インスリンポンプ

• ユーザーは、他のインスリン投与装置を使用した場合と比較して、生活の質（QOL）が向上したと報告している。QOLの改善は、1型糖尿病患者とインスリンを必要とする2型糖尿病患者で報告されている。^{[ 1 ]}
• 基礎インスリンとして速効型インスリンを使用することで、以前は遅効型インスリンで血糖値をコントロールするために必要だった、構造化された食事と運動の計画から比較的自由になれる。^{[ 2 ]}
• プログラム可能な基礎インスリン投与量により、1日のさまざまな時間帯に異なる量のインスリンをスケジュールに基づいて投与することが可能になります。これは、特に暁現象などの事象を制御するのに役立ち、夜間の低血糖イベントの回数と重症度を軽減します。 ^{[ 3 ]}
• 多くのユーザーは、インスリンポンプによるインスリンのボーラス投与は注射よりも便利で目立たないと感じている。^{[ 3 ] [ 4 ]}
• インスリンポンプを使用すると、注射器で注射するよりも正確な量のインスリンを投与できます。これにより、血糖値とヘモグロビンA1c値をより厳密にコントロールでき、糖尿病に関連する長期合併症のリスクを軽減できます。これは、1日に複数回注射する場合と比較して、長期的にコスト削減につながると予測されています。^{[ 5 ]}
• 多くの最新のインスリンポンプには、予想される炭水化物摂取量、血糖値、およびまだ活性のあるインスリンを考慮して、必要なボーラスインスリン量を計算する「ボーラスウィザード」が搭載されています。^{[ 6 ]}
• インスリンポンプは、履歴メニューを通じてインスリンの使用記録を提供できます。多くのインスリンポンプでは、この履歴をコンピュータにアップロードしてグラフ化し、傾向分析を行うことができます。^{[ 7 ]}
• 神経障害は、通常の治療に抵抗性を示す糖尿病の厄介な合併症です。インスリンポンプの使用により、抵抗性の神経障害性疼痛が軽減または完全に消失したという報告があります。^{[ 8 ]}
• 2型糖尿病におけるインスリンポンプの使用に関する最近の研究では、HbA1c、性機能、神経痛の著しい改善が示されています。^{[ 9 ]}

インスリンポンプ、カートリッジ、および注入セットは、インスリン注射に使用する注射器よりもはるかに高価になる場合があり、インスリンポンプの中には 6,000 ドルを超えるものもあり、必要な消耗品は 300 ドルを超える場合があります。^{[ 3 ]}インスリンポンプを使用するもう 1 つの欠点は、ポンプが故障した場合に糖尿病性ケトアシドーシスを発症するリスクが高くなることです。 ^{[ 3 ]}これは、ポンプのバッテリーが放電した場合、熱にさらされてインスリンが不活性化した場合、インスリン貯蔵部が空になった場合、チューブが緩んでインスリンが注入されずに漏れた場合、またはカニューレが体内で曲がったりねじれたりして送達が妨げられた場合に発生する可能性があります。^{[ 3 ]}そのため、ポンプ使用者は通常、インスリン送達の有効性を評価するために、より頻繁に血糖値をモニタリングします。

• インスリンポンプはほとんどの時間装着する必要があるため、ポンプ使用者は、激しいスポーツや水泳などのポンプを損傷する可能性のある活動に参加する際に、適切な対策を講じる必要があります。ポンプ（および注入セットのチューブ）を常に装着していることが、不快であったり、扱いにくいと感じる使用者もいるかもしれません。
• インスリンポンプが故障し、交換品が入手可能になるまで1日に複数回の注射を繰り返さなければならない可能性はあります。しかし、ほとんどのポンプメーカーは、24時間以内に新しいポンプをユーザーに届けるプログラムを提供しているか、少額の手数料で予備のポンプを2台購入できるサービスを提供しています。
• 挿入したカニューレの周囲に瘢痕組織が蓄積し、カニューレ除去後に皮膚の下に硬いしこりができることがあります。瘢痕組織は治癒が遅いため、長年ポンプを装着し、注入部位を変え続けると、ポンプを装着できる適切な部位が不足し始めます。さらに、瘢痕組織が蓄積した部位は一般的にインスリン感受性が低下し、基礎インスリン量やボーラス量に影響を与える可能性があります。極端な場合、インスリン投与が血糖値を下げる効果がほとんど、あるいは全く見られなくなり、注入部位を変更せざるを得なくなることもあります。
• 輸液セットの裏面に貼られた粘着剤により、アレルギー反応やその他の皮膚刺激が生じる場合があります。症状は個人差があり、ポンプの製造元や使用する輸液セットの種類によっても異なります。
• ポンプを使用するには、より多くのインスリンが必要になる場合があります。ポンプのリザーバーへの補充、チューブへの充填、または注入部位の変更の際に、多くのインスリンが無駄になる可能性があります。これは、処方や投与量に関する情報に影響を与える可能性があります。
• 2025年2月、FDAは、重要な安全警告をスマートフォンで配信するインスリンの安全性に関する懸念について患者に警告を発した。これは、技術的な設定の問題により警告を見逃している人がいるという報告があったためである。^{[ 10 ]}
• 飛行機に乗っていると、機内の気圧の変化により、特定のポンプでインスリンの投与量が不足したり過剰になったりすることがあり、インスリンポンプ使用者は予期せぬ低血糖や高血糖のリスクにさらされる。^{[ 11 ]}

