REGOLAZIONE DEL GLUCOSIO

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Anna Mora
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1 PANCREAS

2 Questo equilibrio tra glucosio che entra nella circolazione sanguigna e glucosio assorbito dai tessuti è garantito dall azione di due segnali di controllo: l insulina e il glucagone. Sono entrambi ormoni secreti in risposta alla concentrazione di glucosio nel sangue, ma operano in maniera opposta (vedi Figura 4). REGOLAZIONE DEL GLUCOSIO Basso livello di glucosio nel sangue Alto livello di glucosio nel sangue Glucagone rilasciato dalle cellule alfa del pancreas Insulina rilasciata dalle cellule beta del pancreas Il fegato rilascia glucosio nel sangue Le cellule dei tessuti insulino dipendenti assorbono glucosio dal sangue Figura 4: il controllo del glucosio

3 Glicemia mg/dl Insulinemia mu/ml Ora del giorno Figura 6: escursioni giornaliere di glicemia e insulinemia

4 Possiamo notare dalla Figura 7 un profilo bifasico della risposta: un aumento a gradino della glicemia provoca, nella prima fase, un picco rapido di secrezione insulinica che è seguito da una seconda fase di secrezione più lenta che cresce al perdurare dello stimolo. Un altra caratteristica importante è il potenziamento della risposta: un primo stimolo di glucosio può rendere il pancreas più sensibile a un sistemi che sostituiscano la funzione pancreatica in caso di malattia. Le principali caratteristiche della secrezione di insulina si possono illustrare facendo riferimento alla risposta delle beta cellule pancreatiche a dei gradini di concentrazione di glucosio (vedi Figura 7) ottenuta da esperimenti su pancreas SECREZIONE INSULINICA isolato e perfuso di animale. Secrezione di insulina normalizzata Concentrazione di glucosio nell arteria Pancreatica [mg/dl] Figura 7.Risposta delle beta cellule a uno stimolo a gradini di glucosio

6 Nella Figura 9 possiamo vedere uno schema di principio di questo sistema. PANCREAS ARTIFICIALE INFUSORE SENSORE ALGORITMO DI CONTROLLO Figura 9: schema di principio di un pancreas artificiale

7 Algoritmo di controllo del P Algoritmo di controllo del pancreas 0,0 artificiale di Albisser GI Nell algoritmo di controllo del pancreas a di insulina, IR(t), è legata alla GP(t) glicemia funzione a tangente iperbolica (equazione ( 1,0 Figura 19: caratteristica di controllo del pancreas di Albis IR(t) / Imax 0,8 0,6 0.5 PI Allo scopo di evitare casi di ipoglicemia è prev la stessa caratteristica (12). 0,4 0,2 0, GI GP(t) Figura 19: caratteristica di controllo del pancreas di Albisser IR(t) / Imax o scopo di evitare casi di ipoglicemia è prevista una infusione di destrosio secondo 0,4 tessa caratteristica (12). 1,0 0,8 0,6 0.5 PI

8 IR(t) / Imax 0.5 L algoritmo di controllo di Clemen in cui l infusione di insulina di dinamico, in cui l infusione di insu 3) controllo statico e dinamico che r Algoritmo di Clemens: il Biostator GI 0,4 1,0 0,8 0,6 0.5 GI 0,4 0,2 0, BI Figura 20: Caratteristica statica del Biostator Controllo dinamico : G(t) PI IR( 0,2 Controllo statico ( figura 20): Controllo 0,0 statico Figura 20: Caratteristica sta BI e RI Controllo hanno un interpretazione dinamico : glicemia, mentre RI rappresenta G(t)=BI).Quando IR(t)=K dg/dt G(t) sta al di so posto nullo. QI regola la pendenza d È un controllo derivativo puro, conse di G viene approssimato dalla pend questo avendo tempi di misura piutt Inoltre per ridurre la sens statica si usa il valore di g È prevista anche un infusio

9 Algoritmo di controllo di Fisher Questo algoritmo realizza semplicemente un controllo di tipo Dove BI è il valore di glicemia desiderato, a0 un infusione basale di insulina mentre a1 e a2 sono i parametri del modello. La parte proporzionale ha un funzione simile ai controlli statici visti in precedenza, mentre la parte derivativa, come già visto, consente di riprodurre la prima parte della risposta delle beta cellule. IR(t) = a 0 + a 1 (G-BI) + a 2 (dg/dt) 250 1,0 glicemia [mg/dl) IR(t) / Imax 0,8 0,6 0,4 50 0, tempo [min] 0, tempo [min] Figura 21: risposta dell algoritmo di Fisher a uno stimolo glicemico Le prestazioni (valutate da Fisher in vivo e con simulazioni al computer) degli algoritmi visti sono essenzialmente equivalenti sia nel normalizzare la glicemia sia nella quantità di insulina usata.

10 Facciamo un esempio pratico: Metodi adattivi Calcolo dei Parametri del controllore Parametri del modello individualizza Identificazione del modello Glicemia di desiderata Parametri del controllore + errore insulina glicemia Pancreas artificiale (controllore) Paziente Figura 21:schema di un controllo adattivo self-tuning

11 Il serbatoio di insulina è costruito, chiaramente, con un materiale siliconi biocompatibile, ha un volume che varia dai 15 ai 25 ml, un peso dai 150 ai 300 g una dimensione Pompa di circa impiantabile 10x2 cm. È, inoltre, provvisto di insulina di una piccola valvola con quale viene effettuato il ricaricamento di insulina con una siringa. Figura 22: schema di una pompa impiantabile per insulina La pompa è controllata da un controllore esterno (vedi paragrafo precedente) p

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