Measurement of Gastric Emptying by ¹³C-octanoic Acid Breath Test Versus Scintigraphy in Diabetics

Zusammenfassung

In einer prospektiven Studie sollte die Magenentleerungsmessung mit ¹³C-Oktansäure mit der Magenentleerungsszintigraphie bei Diabetikern verglichen und die Korrelation von klinischen Symptomen und autonomer Funktionsdiagnostik mit den erhobenen Befunden zur Magenentleerung überprüft werden.

Bei 24 Diabetikern wurden der ¹³C-Oktansäure-Atemtest und die Magenentleerungsszintigraphie mit einer festen Testmahlzeit (1 Ei, doppelt markiert mit 91 mg ¹³C-Oktansäure und 50 MBq ^99mTechnetium-Nanocoll, 60 g Weißbrot, 5 g Margarine und 150 ml Wasser) simultan durchgeführt. In 15-minütigen Intervallen wurden über 4 Stunden Atemproben gewonnen und massenspektrometrisch untersucht. Parallel dazu wurden über 120 Minuten dynamische Aufnahmen mit 60 Sekunden pro frame aquiriert. Mittels ¹³C-Atemtest wurden Magenentleerungshalbwertszeit (t_œ), Lag-Phase (t_lag) und Magenentleerungskoeffizient (GEC) ermittelt und anschließend mit Hilfe einer linearen Regressionsanalyse mit den szintigraphisch bestimmten Parametern korreliert. Zum Nachweis einer kardiovaskulären autonomen Neuropathie wurde über 24 Stunden ein EKG abgeleitet. Die Prävalenz gastrointestinaler Symptome innerhalb des Kollektives wurde mit Hilfe eines standardisierten Fragebogens erfasst.

Sowohl die t_œ-Werte (r = 0,8257; p < 0,0001) als auch die t_lag-Werte (r = 0,6302; p < 0,001) aus Atemtest und Szintigraphie zeigten eine hochsignifikante positive Korrelation. Die Validitätsprüfung ergab für den Atemtest eine Sensitivität von 1 und eine Spezifität von 0,73. Ein signifikanter Zusammenhang zwischen einer kardiovaskulären und einer gastrointestinalen autonomen Neuropathie sowie zwischen der Prävalenz gastrointestinaler Symptome und dem Vorliegen einer Magenentleerungsstörung konnte nicht nachgewiesen werden.

Der ¹³C-Oktansäure-Atemtest ist aufgrund seiner hochsignifikanten positiven Korrelation mit der Szintigraphie und seiner Validität bei Diabetikern geeignet, Magenentleerungsstörungen nachzuweisen. Eine Vorhersage einer diabetischen Gastroparese aufgrund von Symptomen oder von Ergebnissen anderer autonomer Funktionstests ist nicht möglich.

Abstract

In this prospective study, we compared the assessment of gastric emptying by the ¹³C-octanoic acid breath test to gastric emptying scintigraphy in diabetics. We also examined the relationship between gastric emptying parameters and gastric symptoms and cardiovascular autonomic function. The ¹³C-octanoic acid breath test and scintigraphy were performed simultaneously in 24 diabetics with a solid test meal (1 egg, doubly labelled with 91 mg ¹³C-octanoic acid and 50 MBq ^99mTechnetium-Nanocoll, 60 g white bread, 5 g margarine and 150 ml water). At fifteen-minute intervalls, breath samples were taken over 4 hours and examined by mass spectrometry. In parallel, scintigraphy was performed for 2 hours at one minute intervals. Using breath test data, gastric emptying half time (t_œ), lag-phase (t_lag) and gastric emptying coefficient (GEC) were calculated. Subsequently, the correlation of these results with the equivalent data from scintigraphy were determined employing a regression method. To detect a cardiovascular autonomic neuropathy, a 24-h ECG recording was performed. The prevalence of gastrointestinal symptoms in our collective was assessed by a standardized questionnaire.

There was a highly significant positive correlation of both ¹³C-octanoic acid breath test t_œ and scintigraphic t_œ (r = 0.8257; p < 0.0001) and ¹³C-octanoic acid breath test t_lag and scintigraphic t_lag (r = 0.6302; p < 0.001). The sensitivity of the ¹³C-octanoic acid breath test was 1 and the specificity was 0.73. In our study, there was no significant association of cardiovascular and gastrointestinal autonomic neuropathy. Furthermore, there was no significant relationship between the prevalence of gastrointestinal symptoms and gastric emptying disorders.

