«Agora sou um ciborgue!» — afirma orgulhosamente o australiano Liam Zibidi, um jovem programador, engenheiro de blockchain/Fullstack e escritor, como ele se apresenta nas páginas de seu . No começo de agosto, ele completou seu projeto DIY de criar um dispositivo vestível, que ele sem falsa modéstia apelidou de «pâncreas artificial». Trata-se mais de uma bomba de insulina autorreguladora, e nosso ciborgue não tomou o caminho mais fácil em alguns aspectos de sua criação. Mais sobre o conceito do dispositivo e as tecnologias open source que ele utilizou — a seguir no artigo.
As ilustrações, exceto o esquema do dispositivo, foram retiradas do
Diabetes para leigos
Liam tem diabetes tipo 1.
Se for corretamente — a palavra «diabetes» refere-se a um grupo de doenças com aumento da diurese — excreção de urina, mas a proporção de pacientes com diabetes mellitus (DM) é maior, e a abreviação se popularizou para DM. Já na Idade Média, a maioria dos pacientes com DM apresentava a presença de açúcar na urina. Depois de muito tempo, foi descoberto o hormônio insulina (que também se tornaria a primeira proteína completamente sequenciada da história) e seu papel na patogenia do DM.
A insulina é o hormônio mais importante, que regula o metabolismo de diversas substâncias, mas sua principal influência é no metabolismo de carboidratos, incluindo o «principal» açúcar — a glicose. Para o metabolismo da glicose nas células, a insulina é, em termos simples, uma molécula sinalizadora. Na superfície das células existem moléculas-receptores especiais para a insulina. Ao «se conectar» a eles, a insulina sinaliza o início de uma cascata de reações bioquímicas: a célula começa a transportar ativamente a glicose para dentro através de sua membrana e a processá-la internamente.
O processo de produção de insulina pode ser comparado ao trabalho de voluntários que vieram combater uma inundação. O nível de insulina depende da quantidade de glicose: quanto mais glicose há, maior será o nível total de insulina em resposta. Reitero: o importante é o nível nos tecidos, e não a quantidade de moléculas, que é diretamente proporcional à glicose, uma vez que a insulina não se liga à glicose e não é consumida em seu metabolismo, assim como os voluntários não bebem a água que chega, mas constroem diques de determinada altura. É necessário manter esse nível específico de insulina na superfície das células, assim como a altura dos diques temporários em áreas alagadas.
É evidente que se a insulina começar a faltar, o metabolismo da glicose será afetado, não conseguindo entrar nas células, acumulando-se em fluidos biológicos. Esse é o patogênese do DM. Antigamente, havia uma terminologia confusa como "DM insulino-dependente/independente", mas é mais correto classificar da seguinte maneira: DM tipo 1 é a falta física de insulina (a causa, na maioria das vezes, é a morte das células do pâncreas); DM tipo 2 é a diminuição da resposta do corpo ao seu próprio nível de insulina (todas as causas não estão completamente esclarecidas e são diversas). Tipo 1 — os voluntários se tornaram poucos e não conseguem construir diques a tempo; tipo 2 — os diques têm altura normal, mas estão furados ou foram construídos de forma inadequada.
Problema da regulação manual
Ambos os tipos, como se torna claro, levam a um aumento do nível de glicose fora das células — no sangue, na urina, o que tem um impacto negativo em todo o organismo. É preciso viver contando e na seringa e no prato, respectivamente. Mas não se pode regular manualmente o que o próprio organismo fazia. A pessoa precisa dormir, e durante o sono o nível de insulina continua a cair; a pessoa pode, devido a circunstâncias do dia a dia, não comer a tempo — e então sua glicose já cairá sob a ação do nível de insulina mantido artificialmente. Na verdade, a vida se torna um túnel com limites de nível de glicose, acima e abaixo dos quais existe um coma.
Parcialmente, a solução para esse problema veio com os dispositivos modernos que substituíram as seringas - as bombas de insulina. Este é um aparelho que utiliza uma agulha subcutânea inserida continuamente para a administração automática e dosada de insulina. Mas a conveniência da administração sozinha não garante uma terapia de reposição de insulina correta sem dados sobre o nível atual de glicose. Este é outro desafio para médicos e biotecnólogos: testes rápidos e a previsão correta da dinâmica dos níveis de insulina e glicose. Isso passou a ser realizado tecnicamente na forma de sistemas de monitoramento contínuo de glicose - CGM. Esses são diversos dispositivos que leem continuamente os dados de um sensor inserido sob a pele. Esse método é menos invasivo e mais atraente para os usuários do que o clássico , mas o último é mais preciso e recomendado para uso, caso o nível de açúcar tenha caído drasticamente ou esteja mudando rapidamente ao longo do tempo.
O elo intermediário neste sistema é o ser humano - geralmente o próprio paciente. Ele regula a administração de insulina com base nos dados do glicosímetro e na tendência esperada - se ele comeu algo doce ou se está prestes a pular o almoço. Mas, realmente, em um cenário com eletrônica precisa, o ser humano se torna o elo frágil - e se durante a noite ele sofrer uma hipoglicemia severa e perder a consciência? Ou agir de maneira inadequada, esquecer/pular/configurar incorretamente o aparelho, especialmente se ainda for uma criança? Para tais casos, muitas pessoas pensaram na criação de sistemas com feedback - para que o dispositivo de administração de insulina se orientasse a partir das leituras dos sensores de glicose.
