糖尿病技术:标记、监测、评估和控制糖尿病患者的血糖波动

文摘

糖尿病患者面临一个终身优化问题:保持严格的血糖控制不增加低血糖的风险。自1921年发现胰岛素,通过工程手段糖尿病的外部监管已成为这种优化的一个特点。糖尿病技术进展顺利过去50年的进展,其中包括标记为控制糖尿病的发展,先进的监测技术,数学模型,评估过程和控制算法。连续血糖监测(CGM)于1999年引入,已经从对追溯审查意味着血糖概要文件通用可靠的设备,而实时监测血糖波动的过程中,为病人提供互动反馈。技术集成与胰岛素泵CGM现在可用,打开自动闭环控制的领域,被称为“人工胰腺”。在临床试验后,寻求一个可穿戴的动态人工胰腺,门诊的第一个原型测试在过去的一年。探讨糖尿病技术开发的关键里程碑,关注上的进步在过去的十年里,人工pancreas-still不是治愈,但可以说是迄今为止最有前途的治疗糖尿病。

1。介绍

在卫生、葡萄糖代谢是由荷尔蒙严格控制网络包括肠道、肝脏、胰腺和大脑,以确保稳定的空腹血糖(BG)水平和瞬态餐后血糖波动。在这个网络控制糖尿病,是由缺乏胰岛素分泌不足或中断和/或胰岛素抵抗,已通过技术手段来得到补偿。一般来说,糖尿病患者分为1型和2型糖尿病更为普遍的占90 - 95%的病例。1型糖尿病的特点是胰岛素分泌绝对不足的针对产生的自体免疫反应β胰腺的肽;2型糖尿病是由于胰岛素抵抗和不足β细胞功能(1]。

1900年后的临床介绍糖尿病(Aretaeus踪迹,公元1世纪)饮食是唯一,虽然成功,治疗。在19世纪,它是理解糖尿病是一种复杂的疾病,其特征是一种常见的最后一个元素的高血糖(血糖水平升高)。与胰岛素的发现在1921年被多伦多大学的弗雷德里克·班廷糖尿病,尤其是1型,不再是一个死刑。对于这个突破,班廷和约翰·麦克劳德被授予1923年的诺贝尔生理学或医学奖。认识到他们的同事的贡献,班廷分享奖金与查尔斯最好和麦克劳德和j·b·Collip分享了他。胰岛素注射成为标准治疗1型糖尿病和2型糖尿病患者。糖尿病领域的技术诞生了。

四十年后胰岛素的发现1963 -一个胰岛素泵提供胰岛素和胰高血糖素(抵消低血糖)是由Kadish设计(2]。1969年,第一个便携式血糖评测艾姆斯反射仪为生产。引入的第一个商业皮下胰岛素泵AutoSyringe-was Dean Kamen在1970年代,和十年年底第一个试验的持续皮下胰岛素输注(推测CSII)报道了皮卡等人在英格兰(3和Tamborlane等人在美国4),显示出这一方法的可行性模式替代胰岛素。下一个逻辑步骤是自动胰岛素交付控制的数学算法——被称为闭环控制的方法,或“人工胰腺。“人工胰腺的想法可以追溯到1970年代,当外部血糖调节的可能性建立了研究使用静脉注射葡萄糖(注射)测量和输液葡萄糖和胰岛素的输注。5支球队报道静脉输液闭环控制结果在1974年和1978年之间:阿尔比斯河等。5),菲佛et al。6),Mirouze et al。7),Kraegen et al。8],Shichiri et al。9]。1977年,其中的一个设计(6导致第一个商业开头Biostator [10)——大(冰箱大小)设备,已经广泛用于血糖控制研究(图1)。系统如Biostator曾在医院保持normoglycemia使用负(通过胰岛素)和积极的(通过葡萄糖或胰高血糖素)控制11- - - - - -13]。回顾输液血糖控制方法可以在[14]。

