Theoretical model of subcutaneous insulin kinetics control in the presence of lipodystrophic tissues

The lipodystrophic disease is characterized by an anomal fat distribution in a small area in the subcuteous tissue at the skin level. It can be distinguished in lipoatrophy, that provokes the (reduction of the lipidic cells) and lipohypertrophy (increasing of the lipidic cells that forms a small bulb in the skin). This study was amied at studing more approfonditely just this second category, due to the larger statistical impact on diabetic population. It was found that insulin injections in lipohypertrophic areas are more likely to be subjected to consistent insulin degradation and to the alteration of the time of maximum peak effect of the drug with respect to injection in normal adipose tissues. Existing insulin absorption models were analized and tested to model this alteration, through the fitting to three databases; it was decided to create a new model, expanding the existing ones. The new model was than tested and compared to the other one, obtaining significantly better results in the fitting of the three databases. Once the model was considered validated, it was inserted in an insulin-glucose patient model to validate also the results in terms of glycaemic values. In the end, a feedback control scheme was created in Simulink, controlled via a specifically designed MATLAB App, to test out a simple control strategy that could be possibly implemented in an Artificial Pancreas.

Con il termine lipodistrofia, si intende un tessuto sottocutaneo caratterizzato da una distribuzione anomala del grasso in una piccola area del tessuto stesso a livello della pelle. Si può distinguere tra lipoatrofia, che provoca la (riduzione delle cellule lipidiche) e lipoipertrofia (aumento delle cellule lipidiche che forma un piccolo bulbo nella pelle). Questo studio è stato finalizzato ad analizzare in modo più approfondito solo questa seconda categoria, a causa del maggiore impatto statistico sulla popolazione diabetica. È stato riscontrato che le iniezioni di insulina in aree lipoipertrofiche hanno maggiori probabilità di essere soggette a consistente degradazione dell'insulina e all'alterazione del tempo di massimo effetto di picco del farmaco rispetto all'iniezione nei tessuti adiposi normali. Gli attuali modelli di assorbimento dell'insulina sono stati analizzati e testati per modellare questa alterazione, attraverso il fitting di tre databases; si è deciso di creare un nuovo modello, ampliando quelli esistenti. Il nuovo modello è stato quindi testato e confrontato con i modelli esistenti, ottenendo risultati migliori nell'adattamento dei tre database. Una volta che il modello è stato considerato validato, questo è stato inserito in un modello insulina-glucosio, simulante il metabolismo del paziente diabetico, per validare i risultati anche in termini di valori glicemici. Alla fine, è stato creato uno schema di controllo di feedback in Simulink, controllato tramite un'app MATLAB appositamente progettata, per testare una semplice strategia di controllo che potrebbe essere eventualmente implementata in un pancreas artificiale.