Wireless esophageal PH monitoring. Clinical evaluation of a new technique

Abstract

Esophageal pH monitoring is important in the clinical management of patients with symptoms suggestive of gastroesophageal reflux disease (GERD), and in research aiming to clarify the mechanisms involved in the development of GERD complications. Catheter-based techniques for pH recording are uncomfortable, not well tolerated by all patients and cannot reliably measure acid exposure in the most distal esophagus the region most prone to reflux-induced complications. New wireless technique using a pH recording capsule attached to the esophageal mucosa was evaluated to provide a scientific basis for the clinical use of the technique, and to characterize acid exposure in the most distal esophagus. Healthy volunteers and symptomatic patients underwent wireless 48-h esophageal pH monitoring with endoscopic placement of pH recording capsules at the standard position 6 cm above the squamocolumnar junction (SCJ) and immediately above the SCJ. The patient's perceived experience of the wireless and catheter-based techniques were compared in a randomized cross-over trial. The wireless technique was feasible regarding capsule placement and recording of pH data via radiotelemetry, and there were no complications related to the procedure. Premature capsule detachment and signal interruption occurred but were uncommon at the standard electrode position. Endoscopic placement of the wireless capsule followed by 48-h pH recording was, compared to manometry and 24-h catheter-based monitoring, associated with less adverse symptoms, less interference with normal daily life and was preferred by a significant majority of symptomatic patients. Analysis of the diagnostic performance of the wireless pH test showed that the total percent time with esophageal pH<4 for the 48-h study period was the parameter that best distinguished GERD patients from healthy controls, and a cut-off level of 4% generated a test specificity of 93% and a sensitivity of 76% in patients with esophagitis and 42% in patients without mucosal injury. Simultaneous pH recording at the two monitoring levels showed that in healthy subjects, esophageal acid exposure immediately above the SCJ was characterized by shorter reflux episodes with a lower minimum pH, and that only 25% of distal reflux episodes were detected at the standard monitoring level. The standard pH electrode position significantly underestimated the acid exposure in the most distal esophagus in GERD patients. With a predefined specificity, pH monitoring just above the SCJ increased the sensitivity of the test from 78 to 97% in patients with esophagitis and from 47 to 73% in patients with no esophagitis. Placement of the pH electrode immediately above the SCJ may improve the diagnostic accuracy of wireless pH monitoring.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Gastroesofageal refluxsjukdom innebär att maginnehåll backar (reflux) upp från magsäcken till matstrupen på ett onormalt sätt. Hos den friska individen finns flera mekanismer som skyddar matstrupen från reflux, vilket tydligt åskådliggörs av att man efter en måltid kan ställa sig upp och ner utan att föda backar upp i matstrupen. Vid refluxsjukdom föreligger defekter inom en eller flera av dessa skyddsmekanismer. Magsäcken producerar syra och till denna blandas galla samt ett flertal ämnen från tolvfingertarmen med huvudsaklig uppgift att spjälka den nedsvalda födan. Vid reflux till matstrupen verkar dessa ämnen irriterande på matstrupens slemhinna, vilket kan ge upphov till olika symptom och slemhinneskador.



Refluxsymptom är vanligt förekommande och uppskattningsvis har 10-20% av den västerländska befolkningen besvär av halsbränna och sura uppstötningar flera gånger per vecka. När refluxsymptom uppträder med denna intensitet har symptomen en tydligt negativ inverkan på patienternas dagliga liv och medför en försämrad livskvalitet till nivåer jämförbara med andra kroniska sjukdomar som diabetes och hjärtsvikt. Det medför att patienter med refluxsymptom ofta söker hjälp för sina besvär inom sjukvården. Det är vanligt att patienter med symptom som inger misstanke på refluxsjukdom tidigt får behandling med läkemedel som minskar produktionen av magsyra. För de patienter som lider av sjuklig reflux har denna behandling ofta en god effekt, men sjukdomen är i de flesta fall återkommande och upp emot 80% av patienterna får återfall av sina symptom när behandlingen avslutas. Läkemedelsbehandlingen är förknippad med höga kostnader och eftersom refluxsymptom är vanligt förekommande innebär detta en betydande samhällsekonomisk belastning. En hälsoekonomisk studie uppskattade den årliga kostnaden i Sverige (1997) förknippad med refluxsjukdom och refluxliknande besvär till överstigande 3 miljarder SEK varav mer än en tredjedel utgjordes av utgifter för läkemedel. En påfallande liten del av utgifterna spenderades på utredning av sjukdomen och ett flertal studier har visat att en stor andel patienter som behandlas med syrahämmande läkemedel saknar en klar diagnos, och i många fall har besvär som inte beror på refluxsjukdom.



