Een diabetes-simulator voor multidisciplinaire educatie

Een diabetes-simulator voor multidisciplinaire
educatie
ir. I. Saadane, medisch ingenieur, dr. ir. C. van Pul, klinisch fysicus, H. van Vroenhoven,
research en diabetes verpleegkundige, N. de Bonth, diabetes verpleegkundige en
dr. H.R. Haak, internist
Samenvatting
De educatie van de diabetespatiënt en zijn behandelaar
speelt een belangrijke rol in de behandeling van diabetes. Een diabetessimulator kan helpen om zowel
zorgverleners als patiënten te trainen. AIDA is de
meest bekende diabetessimulator. Dit is een on-line,
educatief programma waarmee de invloed van insuline
en maaltijd op de bloedglucoseregulatie bij type 1-diabetespatiënten gesimuleerd wordt. Aangezien de meerderheid van onze patiënten type 2-diabetes heeft en er,
voor zover ons bekend, geen type 2-diabetessimulator
is, willen we een type 2-diabetessimulator ontwikkelen. Deze simulator wordt ontworpen volgens de
MASTER-methode. Deze methode bestaat uit drie
hoofdstappen: Training Needs Analysis (TNA), Training Program Design (TPD) en Training Media Specification (TMS). In dit artikel is de eerste stap voor het
ontwerp, Training Needs Analysis, beschreven.
Inleiding
Diabetes mellitus, in het vervolg diabetes genoemd,
is een stofwisselingsziekte die zich kenmerkt door
een verstoorde bloedglucoseregulatie. Dit wordt veroorzaakt door een onvoldoende aanmaak of werking
van insuline. Er zijn verschillende typen diabetes,
waarvan type 1- en type 2-diabetes de meest voorkomende zijn. Type 1-diabetes is een auto-immune
ziekte waarbij het lichaam antilichamen aanmaakt
die de insulineproducerende cellen (β-cellen) in de
alvleesklier aanvallen. Bij type 2-diabetes zijn de βcellen wel aanwezig, maar werkt de insuline minder
goed (insuline-resistentie) en wordt de insuline niet
adequaat (vertraagd) door de alvleesklier afgegeven.
Diabetes kan op lange termijn gepaard gaan met
complicaties in de vorm van beschadigingen van verschillende organen, zoals de ogen (retinopathie), de
nieren (nefropathie), de bloedvaten (artherosclerose)
en de zenuwbanen (neuropathie). Wanneer glucose
niet of onvoldoende in de cellen opgenomen kan
worden, stijgen de bloedglucosewaarden en treedt er
hyperglycemie op. Glucose kan reageren met verschillende eiwitten. Dit proces wordt glycosylering
genoemd en leidt tot de vorming van Advanced
Glycation End products (AGE’s). Deze ontstaan door
een niet enzymatische reactie tussen glucose en eiwitten. AGE’s vormen zich snel bij hyperglycemie en
geven aanleiding tot snellere verergering van de complicaties van diabetes1. Wanneer glycosylering optreedt van de hemoglobine wordt geglycosyleerd hemoglobine (HbA1c) gevormd. HbA1c wordt in de
kliniek veelvuldig gemeten als maatstaaf voor de glucose-instelling over de afgelopen drie maanden1. De
147
kwaliteit van de glucoseregulatie is een belangrijke
factor voor het ontstaan en de ernst van de complicaties: hoe slechter de bloedglucose geregeld is, hoe
groter de kans is op het ontstaan en verergeren van de
complicaties. Het is dus van groot belang dat diabetespatiënten een effectieve behandeling krijgen die
leidt tot een goede bloedglucoseregulatie.
Wereldwijd hebben 171 miljoen mensen diabetes.
Verwacht wordt dat dit aantal zal stijgen naar 366
miljoen in het jaar 20302. In Nederland hebben
426.000 mensen diabetes. Ook in ons land wordt een
stijging verwacht. In 2030 zullen 720.000 Nederlanders diabetes hebben3. Ongeveer 90% van de diabetes
patiënten heeft type 2 diabetes4.
