MODELLIZZAZIONE DELLA CINETICA DEL GLUCOSIO DAL PLASMA ALL’INTERSTIZIO IN CONDIZIONI DINAMICHE

Quantitative assessment of the dynamic relationship between plasma and interstitial fluid (ISF) glucose and the estimation of the plasma-to-ISF delay are of major importance to determine the accuracy of subcutaneous glucose sensors, an essential component for controlling diabetes mellitus. It has been proved that, in steady-state condition, the glucose plasma-to-ISF kinetics can be modeled with a linear two-compartment model and the ‘‘equilibration time’’ between plasma and ISF of 9.1 and 11.0 min in healthy and T1DM subjects, respectively, was calculated. To complete the picture of plasma-to-ISF glucose kinetics and to further improve the accuracy of CGM sensors (continuous glucose monitoring) it is necessary to analyze the system under dynamic conditions. The goal of this thesis is to analyze the model that approximates the plasma-to-ISF glucose kinetics during glucose and insulin perturbations, such as meals and exercise, in both healthy and T1DM subjects. For this purpose, data belonging to a database of subjects (healthy and T1DM), who underwent to different experimental protocols, different glucose tracers (6,6-2H2 and 1-13C) and catheters for microdialysis for the measurement of the concentration of tracers in plasma and ISF were used. Precisely, an experimental protocol provides for the intake of a meal with different methods of administration, intravenously (IV) or oral, the other involves the performance of physical activity, after having a meal, and the measurement of concentration of interstitial glucose tracer in two different sites, in the abdomen and in the leg. The model showed good performance in terms of adherence to experimental data and precision of the estimated parameters. Furthermore, from a statistical analysis of variance, in the first experimental protocol there are minimal (or no) differences in plasma-to-ISF kinetics between the methods of administration of the plasma (IV vs. oral), while for the second protocol the glucose plasma-to-ISF kinetics is different between healthy subjects and T1DM.

La valutazione quantitativa della dinamica del glucosio dal plasma al fluido interstiziale (ISF) e la stima del ritardo plasma-interstizio sono di grande importanza per determinare l'accuratezza dei sensori di glucosio sottocutanei, una componente essenziale per il controllo del diabete mellito. È stato dimostrato che, in condizioni stazionarie, la cinetica del glucosio plasma-ISF può essere descritta con un modello lineare a due compartimenti ed è stato calcolato un "tempo di equilibrio" tra plasma e ISF di 9.1 e 11.0 min rispettivamente in soggetti sani e diabetici (T1DM). Per completare il quadro della cinetica del glucosio e di conseguenza migliorare ulteriormente l'accuratezza dei sensori CGM (continuous glucose monitoring) è necessario valutare il sistema in condizioni dinamiche. L’obiettivo di questa tesi è proprio quello di analizzare il modello che approssima la cinetica del glucosio dal plasma all’interstizio durante perturbazioni di glucosio e insulina, come pasti ed esercizio fisico, sia in soggetti sani che T1DM. A tal fine, sono stati utilizzati dati appartenenti ad un database di soggetti (sani e T1DM) sottoposti a diversi protocolli sperimentali, che prevedono l'uso di differenti traccianti del glucosio (6,6-2H2 e 1-13C) e cateteri per microdialisi per la misura della concentrazione dei traccianti nel plasma e ISF. Precisamente, un protocollo sperimentale prevede l’assunzione di un pasto con diversa modalità di somministrazione, per via intravenosa (IV) o orale, l’altro prevede lo svolgimento di attività fisica, dopo l’assunzione di un pasto, e la misurazione della concentrazione di tracciante del glucosio interstiziale in due sedi diverse, nell’addome e nella gamba. Il modello ha mostrato buone prestazioni in termini di aderenza ai dati sperimentali e precisione dei parametri stimati. Inoltre, da un’analisi statistica della varianza, nel primo protocollo sperimentale si evidenziano minime (o nulle) differenze nella cinetica plasma-ISF tra le modalità di somministrazione del glucosio (IV vs. orale), mentre per il secondo protocollo sperimentale la cinetica plasma-ISF risulta diversa tra soggetti sani e T1DM.