Reflux av magsäcksinnehåll till matstrupen kan medföra skador i form av akut inflammation eller kroniska förändringar i matstrupens slemhinna, vilket kan resultera i blödningar och ärrbildning som försämrar passagen av födoämnen. Den mest allvarliga komplikationen till refluxsjukdomen är risken för utveckling av cancer i den nedre delen av matstrupen, vilket idag är en av de cancerformer som ökar snabbast västvärlden. Uppskattningsvis en tiondel av patienter med refluxsjukdom utvecklar slemhinneförändringar förknippade med en ökad risk för utveckling av matstrupscancer. Eftersom prognosen för patienter matstrupscancer är dålig har intensiv forskning bedrivits för att kartlägga de bakomliggande mekanismerna. Kronisk exponering av magsyra på matstrupens slemhinna förefaller skadlig, men den exakta betydelsen av syra och andra potentiellt skadliga ämnen är oklar, liksom varför endast en liten del av patienter med refluxsjukdom drabbas av komplikationer. En bidragande orsak till svårigheterna att studera dessa bakomliggande mekanismer har varit att teknik för att kartlägga reflux inom detta område har saknats.



Eftersom refluxsjukdom kan förorsaka flera olika typer av symptom behövs ofta kompletterande undersökningar för att fastställa orsaken till patienternas besvär. Mätning av pH i matstrupen är en metod som speglar graden av reflux. Vid pH-mätningen registreras också förekomst av symptom och sambandet mellan reflux och symptom kan objektivt studeras. Traditionellt har denna undersökning genomförts med hjälp av en plastkateter med en pH-mätande elektrod på spetsen som förts ned via näsan och placerats i matstrupen. Mätningen har regelmässigt föregåtts av en tryckmätning med avsikt att lokalisera den nedre begränsningen av matstrupen (nedre matstrupssfinktern) för att kunna placera pH-elektroden på ett standardiserat sätt. Med ledning av resultaten från denna tryckmätning har kateterspetsen placerats 5 cm ovan den nedre matstrupssfinktern. Katetern har kopplats till en portabel mottagare och patienterna har sedan studerats under 24 timmar i sin normala hemmiljö, under pågående arbete och i samband med vanliga fysiska aktiviteter. Ett problem med tekniken är att katetern ger patienten besvär, vilket medför att vissa patienter inte klarar av att genomföra undersökningen. För de patienter som genomför pH-mätningen medför ofta de kateterrelaterade besvären att patienterna förändrar sin normala livsstil under mätningen genom att undvika många aktiviteter som annars provocerar till reflux, vilket teoretiskt kan påverka testresultatet. Ett annat problem med tekniken är att den pH-mätande elektroden på kateterspetsen ändrar läge till exempel i samband med sväljning och huvudrörelser. För att undvika att katetern glider ner i magsäcken under mätningen har elektroden därför rutinmässigt placerats 5 cm ovan den nedre matstrupssfinktern. Eftersom de tidigare beskrivna komplikationerna till refluxsjukdomen uppträder huvudsakligen i den allra nedersta delen av matstrupen, invid övergången till magsäcken, innebär kateterteknikens begränsningar att graden och mönstret av reflux inom detta område till stor del är okänt.



