עברית  |  English  |  

 
להצטרפות לרשימת התפוצה הכנס את כתובת הדואר האלקטרוני שלך:
 שלח
 








מחלת הסוכרת:


לבלב מלאכותי שאמור לצאת לשוק השנה ומשנה פלאים את איכות החיים של חולי סוכרת.
מכשיר שמתפקד כמו איבר בגוף- אחת ההמצאות הכי גדולות של הרפואה לטעמי

מחלת סוכרת הנעורים (סוג 1) מהווה נטל על מליונים ברחבי העולם. היא דורשת ניטור מתמיד של התזונה ושל רמת הסוכר בדם ומאלצת את החולים להזריק לגופם אינסולין במשך כל שעות היממה כדי לפצות על תפקודו הלקוי של הלבלב אצל החולה.
במקרה של סוכרת מסוג 1 מערכת החיסון תוקפת את תאי הלבלב המכונים תאי בטא, האחראים על ייצור הורמון האינסולין שמווסת את רמות הסוכר בדם. מכיוון שהרס תאי הלבלב פירושו מחסור באינסולין, הטיפול בסוכרת מסוג זה הוא מתן אינסולין אקסוני המיוצר מחוץ לגוף.
במחקרים קליניים רבים הוכח כי איזון הדוק של רמות הסוכר בדם הקרובות לערכים הנמדדים אצל אנשים בריאים מגנות על החולים מפני סיבוכי סוכרת מיקרו ומקרו- וסקולריים ארוכי טווח.
בעבודה זו אסקור את פיתוחו של מכשיר המשמש כמעין "לבלב מלאכותי" (לבלב שכזה יוכל לתת מענה גם למחלת הסוכרת הנפוצה יותר, מסוג 2). ההורמונים שמייצר הלבלב החשובים לשליטה הגליקמית:

  1. אינסולין- מוריד את רמת הסוכר בדם.
  2. Amylin- מאט את העיכול ומאט את קצב הגלוקוז הנכנס לזרם הדם. באופן זמני מונע שחרור גלוקוגון.
  3. גלוקוגון- מעלה את רמת הסוכר בדם.
 
הבעיות והקשיים הניצבים בפני החולים:
 
החולים למעשה "משועבדים" לבדיקות החוזרות ונשנות של רמות הסוכר המלוות בהתאמת מינוני אינסולין מתאימים. הטיפול הוא מאבק בלתי פוסק בין היפרגליקמיה להיפוגליקמיה. מאחר שרמות הסוכר תלויות מאוד באכילה ופעילות, יש להתאים לכל אדם טיפול על פי אורח חייו. הטיפול שונה בין המצבים השונים. בסוכרת סוג 1 אין כלל תאי בטא ולכן הטיפול מבוסס לחלוטין על אינסולין מבחוץ, בעוד שבסוכרת סוג 2 ישנם תאי בטא שעדיין מתפקדים ולכן ניתן לבסס את הטיפול על תפקוד השיירי הזה. עם זאת, ככל שנמשכת המחלה, נהרסים יותר תאי בטא ולכן גם חולי סוכרת סוג 2 מגיעים לעתים קרובות לטיפול באינסולין.
חשוב להבהיר שגם במקרה של הלבלב המלאכותי קיים עדיין פער בין האינסולין המיוצר מחוץ לגוף לאינסולין שמיוצר בלבלב הדורש התאמות למשל:

  1. האינסולין המוזרק מנובא על פי מזון נמדד בעוד שבלבלב הוא פרופורציוני לרמות הגלוקוז בדם.
  2. האינסולין המוזרק מועבר מתחת לעור ולא ישירות למחזור הדם ולכן יש עיכוב עד תחילת ההשפעה (במקרה זה ניתן לתזמן את ההזרקה לזמן מסוים לפני הארוחה).
  3. האינסולים המלאכותי אינו כולל amylin  אשר יכול להפחית את הצורך באינסולין בכ 50%.
 
