Biokinetics and radiation dosimetry of 14C-labelled triolein, urea, glycocholic acid and xylose in man. Studies related to nuclear medicine “breath tests” using accelerator mass spectrometry

Abstract

14C-labelled substances have been used in biomedical research and clinical medicine for over 50 years. Physicians and scientists however, often hesitate to use these substances in patients and volunteers because the radiation dosimetry is unclear. In this work detailed long-term biokinetic and dosimetric estimation have been carried out for four clinically used 14C-breath tests: 14C-triolein (examination of fat malabsorption), urea (detection of Helicobacter pylori infection in the stomach), glycocholic acid and xylose (examination of bacterial overgrowth in the small intestine) by using the highly sensitive accelerator mass-spectrometry (AMS) technique. The AMS technique has been used to measure low 14C concentrations in small samples of exhaled air, urine, faeces and tissue samples and has improved the base for the estimation of the absorbed dose to various organs and tissues and the effective dose to man. The high sensitivity of the AMS system has also made it possible to perform 14C breath tests on patient groups which were earlier subject for restriction (e.g. small children).



In summary, our results show that for adult patients - and in the case of 14C-urea breath test also for children down to 3 years of age - the dose contributions are comparatively low, both described as organ doses and as effective doses. For adults, the latter is: 14C-glycocholic acid - 0.4 mSv/MBq, 14C-triolein - 0.3 mSv/MBq, 14C-xylose - 0.1 mSv/MBq and 14C-urea - 0.04 mSv/MBq. Thus, from a radiation protection point of view there is no reason for restrictions in using any of the 14C-labelled radiopharmaceutical included in this work in the activities normally used (0.07-0.2 MBq for a 70 kg patient).

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Upptag och omsättning samt dosimetri för 14C märkt fett, urea, gallsyra och xylos, i människa.



Kol-14 (14C) används som radioaktivt spårämne vid patientundersökningar inom sjukvården och utnyttjas i stor utsträckning vid medicinsk forskning och vid utprovning av nya läkemedel på frivilliga försökspersoner. Eftersom 14C har mycket lång fysikalisk halveringstid (5730 år) är det i samband med patientstudier viktigt att kartlägga upptag och omsättning i kroppen för att kunna göra en noggrann stråldosberäkning. Speciellt viktigt är det att identifiera upptag i organ och vävnader där 14C kan förväntas stanna kvar under lång tid.



Vid användning av 14C på människa uppkommer ofta frågan om det är etiskt försvarbart att ge 14C-märkta substanser. Anledningen till denna tveksamhet är oftast att man inte med tillräcklig noggrannhet har kunnat fastlägga den bråkdel av den tillförda aktiviteten som stannar kvar i kroppen under lång tid. Även om fraktionen är liten skulle dosbidraget kunna bli betydande och dominera stråldosen från undersökningen. Det finns då anledning att vara särskilt restriktiv när det gäller undersökningar med 14C-märkta spårämnen på speciella patientgrupper som barn, gravida och ammande kvinnor.



Mot bakgrund av detta är det viktigt att bättre än tidigare kunna kartlägga den del som under lång tid är kvar i kroppen vad gäller storlek och förändring med tiden. Att detta inte redan gjorts beror på att den mätteknik som hittills använts inte klarat av att mäta de aktuella 14C-nivåerna. I detta arbete har 14C i utandningsluft, urin, avföring samt olika vävnadsprover analyserats m.h.a accelerator mass spektrometri (AMS), vilket möjliggjort att små prover (mg-storlek) med mycket låga aktivitetskoncentrationer (0.0001 Bq/ml) har kunnat mätas.



Den höga känsligheten hos AMS-tekniken har också utnyttjats för att göra undersökningar på särskilt känsliga patientgrupper som t.ex. småbarn - studier som annars inte skulle varit möjliga.



