Desarrollo y Simulación de un Algoritmo de Control Automatizado para Insulinoterapia de Urgencias Hiperglucémicas en Diabetes / Development and Simulation of an Automated Control Algorithm for Insulin Therapy of Hyperglycemic Emergencies in Diabetes

Resumen El presente trabajo describe el desarrollo y simulación de un algoritmo para el control automático de la infusión de insulina en el manejo glucémico de pacientes con cetoacidosis diabética (CAD) y estado hiperosmolar hiperglucémico (EHH). Se programó un algoritmo que calcula la insulina necesaria para lograr un descenso glucémico de 50 mg/dL/h hasta llegar a glucemias de 250 mg/dL, para posteriormente mantenerlas en 220 mg/dL hasta la remisión de la patología. La simulación del software se realizó haciendo uso de registros glucémicos de 10 pacientes con CAD manejados en el Hospital Juárez de México. Los resultados de la simulación mostraron una incidencia 6 veces menor de hipoglucemias, así como un 33.7% menos de insulina necesaria dentro del tratamiento, sin diferencias entre los descensos medios de glucosa por hora de las mediciones reales y simuladas. Este software propone un uso innovador de los llamados páncreas artificiales al aplicarlos en urgencias hiperglucémicas, implementando además el uso de la sensibilidad a la insulina como variable para el funcionamiento de los mismos. Los resultados demuestran que el algoritmo podría ser capaz de lograr un manejo glucémico apegado a las guías de tratamiento, generando un menor gasto de insulina y evitando hipoglucemias durante la terapéutica, con una posible aplicación en dispositivos biomédicos autónomos.

Abstract This paper describes the development and simulation of an algorithm for the automatic control of insulin infusion, in the glycemic management of patients with diabetic ketoacidosis (CAD) and hyperglycemic hyperosmolar state (EHH). An algorithm was programmed to calculate the requirement insulin for a glycemic decrease of 50 mg/dL/h until reach 250 mg/dL in blood glucose levels, and thus maintaining it at 220 mg/dL until the pathology remission. The software simulation was performed using glycemic records of 10 patients with CAD managed in the Hospital Juárez de México. The results of the simulation showed a lower incidence of hypoglycemia, as well as a lower insulin requirement within the treatment, without differences in the average glucose decreases per hour between real and simulated measurements. This software proposes an innovative use of the artificial pancreas in hyperglycemic emergencies, and also implementing the use of insulin sensitivity as a variable for their function. The results show that the algorithm could be able to achieve glycemic management attached to the treatment guidelines, generating lower insulin expenditure and avoiding hypoglycemia during therapy, with a possible application in autonomous biomedical devices.

Bombas de insulina en diabetes tipo 2, del fundamento a la práctica / Pumps in Type 2 diabetes, from basics to practice

Resumen Las bombas de insulina han sido usadas por más de 35 años, principalmente en pacientes con diabetes tipo 1 y en menor medida en diabetes tipo 2. En esta última población hay una liberación más funcional de insulina, se puede prevenir el fenómeno de alba y mantener por más tiempo los niveles adecuados de glucemia. Las indicaciones de bomba en diabetes tipo 2 son poco claras, pero los que tal vez más se benefician son aquellos con historia de mal control metabólico, hipoglucemias severas o asintomáticas. El uso de esta tecnología durante la hospitalización ha sido difícil, principalmente por el desconocimiento del personal de salud en su uso; no obstante, se ha demostrado que es factible mantener a los pacientes en esta terapia mientras están hospitalizados, siempre y cuando se tenga un adecuado protocolo, disposición del personal y educación del paciente. El costo ha sido una de las cuestiones más controversiales con el uso de estos sistemas. Los análisis de costo-efectividad han encontrado una disminución del número de hipoglucemiantes orales, las visitas a urgencias y las dosis de insulina, llegando algunos a aseverar que en tres años podrían compensarse los costos.

Abstract Insulin pumps have been used for over 35 years, mostly in patients with type 1 diabetes and to a lesser extent in type 2 diabetes. The use of pumps in this population is supported by a more physiological release of insulin, prevention of the dawn phenomenon and enabling patients to achieve better glucose targets. Pump indications in type 2 diabetes are less clear than in patients with type 1, but perhaps those who benefit most, are patients with a history of significant glycemic excursions, severe or asymptomatic hypoglycemia. Pump management as inpatient has been limited by lack of personal knowledge, however it has been reported that it is feasible to keep patients who are using this technology to continue it while they are in the hospital provided that a suitable protocol has been standardized and the patient has enough knowledge. Costs have been one of the most controversial issues with the use of these technology, cost-effectiveness analysis have found that there is a decrease in the number of oral agents, emergency room visits and insulin doses, reaching some studies to conclude that three years could offset the pump cost.

