Trudności, wyzwania i korzyści związane z terapią cukrzycy typu 1 za pomocą hybrydowej pętli zamkniętej typu zrób-to-sam (DIY) na przykładzie AndroidAPS.

autor pracy: lek. Dorota Skwira-Rutkowska

Przez ostatnie kilka lat nastąpił ogromny rozwój technologii w diabetologii.
Już kilkanaście lat temu, kiedy na rynek zaczęły wchodzić CGM-y dostarczające 366 wyników na dobę dostrzeżono, że umysł ludzki nie jest w stanie dokładnie analizować takiej ilości danych i korelować je z pozostałymi aktualnymi danymi dotyczącymi insuliny i posiłku, aby precyzyjnie dawkować insulinę. Zrozumiano, że urządzenia połączone odpowiednimi algorytmami będą mogły sprawniej zarządzać dawkowaniem insuliny niż najbardziej skrupulatny pacjent.

Obserwuje się dynamiczny rozwój systemów tzw. „sztucznej trzustki” (artifical pancreas system – APS) tzw. zamkniętej pętli. Systemy APS możemy sklasyfikować na kilka rodzajów.

- Pod względem zawartości leku istnieją systemy jedno (insulina) lub dwuhormonalne (insulina+inny hormon).

- Pod względem automatyzacji mogą to być systemy w pełni automatyczne lub hybrydowe (czyli pacjent sygnalizuje spożywanie posiłku).

- Trzeci podział związany jest z dostępnością dla pacjenta i bezpieczeństwem stosowania, wyróżniamy systemy komercyjne i niekomercyjne.

System hybrydowy komercyjny samodzielnie dawkujący insulinę jest od niedawna oficjalnie dostępny na rynku polskim (system Medtronic G740 ), natomiast niekomercyjne systemy hybrydowe są dostępne w Polsce już od kilku lat (AndroidAPS i Loop). Jeszcze do niedawna niekomercyjny system hybrydowej pętli DIY Android APS był jedynym możliwym tego typu systemem w Polsce. Obecnie znacząco rośnie popularność komercyjnego Medtronic G740, pomimo swojej ceny.


NIEKOMERCYJNE SYSTEMY ZAMKNIĘTEJ PĘTLI

Systemy i narzędzia niekomercyjne są tworzone poprzez społeczności pacjentów chorujących na cukrzycę i ich rodziny z całego świata zrzeszające się pod hashtagiem #WeAreNotWaiting. Twórców pierwszych systemów pętli DIY, początkowo nazywanych hakerami pomp, po kilku latach zaczęto w świecie diabetologii nazywać partnerami w terapii.

Już dość stare pompy insulinowe miały możliwość bezprzewodowego połączenia z innymi urządzeniami. Programiści związani na co dzień z cukrzycą, wiedzieli, że użytkowanie CGM-u umożliwia lepsze kontrolowanie cukrzycy, ale zdawali sobie sprawę, że sami nie są w stanie sprawdzać glikemii co chwilę i dostosowywać odpowiednią dawkę insuliny uwzględniając czas od spożytego posiłku, docelową glikemię, ilość aktywnej insuliny, itp. Dlatego powstał odpowiedni algorytm, który będzie „myślał” za pacjenta (ew. jego rodzica) w zarządzaniu precyzyjnym dawkowaniem insuliny.

Dzięki rozwiązaniu DIY (do-it-yourself czyli zrób-to-sam) społeczność tworząca kody źródłowe aplikacji, zawierające sterujące algorytmy , może udostępniać je każdemu człowiekowi na świecie, bez jakichkolwiek pozwoleń czy badań. Jest to legalne rozwiązanie polegające na dzieleniu się z innymi swoją wiedzą, w tym wypadku utworzonym kodem (algorytmem). Przez to każdy pacjent z cukrzycą z dostępem do internetu za pomocą określonych narzędzi informatycznych i pewnej elementarnej wiedzy programistycznej może utworzyć sam dla siebie aplikację typu open source która będzie „mózgiem” systemu sztucznej trzustki. Odpowiedzialność za utworzoną aplikację i ryzyko związane z jej użytkowaniem ponosi jej twórca, a więc sam pacjent.