Avhandlingen syftar till att utvärdera ny trådlös teknik för pH-mätning i matstrupen. Den trådlösa tekniken innebär att en pH-registrerande kapsel fästs på matstrupens slemhinna under ögats kontroll i samband med en kikarundersökning (gastroskopi). Kapseln registrerar pH-data som sedan överförs till en portabel mottagare via radiosignaler. Mätningen utförs under 48 timmar i patientens normala miljö. Kapseln lossnar spontant från slemhinnan, vanligen inom 4 till 5 dagar och lämnar kroppen via tarmen. De övergripande målen med studien var att utvärdera och skapa ett vetenskapligt underlag för införandet av den trådlösa tekniken i praktisk sjukvård, samt att utnyttja den nya tekniken till att närmare kartlägga refluxmönstret i matstrupens nedersta del, det område som är mest utsatt för refluxrelaterade komplikationer.



Arbete I



För att i ett första steg studera teknikens genomförbarhet, säkerhet och för att fastställa normalvärden genomgick 50 friska försökspersoner gastroskopi och 48 timmars trådlös pH-mätning. Studien visade att metoden var väl fungerande avseende både applicering av den trådlösa kapseln och registrering av pH-data. Samtliga kapslar kunde framgångsrikt fästas på den traditionella mätnivån i matstrupen, vilket motsvarade en nivå 6 cm ovan den synliga övergången mellan matstrupen och magsäck. Störningar i överföringen av radiosignalen förekom, men utgjorde en mycket liten del av den totala registreringstiden. Studien visade också att enstaka kapslar lossnade innan 48 timmars registrering hade slutförts, vilket i denna studie ändå innebar att adekvata tolkningar av pH-mätningen kunde göras. Inga allvarliga komplikationer inträffade, men milda besvär från bröstkorgen såsom bröstsmärta och sväljningsbesvär förekom efter applikation av den trådlösa kapseln. Normalvärden för syraexponering registrerad vid den traditionella nivån för pH-mätning fastställdes för framtida jämförelser med patienter med refluxsymptom.



Arbete II



Den trådlösa tekniken för pH-mätning har antagits innebära fördelar för patienten då den irriterande näskatetern kan undvikas. Med ökad erfarenhet har det visat sig att nytillkomna besvär från bröstkorgen är vanligt förekommande efter applikation av den trådlösa pH-kapseln. Upp emot hälften av patienterna anger lätta obehag bakom bröstbenet medan enstaka patienter upplever svår bröstsmärta. Därtill finns andra skillnader mellan metoderna som kan påverka patienternas totala upplevelse av pH-mätningen. Den kateterbaserade tekniken innebär exempelvis att en tryckmätning utförs före placering av pH-elektroden. Vid trådlös pH-mätning kan rutinmässig tryckmätning undvikas, däremot krävs en kikarundersökning för att kunna placera den trådlösa kapseln under ögats kontroll. Studien syftade till att utvärdera patienternas upplevelse av de två teknikerna för pH-mätning.



Patienter som remitterades för pH-mätning ingick i studien och genomgick båda undersökningsmetoderna med 7 dagars mellanrum där lottning avgjorde undersökningarnas inbördes ordning. En vecka efter respektive undersökning fyllde samtliga patienter i en symptomformulär avseende typ och grad av besvär i samband med pH-mätningen. Patienterna rapporterade också i vilken grad undersökningen inverkade på den upplevda förmågan att utföra vanliga arbetsuppgifter och olika vardagsaktiviteter.



Studien visade att trådlös pH-mätning var förknippad med mindre obehag för patienten jämfört med den kateterbaserade mätningen. Patienterna upplevde att förmågan arbeta, bedriva fritidsaktiviteter och att utföra normala vardagssysslor var bättre under den trådlösa jämfört med den kateterbaserade mätningen. Av de patienter som deltog i studien angav 87% att de föredrog kikarundersökning följt av 48 timmars trådlös pH-mätning framför tryckmätning och 24 timmars katetermätning. Bröstsmärta efter applikation av pH-kapseln förekom och var den dominerande orsaken till att fyra patienter föredrog den kateterbaserade metoden. Sammantaget visade studien att även om den trådlösa metoden var förknippad med besvärande symptom föredrog en signifikant majoritet av patienterna denna metod framför den traditionella kateterbaserade tekniken pga mindre obehag och mindre inskränkning av förmågan att utföra vardagsaktiviteter.