インスリンポンプの使用が増加している理由は以下のとおりです。

• 集中インスリン療法を受けている患者にとって、複数回のインスリン注射を容易に投与できる。
• 非常に小さなボーラスを正確に投与できるため、乳幼児に有効です。
• 長期合併症の発生率を減少させるという利点から、医師や保険会社の間で支持が高まっている。
• 血糖値測定の改良。新しい測定器は必要な血液量が少なく、指への穿刺も小さく痛みも軽減されています。また、これらの測定器は、最も一般的な検査において代替部位での測定にも対応しており、ほぼ痛みのない検査が可能です。

初期の学術的および商業的な取り組みと並行して、1970年代後半から1980年代前半にかけて、サンディア国立研究所はニューメキシコ大学医学部と共同で、埋め込み型インスリン投与システムの重要な開発を行った。この研究は、人間の膵臓の生理機能をより忠実に再現することを目的とした、電子制御式で遠隔プログラミング可能なインスリン注入システムの設計に焦点を当てていた。^{[ 16 ]}

サンディア国立研究所とニューメキシコ大学のシステムは、以前の外部インスリンポンプをベースに構築され、精密な流量制御やプログラム可能な投与速度など、高信頼性システムから派生した工学的手法を取り入れた。この埋め込み型デバイスは動物モデルで試験され、その後1981年1月からヒト患者への埋め込みが開始され、1982年初頭には追加の埋め込みが報告された。^{[ 16 ]}

このシステムへの主要な技術的貢献は、サンディア国立研究所の学際的なチームによってなされ、その中には、埋め込み型で遠隔プログラミング可能なインスリン注入システムの設計と動作を説明する基礎的な技術レポートを共同執筆したゲイリー・A・カールソン、レイモンド・E・ベア、ジョン・I・ガオナ・ジュニア、ジェリー・T・ラブ、ルーベン・S・ウレンダが含まれる。^{[ 17 ]}

サンディア国立研究所とニューメキシコ大学の共同研究メンバーによるインスリン送達システムに関する以前の工学的研究も査読付き文献で説明されており、流量制御、プログラマビリティ、信頼性などのシステム設計上の考慮事項の分析も含まれている。^{[ 20 ]}

関連する査読済みの臨床研究では、サンディア国立研究所のエンジニアとニューメキシコ大学の臨床医の協力により、遠隔操作可能なインスリン投与システムのヒトへの短期的な埋め込みが成功したことが記録されている。^{[ 21 ]}

これらの取り組みは、埋め込み型インスリン投与システムの初期開発における重要な要素であり、学術研究や商業研究と並んで、生物医学機器技術の進歩における米国の国立研究所の役割を浮き彫りにしている。

インスリンポンプは、設計に新たな機能が追加されるにつれて「スマート化」が進んでいます。これらの機能により、インスリンボーラス投与の手順が簡素化されます。

• 体内残存インスリン量：この計算は、ボーラス投与量、ボーラス投与完了からの経過時間、およびプログラム可能な代謝率に基づいて行われます。ポンプソフトウェアは、血流中に残存するインスリン量を推定し、ユーザーに通知します。これにより、前回のボーラス投与の効果が完全に消失する前に新たなボーラス投与を行うことが可能になり、高血糖に対する不必要な補正ボーラス投与による過剰反応を防ぐことができます。
• ボーラス計算機能：インスリンポンプのソフトウェアは、次のインスリンボーラスの投与量を計算することでユーザーをサポートします。ユーザーが摂取する炭水化物のグラム数を入力すると、ボーラス計算ウィザードが必要なインスリンの単位を計算します。最新の血糖値と体内のインスリン量を考慮して調整し、最適なインスリン投与量をユーザーに提示して承認・投与させます。
• カスタムアラーム：ポンプは特定の時間帯の活動を監視し、想定された活動が行われなかった場合にユーザーにアラームを発します。例えば、食事時のボーラス投与の忘れ、血糖値測定の忘れ、低血糖測定から15分後の再血糖値測定などが挙げられます。アラームはユーザーごとにカスタマイズ可能です。
• タッチボーラス：視覚障害のある方のために、ポンプのこのボタンを使用すると、ディスプレイを見ずにインスリンをボーラス投与できます。このボタンは、ビープ音または振動システムと連動して、ポンプ使用者にボーラス投与パラメータを確認します。この機能は、メーカーによって「タッチ」、「オーディオ」、「イージー」ボーラスなどと呼ばれています。この機能は、1990年代半ばから後半にかけて初めて導入されました。
• パソコンとのインターフェース：1990年代後半以降、ほとんどのインスリンポンプはパソコンと接続できるようになり、ポンプのプログラミングの管理や記録、ポンプからのデータのアップロードが可能になりました。これにより、記録管理が簡素化され、糖尿病管理ソフトウェアとの連携も可能になります。
• 血糖値測定器との連携：血糖値データをポンプに手動で入力することで、次のインスリンボーラス量を計算するボーラスウィザードをサポートできます。一部のポンプは、有線または無線周波数（RF）通信によるインスリンポンプと血糖値測定器間のインターフェースをサポートしています。
• 持続血糖モニタリングシステムとの統合：一部のインスリンポンプは、持続血糖モニタリングシステムまたはセンサーから得られた間質液グルコース値のディスプレイとして使用できます。^{[ 22 ]}

