报告使用AID系统的成人和儿童HbA1c减少0.3-0.6%,基线较高的HbA1c的改善更大.
  • 生活质量: 用户报告糖尿病引起的困扰较少,日常决策较少,睡眠更好——尤其是一等糖尿病儿童的父母.

胰岛素自动输送系统的类型

并非所有的AID系统都是相同的,它们从部分自动化(hybrid closed-loop)到完全自动化(closed-loop),有些系统还包含克卢卡贡或其他激素.

混合闭路系统

混合闭锁系统可以自动进行玄武素胰岛素调整,但要求用户宣布进餐并给以手动的boluse. 例子包括Tandem Control-IQ,Medtronic 780G,和Ompnipod 5. 这些系统目前是最广泛可用的,并且有最强的证据基础. 用户必须仍然数出碳水化合物并证实boluse,但算法处理其他一切,包括超高血糖的校正boluse.

完全闭环系统

完全闭锁式系统旨在消除所有用户输入,包括餐饮通知。它们依靠快速的胰岛素模拟和更快的药效动力学来自动管理餐饮出行。 虽然一些研究系统(例如iLet from Beta Bionics, CamAPS FX)接近完全自动化,但大多数需要一些餐饮通知才能进行最佳控制。比如iLET系统使用“餐饮通知 ” , 而不用卡布计数 — 用户只需说明餐食的大小(小、中、大 ) 。 真正的完全闭锁式系统,没有任何餐饮投入,由于胰岛素2-4小时的动作简介,仍然面临挑战。

双联苯和多联苯系统

一些AID系统增加了克卢卡贡来对抗低血糖并帮助管理膳食。 iLET系统正在发展成双激管泵,既能提供胰岛素又能提供克卢卡贡。 早期研究表明双激管系统可以实现更严格的克卢克糖控制并进一步减少克卢克贡的克卢克贡,尽管克卢克贡的稳定性和成本仍然是障碍。 研究人员也在探索克卢克林(一种亚米林模拟物)来钝化后期克卢克糖突起,从而有可能减少对大餐花的需求。

临床证据和现实世界成果

多个随机控制试验和大型现实世界研究支持AID系统的功效和安全性. "柳叶虫"(Lancet Diabetes & amp; Endocrinology)所发表的2021年对41个试验的元分析发现,AID系统将TIR增加了12.6个百分点的加权平均差,与标准护理相比HbA1c减少了0.37%. 严重缺血症事件在所有研究中都是罕见的.

坦德姆控制-智商系统用户(超过10万用户)提供的现实世界数据显示,TIR和HbA1c在12个月内持续改进,用户满意度很高。 同样,Omnipod 5 在美国发射的实时世界数据显示,TIR平均为70%,而低血糖发病率没有增加。 这些结果凸显出现代算法在包括儿童、青少年和成年人在内的不同患者群体中具有强大的活力。

挑战和考虑

尽管这些系统有其好处,但它们并非没有限制,理解这些挑战对于现实的期望和成功采用至关重要。

技术限制

  • 传感器精度:[] 虽然现代CGM高度精确,但错误仍然可能发生——特别是在快速葡萄糖变化,传感器压缩(由压力引起的传感器衰减),或者在葡萄糖范围的边缘,算法设计必须对这些出值进行衡算.
  • 连接和信号损失:[ 蓝牙被淘汰,泵被封塞,或发射机故障会打乱回路. 系统有安全模式,可以恢复到预编程的玄武道速率,但用户必须监视警报.
  • 算法可靠性:[ 软件bug或glitz可能导致胰岛素投放不当. 监管审批需要广泛的长凳和临床测试,但后市场监控仍在继续.
  • 胰岛素药效动力学:快活活性胰岛素(aspart, lispro, Fiasp)仍然有2小时尾巴,限制了算法能校正错误的速度. 更快的胰岛素和超快配方正在被开发.