הפיתרון: הלבלב המלאכותי:
 
לפיכך נעשים בעולם הרפואי והתעשייתי מאמצים לייצר לבלב מלאכותי שהוא מערכת בקרה עצמאית שתפקח על רמות הסוכר בדם. המערכת האידיאלית הדרושה לפיתוח הלבלב המלאכותי היא מערכת סגורה המחקה את פעילות הלבלב הכוללת הפרשת אינסולין המותאמת לערכי הגלוקוז בדם ומאפשרת שמירה על ערכי גלוקוז הקרובים לערכים התקינים.
מערכת שכזו דורשת שלושה מרכיבים עיקריים, הקשורים ביניהם במערכת סגורה:  

  1. מערכת להזלפת אינסולין, המאחסנת ומשחררת אינסולין בצורה יעילה  ובטוחה אך ורק לפי צורך.   
  2. חיישן המודד בצורה רציפה ומדויקת את רמות הגלוקוז בדם.
  3.  מערכת בקרה מדויקת ובטיחותית, המווסתת את שחרור האינסולין בהתאם לערכי הגלוקוז בדם.                                      
הלבלב המלאכותי הוא מערכת לולאה סגורה (מערכת שנתונים על פעולתה נקלטים במשוב על־ידי המחשב, והוא יכול להגיב עליהם ללא התערבות אנושית( המכילה רק חומרים סינתתיים אשר מהווים תחליף ללבלב האנדוקריני. לבלב שכזה יכיל פונקציות של רכיבים משולבים שבאופן רציף יחושו את רמת הגלוקוז, יקבעו מינוני אינסולין מתאימים ויספקו את האינסולין.
מערכת שכזו תשמש בכדי ליצור שיווי משקל בין הגורמים השונים(תזונה, מתח, פעילות גופנית ועוד). כמו כן, על המערכת "להבין" את הקשר בין דם, רמות גלוקוז ומינון אינסולין, לפתח אלגוריתמים שישלטו במינון האינסולין, ותתאים לכל משתמש אינדיבידואלי על סמך תגובתו לפקטורים המשפיעים על גליקמיה.
רכיבים של לבלב מלאכותי מפותחים בימים אלה כגון: חיישני גלוקוז, משאבות אינסולין ותוכנת שליטה המחוברים כולם במערכת תקשורת אלחוטית. נכון להיום פותחו 7 סוגים של חיישני גלוקוז, 3 סוגים של מערכות אספקת אינסולין, 4 סוגים של אינסולין ו-4 אלגוריתמים. מנתונים אלו ניתן ליצור מאות צירופים של מערכות לולאה סגורה.
בצורתו הראשונית, הלבלב המלאכותי יכלול גם חומרה פנימית וגם חיצונית וישלוט באספקת אינסולין ראשונית אוטומטית, אך ידרוש התאמה ידנית בזמן הארוחות.
 
הבעיות העומדות בפני פיתוח:
 

  1. בעיות חיישן: ישנן מספר בעיות בפיתוח החיישן החל בבעיות כיול, עיקוב בין תנודות הגלוקוז לאספקת האינסולין, זיהום של החיישן וסיבוכים מקומיים נוספים. המטרה היא לפתח חיישן שיישאר מכוייל והעיקוב באספקת האינסולין יהיה קטן ככל שניתן.
  2. בעיות באספקת אינסולין: אחת הבעיות הינה המחסור במערכת מכנית שמדמה את הגירוי הגורם לשחרור אינסולין. בנוסף קיימות בעיות מקומיות ומערכתיות העלולות לגרום למינון שגוי של אינסולין.
  3. בעיות בקר: הבקר בלבלב המלאכותי הוא למעשה תוכנת אלגוריתם שקובעת את כמות האינסולין הדרושה. האלמנטים החסרים בבקרים הנמצאים בפיתוח: 1-מודל יציב שיכוללשמור על שיווי משקל מערכתי בסיטואציות שונות. 2- חוסר פיתרון פרקטי לכך שמערכות לולאה סגורות אינן מסוגלותמלטפל בהיפוגליקמיה. 3- פיתרון יעיל שיוכל להבדיל בין עליות חדות הנובעות מארוחה לכאלה שלא.
 