1979年,另一个关键要素的闭环控制葡萄糖Kinetics-was最小模型引入了伯格曼和Cobelli [15]。和随后的数学模型,这是背后的“大脑”多数用于当代人造胰腺系统控制算法。详细描述的主要算法设计可以在早期(16- - - - - -19]。更多的工作之后,生成一系列控制技术由生理建模和计算机仿真(20.- - - - - -23]。

最后关键技术的飞跃使微创闭环设计是在世纪之交的连续葡萄糖监测(CGM),24- - - - - -26)——事件开始不断追求穿戴的人工胰腺。图1描述了这些事件的时间表和糖尿病的加速技术的发展在过去的20年

2。标记的平均血糖,血糖(BG)波动

2.1。糖化血红蛋白(HbA1c)

在1990年代初,里程碑式的糖尿病控制和并发症试验(DCCT),27- - - - - -29日])和斯德哥尔摩糖尿病干预研究[30.)清楚地表明,强化胰岛素治疗可以降低1型糖尿病的长期并发症。1998年英国前瞻性糖尿病研究小组证实与胰岛素或口服药物强化治疗,保持接近正常的血糖水平在2型糖尿病慢性并发症明显降低(31日]。糖化血红蛋白被确认为长期平均血糖控制的主要标记(32,33),仍然是对照的试验反映的平均血糖被广泛接受研究的主要结果,几乎所有的糖尿病治疗的研究和临床实践的主要反馈治疗病人和医生和基础优化。

2.2。低血糖的风险

然而,DCCT还显示,糖尿病强化治疗可以增加的风险严重低血糖(血糖低,可能导致昏迷,昏迷,甚至死亡(34]。事实上,糖化血红蛋白一再被证明是一个无效的评估病人的低血糖的风险。DCCT得出结论,只有约8%的严重低血糖事件可以从已知的预测变量,包括糖化血红蛋白(34];后来这种预测提高到18%的结构方程模型使用历史严重的低血糖,意识,和自主症状评分(35]。在后续的研究中,糖化血红蛋白从未有严重低血糖显著相关(36- - - - - -39]。然而,低血糖的生理机制是建立了一个数量的研究调查了强化治疗之间的关系,低血糖未觉察到,受损counterregulation [40- - - - - -43),得出的结论是,复发性低血糖陷入“恶性循环”被称为hypoglycemia-associated自主失败(HAAF, (44)主要是观察在1型和2型糖尿病45]。急性低血糖的风险是由于损伤的系统性反应BG水平下降:在卫生、BG浓度下降触发一系列的反应,开始衰减内源性胰岛素的产生,其次是增加胰高血糖素和肾上腺素,如果BG浓度进一步下跌,导致自主神经症状和/或neuroglycopenia;在1型糖尿病,2型糖尿病在某种程度上,这些防御机制受损(46- - - - - -48]。因此,低血糖被确认为最优糖尿病控制的主要障碍(49,50]。糖尿病的临床优化问题因此明确制定:减少平均血糖和接触高血糖水平(因此糖化血红蛋白),同时防止低血糖。

2.3。血糖变异性(问)

血糖变异性是主要的挑战,这种优化的成功,和通常的根源临床医生的平均血糖接近正常水平无法安全地实现,反映在糖化血红蛋白(51]。事实上,除了建立糖化血红蛋白作为平均血糖控制的黄金标准,DCCT断定“糖化血红蛋白不是最完整的表达程度的血糖。糖尿病血糖控制的其他特性,不反映在糖化血红蛋白,可能增加或修改的并发症的风险。例如,并发症的风险可能是高度依赖于餐后血糖远足的程度”28]。如上所述,当目标糖化血红蛋白值的7%或更少导致减少血管并发症的风险(27,29日,31日,33],严重的低血糖的风险增加而加强血糖控制(34,48]。在高端的BG规模,大量的研究已经涉及餐后BG波动作为糖尿病并发症的独立危险因素(52,53),尤其是心血管疾病(54- - - - - -57]。因此,实现最佳的血糖控制的策略只能是成功的,如果它可以减少全球之声。这是因为降低平均血糖只能如果问是约束,否则BG波动将不可避免地进入低血糖的范围(见,51,图4)。

