Automatische Insulindosierung: wie unterscheiden sich die Systeme?

Mittlerweile sind für Kinder und Jugendliche drei AID-Systeme auf dem deutschen Markt verfügbar. “PID”, “MPC” oder “Fuzzy Logic”? Das sind die Abkürzungen der unterschiedlichen Algorithmen die die Glukosewerte voraussagen und >120-mal am Tag die individuelle Insulinzufuhr berechnen. Wie unterscheiden sich die Systeme?

Alle AID-Systeme haben gemeinsam, dass sie aus drei Komponenten bestehen: einer Insulinpumpe, einem Glukosesensor und einem Rechenalgorithmus. Die Insulinpumpe wird mit dem System zur kontinuierlichen Glukosemessung zusammengeschaltet, während der Rechenalgorithmus die Steuerung der nahrungsunabhängigen basalen Insulinabgabe übernimmt. Der Rechenalgorithmus beruht dabei auf einem Vorgang, mit dem ein Problem mathematisch gelöst wird.

Unterschiedliche Rechenmodelle

Die in AID-Systemen verwendeten Algorithmen basieren auf komplexen Rechenvorgängen, die nicht extra für die AID-Therapie bei Menschen mit Typ-1-Diabetes entwickelt wurden, sondern aus der Regelungstechnik der Industrie stammen:

1. Ein Messwert wird erhoben (Glukosewert).
2. Ein Programm errechnet aus dem aktuellen Wert und dem Zielwert
   die Differenz sowie die notwendige Änderung der abzugebenden Stellgröße (Insulin).
3. Das Insulin wird abgegeben und hat seine Wirkung im Körper.
4. Der Kreislauf beginnt von vorn.

Für die automatischen Insulindosierungssysteme bedeutet dies, dass die Insulinzufuhr auf Basis der aktuellen Sensorglukosewerte und dem vorhergesagten Glukoseverlauf alle 5-12 Minuten verändert wird: das sind >120-288 Insulindosierungsveränderungen am Tag! So viele Anpassungen kann kein Mensch leisten- das schafft nur ein automatisiertes System! In den aktuell verfügbaren AID-Systemen kommen drei Arten von Rechenmodellen zum Einsatz:

PID (“proportional integral derivative”)

Im Wesentlichen handelt es sich um ein System, welches vergleichbar mit der Steuerung eines Schiffes ist: Ein Ziel liegt vor Augen – die Einflüsse von Wind und Wellen müssen ständig korrigiert werden, damit das Schiff an sein Ziel gelangt. Es betrachtet dabei aktuelle, vergangene und zukünftige Fehler. So funktioniert z.B. auch der Temperaturregler in der Heizungstechnik, der die Temperatur konstant auf einen definierten Zielwert regelt. Damit der Algorithmus arbeiten kann, benötigt er nur wenige Informationen (z.B. Insulinwirkdauer, Insulin: Kohlenhydratverhältnis).

MPC (“model predictive control”)

Hierbei wird ein Referenzmodell zugrunde gelegt, welches versucht, sich schrittweise in wiederholten Rechenvorgängen der exakten Lösung anzunähern. Dieses Modell ist vergleichbar mit den Abstandregel-Tempomaten im Auto. Die Qualität des Modells hängt entscheidend von der Qualität der voreingestellten Variablen ab (z.B. Insulin: Kohlenhydratverhältnis, Basalrate, Korrekturfaktoren, aktuelles Gewicht).

“Fuzzy logic”

Hierbei handelt es sich um ein Modell der mathematischen Unschärfe, das mit Hilfe sogenannter “Wenn-dann”-Regeln die Anpassungen vornimmt. Dieses System kann mit Unschärfen in der Entscheidung umgehen, benötigt aber Angaben über viele mögliche Szenarien, da es nur in bekannten Szenarien arbeiten kann. Prinzipien der “fuzzy logic” werden z.B. in der elektronischen Steuerung von Waschmaschinen oder bei intelligenten Ampelsteuerungssystemen eingesetzt. Zusätzliche Rechenregeln sorgen dafür, dass die zeitliche Verzögerung bei der kontinuierlichen Glukosemessung im Zellzwischenraum und auch die Insulinaufnahme aus dem subkutanen Fettgewebe bei den automatischen Insulinanpassungen berücksichtigt werden.

