Компенсация сахарного диабета с точки зрения физика

КОМПЕНСАЦИЯ САХАРНОГО ДИАБЕТА С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ФИЗИКА

                           Ицхак Чайковский

                Кафедра математики университета имени

                  Бен-Гуриона, Беер-Шева, Израиль

                          chaik@cs.bgu.ac.il

              Статья представлена в качестве доклада на

          1-м Всемирном Конгрессе "Спорные вопросы ожирения,

                       диабета и гипертонии"

                   Берлин, 26-29 октября 2006 год

                          ВВЕДЕНИЕ

Ясно, что нарушение в одном из этих процессов должно приводить к сбою

в этой системе. В частности, нарушение секреции инсулина приводит к

повышению уровня глюкозы (относительно нормы) в крови, что и ведет к

заболеванию сахарным диабетом. Понятно, что такое нарушение может быть

исправлено искусственным путем с помощью инъекций инсулина (диабет I-го

типа) либо с применением сахаропонижающих таблеток и диеты (диабет II-го

типа). Процесс исправления данного нарушения называют компенсацией

диабета, которая производится самим заболевшим человеком. Это аналогично

к переходу в системе с обратной связью от автоматического управления к

ручному.

       На этом пути возникают трудности, связанные с корреляцией между

параметрами, которые раньше устанавливались автоматически. Какие параметры

нужно коррелировать? Перечислим их:

       - количество (в граммах) углеводов в принимаемой пище;

       - скорость распада углеводов в пищеварительном тракте до глюкозы

(или гликемический индекс);

       - время приема пищи;

       - количество вводимого инсулина и время его введения в зависимости

от типа инсулина (в случае диабета I-го типа) или типа сахароснижающих

препаратов (при диабете II-го типа).

       Контролирующим параметром для правильного установления этих

корреляций является измерение количества глюкозы в крови. Вплоть до

конца 80-ых годов такого рода задача могла быть грамотно решена только

в условиях содержания пациента в больнице, поскольку необходимые для

компенсации диабета многократные измерения уровня глюкозы в крови не

проводились в условиях поликлиники или в домашних условиях.

       Известно, однако, большое число факторов, часто неконтролируемых,

которые нарушают установленный режим (в частности, непредвиденные

стрессы, наличие антител в организме при инфекционных заболеваниях,

наличие веществ, влияющих на активность инсулина, содержащихся в ряде

медицинских препаратов и т.д.). В упомянутые годы контроль сахара крови

вследствие таких нарушений не мог быть своевременным (слишком частые

посещения лабораторий для анализов практически исключаются). Поэтому

не удивительно, что компенсация диабета была в основном случайной и

плохо корректируемой. Положение существенно изменилось с появлением

глюкометра, который позволяет в домашних условиях проводить контроль

уровня глюкозы в крови. В таком случае коррекция степени компенсации

становится задачей, которую способен решить сам диабетик, но лишь при

том условии, что он обучен основам компенсации диабета и понимает суть

действий, которые должен совершить, чтобы скорректировать все необходимые

параметры. Роль врача в этом случае является стратегической: он участвует

в обучении диабетика, выбирает тип инсулина или таблеток, и принимает

решения в случае осложнений, связанных с другими заболеваниями и

требующими медицинских знаний, которыми пациент не владеет.

                 КОМПЕНСАЦИОННЫЙ ДИАБЕТИЧЕСКИЙ РЕЗОНАНС

       Мы считаем, что все приемы компенсации отражают один общий

принцип, а именно: согласование параметров пищи и инсулина. Такое

согласование предполагает, что время всасывания глюкозы в кровь

приблизительно совпадает со временем всасывания инсулина, и количество

всасываемого инсулина достаточно для компенсации попавшей в кровь

глюкозы. В этом случае мы добиваемся того же эффекта, который в

здоровом организме совершается автоматически. Явление, описанное

здесь, можно назвать компенсационным диабетическим резонансом (КДР)

по аналогии с явлением резонанса в колебательных процессах. Вспомним,

что в случае колебаний с собственной частотой Wo под действием внешней

периодической силы с частотой W, максимальная амплитуда колебаний

достигается, когда W = Wo. Это явление называется резонансом. В случае,

когда W и Wo сильно отличаются, нельзя добиться существенного увеличения

амплитуды даже при больших величинах вынуждающей силы. Сравнивая явление

резонанса с эффектом компенсации, можно отметить, что он будет максимален

при выполнении тех условий компенсации, которые были описаны выше:

       - совпадение времени всасывания глюкозы и инсулина в кровь;

       - всасывание за это время количеств инсулина, потребных для

         компенсации глюкозы, попавшей в кровь.

