Hybrid-Closed-Loop-Systeme: Wie nah sind wir am künstlichen Pankreas?

Rechnen, messen und korrigieren – so sieht der Alltag vieler Patientinnen und Patienten mit Typ-1-Diabetes noch immer aus. Moderne Sensoren und intelligente Pumpensysteme übernehmen inzwischen jedoch immer mehr Aufgaben der Bauchspeicheldrüse. Gibt es also bald ein künstliches Pankreas? Am FOMF Diabetes Update Refresher erklärte Prof. Dr. med. Roger Lehmann vom Universitätsspital Zürich, wie weit die Technologie bereits ist – und wo ihre Grenzen liegen.

Unter normalen Bedingungen kontrolliert lediglich 1g Betazellmasse den Blutzuckerspiegel – und das in sehr engen Grenzen: nüchtern bei 3–5mmol/l und postprandial bei 7–8mmol/l. Gleichzeitig bleibt Insulin kontinuierlich im Blut nachweisbar.

Bei Patientinnen und Patienten mit Typ-1-Diabetes besteht ein Mangel an Betazellen. Dadurch fehlt einerseits der physiologische «Glukosesensor», andererseits kann das Pankreas kein Insulin mehr ins Blut ausschütten. Beide Faktoren sind jedoch notwendig für einen normalen Blutzuckerspiegel. «Insulin lässt sich zwar ersetzen, allerdings nur durch subkutane Verabreichung», erklärte der Experte. Im Blut hat Insulin jedoch eine deutlich kürzere Halbwertszeit als im subkutanen Gewebe (5 Minuten versus etwa 2 Stunden), sodass der Blutzucker viel präziser reguliert werden kann.

Auch moderne Systeme ersetzen das Kohlenhydratzählen nicht

Die technologischen Fortschritte der vergangenen Jahrzehnte haben die Diabetestherapie wesentlich verbessert. Moderne Glukosesensoren sind heute sehr klein, haften zuverlässig und müssen teilweise nicht einmal mehr kalibriert werden. «Eine Insulintherapie beginnen wir häufig mit einem Sensor», erläuterte der Experte. Welcher Sensor am besten geeignet sei, müsse jedoch individuell entschieden werden. «Ist die Abweichung zwischen geschätztem und gemessenem HbA_1c zu gross, empfehle ich einen Sensor, der kalibriert werden kann», so Lehmann. Auf den Glukosesensor folgt in der Regel die Insulinpumpe – heute nahezu immer im Rahmen einer sensorgestützten Pumpentherapie. Dabei werden inzwischen bevorzugt sogenannte Hybrid-Closed-Loop-Systeme eingesetzt.

Früher musste die Basalrate einer Insulinpumpe stündlich manuell programmiert werden. Moderne Pumpensysteme arbeiten dagegen weitgehend halbautomatisch: Sie passen die Basalinsulinabgabe kontinuierlich an die gemessenen Blutzuckerwerte an und geben bei Bedarf selbstständig Korrekturboli ab.

Aktuelle Systeme verfügen dabei über mehrere Funktionen: zum einen beispielsweise die klassische Basal- und Bolusabgabe, zum anderen auch die intelligente Steuerung des postprandialen Blutzuckers («BolusExpert»). Hinzu kommen erweiterte Technologien wie die kontinuierliche Glukosemessung (CGM) sowie sensorgestützte Pumpensysteme.

«Trotz aller technischen Unterstützung ist es jedoch entscheidend, dass die Patientinnen und Patienten wissen, wie viele Kohlenhydrate sie zu sich nehmen», betonte Lehmann (Abb. 1). «Denn sonst können sie die Pumpe nicht bedienen.»

Die Kohlenhydratmenge der jeweiligen Mahlzeit muss weiterhin manuell eingegeben werden, während der Algorithmus den hinterlegten Korrekturfaktor für automatische Anpassungen der Insulinabgabe verwendet. Veränderungen des Kohlenhydratfaktors beeinflussen unmittelbar die berechnete Insulinmenge. Da Insulin subkutan appliziert wird und daher verzögert wirkt, muss zudem der Zeitpunkt der Mahlzeiten möglichst genau angegeben werden, um postprandiale Blutzuckerspitzen zu vermeiden.