Wymyślono nie tylko algorytmy, które będą dawkowały insulinę, ale także sposoby na to jak niezawodnie połączyć ze sobą istniejące już na rynku urządzenia, czyli pompy insulinowe, CGM-y z urządzeniami inteligentnymi (obecnie najcześciej smartfony).

Systemy APS DIY weszły do użycia o wiele wcześniej niż komercyjne z uwagi na możliwość ich stosowania bez jakichkolwiek badań naukowych i pozwolenia agencji leków. Początkowo używanie tego typu „sterowników” automatycznego dawkowania insuliny było postrzegane przez wielu pacjentów jako niebezpieczne i odebrane przez świat diabetologiczny bardzo sceptycznie. W miarę upływu czasu, APS DIY zyskiwały na popularności w mediach społecznościowych w specjalistycznych grupach pacjentów pod wpływem entuzjazmu jaki płynął z osiągania idealnych wyników glikemii.

Obecnie są rozpowszechnione praktycznie na całym świecie, istnieje wiele badań naukowych na temat APSDIY. Zalecenia PTD z 2020 już zauważyły pacjentów z APSDIY w Polsce i obserwując pozytywne skutki ich stosowania nie skrytykowały tego rozwiązania.

Niemniej jednak w Polsce pojawiły się systemy komercyjne, dość kosztowne, lecz zwalniające pacjentów z wielu wyzwań jakie muszą pokonać, aby utworzyć swoją pętlę DIY. Prawdopodobnie dopóki cena komercyjnych systemów zamkniętej pętli będzie wysoka będą nadal tworzone pętle DIY przez pacjentów.


    Niniejsze opracowanie ma na celu ukazanie jakim wyzwaniom musi sprostać pacjent, aby utworzyć system hybrydowej zamkniętej pętli DIY na przykładzie AndroidAPS oraz jak może spojrzeć na ten fakt lekarz diabetolog.

Autorka pracy wykonała swój system DIY w oparciu o CGM Dexcom G6, pompę insulinową AccuCheck Spirit Combo i smartfon Samsung M21.

Największym źródłem wiedzy dla pacjentów jak samodzielnie zbudować DIYAPS są:

- specjalistyczne grupy w mediach społecznościowych

- ogólnoświatowa anglojęzyczna grupa AndroidAPS users na Facebook mająca 8 tys członków

- ogólnoświatowa anglojęzyczna grupa Looped na Facebook licząca 28 tys członków

- polska grupa AndroidAPS Polska na Facebook mająca ponad 3 tys członków

- polska grupa Technologie Diabetyka na Facebook licząca ok. 3 tys członków

- dokumentacja aplikacji AndroidAPS https://androidaps.readthedocs.io/en/latest/

TRUDNOŚCI ZWIĄZANE Z TERAPIĄ AAPS

Trudności techniczne

1. Dobór kompatybilnych urządzeń do pętli

Ogromną zaletą rozwiązań DIY jest możliwość łączenia ze sobą różnych systemów CGM z różnymi pompami insulinowymi za pomocą odpowiednich aplikacji zainstalowanych na wybranych urządzeniach inteligentnych. Dzięki temu pętla DIY jest mało kosztowna w porównaniu do komercyjnych rozwiązań i może być indywidualnie dopasowana. Niestety nie każda pompa insulinowa ma możliwość sterowania za pomocą Bluetooth. Pompy, które mogą wejść w skład pętli zrób-to-sam to pompy firmy Roche i Dana, starsze modele pomp Medtronic (po gwarancji) i pompy Omnipod (niedostępne w Polsce). Najczęstszym urządzeniem inteligentnym do obsługi pętli jest na tę chwilę smartfon, jednak są już użytkownicy DIYAPS, którzy zapętlili się już przy pomocy smartwatcha. Jednak zdecydowanie częściej smartwatch służy jedynie do pokazywania glikemii i jej trendu (za pomocą aplikacji zbierającej dane ze smartfonu), wówczas jest tylko dodatkowym elementem systemu DIY.


