225 дней, 4 часов, 27 минуты

До всемирного дня диабета!

Инсулиновая помпа: взгляд практика. Часть 16. Рабочие режимы инсулиновой помпы

[10] Рабочие режимы инсулиновой помпы

Перед началом повествования по теме — дисклеймер. В главе очень часто встречаются понятия «болюс инсулина» и «базальный инсулин». Так вот, для пояснения их полного смысла предназначены другие, последующие, главы. Я долго думал, какую из глав пустить за какой — в порядке «1–2» или «2–1». На самом деле, проблема сродни тому, что было раньше — курица или яйцо. В итоге, выбрал «1– 2». Это мой выбор. Терпите.

Итак, по большому счету, любая помпа имеет всего один рабочий режим функционирования. Под влиянием управляющих воздействий оператора, как сиюминутных, так и запрограммированных заранее, электроника контролирует совершеннейший мотор. Мотор приводит в действие механическую часть. А она, в свою очередь, толкает вперед поршень резервуара. Препарат из резервуара поступает в инфузионную линию, а из нее — в тело пациента.

Но делает это помпа по-разному. В зависимости от характеристик «разностей», мы и выделяем несколько ее рабочих режимов.

Чтобы не заниматься тупым переписыванием того, что тысячи раз и на разных языках уже написано до меня, я предлагаю нам с вами посмотреть на процесс инъекции препарата помпой в более общем виде. Тогда многое станет гораздо более понятно.

Какие характеристики есть у процесса введения жидкости из шприца в какой-либо объект среды (например, живое тело)?

Характеристика №1: объем вводимой жидкости. В нашем случае жидкость называется «аналог инсулина». Для простоты слово «аналог» отбросим, и получим просто «инсулин», точнее, доза инсулина. Ну, а объем мы с вами еще из школьного курса физики привыкли обозначать как «V» (от английского слова «volume» — за английский в физических обозначениях, спасибо, сэр Исаак Нюьтон!).

Характеристика №2: давление, под которым жидкость (простите, инсулин) нагнетается из резервуара в инфузионную линию. Обозначим его как «P» (от английского «pressure»).

Характеристика №3: длительность периода времени, за которое запланированная к введению доза инсулина будет полностью введена. Обозначим его как «T» (от английского «time»).

Характеристика №4: время начала введения дозы и время окончания введения дозы. Обозначим их соответственно как t1 и t2. Понятно, что T = t2 – t1, а сама эта характеристика является зависимой от предыдущей, что под номером 3.

Характеристика №5: скорость введения, или поток, обозначаемый как «F» (от английского «flow»), и представляющий собой частное от деления V на T.

А теперь, используя названные нами характеристики, разложим по полочкам все рабочие режимы инсулиновой помпы.

Сначала разберемся с болюсами.

1. Нормальный (стандартный) болюс (Б, или СБ).

V — задается оператором.

P — контролируется производителем помпы при ее проектировании, оператор на этот параметр влиять не может.

T — контролируется производителем помпы при ее проектировании, оператор на этот параметр влиять не может.

t1 — наступает в момент подтверждения оператором ввода болюса,

t2 — рассчитывается самой помпой, которая прибавляет к t1 величину T.

F — контролируется производителем помпы при ее проектировании, оператор на этот параметр влиять вообще не может.

Таким образом, нормальный болюс — это относительно быстрое введение заданной дозы препарата, сигналом к которому служит команда оператора, управляющего помпой.

А вот так выглядит СБ в графическом отображении.

СБ вводится помпой максимально быстро, насколько это позволяет задаваемое изготовителем значение P.

2. Болюс квадратной волны (БКВ, или КВ).

V — задается оператором.

P — контролируется производителем помпы при ее проектировании, оператор на этот параметр влиять не может.

T — контролируется оператором, назначается им в абсолютных единицах времени (например, минутах).

t1 — наступает в момент подтверждения оператором ввода болюса,

t2 — рассчитывается самой помпой, которая прибавляет к t1 величину T.

F — контролируется производителем помпы при ее проектировании, но оператор на этот параметр влияет косвенно — за счет соотношения между V и T. Почему относительно, а не абсолютно — потому что оператор все равно не может контролировать T.

Tак выглядит БКВ в графическом отображении.

БКВ вводится помпой с длительностью введения, задаваемой оператором.

3. Сочетанный болюс, или болюс двойной волны (БДВ, или ДВ). А в случае с сочетанным болюсом я начну прямо с картинки.

Как мы с вами видим, БДВ представляет собой СБ + БКВ. Сначала вводится СБ, а следом за ним, сразу, без перерыва, начинается БКВ. Соответственно, у нас теперь есть интервал t1–t2 для СБ и аналогичный по смыслу интервал t2–t3 для БКВ; ничего непонятного.

