Esquemas de transición entre lazo abierto y lazo cerrado para el control de glucosa in vivo

Abstract

La diabetes tipo 1 es una enfermedad crónica que se caracteriza por la destrucción autoinmune de las células beta del páncreas, que son las responsables de la secreción de insulina. La insulina es una hormona anabólica que estimula la absorción de glucosa y la sintetización de glucógeno. Por lo tanto, las personas con diabetes tipo 1 tienden a tener altos niveles de glucemia (presencia de glucosa en sangre), lo que puede causar complicaciones micro y macrovasculares. Hoy en día los tratamientos existentes que le permiten a las personas con ésta enfermedad mantenerse dentro de los límites de la normoglucemia (70 mg/dl - 180mg/dl) son: mediante varias inyecciones al día (MDI – Multiple Daily Injections); mediante bomba de infusión continua de insulina (CSII – Continuous Subcutaneous Insulin Infusion). Éste último permite la incorporación de algoritmos de control para regular la infusión de insulina por la bomba, con la ayuda de monitores continuos de glucosa (CGM – Continuous Glucose Monitor). Estos algoritmos deben ser validados in silico y luego ser puestos a prueba en humanos en ensayos clínicos supervisados. Las restricciones impuestas por la ruta subcutánea y la tecnología actual aún no permiten un control a lazo cerrado puro. Por esta razón, la gran mayoría de los ensayos clínicos que se llevan a cabo hoy en día evalúan una estrategia de control híbrida, es decir una combinación de un bolo de insulina (que se calcula con la información de la comida que será ingerida) y un algoritmo de control que entrega insulina durante el período postprandial sin anuncio de comidas (Kovatchevet al., 2014, Tauschmannet al., 2016). Actualmente, varios grupos dentro de la comunidad científica se encuentran desarrollando estrategias de control automático, principalmente basadas en MPC y PID (Bondíaet al., 2010). Recientemente, se introdujo un nuevo método utilizando técnicas de control por modo deslizante llamado algoritmo SAFE (Safety AuxiliaryFeedbackElement) (Revertet al., 2013). Este algoritmo funciona como una capa de seguridad sobre cualquier controlador principal (incluso controladores no lineales) y ha demostrado su capacidad de reducir el número y la severidad de los eventos de hipoglucemia (<70 mg/dl) (León-Vargas et al., 2015), los cuales pueden causarle daños importantes al paciente, incluso la muerte. La hipoglucemia es, por lo general, producto de una sobreestimación por parte del controlador de la dosis de insulina que se debe entregar. El algoritmo SAFE permite introducir una restricción en la cantidad de insulina activa en el cuerpo (IOB – InsulinonBoard), y funciona tanto para configuraciones de lazo híbrido como de lazo cerrado puro (completamente automáticas). En este trabajo, se diseñó la restricción impuesta por el algoritmo SAFE en la IOB para su utilización en ensayos clínicos, con el objetivo de poder probar controladores híbridos y de lazo cerrado de manera segura. Con este fin, se propusieron dos modos de operación. El primero, llamado Time Enable, fue pensado para ser utilizado con configuraciones híbridas. Consiste en utilizar una restricción constante en la IOB con el objetivo de establecer un criterio temporal dado en el período postprandial para la transición entre la acción de lazo abierto y la de lazo cerrado. Si el objetivo del ensayo clínico es evaluar la respuesta de un controlador, entonces el tiempo en lazo abierto no debería ser demasiado prolongado. Por otro lado, si el tiempo en lazo abierto es demasiado corto, la acción del controlador podría causar un evento de hipoglucemia. Adicionalmente, el Time Enable se comporta como un mecanismo bumpless ya que permite que la transición de una terapia a la otra sea suave y gradual. El segundo modo de operación propuesto, llamado Amplitude Enable, fue diseñado para su uso con configuraciones completamente automáticas. En este caso, la restricción en la IOB es un factor (>1) del perfil variante en el tiempo de IOB, que se obtendría a partir de un tratamiento a lazo abierto para un mismo escenario de comidas. De esta forma, se asegura que la acción del controlador esté acotada dentro de un margen de la infusión de insulina de la terapia tradicional, permitiendo así realizar un ensayo de un controlador de lazo cerrado sin el riesgo de eventos de hipoglucemia severos.