2. Utworzenie aplikacji (nie ściągnięcie!)

Użytkownicy zamkniętej pętli muszą poznać elementy programowania, aby samodzielnie z kodów źródłowych zrobić swój własny produkt w postaci kilku aplikacji niezbędnych do funkcjonowania pętli. Aplikacja AndroidAPS jest „mózgiem” pętli. Aby poprawnie działała należy ją dobrze powiązać ze wszystkimi składnikami pętli.

Należy nauczyć się tworzyć aplikacje za pomocą odpowiedniego programu Android Studio. Następnie utworzyć 2-3 niezbędne aplikacje:

a) aplikację Android APS,

b) aplikację odczytującą glikemie z transmitera CGM np. Xdrip lub Dexcom Patched (niestety nie mogą to być oryginalne aplikacje dedykowane do CGM )

c) aplikację ruffy (która jest niezbędna, gdy użytkujemy pompę Roche Accu Check Spirit Combo)*

*w przypadku niektórych starych pomp Medtronic lub pompy Omnipod zamiast trzeciej aplikacji potrzeba zakupić retransmiter RileyLink lub OrangeLink, jest to urządzenie wielkości opakowania tic-tac konwertujące fale radiowe na bluetooth; w przypadku pompy Dana nie potrzeba trzeciej aplikacji ani żadnych innych urządzeń.


3. Utworzenie własnej strony internetowej Nightscout

Nightscout jest to „chmura” danych, do której może mieć dostęp lekarz, rodzic. Jest to narzędzie do otrzymywania raportów, porównywania profili. Powstała cała społeczność osób zaangażowanych w projekt i Fundację Nightscout. Dzięki narzędziom Nightscout opiekun (rodzic) może zdalnie przez swój telefon (przez internet) kontrolować poziom glikemii swojego podopiecznego i mieć dostęp do funkcji aplikacji pętli czyli może… zdalnie poprzez sms podać bolus insuliny! Projekt Nightscout nie jest integralną częścią systemów zamkniętej pętli. Dorośli użytkownicy pętli zdecydowanie mniej korzystają z funkcji jakie daje Nightscout, niż rodzice dzieci chorych na cukrzycę.

Mimo, że dostępne są w internecie „instrukcje obsługi”, aby zrobić- to – samemu to poziom trudności powyższych umiejętności informatycznych jest dość wysoki.


3. Aktualizacja aplikacji - co kilka miesięcy / lat

Android APS jak i inne aplikacje muszą się dostosowywać do zmian systemów informatycznych, w których pracują. Tak jak od czasu do czasu musimy aktualizować nasz Windows czy Android – tak wymagają tego nasze pętlowe aplikacje. Cała społeczność tworząca system pętli ciągle pracuje nad jej udoskonalaniem. Aktualizacja to nie kliknięcie jednego przycisku, to znowu tworzenie nowej aplikacji poprzez te same narzędzia programistyczne, tylko cała operacja trwa trochę szybsze.

4. Inne problemy…

Przebrnięcie przez początkowe trudności nie oznacza, że nie będzie dalszych, w czasie użytkowania. Każda składowa systemu pętli może przestać działać, działać niepoprawnie. Nie znikają problemy związane z zatkanym zestawem infuzyjnym, kaniulą wprowadzoną w miejsca zrostu, powietrzem w drenie czy słabo naładowaną baterią w pompie. Różne CGM-y mają także swoje niedociągnięcia: uczulenia na plaster, bolesność zaaplikowania sensora, niedokładne wyniki w pierwszych godzinach działania, itd. Dochodzą problemy z zasięgiem bluetooth między pompą a smartfonem, między CGM a smartfonem, oraz w przypadku niektórych pomp między retransmiterem a pompą i smartfonem. Te problemy związane z zasięgiem powstają na skutek zbyt dużej odległości urządzeń od siebie, a także na skutek słabej baterii jednego z urządzeń. Oczywiście jeśli występują problemy to w społeczności grup wsparcia są na to rozwiązania i porady. Mimo to, trzeba zauważyć, że im więcej jest składników systemu, tym więcej może być potencjalnych problemów z nimi związanych.




