نموذج ذكاء اصطناعي جديد يحدد خطر الإصابة بمرض السكري قبل ظهور نتائج الاختبار غير الطبيعية

قد يجهل ملايين الأشخاص خطر الإصابة المبكرة بمرض السكري. تُظهر نماذج الذكاء الاصطناعي لماذا قد يكون ارتفاع مستوى السكر في الدم أكثر أهمية من نتائج فحوصاتك.

في دراسة حديثة نشرت في مجلة Nature Medicine ، قام الباحثون بتحليل بيانات من أكثر من 2400 شخص من مجموعتين لتحديد أنماط ارتفاع الجلوكوز وتطوير ملفات تعريف مخاطر السكر في الدم الشخصية.

وجد الباحثون اختلافات كبيرة في أنماط ارتفاع مستوى الجلوكوز بين المصابين بداء السكري من النوع الثاني (T2D) والمصابين بمرحلة ما قبل السكري أو بمستوى سكر طبيعي في الدم. ويمكن لنموذج المخاطر متعدد الأنماط الذي طوروه أن يساعد الأطباء على تحديد المصابين بمرحلة ما قبل السكري الأكثر عرضة للإصابة بداء السكري من النوع الثاني.

عانى الأشخاص المصابون بمرض السكري من النوع 2 من انخفاض حاد في سكر الدم أثناء الليل واستغرقوا وقتًا أطول، في المتوسط أكثر من 20 دقيقة، للعودة إلى مستويات الجلوكوز الأساسية بعد ارتفاعها - مما يشير إلى اختلافات فسيولوجية رئيسية.

يؤثر مرض السكري ومرحلة ما قبل السكري على نسبة كبيرة من سكان الولايات المتحدة البالغين، إلا أن اختبارات التشخيص القياسية مثل الهيموجلوبين السكري (HbA1c) والجلوكوز الصائم لا تلتقط التعقيد الكامل لتنظيم الجلوكوز.

يمكن للعديد من العوامل - الإجهاد، وتكوين الميكروبيوم، والنوم، والنشاط البدني، والجينات، والنظام الغذائي، والعمر - أن تؤثر على تقلبات نسبة السكر في الدم، وخاصة ارتفاعات ما بعد الوجبات (التي يتم تعريفها على أنها زيادات لا تقل عن 30 ملغ / ديسيلتر في غضون 90 دقيقة)، والتي تحدث حتى في الأشخاص الذين يبدون أصحاء.

في السابق، تمت دراسة هذه الاختلافات باستخدام مراقبة الجلوكوز المستمرة (CGM)، ولكن تغطيتها كانت غالبًا محدودة بمرضى ما قبل السكري والأفراد ذوي مستوى السكر الطبيعي، وغالبًا ما كانت الدراسات تفتقر إلى تمثيل المجموعات التي كانت ممثلة تمثيلاً ناقصًا تاريخيًا في الأبحاث الطبية الحيوية.

ولمعالجة هذه الفجوة، أجرت دراسة PROGRESS تجربة سريرية عن بعد على مستوى البلاد، حيث سجلت 1137 مشاركًا متنوعًا (48.1% من مجموعات غير ممثلة تاريخيًا في البحث الطبي الحيوي) يعانون من مستوى طبيعي من السكر في الدم ومرض السكري من النوع 2 على مدى 10 أيام من مراقبة الجلوكوز المستمرة، مع جمع البيانات حول تكوين الميكروبيوم، والجينوميات، ومعدل ضربات القلب، والنوم، والنظام الغذائي، والنشاط.

سمح هذا النهج المتعدد الوسائط بفهم أكثر دقة للتحكم في نسبة السكر في الدم والاختلاف بين الأفراد في انحرافات الجلوكوز.

كان هدف الدراسة هو إنشاء ملفات تعريف شاملة لمخاطر السكر في الدم والتي يمكن أن تعمل على تحسين الكشف المبكر والتدخل لمرضى ما قبل السكري المعرضين لخطر التقدم إلى مرض السكري، وتقديم بديل شخصي لتدابير التشخيص التقليدية مثل HbA1c.

استخدم الباحثون بيانات من مجموعتين: دراسة PROGRESS (تجربة سريرية رقمية في الولايات المتحدة) ودراسة HPP (دراسة رصدية في إسرائيل). سجّلت دراسة PROGRESS بالغين مصابين بمرض السكري من النوع الثاني، وآخرين غير مصابين به، خضعوا لمراقبة مستمرة للسكري لمدة 10 أيام، مع جمع بيانات متزامنة حول ميكروبيوم الأمعاء، والجينوم، ومعدل ضربات القلب، والنوم، والنظام الغذائي، والنشاط.

أظهر تنوع ميكروبيوم الأمعاء (مؤشر شانون) ارتباطًا سلبيًا مباشرًا بمستويات الجلوكوز المتوسطة: فكلما قل تنوع ميكروبيوم الأمعاء، كان التحكم في الجلوكوز أسوأ في جميع المجموعات.

جمع المشاركون أيضًا عينات من البراز والدم واللعاب في منازلهم، وشاركوا سجلاتهم الطبية الإلكترونية. وشملت معايير الاستبعاد استخدام المضادات الحيوية مؤخرًا، والحمل، وداء السكري من النوع الأول، وعوامل أخرى قد تؤثر على بيانات مراقبة الجلوكوز المستمرة (CGM) أو بيانات التمثيل الغذائي. أُجريت عملية استقطاب المشاركين عن بُعد بالكامل عبر وسائل التواصل الاجتماعي والدعوات الموجهة إليهم بناءً على السجلات الطبية الإلكترونية.