Arbete III



Denna studie syftade till att utvärdera den trådlösa teknikens förmåga att ställa en korrekt diagnos. Ett diagnostiskt test ska idealiskt ha ett positivt utfall hos patienter med sjukdom och samtidigt kunna ha ett negativt utfall och därmed utesluta sjukdom hos individer som inte lider av sjukdomen. Reflux av syra till matstrupen är ett normalt förekommande fenomen som övergår till sjukdom när syraexpositionen i matstrupen överstiger ett förutbestämt gränsvärde. Testets förmåga att identifiera respektive utesluta sjukdom påverkas därför av det valda gränsvärdet. Eftersom inget test har helt perfekta egenskaper blir målet därför att hitta ett gränsvärde som optimerar testets förmåga ur ett praktiskt, kliniskt perspektiv. För att studera testets urskiljande förmåga användes patienter med symptom som vid klassisk refluxsjukdom samt symptomfria försökspersoner.



Studien visade att den tid som matstrupens pH understeg 4 under den 48 timmar långa mätperioden var det mätvärde som bäst kunde användas för att särskilja patienter från friska individer. Testet hade en god förmåga att ställa korrekt diagnos hos patienter med typiska symptom som samtidigt hade tecken till inflammation vid gastroskopi. Hos patienter utan inflammation i slemhinnan var testet däremot sämre. Patienter med inflammation har en mer uttalad sjukdom och högre grad av reflux, vilket innebär att testets förmåga att ställa rätt diagnos ökar med sjukdomens svårighetsgrad. Eftersom patienter som saknar objektiva tecken på refluxsjukdom, frånvaro av synlig inflammation i slemhinnan, är den grupp som kan ha mest nytta av undersökningen visar våra resultat ett kliniskt problem. Med ett gränsvärde som gör att testet med 90-95% säkerhet kan utesluta sjukdom där denna saknas kommer testet att utfalla positivt i knappt hälften av patienter utan inflammation, vilket begränsar testets praktiska användbarhet. Direkta jämförelser med den tidigare använda kateterbaserade tekniken får göras med viss försiktighet eftersom det finns betydande skillnader i studiernas genomförande. Det går dock att konstatera att även om den trådlösa tekniken innebär flera fördelar för patienter som genomgår undersökningen så kan denna studie inte bekräfta att den nya tekniken medför någon tydlig förbättring av testets prestanda.



Arbete IV



Mönster och grad av exposition för syra i den allra nedersta delen av matstrupen, det område som i första hand drabbas av refluxutlösta komplikationer, är till stor del okänd eftersom den tidigare använda kateterbaserade tekniken inte tillåtit pålitlig mätning av pH-värdet i detta område. Målet med studien var att kartlägga förhållandena i denna region hos friska försökspersoner och att fastställa normalvärden för framtida jämförelser med patienter med refluxsymptom. För detta utfördes simultan pH-mätning med två trådlösa kapslar där en kapsel placerades direkt ovan den synliga övergången mellan magsäcken och matstrupen, och en kapsel på den traditionella mätningen 5-6 cm högre upp.



Studien visade att jämfört med den nivå där pH-mätning normalt utförs exponerades området precis ovan magsäcken för syra i form av kortare, mer frekventa refluxepisoder som dessutom hade en mer uttalad surhetsgrad. Eftersom graden och mönster av reflux kan ha betydelse för uppkomst av komplikationer utgjorde resultaten en grund för fortsatta studier på refluxpatienter. Fynden indikerade också att pH-mätning på den traditionella nivån kraftigt underskattade graden av reflux i den allra nedersta delen av matstrupen hos friska försökspersoner. Av de refluxepisoder som registrerades av den nedre kapseln kunde endast en fjärdedel upptäckas av pH-kapseln placerad på den normala mätnivån. Studien väcker därmed frågan om pH-testets prestanda kan förbättras genom att utföra mätningen i den allra nedersta delen av matstrupen på patienter med refluxsjukdom.