We conclude that the ¹³C-octanoic acid breath test represents a suitable method to measure disordered gastric emptying in diabetics due to its highly significant positive correlation to scintigraphy and due to its validity. It is not possible to predict diabetic gastroparesis on the basis of other autonomic function disorders or because of dyspeptic symptoms.

Schlüsselwörter

Magenentleerung - diabetische Gastroparese - Szintigraphie - ¹³C-Oktansäureatemtest - kardiovaskuläre autonome Funktion - gastrointestinale Symptome

Key words

Gastric emptying - diabetic gastroparesis - scintigraphy - ¹³C-octanoic acid breath test - cardiovascular autonomic function - gastric symptoms

References

• 1 Barnett J L, Owyang C. Serum glucose concentration as a modulator of interdigestive gastric motility.  Gastroenterology. 1988;  94 739-744
• 2 Fraser R, Horowitz M, Dent J. Hyperglycaemia stimulates pyloric motility in normal subjects.  Gut. 1991;  32 475-478
• 3 Hebbard G S, Sun W M, Dent J. et al . Acute hyperglycaemia increases proximal gastric compliance [abstract].  Gastroenterology. 1994;  106 A 509
• 4 Kassander P. Asymptomatic gastric retention in diabetics (gastroparesis diabeticorum).  Ann Intern Med. 1958;  48 797-812
• 5 Britland S T, Young R J, Sharma A K. et al . Vagus nerve morphology in diabetic gastropathy.  Diabetic Med. 1990;  7 780-787
• 6 Braden B, Enghofer M, Schaub M. et al . Long-term cisapride treatment improves diabetic gastroparesis but not glycaemic control.  Aliment Pharmacol Ther. 2002;  16 (7) 1341-1346
• 7 Feldmann M, Schiller L R. Disorders of gastrointestinal motility associated with diabetes mellitus.  Ann Intern Med. 1983;  98 378-384
• 8 Enck P, Rathmann W, Spiekermann M. et al . Prevalence of gastrointestinal symptoms in diabetic patients and non-diabetic subjects.  Z Gastroenterol. 1994;  32 637-641
• 9 Schwarz E, Palmer M, Ingberg C M. et al . Increased prevalence of gastrointestinal symptoms in long-term type 1 diabetes mellitus.  Diabetic Med. 1996;  13 478-481
• 10 Horowitz M, Harding P E, Maddox A. et al . Gastric and oesophageal emptying in insulindependent diabetes mellitus.  J Gastroenterol Hepatol. 1986;  1 97-113
• 11 Horowitz M, Edelbroek M, Fraser R. et al . Disordered gastric motor function in diabetes mellitus.  Scand J Gastroenterol. 1991;  26 637-684
• 12 Wegener M, Börsch G, Schaffstein J. et al . Gastrointestinal transit disorders in patients with insulin-treated diabetes mellitus.  Dig Dis. 1990;  8 23-36
• 13 Zitomer B R, Gramm H F, Kozak G P. Gastric neuropathy in diabetes mellitus: Clinical and radiologic observations.  Metabolism. 1968;  17 199
• 14 Jebbink H JA, Bravenboer B, Akkermans L MA. et al . Relationship between dyspeptic symptoms and gastrointestinal motility in patients with type I (insulin-dependent) diabetes mellitus.  Diabetologia. 1993;  36 948-954
• 15 Campbell A, Conway H. Gastric retention and hypoglycemia in diabetes.  Scot Med J. 1960;  5 167-168
• 16 Wooten R L, Meriwether T W. Diabetic gastric atony: a clinical study.  JAMA. 1961;  176 1082-1087
• 17 Ghoos Y F, Maes B D, Geypens B J. et al . Measurement of gastric emptying rate of solids by means of carbon-labelled octanoic acid breath test.  Gastroenterology. 1993;  104 1640-1647
• 18 Ziegler D, Schadewaldt P, Pour M irza A. et al . [13C] Octanoic acid breath test for non-invasive assessment of gastric emptying in diabetic patients: validation and relationship to gastric symptoms and cardiovascular autonomic function.  Diabetologia. 1996;  39 823-830