用户参与和教育

AID系统减少但不会消除自我管理。 用户必须了解系统警报、注射点护理、如何处理膳食和运动以及何时推翻算法。 全面教育,最好是通过经认证的糖尿病教育者(CDE)进行,至关重要。 研究表明,当用户接受结构性培训并持续获得支持时,结果会更好。

心理因素也很重要。有些用户会经历“算术焦虑”——不信任自动决定,常常压倒系统。另一些用户可能会过度自信,忽视例行检查。病人的选择和咨询有助于设定适当的期望。

费用和无障碍

医疗保险和许多私营保险商都负责1型糖尿病的保险,但2型糖尿病或非标签使用则受限。 在全球,获得治疗的机会甚至受到限制。 诸如[ JDRF 和国际糖尿病联合会等组织的努力旨在倡导更广泛的补偿和降低费用。

未来创新开发协会技术

AID系统的管道很健全,研究的重点是更聪明的算法、多类方法,并与其他数字保健工具相融合。

人工智能和机器学习

下一代算法利用机器学习,根据个别模式(比如黎明现象、运动反应或月经周期)将胰岛素的提供个人化。 这些适应性算法可以学习每个用户的历史数据,并调整参数而无需人工输入。 有些已经进入临床试验,早期结果显示TIR的进一步改善和用户负担的减轻。

智能胰岛素笔和连接设备

并不是每个人都使用泵。 跟踪剂量并与CGM共享数据的智能胰岛素笔(如NovaPen 6, InPen)正在形成连接注射和全AID的桥梁。 这些系统可以提供波卢斯计算器、误入剂量提醒和追溯数据分析。 虽然它们不是完全自动化的,但它们是注射用户的闭路道。

扩大指标

目前,对1型糖尿病和某些情况下需要强化胰岛素治疗的2型糖尿病的AID系统已经获得批准。 正在对怀孕、住院和年幼儿童(2至6岁)使用药物进行研究,早期妊娠研究显示,在降低低血糖的同时保持严格的甘化控制,这可以改善产妇和胎儿的产能。

开源系统和 DIY 循环

用户的基层运动已经开发了开源的AID算法(如OpenAPS,Looop,AndroidAPS),这些算法可以在相容设备上构建和运行。 这些系统具有专门的用户基础,提供定制,但是缺乏监管监督,并且不推荐给那些想要安全审查解决方案的人。 尽管如此,社区还是推动商业制造商进行更快速的创新,提供更适合用户的设置。 在2023年,FDA开始考虑对互通的AID组件进行监管路径,这最终可以给一些开源方法带来合法性.

选择一个AID系统:实际考虑

有了几种商业选择——Tandem Control-IQ、Medtronic 780G、Omnipod 5和CamAPS FX(在欧洲可以使用)——选择一个系统取决于个人的偏好、生活方式和保险范围。

  • Tandem Control-IQ: 使用 Dexcom G6 CGM; 具有触摸屏泵; 提供自动的玄武岩和校正波斯。 推荐给那些用有管状泵且想要证明结果的自在者。
  • 中子780G: 使用"守护者"4传感器;特征是将一款以100或120 mg/dL为靶向的算法;需要指棒校正来进行初始传感器使用(虽然传感器可以可选择校正). 对那些更喜欢中子生态系统或需要一个具有更低的克糖靶向的系统的人来说是好的.
  • OMNIpod 5: 无管泵 (pod); 使用 Dexcom G6; 通过智能手机应用控制. 受活性用户和那些讨厌管管的人所欢迎. 算法调整了bassal并自动提供校正.
  • CamAPS FX: 与 Dana RS/Diabecare泵和Dexcom G6 相通的基于Android的算法;非常自定义; 用于想要一个灵活,研究支持的系统的用户. 可在一些欧洲国家中找到.

与内分泌学家或糖尿病护理团队的讨论至关重要。 皮肤对胶体的反应、看到应用展示的能力、泵填充的手动弹性和技术舒适度等因素都影响着最佳选择。

结论

与连续葡萄糖监测器相连接的胰岛素自动送药系统代表了目前门诊糖尿病管理的顶峰。 它们可以减轻日常决策的认知和身体负担,改善甘油结果,提高许多用户的生活质量。 然而,成功实施需要了解技术、适当的培训、持续的支持和合理的预期。 随着传感器的准确性、算法的提高和成本的降低,AID系统有可能成为大多数患有一型糖尿病的人的护理标准 — — 而许多患有二型胰岛素治疗糖尿病的人可能也能够接受这种循环。 对于准备接受这种循环的人来说,好处是显而易见的:时间范围更长,低水平更短,心灵更平和。

关于进一步阅读,见 FDA关于人工胰腺装置系统的信息, NIDDK对胰岛素泵和CGM的概述,以及对Lancet糖尿病和amp;内分泌学的元分析。