Simulación dinámica de la glucosa e insulina en pacientes con diabetes insulinodependientes

La diabetes mellitus tipo I es una enfermedad de salud pública cada vez más común entre la gente, que no necesariamente tiene sus orígenes en el paso genético entre generaciones. Como tal existe un desorden en los niveles normales de la glucosa en la sangre y su tratamiento médico actual más común e...

Full description

Autores:
Miles Pinto, Himer Alberto
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2010
Institución:
Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
Repositorio:
Repositorio UNAB
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/1558
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/20.500.12749/1558
Palabra clave:
Mechatronic Engineering
Blood glucose
Insulin-dependent diabetes mellitus
Mathematical models
Measurements
Simulation methods
Investigations
Analysis
Artificial organs
Procedures
Innovation
Ingeniería mecatrónica
Glucosa de la sangre
Diabetes mellitus insulino-dependiente
Modelos matemáticos
Mediciones
Métodos de simulación
Investigaciones
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Órganos artificiales
Procedimientos
Innovación
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description La diabetes mellitus tipo I es una enfermedad de salud pública cada vez más común entre la gente, que no necesariamente tiene sus orígenes en el paso genético entre generaciones. Como tal existe un desorden en los niveles normales de la glucosa en la sangre y su tratamiento médico actual más común es la aplicación de insulina al paciente de acuerdo a ciertas relaciones como el peso, la edad, hábitos alimenticios entre otros, este ajuste lo realiza el médico casi a prueba y error hasta encontrar el nivel adecuado para cada paciente así como su frecuencia de aplicación. Este método suele ser incomodo para los pacientes, puesto que una dosificación inadecuada produce daños en el cuerpo humano. En este proyecto se presenta el estado del arte en la investigación referente al control dinámico de la glucosa en la sangre empleando el método de dosificación de insulina para pacientes con diabetes insulinodependientes. Además se involucran 7 capítulos distribuidos de la siguiente forma. En el capitulo tres se presentan los conceptos básicos de la diabetes y las características fisiológicas para el metabolismo de la glucosa. Por otro lado en la quinta parte se describirá el modelo a utilizar para la simulación de la dinámica de la glucosa e insulina en pacientes con diabetes mellitus tipo I y se presenta un análisis de las propiedades fundamentales del sistema de ecuaciones diferenciales que forman el modelo. En el sexto capítulo se recopilan las características de las diferentes estrategias de control, para hacer la elección de aquella que arroje los mejores resultados de acuerdo a las necesidades del sistema. Alcanzando la parte final del sexto capítulo de este trabajo, se muestra la simulación de la dinámica de la glucosa e insulina por medio de una herramienta computacional (MATLAB). Finalmente, en la última parte del documento se propone el diseño de un sensor mínimamente invasivo que permite medir la concentración de glucosa en la sangre, mostrando los parámetros principales para su funcionamiento y construcción, teniendo en cuenta las consideraciones hechas en los capítulos anteriores y citando algunas recomendaciones en materia de construcción y monitorización de las señales, a fin de que la calidad del dispositivo se asemeje a la de productos que se encuentran en el mercado, logrando que el usuario perciba una agradable experiencia al utilizar el sensor. Adicionalmente se presenta un marco teórico para que el lector se familiarice con los términos aquí manejados.