Вот, собственно и все, что нужно знать про болюсы, подаваемые инсулиновой помпой в тело пациента. За исключением двух важнейших моментов.

А. Не очень хорошие модели помп не имеют режима БДВ. Если на такой помпе оператор хочет ввести БДВ, то он вначале должен ввести СБ, а потом, когда СБ будет завершен, заставить устройство ввести БКВ. Это неправильно. Лучше с такой помпой дела никогда не иметь.

А вот второй момент нам с вами следует выделить особо. Очень-очень особо. Выделяю жирным шрифтом.

Б. Хорошая модель помпы позволяет вводить внеочередной СБ в любое время осуществления БКВ и в любое время БДВ, когда он находится в фазе БКВ. Если помпа не способна этого делать, то ее не следует использовать КАТЕГОРИЧЕСКИ. Нет, и все.

Почему я так строг, вы поймете позже. Пока же просто запомните это положение.

Теперь перейдем к тому, как помпа подает «базальный» инсулин. Она подает его ровно так же, как и «болюсный» — из того же самого резервуара и по той же самой инфузионной линии. Но вот управление подачей «базального» инсулина принципиально отличается от такового для «болюсного».

Что важно: высвобождение «базального» инсулина может происходить одновременно с введением «болюсного» инсулина, не отменяя его.

Так, хватит. Со следующей строчки «болюсный» и «базальный» я употребляю без кавычек.

Как мы с вами уже знаем, помпа вводит болюсный инсулин только тогда, когда непосредственно перед началом введения препарата оператор подтвердит, что он хочет начать введение, и задаст все параметры болюса. Когда болюс будет закончен, его нельзя повторить «одним кликом» — все управляющие параметры придется вводить заново. Иными словами: есть решение с подтверждением прямо сейчас — есть болюс, нет подтверждения — нет болюса. Даже если это сочетанный болюс, который длится, например, 8 часов. Прошел срок его действия — и от болюса остался только след в стековой памяти внутреннего монитора помпы. Повторить болюс нельзя, нужно задавать новый.

Когда помпа высвобождает базальный инсулин, ее логика меняется. Прежде всего, теперь она «знает», что продолжительность суток составляет 24 часа и постоянно сверяется с внутренним таймером. Кроме этого, она «знает», что в каждом часе содержится два интервала по полчаса, а всего таких интервалов в сутках — 48. И, самое главное, базальный инсулин высвобождается помпой по заранее заданному предварительному расписанию.

Мы можем задать индивидуальную скорость высвобождения дозы базального инсулина для каждого из 48 интервалов, в том числе и нулевую. Если нам не нужна такая высокая детализация, то мы задаем время начала и конца интервала, и во всех дискретных отрезках по 30 минут, которые в него помещаются, скорость высвобождения базального инсулина будет одинаковой — такой, какую мы указали в процессе настройки для первого интервала.

Мы однократно задаем скорость высвобождения базального инсулина для всех интересующих нас интервалов, и затем процесс высвобождения будет продолжаться без нашего участия сколь угодно долго, хоть годами. Цикл помпы по выдаче базального инсулина — суточный. С наступлением новых суток внутренний счетчик обнуляется, а цикл — повторяется.

Теперь давайте опишем процесс высвобождения базального инсулина в уже известных нам терминах.

4. Базальный инсулин (БАЗ), основной режим

1. V — задается оператором для каждого из доступных 48 интервалов.

P — контролируется производителем помпы при ее проектировании, оператор на этот параметр влиять не может.

T минимального интервала — контролируется производителем помпы при ее проектировании и жестко задано как 30 минут, оператор на этот параметр влиять не может.

t1 и t2 — контролируется оператором помпы. Минимальное значение интервала составляет 30 минут, максимальное — 48 раз по 30 минут, то есть 1 440 минут. Количество интервалов не может быть меньше 1 и больше 48.

F — контролируется производителем помпы при ее проектировании, но оператор на этот параметр влияет косвенно — за счет соотношения между V и T. Почему относительно, а не абсолютно — потому что оператор все равно не может контролировать T.

Помимо подачи базального инсулина в основном режиме, производители допускают задание нескольких дополнительных режимов его подачи.

5. Базальный инсулин, режим дополнительного паттерна (БАЗ–ДП)

Этот режим ничем не отличается от основного. Он точно такой же, но в нем мы можем задать другие значения и интервалы. Производители помп обычно предлагают в своих устройствах по два режима дополнительного паттерна. Таким образом, в каждой помпе можно задать три режима подачи базального инсулина — один основной и два дополнительных. Переключение между режимами осуществляет оператор помпы. Самостоятельно из режима дополнительного паттерна помпа выйти не может.