De behandeling van diabetes bestaat uit een combinatie van dieet, insuline of medicijnen die de insulineproductie en/of de insulinegevoeligheid verhogen, beweging en emotionele controle. Het doel is een goede
glucoseregulatie te bewerkstelligen, waardoor de kans
op complicaties wordt verkleind. In de loop der jaren
is de behandeling van diabetes veranderd van een star
behandelregime naar een dynamische benadering,
waarbij zelfmanagement centraal staat5. Dit houdt in
dat de patiënten worden geacht zelf insuline te spuiten, rekening te houden met voedingsrichtlijnen, beweging en emoties en hun bloedglucose zelf te controleren. Ondanks intensieve poliklinische zorg en het
optimaliseren van de medische behandeling blijkt
zelfmanagement in de praktijk voor veel patiënten
lastig. Om de patiënten kennis en vaardigheden bij te
brengen die nodig zijn voor een adequate zelfzorg
wordt er gebruik gemaakt van zogenaamde diabeteseducatie, die in de praktijk gecoördineerd wordt door
diabetesverpleegkundigen. Diabeteseducatie gaat in
op het dagelijks omgaan met diabetes, zoals het prikken en bepalen van bloedglucose, het spuiten van insuline, het voorkomen van hypoglycemieën, het bepalen van de juiste voeding, omgaan met emoties en
beweging. Dit is een tijdrovend en continu leerproces.
Simulatoren kunnen helpen bij het opleiden van diabetesverpleegkundigen, algemene verpleegkundigen,
diëtisten, arts-assistenten, artsen maar ook de diabetespatiënten zelf. Deze simulatoren kunnen inzicht geven
in de invloed van medicatie, voeding, beweging, stress
en emotie op de bloedglucoseregulatie. Met behulp
van een dergelijk programma kan onmiddelijk worden
gezien wat het effect is van de behandeling (insuline
dosis, aanpassing dieet) en hoeft er niet zoals bij 'echte
patiënten' worden gewacht tot het volgende bezoek.
Daarnaast kan met behulp van een simulator worden
geëxperimenteerd in een veilige omgeving en zodoende fouten in de praktijk worden vermeden.
Medisch Journaal, jaargang 35, no. 3 2006
Doel
Deze studie heeft als doel het ontwikkelen van een
diabetessimulatieprogramma, waarmee verpleegkundigen, diëtisten, arts-assistenten, artsen maar ook de
diabetes patiënten kunnen worden getraind op het
regelen van de bloedglucose bij diabetes. Dit artikel
beschrijft de eerste stappen in de ontwikkeling van
dit simulatieprogramma.
Bestaande diabetessimulator: AIDA
De meest bekende en meest gebruikte diabetes simulator is AIDA6. AIDA is een educatief programma
waarmee de invloed van insuline (injecties) en koolhydraten uit de maaltijd op de bloedglucosespiegel
bij type 1-diabetespatiënten kan worden gesimuleerd.
Dit programma is on-line beschikbaar op het Internet
en is sinds de lancering daarvan in 1996 door ongeveer 661000 mensen gebruikt7. Met behulp van
AIDA kunnen de gebruikers experimenteren met het
regelen van de bloedglucose waarbij wordt benadrukt
dat het om een educatief programma gaat en niet
moet worden gebruikt om de bloedglucose werkelijk
te reguleren. Er worden verschillende case-scenario’s
van ontregelde patiënten aangeboden. Hierbij wordt
er bijvoorbeeld gevraagd de insulinedosis aan te passen zodat de patiënt een betere bloedglucoseregulatie
krijgt. De in te geven parameters zijn de toe te dienen
dosis insuline en de hoeveelheid ingenomen koolhydraten. Ook kunnen er verschillende soorten kortwerkende en langwerkende insuline gekozen worden.