2.4。行为触发的葡萄糖变异性

制定从工程的角度来看,糖尿病是由常规的控制自我行为可能偶尔会进化成不足或hyperglycemia-triggering事件,例如,胰岛素误时,丸/基底失衡,错过了吃饭,或过度运动。这个过程的一个正式的数学描述和其潜在的破坏系统是由自律行为的随机模型提供一个事件序列的概率解释:内部条件→知觉/意识→评估→自律的决定(58- - - - - -61年]。这一过程的参数是个体,取决于行为的解释,例如,在一个人的能力来控制他/她的BG在最佳范围内。这个过程的影响是由一个人的新陈代谢系统的细节,如血液中葡萄糖的外观,或胰岛素敏感性。这个生物行为相互作用的最终结果是一定程度的血糖变化,进而提供反馈的人关于他/她的血糖控制的效果和可能促使纠正措施如果需要,例如,调整胰岛素的时间或丸/基底比率。

2.5。全球之声的生理机制

一旦触发,进展和血糖远足的程度取决于个别参数的胰岛素运输、胰岛素敏感性和counterregulatory响应。技术利用皮下胰岛素注射(例如,推测CSII,人工胰腺)依赖于南卡罗来纳州的运输。又胰岛素进入循环。这个运输的时间因人而异,餐后问的主要机制,因为引入了推迟了餐后游览有时间开发由于胰岛素不足(相对于健康)在它的初期阶段,甚至如果一顿饭丸。因此,建模和南卡罗来纳州的正式描述胰岛素运输对现代糖尿病控制策略的有效性很重要(62年,63年]。进入血液循环后,胰岛素的作用是由insulin-mediated葡萄糖利用的动态过程,一直是数学的特点是伯格曼和Cobelli经典的最小模型,介绍了数学公式胰岛素敏感性(15),一个关键代谢参数,被调查的主题的后续研究[64年- - - - - -70年]。现在众所周知,胰岛素敏感性增强运动(71年- - - - - -74年];方法存在胰岛素敏感性的定量评估实验室64年在门诊就]和[67年),包括评估方法在体育活动(75年]。胃排空和葡萄糖的过程出现在血液中也同样well-quantified [76年,77年]。很显然,全球之声的主要来源迅速出现高血糖症是由于食用“高血糖指数的食物,特别是在大的数量。例如,简单的碳水化合物和高脂肪的食物(经典比萨”)目前的技术和最佳治疗的挑战导致持续的餐后高血糖。

3所示。监测糖尿病BG波动

3.1。BG的频率观察

直观地说,血糖控制糖尿病的攻击性将取决于血糖测量的频率。例如,如果只有一个病人的平均血糖状态可以每隔几个月(因为它将单独与糖化血红蛋白的测定),然后控制策略只能目标调整的长期平均血糖,但将无法应对每天或每小时血糖水平的变化。快速BG变化仍将引起很大的注意,除非他们导致急性并发症,如严重的低血糖或糖尿病酮症酸中毒。因此,葡萄糖测量的频率决定,在很大程度上,攻击性的可能的治疗方法。表1介绍了常用的频率和时间分辨率葡萄糖评估技术。一般而言,糖化血红蛋白反映长期(超过2 - 3个月)平均血糖;糖化血红蛋白是有限的时间分辨率,以反映对平均血糖变化缓慢。自我监测血糖(SMBG)是一个标准的实践包括几个(如2 - 5)BG每天阅读。因此,时间分辨率SMBG允许评估日常BG的概要文件,或每周的趋势。随着CGM的出现,现在也接受了,BG的波动是一个过程,它有两个主要组件:风险,与BG变化的振幅(变化),指示事件进展的速度和时间。当代CGM设备能够产生BG决定每隔5 - 10分钟,它提供了大量的数据与高时间分辨率和允许详细的监测血糖波动在时间范围内分钟的频率,使闭环控制。

