Tesis doctoral de Agustin Rodriguez Herrero
La diabetes mellitus es un trastorno del metabolismo de los carbohidratos producido por la insuficiente o nula producción de insulina o la reducida sensibilidad a esta hormona. Es una enfermedad crónica con una mayor preValencia en los países desarrollados debido principalmente a la obesidad y la vida sedentaria. la diabetes tipo 1 es una enfermedad autoinmune en la que son destruidas las células beta del páncreas, que producen la insulina y es necesaria la administración de insulina exógena. Por tanto, el paciente diabético tipo 1 debe seguir una terapia con insulina administrada por la vía subcutánea que debe estar adaptada a sus necesidades metabólicas y a sus hábitos de vida. El paciente es el principal responsable de su control metabólico y debe ajustar las dosis de insulina para adecuarlas a sus hábitos diarios. Su experiencia y conocimiento de la enfermedad son las claves para mantener la glucosa en valores similares a las personas sanas, pero es una tarea compleja ya que la concentración de glucosa en sangre se ve afectada por la ingestión de carbohidratos, el ejercicio físico, variaciones diarias de la sensibilidad a la insulina, el ciclo menstrual, la fiebre, la interacción con fármacos, etc. la investigación médica en la cura de la diabetes tipo 1 está explorando la terapia celular, la medicina regenerativa y el trasplante de páncreas o de islotes. Hasta que exista una cura médica eficaz, la tecnología actual permite abordar el desarrollo del denominado páncreas endocrino artificial, que aportaría precisión, eficacia y seguridad para los pacientes, en cuanto a la normalización del control glucémico y reducción del riesgo de hipoglucemias. Estas ventajas superan a las de los métodos biológicos por tratarse de un procedimiento prácticamente no invasivo, que evita los riegos asociados a los procedimientos biológicos (tratamiento con fármacos inmunosupresores, procedimientos quirúrgicos, complicaciones infecciosas, etc.). Este sistema consta de un sensor continuo de glucosa, una bomba de infusión de insulina y un algoritmo de control en lazo cerrado, la tesis doctoral se centra en la propuesta de un controlador que utiliza la ruta subcutánea de administración de insulina y de medida de la glucosa. el objetivo del controlador es mantener la concentración de glucosa en sangre en rango de normoglucemia, con una mínima variación e independiente de las perturbaciones por ingestas. El algoritmo propuesto se ha definido mediante la inversión de un modelo matemático compartimental de la dinámica insulina-glucosa. El controlador se ajusta personalmente a cada paciente en función de sus necesidades metabólicas. el retardo del sensor de glucosa subcutánea y el retardo debido al tiempo de absorción de la insulina administrada por vía subcutánea, desvían el comportamiento del controlador del esperado, aumentando las variaciones de la glucemia y prolongando los periodos transitorios. Para reducir estas desviaciones, en este trabajo de investigación se han propuesto métodos complementarios como son la adaptación del controlador a cada paciente, la definición de un modo de funcionamiento en lazo semi-cerrado y la predicción de la glucosa. Estos métodos además reducen la sensibilidad del controlador a las variaciones de la ganancia. La inclusión de un sistema de predicción aporta al controlador un carácter anticipativo que permite disminuir los eventos de hipo e hiperglucemia. la validación del algoritmo se ha realizado principalmente mediante experimentos en simulación utilizando una población de pacientes sintéticos. Para evaluar los experimentos se han empleado tanto estadísticos de primer orden, como el tiempo fuera de las zonas de normalidad y algunos más específicos como es el índice de riesgo de kovatchev. Se han realizado dos experiencias clínicas en el hospital sant pau de barcelona que han permitido aprender de la puesta en práctica del algoritmo con un paciente en condiciones reales. los resultados en simulación demuestran que el controlador inverso cuando funciona en lazo cerrado muestra un buen control interprandial pero tiene dificultades para controlar la glucosa postprandial, al igual que ocurre con otros métodos de control planteados por la comunidad científica. En el modo de control en lazo semicerrado, en el que se anticipa una parte de la dosis prandial, los picos glucémicos postprandiales se reducen aumentando la estabilidad metabólica. Cuando se dota al algoritmo de un sistema de adaptación, disminuyen tanto el tiempo en hiperglucemia, como la glucemia media y la dispersión de la glucosa en la población. La introducción adicional en el algoritmo de un sistema predictor mejora su comportamiento y lo acerca al control en lazo semicerrado. las aportaciones más relevantes de la tesis doctoral son: la metodología de la inversión de un modelo compartimental de la dinámica glucosa-insulina para la definición de un controlador en lazo cerrado de la diabetes tipo 1; el método de adaptación utilizando un modelo de referencia y la regla del mit sobre un modelo compartimental; la validación de los métodos de seguridad basados en exceso de insulina, histéresis y tendencia que fuerzan la suspensión de la bomba para evitar hipoglucemia; el método de inicialización del controlador utilizando la información disponible de la terapia prescrita por el especialista; y el método de predicción mediante el uso de un modelo paramétrico que modela al sistema glucorregulatorio.
Datos académicos de la tesis doctoral «Propuesta de algoritmo de control en lazo cerrado para la diabetes tipo 1«
- Título de la tesis: Propuesta de algoritmo de control en lazo cerrado para la diabetes tipo 1
- Autor: Agustin Rodriguez Herrero
- Universidad: Politécnica de Madrid
- Fecha de lectura de la tesis: 25/06/2010
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- María Elena Hernando Pérez
- Tribunal
- Presidente del tribunal: Francisco Del pozo guerrero
- Alberto Leiva hidalgo (vocal)
- laura María Roa romero (vocal)
- José Vehí casellas (vocal)