• インスリンポンプ技術と持続血糖モニタリングシステムを組み合わせると、血糖値のリアルタイム制御に有望な技術となる可能性がある。しかし、血糖値のフィードバックに基づいてインスリン投与量を自動的に制御する成熟したアルゴリズムは今のところ存在しない。ループが閉じると、このシステムは人工膵臓として機能する可能性がある。
• インスリンポンプは、プラムリンチド（商品名：シムリン、または合成アミリン）をインスリンと併用して投与するために使用されており、インスリン単独投与と比較して食後血糖コントロールの改善に効果がある。
• インスリンまたはグルカゴンのいずれかを注入するデュアルホルモンインスリンポンプ。低血糖の場合、グルカゴンが作動して血糖値を上昇させることができます。これは、グルコースセンサーの制御下にあるクローズドループシステムにおいて特に有用です。現在FDAの承認を目指して臨床試験中の人工膵臓は、この技術を念頭に置いて設計された最近開発されたデバイスです。^{[ 23 ]}
• 超速効インスリン。これらのインスリンは、現在入手可能なヒューマログ、ノボログ、アピドラよりも吸収が速く、ピークは約60分です。^{[ 24 ]}インスリンの吸収が速いと、理論的には食事との連携が良くなり、インスリン注入が中断された場合、高血糖からの回復が速くなります。バイオデルは超速効インスリンを開発中です^{[ 25 ]。}

インスリンポンプを使用している人は、ボーラスの形状を調整することで、速効型インスリンの作用プロファイルに影響を与えることができます。ユーザーはボーラスの形状をいろいろ試して、特定の食品に最適な形状を見つけることができます。つまり、ボーラスの形状を自分のニーズに合わせて調整することで、血糖コントロールを改善できるのです。

標準ボーラスとは、インスリンをボーラス開始時に全量注入する投与方法です。これは注射に最も近い投与方法です。スパイク状に注入することで、その種類のインスリンにおいて可能な限り最速のボーラス効果が得られます。標準ボーラスは、高炭水化物、低タンパク質、低脂肪の食事を摂る際に最も適しており、血糖値を速やかに正常値に戻すことができます。

延長ボーラスとは、インスリンを時間をかけてゆっくりと注入する方法です。「方形波」状にポンプを作動させることで、消化によって糖が血液中に吸収される前に、高用量のインスリンが血液中に一気に注入されて低血糖を引き起こすのを防ぎます。また、延長ボーラスは、インスリン単独の場合よりもはるかに長くインスリンの作用を持続させます。ステーキなどの高脂肪・高タンパク質の食事では、ボーラス投与開始後も長時間にわたって血糖値が上昇するため、延長ボーラスはこうした食事に適しています。さらに、胃不全麻痺やセリアック病など、消化が遅い人にも有効です。

コンビネーションボーラス／マルチウェーブボーラスとは、標準的なボーラススパイクと拡張ボーラス方形波を組み合わせたものです。この形状により、最初に大量のインスリンが投与され、その後、インスリン作用の持続時間も延長されます。コンビネーションボーラスは、ピザ、濃厚なクリームソースのパスタ、チョコレートケーキなど、炭水化物と脂肪分の多い食事に適しています。

スーパーボーラスとは、標準ボーラスの血糖値の急上昇を増強する方法です。ボーラスインスリンの血中作用は数時間持続するため、この間は基礎インスリンの投与を中止または減量することができます。これにより、基礎インスリンを「借りて」ボーラスの急上昇に組み込むことが可能になり、急上昇と基礎インスリンの投与を併用した場合よりも速い作用で同じ総インスリン量を投与できます。スーパーボーラスは、食後の血糖値の急上昇を引き起こす特定の食品（砂糖入りの朝食用シリアルなど）に有効です。ポンプによる投与で実際に達成できる最速のインスリン投与で、血糖値の急上昇を抑制します。