Feedback e open source
No entanto, logo surge o problema - há muitos tipos de bombas e glicosímetros no mercado. Além disso, todos esses dispositivos são executores, e eles necessitam de um processador comum e software que os gerencie.
No Habr, já foram publicados artigos [, ] sobre a integração de dois dispositivos em um único sistema. Além de adicionar um terceiro caso, falarei um pouco sobre projetos globais que reúnem os esforços de entusiastas que desejam montar sistemas semelhantes de forma independente.
O projeto OpenAPS (Open Artificial Pancreas System, pâncreas artificial livre) foi criado por Dana Lewis, de Seattle. No final de 2014, ela, também diabética tipo 1, decidiu realizar esse experimento. Após tentar e descrever detalhadamente seu dispositivo, ela acabou abrindo , onde é descrito como conectar seu CGM-glicômetro e bomba, com várias variações de diferentes fabricantes, junto com os dispositivos intermediários necessários, opções de software no Github e uma grande quantidade de documentação de uma comunidade de usuários em crescimento. O aspecto mais importante enfatizado pelo OpenAPS é que “nós vamos ajudá-lo com instruções detalhadas, mas você deve fazer tudo sozinho”. O fato é que esse tipo de atividade está a um passo de sérias sanções da FDA (Administração de Alimentos e Medicamentos dos EUA, que regula todos os medicamentos e dispositivos médicos). E, embora não possa proibir você de desconstruir dispositivos certificados e combiná-los em sistemas caseiros para uso próprio, qualquer tentativa de ajudá-lo a fazer isso ou de vender será severamente punida. A segunda ideia, não menos importante do OpenAPS, é a segurança do sistema caseiro. A documentação, em forma de e algoritmos claros e detalhados têm o objetivo de ajudar o paciente, não prejudicá-lo.
a janela da conta Nightscout
Outro projeto, , permite que os usuários carreguem dados de seus dispositivos CGM para um armazenamento em nuvem em tempo real através de smartphones, smartwatches e outros dispositivos, além de visualizar e processar os dados obtidos. O projeto visa o uso de dados da maneira mais informativa e conveniente possível e também contém guias detalhados, como de glicômetros com smartphones com diferentes sistemas operacionais e o software e transmissores intermediários necessários.
A visualização de dados é importante para identificar as variações diárias da glicose em seu estilo de vida e possíveis correções de comportamento e hábitos alimentares, para transmitir dados em um formato gráfico conveniente no smartphone ou smartwatch, para prever tendências dos níveis de glicose no futuro próximo, além de que esses dados podem ser lidos e processados pelo software OpenAPS. É isso que Liam utiliza em seu projeto. No log do artigo, estão seus dados pessoais de um serviço em nuvem, onde a 'barra roxa' à direita representa os níveis de glicose previstos, conforme predito pelo OpenAPS.
O Projeto de Liam
Você pode ler sobre o projeto em detalhes na entrada correspondente do seu blog, eu apenas tentarei resumir de forma mais esquemática e clara.
O hardware inclui os seguintes dispositivos: a bomba de insulina Medtronic, que Liam já possuía; o CGM (glicômetro) FreeStyle Libre com um sensor NFC; a isso se junta o transmissor MiaoMiao, que envia dados do sensor NFC cutâneo para o smartphone via Bluetooth; um microcomputador Intel Edison, como processador para gerenciar todo o sistema com o OpenAPS; e o Explorer HAT — um transmissor de rádio que conecta o último ao smartphone e à bomba.
O ciclo se fechou.
Toda a parte de hardware custou a Liam 515 euros, exceto pela bomba, que ele já tinha. Ele encomendou todos os itens na Amazon, inclusive o Edison, que foi descontinuado. Além disso, os sensores subcutâneos para o CGM Libre são um insumo caro — 70 euros cada, com duração de 14 dias.
Software: em primeiro lugar, a distribuição Linux Jubilinux para o Edison e, em seguida, a instalação do OpenAPS, com a qual, segundo o autor do dispositivo, ele teve dificuldades. Depois, a configuração da transmissão de dados do CGM para o smartphone e para a nuvem, para o que ele precisou licenciar uma versão personalizada do aplicativo xDrip (150 euros) e ajustar o Nightscout — este precisava ser 'casado' com o OpenAPS através de plugins especiais. Também surgiram problemas de funcionamento de todo o dispositivo, mas a comunidade Nightscout ajudou Liam a encontrar os bugs.
Claro, pode parecer que o autor complicou demais o projeto. O Intel Edison, que já foi descontinuado, foi escolhido por Liam como "mais eficiente em energia do que o Raspberry Pi". O sistema operacional da Apple também trouxe dificuldades com a licença de software e custos comparáveis a um smartphone com Android. No entanto, sua experiência é valiosa e contribuirá para muitos projetos semelhantes de dispositivos caseiros, que visam melhorar significativamente a qualidade de vida de muitas pessoas por um custo relativamente baixo. Pessoas que cada vez mais confiam em suas próprias habilidades e conhecimentos.
Liam reflete sobre como o SD de tipo 1 o tornou prisioneiro, e o dispositivo que criou é uma forma de recuperar o conforto psicológico de ter controle sobre seu próprio corpo. Além de recuperar um estilo de vida normal, a criação de um sistema de bomba de insulina com feedback se tornou uma poderosa experiência de autoexpressão para ele. "É melhor manter meu metabolismo sob controle com código em JS do que acabar no hospital" — ele escreve.
Fonte: habr.com