Если же времена всасывания глюкозы и инсулина не согласованы, а также не

согласованы количества глюкозы и инсулина, то не достигается необходимая

компенсация как при малых, так и при больших дозах инсулина. Последнее

равносильно выходу из резонанса.

       Операция достижения КДР с появлением домашнего глюкометра

становится доступной каждому диабетику. Как уже отмечалось, для этого

необходимо наладить обучение диабетиков по специальной программе. В

рамках такой программы диабетик должен ознакомиться с характеристиками

инсулинов и сахаропонижающих препаратов, свойствами продуктов и приемами

самоконтроля. Мне известно, что обучение диабетиков, которое сегодня

существует, дает весьма скудные сведения по этим вопросам и охватывает

незначительное число пациентов. Особенно плохо поставлено обучение

больных с диабетом II-го типа, тогда как именно этот тип диабета широко

распространен и им страдают люди пожилого возраста. При диабете II-го

типа сложнее осуществлять компенсацию болезни, так как существует проблема

подбора таблеток: многие из этих препаратов обладают противопоказаниями,

не позволяющими применять их при наличии других недугов (например,

сердечно-сосудистых заболеваний), которыми страдают пожилые люди. Без

отдельного исследования невозможно сразу узнать тип нарушения, вызывающего

диабет II-го типа. В этом случае также особенно важна диета и,

следовательно, необходимы знания свойств продуктов.

                         ПРОЦЕСС КОМПЕНСАЦИИ

       Необходимо вручную осуществить те действия, которые у здорового

человека проиходят автоматически.

       1. Необходимо совместить время поступления глюкозы из пищи в кровь

и время поступления инсулина в кровь. Для этого нужно знать для каждого

употребляемого в пищу продукта время разложения углеводов, входящих в него,

до глюкозы. Это время оценивается по величине гликемического индекса (ГИ),

сравнительно недавно введенного в диабетологии и характеризующего скорость

роста сахара крови после того, как данный продукт попал в желудок. Без

знания этого параметра невозможно грамотно провести компенсацию или,

например, правильно вести себя в случае гипогликемии. Известно, что при

приближении гипогликемии (которая развивается в течении нескольких минут)

необходимо съесть быстроусвояемые углеводы (желательно сахар, мед или

выпить сладкий напиток). Глюкоза из этих продуктов попадает в кровь сразу

или в течение нескольких минут. Однако такие же углеводы содержатся,

например, в шоколаде - но, как известно, их разложение до глюкозы занимает

около тридцами минут из-за присутствия жира в этом сладком продукте.

Незнание данного факта в случае гипогликемии может привести к тяжелым

последствиям. Известно также, что важным фактором, влияющим на разложение

углеводов, является наличие клетчатки в продукте. Именно с этим связаны

рекомендации для диабетиков употреблять в пищу продукты с высоким

содержанием клетчатки. Эти соображения необходимо принимать во внимание

при составлении таблиц, в которых дается содержание углеводов в продуктах.

Следует ввести в них графу, в которой указан ГИ.

       2. Необходимо знание времени поступления инсулина в кровь, т.е.

кинетика всасывания инсулина. Кинетическая кривая представляет собой

график зависимости количества всасываемого инсулина от времени. Как

правило, она известна производителям инсулина. В настоящее время эта

кривая не приводится в фирменном вкладыше к упаковке инсулина, что, на

мой взгляд, представляется неправильным. Без знания кинетической кривой

невозможно провести процедуру компенсации. Эта кривая в упрощенном виде

обычно имеет вид:

       Здесь по горизонтальной оси отложено время в часах, а по

вертикальной - процент всасываемого инсулина от полной введенной дозы

в периоды развертывания инсулина, его эффективного действия и, наконец,

спада (завершения действия). Эта кривая является наиболее существенной

для диабетика из всего того, что содержится в фирменном вкладыше. Отмечу,

что ни один диабетик не читает и не пользуется той обширной информацией

(важной только для узких специалистов), которая изложена в настоящее

время в этом вкладыше.

       3. Необходимо определить, какое количество углеводов содержится

в продуктах, употребляемых при данном приеме пищи. Эти сведения даны в

таблицах, которые должен иметь каждый диабетик.

       4. Нужно рассчитать число единиц инсулина, необходимых для

компенсации того количества углеводов, которое было употреблено с

пищей. Такой подсчет невозможен, если диабетику не известно, какое

количество углеводов компенсирует одна единица инсулина. Назовем это

число коэффициентом компенсации: K = 1/M, где М - количество углеводов,

компенсируемых одной единицей инсулина. Величина К определяется с

помощью глюкометра.