Verder kunnen de cases aangepast worden door
wijzigingen aan te brengen in de nierfunctie en de insulinegevoeligheid in de lever en de periferie. In
figuur 1 is een voorbeeld van een bloedglucose signaal vóór en na het aanpassen van de insulinedosis
weergegeven. In deze figuur wordt ook de hoeveelheid ingenomen koolhydraten per maaltijd of snack
grafisch weergegeven. Het plasma-insulinesignaal en
de bijbehorende geïnjecteerde insulinedosis zoals die
er na de aanpassing uitzien worden in figuur 2 weergegeven.
AIDA model
Het AIDA programma is gebaseerd op een compartimentenmodel. Dit model beschrijft de pathofysiologie van type 1-diabetespatiënten, waarbij is aangenomen dat de patiënt zelf geen insuline aanmaakt en
dus alle insuline afkomstig is van subcutane injecties.
Het model bestaat uit één extracellulair glucosecompartiment, waarin glucose via darmabsorptie en
hepatische glucoseproductie binnenkomt. Glucose
wordt zowel door het centrale zenuwstelsel en de
rode bloedcellen als door de lever en de periferie gebruikt. Het eerste proces is insulineonafhankelijk, het
tweede is insulineafhankelijk. Het model bevat twee
gescheiden compartimenten voor insuline: plasmainsulinecompartiment en ‘actieve’ insulinecompartiment8. In figuur 3 is een schematische weergave van
het AIDA model weergegeven.
Evaluatie AIDA
In een studie van Tatti en Lehmann9 werd bij 24 type
1-diabetespatiënten aangetoond dat door het gebruik
van AIDA als educatie middel de HbA1c waarde
significant beter werd (van 7,2% naar 6,4%). Bij de
controlegroep daarentegen, waarbij gebruik werd gemaakt van klassieke educatiemiddelen zoals transparante sheets en PowerPoint presentaties, was geen
verandering in de HbA1c waarde waar te nemen. Ook
het aantal hypoglycemieën daalde bij de AIDA groep
van 31 naar 14, terwijl bij de controlegroep geen
significante verandering optrad. In deze studie werd
geconcludeerd dat AIDA kan worden gebruikt als
educatiemiddel: een betere educatie leidt tot een
verbetering van de bloedglucose regulatie bij type 1diabetespatiënten.
Figuur 1. Het gesimuleerde bloedglucosesignaal (een dag) en de ingenomen koolhydraten7. Deze casus gaat over een type 1-diabetespatiënt
met een normale nierfunctie en verhoogde insulinegevoeligheid in de lever en de periferie. Deze patiënt heeft hoge bloedglucosewaarden in
de nacht en lage bloedglucosewaarden in de ochtend (rond 10 uur). De bovenste lijn in de figuur geeft het oorspronkelijke bloedglucosesignaal weer. De grafiek daaronder geeft het gesimuleerde bloedglucosesignaal, na het aanpassen van de insulinedosis, weer. De hoeveelheid
ingenomen koolhydraten is grafisch weergegeven (balken) in de onderste grafiek.
Medisch Journaal, jaargang 35, no. 3 2006
148
Figuur 2. Het gesimuleerde plasma-insulinesignaal (1 dag) en de hoeveelheid gespoten insuline na de aanpassing7. Deze casus gaat over een
type 1-diabetespatiënt met een normale nierfunctie en verhoogde insulinegevoeligheid in de lever en de periferie. Deze patiënt heeft hoge
bloedglucosewaarden in de nacht en lage bloedglucosewaarden in de ochtend (rond 10 uur), zie figuur 1. De bovenste lijn in de figuur geeft
het oorspronkelijk gesimuleerde plasma-insulinesignaal weer. De grafiek daaronder geeft het gesimuleerde plasma-insulinesignaal, na het
aanpassen van de insulinedosis, weer. De hoeveelheid geïnjecteerde insuline is grafisch weergegeven (balken) in de onderste grafiek.
