利用动态系统框架来量化胰岛素转换过程中的差距，以减少糖尿病酮症酸中毒的治疗并发症

《Scientific Reports》：Use of a dynamic systems framework to quantify the insulin transition gap to reduce treatment complications in diabetic ketoacidosis

　　

摘要

糖尿病酮症酸中毒（DKA）每年导致美国超过20万例成人住院治疗。尽管已有成熟的治疗方案，但医源性并发症仍然较为常见，其中5%–25%的病例会出现低血糖。从静脉注射胰岛素转为皮下注射胰岛素的过程中，特别容易发生反弹性酮症酸中毒，这是因为静脉注射胰岛素的清除速度较快，而皮下注射胰岛素的吸收速度较慢，两者在药代动力学上存在不匹配。我们建立了一个包含血浆葡萄糖、静脉注射胰岛素和皮下胰岛素储库动态的三室常微分方程模型。通过动态系统和维度分析，我们确定了决定DKA治疗时间的三个关键时间尺度：胰岛素快速清除时间（τI ≈ 5–10分钟）、葡萄糖下降时间（τG ≈ 60分钟）以及皮下胰岛素缓慢吸收时间（τS = 2–24小时）。这些时间尺度之间的差异反映了“胰岛素缺口”现象。对无量纲参数（此处更名为“单位胰岛素的葡萄糖处理效率”）的敏感性分析表明，该参数对达到血糖目标时间的影响最大，这可以解释患者在急性疾病期间对胰岛素需求量的个体差异。进一步通过改变生理胰岛素敏感性SI（0.5×–2×基线值）的实验分析，确认了这种异质性，导致达到血糖目标的时间范围波动了3.5倍（2.85–9.93小时）。这一动态系统框架重新确认了目前关于静脉注射胰岛素和皮下注射胰岛素需重叠使用的建议，并为两者使用的重叠时间和开始补充葡萄糖的阈值提供了定量指导。该模型得出的无量纲参数为治疗方案优化提供了基于时间轨迹的指标，也可帮助调整胰岛素剂量以适应胰岛素敏感性变化的患者。未来该模型还可与连续葡萄糖和酮体监测技术结合，用于实时风险分层。