Co to jest otwarta pętla w terapii za pomocą pompy insulinowej?

Przy opisie systemu ciągłego monitorowaniu glikemii (CGM) często używa się terminu otwarta pętla. Co oznacza otwarta pętla i jakie są jej wady i zalety? Czym różni się ona od zamkniętej pętli?

U zdrowego człowieka wydzielanie insuliny regulowane jest przez fizjologiczne mechanizmy zachodzące w organizmie. Głównym czynnikiem, który ma wpływ na wydzielanie insuliny jest stężenie glukozy we krwi. Poza tym ważną role odgrywają również hormony, autonomiczny układ nerwowy i czynniki zewnętrzne, takie jak stres czy wysoka temperatura i wysiłek fizyczny. U chorych na cukrzycę dochodzi do uszkodzenia komórek beta trzustki, w konsekwencji potrzebne jest dostarczanie insuliny z zewnątrz i brakuje właściwych mechanizmów regulacji jej wydzielania. W związku z tym podawanie insuliny musi regulować pacjent, lekarz lub algorytm komputerowy.

Co to jest pętla?

Termin „pętla” odnosi się do ciągłego cyklu informacji zwrotnych, który ma miejsce u osób chorych na cukrzyce używających pomp insulinowych. W skrócie można przedstawić go następująco: zmienia się poziom glukozy we krwi> zmiana jest wykrywana przez system ciągłego monitorowania glikemii (CGM) >CGM wysyła informacje do pompy insulinowej, która dostosowuje jej wydajność I ilość dostarczanej glukozy>poziom glukozy we krwi zmienia się ponownie w odpowiedzi na insulinę. Pętla określana jest często także jako pętla sprzężenia zwrotnego. Sprzężenie zwrotne to mechanizm wzajemnej kontroli dwóch zjawisk, co zapewnia samoregulację układu i ustalenie się stanu równowagi.

Pętla otwarta

Najważniejszym podziałem w rozwiązaniach mechanicznych kontroli poziomu cukru we krwi u osób z cukrzycą jest podział na układy z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego i z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego. System pętli otwartej i zamkniętej składa się z czujnika i pompy insulinowej. Czujniki służą do pomiaru glukozy we krwi i powinny charakteryzować się dużą czułością. Drugi element układu to pompa insulinowa. Służy ona do podawania insuliny pacjentowi wg ścisłego opracowanego indywidualnie dla pacjenta programu. Pompa taka musi mieć następujące cechy: zapewniać wlew w sposób ciągły i niezawodny, być dokładna i łatwa w programowaniu dla pacjenta.

Najczęściej stosuje się tzw. pompy noszone, czyli pompy zewnętrzne, tzw. osobiste pompy insulinowe, w których wlew ma miejsce przez kaniulę. Można je również zaimplantować, w przypadku kiedy insulina jest podawana dootrzewnowo. W układach z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego to pacjent bądź lekarz na podstawie pomiaru poziomu glukozy decyduje o ilości potrzebnej insuliny i stanowi dodatkowe „ogniwo pośredniczące” między czujnikiem a pompa. Leczenie cukrzycy za pomocą pomp insulinowych zwykle odbywa się w ramach otwartej pętli, w której poziom glukozy we krwi może być okresowo monitorowany przez pacjenta, a następnie korygowany poprzez spożywanie węglowodanów w przypadku niskiego poziomu glukozy we krwi lub podawanie dawki insuliny w przypadki wysokiego poziomu cukru we krwi.

Czym jest pętla zamknięta?

„Pętla zamknięta” to system, w którym ta regulacja ma miejsce w pełni automatycznie, bez udziału i kontroli pacjenta. Obecnie stosowane systemy pomp insulinowych CGM nie są zamknięte, ponieważ to pacjent musi zdecydować, ile insuliny podać i dostosować jej wlew na podstawie dostępnych pomiarów czujnika.

Zalety pętli otwartej

Obecnie leczenie cukrzycy za pomocą pompy insulinowej odbywa się przy zastosowaniu mechanizmu pętli otwartej. Istnieje wiele zalet tego rozwiązania:

• Pacjent musi poświęcać mniej czasu na monitorowanie stężenia glukozy niż przy użyciu glukometru, pomiary są zautomatyzowane;
• Osoba chora na cukrzycę lub lekarz mogą kontrolować ilość dostarczanej glukozy. W przypadku pętli zamkniętej istnieje możliwość błędu algorytmu i wtedy pacjent nie może wpłynąć na ilość dostarczanej glukozy;
• Częsty pomiar;
• Dobra kontrola poziomu glikemii.