Op de afdeling interne geneeskunde van Máxima Medisch Centrum locatie Eindhoven is het gebruik van
AIDA getest. Een belangrijk knelpunt blijkt dat de
meeste insulinetypen die in AIDA staan niet meer in
Nederland worden gebruikt. De kortwerkende insulinetypen die in Nederland veel worden gebruikt
staan daarentegen niet in het programma. Daarnaast
blijkt AIDA gevoelig te zijn voor software fouten
(crashes); vooral bij veelvuldig veranderen van de
parameters kan dit tot foutieve waarden leiden. Verder is de userinterface van AIDA gebruiksonvriendelijk en wordt er tijdens de training geen feedback gegeven aan de trainee.
Aangezien de meerderheid van de diabetespatiënten
in onze kliniek type 2-diabetes heeft en gezien de
knelpunten die zich in AIDA voordoen, kan dit programma niet worden gebruikt als educatiesimulator
voor onze zorgverleners en diabetespatiënten. Daarom moet er een nieuwe diabetessimulator worden
ontwikkeld.
Methode nieuwe diabetes simulator
Voor het ontwerpen van een nieuwe diabetessimulator
is gebruik gemaakt van de MASTER-methode10. Deze
methode is ontwikkeld door de European Defence
Force en is gebaseerd op de specificatie van de simulator op grond van trainingseisen (Training Needs).
Hierbij moet er eerst worden geanalyseerd wat de
toekomstige leerlingen moeten gaan leren, voordat de
specificaties voor de trainingsimulator worden gedefinieerd. De MASTER-methode leidt de ontwerper
door drie opeenvolgende stappen:
1. Training Needs Analysis (TNA)
Hierbij worden de trainingseisen bepaald en beschreven aan de hand van trainingdoelen.
2. Training Program Design (TPD)
Bij deze stap worden de trainingsdoelen vertaald naar
trainingsinhoud en benodigdheden
149
3. Training Media Specification (TMS)
Bij de TMS wordt stap 2 vertaald naar de specificaties voor de simulator.
In dit artikel zal de eerste stap (TNA) van het ontwerp van de simulator worden beschreven. Daarnaast
zullen ook de klinische data die zullen worden gebruikt bij het ontwikkelen van de simulator worden
beschreven.
Training Needs Analysis
Bij deze stap van het ontwerp van de simulator wordt
eerst de missie van de training geformuleerd. Vervolgens worden de taken die tijdens de training moeten
worden uitgevoerd gedefinieerd. Daarna wordt de
doelgroep samengesteld en wordt de huidige kennis
van de toekomstige trainees bepaald (trainee analysis). Deze informatie is nodig om te bepalen of er een
training nodig is, en zo ja, welke type training er
moet worden gegeven. De laatste stap in de TNA is
het definiëren van de doelen van de training (training
analysis). Hierbij wordt bijvoorbeeld bepaald wat het
gewenste niveau is van de verschillende vaardigheden en competenties.
Figuur 3. Een schematische weergave van het AIDA model8. CNS:
central nervous system (centraal zenuwstelsel), RBC: rode bloedcellen.
Medisch Journaal, jaargang 35, no. 3 2006
Tabel 1. De geformuleerde taken, de doelgroep, de huidige kennis en het gewenste niveau van de vaardigheden en competenties.
