„Teď jsem kyborg!“ hrdě prohlašuje Australan Liam Zabidi, mladý programátor, blockchain/fullstack inženýr a spisovatel, jak se představuje na stránkách svého . Na začátku srpna dokončil svůj DIY projekt na vytvoření nositelného zařízení, které bez skromnosti nazval „umělou slinivkou břišní“. Spíše se jedná o samoregulační inzulínovou pumpu a náš kyborg v některých aspektech svého výtvoru nešel po snadných cestách. Více o konceptu zařízení a open source technologiích, na které se spoléhal – dále v článku.
ilustrace kromě schématu zařízení vycházejí z
Diabetes pro dummies
Liam má diabetes 1. typu.
Pokud jde o to správné – slovo „diabetes“ označuje skupinu onemocnění s vysokým diuréza – vylučováním moči, ale podíl pacientů se skutečným diabetem (SD) je větší, a zkrácený název se neoficiálně usadil pro SD. Již ve středověku byla u většiny pacientů se SD zaznamenána přítomnost cukru v moči. Uplynulo dost času, než byl objeven hormon inzulin (který měl také být prvním v historii zcela sekvenovaným proteinem) a jeho role v patogenezi SD.
Inzulin je nejdůležitější hormon, který reguluje metabolismus mnoha látek, ale hlavní vliv má na metabolismus sacharidů, včetně „hlavního“ cukru – glukózy. Pro metabolismus glukózy v buňkách je inzulin, zjednodušeně řečeno, signální molekulou. Na povrchu buněk existují speciální inzulinové receptory. „Usazující“ se na nich inzulin vysílá signál k zahájení kaskády biochemických reakcí: buňka začíná aktivně transportovat glukózu dovnitř skrz svou membránu a zpracovávat ji uvnitř.
Proces výroby inzulínu lze přirovnat k práci dobrovolníků, kteří přišli bojovat s povodní. Úroveň inzulínu závisí na množství glukózy: čím je jí více — tím vyšší je celková úroveň inzulínu v reakci. Opakuji: důležitá je právě úroveň v tkáních, nikoli množství molekul, které je přímo úměrné glukóze, neboť inzulín se s glukózou sám nespojuje a nepoužívá se na její metabolismus, stejně jako dobrovolníci nepijí příchozí vodu, ale staví hráze určité výšky. A je nutné udržovat tuto určitou úroveň inzulínu na povrchu buněk, stejně jako výšku dočasných hrází na zatopených místech.
Je jasné, že pokud inzulín začne chybět, metabolismus glukózy se narušuje, neproniká do buněk, hromadí se v biologických tekutinách. To je patologén ez diabetu. Dříve existovala zmatená terminologie „inzulín-dependentní/neinzulín-dependentní diabetes“, ale správněji je to klasifikovat takto: diabetes 1. typu — to je fyzický nedostatek inzulínu (důvodem je nejčastěji smrt buněk slinivky břišní); diabetes 2. typu — to je snížení reakce organismu na hladinu vlastního inzulínu (všechny důvody nebyly doposud zcela objasněny a jsou rozmanité). 1. typ — dobrovolníků je málo a nestíhají stavět hráze; 2. typ — hráze jsou normální výšky, ale buď díravy, nebo postavené napříč.
Problém ruční regulace
Oba typy, jak se ukazuje, vedou k zvýšené úrovni glukózy mimo buňky — v krvi, moči, což má negativní vliv na celý organismus. Musíme žít a počítat a v injekční stříkačce a na talíři. Ale přece není možné neustále ručně regulovat to, co dělalo samo tělo. Člověk musí spát, a během spánku úroveň inzulínu stále klesá; člověk může kvůli každodenním okolnostem jíst včas — a pak mu klesne už cukr pod vlivem uměle udržované úrovně inzulínu. V podstatě se život ocitá v tunelu limitů úrovně glukózy, nad a pod kterými — je koma.
Částečným řešením tohoto problému se staly moderní přístroje, které nahradily injekční stříkačky — inzulinové pumpy. Tento přístroj využívá neustále zavedenou podkožní jehlu k automatickému dávkování inzulínu. Ale samotné pohodlné podávání nezaručuje správnou substituční inzulinovou terapii bez údajů o aktuální hladině glukózy. To je další bolest hlavy pro lékaře a biotechnology: expresní testy a správné předpovídání dynamiky hladin inzulínu a glukózy. Technicky to bylo realizováno ve formě systémů kontinuálního monitorování glukózy — CGM. To jsou různá zařízení, která nepřetržitě čtou data z podkožního senzoru. Tento způsob je méně traumatizující a atraktivnější pro uživatele než klasický , ale ten poslední je přesnější a doporučuje se používat, pokud se hladina cukru přesto výrazně "snížila" nebo se rychle mění v čase.
Mezistupněm v tomto systému je člověk — obvykle sám pacient. Ten reguluje dávkování inzulínu podle údajů z glukometru a očekávaného trendu — zda snědl něco sladkého nebo se chystá vynechat oběd. Ale na pozadí přesné elektroniky se člověk stává slabým článkem — co když během spánku zažije silnou hypoglykémii a ztratí vědomí? Nebo se nějak nepřiměřeně zachová, zapomene/vynechá/nesprávně nastaví zařízení, zvlášť pokud je ještě dítě? Na tyto případy se mnozí zamysleli nad vytvořením systémů s feedforward — aby zařízení pro podávání inzulínu reagovalo na výstupy ze senzorů glukózy.
Feedforward a open source
Ale hned se objevuje problém — na trhu je mnoho pump i glukometrů. Kromě toho jsou to všechno výkonné zařízení, která potřebují společný procesor a software, který jimi řídí.