Zdumiewający jest fakt, że każdy krok w tworzeniu systemu zamkniętej pętli DIY jest szczegółowo opisany na podanych stronach internetowych. Osoby średniozaawansowane informatycznie mogą utworzyć i powiązać ze sobą bezbłędnie każdy element systemu. Ci, którzy używają komputra jedynie do przeglądania stron internetowych, mogą mieć realne problemy ze zrozumieniem tych instrukcji. W związku z całkowitą odpowiedzialnością twórcy za produkt, póki co nie ma płatnych ofert usług zbudowania pętli DIY. Jednak w Stanach Zjednoczonych powstała firma, która zarządza danymi z CGM-u w sposób komercyjny, tworzy stronę Nightscout i nią administruje.

Trudności związane z ustawieniami profilu (podstawowych parametrów)

AndroidAPS musi mieć ustawiony przynajmniej jeden profil, wg którego będzie działał. W skład profilu wchodzi:

1. DIA

DIA czyli czas działania insuliny. Domyślnie jest to 5 godzin i system „nie pozwala” na zmniejszenie tej wartości. Twórcy systemu opierają się na danych z charakterystyk produktów leczniczych stosowanych insulin, które zwykle wskazują na czas działania insulin szybkodziałających od 3 do 5 godzin. W zależności od rodzaju insuliny (w konfiguracji aplikacji dokonuje się wyboru insuliny: Fiasp/ Lyumjev/ inne szybkodziałające) system oblicza precyzyjnie, w którym momencie insulina wchłania się i działa najszybciej, po 4 godzinach zwykle są to śladowe ilości


2. baza, przeliczniki (IC) i wrażliwość (ISF)

BAZA
a) kaskadowa
Niektórzy użytkownicy AndroidAPS stosują tzw. okołodobowy profil bazy, ISF i IC. Baza ustawiona w ten sposób nazywana jest tzw. bazą kaskadową (ang. circardian ), wówczas ISF i IC również są ustawione w sposób zmienny przez całą dobę.

b) przedziałowa
Jest też grupa zwolenników bazy schodkowej – ustawionej na 2- 3 przedziały.

c) płaska
Część użytkowników AAPS używa stałej wartości bazy przez całą dobę (dostosowując dawkę do możliwie najmniejszej), zakładając, że pętla będzie samodzielnie korygowała wartość bazy (głównie podnosiła bazę).

Należy mieć na uwadze, że gdy pętla przestanie automatycznie dozować insulinę pompa insulinowa podaje insulinę zgodnie z zapisanymi podstawowymi ustawieniami w samej pompie. Dlatego ustawienie wszystkich parametrów pompy insulinowej pozostaje sprawą bardzo istotną do sprawnego funkcjonowania pętli jak i bezpieczeństwa leczenia w razie braku połączenia z pętlą.

PRZELICZNIKI (IC)

Należy zwrócić uwagę na przeliczniki doposiłkowe. W systemie AndroidAPS wyznacza się przelicznik podając ilość gramów wymienników węglowodanowych potrzebnych na 1j insuliny. Przykładowo między godziną 6:00 a 9:00: 7,7g/1j, między 9:00 a 13:00 9g/1j. W Polsce spotykamy się raczej z przelicznikami odpowiednio: 1,3j / WW….. 1,1j/WW.

WRAŻLIWOŚĆ (ISF)

Przeglądając w mediach społecznościowych komentarze młodych dorosłych pacjentów z DM1 używających systemu zamkniętej pętli zauważono, że duża część tych osób skarżyła się, że potrzebuje wyższej wrażliwości ustawionej na pętli niż podczas korzystania samej pompy insulinowej z kalkulatorem bolusa. Prawdopodobnie taka obserwacja jest związana z częstszym użytkowaniem zamkniętej pętli przez młodych aktywnych dorosłych z dość wysoką wrażliwością na insulinę i niedoszacowaną wcześniej wrażliwością na poprzednich urządzeniach. Wzór do wyliczenia wrażliwości jako 1800/DDI= ISF może wskazywać zbyt niską wrażliwość u tych osób. Odpowiednio wyliczona wrażliwość w przypadku systemów zamkniętej pętli jest niezmiernie istotna. Jeśli ISF jest zbyt niskie to prowadzi do zbyt agresywnego automatycznego podawania insuliny (pętla podaje więcej insuliny niż potrzeba). Zbyt niski ISF będzie doprowadzał pacjentów do nieporządanych hipoglikemii.