3.2。自我监测血糖的

当代家庭BG米为频繁提供方便和准确的BG决定通过自我监控。大多数设备都能储存BG读数(通常超过150个读数)和接口下载这些数据到计算机。米通常伴随着软件的功能基本的数据分析(例如,计算意味着BG,估计BG在过去两周,平均百分比在目标,低血糖和高血糖的区域,等等)和日志的数据和图形表示(如柱状图,饼图)78年- - - - - -81年]。基于SMBG数据分析方法将在下一节中讨论。

3.3。连续血糖监测

自从10年前CGM技术的出现(25- - - - - -27),取得了重大进展的可靠CGM装置,不仅能监控整个BG昼夜,但也为病人提供反馈,如警报当BG达到预设的低或高的水平。大量的研究已经证实,CGM(所带来的好处82年- - - - - -85年)和绘制临床使用指南和其未来的先驱闭环控制(86年- - - - - -89年]。然而,尽管CGM有潜力改变糖尿病的控制,它还生成数据流,都是大量的和复杂的。利用这些数据需要一个理解的物理、生物化学、数学原理和属性参与这项新技术。重要的是要知道CGM设备测量葡萄糖浓度在不同的compartment-the间质。间隙葡萄糖(IG)波动与BG可能通过扩散过程(90年- - - - - -92年]。占之间的梯度BG和搞笑,与毛细管葡萄糖CGM设备校准,使一般搞笑浓度BG水平较低。成功的校准将调整IG波动的振幅对BG,但不会消除可能的时间滞后由于传感器BG-to-IG葡萄糖运输和处理时间(延迟)工具。因为这样的时间差可以极大地影响CGM的准确性,许多研究致力于调查,产生不同的结果(93年- - - - - -96年]。例如,假设,如果血糖下降是由于外围葡萄糖消耗生理时滞会是负的,也就是说,搞笑BG将先于下降(下降90年,97年]。在大多数研究IG落后BG(大多数时间)4到10分钟,不管BG的方向变化(92年,93年]。制定和解结果和提供的推拉的现象提供了一个更复杂的参数BG-IG关系比简单的常量或定向时滞(96年,98年]。此外,从校准错误,损失的敏感性,和随机噪声混淆CGM数据(99年]。然而,CGM正在增加的准确性和可能达到生理极限皮下葡萄糖监测(One hundred.- - - - - -103年]。

除了提供频繁的数据(例如,每5 - 10分钟),CGM设备通常显示方向趋势和BG变化率和能够提醒即将到来的不足或高血糖的患者。这些特性都是基于方法预测血糖并生成警报和警告消息。这些方法在过去的几年中迅速演变从一个概念104年]在CGM设备实现,如《卫报》RT和微小的范式实时系统(美国美敦力公司,Norhtridge, CA) [105年)和自由式导航器(Abbott糖尿病护理、阿拉米达、钙、美国)(106年]。警报特别快速的BG率变化(例如,大于2 mg / dL /分钟)也可用(卫报RT和7 +,Dexcom公司将,Dexcom公司将圣地亚哥,美国)。讨论测试方法的准确性和效用的警报已经启动(106年- - - - - -108年),下一个逻辑step-prevention低血糖通过胰岛素泵的关闭所(109年]。

4所示。评估糖尿病BG波动

如表所示1、不同频率的BG监控提供数据为不同类型的分析技术评估血糖状态,或BG动力学,有糖尿病的人。简要的分析方法适用于SMBG和/或CGM数据如下所示。其中的一些方法,比如BG的风险分析数据,进入了闭环控制系统的设计防止低血糖(110年]。

