Немного физиологии.
Поджелудочная железа - сложный орган, она как маленький компьютер анализирует количество глюкозы в крови. В ответ на повышения уровня глюкозы крови, поджелудочная железа из своих бета-клеток выделяет инсулин, глюкоза попадает в клетки и ее уровень в крови снижается. Когда снижение уровня глюкозы крови достигает порогового значения из альфа-клеток поджелудочной железы выделяется гормон глюкагон. Он способствует превращению гликогена в глюкозу в печени и, таким образом, повышает ее концентрацию в крови. У людей с сахарным диабетом в результате различных причин, функция контроля уровня глюкозы поджелудочной железой повреждена. Им необходимо вводить инсулин извне для поддержания нормального уровня глюкозы крови. В попытке повторить механизм работы настоящей поджелудочной железы, была создана система «закрытой петли», ее также называют искусственной или бионической поджелудочной железой.
Из истории.
Еще в семидесятых годах прошлого века ученые пытались воспроизвести работу поджелудочной железы с помощью медицинских приборов и компьютеров. У пациентов брали кровь из вены, определяли уровень глюкозы, вводили значение в компьютер и он с помощью специального алгоритма рассчитывал необходимое количество инсулина. Однако те методы определения уровня глюкозы крови занимали значительное количество времени, а компьютеры были размером с комнату и работали крайне медленно. Несмотря на всю сложность процесса, была доказана возможность автоматического контроля уровня глюкозы.
Примерно в это же время, в конце шестидесятых - начале семидесятых годов, были созданы первые системы непрерывного мониторирования уровня глюкозы. В подкожно-жировую клетчатку устанавливался сенсор, измеряющий уровень глюкозы в интерстициальной (тканевой) жидкости и всю собранную информацию передавал на считывающее устройство. В таком же виде система существует и в наше время, постоянно совершенствуется точность измерений уровня глюкозы и длительность работы самого сенсора. Выше уже было упомянуто, что сенсор измеряет уровень глюкозы в интерстициальной жидкости, а не в крови, в результате возникает временная задержка между показаниями. У сенсоров последней модели она составляет в среднем 5-15 минут.
В конце 70-х годов прошлого века впервые была создана инсулиновая помпа и она сразу доказала свою эффективность в контроле сахарного диабета и качества жизни. Современные помпы являются надежными, точными устройствами размером с мобильный телефон. Они подают инсулин в подкожно-жировую клетчатку через катетер, установленный в теле. За последние три десятилетия была усовершенствована электронная начинка помпы. В помпах последнего поколения была добавлена функция отключения подачи при достижении низкого значения уровня глюкозы.
Третьим важным компонентом искусственной поджелудочной железы является компьютерный алгоритм - специальная программа, которая анализирует показания сенсора и рассчитывает скорость подачи инсулина. Один из первых алгоритмов был создан в 1999 году. Со временем предсказательные способности алгоритмов совершенствовались, стала учитываться временная задержка. В настоящий момент в проектах искусственной поджелудочной железы по всему миру используют три различных алгоритма.
Искусственная поджелудочная железа в настоящее время.
В настоящее время искусственная поджелудочная железа состоит из трех компонентов: сенсора непрерывного мониторирования уровня глюкозы, инсулиновой помпы и компьютерного алгоритма, который синхронизирует работу сенсора и помпы. В различных исследованиях компьютерный алгоритм помещали в ноутбук, отдельное специальное устройство размером с пейджер, в последнее активно обсуждается возможность размещения программного обеспечения в мобильном телефоне. В литературе искусственную поджелудочную железу иногда называют системой «закрытой петли», так она не требует вмешательства со стороны для контроля уровня глюкозы крови. С помощью подачи маленьких частых доз инсулина, опираясь на показания сенсора, поддерживается состояние нормального уровня глюкозы. Компьютерная программа необходима не только для того, чтобы анализировать данные сенсора, но и для того, чтобы предсказывать уровень глюкозы крови.
Одна из классификаций делит помпы на два вида: с инсулином и глюкагоном (бигормональная) и только с инсулином (моногормональная). Моногормональная искусственная железа с успехом прошла испытания по поддержанию нормального уровня глюкозы в условиях больницы. Группа ученых из Израиля, Словении и Германии доказала эффективность использования искусственной поджелудочной железы у детей в условиях диабетического лагеря. Удалось значительно сократить количество ночных эпизодов гипогликемии, уменьшить страх перед ними у детей и их родителей. В Санта-Барбаре с успехом прошли исследования искусственной поджелудочной железы у взрослых в условиях обычной жизни. К сожалению, не доказала свою эффективность имплантируемая в брюшную полость искусственная поджелудочная железа из-за частых и достаточно серьезных осложнений.
Бигормональная искусственная поджелудочная, как уже было сказано выше, содержит и инсулин, и глюкагон. При снижении уровня глюкозы крови, компьютерная программа дает сигнал и выделяется глюкагон. Однако необходимо помнить, что глюкагон действует только через расщепление гликогена, запас которого зависит от количества съеденных углеводов. Проблема состоит еще и в том, что пока не создана стойкая форма глюкагона, он достаточно быстро разрушается, поэтому помпу с глюкагоном приходится пополнять каждые 8 часов. Бигормональной искусственной поджелудочной железы занимаются в университетах Орегона и Бостона, в последних исследованиях ученым удалось также поддерживать нормальный уровень глюкозы крови, несмотря на приемы пищи, компьютерный алгоритм рассчитывал дозу инсулина на еду, опираясь на предыдущие приемы пищи в тоже самое время.
С сайта www.mayo.edu
Проблемы и их решения.
Несмотря на впечатляющие успехи исследований искусственной поджелудочной железы, имеется ряд проблем на пути широкого использования метода.
- Системы непрерывного мониторирования уровня глюкозы постоянно совершенствуются, однако пока не удалось полностью решить проблему временной задержки. Из-за этого сигнал об изменении дозы инсулина поступает позже.
- Современные аналоги инсулина ультракороткого действия (Хумалог, Новорапид, Апидра) начинают действовать лишь через 15 минут после введения. Исследуется множество способов ускорить действие инсулина, например, нагревание места введения или добавление специальных веществ, ускоряющих всасывания. Сейчас разрабатывается новый вид инсулина, который бы начинал действовать быстрее.
- Не удается пока создать достаточно надежный алгоритм, который мог бы предсказать и нивелировать колебания уровня глюкозы крови после приемов разнообразных видов пищи, после физических нагрузок или во время болезни.
Будущее.
Безусловно, мечтой номер один всех пациентов с сахарным диабетом и их врачей является создание лекарства, которое могло бы его излечить. Однако пока что найти его ученым по всему миру не удается, в то время как технология искусственной поджелудочной железы при успешном развитии могла бы стать мечтой номер два.
Прогресс в этой области впечатляет, особенно, если вспомнить размеры первых компьютеров или первой инсулиновой помпы. Проводятся исследования о внедрении алгоритма в смартфоны, а это позволит избавиться от проводов и дополнительных устройств при использовании искусственной поджелудочной железы. В феврале 2015 года была анонсирована новая помпа компании Medtronic с функцией предсказывания снижения уровня глюкозы в крови и автоматическим отключением/включением подачи инсулина. Это первый шаг к появлению коммерческой инсулиновой помпы с функциями искусственной поджелудочной железы. Впечатляют результаты исследований бигормональной искусственной поджелудочной железы по снижению частоты эпизодов гипогликемий. Все больше и больше центров по всему миру открывают свои программы по изучению «закрытой петли». Давайте следить за новостями в этой области вместе!
полезен?30