ИИ использует простые данные глюкометра для прогнозирования и определения подтипов диабета 2 типа
Диабет долгое время делился на две категории — тип 1, который часто появляется в детстве, и тип 2, который связан с ожирением и обычно развивается в более позднем возрасте. Но ученые узнали, что не все пациенты с диабетом 2 типа одинаковы, некоторые пациенты различаются по массе тела, возрасту начала заболевания и другим характеристикам.
Теперь исследователи из Стэнфордского медицинского центра разработали алгоритм на основе искусственного интеллекта, который использует данные непрерывного мониторинга уровня глюкозы в крови для анализа трех из четырех наиболее распространенных подтипов диабета 2 типа.
«Это инструмент, который люди могут использовать для принятия профилактических мер. Если, например, уровни вызывают предупреждение о преддиабете, диетические или физические привычки можно скорректировать», — сказал Майкл Снайдер, доктор философии, профессор генетики, который был одним из руководителей исследования. Снайдер — профессор генетики Стэнфордского университета имени У. Ашермана, доктор медицины, FACS.
По словам Снайдера , примерно у 13% населения США, около 40 миллионов человек, диагностирован диабет, а у 98 миллионов наблюдается преддиабет, поэтому широкодоступная технология, которая позволяет точно определить детали диагностики, могла бы кардинально изменить ситуацию в лечении диабета .
«У большинства людей с диабетом тип 2, и их просто называют «тип 2», — говорит Трейси Маклафлин, доктор медицины, профессор эндокринологии. — Но все сложнее, и существуют разные базовые физиологии, которые приводят к этому состоянию».
Растет движение за подклассификацию диабета 2 типа, на который приходится 95% всех случаев диабета, чтобы лучше понять риск возникновения других сопутствующих заболеваний, таких как сердечно-сосудистые, почечные, печеночные или глазные осложнения, и определить основную физиологию диабета у людей. «Это важно, потому что в зависимости от типа некоторые лекарства будут работать лучше других», — сказал Маклафлин. «Наша цель состояла в том, чтобы найти более доступный, доступный по требованию способ для людей понять и улучшить свое здоровье».
Эта технология могла бы быть полезна Снайдеру много лет назад, когда он узнал, что у него преддиабет. «Когда я узнал, что на пути к диабету, я увеличил мышечную массу, что является одним из распространенных способов снижения уровня сахара в крови, но это не дало никакого эффекта. Это потому, что я не являюсь традиционно резистентным к инсулину », — сказал он. Его разновидность диабета 2 типа возникает из-за так называемого дефицита бета-клеток, что означает, что клетки, вырабатывающие инсулин, не функционируют так, как должны.
Статья с подробным описанием исследования была опубликована в журнале Nature Biomedical Engineering . Маклафлин и Снайдер являются соавторами. Ведущим автором является Ахмед Метвалли, доктор философии, бывший научный сотрудник Стэнфордского медицинского университета, который сейчас является научным сотрудником Google.
Описание деталей диабета
В настоящее время диагностика диабета основана исключительно на уровне глюкозы в крови и может быть проведена с помощью простого забора крови. «Но эти тесты мало что говорят о биологии, лежащей в основе высокого уровня сахара в крови», — сказал Маклафлин. «Чтобы понять физиологию, лежащую в основе этого, требуются метаболические тесты, проводимые в исследовательских условиях, но эти тесты громоздки и дороги и непрактичны для использования в клинике».
Однако непрерывные глюкометры, продающиеся без рецепта, могут проверить уровень сахара в крови и собрать более подробную информацию о биологии метаболизма.
Инсулин, гормон, вырабатываемый поджелудочной железой, регулирует уровень глюкозы или сахара в крови, побуждая клетки поглощать его и использовать в качестве энергии. Если поджелудочная железа не вырабатывает достаточно инсулина, что называется дефицитом инсулина, уровень глюкозы в крови повышается. Инсулинорезистентность, распространенный маркер диабета, возникает, когда клетки не реагируют на сигналы инсулина, что также приводит к накоплению глюкозы в крови.
Диабет 2 типа может также быть результатом дефекта в выработке инкретина, гормона, выделяемого кишечником после еды, который стимулирует секрецию инсулина поджелудочной железой, или резистентности к инсулину в печени. Каждый из этих четырех физиологических подтипов диабета может реагировать на различные методы лечения.
Тестирование алгоритма
Маклафлин и Снайдер задались вопросом, может ли обычный гаджет, такой как непрерывный монитор глюкозы, выдавать данные со скрытыми сигналами, коррелирующими с различными подтипами диабета. Устройство, которое пользователи прикрепляют к плечу, измеряет подъем и падение уровня сахара в крови в режиме реального времени. Люди, которые пьют глюкозный напиток, часто демонстрируют скачок уровня глюкозы в крови, но уровень и характер этих скачков различаются от человека к человеку.
В исследовании с участием 54 человек, 21 из которых имел преддиабет, а 33 были здоровы, исследователи применили алгоритм на основе искусственного интеллекта для выявления закономерностей в пиках и спадах, соответствующих различным подтипам диабета 2 типа.
Участники, использовавшие устройства для непрерывного измерения уровня глюкозы, также прошли пероральный тест на уровень глюкозы в крови, который проводился в кабинете врача.
«Люди изучали это десятилетиями и обнаружили определенные параметры, которые указывают на резистентность к инсулину или дисфункцию бета-клеток, которые являются основными факторами диабета», — сказал Маклафлин. «Но теперь у нас есть мониторы, и вы можете получить гораздо более тонкую картину паттерна глюкозы, которая предсказывает эти подтипы с большей точностью и может быть сделана дома».
При сравнении с клиническими данными и другими биомаркерами метаболических состояний алгоритм — будь то данные непрерывного мониторинга глюкозы или данные из образцов крови, взятых после теста на толерантность к глюкозе — предсказывал метаболические подтипы, такие как резистентность к инсулину и дефицит бета-клеток, с большей точностью, чем традиционные метаболические тесты. Инструмент способен правильно обнаруживать и идентифицировать подтипы примерно в 90% случаев.
Расширение доступности
Помимо данных с более высоким разрешением для людей с диабетом или преддиабетом, использование монитора имеет и другие преимущества. «Даже если у человека с резистентностью к инсулину не развивается диабет, это все равно важно знать», — сказал Маклафлин, «потому что резистентность к инсулину является фактором риска для множества других состояний здоровья, таких как болезни сердца и жировая дистрофия печени».
Маклафлин и Снайдер планируют продолжить тестирование алгоритма на людях, у которых диагностирован диабет 2 типа, и надеются, что широкая доступность технологии расширит доступ к медицинской помощи, даже если пациенты не могут прийти на прием к врачу.
«Мы также рассматриваем эту технологию как ценный инструмент здравоохранения для людей, которые находятся в экономически неблагоприятном положении или географически изолированы и не могут получить доступ к системе здравоохранения», — сказал Маклафлин.