Insulinbedarf richtig berechnen: Kohlenhydrat- und Korrekturfaktor

Als Faustregel gilt: Eine 70kg schwere Person benötigt täglich etwa 50 Einheiten Insulin – ungefähr die Hälfte davon als Basalinsulin, die andere Hälfte als Bolusinsulin.

Der Kohlenhydratfaktor dient zur Berechnung des Mahlzeitenbolus. Er beschreibt, wie viele Gramm Kohlenhydrate durch eine Einheit Insulin abgedeckt werden können – in der Regel etwa 10g Kohlenhydrate pro Einheit Insulin. Der Korrekturfaktor wiederum gibt an, um wie viel eine Einheit Insulin den Blutzuckerspiegel senkt: tagsüber durchschnittlich um etwa 2mmol/l, nachts um etwa 4mmol/l.

«Es gibt zahlreiche Faktoren, die den Blutzuckerspiegel beeinflussen», erklärte der Experte. «Der Insulinbedarf ist deshalb jeden Tag und jede Nacht unterschiedlich.» Umso wichtiger sei es, die jeweils richtige Insulinmenge zu verabreichen. «Gerade dabei passieren jedoch häufig schwerwiegende Fehler», warnte Lehmann. Studien zeigen, dass etwa jede dritte Hyperglykämie nicht mit einem Korrekturbolus behandelt wird.¹ Zudem werden Korrekturboli in etwa jedem zweiten Fall falsch berechnet.² Fehlende oder ungenaue Korrekturboli führen häufig zu erhöhten HbA_1c-Werten und steigern das Risiko für Hyperglykämien.^1,3

«Durch konsequentes Kohlenhydratzählen lässt sich der Bolus möglichst präzise berechnen», so der Referent. Allerdings empfinden viele Betroffene das Abschätzen der Kohlenhydratmenge als belastend: Fast die Hälfte der Patientinnen und Patienten bezeichnet das Kohlenhydratzählen als lästig⁴ und knapp 60% schätzen die Menge nicht korrekt ein.⁵ Für den Experten besteht hier dringender Handlungsbedarf, denn Fehleinschätzungen können erhebliche Konsequenzen haben. Wird die Kohlenhydratmenge zu niedrig angesetzt, resultiert dies in fast 90% der Fälle in einer Hyperglykämie; eine Überschätzung führt dagegen in 63% der Fälle zu einer Hypoglykämie.⁶

Auswertung von Pumpen- und Sensordaten

Lehmann erläuterte im Anschluss die richtige Interpretation von Sensordaten. «Zunächst betrachten Sie den nächtlichen Glukoseverlauf und anschliessend die prä- und postprandialen Werte.» Letztere unmittelbar nach der Mahlzeit sowie nach einer und nach drei Stunden. «Unser Ziel ist, dass mindestens 70% der Werte im Zielbereich zwischen 3,9 und 10mmol/l liegen», betonte er. Dies stehe in engem Zusammenhang mit dem HbA_1c-Wert: Liegen 70% der Werte im Zielbereich, entspricht das meist einem HbA_1c von etwa 7,0%.

Ebenso wichtig sei die Beurteilung des Spritz-ess-Abstands: «Optimal sind etwa 30 Minuten, in der Schwangerschaft bis zu einer Stunde.» Darüber hinaus gelte es, auf die korrekte Festlegung von Kohlenhydrat- und Korrekturfaktoren, auf mögliche Hypoglykämien sowie auf die Zeit im Automodus zu achten.

Aktuelle Hybrid-Closed-Loop-Systeme: Tandem t:slim X2 und Medtronic 780G

Lehmann stellte ausserdem verschiedene moderne Hybrid-Closed-Loop-Systeme genauer vor. Bei der t:slim X2-Pumpe liegt der voreingestellte Blutzuckerzielbereich standardmässig bei 6,1mmol/l. Dieser Wert sowie die festgelegte Insulinwirkdauer von fünf Stunden können vom Nutzer nicht verändert werden. Weicht der Glukosewert innerhalb von 30 Minuten vom Zielbereich ab, passt das System automatisch die Basalrate an; zusätzlich kann maximal ein automatischer Korrekturbolus pro Stunde abgegeben werden. Für körperliche Aktivität lässt sich der Zielbereich anheben, im Schlafmodus dagegen enger einstellen. Zudem bietet die Pumpe die Möglichkeit eines verzögerten Bolus, beispielsweise in einem Verhältnis von 40:60, wobei 40% der Insulindosis sofort und die restlichen 60% über zwei Stunden abgegeben werden.