 
הלבלב המלאכותי של חברת Beta O2:
 
החברה, שפעלה עד לאחרונה בחשאי, פיתחה לבלב מלאכותי וסיימה באחרונה ניסוי מוצלח בבעלי חיים.
למעשה, בחברה מעוניינים לסלק את תופעות הלוואי המלוות את חולי הסוכרת ולאפשר להם לחיות כאדם בריא בעל רמות גלוקוז מאוזנות. השתל ייתר את הצורך להזריק אינסולין ולבצע מדידת גלוקוז כמה פעמים ביום. הוא ייתר את הצורך לשאת ולהחליף סטים של אינפוזיה ומשאבות אינסולין, וכן את הצורך בתכנון מוקדם מצד החולה באשר לכמות האינסולין שעליו ליטול בכל ארוחה.
שיפור האיזון של רמת הגלוקוז בדם, שייעשה באופן אוטומטי ומבוקר, יקטין את החשש מהסיבוכים הקשים של המחלה: עיוורון, קטיעות גפיים, מחלות כלי דם ולב והתקפי היפוגליקמיה הגורמים למוות בקרב 6% עד 10% מכלל חולי סוכרת הנעורים.
הלבלב המלאכותי מורכב מלוח ביולוגי אליפטי עשוי פולימר המכיל בסך הכל 2% מהתאים שנמצאים בלבלב רגיל. שאר התאים בלבלב הטבעי עוסקים בייצור אנזימים למערכת העיכול, פונקציה שבטא או.2 אינה מכלילה בלבלב שלה. התאים שעל הלבלב המלאכותי העוסקים בייצור אינסולין מסודרים בריכוזים של כדורונים זעירים בקוטר של 150 מיקרון, המכונים "איי לנגרנס" - תאים שנלקחו מתורמים אנושיים שנפטרו, מחזירים, ובעתיד גם מתאי גזע
בלבלב המלאכותי יכולים להימצא מאות אלפי "איים" המצופים בחומר ייחודי המגן עליהם מפני המערכת החיסונית, שהתקפותיה השגויות על הלבלב היא הגורם המרכזי לסוכרת. החולה מזריק אל המכשיר חמצן באמצעות מזרק מיוחד, אל מתחת לעור, היות שהלבלב המלאכותי עצמו אינו מתחבר אל מערכת הדם, אלא מושתל מתחת לעור באזור המותן והוא זקוק לחמצן כדי לפעול
ההשתלה של הלבלב המלאכותי אורכת 20 דקות בלבד בהרדמה מקומית, והיא אינה דורשת מהגוף לקלוט אותו, כיוון שהאיבר החדש אינו מחובר למחזור הדם אלא לנוזל הבין־תאי. הגלוקוז נכנס בתהליך של דיפוזיה אל התאים שבאיבר, ואילו האינסולין שנוצר בו יוצא ממנו בתהליך דומה.
 
 
 
לסיכום:
 
בעבודה זו סקרתי את פיתוחו של הלבלב המלאכותי. מטרתו של מכשיר זה הינו להקל על אורח חייהם של הסובלים ממחל הסוכרת סוג 1 ו-2.
היקפי המחלה בעולם המודרני הינם עצומים וממשיכים לגדול כמו גם הצורך במכשיר שכזה. סקרתי את מבנה המכשיר, תפקודו והמכשולים העומדים בפני פיתוח סופי. ראיתי לנכון לכתוב בקצרה על חברה אחת המפתחת לבלב מלאכותי. כמובן שקיימים פרמטרים נוספים כגון עלות עליהם לא הרחבתי יתר על המידה.
ראינו כי על המכשיר בעצם לתפקד באופן רציף ומסונכרן של מספר מערכות במקביל ומטבע הדברים אין הדבר פשוט, בעיקר עקב העובדה שתקלה מסוימת במכשיר, בתפקודו או בכיול יכולה לגרור סיבוכים רפואיים שאינם מבוטלים.
אין ספק שהמכשיר יקל משמעותית על הסובלים מהמחלה ויהווה למעשה עוד צעד עבורם בדרך לחיים נורמטיביים.
 
 
רשימת מקורות:
1. Shichiri M, Sakakida M, Nishida K, Shimoda S. Enhanced, simplified glucose sensors: long-term clinical application of wearable artificial endocrine pancreas
2. Freckmann G, Kalatz B, Pfeiffer B, Hoss U, Haug C. Recent advances in continuous glucose monitorin.
3. Chee F, Fernando TL, Savkin AV, van Heeden V. Expert PID control system for blood glucose control in critically ill patients.
4. The virtual site of beta O2 company: www.beta-o2.com             
 
 
עבודה במערכות פיזיולוגיות בגוף האדם
 
 
 
 
 
 
                                      מגיש: עידן אורן
                                     



 
               
 בחזרה למעלה  |  מפת אתר |  תקנון
           
נאוה דיקסטרה
האילנות 35 משרד 17 הרצליה 46312
טלפון: 054-4437374

לייבסיטי - בניית אתרים