Keinohaima kuulostaa aika hurjalta ajatukselta. Onko kyseessä ihmisen sisälle asennettava laite? Onneksi totuus on yksinkertaisempaa – kyseessä on pieni tietokone joka seuraa tyypin 1 diabeetikon verensokeria käyttämällä kudossokerisensoria ja joka sitten joko lisää tai vähentää insuliinin annostelua automaattisesti havaitessaan että sokerit on joko menossa liian ylös tai laskemassa vaarallisen alas. Kudossokerimittarit tekevät yleensä mittauksen 5 minuutin välein, joten keinohaima tekee näin vuorokaudessa yhteensä 288 hoitopäätöstä potilaan puolesta.
Tässä piileekin syy siihen, miksi keinohaima toimii hyvin: koska järjestelmä tekee hoitopäätöksen hyvin tiheästi, tarvitsee sen tehdä vain pieniä päätöksiä. Ihmisen tehdessä hoitopäätöstä muutaman tunnin välein ollaan usein tilanteessa, jossa sokerit ovat aivan liian korkealla tai matalalla. Keinohaima sen sijaan huomaa nousevat sokerit jo ennen kuin tilanne pääsee pahaksi ja alkaa täten korjaamaan tilannetta jo nousun alusta, jolloin kokonaisuudessaan korjaamiseen tarvittavan insuliinin määrä jää pienemmäksi. Lisäksi annostelun virhemarginaali jää pieneksi: korkeaa sokeria hoitaessa ihminen hermostuu helposti eikä jaksa annostella insuliinia tarkasti ottaen huomioon jokaista annokseen liittyvä asiaa, jolloin annos on suurella todennäköisyydellä joko liian suuri tai pieni. Keinohaima taas jaksaa väsymättä ottaa jokaista päästöstä tehdessään huomioon jokaisen asian jota sille on opetettu eli tehdä juuri sen mihin tietokoneet ovat hyviä: tylsien toistuvien päätösten tekemisen.
Keinohaiman toiminta
Keinohaimajärjestelmä koostuu monesta osasta: insuliinipumpusta joka annostelee insuliinin, verensokerisensorista, sensorin vastaanottimesta, keinohaima-tietokoneesta ja verensokerimittarista jolla sensoria kalibroidaan tarpeen mukaan. Näistä sensorin vastaanotin ja keinohaiman logiikkaa ohjaava tietokone voivat olla osa insuliinipumppua.
Jotta voi ymmärtää täysin miten keinohaima toimii, pitää tuntea insuliinipumppujen perusperiaate. Perinteisessä 1-tyypin diabeteksen pistoshoidossa potilas annostelee tyypillisesti itselleen kahta erilaista insuliinia: pitkäkestoista insuliinia jonka vaikutus on 12 tuntia (eli sitä pistetään aamulla ja illalla sopiva määrä), sekä nopeavaikutteista insuliinia jota taas annostellaan syödessä sopiva määrä suhteessa syödyn ruoan hiilihydraattimäärään. Insuliinipumpuissa taas on vain nopeavaikutteista insuliinia – pumppu annostelee jatkuvasti potilaalle pitkäkestoisen insuliinin korvaavaa ns perusannosta (eli basaalia) jonka lisäksi syödessä pumpulla annostellaan pistoshoitoa vastaavasti ns bolus eli ruokailu/korjausannos. Pumppu on kiinni potilaassa letkulla jonka toisessa päässä on ihon alle kiinnitetty kanyyli.
Keinohaimoja ollaan kehittämässä monenlaisia. Nykyisin (syksyllä 2016) on jo myynnissä pumppuja joissa on jo osa keinohaiman ominaisuuksista. MedTronicin hieno 640G osaa sensorin kanssa havaita jos sokerit ovat laskemassa vaarallisen matalalle ja pysäyttää tarvittaessa perusinsuliinin annostelun kunnes verensokeri on taas noussut turvalliselle tasolle. Tämä on siis mahdollista, koska nopeavaikutteisen insuliinin vaikutus häviää melko nopeasti, joten lopettamalla insuliinin annostus tilapäisesti voidaan vaikuttaa aktiivisen insuliinin (IOB, Insulin On Board) määrään melko nopeasti.