Bombas de insulina (BI) / Insulin pumps (IP)

En la década pasada, el conocimiento sobre la historia natural y fisiopatogenia de la diabetes tipo 1 tuvo un importante crecimiento, particularmente en relación con predicción, heterogeneidad, patología pancreática y su epidemiología. Las mejoras tecnológicas específicamente en el desarrollo de bombas de insulina y sensores continuos de glucosa ayudan a los pacientes con diabetes tipo 1 en el desafío de la administración de insulina a largo plazo. A pesar de grandes inversiones sobre distintos aspectos de la enfermedad (financiación de proyectos, organizativos, educacionales, etc.) no existe hasta el momento la prevención ni la cura para la diabetes tipo 1, y sumado a esto la calidad sobre el manejo de la enfermedad es muy heterogéneo. Como el control glucémico mejora con un tratamiento intensificado (múltiples inyecciones de insulina), el número y frecuencia de eventos hipoglucémicos tienden a incrementarse. La hipoglucemia es generadora de cuadros de estrés, ansiedad y deterioro de la calidad de vida en los pacientes con diabetes. Una de las razones por las cuales existe gran dificultad de alcanzar los objetivos glucémicos en pacientes con diabetes tipo 1 es la variabilidad en la absorción de la insulina inyectada en forma subcutánea, la que conlleva mayor e impredecible variabilidad en la concentración glucémica y todo esto en general se relaciona con valores elevados de hemoglobina glicosilada e hipoglucemia. La terapia con bomba de insulina se inició hace más de 30 años con el objetivo de mejorar el control en pacientes con diabetes tipo 1. El objetivo de esta revisión es actualizar las herramientas tecnológicas en el tratamiento de la diabetes. (AU)

Over the past decade, knowledge of the pathogenesis and natural history of type 1 diabetes has grown substantially, particularly with regard to disease prediction and heterogeneity, pancreatic pathology, and epidemiology. Technological improvements in insulin pumps and continuous glucose monitors help patients with type 1 diabetes manage the challenge of lifelong insulin administration. Agents that show promise for averting debilitating disease-associated complications have also been identified. However, despite broad organisational, intellectual, and fiscal investments, no means for preventing or curing type 1 diabetes exists, and , globally, the quality of diabetes management remains uneven. As glycemic control improves with intensified insulin regimens, the frequency of hypoglycemia tends to increase. Hypoglycemia is the cause of considerable stress and anxiety, impaired well-being, and poor quality of life in patients with type diabetes. One reason for continued poor glycemic control in patients with type 1 diabetes is the erratic absorption and action of subcutaneously injected insulin, which lead to unpredictable swings in blood glucose concentrations, and those swings, in themselves, are associated with elevated glycated hemoglobin levels and hypoglycemia. Insulinpump therapy, or continuous subcutaneous insulin infusion, was introduced more than 30 years ago as a procedure for improving glycemic control in patients with type 1 diabetes. The primary goal is to perform an up date about the new technological tools in diabetes treatment. (AU)

Clinical experience with an implanted closed-loop insulin delivery system

AIM: To report the first clinical experience with a prototype of implanted artificial beta-cell. METHODS: The Long-Term Sensor System® project assessed the feasibility of glucose control by the combined implantation of a pump for peritoneal insulin delivery and a central intravenous glucose sensor, connected physically by a subcutaneous lead and functionally by PID algorithms. It was performed in 10 type 1 diabetic patients from 2000 to 2007. RESULTS: No harmful complication related to implants occurred. Insulin delivery was affected by iterative but reversible pump slowdowns due to insulin precipitation. Glucose measurement by the intravenous sensors correlated well with meter values (r = 0.83-0.93, with a mean absolute deviation of 16.5 percent) for an average duration of 9 months. Uploading of pump electronics by PID algorithms designed for closed-loop insulin delivery allowed in-patient 48 hourtrials. CONCLUSION: Although the concept of a fully implantable artificial beta-cell has been shown as feasible, improvements in the sensor structure to increase its longevity and decrease sensor delay that affected closed-loop control at meal-times are expected.

OBJETIVO: Relatar a primeira experiência clínica com um protótipo de célulabeta artificial implantável. MÉTODOS: O Projeto de Um Sistema Sensor de Longo Prazo avaliou a possibilidade do controle glicêmico através do implante combinado de uma bomba de infusão de insulina peritoneal e um gluco - sensor endovenoso central - conectados fisicamente por um dispositivo subcutâneo e funcionalmente por algoritmos PID (integral and derivative). Este projeto envolveu 10 pacientes com diabetes melito tipo 1 de 2000 a 2007. RESULTADOS: Complicações significativas relacionadas aos implantes não ocorreram. A liberação de insulina pela bomba sofreu o efeito de períodos de lentificação interativo, mas reversível, devido a precipitação do peptídeo. As medidas da glicose pelo sensor endovenoso mostraram boa correlação com os valores do glicosímetro (r = 0,83-0,93, com desvio médio absoluto de 16,5 por cento) durante período médio de 9 meses. Os dados para construção dos algoritmos PID do sistema de alça fechada de liberação de insulina foram obtidos a partir de 12 pacientes que permaneceram internados com esse sistema durante 48 horas com refeições que continham 40 a 70 g de carboidratos. CONCLUSÃO : Embora o conceito de uma célula-beta artificial totalmente implantável tenha demonstrado ser possível, aperfeiçoamentos são necessários na estrutura do sensor para aumentar a sua longevidade e no sistema de alça fechada de liberação de insulina para diminuir as lentificações que comprometem o controle glicêmico nos períodos relacionados às refeições.