Diabetes Mellitus: el páncreas artificial

La diabetes mellitus es una de las enfermedades que más afectan a la población a nivel mundial. En este post queremos explicarte en qué consiste y cómo el páncreas artificial puede ser una gran solución a este grave problema.

Seguro que conoces a alguien con diabetes, o al menos has oído hablar de esta enfermedad. No es de extrañar, ya que esta enfermedad la padecen 1 de cada 11 adultos.

Es decir, hay 415 millones de personas en el mundo con esta enfermedad. Además, si la tendencia de crecimiento continua, se estima que en 2040 este número ascenderá a 642 millones de afectados.

¿Qué pensarías si te digo que muchas de estas personas podrían vivir siendo mucho más independientes de la enfermedad? ¿Sorprendente verdad? Pues este el objetivo de muchas investigaciones que se están llevando acabo, este es el objetivo de las investigaciones centradas en el páncreas artificial.

Este post, para mí, tiene un significado especial pues ha sido el tema principal que he tratado en mi Trabajo Final de Grado (TFG) en la Universidad. Espero que os guste.

¿Qué es la Diabetes Mellitus?

Para ponerte un poco en contexto, la Diabetes Mellitus o Diabetes se trata de una enfermedad crónica causada bien cuando el páncreas no produce la insulina necesaria o bien cuando esta no logra actuar sobre el organismo.

La insulina es una hormona cuya principal función es controlar el nivel de glucosa (azúcar en sangre). En condiciones normales, la insulina interacciona con las células permitiendo a estas transformar la glucosa en energía.

De este modo, la diabetes está caracterizada por provocar una elevada concentración de glucosa en sangre (hiperglucemia) de forma persistente.

Tipos de Diabetes Mellitus

La Asociación Americana de Diabetes distingue entre  diabetes tipo 1 y diabetes tipo 2:

La diabetes tipo 1 o Diabetes Insulino-dependiente origina la destrucción de las células beta, encargadas de la secreción de insulina, con lo cual el cuerpo es incapaz de producir dicha hormona. Este tipo se produce principalmente en niños.

La diabetes tipo 2 se trata del tipo más frecuente, la presentan aproximadamente el 91% de los diagnosticados con la enfermedad. En este caso, la hiperglucemia se puede producir porque la secreción de insulina no sea suficiente y/o por padecer resistencia a la insulina. En este caso afecta principalmente a adultos y personas con sobrepeso.

Síntomas

¿Cómo detectan las personas que padecen esta enfermedad? Pues bien, los principales síntomas de esta enfermedad son poliuria (aumento anormal de la emisión de orina), polidipsia (necesidad exagerada de beber), polifagia (sensación incontrolable de hambre), fatiga o cansancio y pérdida de peso.

A los que hay que añadirles en el caso de la diabetes tipo 2 infecciones frecuentes en piel, encías o vejiga; visión borrosa; heridas con una lenta cicatrización; y hormigueo en manos y pies.

Tratamientos para la diabetes mellitus

Como ya podrás imaginar, si no se mantiene bajo tratamiento puede provocar complicaciones, tales como enfermedades cardiovasculares, renales, oculares y nerviosas, llegando en algunos casos incluso a ocasionar la muerte.

Existe un tratamiento médico basado principalmente en una dieta adecuada, ejercicio físico y medicamentos. Para los enfermos con diabetes tipo 1 se realiza un tratamiento con insulina, suministrando la hormona a través de inyecciones.

En el caso de la diabetes tipo 2, en ocasiones se puede controlar únicamente a través de una correcta alimentación y actividad física constante, no siendo necesario el tratamiento con medicamentos. Si se requiere, existen fármacos hipoglucemiantes orales, e inyección de insulina al igual que en el tipo 1.

El objetivo que ahora se persigue es mucho más ambicioso, para aquellas personas que necesitan un tratamiento con insulina se está evolucionando el conocido como páncreas artificial.

Páncreas artificial

Actualmente las inyecciones de insulina se realizan en lazo abierto, siendo el propio paciente o el equipo médico los encargados de decidir la cantidad de insulina a inyectar. El páncreas artificial permitiría un control en bucle cerrado.

Para su correcto funcionamiento es necesario que los sensores de glucosa proporcionen información frecuente y precisa acerca del nivel de glucosa en sangre a elaborados algoritmos de control que decidan la cantidad de insulina que es necesario inyectar al paciente.

Todavía queda mucho por hacer en este campo, ya que la fiabilidad de los sensores todavía no es muy elevada siendo necesario superar las problemáticas que estos tienen, de las que te hablaré en los siguientes párrafos.

