Kosmiczna historia pompy insulinowej

Osobiście uważam, że odkrycie działania insuliny i wprowadzenie jej do leczenia, było jednym z milowych kroków medycyny i farmacji. Temat jest aktualny, i to coraz bardziej, bo cukrzyca jest jedną z tych chorób, które nie odpuszczają. Szacuje się, że tylko w Polsce można mówić o niemal 3mln chorych ( wg raportu: NFZ o zdrowiu. Cukrzyca. Centrala Narodowego Funduszu Zdrowia Departament Analiz i Strategii, Warszawa, listopad 2019). Za to skrzętnie liczone wydatki NFZ na dopłaty do leków refundowanych na cukrzycę, to wartość rzędu 1,45mld złotych w samym tylko 2018r.

Jednym z nowocześniejszych sposobów leczenia, co ja piszę, życia z cukrzycą, jest pompa insulinowa. Aktualnie to małe urządzenie, które podaje choremu insulinę w ciągłym wlewie, albo w tzw. bolusach. Ciągły wlew, czyli baza, to równomierne podawanie insuliny potrzebnej do zaspokojenia potrzeb organizmu wynikających z tzw. podstawowej przemiany materii. Bolusy potrzebne są do „ogarnięcia” posiłków lub do korekty zbyt wysokiego poziomu cukru we krwi.

Przy czym od razu zastrzeżenie: nie jest tak, jak wiele osób uważa, że podłączamy pompę choremu i chory ma święty spokój, bo pompa mu sama wszystko reguluje. Toż to byłby raj na ziemi! Wróćmy do rzeczywistości: zarówno bazę, jak i bolusy trzeba przeliczyć i ustawić na pompie, i w procesie samokontroli wciąż sprawdzać, czy te ustawienia nie wymagają skorygowania. O tak, życie pompiarza to wieczna matematyka.

Ten sam NFZ w wyżej wymienionym raporcie wspomina o 35% wzroście nakładów na osprzęt do osobistych pomp insulinowych, w stosunku rok do roku. Oznacza to jedno: terapia przy zastosowaniu pompy insulinowej jest coraz popularniejsza. Pomijając pewną wygodę, takie leczenie jest po prostu skuteczniejsze, naśladuje bowiem dobowe rytmy wydzielania insuliny przez zdrową trzustkę. Pozwala utrzymać lepsze, bardziej wyrównane cukry. Pozwala na większa swobodę w życiu.

Po kolei, czyli dobrymi chęciami…

Doskonale zdaję sobie sprawę, że na cukrzycy znają się w tym kraju (prawie) wszyscy.

„Coś ty, ja też mam cukrzycę, i nic a nic nie przeliczam jedzenia. Daj sobie spokój!”,

„Ojej.. to już musisz być na insulinie?… To już taka ciężka ta cukrzyca?”

„Dziecku cukierka nie dasz?!…”

Nie.

Nie.

I jeszcze raz nie.

Rozumiem dobre chęci, może i próby dodania otuchy, ale droga nie wiedzie tędy.

Po pierwsze: trzeba sobie uzmysłowić, że „cukrzyca” to nie jest jedna choroba. Dwie osoby mają „cukrzycę”, przy czym obie mogą mieć de facto różne jednostki chorobowe, których finałem jest nieprawidłowa gospodarka węglowodanowa, i cała kaskada różnych skutków tej nieprawidłowości. A wszystko dlatego, że brakuje w ogóle, jest niewystarczająca ilość lub defekt działania insuliny.

Insulina, czyli sprawca całego zamieszania, to hormon wydzielany przez komórki beta trzustki. Jest kluczem, bez którego komórka nie dostanie glukozy, czyli źródła energii z pożywienia. Bez insuliny glukoza krąży we krwi i nie jest w stanie dostać się do komórek ciała. Pożywienia w bród, a organizm głoduje. Popatrzcie na zamieszczone zdjęcia pierwszych pacjentów leczonych insuliną: te dzieci są totalnie wycieńczone, zagłodzone, mimo, że poziomy cukru w ich krwi osiągały horrendalne wartości. Za odkrycie działania i zastosowanie insuliny Banting i Mc Load otrzymali w 1923r nagrodę Nobla.

za https://www.elsevier.es/

Insulina powoduje także magazynowanie glukozy w formie glikogenu w wątrobie. Wątroba w potrzebie (np. przy spadku cukru) uwalnia te zapasy pod wpływem drugiego, przeciwstawnie działającego hormonu: glukagonu.

