1922年,胰岛素应用于临床。胰岛素为糖尿病的治疗带来革命性的改变,但其给药方式主要是多次皮下注射,这种给药方式给胰岛素的应用带来一些障碍,比如患者因为多次注射,增加了很多痛苦,而且长时间外出时,需要携带胰岛素和相应的消毒工具,很多患者因此减少了社交活动,给生活带来不便,也带来了一定的心理负担。而且这种给药方式,与人体生理的24h持续分泌胰岛素模式有很大差别,治疗效果也因此略显局限。能否找到一种使用方便、注射痛苦少、更接近生理的胰岛素给药方式,一直是糖尿病学医生和广大糖尿病患者急需解决的问题。
持续皮下胰岛素输注(continuous-subcutaneous insulin infusion,CSII,简称胰岛素泵)系统的出现切实解决了这一问题。此概念最早出现于1960年,它是由Arnoldkadish博士发明的一个可以连续输注胰岛素的装置。床旁式胰岛素输注系统是胰岛素泵的雏形,系统为一闭路式静脉胰岛素注射系统,这种系统是一个体积较大的砖形仪器,需要螺旋装置推进来调整胰岛素用量,使用起来很不方便,阻碍了糖尿病患者日常应用胰岛素。当时,仅用于酮症酸中毒和全腺切除后糖尿病的短期(1周左右)葡萄糖控制。距离日常应用仍有较大距离。
20世纪70年代初期,人们开始进行胰岛素理想输注设备的研究,Pickup于1978年推出了携带式胰岛素泵,由胰岛素储存器、马达、电池及胰岛素剂量选择和输入系统组成,储存器置于腹壁皮下层,可每隔数周更换1次。随后,Sukalac于1979年推出了开放式胰岛素泵。这两种胰岛素泵,技术上都有革新,但仍受输注精度、电池寿命等因素制约。1979年,Minimed公司的创始人兼首席执行官Al Mann教授在向外科医师讲解他最新的心脏起搏器时,一位高级心血管医师告诉他,严重的糖尿病对心脏的损害非常大,应该研究一下是否可以制造一种胰岛素泵。Al Mann教授马上联合美国宇航局和John Hopkins大学应用物理系组织起科研开发组,进行胰岛素泵的研究。借助原有的研发心脏起搏器的技术优势,随后不久,便开发出来更小巧,输注精度也有较大提高的胰岛素泵。之后,经过漫长的4年临床试验,于1983年,在ADA年会上,MiniMed公司介绍了它的第一台胰岛素泵,从此越来越多的医师和科研机构,开始专注于胰岛素泵技术的研发和推广,医师和患者也开始逐渐接受这个外观小巧、治疗方式上更接近生理胰腺的设备。
技术的革新永远没有止境。在胰岛素泵发展的同时,科研人员也开始关注胰岛素输注的管路,早期的管路,由于受到化工技术发展的制约,仍然普遍采用PVC塑料以及其他类似材料,这种材料确实很适合做耐用的医疗耗材,但也存在明显的缺陷,比如研究人员发现空气中的二氧化碳分子容易透过管壁进入的管路中,这会改变管路中胰岛素的pH,一方面造成胰岛素pH与人体生理环境的差别,不易被吸收,影响实际治疗效果,另一方面,改变了pH的胰岛素更容易在管路中形成结晶,从而容易发生管路的堵塞,而且胰岛素在流经管路时,容易附着在PVC的管壁上,从而造成实际到达体内发挥作用的胰岛素量比预期的少,影响了实际的治疗效果。科研人员为了解决这些问题,尝试了不同的材料,最终发现一种新型材料——聚烯烃,很好地避免了二氧化碳的通透和胰岛素的附着,并在此基础上,研发了新的管路——Polyfin。1986年,Polyfin管路正式上市,从而大大提高了胰岛素在管路中的稳定性,进一步提高了治疗效果。时至今日,这种管路仍大范围应用于临床。
尽管如此,胰岛素泵研发的脚步从未停止。1986年,可置入体内的胰岛素泵开始应用于人体。Christopher医师在John Hopkins医院进行了第一例埋置泵的手术。4年后,埋置泵在美国、法国广泛进行试验。1995年,获得了CE(欧洲统一认证)的批准在欧洲上市。
在20世纪90年代,DCCT研究结果显示,胰岛素强化治疗使1型糖尿病患者并发症平均延迟15.3年,寿命平均延长5.1年。从此人们逐渐意识到强化治疗给患者带来的巨大益处,同样令整个医学界欢欣鼓舞,更让患者看到了更光明的未来。DCCT研究中胰岛素强化治疗组应用的胰岛素泵治疗是强化治疗的主要手段,因此对胰岛素泵治疗的方法的认识和实践均达到一个新的阶段。
此后,胰岛素泵的研发也向更安全、更人性化的方向迈进。1994年,出现了带快速分离器的管路,从而解决了患者戴泵期间不能洗澡和做剧烈运动的尴尬。只要把快速分离器分开,他们就可以如正常人那样进行各种剧烈的运动。1996年,胰岛素泵增加了背景灯和声响大剂量的功能,为视力欠缺的患者提供了方便;在大剂量输注方面更增添了设置不同剂量的输注方式(例如,方波大剂量输注方式,即将餐前大剂量平均在一段设定的时间内进行输注,解决了那些需要长时间进餐或者胃消化功能有延迟的患者的问题),使胰岛素泵向更人性化、更符合生理要求的目标前进了一大步。同年,随着动态血糖监测技术取得重要进展,科研人员在“人工胰腺”、闭环泵的研制道路上实现重要突破,动态血糖监测仪从实验室进入临床实验阶段。
胰岛素泵在中国的普及速度也很快。20世纪90年代初期,开始有个别患者使用胰岛素泵。1998年,Minimed厂方正式进入中国市场,这一时期的胰岛素泵仍以英文界面为主。20世纪90年代末,韩国Sooil Development Co.,Ltd.生产的“丹纳”胰岛素泵进入中国,1999年瑞士Disetronic公司生产的“海创”牌胰岛素泵出现在我国市场。同样是在2003年,美敦力MiniMed公司推出了新一代智能化胰岛素泵Paradigm快易达512/712,该泵能与血糖仪进行无线传输,能够自动计算大剂量,意味着患者能够针对每次进餐,输注更科学合理的胰岛素剂量。也是在这一年,国内出现了第一台自主研发的胰岛素泵——北京鼎涛公司研发的圣唐Ⅲ胰岛素泵,功能类似于MINIMED公司的507C胰岛素泵,开创了国产胰岛素泵中文操作界面的先河。2004年韩国维凯胰岛素泵上市,在这一时期由英国史密斯集团制造的“戴而特”CoZmo胰岛素泵进入中国,但随着2008年史密斯公司退出全球胰岛素泵市场,戴尔特胰岛素泵也不再生产。目前在中国上市销售的有美敦力、丹纳、维凯、罗氏、微创、捷泵等胰岛素泵品牌。
在国外,目前已有的体外胰岛素泵可达到每5min接受1次来自血糖探头的血糖值,自动接收指血值并对探头进行校正,显示当前血糖值,绘制血糖趋势图,并具有低血糖和高血糖时报警功能,但尚不能自动根据血糖值计算胰岛素输注量,相信随着新材料和新技术的发展,一定会有更加智能化的胰岛素泵问世。
(高 鑫)
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