Смысл режима мы обсудим в одной из следующих глав, посвященной базальному инсулину.

6. Базальный инсулин, режим вре́менного паттерна (БАЗ–ВП)

Этот режим, в отличие от предыдущего, весьма особый. Он осуществляется по двум альтернативным алгоритмам, которые нельзя скомбинировать между собой. И по своей сути, это совсем разные режимы подачи инсулина.

(а) Вре́менный паттерн в абсолютных единицах (БАЗ–ВП–АБС)

При активации этого режима помпа запрашивает у оператора два управляющих параметра — длительность периода и значение дозы базального инсулина в абсолютных единицах из расчета на один час (скорость подачи). После их ввода помпа отменяет подачу базального инсулина в основном режиме или в режиме дополнительного паттерна (в зависимости от того, какой из них был активен к моменту активации вре́менного паттерна) и на протяжении времени, заданного оператором, подает препарат с той скоростью, которая была определена.

По истечении длительности периода действия вре́менного паттерна, помпа автоматически возвращается к введению базального инсулина в основном режиме или в режиме дополнительного паттерна (в зависимости от того, какой из них был активен к моменту активации вре́менного паттерна).

По своей технической сути, режим БАЗ–ВП–АБС — это то же самое, что и болюс квадратной волны (БКВ). Пока этот режим активен, скорость подачи базального инсулина — постоянная, и не может быть изменена.

(б) Вре́менный паттерн в относительных единицах (БАЗ–ВП–ОТН)

При активации этого режима помпа запрашивает у оператора два управляющих параметра — длительность периода и значение множителя дозы базального инсулина в относительных единицах (процентах). После их ввода помпа не отменяет, а модернизирует подачу базального инсулина в основном режиме или в режиме дополнительного паттерна (в зависимости от того, какой из них был активен к моменту активации вре́менного паттерна) и на протяжении времени, заданного оператором, подает препарат с той скоростью, которая была определена для включенного ранее режима, но с использованием введенного множителя.

По истечении длительности периода действия вре́менного паттерна, помпа автоматически возвращается к введению базального инсулина в основном режиме или в режиме дополнительного паттерна (в зависимости от того, какой из них был активен к моменту активации вре́менного паттерна).

По своей технической сути, режим БАЗ–ВП–ОТН — это очень особый режим. Он позволяет, не меняя сути подачи базального инсулина во времени, изменить дозу подачи, увеличив (множитель свыше 101%) или уменьшив ее (множитель менее 99%). Если при этом основная база или дополнительный паттерн базы запрограммированы изменяющимися, то и временный паттерн будет меняться точно так же, но с амплитудой, определяемой множителем. Обычно различные модели помп позволяют выставить множитель в пределах от 0% (подача отключена) до 200% (подача удвоена).

Я с большой опаской отношусь к применению этого режима. Выделяю жирным шрифтом.

Режим БАЗ–ВП–ОТН может быть опасен для пациента и способствовать дестабилизации его состояния. Если вы можете избежать использования этого режима, то избегайте. А избежать его можно всегда.

Почему я так считаю, вы поймете позже. У меня есть аргументы. Пока же просто запомните это положение.

Наконец, два последних режима рабочего функционирования помпы.

7. Режим остановки оператором

В режиме остановки оператором, как понятно из его названия, механическая часть помпы не работает, а инсулин из резервуара в инфузионную линию не подается. Режим инициируется оператором. Режим отменяет исполнение всех болюсов, вне зависимости от их вида (СБ, БКВ, БДВ). Он также отменяет все режимы и паттерны подачи базального инсулина. После отмены этого режима командой оператора, помпа возвращается к подаче базального инсулина в режиме БАЗ. Помпа не может самостоятельно выйти из такого режима.

8. Режим аварийной остановки

Режим аварийной остановки полностью повторяет предыдущий, за тем исключением, что инициирует его сама помпа, а не оператор. Режим активируется при возникновении критических ошибок в работе электронных и/или механических компонентов, а также при частичной или полной обструкции инфузионной линии. Вывод помпы из режима аварийной остановки осуществляется оператором. Если же причина остановки не устранена (например, неисправность механизма устройства), то требуется вмешательство квалифицированного технического персонала.

На этом с рабочими режимами инсулиновой помпы мы закончили. Под завершение главы я приберег для вас интересные технические подробности.

Если вы не обратите на них внимания, это не сильно вам повредит. Но, если же я их опущу, то буду считать, что не до конца справился со своей задачей.

Нужно отдавать себе отчет в том, как именно электронные и механические компоненты конструкции помпы работают при подаче инсулина. Из моего предыдущего изложения в этой главе может показаться, что, при выдаче болюсной или базальной дозы инсулина, помпа постоянно и равномерно вводит препарат. А это совсем не так.