Tämän ja muidenkin järjestelmien isoin heikkous liittyykin toisaalta juuri tähän nopeuteen – nykyiset nopeimmat insuliinit vaikuttavat tehokkaimmin vasta noin tunti annostelun jälkeen (Fiasp noin 55 ja muut pikainsuliinit 75 minuutin päästä annostuksesta) ja toisaalta hoidettavan aineenvaihdunnasta riippuen insuliinin vaikutus kestää noin 4-6 tuntia. Näin ollen vaikka pumppu lopettaisikin insuliinin annostelun tilapäisesti, jatkaa jo potilaalle annosteltu insuliini vaikuttamistaan, jolloin verensokerin tippuessa rajusti keinohaima ei kerkeä täysin kumota tiputusta. Uudet nopeat Fiaspin kaltaiset insuliinit lisäävät tässä mielessä keinohaimojen turvallisuutta, koska nopeasti vaikuttavan insuliinin annostuksen lopettaminen myös johtaa nopeammin tilanteeseen, jossa insuliinia ei ole enää vaikutushuipussa. Tähän ongelmaan ollaankin kehittämässä ratkaisuna keinohaimoja joissa on kaksi hormonia: insuliini ja glukagoni, jolla sokeria voidaan tarvittaessa nostaa nopeasti. Tässä ratkaisussa ongelmana on toistaiseksi ollut, että glukagonista ei osata valmistaa pumpussa säilyvää versiota, joten vaikka keinohaimatekniikka itse toimiikin jo, hormonin puute estää tämän ratkaisun käytön toistaiseksi. Myös insuliinissa on keinohaiman kannalta ongelmana suhteellisen hidas vaikutusaika – jos insuliini saadaan vaikuttamaan nykyistä nopeammin, voidaan järjestelmät saada nykyistä luotettavammiksi, koska keinohaiman algoritmin tarvitsee ennustaa lyhyemmän aikaa tulevaisuutta annostelua varten.
Keinohaimat tulevat
Hyviä uutisia! Vaikka markkinoilla ei juuri tätä kirjoittaessa olekaan ainuttakaan keinohaimaa, FDA eli USAn lääkemarkkinoita valvova viranomainen antoi viime vuonna MedTronicille luvan tuoda MiniMed 670G keinohaiman markkinoille. MiniMed 670G on ensimmäisen sukupolven “hybridi suljetun kierron järjestelmä”: pumpussa on vain insuliini, se korjaa sokereita sekä matalia ylös että korkeita alaspäin mutta vaatii edelleen, että potilas syöttää syödessään pumpulle syömänsä hiilihydraatit ja samalla bolustaa ruoka-annoksen tarvitseman ateriainsuliinin. Koska kyseessä on ensimmäisen sukupolven järjestelmä eikä MedTronicilla on näin ole ollut vielä suurta määrää käytännön tietoa 670Gn toiminnasta, on pumpun alin tavoiteverensokeri vielä asetettu hieman konservatiivisesti 120 mg/dl eli noin 6.5 mmol/l tasolle. Järjestelmä siis pyrkii annostelemaan insuliinia niin, että sokeri on mahdollisimman lähellä tätä tavoitesokeria.
670Gn tulosta Suomeen ei vielä tiedetä ja MedTronic sanoikin että hyväksyntä tapahtui 6kk nopeammin kuin olivat olettaneet, joten heillä kestää yli 6 kuukautta että tuote saadaan myyntiin edes USAssa. Euroopassa myyntiä varten tuote tarvitsee vielä CE-merkinnän, jonka saamiseksi taas vaaditaan lisätutkimuksia.
Tee-se-itse keinohaima, mikä se on?
Jotain vuosia sitten usea diabeetikko kyllästyi odottamaan, että kaupalliset toimijat tarjoavat diabeetikoille heidän kaipaamiaan ratkaisuja. Usea kaupallinen toimija oli kertonut kehittävänsä erilaisia sensorointiratkaisuja ja keinohaimaa, mutta näytti että kaikki nämä projektit venyivät ja venyivät, eikä mitään konkreettista ollut tapahtumassa syystä tai toisesta. Yhdysvalloissa tästä kyllästyneiden diabeetikoiden ryhmästä muodostui kokonainen liike, joka otti tunnuslauseekseen #wearenotwaiting eli “emme odota enää”. Ensimmäinen lopputulema tästä kyllästymisestä oli Nightscout, eli järjestelmä jonka avulla kudossokerisensorin tiedon voi siirtää pilveen, josta kuka tahansa haluttu henkilö voi seurata tietoa, eli vaikkapa vanhempi voi tarkkailla ja tukea lastaan joka on koulussa tai kaverin luona yökylässä. Nightscoutista voi lukea lisää vaikka täältä.