• 19 Pfaffenbach B, Wegener M, Adamek R J. et al . Nicht-invasiver 13C-Oktansäureatemtest zur Messung der Magenentleerung einer festen Testmahlzeit - Korrelation mit der Szintigraphie bei Diabetikern und Reproduzierbarkeit bei gesunden Probanden.  Z Gastroenterol. 1995;  33 141-145
• 20 Choi M G, Camilleri M, Burton D D. et al . [13C] octanoic acid breath test for gastric emptying of solids: accuracy, reproducibility and comparison with scintigraphy.  Gastroenterology. 1997;  112 1155-1162
• 21 Buysschaert M, Moulart M, Urbain J L. et al . Impaired gastric emptying in diabetic patients with cardiac autonomic neuropathy.  Diabetes Care. 1987;  10 448-452
• 22 Abell T L, Cardoso S, Schwartzbaum J. et al . Diabetic gastroparesis is associated with an abnormality in sympathetic innervation.  Eur J Gastroenterol Hepatol. 1994;  6 241-247
• 23 Keshavarzian A, Iber F L, Vaeth B A. Gastric emptying in patients with insulin-requiring diabetes mellitus.  Amer J Gastroenterol. 1987;  82 29-35
• 24 Horowitz M, Harding P E, Maddox A. et al . Gastric and oesophageal emptying in insulin-dependent diabetes mellitus.  J Gastroenterol Hepatol. 1986;  1 97-113
• 25 Horowitz M, Maddox A F, Wishart J M. et al . Relationships between oesophageal transit and solid and liquid gastric emptying in diabetes mellitus.  Eur J Nucl Med. 1991;  18 229-234
• 26 Merio R, Festa A, Bergmann H. et al . Slow gastric emptying in type I diabetes: relation to autonomic and peripheral neuropathy, blood glucose and glycemic control.  Diabetes Care. 1997;  20 419-423
• 27 Clouse R E, Lustman P J. Gastrointestinal symptoms in diabetic patients: lack of association with neuropathy.  Am J Gastroenterol. 1989;  84 868-872
• 28 Horowitz M, Harding P E, Maddox A F. et al . Gastric and oesophageal emptying in patients with type 2 (non-insulin-dependent) diabetes mellitus.  Diabetologia. 1989;  32 151-159
• 29 Scarpello J MB, Barber D C, Hague R V. et al . Gastric emptying of solid meals in diabetics.  Br Med J. 1976;  2 671-673
• 30 Loba J M, Saryusz-Wolska M, Czupryniak L. et al . Pancreatic polypeptide secretion in diabetic patients with delayed gastric emptying and autonomic neuropathy.  J Diabetes Complications. 1997;  11 328-333
• 31 Werth B, Meyer-Wyss B, Spinas G A. et al . Non-invasive assessment of gastrointestinal motility disorders in diabetic patients with and without cardiovascular signs of autonomic neuropathy.  Gut. 1992;  33 1199-1203
• 32 Schwabe A D, Benett L R, Bowman L P. Octanoic acid absorption and oxidation in humans.  J Appl Physiol. 1964;  19 111-115
• 33 Bach A C, Babayan V K. Medium-chain triglycerides: an update.  Am J Clin Nutr. 1982;  36 950-962
• 34 Jandacek R J, Whiteside J A, Holcombe B N. et al . The rapid hydrolysis and efficient absorption of triglycerides with octanoic acid in the 1 and 3 positions and long-chain fatty acid in the 2 position.  Am J Clin Nutr. 1987;  45 940-945
• 35 Ziessman H A, Fahey F H, Collen M J. Biphasic solid and liquid gastric emptying in normal controls and diabetics using continuous acquisition in the LAO view.  Dig Dis Sci. 1992;  37 744-750
• 36 Fahey F H, Ziessman H A, Collen M J. et al . Left anterior oblique projection and peak-to-scatter ratio for attenuation compensation of gastric emptying studies.  J Nucl Med. 1989;  30 233-239
• 37 Maurer A H, Knight L C, Charkes N D. et al . Comparison of the left anterior oblique and geometric mean gastric emptying.  J Nucl Med. 1991;  32 2176-2180
• 38 Wheeler T, Watkins P J. Cardiac denervation in diabetes.  Br Med J. 1973;  4 584-586
• 39 Bailar J C, Mosteller F. Medical technology assessment. Bailar JC, Mosteller F Medical uses of statistics Boston/Massachusetts; NEJM Books 1992: 393-411