Die Medtronic 780G erlaubt hingegen die Auswahl verschiedener voreingestellter Glukosezielwerte (5,5mmol/l, 6,1mmol/l oder 6,7mmol/l) sowie eine Anpassung der Insulinwirkdauer. «Ich empfehle meist eine Einstellung von zwei Stunden», so der Experte. Auch dieses System korrigiert erhöhte Blutzuckerwerte automatisch und kann mehrmals pro Stunde Korrekturboli abgeben. Ein verzögerter Bolus ist im Automodus allerdings nicht möglich. Der zugehörige Sensor muss nur bei der Erstinbetriebnahme kalibriert werden; der Guardian Sensor 4 benötigt überhaupt keine Kalibrierung mehr. «Allerdings steht dieser bislang noch nicht allen Patientinnen und Patienten zur Verfügung», merkte Lehmann an.

Für den Einsatz in der Schwangerschaft ist derzeit nur ein einziges Pumpensystem offiziell zugelassen: die Ypsopump mit CamAPS FX.

SmartGuard-Funktion und Smartpen-Systeme

Der Experte erläuterte zudem die neue «SmartGuard»-Funktion moderner Insulinpumpen, die Patientinnen und Patienten vor Hypoglykämien schützen soll: «Fällt der Blutzuckerspiegel ab, stoppt die Pumpe automatisch die Insulinabgabe. Erst wenn die Glukosewerte wieder ansteigen, wird erneut Insulin freigesetzt» (Abb. 2).

Darüber hinaus stellte er sog. Smartpen-Systeme in Kombination mit CGM vor. «Diese warnen bei rasch ansteigenden Glukosewerten, erinnern an vergessene Mahlzeitenboli und erkennen ausgeprägte Blutzuckerspitzen, für die sie entsprechende Korrekturdosen vorschlagen», so Lehmann. Zusätzlich erstellt das System einen umfassenden CareLink-Report, der sämtliche Blutzuckerwerte und abgegebenen Boli dokumentiert. Studien zeigen, dass sich mit diesen Systemen die Stoffwechseleinstellung verbessern lässt und die Zeit im Zielbereich auf bis zu 70% gesteigert werden kann.

Was vergüten die Krankenkassen?

Sensoren zur kontinuierlichen Glukosemessung verursachen Kosten von etwa 4.66 bis 11.70 Franken pro Tag, während für eine Insulinpumpe rund 10 Franken täglich anfallen. Für die Übernahme der Kosten für die Sensoren durch die Krankenkassen müssen jedoch bestimmte Voraussetzungen erfüllt sein, beispielsweise das Auftreten schwerer Hypoglykämien oder ein HbA_1c >8,0%. Die Kosten für Insulinpumpen werden hingegen in der Regel problemlos erstattet. «Die Krankenkassen übernehmen dabei jährliche Kosten von etwa 8000 bis 9000 Franken», so Lehmann.

Wie realistisch ist eine Heilung?

Bereits heute sind Inselzell- und Pankreastransplantationen möglich. Beide Verfahren erfordern allerdings eine lebenslange Immunsuppression, zudem stehen nur begrenzt Spenderorgane zur Verfügung. Perspektivisch könnte auch der Einsatz genetisch modifizierter Schweine-Inselzellen eine Option darstellen.

Für Menschen mit Typ-2-Diabetes könnten Stammzelltherapien künftig neue Behandlungsmöglichkeiten eröffnen, da hier – im Gegensatz zum Typ-1-Diabetes – keine autoimmune Zerstörung der Betazellen vorliegt. Diskutiert wird ausserdem die Regeneration körpereigener Betazellen als potenzieller therapeutischer Ansatz.

Beim Typ-1-Diabetes stellt jedoch insbesondere die zugrunde liegende Autoimmunerkrankung eine grosse Herausforderung dar. Neben dem Ersatz der Betazellen müsste auch die Autoimmunreaktion kontrolliert oder dauerhaft gestoppt werden. «Davon sind wir derzeit noch weit entfernt», betonte Lehmann. Als besonders vielversprechender Ansatz gilt jedoch langfristig die Entwicklung eines bioartifiziellen Pankreas.

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