Muutama diabeetikko halusi kuitenkin mennä pidemmälle. Dana Lewis ja Scott Leibrand miettivät aluksi Nightscoutin tapaan, miten he voisivat herättää itsensä jos Danan verensokerit laskivat yöaikaan liian alas, mutta huomasivat nopeasti, että työkalun kehittäminen, joka antoi suosituksia insuliiniannosteluun ja ennusti verensokerin muutoksia, oli yllättävän helppo projekti. Näin syntyi DIYPS eli “tee se itse haimajärjestelmä” joka aluksi vain kertoi Danalle mitä tehdä – kaikki annosteluun tehtävät toiminnot naputeltiin pumppuun itse.
Hieman aiemmin Ben West, itsekin diabeetikko, oli huomannut että hän kykeni selvittämään miten MedTronicin insuliinipumppuja pystyi ohjaamaan käyttäen MedTronicin omaa CareLink-USB ohjaintikkua. Syntyi Decocare – ohjelmistopaketti pumpun ohjaamiseen. Dana ja Scott laskivat yhteen 1+1, ottivat kehittämänsä DIYPS-algoritmin ja alkoivat ohjaamaan Danan insuliinipumppua automaattisesti. Hyvin nopeasti selvisi, että järjestelmä toimi luotettavasti ja paransi hiukeasti Danan hoitotuloksia. Alkoi kuumeinen pohdinta, miten järjestelmää voisi jakaa muillekin potilaille heidän auttamisekseen.
OpenAPS
Syntyi OpenAPS. Aivan ensimmäinen OpenAPSin piirissä tehty työ, ennen kuin riviäkään koodia oli kirjoitettu, oli määritellä miten järjestelmästä saadaan turvallinen. Yksinkertaistettuna homma toimii näin:
- OpenAPS ei koskaan anna käyttäjälleen boluksia, jolloin ei ole mahdollista että järjestelmä annostelee päällekäisiä insuliiniannoksia
- OpenAPS:n antama suurin määrä basaali-insuliinia on hyvin rajattu, eli järjestelmällä ei voida korvata boluksia ja siten annostella suuria määriä insuliinia
- OpenAPS:n säätämät basaalimuutokset kestävät 30 minuuttia ja lasketaan niin, että tänä aikana ei koskaan anneta vaarallista määrä insuliinia
- Järjestelmä olettaa, että se saattaa lakata toimimasta milloin tahansa, jolloin hoito palautuu tavalliseksi pumppuhoidoksi: viimeisen tilapäisen basaalin loputtua potilas toimii kuin järjestelmää ei olisi käytössä
- Järjestelmä kertoo jatkuvasti käyttäjälleen täsmälleen mitä päätöksiä se on tehnyt ja miksi
- Järjestelmä ei tarvitse käyttäjältä erillistä tietoa, vaan hyväksikäyttää pumpun ja sensorin dataa, jolloin potilasta ei kuormiteta uudella tietotarpeella
Täsmällinen suunnitelma löytyy täältä.
Systeemissä oli tämän lisäksi vielä yksi ongelma: koska sitä ei oltu testattu suurella määrällä ihmisiä tarkoissa olosuhteissa, ei voitu tietää miten se toimii joka tilanteessa ja eri potilailla. Kaupalliset diabeteksen hoitotuotteet testataan erittäin huolellisesti, joten miten tuoda OpenAPS ihmisille ilman tätä testaamista? Ratkaisu oli yksinkertainen: sen sijaan että tehdään valmis keinohaima, tehdään sarja työkaluja joiden avulla ihminen joka tietää mitä tekee ja joka jaksaa tutustua algoritmin toimintaan, voi tehdä itselleen oman keinohaimansa. Syntyi OpenAPS ja oref0 sekä sarja muita työkaluja, joiden avulla asiaan perehtynyt diabeetikko voi rakentaa oman keinohaimansa. Näistä OpenAPS on ympäristö joka avulla voidaan määrittää miten saatavilla oleva raakatieto (kuten bolukset ja basaali-insuliini) voidaan muuntaa toiseen muotoon (kuten tämänhetkiseksi aktiivisen insuliinin määräksi) ja oref0 (openaps reference implementation 0) on ensimmäinen käytännön toteutus suunnitellusta turvallisesta algoritmista. Käytännössä kaikki OpenAPS käyttäjät ovat siis itse toteuttaneet itse itselleen oman järjestelmänsä.