3. CEL

Cel czyli docelowa glikemia, zwykle ustalana między 95 a 120 mg/dl. Na początku użytkowania twórcy systemu zalecają ustawienie docelowej glikemii nieco wyższej np. 120-140 mg/dl. Potem stopniowo można obniżać do ok. 90 – 110 mg/dl. Można ustalić różny cel na poszczególne godziny dnia np. w nocy na 90 mg/dl a w ciągu dnia na 110 mg/dl.

Trudności związane z ustawieniem profilu podczas aktywności fizycznej

Trudności związane z aktywnością fizyczną w cukrzycy typu 1 zawsze będą. W przypadku Android APS należy nauczyć się korzystać z dostępnych funkcji, aby nie doprowadzić do hipoglikemii w czasie wysiłku. Przede wszystkim należy ustawić cel tymczasowy na „ćwiczenia” przed planowanym wysiłkiem i chwilę po wysiłku oraz wyłączyć funkcję SMB jeśli wysiłek jest dość intensywny. Pewne przyzwyczajenia pacjentów, którzy spożywali 2 -3WW przed wysiłkiem i nie wprowadzali zmian bazy na czas aktywności będą wymagały przy systemie AndroidAPS szybkiej reedukacji.

Trudności związane z komfortem użytkowania

Istnieje konieczność utrzymywania w bliskiej odległości od siebie wszystkich składników systemu. Prawdopodobnie będzie to najczęstszy początkowy problem użytkownika AAPS. Stałe przywiązanie do kolejnego urządzenia poza pompą insulinową może być problematyczne. Dzieci użytkujące AAPS noszą saszetki ze smartfonem i pompą. Dorośli mogą pozwolić sobie na noszenie dużego smartwatcha, który będzie zawsze na ręku. Niektórzy posiadacze starych pomp Medtronic oraz pomp Omnipod muszą nosić przy sobie jeszcze dodatkowo retransmiter, o którym już wspominałam.

KORZYŚCI ZWIĄZANE Z TERAPIĄ AAPS

Korzyści terapeutyczne

Badanie D Lewis i wsp. daje dowody, że korzystanie z AAPS poprawia TIR, zmniejsza zmienność glikemii i obniża HbA1c u osób z całkiem dobrze wyrównaną cukrzycą. Może to skutkować w przyszłości życiem chorych na cukrzycę typu 1 bez powikłań.

Braune K, O’Donnell S, Cleal B, Lewis D, Tappe A, Willaing I, et al. Real-world use of do-it-yourself artificial pancreas systems in children and adolescents with type 1 diabetes: online survey and analysis of self-reported clinical outcomes. JMIR MHealth UHealth. 2019;7:e14087. Doi: 10.2196/14087.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6691673/

Korzyści terapeutyczne wiążą się z pokonaniem trudności związanymi z właściwymi ustawieniami profilu :)


1. specyficzne opcje AAPS zmieniające profil podstawowy


a) %PROFILU
W systemie AndroidAPS funkcjonuje opcja zmiany procentowej profilu. Ta funkcja działa inaczej niż w tradycyjnych pompach insulinowych. Zmieniając procentowo profil zmieniamy o odpowiedni procent nie tylko bazę, ale także przeliczniki (IC) oraz wrażliwość (ISF). Dlatego przykładowo w przypadku choroby zmiana profilu na 110% może być już zupełnie wystarczająca.


b) TYMCZASOWY CEL
Innowacyjną funkcją AndroidAPS jest możliwość w dowolnym momencie dnia ustawienia tymczasowego celu docelowego. Służą do tego odpowiednie przyciski tj

„wkrótce posiłek”

„ćwiczenia”

„hipo”

Każdy pacjent może ustawić parametry odpowiednie dla siebie samego np. przycisk „wkrótce posiłek” może przykładowo oznaczać ustawienie celu glikemii 85mg/dl na 45min. Włączając taką opcję pętla podaje nieco więcej insuliny bazalnej lub w postaci SMB. System zwiększa wartość aktualnej aktywnej insuliny, co następnie koryguje przy podaniu bolusa posiłkowego. Opcja „wkrótce posiłek” jest niezmiernie istotna w zmniejszaniu hiperglikemii 45-60 min po posiłku.

c) AUTOSENSE
Funkcja Autosense dostosowuje procentowo profil do powtarzających się zmian wrażliwości w danym przedziale czasowym w ostatnich dniach. Korzystając z tej funkcji trzeba pamiętać o wprowadzaniu wszystkich WW.