Na webu Habra již vycházely články [, ] na téma integrace dvou přístrojů do jednoho systému. Kromě přidání třetího případu vám také řeknu něco o globálních projektech, které spojují úsilí nadšenců, kteří chtějí takové systémy sestavit sami.
Projekt OpenAPS (Open Artificial Pancreas System, svobodná umělá slinivka) založila Dana Lewis ze Seattlu. Na konci roku 2014 se, také diabetik 1. typu, rozhodla pro podobný experiment. Poté, co vyzkoušela a podrobně popsala své zařízení, nakonec otevřela , kde podrobně popisuje, jak si sám spojit svůj CGM-glukometr a pumpu, v různých variantách od různých výrobců, s potřebnými mezilehlými zařízeními, možnostmi softwaru na Githubu, a s množstvím dokumentace od rostoucí komunity uživatelů. Nejvýznamnějším aspektem, na který OpenAPS klade důraz, je "my vám poskytneme podrobné pokyny, ale všechno musíte udělat sami". Skutečnost je taková, že podobná činnost je na krok od vážných postihů ze strany FDA (americké Food and Drug Administration, pod jejíž jurisdikci spadají všechny léky a zdravotnické prostředky). A i když vás nemůže zakázat rozebírat certifikovaná zařízení a spojovat je do domácích systémů, abyste je použili na sobě, jakákoli snaha o pomoc vám to udělat nebo prodat bude přísně trestána. Druhý, ale neméně důležitý princip OpenAPS — bezpečnost domácího systému. Dokumentace ve formě a jasné, podrobné algoritmy se zaměřují právě na to, aby pacientovi pomohly, nikoli ublížily.
okno účtu Nightscout
Další projekt, , umožňuje uživatelům načítat data ze svých CGM zařízení do cloudového úložiště v reálném čase prostřednictvím chytrého telefonu, chytrých hodinek a dalších zařízení, a také si data prohlížet a zpracovávat. Projekt je zaměřen na maximální informativnost a uživatelské pohodlí použití dat, a také obsahuje podrobné návody, například, glukometrů se smartphony s různými operačními systémy a potřebným softwarem a mezilehlými transmitery.
Vizualizace dat je důležitá pro určení denních výkyvů hladiny glukózy na základě vašeho životního stylu a případné korekce chování a stravovacích návyků, k zobrazování dat v přehledné grafické formě na smartphonu nebo chytrých hodinách, k předpovídání trendů hladiny glukózy v blízké budoucnosti. Tyto údaje lze také zaznamenávat a zpracovávat softwarem OpenAPS. To právě využívá Liam ve svém projektu. Na KDPV článku jsou jeho osobní údaje z cloudové služby, kde fialová „vidlice“ vpravo představuje předpovídané hladiny glukózy, které predikuje OpenAPS.
Liamův projekt
O projektu lze podrobně číst v příslušném záznamu jeho blogu; já se pokusím o stručné a názorné shrnutí.
Hardware zahrnuje následující zařízení: inzulínovou pumpu Medtronic, kterou měl Liam původně; CGM (glukometr) FreeStyle Libre s NFC senzorem; k němu - vysílač MiaoMiao, který přenáší data z kožního NFC senzoru na smartphone přes Bluetooth; mikropočítač Intel Edison, který slouží jako procesor pro řízení celého systému pomocí Open APS; Explorer HAT – rádiový vysílač pro spojení posledně jmenovaného se smartphonem a pumpou.
Kruh se uzavřel.
Všechny hardwarové komponenty stály Liama 515 eur, s výjimkou pumpy, kterou měl dříve. Všechny zařízení objednával na Amazonu, včetně již vyřazeného modelu Edison. Také podkožní senzory pro CGM Libre jsou nákladným spotřebním materiálem – 70 eur za kus, který vydrží 14 dní.
Software: zaprvé, distribuce Linuxu Jubilinux pro Edison a poté instalace OpenAPS, se kterou se autor zařízení podle jeho slov potýkal. Dále – nastavení přenosu dat z CGM na smartphone a do cloudu, k čemuž musel licencovat osobní verzi aplikace xDrip (150 eur) a nastavit Nightscout – ten musel být prostřednictvím speciálních pluginů „propojen“ s OpenAPS. Také se objevily problémy s fungováním celého zařízení, ale komunitě Nightscout se podařilo Liama úspěšně podpořit při hledání chyb.
Samozřejmě se může zdát, že autor projekt zbytečně zkomplikoval. Dávno vyřazený Intel Edison byl Liamem zvolen jako „energeticky efektivnější než Raspberry Pi“. Licenční obtíže s operačním systémem Apple také přidaly problémy s náklady srovnatelnými s Android smartphony. Nicméně jeho zkušenosti jsou cenné a přispějí k mnoha podobným projektům DIY zařízení, jejichž cílem je za relativně nízké náklady výrazně zlepšit kvalitu života mnoha lidí. Lidé, kteří si stále více zvykají spoléhat na své vlastní schopnosti a dovednosti.
Liam přemýšlí o tom, jak mu SD 1. typu vzal svobodu, a zařízením, které vytvořil, je způsob, jak si vrátit psychologický komfort kontroly nad vlastním tělem. A kromě návratu k normálnímu životnímu stylu se vytvoření systému inzulínové pumpy s návratovou vazbou stalo pro něj silným prožitkem seberealizace. „Raději si udržím metabolismus pod kontrolou kódem v JS, než abych skončil v nemocnici,“ píše.
Zdroj: habr.com