OpenAPS alkuperäiset komponentit: Raspberry Pi, Dexcom vastaanotin, CareLink tikku, insuliinipumppu ja Pebble-kello
Ensimmäiset OpenAPS versiot olivat kömpelöitä, kuten kuvattuna yllä. Laitteisto oli iso ja vei paljon virtaa. Itselleen keinohaiman rakentaneiden määrä alkoi kuitenkin kasvaa ja mukaan tuli ihmisiä joilla oli asiantuntemusta myös muista laitteista. Nopeasti suosituksi laitteeksi muodostui Intelin Edison, eli hyvin pienikokoinen ja todella vähän virtaa kuluttava Linux-tietokone. Samalla Nightscoutia kehitettiin eteenpäin niin, että se voi helposti visualisoida mitä keinohaima tekee: basaalikäyrän sekä aktiivisen insuliinin ja haiman tekemät päätökset.
OpenAPS toiminta
Kuten kuvattuna yllä, keinohaima käyttää kaiken saatavilla olevan tiedon insuliiniannostelun säätämiseksi jotta potilaan verensokeri olisi mahdollisimman lähellä tavoitetta. OpenAPS tekee sen jotakuinkin näin, riippuen siitä miten kukin käyttäjä toteuttaa oman keinohaimansa:
- Jokaisen kudossokerisensorinäytteen jälkeen (eli 288 kertaa vuorokaudessa), järjestelmä
- Laskee täsmällisen aktiivisen insuliinin määrän, huomioon ottaen sekä boluset että basaalisäädön
- Laskee miten paljon pumpulle on syötetty viimeaikoina hiilihydraattia
- Hakee pumpusta potilaan herkkyys, basaali ym tiedot
- Tekee analyysin siitä, miten verensokerin olisi pitänyt käyttäytyä suhteessa insuliiniin ja syötyihin hiilihydraatteihin ja säätää insuliiniherkkyttää joko herkemmäksi tai vähemmän herkäksi riippuen tuloksesta
- Tekee analyysin siitä, miten verensokeri tulee käyttäytymään suhteessa aktiiviseen hiilihydraattiin, insuliiniin ja viimeaikaiseen verensokeritrendiin
Jos järjestelmä toteaa, että insuliinia on liikaa, vähentää se basaalia (ja laittaa sen alimmillaan nollaan, Veo ja 640G pumpun tapaan) tai jos näyttäisi että sokerit ovat korkealla, lisää järjestelmä basaalin määrää vastaamaan insuliinitarvetta. Ja koska tämä päätös tehdään hyvin usein, ovat päätökset yleensä pieniä. Sen sijaan, että potilas itse tarkistaisi tilanteen parin tunnin välein, jolloin sokerit voivat jo olla hyvin korkealla tai matalalla, huomaa OpenAPS muutokset jo alkuvaiheessa ja alkaa korjaamaan sokeria kun se on vaikkapa puoli yksikköä korkeammalla kuin tavoite. Tällöin päätöksenteon absoluuttinen virhe pysyy hyvin pienenä ja jos sokeri kääntyykin taas laskuun seuraavalla mittauksella 5 minuuttia myöhemmin, korjaa OpenAPS tämän antamalla seuraavan viiden minuutin ajan vähemmän basaalia.
Päätöksen teon jälkeen järjestelmä ohjelmoi insuliinipumppuun 30 minuutin tilapäisen basaalin ja raportoi tekemisestään Nightscoutiin, josta sen toimintaa voi sitten seurata vaikka Pebble-kellolla.
