پمپ انسولین هوشمند
ترکیب همزمان پایش قند خون و تزریق انسولین در افراد دیابتی، یکی از دستاوردهای پیشرفته در مدیریت دیابت است. این ترکیب معمولاً از طریق دستگاه‌هایی مانند پمپ‌های هوشمند انسولین یا پچ‌های دیابتی انجام می‌شود که به‌صورت خودکار، سطح قند خون را اندازه‌گیری و انسولین مورد نیاز را تزریق می‌کنند.
پمپ انسولین پوشیدنی، دستگاهی کوچک و بدون سیم است که روی پوست بیمار قرار می‌گیرد و ترکیبی از سیستم پایش مداوم قند خون و تزریق خودکار انسولین را ارائه می‌دهد. این سیستم بدون استفاده از لوله، مستقیماً روی پوست قرار می‌گیرد و انسولین را وارد بدن بیمار می‌کند.
این پمپ‌ها به دلیل طراحی کوچک و کم‌حجم خود، برای بیماران دیابتی بسیار راحت‌ترند. در این نوع پمپ‌ها، تمام اجزا مانند مخزن انسولین، پمپ، کاتتر و سیستم کنترل در یک دستگاه کوچک و یکپارچه قرار دارند که روی بدن چسبانده می‌شود. این دستگاه‌ها به‌طور یکپارچه، با هم کار می‌کنند تا قند خون را به‌صورت دائمی کنترل و در صورت نیاز، انسولین را تزریق کنند.
این نوآوری برای بسیاری از افراد دیابتی، به‌خصوص کسانی که نیاز به نظارت دقیق دارند، بسیار کمک‌کننده است. در ادامه، دربارة ساختار دقیق، مکانیزم‌های مکانیکی و الکتریکی و توضیحات فنی هر بخش از پچ پمپ انسولین توضیح می‌دهیم.
دیابت چیست؟
دیابت بیماری مزمنی است که در آن، بدن قادر به استفادة صحیح از گلوکز (قند خون) برای تولید انرژی نیست. این مشکل ناشی از کمبود انسولین یا عدم توانایی بدن در استفاده از انسولین است. انسولین هورمونی است که پانکراس آن را ترشح می‌کند و نقش مهمی در تنظیم سطح قند خون دارد.
وقتی که بدن نتواند انسولین کافی تولید کند، یا بهدرستی از آن استفاده کند، سطح قند خون افزایش می‌یابد و این می‌تواند بهمرور زمان، سبب آسیب به اعضای مختلف بدن شود. هورمون انسولین و گلوکاگون تنظیمکنندگان قند خون هستند؛ نقش گلوکاگون افزایش‌دادن قند خون و نقش انسولین کاهشدادن قند خون به کمک سازوکارهای مختلف است.
در دیابت، سرعت و توانایی بدن در استفاده و سوختوساز کامل گلوکز کاهش می‌یابد. ازاین‌رو، میزان قند خون افزایش می‌یابد که به آن، هیپرگلیسمی می‌گویند. وقتی این افزایش قند در درازمدت در بدن وجود داشته باشد، سبب تخریب رگ‌های بسیار ریز در بدن می‌شود که می‌تواند اعضای مختلف بدن همچون کلیه، چشم و اعصاب را درگیر کند.
اجزای اصلی پچ دیابتی
سیستم پمپ انسولین از اجزای اصلی زیر تشکیل شده است:
1. مخزن انسولین
مخزن، محفظه‌ای کوچک و یکپارچه است که انسولین را در خود نگه می‌دارد. این مخزن معمولاً حجمی بین 200 تا 300 واحد انسولین را نگهداری می‌کند و به‌طور مستقیم، به پمپ متصل است. ساختار از محفظة پلاستیکی یا پلیمری ساخته شده است که به‌طور مستقیم، به بخش پمپاژ و تزریق متصل می‌شود. این مخزن قابل تعویض یا قابل شارژ است و با انسولین پر می‌شود.