Wady pętli otwartej

Pomimo wielu zalet, istnieją również obawy związane z mechanizmem otwartej pętli w regulowaniu stężenia glukozy:

• Pacjent musi być w stanie samodzielnie programować urządzenie;
• W przeciwieństwie do pętli zamkniętej wymaga kontroli ze strony diabetyka;
• Problemy z kontrolą glikemii poposiłkowej;
• Problemy z kontrolą hipoglikemii.

Pętla otwarta kontra pętla zamknięta

Układy z zamkniętą pętlą są stosunkowo nową technologią i łączą ciągłe monitorowanie stężenia glukozy i pompę insulinową w celu regulacji insuliny, bez udziału pacjenta. Mechanizmy o zamkniętej pętli działają na zasadzie zbliżonej do funkcji hormonalnej zdrowej trzustki, dlatego też nazywane są „sztuczną trzustką”. Kluczowym elementem pętli zamkniętej jest algorytm kontrolny, który zarządza dostarczaniem insuliny w oparciu o poziomy glukozy, jednocześnie uwzględniając błędy pomiaru i opóźnienia w działaniu. Obecnie to algorytm nadal jest najsłabszym punktem sztucznej trzustki, ponieważ brak jest wiarygodnych metod predykcyjnych dokładnego monitorowania glukozy.

Hybrydowa pętla

Coraz częściej stosowane są również systemy hybrydowej pętli zamkniętej nazywane potocznie również systemami „prawie zamkniętej pętli”. System hybrydowy opiera się na minimalnej ingerencji ze strony pacjenta, ktory musi podawać jedynie informacje o bolusach doposiłkowych i wysiłku fizycznym i jest znacznie dokładniejszy niż system pętli zamkniętej. Część użytkowników pomp stosuje systemy hybrydowe oparte na aplikacjach AndroidAPS, Loop (iOS) i OpenAPS i metodzie DIY (zrób to sam). Nadal brak jest jednak wystarczającej ilości danych dotyczących stosowania tych aplikacji.

Podsumowanie

W zakresie prawidłowej kontroli cukru we krwi zarówno zamknięte, jak i otwarte systemy mają przewagę nad tradycyjną metodą. Pacjenci mniej czasu muszą poświęcać na kontrolę poziomu cukru we krwi co poprawia standard ich życia. Dodatkowo osiąga się lepszą kontrolę poziomu cukru we krwi. Największą obawą zarówno w systemach otwartej, jak i zamkniętej pętli jest hipoglikemia i niestety nie udało się jeszcze wypracować w pełni satysfakcjonujących rozwiązań w tej kwestii. Poza tym oba systemy, a zwłaszcza system pętli zamkniętej, cały czas niedostatecznie radzą sobie z kontrola glikemii poposiłkowej. Obecnie dąży się do zamykania pętli i wprowadzenie sztucznej trzustki, która samodzielnie, bez udziału pacjenta, regulowałaby poziom glukozy we krwi. Jednak algorytmy dotyczące przewidywania poziomu glikemii nadal mają wiele wad i nie są odpowiednie do dokładnej predykcji poziomu cukru. Ogniwo pośrednie między systemem otwartym a systemem zamkniętym to system hybrydowy, który jest już dostępny na rynku i wymaga jedynie minimalnej kontroli ze strony pacjenta.

Ciekawostka: W 2016 roku pierwszy system hybrydowej pętli zamkniętej został zarejestrowany i wprowadzony w USA. Od 2019 roku dostępny jest też na terenie Wielkiej Brytanii. Polskie Towarzystwo Diabetologiczne zachęca lekarzy i pacjentów do dzielenia się swoimi doświadczeniami z tego typu systemami (obecnie nie są one zarejestrowane w Polsce).

Źródło:

1. Berget, C., Messer, L., Vigers, T., Frohnert, B., Pyle, L., Wadwa, R., Driscoll, K. and Forlenza, G. (2020). Six months of hybrid closed loop in the real‐world: An evaluation of children and young adults using the 670G system. Pediatric Diabetes, 21(2), pp.310-318.
2. Farmer, T., Edgar, T. and Peppas, N. (2008). The future of open- and closed-loop insulin delivery systems. Journal of Pharmacy and Pharmacology, 60(1), pp.1-13.
3. Hay K. The roles of open loop insulin delivery system and the artificial pancreas in diabetes treatment. 2010 at: http://utdr.utoledo.edu/graduate-projects
4. Utilization of do-it-yourself artificial pancreas systems in the management of patients with type 1 diabetes: a position statement of the Pump School Education Initiative by Diabetes Poland.