OpenAPS on siis toiminnaltaan hyvin samankaltainen kuin 670G – potilas syöttää edelleenkin itse pumppuun hiilihydraatit annoslaskurilla ja valitsee insuliinin annostelun, jonka jälkeen järjestelmä tasoittelee sokereita basaalia säätämällä.
Projektien määrä kasvaa…
OpenAPSn tultua ihmisten tietoisuuteen, avoimien keinohaimajärjestelmien määrä alkoi heti kasvaa. Nate Racklyeft alkoi kehittää iOS-laittelle Loop-keinohaimaa käyttäen Pete Schwambin radiojärjestelmää ja Gustavo M kehitti vaihtoehtoisen SimPancreas-järjestelmän. Android-puhelimille on saatavilla DanaR ja Accu-Check pumppujen kanssa toimiva AndroidAPS.
Elämä keinohaiman kanssa
No millaista se elämä on keinohaiman kanssa? Meillä on tätä kirjoittaessa ollut järjestelmä käytössä noin 2 vuoden ajan, 4-7 vuotiaan hoidossa. Parhaimmillaan tulokset on tätä:
Eli hyvin vähän hypoja vaikka sokerit on hyvällä tasolla. Meillä viimeisen kuuden kuukauden keskiarvo on >90% sokereista tavoitetasolla ja alle 1% hypoalueella. Toisaalta – kasvuikäinen on kasvuikäinen ja vaikkapa flunssavirus voi aiheuttaa sokereihin pahoja heittelyitä. Hypot ja korkeat sokerit on siis tämänkin systeemin kanssa arkipäivää, vaikka yleensä korkealla sokerilla ei mennä niin korkealle kuin aiemmin ja matalat on vähemmän matalia. Käytännön isoimmat jutut lienevät:
- HBa1c on pysynyt samana -> kasvavan lapsen hoitaminen on todella vaativaa on käytössä mikä tahansa systeemi eikä keinohaimakaan takaa että tämä paranee
- Korjausboluksien määrä on vähentynyt selvästi. Ennen OpenAPSia saatoimme korjata sokereita itse jopa 7 kertaa päivällä ja 5 kertaa yöllä. Nyt korjaukset ovat vähentyneet lähes nollaan, sairasteluviikkoja lukuunottamatta.
- Ym korjaustarpeen vähentyessä myös unen määrä on kasvanut – systeemi hoitaa yön, jolloin tarve herätä bolustamaan itse on vähentynyt hurjasti
- Matalien sokerien määrä on vähentynyt ja korkeat ovat vähemmän korkeita, eli glukoosin variabiliteetti on parantunut. Tyypillisen 90 päivän jakson aikana vain noin 1% lukemista on alle 3.9 mmol/l, joka on pienelle lapselle erittäin hyvä tulos.
- Pumpun säätöjä pitää edelleen tarkkailla ja siinä missä aikaa meni aiemmin lapsen hoitoon, menee sitä nyt helposti järjestelmän ylläpitoon / paranteluun
- Nightscoutin kautta tapahtuvat etäseurannan tarve ei ole merkittävästi vähentynyt, koska tosiaan kyseessä on pieni lapsi. 7-vuotiaalla sokerit voivan vaihdella niin nopeasti että mikään systeemi ei kerkeä napata niitä kiinni joten käytännössä hoitotasapainon kannalta Nightscoutilla / sokerien etäseurannalla lienee suurempi merkitys lapsen kanssa, kuin keinohaimalla. Järjestelmän turvallisen toiminnan kannalta myös etäseuranta on ehdottomasti välttämätön osa kokonaisuutta.
Elämä on siis helpompaa keinohaiman kanssa, mutta kasvavan lapsen hoito on vaativaa vaikka tälläinen mahtava apuväline olisikin käytössä.
Isoin rajoittava tekijä keinohaimalle ei olekaan se tekniikka vaan insuliini: koska annosteltu insuliini vaikuttaa vasta tunnin kuluttua annostelusta, ei keinohaima kerkiä reagoida nouseviin sokereihin ajoissa. Ehkä tulevaisuudessa saamme nopeampia insuliineja käyttöön, jolloin keinohaiman arvo kasvaa hurjasti.
Innostuitko? Jatko-osassa on linkkejä keinohaimojen sivuille.