4.1。SMBG-Based分析方法

从SMBG数据意味着葡萄糖值的计算通常是用作描述符的总体血糖控制。计算量和平均水平及其差异可以作为指示前丸有效性的时机和数量。同样,内SMBG读数的百分比,低于或高于预设目标限制将成为BG波动的一般行为。建议限制是70和180 mg / dL(3.9 -10更易/ l),它创建三个建议DCCT和普遍接受的乐队:低血糖(BG≤70 mg / dL);normoglycemia (70 mg / dL < BG≤180 mg / dL);高血糖(BG > 180 mg / dL) (1]。在额外的时间百分比乐队也可以计算强调极端葡萄糖远足的频率。计算标准偏差(SD)的测量葡萄糖变异性不推荐,因为BG测量尺度高度不对称,血糖过低的范围比高血糖的数值窄范围,和个体的葡萄糖值的分布通常是相当倾斜(111年]。因此,SD将主要受到高血糖的远足和低血糖不敏感。置信区间也可能基于SD认为不切实际的负值。因此,作为一个标准衡量问我们建议报告四分位范围(差),适合不对称分布。还可以使用几种diabetes-specific指标为SMBG的分析数据,包括葡萄糖远足的平均振幅(法师,112年)),值(113年),不稳定性指数(114年),低和高的血糖指数(LBGI HBGI)反映了风险不足和高血糖,分别为(37,115年]。在一系列的研究中,我们已经表明,SMBG的具体风险分析数据也可以捕获长期趋势对低血糖的风险增加(36- - - - - -38),可以确定24小时时间的增加低血糖的风险(39,116年]。

4.2。BG数据的风险分析

提供一个分析技术用于SMBG的风味,CGM,和闭环控制数据,我们将更详细地阐述风险分析的概念BG数据(117年]。风险分析的步骤如下。

4.2.1。准备BG相称的规模

非线性变换应用于BG测量范围映射整个BG范围(20到600 mg / dL,或1.1 - 33.3更易/ l)对称区间。这是必要的,因为BG值患有糖尿病的人的分布是不对称的,通常倾向于高血糖。112.5 mg / dL的BG值(6.25更易/ l)映射到零,对应于零风险不足或高血糖(我们应该注意到,这不是一个normoglycemic或禁食值,在健康将< 100 mg / dL;它是零风险值与糖尿病相关)。这个变换的解析形式,参数估计,,,如果BG在mg / dL和测量,,如果BG以更易/ l (111年]。

4.2.2。风险值分配给每个BG阅读

二次函数被定义为风险的公式。这个函数范围从0到100。其最小值达到BG = 112.5 mg / dL,安全euglycemic BG阅读,而其最大达到极端的BG规模。因此,可以被视为衡量风险与一定的BG水平有关。这个抛物线的左支识别低血糖的风险,而右分支识别高血糖症的风险。

4.2.3。计算措施对低血糖的风险、高血糖和葡萄糖变异性

让是一个系列的BG读数,让如果否则和0;如果和0。然后高低血糖指数计算如下:

因此,LBGI是负的数量增加的数量和/或程度低BG读数HBGI是负的数量增加,增加的数量和/或程度高时BG读数增加。基于同样的技术,我们也定义了平均每日风险范围(ADRR),这是一个衡量风险的整体血糖变异性(118年]。在研究中,LBGI通常占40 - 55%的方差的未来重大低血糖在随后的3 - 6个月(36- - - - - -38),这是一个强有力的预测基于SMBG的低血糖。ADRR已被证明优于传统葡萄糖变异性的措施的风险评估和预测的极端血糖远足(118年]。具体地说,它已经表明,低血糖的风险分类基于四个ADRR低风险类别:ADRR < 20;low-moderate风险:20≤ADRR < 30;调高风险:30≤ADRR < 40;高风险:ADRR > 40岁,导致低血糖的风险增加了六倍多从最低到最高风险类别(118年]。此外,低和高BG指数已经适应连续监测数据(119年),可以使用相同的方式与SMBG的风险评估不足或高血糖。