インスリンポンプの使用者は、ボーラス投与を手動で開始する責任があるため、食後高血糖を予防するインスリンポンプの能力を向上させるために、プレボーラス投与を行う機会が得られます。プレボーラスとは、摂取した炭水化物をカバーするために実際にインスリンが必要になる前に投与されるインスリンのことです。

プレボーラスが有効な状況は2つあります。

1. 食事前にインスリンをボーラス投与することで、高血糖食品の摂取による血糖値の急上昇を抑えることができます。ノボログやアピドラなどのインスリンアナログ製剤は、通常、投与後15分から20分で血糖値を下げ始めます。そのため、消化されやすい糖類は、投与されたインスリンが血糖値を抑制するよりもはるかに速く血流に到達し、結果として血糖値が急上昇します。食事の20分前にボーラス投与すれば、ボーラス投与されたインスリンが消化された糖類と同時に血流に到達し、血糖値の急上昇を抑えることができます。
2. 食前インスリン投与は、食前の血糖値が目標範囲を超えている場合に、食前インスリン投与と補正インスリン投与を兼ねることができます。インスリン投与のタイミングは、食事によって血糖値が再び上昇する前に血糖値を下げるための、制御可能な変数です。

同様に、低血糖や低GI食品を摂取した場合は、食事開始後にボーラス投与を行うのが最適かもしれません。血糖値、摂取した食品の種類、そして食事とインスリンに対する個人の反応によって、インスリンポンプによるボーラス投与の最適なタイミングは異なります。

基礎インスリンを一日を通して投与するパターンは、ポンプ使用者に合わせてカスタマイズすることも可能です。

• 乳幼児の低血糖を予防するため、夜間の基礎インスリン量を減らす。
• 思春期の成長ホルモンによる高血糖に対抗するため、夜間の基礎インスリン分泌量を増加させる。
• 成人および10代の若者における夜明け効果による高血糖を防ぐため、夜明け前に血糖値を上昇させる。
• 小学生の朝の体育の授業や高校生の放課後のバスケットボールの練習など、定期的な運動時間の前に、事前に計画を立てておく。

基礎インスリン必要量は、個人差や時間帯によって異なります。特定の時間帯における基礎インスリン投与量は、血糖値を定期的に測定しながら絶食することで決定されます。測定期間の前後4時間は、食事も追加インスリン投与も避けてください。測定中に血糖値が大きく変動した場合は、血糖値をほぼ一定に保つために、基礎インスリン投与量を増減させて調整することができます。

例えば、朝の基礎インスリン必要量を決定するには、朝食を抜く必要があります。起床後、昼食まで定期的に血糖値を測定します。血糖値の変化に応じて、朝の基礎インスリン量を調整します。このプロセスを数日間繰り返し、空腹時血糖値を比較的安定させる24時間基礎インスリンプロファイルを作成します。基礎インスリン量が空腹時の基礎インスリン必要量に合致すると、インスリンポンプ使用者は、週末に遅くまで寝たり、平日に残業したりするなど、食事を抜いたり遅らせたりする柔軟性を得ることができます。

インスリン必要量を変化させ、基礎インスリン投与量の調整が必要となる要因は数多く存在する。

• 1型糖尿病の診断後も続くβ細胞死（ハネムーン期）
• 成長期、特に思春期
• 体重増加または減少
• インスリン感受性に影響を与えるあらゆる薬物療法（例：コルチコステロイド）
• 食事、睡眠、運動の習慣の変化
• 高血糖のコントロールが悪化するたびに
• そして季節に応じて。

インスリンポンプを使用する人は、ポンプ療法を開始する前に、糖尿病治療の専門家から基礎インスリン注入量の決定方法について指導を受けるべきである。

基礎インスリンは速効型インスリンとして投与されるため、必要に応じて一時的な基礎インスリン投与量を調整することで、基礎インスリンの投与量を即座に増減できます。これが役立つ例としては、以下のようなものがあります。

• 長時間のドライブ中、乗客として乗車している場合、運動不足によりインスリンの必要量が変化することがあります。
• 長距離運転中は、低血糖のリスクを軽減するために、一時的に基礎インスリン投与量を低く設定することがあります。
• 自発的な運動やスポーツ活動中および活動後は、体がインスリンを必要とする量が少なくなる。
• 病気やストレス時には、インスリン抵抗性により基礎インスリン需要が増加します。
• 血中ケトン体が存在する場合、追加のインスリンが必要な場合。
• ラマダン、四旬節、ヨム・キプールなどの長期断食中は、基礎代謝量が低下する可能性があります。
• 月経中は、基礎インスリンを追加で投与する必要がある場合があります。