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spelling Chío Cho, Nayibe9a9736d2-31b2-403f-990f-0ce127d9753cTibaduiza Burgos, Diego Alexander8c0323ee-1c23-479f-beb7-f330867419bcMiles Pinto, Himer Alberto2d7eea51-5b2d-44ba-b886-fadb6d1c3128Chío Cho, Nayibe [0000375918]Chío Cho, Nayibe [mModWy8AAAAJ&hl=es]Chío Cho, Nayibe [0000-0002-9459-4350]Chío Cho, Nayibe [Nayibe-Chio]Grupo de Investigación Control y Mecatrónica - GICYMGrupo de Investigaciones ClínicasChío Cho, Nayibe [nayibe-chío-cho]Chío Cho, Nayibe [nayibe-chio-cho-41a17724]2020-06-26T19:45:18Z2020-06-26T19:45:18Z2010http://hdl.handle.net/20.500.12749/1558instname:Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABreponame:Repositorio Institucional UNABLa diabetes mellitus tipo I es una enfermedad de salud pública cada vez más común entre la gente, que no necesariamente tiene sus orígenes en el paso genético entre generaciones. Como tal existe un desorden en los niveles normales de la glucosa en la sangre y su tratamiento médico actual más común es la aplicación de insulina al paciente de acuerdo a ciertas relaciones como el peso, la edad, hábitos alimenticios entre otros, este ajuste lo realiza el médico casi a prueba y error hasta encontrar el nivel adecuado para cada paciente así como su frecuencia de aplicación. Este método suele ser incomodo para los pacientes, puesto que una dosificación inadecuada produce daños en el cuerpo humano. En este proyecto se presenta el estado del arte en la investigación referente al control dinámico de la glucosa en la sangre empleando el método de dosificación de insulina para pacientes con diabetes insulinodependientes. Además se involucran 7 capítulos distribuidos de la siguiente forma. En el capitulo tres se presentan los conceptos básicos de la diabetes y las características fisiológicas para el metabolismo de la glucosa. Por otro lado en la quinta parte se describirá el modelo a utilizar para la simulación de la dinámica de la glucosa e insulina en pacientes con diabetes mellitus tipo I y se presenta un análisis de las propiedades fundamentales del sistema de ecuaciones diferenciales que forman el modelo. En el sexto capítulo se recopilan las características de las diferentes estrategias de control, para hacer la elección de aquella que arroje los mejores resultados de acuerdo a las necesidades del sistema. Alcanzando la parte final del sexto capítulo de este trabajo, se muestra la simulación de la dinámica de la glucosa e insulina por medio de una herramienta computacional (MATLAB). Finalmente, en la última parte del documento se propone el diseño de un sensor mínimamente invasivo que permite medir la concentración de glucosa en la sangre, mostrando los parámetros principales para su funcionamiento y construcción, teniendo en cuenta las consideraciones hechas en los capítulos anteriores y citando algunas recomendaciones en materia de construcción y monitorización de las señales, a fin de que la calidad del dispositivo se asemeje a la de productos que se encuentran en el mercado, logrando que el usuario perciba una agradable experiencia al utilizar el sensor. Adicionalmente se presenta un marco teórico para que el lector se familiarice con los términos aquí manejados.1. OBJETIVOS 7 2. INTRODUCCIÓN 8 3. MARCO TEÓRICO 11 3.1 DEFINICIÓN 11 3.2 PÁNCREAS 11 3.3 GLUCOSA 12 3.3.1 Función de la Glucosa: 12 3.4 TIPOS DE DIABETES 15 3.5 INSULINA 16 3.5.1 Tipos de Insulina 17 2.6. GLUCAGÓN 20 4. ESTUDIO DE MODELOS MATEMÁTICOS PROPUESTOS 22 4.1 MODELOS MATEMÁTICOS 22 4.1.1 Modelos Lineales 23 4.1.2 Análisis por compartimientos (Tomado de [23]) 23 4.1.3 Modelos No-lineales y Complejos 25 5. SELECCIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO DE LA DINÁMICA DE LA GLUCOSA Y LA INSULINA A UTILIZAR 28 5.1 DESCRIPCIÓN DEL MODELO MÍNIMO DE BERGMAN 29 5.1.1 Modelo mínimo de la glucosa 32 5.1.2 Modelo mínimo de la insulina 34 5.2 SIMULACIÓN DEL MODELO DE BERGMAN 35 5.3 LINEALIZACIÓN DEL MODELO DE BERGMAN 37 6. ESTRATEGIAS DE CONTROL 48 6.1 INTRODUCCIÓN 48 6.2 ESTRATEGIAS DE CONTROL COMUNES EN LA REGULACIÓN DE LA GLUCOSA 49 6.3 APLICACIÓN DE CONTROLADORES PID 53 6.3.1 Simulaciones de Controladores PID con primer método Ziegler-Nichols 58 6.3.2 Introducción al controlador PID 60 7. DISEÑO DE UN INSTRUMENTO PARA DETERMINAR LA CONCENTRACIÓN DE GLUCOSA EN LA SANGRE 66 7.1 TÉCNICAS DE MEDICIÓN 66 7.1.1 Técnicas invasivas 66 7.1.2 Técnicas mínimamente invasivas 68 7.1.3 Técnicas no invasivas 69 7.2 DISEÑO ELECTRÓNICO 70 7.2.1 Biosensores 71 7.2.2 Tira Reactiva (Biosensor Amperométrico) 73 7.2.3 Convertidor corriente-voltaje 75 7.2.4 Etapa