4.3。CGM-Based分析方法

而传统的风险(119年和可变性120年]分析仍应用于CGM数据,CGM带来的高时间分辨率的可能性使用复杂的分析方法评估系统(人)动力学分钟的时间尺度。这就需要新的数据分析和可视化技术的发展,为SMBG数据不可用。BG变化率的分析(以mg / dL /分钟)是一种评估BG的动态波动的时间尺度上分钟。BG率的变化——计算比例,在那里和CGM有时度数吗和例如,分钟。血糖波动的频率的调查表明,最优评价BG变化率将实现超过15分钟的时间121年),例如,。BG变化率的较大变化表明快速和更明显BG波动,因此一个不稳定的系统。因此,BG的标准偏差变化率的测量血糖波动的稳定性(我们应该注意到,而不是BG水平的分布,BG的分布变化对称的因此,利用SD统计准确(122年])。的SD引入了BG变化率作为衡量CGM的稳定计算数据,和被称为康茄舞的秩序1。一般而言,CONGA122秩序计算标准差的CGM读数小时,反映血糖稳定在这些时间间隔123年]。

最重要的发展人工胰腺算法是一个类的方法允许BG值在时间的预测。这些方法,通常是基于时间序列技术,已成功应用在许多研究[124年- - - - - -129年]。除了时间序列神经网络用于葡萄糖水平的预测CGM (130年,131年]。详细的评论CGM数据分析方法提出了在122年),包括一些图表,可以用于相当复杂CGM的可视化数据集和在132年)全面审查的建模、分析和控制技术提供了糖尿病。

5。BG的波动控制糖尿病

5.1。腹腔内胰岛素交付

的详细介绍,人工胰腺的想法可以追溯到70年代早期,当外部BG调控在糖尿病患者通过测量葡萄糖输液,输液输注葡萄糖和胰岛素。然而,闭环控制的静脉途径仍然是繁琐和不适合门诊使用。另一个被植入了腹腔内(i.p。)系统采用静脉输液采样和ip胰岛素交付(133年- - - - - -136年]。ip输液的路线有一些可取的特点:再现性的胰岛素吸收,快速时间达到峰值,回到基线胰岛素的行动,near-physiological外围胰岛素水平,和恢复胰高糖素低血糖反应和锻炼133年,137年- - - - - -139年]。然而,尽管ip系统取得了优秀的BG控制,实施仍需要相当大的手术,与重要的相关成本。然而,微创和便宜的植入式港口的发展(如DiaPort,罗氏诊断,曼海姆,德国)可能导致未来ip胰岛素输送扩散(140年- - - - - -142年]。

5.2。闭环控制的皮下路线

微创皮下CGM的进步之后,下一个逻辑步骤是南卡罗来纳州闭环血糖控制的发展,链接CGM推测CSII胰岛素泵和设备。这种组合的一个关键要素是一个控制算法,负责监控BG波动和胰岛素泵的行动,并计算胰岛素交付率每隔几分钟(143年]。图2提出了这一发展的时间表的重要里程碑。

Hovorka开创性工作后et al。144年,145年)和斯泰尔et al。146年),2006年,青少年糖尿病研究基金会(美国)发起了人工胰腺项目和资助几个中心在美国和欧洲进行闭环控制研究[147年]。2008年,美国国立卫生研究院发起了一场人工胰腺的倡议,在2010年,欧洲AP@Home联盟成立。本世纪头十年年底,人工胰腺成为全球研究课题参与医生和工程师在史无前例的协作148年,149年]。