2. مکانیزم پمپاژ
مکانیزم پمپاژ در پچ انسولین، ممکن است به دو صورت عمل کند:
• پمپ‌های پیستونی: در این سیستم، استپر موتور الکتریکی، پیستون کوچکی را حرکت می‌دهد که انسولین را از مخزن بهسمت سوزن زیرجلدی هدایت می‌کند. ساختار آن شامل سیلندری کوچک و یک پیستون است که به‌طور مستقیم، به موتور الکتریکی متصل است. حرکت پیستون سبب انتقال انسولین از مخزن به بدن می‌شود.
• پمپ‌های میکروفلوئیدیک: برخی پمپ‌ها در پچ‌های مدرن، برای کنترل دقیق جریان انسولین، از مکانیزم میکروفلوئیدیک استفاده می‌کنند. این مکانیزم از کانال‌ها و منافذ بسیار کوچکی برای هدایت انسولین استفاده می‌کند. ساختار این پمپ‌ها شامل لوله‌های میکروسکوپی و محرک‌های الکتریکی کوچک (مانند پیزوالکتریک) است که به کنترل جریان بسیار دقیق انسولین کمک می‌کنند.
3. سوزن و کانولا
این بخش برای تزریق انسولین به بدن بیمار استفاده می‌شود. سوزن یا کانولا به‌صورت یکپارچه به پمپ پچ متصل است و از طریق مکانیزم خودکار، وارد پوست بیمار می‌شود. سوزن کوچک فلزی یا کانولای نرم پلاستیکی به‌صورت خودکار توسط پمپ، به عمق مناسبی زیر پوست وارد می‌شود. کانولا معمولاً زیرجلدی است و برای تزریق طولانی‌مدت استفاده می‌شود.
4. سیستم بدنة پچ
پمپ پچ روی پوست بیمار نصب می‌شود و برای ثابتماندن آن، از چسب مخصوص استفاده می‌شود. این چسب باید هم مقاوم و هم زیست‌سازگار باشد تا به مدت طولانی، بدون ایجاد حساسیت، روی پوست بماند. پچ شامل لایهای چسب ضدآب و ضدحساسیت است که به بدنة پلاستیکی پمپ متصل می‌شود و پمپ را به‌طور محکم، روی پوست نگه می‌دارد.
5. موتور الکتریکی
موتور الکتریکی بخش مهمی از مکانیزم پمپاژ است که حرکت پیستون یا محرک‌های میکروفلوئیدیک را کنترل می‌کند. معمولاً یک استپر موتور یا محرک پیزوالکتریک کوچک در پمپ‌های پچ استفاده می‌شود.
• استپر موتور: این نوع موتور بهدلیل قابلیت کنترل دقیق موقعیت و حرکت خود، برای تزریق دقیق انسولین به کار می‌رود. هر بار که موتور در یک مرحله می‌چرخد، مقدار کمی انسولین تزریق می‌شود.
• محرک‌های پیزوالکتریک: در سیستم‌های میکروفلوئیدیک، از مواد پیزوالکتریک استفاده می‌شود که با اعمال ولتاژ تغییر شکل می‌دهند و جریان بسیار دقیق انسولین را تنظیم می‌کنند.
6. مدار کنترل و پردازشگر
سیستم کنترلی پمپ پچ شامل پردازشگر کوچکی است که وظیفه کنترل دقیق عملکرد پمپ، موتور و زمان‌بندی تزریق انسولین را بر عهده دارد. این سیستم شامل بخش‌های زیر است:
• پردازشگر: این بخش وظیفة پردازش تمامی داده‌ها و اجرای برنامة تزریق انسولین را دارد. این پردازشگر براساس داده‌های ورودی از کاربر یا حسگرهای قند خون (در مدل‌های پیشرفته)، میزان انسولین تزریقی را تنظیم می‌کند.
• کنترل موتور: این بخش از مدار الکتریکی وظیفة کنترل استپر موتور یا محرک‌های میکروفلوئیدیک را بر عهده دارد. این مدار دستورهایی را که از پردازشگر دریافت می‌شود، به حرکت دقیق موتور ترجمه می‌کند.