Wie die AID-Systeme Glukosewerte vorhersehen und die individuelle Insulinzufuhr berechnen, beruht also auf vielen mathematischen Rechenschritten, die nicht immer im Einzelnen nachvollzogen werden können und auch nicht nachvollzogen werden müssen, um ein System erfolgreich anzuwenden.

Neben der Art des Rechenalgorithmus unterscheiden sich die Systeme insbesondere hinsichtlich des Zulassungsalters, der erforderlichen Insulinmenge, die der Algorithmus benötigt, um sicher zu arbeiten, der kompatiblen Sensoren und der Plattform des Algorithmus. Eine kurze Übersicht wichtiger Unterschiede der in Deutschland für Kinder und Jugendliche verfügbaren und zugelassenen AID-Systeme zeigt Tabelle 1.

Doch welches ist nun der “beste” Algorithmus für mein Kind? Glücklicherweise zeigen die Studienergebnisse zu den verfügbaren AID-System für alle Rechenalgorithmen immer wieder die gleichen Muster:

• Mehr Zeit im Zielbereich → Verbesserung des HbA1c-Wertes
• Weniger Unterzuckerungen
• Verminderung von Glukoseschwankungen
• Besserer Effekt in der Nacht
• Bessere Glukosewerte, wenn
  Mahlzeitenboli VOR der Mahlzeit
  abgegeben werden
• Sichere Systeme

Diese Ergebnisse decken sich mit den Erfahrungen aus der Praxis. Die Teilautomatisierung der Systeme nimmt vielen Eltern wie auch Kindern und Jugendlichen das Gefühl, den (unerklärlichen) Schwankungen der Glukosewerte nicht mehr hilflos ausgeliefert zu sein. Das alltägliche Diabetesmanagment ist einfacher geworden. Übereinstimmend hören wir von Eltern und Kindern in den Sprechstunden: “Wir können alle endlich wieder gut schlafen” oder “Die Werte beim Aufstehen sind fast immer super” oder auch “Es gibt nicht mehr soviel Ärger wegen des Diabetes zu Hause”. Um das für Ihr Kind geeignete AID-System auszusuchen, sprechen Sie am besten mit Ihrem Diabetesteam.

Erfolg nur durch Schulung

Grundvoraussetzung für die erfolgreiche Anwendung eines AID-Systems ist eine systemspezifische Schulung. Neben dem technischem “Know-how” wie etwa dem sicheren Anlegen der Insulinpumpe und des Glukosesensors, sollten die Unterschiede zwischen den Funktionen im manuellen Modus und im automatischen Modus geschult werden. Hier sind insbesondere folgende Fragen wichtig: welche Parameter sind noch justierbar? Wie werden die Daten ausgelesen und interpretiert, wann sollten Veränderungen der Einstellungen vorgenommen werden?

Ausblick

Alle aktuell in Deutschland verfügbaren AID-Systeme sind Schlauchpumpen. Der schlauchlose Omnipod 5 ist in den USA bereits seit Anfang des Jahres als AID-System in Kombination mit dem Dexcom G6 Glukosesensor verfügbar. Wann das System auch in Deutschland zugelassen und über die gesetzlichen Krankenkasse verfügbar sein wird, ist noch nicht bekannt.

“Let the algorithm do the work”

Bisher haben die Eltern die Insulintherapie ihrer Kinder gesteuert. Die Berechnungen des Algorithmus nicht immer im Detail nachvollziehen zu können, kann deshalb anfangs herausfordernd sein. Unsere Empfehlung: dem System, den Kindern und Jugendlichen und sich selbst Zeit geben. Erfahrungsgemäß dauert es einige Wochen, bis alle Beteiligten mit dem System “warm geworden” sind. Am besten klappt’s mit dem Leitspruch: “Let the algorithm do the work” (Lass den Algorithmus die Arbeit machen).|

Autorin:

Dr. med. Thekla von dem Berge Fachärztin für Kinder- und Jugendmedizin, Diabetologie Zentrum für Kinder- und Jugendmedizin “Auf der Bult”, Hannover E-Mail: vondemberge@hka.de

---

Erschienen in: Diabetes-Eltern-Journal, 2022; 13 (4) Seite 8-10