I avhandlingen har upptag och omsättning studerats för fyra 14C-märkta substanser, triolein (diagnostik av rubbat fettupptag i tarmen), urea (diagnostik av magsårsbakterien Helicobacter pylori), gallsyra samt sockerarten xylos (diagnostik av onormal bakterieförekomst i tarmen). På basis av dessa data har nya förbättrade modeller för upptag och omsättning samt dosimetri utarbetats.



Resultaten visar att dosbidraget till olika organ och vävnader samt den effektiva dosen till en vuxen individ och i fallet med 14C-ureatest på barn ner till 3 års ålder, är jämförelsevis låga. För vuxna individer erhålles följande effektiva doser vid respektive 14C-utandningstest: 14C-glykocholsyra - 0.4 mSv/MBq, 14C-triolein - 0.3 mSv/MBq, 14C-xylos - 0.1 mSv/MBq och 14C-urea - 0.04 mSv/MBq. Dessa resultat medför ur strålskyddssynpunkt ingen anledning till restriktioner i användning av någon av de ovan nämnda 14C-substanserna förutsatt att de i klinisk användning normala aktivitetsmängderna ges (dvs. 0.07-0.2 MBq för en 70 kg patient).



Slutligen belyses AMS-teknikens potential när det gäller användningen av 14C som markör inom biokemi och cellbiologi.

• author: Gunnarsson, Mikael
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: professor Forsell-Aronsson, Eva, University of Göteborg
• organization: Medical Radiation Physics, Malmö (research group)
• publishing date: 2002
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Radiology, Nuclear Medicine and Medical Imaging
• keywords: Clinical physics, radiology, tomography, medical instrumentation, Klinisk fysiologi, radiologi, tomografi, medicinsk instrumentering, Kärnfysik, Nuclear physics, xylose., glycocholic acid, urea, triolein, Dosimetry, Biokinetic, AMS, Accelerator mass spectrometry, 14C, Breath test
• pages: 70 pages
• defense location: Lilla aulan, Medicinskt forskningscentrum, Ingång 59, Universitetssjukhuset MAS, Malmö
• defense date: 2002-09-13 13:15:00
• external identifiers: other:ISRN:LUNDFD6/NFRF – 02/1016 -- SE
• ISBN: 91-628-5316-3
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Article: I. AMS studies of the long-term turnover of 14C-labelled fat in man.Gunnarsson M, Mattsson S, Stenström K, Leide-Svegborn S, Erlandsson B, Faarinen M, Hellborg R, Kiisk M, Nilsson L-E, Nosslin B, Persson P, Skog G, Åberg M.Nucl Instr Meth B, 172: 939-943, 2000. Article: II. Biokinetics and radiation dosimetry for patients undergoing a glycerol tri[1-14C]oleate fat malabsorption breath test.Gunnarsson M, Stenström K, Leide-Svegborn S, Faarinen M, Magnusson C-E, Åberg M, Skog G, Hellborg R, Mattsson S.Submitted to: Appl Radiat Isot, 2002. Article: III. Biokinetics and radiation doses for carbon-14 urea in adults and children undergoing the Helicobacter pylori breath test.Leide-Svegborn S, Stenström K, Olofsson* M, Mattsson S, Nilsson L-E, Nosslin B, Pau K, Johansson L, Erlandsson B, Hellborg R, Skog G.Eur J Nucl Med, 26: 573-580, 1999. Article: IV. No radiation protection reasons for restrictions on 14C-urea breath tests in children.Gunnarsson M, Leide-Svegborn S, Stenström K, Skog G, Nilsson L-E, Hellborg R, Mattsson S.Accepted for publication in: Brit J Radiol, 2002. Article: V. Long-term biokinetics and radiation exposure of patients undergoing 14C-glycocholic acid and 14C-xylose breath tests for diagnosis of small intestinal bacterial overgrowth.Gunnarsson M, Leide-Svegborn S, Stenström K, Skog G, Nilsson L-E, Hellborg R, Mattsson S.Manuscript
• id: 9d3c309d-0657-4b9d-aa80-4e86879eb6de (old id 464791)
• date added to LUP: 2016-04-04 11:27:07
• date last changed: 2018-11-21 21:04:56