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【最新研究】AI 使用葡萄糖监测数据预测和识别2型糖尿病的亚型<

发布时间2025-01-15

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  糖尿病长期以来被分为两类——1型糖尿病,通常出现在儿童时期,和2型糖尿病,一般与肥胖有关,通常在后期的生活中发展而成。但科学家们已经了解到,并非所有2型糖尿病患者都是一样的,有些患者的体重、发病年龄和其他特征也有所差异。

  2型糖尿病(T2D)影响全球超过5.37亿成年人。糖尿病和糖尿病前期是通过血糖升高来定义的,但潜在的生理学是复杂的,因人而异。传统上认为,患有T2D的人同时患有胰岛素抵抗(IR)和β细胞功能障碍。然而,已有研究表明患有糖尿病前期和早期T2D的人表现出不同程度的胰岛素抵抗和β细胞功能障碍,以及肠促胰岛素作用和肝葡萄糖调节的缺陷。T2D的这些生理基础在显性高血糖症发作之前就已经存在,但在专门的代谢研究单位之外很难识别。特别是,IR对于在显性高血糖症之前的阶段进行检测非常有用,因为它非常普遍,不仅会增加T2D的风险,还会增加心血管疾病(CD)、中风、高血压、非酒精性肝病和癌症的风险,并且在很大程度上可以通过减肥和体育活动等生活方式干预来逆转。

  斯坦福医学院为首的研究团队开发了一种基于人工智能(AI)的算法,该算法使用连续血糖监测仪的数据来解析四种最常见的2型糖尿病亚型中的三种。该研究的论文发表在Nature Biomedical Engineering 杂志上,第一作者Ahmed A. Metwally博士曾是斯坦福医学院的博士后学者,目前是谷歌的研究科学家。

  共同领导这项研究的斯坦福大学遗传学Michael P. Snyder教授说:“这是一种人们可以用来采取预防措施的工具。例如,如果水平引发糖尿病前期警告,饮食或运动习惯可以调整。”

  Snyder教授说,大约13%的美国人口,约4000万人,被诊断患有糖尿病,9800万人患有糖尿病前期,因此一种广泛使用的精确诊断细节的技术将有助于调整改善糖尿病护理方式。

  文章的共同通讯作者,斯坦福内分泌学教授、医学博士Tracey McLaughlin说:“大多数糖尿病患者患有2型糖尿病,但情况比这更复杂,导致这种情况的潜在生理因素也不同。”

  人们越来越多地将占所有糖尿病95%的2型糖尿病进行亚分类,以更好地了解患有其他相关疾病的风险,如心血管、肾脏、肝脏或眼部并发症,并确定个体糖尿病的潜在生理学。McLaughlin 教授说:“这很重要,因为根据你的药物类型,有些药物比其他药物效果更好。我们的目标是找到一种更容易获得的、按需的方式,让人们了解和改善他们的健康。”

  Snyder教授表示多年前,当得知自己处于糖尿病前期时,这项技术可能对他有用。他说:“当我发现自己正在患糖尿病时,我增加了肌肉量,这是帮助减少血液中糖分的常见方法之一,但没有效果。这是因为我传统上没有胰岛素抵抗。我的2型糖尿病源于一种称为β细胞缺乏症的疾病,这意味着产生胰岛素的细胞不能正常运作。”

  目前,诊断糖尿病仅基于血液中的葡萄糖水平,可以通过简单的抽血来进行。McLaughlin 教授说:“但这些测试对高血糖背后的生物学几乎没有揭示,了解其背后的生理学需要在研究环境中进行代谢测试,但这些测试既繁琐又昂贵,不适合在临床上使用。”

  然而,非处方的连续血糖监测仪可以检测高血糖,并收集有关其代谢生物学的更详细信息。

  胰岛素是胰腺中产生的一种激素,通过鼓励细胞吸收葡萄糖并将其用作能量来调节血液中的葡萄糖或糖水平。如果胰腺不能产生足够的胰岛素,即胰岛素缺乏,血糖就会升高。胰岛素抵抗是糖尿病的常见标志物,当细胞对胰岛素的信号没有反应时就会发生,这也会导致血糖升高。

  2型糖尿病也可能是由于肠促胰岛素分泌缺陷或肝脏胰岛素抵抗引起的,肠促胰岛素是进食后肠道释放的一种激素,可以刺激胰腺分泌胰岛素。这四种生理亚型的糖尿病可能对不同的治疗有反应。

  McLaughlin教授和Snyder教授想知道,像连续血糖监测仪这样的普通小工具是否可以产生与不同亚型糖尿病相关的隐藏信号的数据。将该设备安装在用户的上臂上,实时测量血糖水平的上升和下降。喝葡萄糖饮料的人通常会出现血糖飙升,但这些飙升的水平和模式因人而异。

  在一项针对54名参与者的研究中,其中21人患有糖尿病前期,33人健康,研究人员应用了一种人工智能算法来识别与不同亚型2型糖尿病相对应的峰值和低谷内的模式。

  McLaughlin说:“几十年来,人们一直在研究这一点,并发现了一些指示胰岛素抵抗或β细胞功能障碍的参数,这是糖尿病的主要驱动因素。但现在我们有了监测器,你可以对葡萄糖模式有更细致的了解,从而更准确地预测这些亚型,并且可以在家里完成。”

  与临床数据和代谢状况的其他生物标志物相比,该算法——无论是应用于连续葡萄糖监测数据还是应用于葡萄糖耐量试验后的抽血数据——都能比传统代谢试验更准确地预测代谢亚型,如胰岛素抵抗和β细胞缺乏症。该工具能够在大约90%的时间里正确检测和识别亚型。

  除了为糖尿病患者或糖尿病前期患者提供更高分辨率的数据外,使用该监测仪还有其他好处。McLaughlin说:“即使胰岛素抵抗的人没有患糖尿病,了解这一点仍然很重要,因为胰岛素抵抗是各种其他健康状况的危险因素,如心脏病和脂肪肝。”

  McLaughlin和Snyder计划继续在被诊断为2型糖尿病的人身上测试该算法,并希望该技术的广泛可用性将增加获得护理的机会,即使患者无法预约医生。

  McLaughlin说:“我们还将这项技术视为经济困难或地理位置偏远、无法获得医疗保健系统的人的宝贵医疗保健工具。”

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