7. ارتباطات بی‌سیم
پمپ‌های انسولین اغلب به سیستم‌های ارتباط بی‌سیم مانند بلوتوث یا رادیوفرکانسی مجهزند. این ویژگی به کاربران اجازه می‌دهد تا با استفاده از دستگاه کنترل از راه دور یا اپلیکیشن گوشی همراه، پمپ را مدیریت کنند. ساختار آنها شامل فرستنده و گیرنده بی‌سیم می‌شود که به پردازشگر متصل است و ارتباط بین پمپ و دستگاه کنترل از راه دور را فراهم می‌کند. این سیستم به کاربر اجازه می‌دهد تا دُز انسولین، زمان‌بندی تزریق و هشدارها را مشاهده و تنظیم کند.
8. منبع تغذیه
پمپ‌های پچ معمولاً برای تأمین انرژی موتور، مدار الکتریکی و سیستم‌های بی‌سیم، از باتری کوچک داخلی استفاده می‌کنند. باتری ممکن است قابل شارژ یا یک‌بارمصرف باشد.
9. رابط کاربری
در پمپ‌های پچ، رابط کاربری اغلب در دستگاه کنترل از راه دور یا اپلیکیشن موبایل قرار دارد. این رابط به کاربر اجازه می‌دهد تا تنظیمات پمپ را مشاهده کند و تغییر دهد و هشدارهای مختلف را بررسی کند. این سیستم شامل اپلیکیشن یا دستگاه کنترل با صفحه نمایش و دکمه‌های کنترلی است که از طریق ارتباط بی‌سیم، با پمپ ارتباط برقرار می‌کند.
مزایای پچ دیابتی
۱. کنترل دقیق‌تر قند خون: این سیستم‌ها به‌طور خودکار و دائمی قند خون را پایش می‌کنند. بنابراین، می‌توانند از نوسانات شدید قند خون جلوگیری کنند.
۲. آسایش بیشتر: بیماران، دیگر به تزریق مکرر انسولین یا پایش دستی قند خون نیازی ندارند. این موضوع به‌خصوص برای افرادی که زندگی پرمشغلهای دارند، بسیار مفید است.
3. کاهش هیپوگلیسمی و هیپرگلیسمی: این دستگاه‌ها با کنترل دقیق انسولین تزریقی، خطر افت شدید قند خون (هیپوگلیسمی) و افزایش شدید قند خون (هیپرگلیسمی) را به حداقل می‌رسانند.
۴. ارتباط با گوشی‌های هوشمند: بسیاری از پچ‌های دیابتی به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که به‌صورت بی‌سیم، به گوشی‌های هوشمند متصل شوند و بیماران می‌توانند سطح قند خون و دُز انسولین خود را از طریق اپلیکیشن پیگیری کنند.
عملکرد سیستم تزریق انسولین
سیستم تزریق انسولین به‌طور مداوم یا براساس نیازهای لحظه‌ای بدن، انسولین را به داخل جریان خون تزریق می‌کند تا سطح قند خون (گلوکز) در محدودة عادی باقی بماند.
مراحل عملکرد
۱. اندازه‌گیری سطح قند خون: این سیستم‌ها اغلب با سیستم‌های پایش مداوم قند خون یکپارچه‌اند. حسگر آنها، که به پوست بیمار متصل می‌شود، به‌طور مداوم سطح قند خون را اندازه‌گیری و داده‌ها را به دستگاه تزریق (پمپ یا پچ) ارسال می‌کند.
۲. محاسبة نیاز به انسولین: پس از اندازه‌گیری سطح قند خون، دستگاه با استفاده از الگوریتم‌های هوشمند یا برنامه‌ریزی دستی، میزان انسولین مورد نیاز بدن را محاسبه می‌کند. این الگوریتم‌ها معمولاً براساس شاخصه‌هایی مانند سطح قند خون، مقدار کربوهیدرات موجود در وعده‌های غذایی و فعالیت بدنی، میزان انسولین را تنظیم می‌کنند.
۳. تزریق انسولین:
o تزریق مداوم: سیستم به‌طور مداوم، مقدار کمی انسولین را در طول روز و شب تزریق می‌کند تا سطح پایة انسولین در بدن حفظ شود. این تزریق شبیه عملکرد طبیعی پانکراس در حالت استراحت است.
o تزریق بولوس (در زمان غذا یا افزایش قند): هنگامی که بیمار غذا می‌خورد یا سطح قند خون افزایش می‌یابد، دستگاه به‌صورت خودکار یا با درخواست کاربر، دُز اضافی انسولین (بولوس) را برای کاهش سریع قند خون تزریق می‌کند.