• 40 Pfaffenbach B, Schaffstein J, Adamek R J. et al . 13C-Acetat-Atemtest zur nicht-invasiven Beurteilung der Magenentleerung einer flüssig-festen Testmahlzeit bei Diabetikern.  Dtsch med Wschr. 1996;  121 713-718
• 41 Maes B D, Hiele M I, Geypens B J. et al . Pharmacological modulation of gastric emptying rate of solids as measured by the carbon labelled octanoic acid breath test: influence of erythromycin and propantheline.  Gut. 1994;  35 333-337
• 42 Maes B D, Geypens B J, Ghoos Y F. et al . 13C-octanoic acid breath test for gastric emptying rate of solids [letter].  Gastroenterology. 1998;  114 856-859
• 43 Perri F, Clemente R, Festa V. et al . 13C-octanoic acid breath test: valueless test for gastric emptying? [letter].  Gastroenterology. 1998;  114 857-859
• 44 Griffith G H, Owen G M, Kirkman S. et al . Measurement of rate of gastric emptying using 51Chromium.  Lancet. 1966;  1 1244-1245
• 45 Wegener M, Schaffstein J, Börsch G. Physiologie und Pathophysiologie der Magenentleerung - Grundlagen, Untersuchungsmethoden und Therapie.  Med Klin. 1988;  10 335-341
• 46 Urbaine J L, Siegel J A, Charkes N D. et al . The two-component stomach: effects of meal particle size on fundal and antral emptying.  Eur J Nucl Med. 1989;  15 254-259
• 47 Christian P E, Datz F L, Moore J G. Gastric emptying in the morbidly obese before and after gastroplasty.  J Nucl Med. 1986;  27 1686-1690
• 48 Collins P J, Horowitz M, Cook D J. et al . Gastric emptying in normal subjects - a reproducible technique using a single scintillation camera and computer system.  Gut. 1983;  24 1117-1125
• 49 Collins P J, Horowitz M, Chatterton B E. Attenuation correction and lag period in gastric emptying studies.  J Nucl Med. 1986;  27 867-868 (letter)
• 50 Moore J G, Christian P E, Taylor A T. et al . Gastric emptying measurements: Delayed and complex emptying patterns without appropriate correction.  J Nucl Med. 1985;  26 1206-1210
• 51 Tothill P, McLoughlin G P, Heading R C. Techniques and errors in scintigraphic measurements of gastric emptying.  J Nucl Med. 1978;  19 256-261
• 52 Jian R, Vigneron N, Najean Y. et al . Gastric emptying and intragastric distribution of lipids in man. A new scintigraphic method of study.  Dig Dis Sci. 1982;  27 705-711
• 53 Moore J G, Tweedy C, Christian P E. et al . Effect of age on gastric emptying of liquid-solid meals in man.  Dig Dis Sci. 1983;  28 340-344
• 54 Choi M G, Camilleri M, Burton D D. et al . Reproducibility and simplification of 13C-octanoic acid breath test for gastric emptying of solids.  Am J Gastroenterol. 1998;  93 92-98
• 55 Rathmann W, Enck P, Frieling T. et al . Visceral afferent neuropathy in diabetic gastroparesis.  Diabetes Care. 1991;  14 1086-1089
• 56 Camilleri M, Malagelada J R. Abnormal intestinal motility in diabetics with gastroparesis syndrome.  Eur J Clin Invest. 1984;  14 420-427
• 57 Jebbink H J, Bruijs P P, Bravenboer B. et al . Gastric myoelectrical activity in patients with type I diabetes mellitus and autonomic neuropathy.  Dig Dis Sci. 1994;  39 2376-2383
• 58 Jebbink H J, Samsom M, Bruijs P P. et al . Hyperglycaemia induces abnormalities of gastric myoelectrical activity in patients with type I diabetes mellitus.  Gastroenterology. 1994;  107 1390-1397
• 59 Jebbink H J, Bruijs P P, Bravenboer B. et al . Gastric myoelectrical activity in patients with type I diabetes mellitus and autonomic neuropathy.  Dig Dis Sci. 1994;  39 2376-2383
• 60 Jebbink H J, Samsom M, Bruijs P P. et al . Hyperglycaemia induces abnormalities of gastric myoelectrical activity in patients with type I diabetes mellitus.  Gastroenterology. 1994;  107 1390-1397