Wróćmy do tego, ze cukrzyca to tak naprawdę wiele schorzeń, wrzuconych do jednego worka. W zaleceniach Polskiego Towarzystwa Diabetologicznego (PTD) dla chorych na cukrzycę, są wyróżnione następujące rodzaje cukrzycy (klasyfikacja wg WHO):

1. Cukrzyca typu 1 autoimmunologiczna lub idiopatyczna. W tym przypadku mamy do czynienia z zupełnym zniszczeniem komórek beta trzustki produkujących insulinę, i trzeba ją podawać z zewnątrz.

2. Cukrzyca typu 2 W tym typie cukrzycy insulina jest wytwarzana w ilości niewystarczającej dla całego organizmu, lub istnieje jakiś defekt jej działania. Na przykład tkanki są niewrażliwe na działanie insuliny.

3. Specyficzne rodzaje cukrzycy: np. genetyczne defekty czynności komórki beta, genetyczne defekty działania insuliny, choroby zewnątrzwydzielniczej części trzustki. Te rodzaje cukrzycy mogą też zostać wywołane przez infekcje, albo niektóre leki czy substancje chemiczne, albo mogą być uwarunkowane genetycznie.

4. Cukrzyca ciążowa.

Zapewne już macie lekki zawrót głowy.

Ale to jeszcze nie wszystko, poziom skomplikowania wzrasta.

Istnieje bowiem jeszcze:

cukrzyca typu LADA (cukrzyca w wyniku autoagresji, ale rozwijająca się powoli, u dorosłych zwykle po 35. roku życia; sprawia diagnostyczne problemy w różnicowaniu z cukrzycą typu 2)

cukrzyca monogenowa (powstaje na skutek mutacji pojedynczego genu; najczęściej występują: cukrzyca MODY (Maturity Onset Diabetes of the Young), mitochondrialna i noworodkowa )

cukrzyca związana z mukowiscydozą, CFRD

I teraz w kontekście tego, co przed chwilą przeczytaliście, mam nadzieję, że już będziecie wiedzieli:

„Coś ty, ja też mam cukrzycę, i nic a nic nie przeliczam jedzenia. Daj sobie spokój!” – jeśli chorujesz na cukrzycę typu 2 patrzysz na kaloryczność i indeks glikemiczny potraw. Twoja trzustka jeszcze produkuje insulinę, a Ty dietą i leczeniem dajesz jej szansę, żeby to, co zdoła wyprodukować organizm, jeszcze zadziałało. Jeśli ktoś natomiast ma cukrzycę typu 1, to jedzenie musi i zważyć, i przeliczyć na tzw wymienniki węglowodanowe (WW), a w przypadku leczenia pompą insulinową również na wymienniki białkowo- tłuszczowe (WBT).

„Ojej.. to już musisz być na insulinie?… To już taka ciężka ta cukrzyca?” tak zapewne powie ktoś, kto ma cukrzycę typu 2 i, póki co, jest leczony doustnymi lekami hipoglikemizującymi. W cukrzycy typu 2 wcześniej (u osób, które nie pilnują diety i aktywności fizycznej) lub później, daje się w praktyce zaobserwować ‘oporność” na doustne leki. Po prostu przestają one działać. Wtedy, pod kierunkiem lekarza, stopniowo przechodzi się na insulinę. Insulina, nie wiedzieć czemu, w świadomości chorych jest niczym wyrok, obrosła w legendy i budzi strach. A to po prostu kolejny etap leczenia. Za to w cukrzycy typu 1 insulinę stosuje się od razu, ponieważ własna trzustka chorego już jej nie wytwarza. I nie ma to w tym przypadku nic wspólnego z „ciężkością” cukrzycy.

„Dziecku cukierka nie dasz?!…” A to już w stosunku do rodziców dzieci z cukrzycą chamstwo i tani szantaż emocjonalny. Nie wiesz, to przemilcz.

Skoro już wiecie, co powinniście, to po przydługim, acz koniecznym (zaraz zobaczycie, dlaczego) wstępie, przechodzimy do naszych historii. Pompy insulinowe, zbawienny wynalazek dla chorych na cukrzycę typu 1.

Prototyp

W 1974r powstała pierwsza pompa insulinowa zwana biostatorem, skonstruowana i wdrożona w cykl doświadczeń przez zespół E. Pfeiffera, na uniwersytecie w Ulm, w Niemczech. Pompa przeznaczona była wyłącznie do celów naukowych. Połączona była z systemem pomiaru poziomu glukozy we krwi.

Wcześniej, bo w 1963r, dr Arnold Kadish z Los Angeles, skonstruował pierwszy prototyp osobistej pompy insulinowej, mogący podawać w sposób skoordynowany zarówno insulinę, jak i glukagon. Był tylko „mały” szkopuł: pompa miała wielkość solidnego plecaka. Ze względu na wielkość i wręcz rzucający się w oczy brak wygody, urządzenie nie weszło do szerszego użytku. Ale spokojnie, idea podawania zarówno insuliny, jak i glukagonu, nie przepadła.

