[ES] La regulación de los niveles de glucosa en el cuerpo humano es el resultado de la secreción coordinada de hormonas. La Diabetes Tipo 1 (DT1) es una enfermedad crónica que provoca la destrucción de las células responsables de la producción de insulina, uno de los principales agentes en la regulación de glucosa. Por tanto, las personas con DT1 dependen de la administración exógena de insulina. No obstante, la gestión de la terapia no es sencilla y está sujeta a una gran variabilidad. Los sistemas de Páncreas Artificial se diseñaron con el objetivo de simplificar la gestión de la enfermedad, administrando insulina de manera automática a través de una bomba de insulina, en base a la lógica de un algoritmo de control que emplea información de un monitor continuo de glucosa.
Sin embargo, la acción de la insulina es unidireccional (disminuye el valor de la glucosa), y a veces resulta insuficiente para mantener unos niveles seguros de glucosa en sangre. Por eso, en ocasiones se administran otras hormonas, con efectos opuestos (como el glucagón), o complementarios (como la pramlintida) a la insulina. Para que los sistemas automáticos se beneficien de estas acciones de control, es necesario estudiar y conocer sus dinámicas para poder simular su comportamiento, diseñar controladores que los tengan en cuenta y realizar experimentos in silico previos a utilizar los sistemas en pacientes. El uso del glucagón ya cuenta con una larga trayectoria y ha sido utilizado en varios sistemas automáticos. Sin embargo, existe mucha heterogeneidad en las formulaciones de modelos del efecto del glucagón, sobre todo en relación con su interacción con la insulina, y es necesario profundizar en el desarrollo de modelos que reflejen mejor la fisiología subyacente. Por otra parte, los modelos de pramlintida apenas se han estudiado.
El objetivo principal de esta tesis es contribuir a mejorar simuladores para validar sistemas de páncreas artificial. En concreto, se realiza un análisis detallado del estado del arte para conocer las propuestas de modelos fisiológicos en la literatura, para luego centrarse en la descripción del efecto de glucagón en la producción endógena de glucosa y la farmacocinética y farmacodinámica de la pramlintida. El trabajo incluye la propuesta de nuevos modelos para glucagón y pramlintida basados en la fisiología, validados con datos clínicos individuales en el caso del glucagón y con datos poblacionales de la literatura en el caso de la pramlintida, mejorando en ambos casos los resultados previamente existentes. / [CA] La regulació dels nivells de glucosa en el cos humà és el resultat de la secreció coordinada d'hormones. La Diabetis Tipus 1 (DT1) és una malaltia crònica que provoca la destrucció de les cèl·lules responsables de la producció d'insulina, un dels principals agents en la regulació de glucosa. Per tant, les persones amb DT1 depenen de l'administració exògena d'insulina. No obstant això, la gestió de la teràpia no és senzilla i està subjecta a una gran variabilitat. Els sistemes de Pàncrees Artificial es van dissenyar amb l'objectiu de simplificar la gestió de la malaltia, administrant insulina de manera automàtica a través d'una bomba d'insulina, en funció de la lògica d'un algorisme de control que empra informació d'un monitor continu de glucosa.
No obstant això, l'acció de la insulina és unidireccional (disminueix el valor de la glucosa), i de vegades resulta insuficient per a mantindre uns nivells segurs de glucosa en sang. Per això, ocasionalment s'administren altres hormones, amb efectes oposats (com el glucagó), o complementaris (com la pramlintida) a la insulina. Perquè els sistemes automàtics es beneficien d'aquestes accions de control, és necessari estudiar i conéixer les seues dinàmiques per a poder simular el seu comportament, dissenyar controladors que els tinguen en compte i realitzar experiments in silico previs a utilitzar els sistemes en pacients. L'ús del glucagó ja compta amb una llarga trajectòria i ha sigut utilitzat en diversos sistemes automàtics. No obstant això, existeix molta heterogeneïtat en les formulacions de models de l'efecte del glucagó, sobretot en relació amb la seua interacció amb la insulina, i és necessari aprofundir en el desenvolupament de models que reflectisquen millor la fisiologia subjacent. D'altra banda, els models de pramlintida a penes s'han estudiat.
