داخل كل منا تدق ساعات غير مرئية. تتحكم هذه الساعات في إفراز الكورتيزول — الهرمون الذي يساعدنا على الاستيقاظ صباحًا، والتعامل مع القلق، والحفاظ على نشاط جهاز المناعة. في حالة القصور الكظري، تتعطل هذه الساعات: لا يستطيع الجسم إنتاج الكمية اللازمة من الكورتيزول من تلقاء نفسه. وبدون علاج، يشعر الشخص بتعب مستمر، وقد يصبح أي زكام عادي خطرًا على صحته.
بنى مؤلفو الدراسة نموذجًا رياضيًا لمحور "تحت المهاد-الغدة النخامية-الغدة الكظرية" — وهو النظام نفسه الذي يطلق إنتاج الكورتيزول. يتضمن النموذج إيقاعًا يوميًا، لذلك فهو يحاكي الارتفاعات والانخفاضات الطبيعية للهرمون على مدار اليوم. واختُبر على هذا النموذج النهج العلاجي المعياري: حيث يتلقى المريض جرعة ثابتة من الهيدروكورتيزون في أوقات محددة. أظهرت الحسابات أن هذه الطريقة تعمل، لكنها بعيدة عن المثالية — فمستوى الكورتيزول تارة يهبط وتارة يرتفع بشكل مفرط.
عندها دخل في الأمر وحدة تحكم تنبؤية نموذجية — وهي خوارزمية تحسب المستقبل. إنها مثل ملاح خبير: يعرف خريطة الإيقاع اليومي، ويتذكر الجرعات السابقة، ويرى مسبقًا ما ستؤول إليه كل خطوة. الميزة الرئيسية لهذا المساعد أنه يلتزم بصرامة بالقيود ولن يقترح أبدًا جرعة تتجاوز الحد الآمن. يبقى الطبيب هو القبطان، لكنه يحصل على حساب دقيق بدل التقدير الحدسي.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2607.08902
A model predictive controller (MPC) is used to construct a virtual assistant to aid a physician in prescribing cortisol replacement therapy for patients with adrenal insufficiency (AI). AI, also known as hypocortisolism, is a condition that occurs due to a low concentration of cortisol. This hormonal imbalance significantly impacts the individual's ability to regulate stress, metabolism, and immune responses. Thus, it is essential to maintain cortisol levels within a healthy range. The production of cortisol is governed by the hypothalamus-pituitary-adrenal (HPA) axis, a part of the endocrine system. In this paper, a novel mathematical model of the HPA axis is proposed that incorporates the endogenous circadian rhythm. This model simulates two conditions of hypocortisolism: primary and secondary AI. Adrenal insufficiency cannot be cured, but it can be treated with cortisol replacement therapy. The standard practice is to prescribe a therapeutic dose of hydrocortisone (HC). To evaluate the accuracy of the proposed HPA axis model, an open-loop cortisol replacement strategy with a fixed dosage is used to simulate both primary and secondary AI. The simulation results show that, analytically, it is possible to arrive at a fixed working cortisol replacement strategy. However, this strategy, though effective, is not optimal. To obtain optimal cortisol replacement strategies, an MPC is proposed. An important feature of MPC is that constraints on allowable cortisol replacement dosages can be rigorously addressed. This controller can serve as a virtual assistant to physicians in prescribing daily cortisol replacement therapy.
يخضع الكورتيزول لجدول يومي صارم: يكون مستواه في أعلى نقطة حوالي الساعة 8 صباحًا وفي أدنى نقطة حوالي منتصف الليل. ولهذا السبب تُؤخذ أقراص الهيدروكورتيزون عادة مرتين أو ثلاث مرات يوميًا، لمحاكاة الإيقاع الطبيعي.