Początki

W 1976r John Pickup i współpracownicy rozpoczęli prace nad systemem terapii, który warunkowałby lepszą kontrolę metaboliczną cukrzycy typu 1 i lepsze zapobieganie powikłaniom cukrzycy. Podobne próby trwały już przecież od lat 60 XX w. Znowu na celowniku znalazł się ciągły, podskórny wlew z krótkodziałającą insuliną ludzką.

Tak na marginesie, pierwsza szybkodziałający tzw analog insuliny ludzkiej pojawił się dopiero dwadzieścia lat później, w 1996 roku. Była to insulina lispro.

W 1978r wprowadzono pompę insulinową do ciągłego podskórnego podawania insuliny do klinicznego użytku (Pickup i wsp.). A początek lat 80 XX w pokazał, że w kilku krajach, niezależnie, trwa opracowywanie jak najskuteczniejszej terapii przy użyciu pomp. Sposób nazwano Continuous Subcutaneous Insulin Infusion (CSII, czyli ciągłym podskórnym wlewem insuliny), a po ludzku: terapią pompami insulinowymi.

Od lewej: 
-dr Arnold Kadish prezentuje prototyp osobistej pompy insulinowej
-Historia miniaturyzacji osobistych pomp insulinowych
-Dr Sherwin MD z zespołem, razem z dziećmi testującymi nową pompę insulinową, 1979r, Yale; za medicine.yale.edu

Entuzjazm był spory, bo okazało się, że pompy pomagają osiągnąć lepsze wyrównanie metaboliczne cukrzycy, niż intensywna insulinoterapia (czyli metoda wielokrotnych wstrzyknięć insuliny krókodziałającej przed posiłkami). Pompa pozwala także na swobodniejsze życie, w którym chory na cukrzycę nie musi ściśle pilnować powtarzalnego składu i pory poszczególnych posiłków. Daje wygodę i pewną wolność. Daje nadzieję na przyszłość, bo lepsze wyrównanie metaboliczne, równa się dużo mniejszemu ryzyku powikłań cukrzycy.

Natomiast okazało się również, że stosowanie pompy ma szereg wad, i sam system leczenia pompą insulinową nie nadaje się dla każdego. Wymagają wiedzy, reagowania na bieżąco – pompę trzeba przecież odpowiednio zaprogramować. Dlatego dużo lepiej radzą sobie z nią osoby o zadaniowym podejściu do cukrzycy. Niektóre osoby nie akceptują też faktu, że wiąż mają podłączone wkłucie. W trakcie terapii osobistą pompą insulinową jest także dużo mniejsza pula insuliny w organizmie, stad łatwiej o wystąpienie kwasicy ketonowej. PTD w swoich zaleceniach szczegółowo określa, kto, według obecnie posiadanej wiedzy, nie nadaje się na użytkownika osobistej pompy insulinowej.

Kosmiczna technologia w leczeniu

W 1971r został opatentowany pierwszy glukometr do pomiarów poziomu glukozy we krwi. Bo przecież ten pomiar jest konieczny dla doboru dawki insuliny. Jeśli chcecie zobaczyć, jak wyglądał ten archaiczny już w zasadzie sprzęt, to zajrzyjcie tutaj: https://www.mojacukrzyca.org/?a=text&id=781 Tam znajdziecie również zdjęcie pierwszego dopuszczonego do osobistego użytku, glukometru AMES.

W 1999r pojawił się nowy wynalazek dla diabetyków: system do ciągłego monitorowania glikemii. A dzisiejsze pompy dostępne w Polsce mają niejednokrotnie w zestawie kompatybilny system monitorowania glikemii.

Zdajecie sobie sprawę, że to jeden z wynalazków dla NASA? Od lat 50 XX w opracowywano bowiem dla astronautów systemy monitorujące ich funkcje życiowe w trakcie długich misji. System PIMS (Programmable Implantable Medication System), bo o nim mowa, został opracowany przez zespół Roberta E. Fischella z Uniwersytetu Hopkinsa, przy udziale MiniMed Technologies oraz Goddard Space Flight Center. Testy przedkliniczne nadzorował dr Saudek z Centrum diabetologicznego Uniwersytetu Hopkinsa, próby przeprowadzane były także na Uniwersytecie Kalifornii.