       Процедура определения коэффициента K:

       - определяется сахар крови натощак N ммоль/л. У некомпенсированного

диабетика он чаще всего выше нормы;

       - делается несколько единиц короткого инсулина Q (предположим,

хумалога). Принимать пищу в течение 3-4 часов (время действия инсулина)

не следует. К концу этого времени нужно измерить сахар крови P ммоль/л.

В результате определяется величина M:

                              N - P

                        M =  -------

                              0,18Q

Здесь учтено, что, согласно многочисленным исследованиям, один грамм

углеводов увеличивает сахар крови на 0,18 ммоль/л.

       Теперь можно найти величину K:

                          1     0,18Q

                    K =  --- =  -------

                          M      N - P

Важное примечание: в таком опыте необходимо следить, чтобы не было

гипогликемии.

       Коэффициент K будет использоваться в дальнейшем. Например, если

в продукте содержится Y граммов углеводов, доза инсулина R, необходимая

для компенсации, равна R = Y x K. Таким способом определяется болюсная

доля инсулина. В качестве базального инсулина можно использовать лантус,

и его дневная доза определяется отдельно.

       Заметим, что следует проделать такого рода эксперименты несколько

раз и получить среднее значение коэффициента из всех этих опытов. Это

значение нужно использовать в расчетах доз инсулина, необходимых для

компенсации того количества углеводов, которое потребляется за время

действия этой дозы.

                           ЗАКЛЮЧЕНИЕ

       В том случае, если не удается компенсировать диабет, это ведет

к очень тяжелым осложнениям, которые проявляются не сразу. Возможно,

диабетик не ощущает этих осложнений 5-10 и более лет, поскольку при

диабете ничего не болит. В этом смысле нарушения компенсации действуют

как фактор, который не ощущается органами чувств. Можно сравнить его с

действием радиации, которая не имеет ни запаха, ни вкуса, невидима глазом,

а проявляется только спустя некоторое время в виде различных заболеваний.

       Отметим, что в массовых масштабах достижение КДР становится

возможным только после появления в последние десятилетия индивидуального

глюкометра. Я думаю, что появление этого прибора является революционным

событием в жизни диабетиков, подобным открытию инсулина и созданию

сахароснижающих препаратов. Это событие можно сравнить с появлением в

конце прошлого века персонального компьютера, который дал возможность

каждому пользователю стать хозяином той задачи, которую он намерен

решить - при условии, что пользователь обладает необходимыми знаниями.

До эры персональных компьютеров, в пятидесятые-семидесятые годы,

пользователь выходил со своей задачей к вычислительной машине только

через профессионального программиста и, следовательно, был оторван от

того инструмента, которым пользовался.

       Говоря о проблемах компенсации диабета в настоящее время, мы не

упоминаем обстоятельств, которые, возможно, через десять-пятнадцать лет

сделают ненужным предлагаемое здесь "ручное управление" диабетом. Мы не

говорим о разрабатываемом сейчас подходе по внедрению стволовых клеток

в поджелудочную железу и восстановлению естественной секреции инсулина.

В этом случае отпадает необходимость в знаниях о КДР, как не знает этого

человек, не страдающий диабетом. Но пока в развитых странах мира примерно

6-8% населения страдают диабетом, и я думаю, что предложенные здесь идеи

еще весьма актуальны. Особенно если учесть, что суммы, направляемые на

лечение диабета в различных странах весьма велики (например, в США в

2002 году затрачено порядка 70 млрд. долларов на лечение примерно 17-ти

млн. диабетиков). При этом уровень компенсации больных не более нескольких

десятков процентов от всего их числа. Я считаю, что этот показатель может

быть существенно улучшен, если будут приняты некоторые первоочередные

меры, а именно:

       1. Массовое и квалифицированное обучение диабетиков всем приемам

компенсации диабета;

       2. Перестройка характера взаимоотношений врача и диабетика.

Обученный диабетик должен стать активным участником процесса компенсации

и научиться принимать квалифицированное решение во всех непредвиденных

случаях отклонений от режима компенсации. За врачом остается, в основном,

функция стратегических решений.

       3. Каждого диабетика необходимо снабдить: глюкометром,

таблицами свойств пищевых продуктов (с обязательным указанием времени

разложения углеводов из этих продуктов до глюкозы), таблицами содержания

продуктов в одной ХЕ (хлебной единице), кинетическими кривыми для каждого

вида инсулина и сахаропонижающих таблеток.

       На мой взгляд, эти меры в настоящее время могут максимально

способствовать наиболее эффективному установлению режима компенсации

диабета.