Arbete V



Det avslutande delarbetet syftade till att utvärdera om trådlös pH-mätning i matstrupens nedersta del kunde förbättra testets förmåga att korrekt diagnostisera patienter med refluxsjukdom i jämförelse med den traditionella mätnivån högre upp i matstrupen. För detta användes patienter med typiska refluxsymptom och friska försökspersoner som alla genomgått simultan pH-mätning med två kapslar, en på vardera mätnivå.



Studien visade att pH-registrering på den övre mätnivån hos refluxpatienter, liksom på friska individer, kraftigt underskattade graden av reflux längst ned i matstrupen. Resultaten från pH-mätning utförd med den nedre kapseln visade att testet förmåga att ställa korrekt diagnos ökade med stigande svårighetsgrad av refluxsjukdomen. Studien visade att den lägre placeringen av pH-kapseln påtagligt förbättrade testets förmåga att identifiera patienter med refluxsjukdom både med och utan inflammation, vilket talar för att pH-mätning längst ned i matstrupen kan förbättra pH-testets förmåga att särskilja patienter från friska individer.



Placering av den trådlösa kapseln i den allra nedersta delen av matstrupen var tekniskt svårare och möjligen förknippad med en ökad risk för tidig kapsellossning. Med tanke på de relativt små skillnaderna påvisade i denna studie måste resultaten tolkas med viss försiktighet och bör i första hand bekräftas i ytterligare studier innan trådlös pH-mätning i den allra nedersta delen av matstrupen kan rekommenderas i det praktiska handläggandet av patienter.

• author: Wenner, Jörgen
• supervisor: Stefan Öberg
• opponent: Professor Funch Jensen, Peter, Aarhus University, Denmark
• organization: Surgery (Lund)
• publishing date: 2007
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Surgery
• keywords: Surgery, orthopaedics, traumatology, Kirurgi, thresholds, specificity, sensitivity, diagnostic accuracy, adverse symptoms, wireless, pH monitoring, gastroesophageal reflux disease, ortopedi, traumatologi
• defense location: Lecture room 1, Main building, Lund University Hospital, Lund, Sweden
• defense date: 2007-05-12 09:00:00
• ISBN: 978-91-85559-49-7
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: Jörgen Wenner, Folke Johnsson, Jan Johansson and Stefan Öberg. 2005. Wireless oesophageal pH monitoring: Feasibility, safety and normal values in healthy subjects Scand J Gastroenterol, vol 40 pp 768-774.; Jörgen Wenner, Folke Johnsson, Jan Johansson and Stefan Öberg. 2007. Wireless Esophageal pH Monitoring Is Better Tolerated than the Catheter-Based Technique: Results from a Randomized Cross-Over Trial Am J Gastroenterol, vol 102 pp 239-45.; Jörgen Wenner, Jan Johansson, Folke Johnsson and Stefan Öberg. . Optimal thresholds and discriminatory power of 48-h wireless esophageal pH monitoring in the diagnosis of GERD Am J Gastroenterol, (inpress); Jörgen Wenner, Folke Johnsson, Jan Johansson and Stefan Öberg. 2006. Acid Reflux Immediately Above the Squamocolumnar Junction and in the Distal Esophagus: Simultaneous pH Monitoring Using the Wireless Capsule pH System Am J Gastroenterol, vol 101 pp 1734-41.; Jörgen Wenner, Mats Hall, Jan Johansson, Folke Johnsson and Stefan Öberg. . Wireless pH recording immediately above the squamocolumnar junction in the diagnosis of GERD (submitted)
• id: 3114e20e-18ae-4824-a9e2-6ec4f8073a2c (old id 548520)
• date added to LUP: 2016-04-01 17:15:41
• date last changed: 2018-11-21 20:47:53