Диабет уже давно подразделяют на две категории: диабет 1-го типа, который часто проявляется в детском возрасте, и диабет 2-го типа, который связан с ожирением и обычно развивается в более позднем возрасте. Но ученые выяснили, что не все пациенты с сахарным диабетом 2 типа одинаковы: у некоторых пациентов разная масса тела, возраст начала заболевания и другие характеристики.
Теперь исследователи из Стэнфордского медицинского университета 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. Например, если эти уровни вызывают преддиабет, можно скорректировать режим питания или физические нагрузки», — сказал Майкл Снайдер, доктор философии, профессор генетики, который был одним из руководителей исследования. Снайдер — Стэнфордский У. Ашерман, доктор медицинских наук, профессор генетики FACS.
По словам Снайдера, примерно у 13% населения США, около 40 миллионов человек, был диагностирован сахарный диабет, а у 98 миллионов — преддиабет, поэтому широко доступная технология, позволяющая точно определить диагностические детали, изменила бы правила лечения диабета.
«У большинства людей с сахарным диабетом 2-го типа, и их называют просто «Сахарный диабет 2-го типа», — говорит Трейси Маклафлин, доктор медицинских наук, профессор эндокринологии. «Но это гораздо сложнее, и существуют различные физиологические факторы, лежащие в основе этого состояния».
В последнее время растет стремление выделить сахарный диабет 2 типа, на долю которого приходится 95% всех случаев диабета, в отдельный подкласс, чтобы лучше понять риск развития других сопутствующих заболеваний, таких как сердечно-сосудистые, почечные, печеночные или глазные осложнения, и определить физиологию, лежащую в основе диабета отдельных людей. «Это важно, потому что в зависимости от того, какой тип у вас есть, некоторые лекарства будут действовать лучше, чем другие», — сказал Маклафлин. «Нашей целью было найти более доступный способ, позволяющий людям понять и улучшить свое здоровье».
Эта технология могла бы пригодиться Снайдеру много лет назад, когда он узнал, что страдает преддиабетом. «Когда я узнал, что у меня может развиться диабет, я увеличил мышечную массу, что является одним из распространенных способов снизить уровень сахара в крови, но это не дало никакого эффекта. Это потому, что я традиционно не страдаю инсулинорезистентностью», — сказал он. Его разновидность диабета 2 типа вызвана так называемым дефицитом бета-клеток, который означает, что клетки, вырабатывающие инсулин, функционируют не так, как следовало бы.
Статья с подробным описанием исследования опубликована 23 декабря в журнале Nature Biomedical Engineering. Маклафлин и Снайдер являются соавторами исследования. Ахмед Метвалли, доктор философии, бывший аспирант медицинского факультета Стэнфорда, который в настоящее время работает научным сотрудником в Google, является ведущим автором.
В настоящее время диагностика диабета основана исключительно на уровне глюкозы в крови и может быть выполнена с помощью простого анализа крови. «Но эти тесты мало что говорят о биологических причинах, лежащих в основе высокого уровня сахара в крови», — сказал Маклафлин. «Для понимания физиологии, лежащей в основе этого, необходимы метаболические тесты, проводимые в исследовательских условиях, но они громоздки, дороги и непрактичны для использования в клинике».
Однако с помощью мониторов непрерывного действия, которые продаются без рецепта, можно определить уровень сахара в крови и собрать более подробную информацию об их метаболической биологии.
Инсулин, гормон, вырабатываемый поджелудочной железой, регулирует уровень глюкозы в крови, стимулируя клетки усваивать ее и использовать в качестве энергии. Если поджелудочная железа не вырабатывает достаточного количества инсулина, что называется инсулиновой недостаточностью, уровень глюкозы в крови повышается. Резистентность к инсулину, распространенный признак диабета, возникает, когда клетки не реагируют на сигналы инсулина, что также приводит к повышению уровня глюкозы в крови.
Диабет 2 типа также может быть вызван нарушением выработки инкретина, гормона, выделяемого кишечником после еды, который стимулирует секрецию инсулина поджелудочной железой, или резистентностью печени к инсулину. Каждый из этих четырех физиологических подтипов диабета может поддаваться различным методам лечения.
Маклафлин и Снайдер задались вопросом, может ли обычное устройство, такое как непрерывный глюкометр, выдавать данные со скрытыми сигналами, которые соотносятся с различными подтипами диабета. Устройство, которое пользователи прикрепляют к предплечью, измеряет повышение и понижение уровня сахара в крови в режиме реального времени. У людей, употребляющих глюкозные напитки, часто наблюдается резкий скачок уровня глюкозы в крови, но уровень и характер этих скачков варьируются от человека к человеку.
В исследовании, в котором приняли участие 54 человека, 21 из которых страдал преддиабетом, а 33 были здоровы, исследователи применили алгоритм на базе искусственного интеллекта для выявления закономерностей в пиках и спадах, которые соответствовали различным подтипам диабета 2 типа.
Участники, которые использовали непрерывные мониторы уровня глюкозы, также прошли пероральный тест на уровень глюкозы, который проводился в кабинете врача. «Люди изучали это на протяжении десятилетий и обнаружили определенные параметры, указывающие на резистентность к инсулину или дисфункцию бета-клеток, которые являются основными факторами развития диабета», — сказал Маклафлин. «Но теперь у нас есть мониторы, и вы можете получить гораздо более детальную картину уровня глюкозы, которая предсказывает эти подтипы с большей точностью и может быть выполнена в домашних условиях».
При сравнении с клиническими данными и другими биомаркерами метаболических состояний алгоритм — независимо от того, применялся ли он к данным непрерывного мониторинга уровня глюкозы или к данным анализа крови, взятой 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.
Помимо получения данных с более высоким разрешением для людей с сахарным диабетом или преддиабетом, использование монитора имеет и другие преимущества. «Даже если у человека с резистентностью к инсулину не развивается диабет, все равно важно знать, — сказал Маклафлин, — потому что резистентность к инсулину является фактором риска развития целого ряда других заболеваний, таких как болезни сердца и жировая дистрофия печени».
Маклафлин и Снайдер планируют продолжить тестирование алгоритма на людях, у которых был диагностирован сахарный диабет 2 типа, и надеются, что широкая доступность технологии повысит доступ к медицинской помощи, даже если пациенты не смогут попасть на прием к врачу.
«Мы также рассматриваем эту технологию как ценный инструмент здравоохранения для людей с ограниченными экономическими возможностями или географически изолированных и не имеющих доступа к системе здравоохранения», — сказал Маклафлин.