5.3。在网上人体的代谢系统的模型

关键一步加速人工胰腺的临床进展是复杂的计算机模拟器的发展人体的代谢系统允许快速在网上测试的闭环控制算法。这个仿真环境是基于前面介绍的餐glucose-insulin动力学模型(76年,77年),并配备了“人口”在网上的图片“主题”1型糖尿病患者,分为三个年龄组:模拟的“孩子”11岁以下;12 - 18岁,“青少年”“大人。“的特点,这些“科目”(例如,体重,每天的胰岛素剂量,碳水化合物的比例,等等)是根据跨度范围广泛的主体间变化近似变化观察到在人体内150年]。仿真实验允许任何CGM设备,任何胰岛素泵,任何控制算法与闭环系统在网上之前,他们在临床试验中使用。使用这种技术,可以测试任何餐和胰岛素交付场景非常高效的24小时内模拟闭环控制在2秒。然而,我们需要强调的是,好的在网上控制算法不能保证的性能在活的有机体内只表演可以帮助测试极端情况下和算法的稳定性,和排除低效的场景。因此,计算机仿真只是一个先决条件,但不能代替,临床试验。

2008年1月,在前所未有的决定,美国食品和药物管理局接受这台电脑模拟器替代动物试验测试的闭环控制策略。这个打开的有效和节省成本在网上实验直接导致人体研究。仅仅三个月之后,2008年4月,第一个人体试验开始在弗吉尼亚大学(美国),蒙彼利埃(法国),和帕多瓦(意大利),使用一个完全控制系统设计在网上(151年]。

5.4。控制系统的设计

第一个研究Hovorka et al。144年,145年)和斯泰尔et al。146年)主要概述了两种类型的闭环控制算法在使用人工胰腺systems-model-predictive控制(MPC, (145年])和proportional-integral-derivative (PID, (146年分别])。到2007年,当代的蓝图控制器,包括运行控制(152年- - - - - -154年)和线性MPC (155年]。到目前为止,皮下闭环控制系统的试验已经使用PID (146年,156年)或政策委员会(157年- - - - - -160年),但MPC的方法选择最近的研究的目标。有两个重要原因使MPC可取:(i) PID完全是被动的,对血糖水平的变化,而适当调整政策委员会允许葡萄糖动态,预测结果,为缓解固有的时间延迟皮下葡萄糖监测和皮下胰岛素输注(62年,63年];(2)货币政策委员会允许相对简单的个性化使用特定的模型参数的控制。此外,MPC能够“学习”功能已经表明,一类算法(运行控制)可以“学习”病人的日常生活的细节(例如,吃饭的时间),然后优化响应后续餐使用这个信息或占昼夜波动胰岛素抵抗(如黎明现象观察到有些人)(149年]。

2008年,一个普遍的研究操作平台APS-was介绍使自动化几个CGM设备之间的通信,胰岛素泵和控制算法(161年]。APS非常住院试验仪器的闭环控制。一年之后,介绍了模块化的体系结构,提出了标准化、序贯检测和临床人工胰腺组件的部署162年]。

5.5。住院病人的临床试验

在2008年至2011年之间,有前途的结果报告的几组(156年- - - - - -160年,163年- - - - - -167年]。大多数这些研究指出闭环控制标准的优越性推测CSII治疗(我)增加时间的目标血糖范围内(通常是3.9 -10更易/ l);(2)减少低血糖的发生率和(iii)一夜之间更好的控制。其中两个研究[159年,166年)有最先进的随机交叉设计,但缺乏自动数据转移所有CGM读数都被转移到手动控制器的研究人员,以及胰岛素泵的命令都是手动输入。区分不同程度的自动化闭环研究基础闭环控制出现的概念,定义为所有的以下三个部分:(i)自动化数据传输从CGM控制器,(ii)实时控制行动,和(3)胰岛素泵的自动命令。第一个(也是最大的日期)随机交叉基础闭环控制的研究重点是在2012年出版168年]。然而,即使这个当代的审判完全自动化的CLC,共招收了38个患者近年来在三个中心和测试两种不同的控制算法实现引人注目的血糖控制和预防低血糖,没有离开临床设置。本研究使用的技术仍然是基于笔记本电脑连接到CGM和胰岛素泵,系统限制自由流动的研究对象和过于繁琐的医院范围之外使用。