Como dato curioso, en 2015 en el Hospital Infantil Princess Margaret de Perth (Australia) se realizó el primer implante de páncreas artificial. Así que, como puedes ver, a pesar de los impedimentos y las complicaciones existentes, poco a poco se está mejorando mucho en este aspecto.

Sensores de glucosa

Pues bien, el inicio del desarrollo del páncreas artificial se remonta 50 años atrás, antes de ello se realizaban medidas de glucosa en la orina y revisiones ocasionales con medidas de glucosa en sangre. Con el objetivo principal de disminuir los efecto de los síntomas que esta enfermedad presenta.

No fue hasta 1970 cuando comenzaron los avances tecnológicos en este campo. Los primeros monitores de glucosa en sangre estaban basados en la detección óptica, esta tecnología fue sustituida por biosensores electroquímicos. Además la  evolución de los electrodos de enzimas permitió la monitorización continua de glucosa.

Actualmente los sensores de glucosa comerciales están basados en la medida indirecta de la glucosa, midiendo la glucosa en el espacio intersticial mediante electrodos enzimáticos amperométricos. Esto lo hacen midiendo la corriente que circula en una reacción redox.

Dinámica sangre e intersticio

¿Medida indirecta? Sí, eso he dicho, por razones obvias estos sensores no se pueden instalar directamente en la sangre. Por lo tanto es necesario encontrar una relación entre la glucosa plasmática y la glucosa intersticial.

Pues esto, que te puede parecer “insignificante”, se trata de uno de los principales problemas, ya que la dinámica entre estos dos compartimentos es muy complicada.

¿Por qué? Pues verás existe un tiempo de retraso fisiológico debido a que la trasmisión de glucosa se produce por difusión capilar. Bueno dirás, pues se calcula cuanto es este retraso y se tiene en cuenta y ya está.

No es tan fácil, ya que en los estudios realizados hasta el momento no se han obtenido resultados homogéneos llegando incluso a obtenerse tiempos de retraso negativos.

No solo existe el tiempo de retraso fisiológico, también hay que considerar un tiempo de retraso físico por la inserción de la glucosa en el sensor. Y como ya habrás supuesto, la posibilidad de una respuesta inflamatoria.

Algoritmos de calibración para el páncreas artificial

La forma de abordar esto actualmente es con algoritmos de calibración basados en técnicas de regresión lineal.

Mediante puntos de calibración aportados por el paciente con ayuda de glucómetros se podrán estimar los valores del offset y la sensibilidad mediante un punto (offset nulo y sensibilidad la pendiente del puto), dos puntos (formando un sistema de ecuaciones) o múltiples puntos (minimizando el sumatorio de errores).

Otros sistemas

Además de los algoritmos de calibración a los monitores continuos de glucosa también se les puede instalar otros dispositivos como son sistemas de filtrado de la señal para disminuir el ruido.

Generalmente, en primer lugar, se filtra la señal de intensidad con filtros analógicos para mejorar la salida del convertidor analógico digital, y posteriormente se utiliza un segundo filtro para eliminar el ruido. Estos filtros son especialmente importantes, ya que en cierto sentido, tienen en cuenta la velocidad de cambio de la glucosa y el tiempo de retraso.

Los sensores de glucosa también pueden llevar incorporados dispositivos de prevención de hipo e hiperglucemia para predecir y reducir los efectos de la aparición de estos estados glucémicos, ocasionantes de numerosas complicaciones.

Por último, también existen métodos capaces de detectar las pérdidas de señal, así como, errores en las estimaciones de glucosa. Lo cual permite avisar al paciente que está funcionando en lazo abierto.

Conclusiones sobre la diabetes mellitus y el páncreas artificial

Como puedes ver, conseguir mejorar este dispositivo ayudaría a mejorar la calidad de vida de muchas personas en el mundo. Pero como ya te he dicho aún queda mucho por hacer.

Te estarás preguntando cómo se puede mejorar…  Pues por un lado se están probando nuevos algoritmos de calibración no basados en técnicas de regresión lineal que permitan tener más en cuenta la dinámica entre la sangre y el intersticio, aunque de momento todavía no se sabe mucho sobre estos métodos.

Por otro lado se están realizando ensayos clínicos para buscar otras posibles causas del mal comportamiento de los sensores y  así mejorar las prestaciones. Aunque estos estudios podrían ser objeto de un nuevo post más adelante. ¿Qué te parecería?

Esto es todo lo que de momento te quería contar acerca del tema, espero que hayas encontrado el post de tu interés. Si tienes cualquier duda o curiosidad estaré encantada de resolvértela en los comentarios.

Sin más me despido, y como siempre ¡nos vemos en el próximo post!

Un abrazo.