de Filtrado y Amplificación 75 7.2.5 Conversión análogo-digital 77 7.2.6 Unidad de Control y Procesamiento de la Señal 78 7.2.7 Visualización 80 7.3 PROCEDIMIENTOS DE MEDICIÓN 80 7.4 DISEÑO MECATRÓNICO 81 7.5 CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS 82 7.5.1 Campo de medida (rango) 83 7.5.2 Alcance, fondo de escala 84 7.5.3 Salida a fondo de escala 84 7.5.4 Sensibilidad 85 7.5.5 Zona muerta 85 7.6 EVALUACIÓN DE LA RESPUESTA DINÁMICA Y ALGUNOS RESULTADOS 85 OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES 87PregradoThe diabetes mellitus type I is an illness increasingly more common among the people that does not necessarily have its origins in the genetic step among generations. As such a disorder in the normal levels of the glucose in the blood exists and its more common current medical processing is the application of insulin to patient according to certain relations as the weight, the age, alimentary habits among others, this adjustment carries out it the doctor almost to test and error until finding the adequate level for each patient as well as its frequency of application. This method is used to being I disturb for the patients since an inadequate dosage produces damages in the body of this. In this project the state of the art in the referring investigation is present to dynamic control of the glucose in the blood employing the insulin dosage method for patients with insulin-dependent diabetes. Additionally, this project will involve 7 chapters distributed as follows. In the third chapter presents the basic concepts of diabetes and the physiological characteristics for glucose metabolism. On the other hand, the fifth part will describe the model used to simulate the dynamics of glucose and insulin in patients with insulin-dependent diabetes and an analysis of the fundamental properties of the system of differential equations that form the model. In the sixth chapter compiles the characteristics of different control strategies, to make that choice that yields the best results according to the needs of the system. In the end of the sixth chapter of this paper, it presents the simulation of the dynamics of glucose and insulin by a software tool (MATLAB). Finally, in the latter part of the paper proposes the design of a minimally invasive sensor to measure the concentration of glucose in the blood, showing the main parameters for its operation and construction, taking into account the considerations made in previous chapters and citing some recommendations on the construction and monitoring of signals, so that the user receives a pleasant experience when using the sensor. Additionally a theoretical framework is presented so that the reader be familiarized with the terms here handled.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaSimulación dinámica de la glucosa e insulina en pacientes con diabetes insulinodependientesDynamic simulation of glucose and insulin in insulin-dependent diabetes patientsIngeniero MecatrónicoBucaramanga (Colombia)UNAB Campus BucaramangaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPMechatronic EngineeringBlood glucoseInsulin-dependent diabetes mellitusMathematical modelsMeasurementsSimulation methodsInvestigationsAnalysisArtificial organsProceduresInnovationIngeniería mecatrónicaGlucosa de la sangreDiabetes mellitus insulino-dependienteModelos matemáticosMedicionesMétodos de simulaciónInvestigacionesAnálisisÓrganos artificialesProcedimientosInnovaciónMiles Pinto, Himer Alberto, Tibaduiza, Diego Alexander, Chio Cho, Nayibe (2010). Simulación dinámica de la glucosa e insulina en pacientes con diabetes insulinodependientes. Bucaramanga (Santander, Colombia) : Universidad Autónoma de Bucaramanga UNABDOCUMENTO DEL MINISTERIO DE PROTECCIÓN SOCIAL, Consenso sobre prevención, control y tratamiento de la Diabetes No Insulino Dependiente. ALAD Referencia Incompleta. Colombia, 2005. Disponible en http://www.minproteccionsocial.gov.co/VBeContent/library/documents/DocNewsNo16175DocumentNo4205.PDFAMERICAN DIABETES ASSOCIATION. Economic Costs of Diabetes in the U.S. in 2002. Diabetes Care 2003; 26:917-932. Disponible en http://care.diabetesjournals.org/cgi/content/full/26/3/917R. M. BERNE Y M. N. LEVY. “Fisiología”, Harcourt and Mosby, Madrid. (2001).BASILIO MORENO ESTEBAN, M. GARGALLO FERNÁNDEZ, M. LÓPEZ DE LA TORRE CASARES. Diagnostico y tratamiento en enfermedades metabólicas. Ediciones Díaz de Santos. Publicado en 1997, 680 páginas.M. C. D’OCON NAVAZA, MARÍA CARMEN D’ OCON NAVAZA, M. JOSÉ GARCÍA GARCÍA-SAAVEDRA, J. C. 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