4. تحویل انسولین: انسولین از طریق کاتتر (لوله نازک) یا سوزن زیرپوستی، که به بدن متصل است، وارد جریان خون می‌شود. این لوله به مخزن انسولین در داخل دستگاه (پمپ یا پچ) متصل است که انسولین را به بدن منتقل می‌کند.
نرم‌افزار پمپ انسولین
نرم‌افزارها بخش مهمی از سیستم پمپ انسولین هستند که به بیمار و تیم درمانی کمک می‌کنند تا کنترل دقیقی بر عملکرد دستگاه و سطح قند خون داشته باشند. این نرم‌افزارها معمولاً از طریق بلوتوث یا وای‌فای با پمپ انسولین و حسگرهای پایش مداوم قند خون ، ارتباط برقرار می‌کنند.
هشدارها و اعلان‌ها: نرم‌افزارها می‌توانند هشدارهایی را برای شرایط مختلف ایجاد کنند؛ مانند: قند خون بسیار بالا یا بسیار پایین، کمبود انسولین در مخزن پمپ، مشکلات ارتباطی یا خطای فنی در پمپ. این هشدارها از طریق اپلیکیشن، به کاربر و حتی پزشک یا پرستار ارسال می‌شود تا در صورت نیاز، اقدامات مناسب صورت گیرد.
ثبت و تحلیل داده‌ها: نرم‌افزارها داده‌های تاریخی مربوط به سطح قند خون، میزان انسولین تزریقی و دیگر اطلاعات مرتبط با مدیریت دیابت را ثبت و ذخیره می‌کنند. این اطلاعات می‌تواند به بیماران و پزشکان کمک کند تا روندهای قند خون را تحلیل کنند و تنظیمات درمانی را بهبود بخشند.
کنترل از راه دور: برخی از پمپ‌های انسولین و نرم‌افزارهای مرتبط، به افراد یا تیم درمانی اجازه می‌دهند تا از راه دور پمپ انسولین را کنترل کنند. این ویژگی بهویژه برای کودکان یا افراد مسن، که ممکن است توانایی مدیریت پمپ را نداشته باشند، مفید است.
یکپارچگی با سیستم‌های دیگر: بسیاری از نرم‌افزارهای پمپ انسولین قابلیت یکپارچهشدن با دیگر دستگاه‌ها و ابزارهای مدیریت دیابت مانند گلوکومترها، ساعت‌های هوشمند و دستگاه‌های ردیابی فعالیت بدنی را دارند. این یکپارچگی باعث می‌شود تمام اطلاعات مرتبط با سلامت بیمار در یک سیستم، قابل دسترسی و مدیریت باشد.
بحث و نتیجه گیری
پچ دیابتی و ترکیب پایش مداوم قند خون با تزریق خودکار انسولین، انقلابی در مدیریت دیابت است. این فناوری به بیماران کمک می‌کند تا با کنترل بهتر و دقیق‌تر قند خون، زندگی سالم‌تری داشته باشند و از عوارض دیابت جلوگیری کنند. با پیشرفت فناوری، انتظار می‌رود که این دستگاه‌ها کوچکتر، هوشمندتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر شوند.
سیستم پمپ انسولین، که با نرم‌افزارهای پیشرفته کار می‌کند، ابزار قدرتمندی برای بهبود کنترل دیابت است. این سیستم‌ها با ترکیب فناوری‌های پایش مداوم قند خون و تنظیم هوشمند انسولین، کیفیت زندگی بیماران دیابتی را بهبود می‌بخشند و نیاز به دخالت‌های دستی را به حداقل می‌رسانند. این فناوری‌ها بهویژه برای بیماران دیابتی نوع یک، که به مدیریت دقیق انسولین نیاز دارند، بسیار کارآمدند.
در شمارة آینده، دربارة پچ هوشمند مصنوعی پانکراس، که ترکیبی از دو فناوری پیشرفته حسگر گلوکز میکروتیوبی و پمپ انسولین اولتراسونیک است، خواهیم خواند.
منبع
1. B. Kulzer, G. Freckmann, Patch Pumps: What Are the Advantages for People with Diabetes?, vol. 187, May 2022.