De trainees
De taken
Diabetes
verpleekundige
Algemene
verpleegkundige
Huidig
Huidig
Gewenst
Gewenst
Kennis opdoen op het gebied van
diabetes, bloedglucoseregulatie bij
diabetici en diabetische complicaties
gevorderd gevorderd
basaal tot
gevorderd
basaal
Kiezen van de bloedglucosemeettechniek (continue/stick)
gevorderd gevorderd
geen
geen
Kiezen van de regulatiemethode
(insuline/tabletten)
gevorderd gevorderd
geen
geen
Meten van de bloedglucose
gevorderd gevorderd gevorderd gevorderd
Interpretatie van het bloedglucosesignaal
basaal tot
gevorderd
gevorderd
geen tot
basaal
Voorspellen van de invloed van
voeding, medicatie, beweging en
emoties op de bloedglucoseregulatie
basaal tot
gevorderd
gevorderd
Reageren op milde en acute
noodsituaties
basaal tot
gevorderd
gevorderd
1 Het
Huisarts
Huidig
Gewenst
basaal tot
gevorderd
gevorderd
basaal
basaal
basaal tot
gevorderd
gevorderd
Medisch
specialist
Huidig
Gewenst
basaal tot
gevorderd
gevorderd
Arts-assistent
Huidig
Gewenst
basaal
basaal
Patiënt
Huidig
Gewenst
geen tot basaal tot
gevorderd gevorderd1
basaal
basaal
geen
geen
geen
geen
basaal
gevorderd
geen
basaal
geen
geen
geen tot
basaal
basaal
basaal
basaal
geen
basaal
geen tot
gevorderd
gevorderd
basaal
basaal
gevorderd
basaal
gevorderd
geen
basaal
geen tot basaal tot
gevorderd gevorderd
geen tot
basaal
basaal
basaal
gevorderd
basaal
gevorderd
geen
basaal
geen tot basaal tot
gevorderd gevorderd
basaal
basaal
basaal
gevorderd
basaal
basaal
geen tot basaal tot
gevorderd gevorderd
basaal tot
gevorderd
gevorderd
gewenste niveau zal per patiënt verschillen en mede afhangen van de wens/mogelijkheden van de patiënt
Voor de nieuwe diabetes simulator wordt, volgens
deze methode, de volgende invulling gegeven aan het
ontwerp:
a. De missie van het ontwerp is het verkrijgen van
een adequate kennis over de invloed van voeding,
beweging, stress, emotie en medicatie op de bloedglucoseregulatie bij type 1- en type 2-diabetespatiënten. Voor zover ons bekend is, is er nog
geen type 2-diabetessimulator beschikbaar. Om
deze reden zullen we beginnen met het ontwikkelen van een type 2-diabetessimulator.
b. De taken die uitgevoerd moeten worden tijdens de
training zijn het verwerven van kennis op het gebied van diabetes, van bloedglucoseregulatie bij
diabetici en van diabetische complicaties; het kiezen van de bloedglucosemeettechniek; het kiezen
van de regulatie methode, hetzij met insuline, hetzij met tabletten; het meten van de bloedglucose;
de interpretatie van het bloedglucosesignaal; het
voorspellen van de invloed van voeding, medicatie,
beweging en stress op de bloedglucoseregulatie en
het reageren op milde en acute noodsituaties.
c. De trainee analyse. De doelgroep is als volgt samengesteld: diabetes verpleegkundigen, algemene
verpleegkundigen, huisartsen, medisch specialisten,
arts-assistenten en diabetes patiënten.
d. De training analyse. De huidige kennis en het gewenste niveau per groep en taak zijn weergegeven
in tabel 1.
Diabetes model
Na het ontwerpen van de simulator wordt een methode
gekozen om de glucose te simuleren. Dit kan op een
analytisch model zijn gebaseerd, bijvoorbeeld compartimenten model zoals bij AIDA6, of op een voorMedisch Journaal, jaargang 35, no. 3 2006
spellend algoritme. Ook een combinatie van beide is
mogelijk. Het nadeel van compartimentenmodellen is
dat niet alle complexe fysiologische processen erin
kunnen worden verwerkt. Dit komt doordat niet alle
processen in het lichaam zijn gedefinieerd en beschreven. Hierdoor kunnen belangrijke factoren die invloed
hebben op de bloedglucoseregulatie in het model ontbreken. Een alternatieve methode is een methode die
gebruik maakt van algoritmes. Bij deze methode wordt
op basis van klinische data een algoritme bepaald dat
de bloedglucose voorspelt, wanneer parameters zoals
insuline en koolhydraten worden ingegeven.