5.6。可穿戴门诊人工胰腺

闭环控制的过渡动态使用始于2011年糖尿病的发展助理(二叠纪)——第一次可穿戴人工胰腺基于智能手机平台。二叠纪的设计特征包括以下:(我)基于现成的、廉价的、可穿戴的硬件平台;(2)计算能够运行先进的闭环控制算法;(3)无线接入CGM设备和胰岛素泵;(iv)能够与远程监控中心位置和宽带通信安全监察的参与者在门诊临床试验。

2011年10月,前两个试点试验可穿戴门诊人工胰腺进行同时在帕多瓦(意大利)和蒙彼利埃(法国)169年]。为期两天的试验允许可穿戴系统的改进,使随后的多点动态人工胰腺的可行性研究,最近完成了弗吉尼亚大学,帕多瓦,和蒙彼利埃Sansum糖尿病研究所,圣芭芭拉分校,美国。从本研究结果。

6。结论

解决优化问题的糖尿病需要替代胰岛素的行动通过注射胰岛素或口服药物(主要适用于2型糖尿病),全自动闭环控制可用之前,仍将是一个过程主要由病人的行为。在工程方面,BG波动在糖尿病的结果从复杂的代谢系统摄动的活动行为的挑战。这些挑战的频率和程度,人的新陈代谢系统吸收的能力,决定了血糖控制的质量。随着糖化血红蛋白,BG的大小和速度的波动,是主要的可测血糖控制糖尿病的标志。这些相同的quantities-HbA1c和葡萄糖可变性也主要反馈可以帮助优化他们的糖尿病患者控制。

在过去30年的技术监测血糖水平在糖尿病进展的评估通过糖化血红蛋白平均血糖一旦在几个月后,通过日常SMBG,每分钟连续葡萄糖监测。时间分辨率的增加启用监控技术越来越密集的糖尿病治疗,每日注射胰岛素或口服药物治疗,通过胰岛素泵治疗,人工胰腺。这种进步是伴随着日益复杂的分析方法检索的血糖数据从主观解释的葡萄糖值和简单的汇总统计,通过风险和变异性分析,实时闭环控制算法基于人类新陈代谢的复杂模型。

因此,明显糖尿病技术的发展正在加速成倍增长。这种加速的主要催化剂是前所未有的医生之间的跨学科合作,化学家、工程师和数学家。因此,穿戴式人工胰腺适合门诊使用现在触手可及。

的主要工程挑战广泛采用闭环控制糖尿病是一个可行的治疗选择包括系统连接,皮下葡萄糖传感精度和速度皮下注射胰岛素的作用。这些挑战是由那些在地里干活很好理解:CGM之间的无线通信设备,胰岛素泵,和闭环控制器是在开发和测试,新一代的CGM设备展示优越的精度和可靠性,胰岛素和胰岛素类似物和方法交付正被设计成尽可能近似内源性胰岛素的行动概要文件。然而,值得注意的是,当代闭环控制系统的信号可用一般限于CGM和胰岛素传递数据;用户输入对碳水化合物摄入量和身体活动可能是可用的。相比之下,内分泌胰腺接收来自其他营养物质直接和快速控制输入(例如,脂类和氨基酸),相邻细胞(δ细胞生长激素抑制素和胰高糖素α细胞),肠促胰岛素和神经信号。因此,虽然人工闭环控制性能将大大优于当今糖尿病控制方法应用于临床实践,它仍将是不完美的相比,自然内分泌调节血糖。

确认

这项工作是由美国人工胰腺的项目,美国国立卫生研究院/趋势,赠款RO1 DK 51562年和085623年RO1 DK和PBM的慷慨支持科学,弗吉尼亚州的夏洛茨维尔,美国和弗雷德里克·班廷基金会,里士满,弗吉尼亚州,美国CA。作者感谢同事在弗吉尼亚大学中心糖尿病技术对人工胰腺发展不懈的工作。

引用

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