PIMS

Sam PIMS był dyskiem średnicy piłki golfowej, wykonanym z tytanu, ze zmikronizowanym systemem kontroli płynu oraz pompą infuzyjną. Był chirurgicznie implantowany w tkankach brzucha. Mógł zmieścić objętość ok 2,5 łyżeczki insuliny. Specjalną, wysokoskoncentrowaną insulinę wytworzyło na potrzeby PIMS przedsiębiorstwo Hoecht – Roussel Pharmaceuticals z Somerville w New Yersey. Podawanie insuliny mogło zostać zaprogramowane na bazową dobową dawkę, a jednoczesny pomiar poziomu glukozy we krwi umożliwiał zmianę dawki. Zmiana ta odbywała się za pomocą fal radiowych ze specjalnego sterownika. Dlatego PIMC był wyposażony również w system komunikacji, umożliwiający wysyłanie sygnałów o poziomie cukru we krwi oraz przyjmującego polecenie zmiany dawki leku. Insulinę trzeba było uzupełniać za pomocą specjalnej, podskórnej igły, około cztery razy w roku. Dane przechowywał zewnętrzny komputer z oprogramowaniem PIMC.

MiniMed Technologies, które brało udział w opracowywaniu technologii, przeniosło ją również na pole medycyny szpitalnej. Rozwinęło i wykorzystało ją do produkcji implantowanych pomp podających leki, a także w systemach CGM (ciągłego monitorowania glikemii) kompatybilnych z pompami insulinowymi tej firmy.

Od 1988r także inna firma, Parker Hannifin’s Biomedical Group, produkowała analogiczne systemy wszczepialnych pomp do podawania leków, np. chemioterapeutyków, leków przeciwbólowych lub antybiotyków.

Aktualności

Poszukiwane są wciąż nowe, i nowe rozwiązania w zakresie pomp insulinowych. Do czego dążymy? Do maksymalnego naśladowania procesów fizjologicznych zachodzących w zdrowym organizmie, bo tylko takie postępowanie jest w stanie maksymalnie odsunąć w czasie powikłania. Z drugiej strony, jest też dążenie do maksymalnej wygody pacjenta. Stąd coraz większa miniaturyzacja urządzeń, i maksymalna automatyzacja podawania już nie tylko samej insuliny.

Na świecie istnieją już od kilku ładnych lat, i są szeroko badane systemy podające nie tylko samą insulinę, ale skoordynowane z glukagonem. Glukagon jest tu dodany w celu zapobiegania hipoglikemii, czyli nadmiernemu obniżeniu poziomu glukozy we krwi. Jak się okazuje, samo urządzenie mieszczące w sobie zarówno system podawania insuliny, jak i system pomiarów poziomów glikemii, nie zapobiega w pełni występowaniu istotnych klinicznie hipoglikemii, jak i hiperglikemii (zbyt wysokiego poziomu cukru we krwi).

Trwają badania nad systemem zamkniętej pętli, na zasadzie pompy, maksymalnie zautomatyzowanej i podającej już nie tylko insulinę i glukagon, lecz jeszcze trzeci hormon: pramlintid. Złożeniem tak działającego systemu jest również fakt, że nie trzeba będzie przeliczać ilości węglowodanów w posiłkach. Pramlintid jest syntetycznym analogiem ludzkiej amyliny (IAPP – z ang. Islet Amyloid Polypeptide, hormon tkankowy, wytwarzany również przez komórki beta trzustki), który spowalnia opróżnianie przewodu pokarmowego po posiłkach, i ułatwia insulinie obniżanie glikemii poposiłkowych. Aktualnie trwa II faza badań klinicznych (czyli na małej, na razie 25-osobowej grupie, ochotników o ściśle określonych parametrach zdrowotnych).

Ale droga do zupełnego wyleczenia, albo uniezależnienia od wiecznego przeliczania i uważania na poziomy glukozy we krwi, jeszcze długa.

Bibliografia:

NFZ o zdrowiu. Cukrzyca. Centrala Narodowego Funduszu Zdrowia Departament Analiz i Strategii, Warszawa, listopad 2019)

Zalecenia kliniczne dotyczące postępowania u chorych na cukrzycę 2020, Stanowisko Polskiego Towarzystwa Diabetologicznego

E.F.Pfeiffer , Ch.Thum , A.H.Clemens, The Artificial Beta Cell – A Continuous Control of Blood Sugar by External Regulation of Insulin Infusion (Glucose Controlled Insulin Infusion System), Horm Metab Res 1974 Sep;6(5):339-42

Pickup J., Keen H.: Continuous subcutaneous insulin infusion at 25 years; evidence base for the expanding use of insulin pump therapy in type 1 diabetes. Diabetes Care 2002; 25: 593–598.

https://www.mp.pl/insulinoterapia/przypadki/117540,komu-pompe-komu

https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03800875

https://spectrum.diabetesjournals.org/content/32/3/215

https://ntrs.nasa.gov/citations/20020086595