Klinische data
Met behulp van bijvoorbeeld het Continue Glucose
Monitoring System (CGMSTM) van Minimed11 kan er
bij diabetespatiënten een 72-uur bloedglucosesignaal
worden gemeten (figuur 4). Het CGMS systeem meet
iedere vijf minuten de gemiddelde bloedglucosewaarden door middel van elektrochemische detectie in het
interstitiële vocht van het onderhuidse vetweefsel van
de buik11. De patiënten bij wie dit signaal wordt gemeten, houden een diabetesdagboek bij. Hierin noteren ze de hoeveelheid ingenomen koolhydraten, de
dosis geïnjecteerde insuline, de mate van beweging
en de mate van stress en emotie. Met behulp van deze
informatie kan het bloedglucosesignaal worden geïnterpreteerd. Zo kan bijvoorbeeld het optreden van een
hoge bloedglucose waarde na het eten worden verklaard (figuur 4). De interpretatie van het bloedglucosesignaal is van groot belang bij de ontwikkeling van het algoritme. De klinische data zullen worden gebruikt voor de ontwikkeling en evaluatie van
het diabetes model en eventueel voor het definiëren
van de case-scenario’s.
150
Figuur 4. Een continu (72-uur) gemeten bloedglucosesignaal. Dit signaal is gemeten met behulp van de CGMS gedurende 4 dagen (voorbeeld
uit de klinische praktijk). De sensor wordt in het onderhuidse weefsel aangebracht (meestal in de buikstreek). Links boven in de figuur zijn
de sensor en het uitleessysteem weergegeven. Tijdens de meting heeft de patiënt de hoeveelheid ingenomen koolhydraten (groene balken) en
de geïnjecteerde dosis insuline (paarse balken) bijgehouden, zie groene en paarse balken in de figuur. De mate van beweging en stress heeft
deze patiënt niet genoteerd.
Resultaten
De resultaten zijn nog niet beschikbaar en zullen op
korte termijn volgen.
Conclusie
Een diabetessimulator is belangrijk voor het trainen
van de zorgverleners en de diabetespatiënten. Op de
markt is er geen goede diabetessimulator beschikbaar
voor type 2-diabetespatiënten. Aangezien ongeveer
90% van de diabetes patiënten type 2-diabetes heeft,
is er behoefte aan een goed type 2-diabetessimulator.
Deze studie heeft als doel het ontwikkelen van een
type 2-diabetessimulator en dit artikel beschrijft de
eerste stappen in de ontwikkeling van deze simulator.
De resultaten hiervan zullen op korte termijn volgen.
Dankbetuiging
Met dank aan Luísa Bastos, van het Instituto de Engenharia Biomedica
in Porto, en Charlotte Lommen, medisch ingenieur Máxima Medisch
Centrum Veldhoven voor hun hulp bij het ontwerpen van de diabetessimulator.
151
Literatuur
1.
Schalkwijk CG, van Hinsbergh VWM., Stehouwer CDA. De rol
van niet-enzymatische glycosyleringsproducten bij het disfunctioneren van het endotheel en het ontwikkelen van vasculaire complicaties bij diabetes mellitus. Ned Tijdschr Klin Chem 1998; 23:
187-192.
2. http://www.who.int/diabetes/facts/world_figures/en/
3. http://www.who.int/diabetes/facts/world_figures/en/index4.html
4. http://www.rivm.nl/vtv/object_document/o1259n17502.html
5. Keers JC, Bouma J, Links TP. Diabetes revalidatie: effecten en
toepassing van een multidisciplinair intensief educatie programma. Ned Tijdschr Diab 2004; 3: 68-74.
6. Reed K en Lehmann ED. Diabetes Website Review: www.2aida.
org. Diab Tech Ther 2005; 7: 741-754.
7. http://www.2aida.net/aida/index.shtml
8. Lehmann ED, Deutsch T, Carson ER, Sonksen PH. AIDA: an
interactive diabetes advisor. Comput Methods Programs Biomed
1994; 41: 183-203.
9. Tatti P en Lehmann ED. A prospective randomised-controlled pilot
study for evaluating the teaching utility of interactive educational
diabetes simulators. Diabetes Nutr Metab. 2003; 16: 7-23.
10. Farmer E, van Rooij J, Riemersma J, Jorna P, Moraal J. Handbook
of simulator-based training, Aldershot: Ashgate 1999.
11. CGMSTM Glucose Monitor, Minimed, 2002.
Medisch Journaal, jaargang 35, no. 3 2006