L'objectiu principal d'aquesta tesi és contribuir a millorar simuladors per a validar sistemes de pàncrees artificial. En concret, es fa una anàlisi detallada de l'estat de l'art per a conéixer les propostes de models fisiològics en la literatura, per a després centrar-se en la descripció de l'efecte de glucagó en la producció endògena de glucosa i la farmacocinètica i farmacodinàmica de la pramlintida. El treball inclou la proposta de nous models per a glucagó i pramlintida basats en la fisiologia, validats amb dades clíniques individuals en el cas del glucagó i amb dades poblacionals de la literatura en el cas de la pramlintida, millorant en tots dos casos els resultats prèviament existents. / [EN] Glucose regulation in the human body results from the coordinated secretion of hormones. Type 1 Diabetes (T1D) is a chronic disease that destroys insulin-producing cells, one of the main agents in the glucose regulation process. Consequently, people with T1D depend on exogenous insulin administration. However, therapy management is not an easy task, and it faces great variability. Artificial Pancreas systems were designed to ease the disease management, administering insulin automatically through an insulin pump based on the logic of a control algorithm that reads information from a continuous glucose monitor.
Nevertheless, insulin action is uni-directional (lowering glucose values), and sometimes, it is insufficient to maintain safe plasma glucose levels. That is why, occasionally, other hormones are also administered, with opposite (like glucagon) or complementary effects (like pramlintide) to insulin. For automatic systems to benefit from these control actions, it is necessary to study and know their dynamics to simulate their behavior, design aware controllers, and carry out in silico experiments before using the system with patients. Glucagon use in T1D has a long trajectory; and has been used in automatic systems. However, there exists a wide heterogeneity in the definitions of glucagon effect, especially related to its interaction with insulin, and it is necessary to develop models that are more physiologically accurate. On the other hand, pramlintide models have barely been studied.
This thesis' main objective is to improve T1D simulators to validate artificial pancreas systems. Specifically, a detailed analysis of the state of the art is carried out to know the physiological model proposals in the literature. Then, the focus moves to describing the glucagon effect on endogenous glucose production and the pharmacokinetics and pharmacodynamics of pramlintide. This work includes the proposal of new physiology-based models for glucagon and pramlintide. The glucagon model was validated with individual clinical data, and the pramlintide model was validated with populational data. Both proposals improved previously existing results. / This work was supported by grant FPU17/03404, grant EST19/00740,
and project PID2019-107722RB-C21, funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033. / Furió Novejarque, C. (2024). Contributions to Glucagon and Pramlintide Pharmacokinetics and Pharmacodynamics Modeling for Multi-Hormone Artificial Pancreas Systems [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202872
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upv.es/oai:riunet.upv.es:10251/202872 |
| Date | 26 February 2024 |
| Creators | Furió Novejarque, Clara |
| Contributors | Bondía Company, Jorge, Díez Ruano, José Luis, Universitat Politècnica de València. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática - Departament d'Enginyeria de Sistemes i Automàtica, Agencia Estatal de Investigación |
| Publisher | Universitat Politècnica de València |
| Source Sets | Universitat Politècnica de València |
| Language | English |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/acceptedVersion |
| Rights | http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | info:eu-repo/grantAgreement/MIU//EST19%2F00740, info:eu-repo/grantAgreement/MECD//FPU17%2F03404, info:eu-repo/grantAgreement/AEI/Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2017-2020/PID2019-107722RB-C21/ES/SOLUCIONES A MEDIDA DEL PACIENTE PARA EL CONTROL DE GLUCOSA EN SANGRE EN DIABETES TIPO 1/ |
Page generated in 0.0031 seconds