Warto zaznaczyć też, że do podstawowego funkcjonowania pętli nie jest potrzebny internet. Jednakże często nawet dorośli korzystają z różnych funkcji udostępniania na żywo wyników glikemii z najbliższą osobą. AndroidAPS ma także możliwości raportowania i udostępniania swojemu lekarzowi wyników w czasie rzeczywistym poprzez stronę internetową Nightscout lub stronę Nigtscout Reporter. Podobne rozwiązania raportowe i określania TIR z różnych okresów czasu oferują wszyscy producenci CGM-ów i pomp.

Korzyści finansowe i wolność wyboru

1. Niski koszt

Niski koszt wysoce zaawansowanej terapii cukrzycy w porównaniu do komercyjnych rozwiązań hybrydowych pętli zamkniętych.


2. Możliwość wyboru i zmiany CGM

Problemy dotyczące użytkowania CGM-ów mogą być różnorakie: wysoka cena, uczulenie na plastry, niedostateczna dokładność wyników, bolesność podczas w aplikacji sensora, kształt sensora. Społeczność DIY podaje różne sposoby przedłużania działania sensorów wielu firm (nie do końca legalne), co znacznie obniża koszty związane z ich użytkowaniem, jednak daje pewne ryzyko błędnych odczytów i utratę gwarancji producenta urządzenia. Najbardziej popularne systemy to Dexcom G6 i Libre 2.


3. Możliwość wyboru odpowiedniej pompy insulinowej, którą można „zapętlić”

Można wybrać bezdrenową pompę Omnipod z koniecznością noszenia retransmitera. Można wybrać AccuCheck Spirit Combo, w której działa bezproblemowo komunikacja Bluetooth, długo działa bateria i jest najczęstszym modelem pompy wybieranej przez społeczność AndroidAPS Poland. Są też zwolennicy pompy Dana, która najszybciej bezprzewodowo łączy się z innymi urządzeniami, bo nie potrzebuje ani retransmitera ani dodatkowej aplikacji-pilota tj „ruffy”. Każda pompa ma inne wkłucia, inne dostępne długości drenów do wkłuć, inne baterie, inny klips czy metodę noszenia. Czasem niepozorne właściwości danego urządzenia mogą być wielce znaczące dla konkretnego pacjenta i stanowić o wyborze. Warto wspomnieć, że zarówno pompy jak i CGM-y nie tracą gwarancji producenta jeśli są wykorzystywane w pętli DIY.

Korzyści związane z komfortem użytkowania

1. Sterowanie pętlą na odległość

AAPS razem z Nightscout daje możliwość zdalnego sterowania pętlą za pomocą sms. Ta funkcja jest niezmiernie istotna dla opiekunów, którzy całkowicie zajmują się terapią swojego podopiecznego. Potrzebna jest wówczas kolejna aplikacja NC Client zainstalowana w telefonie opiekuna. Dostępna jest także aplikacja NSClient2 dla rodziców dwojga dzieci z cukrzycą.

W mediach społecznościowych rodzice dzieci podkreślają komfort związany ze spokojnie przespaną nocą, brak konieczności sprawdzania glikemii i dokonywania korekt w nocy. Glikemia na czczo znacznie częściej jest w pożądanym zakresie (brak badań).


2. Sterowanie pętlą przez smartfon / smartwatch

Brak konieczności wyciągania pompy insulinowej to niewątpliwie korzyść dla dorosłych pacjentów. Nie wszystkie komercyjne systemy hybrydowej pętli mają możliwość sterowania pętlą z poziomu urządzenia mobilnego.