عولجت بيانات مراقبة الجلوكوز المستمرة (CGM) على فترات زمنية دقيقة، وحُددت طفرات الجلوكوز باستخدام عتبات مُحددة مسبقًا. حُسبت ستة مقاييس رئيسية لنسبة السكر في الدم، بما في ذلك متوسط مستوى الجلوكوز، ومدة ارتفاع سكر الدم، ومدة حدوث الطفرة.

جُمعت بيانات نمط الحياة باستخدام تطبيق يوميات الطعام وأجهزة تتبع قابلة للارتداء. حُلّلت بيانات الجينوم والميكروبيوم باستخدام أساليب قياسية، وحُسبت مقاييس مركبة مثل درجات المخاطر متعددة الجينات ومؤشرات تنوع الميكروبيوم.

تم بعد ذلك بناء نموذج لتقييم مخاطر داء السكري من النوع الثاني باستخدام بيانات متعددة الوسائط (البيانات الديموغرافية، وقياسات الجسم، ومراقبة الجلوكوز المستمرة، والنظام الغذائي، والميكروبيوم) باستخدام التعلم الآلي، واختُبر أداؤه في مجموعتي PROGRESS وHPP. استخدم التحليل الإحصائي تحليل التباين، وارتباطات سبيرمان، والتمهيد لاختبار الدلالة وتقييم النموذج.

من بين 1137 مشاركًا تم تضمين 347 في التحليل النهائي: 174 مصابًا بمستوى طبيعي للسكر في الدم، و79 مصابًا بمرض السكري المسبق، و94 مصابًا بمرض السكري من النوع 2.

وجد الباحثون اختلافات كبيرة في مقاييس ارتفاع سكر الدم بين الحالات: نقص سكر الدم الليلي، ومدة اختفاء الارتفاع، ومتوسط مستوى الجلوكوز، ومدة ارتفاع سكر الدم. وُجدت أكبر الاختلافات بين مرضى السكري من النوع الثاني والمجموعات الأخرى، حيث كان مرضى ما قبل السكري أقرب إحصائيًا إلى مستوى سكر الدم الطبيعي مقارنةً بمرضى السكري من النوع الثاني في مقاييس رئيسية مثل تواتر وشدة الارتفاع.

ارتبط تنوع الميكروبيوم سلبًا بمعظم مقاييس ارتفاع الجلوكوز، مما يشير إلى أن الميكروبيوم الصحي يرتبط بتحكم أفضل في الجلوكوز.

ارتبط ارتفاع معدل ضربات القلب أثناء الراحة، ومؤشر كتلة الجسم، ومستوى الهيموغلوبين السكري (HbA1c) بنتائج سكرية أسوأ، بينما ارتبط النشاط البدني بأنماط سكر الدم الأكثر ملاءمة. ومن المثير للاهتمام، أن زيادة تناول الكربوهيدرات ارتبطت بسرعة شفاء الذروة، ولكن أيضًا بارتفاعات أكثر تواترًا وشدةً.

طوّر الفريق نموذج تصنيف ثنائيًا قائمًا على بيانات متعددة الوسائط، ميّز بدقة عالية بين مستوى سكر الدم الطبيعي وداء السكري من النوع الثاني. وعند تطبيقه على مجموعة خارجية (HPP)، حافظ النموذج على أداء عالٍ، ونجح في تحديد تباين كبير في مستويات الخطر بين مرضى ما قبل السكري ذوي قيم HbA1c متشابهة.

تشير هذه النتائج إلى أن تحديد مستوى السكر في الدم متعدد الوسائط قد يحسن من التنبؤ بالمخاطر ومراقبة الأفراد مقارنة بأساليب التشخيص القياسية، وخاصة بالنسبة لمرحلة ما قبل السكري.

وتسلط الدراسة الضوء على أن تشخيصات مرض السكري التقليدية مثل HbA1c لا تعكس الخصائص الفردية لاستقلاب الجلوكوز.

وباستخدام CGM مع البيانات المتعددة الوسائط (الجينوميات، ونمط الحياة، والميكروبيوم)، وجد الباحثون اختلافات كبيرة في انحرافات الجلوكوز بين مستوى السكر في الدم الطبيعي، ومرحلة ما قبل السكري، ومرض السكري من النوع الثاني، حيث أظهر ما قبل السكري تشابهًا أكبر مع مستوى السكر في الدم الطبيعي مقارنة بمرض السكري من النوع الثاني في عدد من المقاييس الرئيسية.

كشف نموذج المخاطر المتطور القائم على التعلم الآلي، والذي تم التحقق من صحته في مجموعة خارجية، عن اختلاف كبير في المخاطر بين مرضى ما قبل السكري مع قيم HbA1c مماثلة، مما يؤكد قيمته الإضافية مقارنة بالطرق التقليدية.

تشمل نقاط قوة الدراسة تنوع عينة PROGRESS اللامركزية (48.1% من الفئات غير الممثلة تمثيلاً كافياً) وجمع بيانات واقعية. ومع ذلك، تشمل القيود التحيز المحتمل الناتج عن اختلاف الأجهزة، وعدم دقة التقارير الذاتية، وصعوبة تدوين الطعام، واستخدام أدوية خفض سكر الدم.

هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات للتحقق والطول لتأكيد الفائدة التشخيصية والأهمية السريرية.

وفي نهاية المطاف، توضح هذه الدراسة إمكانات جمع البيانات المتعددة الوسائط عن بعد لتحسين الكشف المبكر وتصنيف مخاطر الإصابة بمرض السكري والوقاية من مرض السكري من النوع الثاني، مما يمهد الطريق لرعاية أكثر دقة وشاملة للمرضى المعرضين لخطر الإصابة بمرض السكري.