«Сердцем» помпы служит точнейший микромотор постоянного тока (DC–motor). Во всем мире моторы такого типа, пригодные для использования в инсулиновых помпах, выпускают только несколько производителей, а требования к их производству по всем параметрам точно такие же, как в военно-космическом приборостроении — где их и делают (вот откуда, частично, и берутся «негуманные» цены на инсулиновые помпы).

Микромоторы постоянного тока принципиально делятся на три типа:

Моторы, в которых используются щетки ротора («щеточные»);

Моторы, в которых щетки ротора отсутствуют («бесщеточные»);

Шаговые моторы, выполненные по технологии «турбодиск».

Моторы первого типа сегодня в создании инсулиновых помп не используются по причине их недолговечности — щетки истираются, и мотор перестает работать. Но они позволяют получить «гладкое» движение ротора, без рывков и ускорений.

Моторы второго типа — такие же, как и первого. Они свободны от недостатка, связанного с наличием щеток. Работают точно так же плавно. Их сейчас и используют в конструкции помп. Но есть проблемы. Почему?

Дело в том, что для того, чтобы сопрячь эти моторы с червячным механизмом, приводящим в движение поршень резервуара, требуется самая настоящая коробка передач, то есть редуктор, переводящий сравнительно быстрое и слабое по крутящему моменту вращение вала электродвигателя в медленное (а то и очень медленное) и сильное поступательное движение поршня. У коробки передач есть один, но фатальный, недостаток — ее размер. В помпе очень мало места. И разместить в ней механический редуктор без того чтобы не увеличить размеры корпуса прибора, очень сложно. Поэтому мотор с редуктором служит естественным ограничителем размера корпуса. А многим производителям хочется сделать корпус устройства еще меньше.

Для этого остается третий тип моторов — шаговый. Он не дает непрерывного вращения. Вращательное движение его вала — дискретное, то есть, от одного положения к другому без возможности остановки в промежуточной точке. Поэтому при работе он щелкает, как кварцевые наручные часы — в которых, кстати, тоже используется шаговый мотор, только гораздо меньшей точности. Если вы приложите сконструированную на таком моторе работающую инсулиновую помпу к уху, то явственно услышите эти щелчки. Зато такому мотору не нужен редуктор.

А в чем проблема шагового мотора (да и редукторных систем, на самом деле, тоже)? В том, что движение создается порциями, квантами.

Значит, и подача инсулина будет осуществляться не непрерывной «струйкой», а пульсирующими толчками.

Эластичность резервуара помпы минимальна, но инфузионная линия в данном случае работает как демпфер, сглаживая колебания. Впрочем, если поставить чувствительный датчик давления на магистраль, то мы их все равно увидим.

Кроме того, в связи с вышеизложенной конструктивной особенностью, и подача болюса, и высвобождение базального инсулина превращается из непрерывного процесса в дискретный. Если при введении нормального болюса эти «кванты» следуют близко друг за другом и практически сливаются между собой, то вот при введении болюса квадратной волны или второй фазы сочетанного болюса (которая суть тот же болюс квадратной волны), в зависимости от его длительности, «кванты» введения могут быть разделены паузами различной длины. То же самое относится и к введению базального инсулина.

В зависимости от идеологии устройств, которая различается от производителя к производителю, разные помпы по-разному осуществляют подачу базального инсулина — некоторые делают это более равномерно на протяжении минимального 30–минутного промежутка, некоторые — менее равномерно. Понятно, что предпочтительнее та помпа, у которой равномерность высвобождения базового инсулина выше, а дискретизация шага по объему — более точная (меньшая).

Так, есть помпы, которые способны вводить каждые 3 минуты по 5% минимального базального часового уровня. Например, если задано, что помпа должна ввести 0,02 ЕД инсулина в час, то такое устройство будет вводить по 0,001 ЕД каждые 180 секунд. На сегодня эти показатели — самые лучшие. Но есть и менее точные помпы. Если такой помпе задать ту же самую задачу, то она ее просто физически не сможет выполнить, потому что ее точности недостаточно. Поэтому, приобретая помпу для ребенка, изучайте этот вопрос с пристрастием.

Хотя, скажу вам честно, в помповой инсулинотерапии далеко не все и не всегда решает дискретность и точность вводимых мельчайших доз. Гораздо бол́ьшую роль играет своевременность их подачи — все, что нужно, должно быть вовремя, и никогда ничего лишнего. Я в этом убедился давно, а вам предстоит убедиться в скором времени. 

 

Автор: Михаил Зуев

 

"Инсулиновая помпа: взгляд практика"

© 2016. Публикуется на условиях лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная