Ved hospitalsfysiker Ove Carlsen Nuklearmedicinsk Afdeling, Vejle Sygehus

1. Om Cr-51 EDTA undersøgelsen til GFR-bestemmelse Ved hospitalsfysiker Ove Carlsen Nuklearmedicinsk Afdeling, Vejle Sygehus E-mail: ovecar@vgs.vejleamt.dk Power Point filen om Cr-51 EDTA undersøgelsen til GFR-bestemmelse kan ses på adressen: http://www.vs.vejleamt.dk/klinfysio/Cr-51_EDTA_undersoegelsen.ppt Version: 1. juni 2006

2. Om målebladet til Cr-51 EDTA undersøgelsen og om GFR-beregningen

3. Trin i udførelsen af Cr-51 EDTA undersøgelsen 1. Patientforberedelse inden undersøgelsen og udfyldelse af dele af måleskemaet. Afdelingens læger har på baggrund af oplysninger om patienten - herunder evt. EECC - noteret på henvisningen, hvorvidt undersøgelsen skal udføres på basis af én eller flere blodprøver. 2. Udtagning af nulprøve og blodprøver efter et tidsskema afhængig af om patienten er et barn eller en voksen, og om GFR skal baseres på en enkelt eller flere blodprøver. 3. Efter blodprøvetagningen centrifugeres blodprøverne og plasmaprøverne afpippeteres. 4. Baggrundsprøven, nulprøven, standarderne og plasmaprøverne samt evt. spildprøver tælles i brøndtælleren. 5. Tælleresultaterne m.v. indtastes i udarbejdede Excel-regneark på en PC på afdelingen. GFR-resultatet udskrives på printer. 6. Kvalitetskontrol af resultatet før afgivelse af undersøgelsen til beskrivelse hos lægerne.

4. Eksempel på et måleblad ved en Cr-51 EDTA undersøgelse Der er udført en Cr-51 EDTA undersøgelse med flere blodprøver, nemlig 4. Formentlig fordi EECC (Estimeret Endogen Crea-tinin Clearance) på 41 ml/min er nedsat.

5. Eksempel på et svar på en Cr-51 EDTA-undersøgelse med flere blodprøver Diagrammet nederst på siden viser normalområdet for GFR og områderne med moderat, middelsvært og svært nedsat GFR som funktion af patientens alder og køn (viste figur gælder for en mand). For den aktuelle patient, hvor GFR-værdien på 39 ml/(min · 1.73 m2) er vist med en firkant, er nyre-funktionen således middel-svært nedsat.

6. Mellemresultater til patientens journal Denne side indeholder de data, der er indtastede, og mellemresul-taterne samt endelige GFR-værdi. De enkelte dele på denne side vil blive gennemgået separat på de følgende sider.

7. De felter i ovenstående diagram, der ikke har grå baggrund, er tastet ind i Excel-regnearket på PC’en fra oplysningerne på målebladet hørende til Cr-51 EDTA undersøgelsen. Felterne med grå baggrund beregner regnearket selv.

8. Hver gang en ny og godkendt standard tages i brug indtaster ledende bioanalytiker eller bioanalytikerunderviseren identifikationsdata for den nye standard omfattende lot-nummeret, aktivitetsdatoen (eller referencedatoen) for lot-nummeret og den mængde af Cr-51 EDTA opløsningen i mg af lot-nummeret, der er udtaget til standard. Standarden er normalt fortyndet til 500 ml.

9. Tælleresultater i CPM fra brøndtælleren er angivet i 2. søjle. Volumenerne udtaget til tælling er normalt 2 ml og angivet i 3. søjle. I 4. søjle er angivet nettotælletallene i counts pr. minut pr. ml plasma. Sidste og 5. søjle viser standard-GFR udregnet for hver enkelt plasmaprøve (one sample method) og - hvis der er taget flere plasmaprøver (multiple samples method) - er GFR udregnet ved Brøchner-Mortensens metode ud fra en eksponentiel kurvetilpasning af aktivitetskurven for de 4 plasmaprøver.

10. Ud fra patientens vægt og serum-creatininkoncentration beregnes EECC (Estimeret Endogen Creatinin Clearance) i ml/min som et estimeret mål for samlet nyrefunktion. Denne værdi bruges først og fremmest til at vurdere, hvorvidt samlet nyrefunktion er normal eller nedsat, og dermed om det er tilstrækkeligt med en GFR baseret på en enkelt blodprøve (one sample method) eller om der skal tages flere blodprøver (multiple samples method).

11. Når GFR er baseret på flere plasmaprøver, hviler bestemmelsen af GFR på en ekspontiel kurvetilpasning af aktiviteterne af de normalt 4 plasmaprøver som funktion af tiden. Når lodrette akse er i logaritmisk skala, vil denne eksponentielle kurve blive fremstillet som en ret linie, som vist i ovenstående diagram. NB: Værdien af R2 er et mål for, hvor godt data ligger på en ret linie. R2 lig 1 betyder for eksempel, at tælledata ligger perfekt på en ret linie.

12. Eksempel på et svar på en Cr-51 EDTA undersøgelse med en enkelt blodprøve Dette patienteksempel er en Cr-51 EDTA-undersøgelse, hvor GFR på 103 ml/(min · 1.73 m2) ligger øverst i normalområdet. GFR-værdien er baseret på en enkelt blodprøve (dog med en supplerende blodprøve taget umiddeltbart bagefter som en dobbeltbestemmelse).

13. Standard GFR baseret på 1. blodprøve giver 100 og på 2. blodprøve 107 ml/(min · 1.73 m2) her taget fire minutter senere. Dette giver en gennemsnitlig GFR på 103 ml/(min · 1.73 m2)

14. Forhold til overvejelse vedrørende kvalitetskontrollen af resultaterne af en Cr-51 EDTA undersøgelse 1. Aktiviteten i en nulprøve kan aldrig ligge lavere end aktiviteten i baggrundsprøven (skulle dette være tilfældet, sættes aktiviteten i nulprøven lig med aktiviteten i baggrundsprøven) 2. Er aktiviteten i nulprøven væsentligt over aktiviteten i baggrundsprøven, betyder dette, at patienten for nylig har været til en nuklearmedicinsk undersøgelse med indgift af en radioaktiv isotop. Patienten har som regel forladt afdelingen, når tælleresultaterne foreligger, så man kan sjældent spørge patienten direkte herom. I mangel af andre oplysninger kan man undersøge nærmere, hvilken radioaktiv isotop, det drejer sig om, ved på ny at tælle nulprøven og lade brøndtælleren vise energispektret for isotopen. På den måde kan man som regel identificere isotopen. 3. Baggrundsaktiviteten skal være på samme niveau fra undersøgelse til undersøgelse på den samme afdeling. På Nuklearmedicinsk Afdeling i Vejle er baggrundsaktiviteten ca. 60 cpm.

15. Forhold til overvejelse … (fortsat) 4. Er baggrundsaktiviteten væsentligt højere en sædvanlige niveau, må man analysere om der har været radioaktive kilder i nærheden af brøndtælleren i måleperioden. Man kunne hertil sige, at et unormalt højt baggrundsniveau er uden betydning, da det jo bliver fratrukket tælleresultaterne. Dette er korrekt, men der er jo ingen garanti for, at kontamineringen af tælleprøverne kun er foregået i en del af den samlede måletid på prøverne, hvorved nogle prøver er kontaminerede, andre ikke kontaminerede. Dette kan undersøges ved sammenligning af den indledende og afsluttende tælling af baggrundsniveauerne. 5. De to tælleresultater af standarderne må aldrig afvige signifikant fra hinanden. Ved kvalitetskontrollen af de ca. 12 standarder af det givne lot-nummer blev det netop kontrolleret, at samtlige standarder ikke afveg signifikant fra hinanden. Afviger standarderne signifikant fra hinanden, bør samtlige standarder hørende til lottet tælles igen, før der træffes afgørelse om gyldigheden af de to standarder hørende til den aktuelle Cr-51 EDTA undersøgelse.

16. Forhold til overvejelse … (fortsat) 6. Ved ”one sample method” er dobbeltbestemmelsen taget få minutter efter den første blodprøve, hvorfor de to tælleresultater skal være nogenlunde ens for at give nogenlunde samme værdi for GFR. 7. Ved ”multiple samples method” skal de 4 (undertiden 5) tælleresultater af plasmaprøverne have et nogenlunde jævnt fald, dvs. de skal falde nogenlunde lige meget fra den ene prøve til den anden. Er dette ikke tilfældet, vil man få en GFR-værdi med en betydelig eksperimentel fejl, som Excel-regnearket dog ikke beregner, og som man derfor måske ikke lige er opmærksom på. 8. I ”multiple samples method”, hvor der er et ujævnt fald af tælletallene, bør man undersøge disse tal nøje og se, om man ved at udelukke et - sandsynligvis kontamineret - tælletal kan få en væsentlig bedre eksponentiel kurvetilpasning med et datapunkt færre. Herved bliver gennemsnitlige GFR mere nøjagtig og den eksperimentelle usikkerhed samtidigt mindre. Mere end et enkelt punkt ud af de 4 (evt. 5) bør man dog ikke reducere datamængden med.

17. Forhold til overvejelse … (fortsat) 9. I ”multiple samples method” bør der være en høj grad af overensstemmelse mellem GFR bestemt ved eksponentiel kurvetilpasning og de GFR-værdier, der knytter sig til de enkelte plasmaprøver. Værdien baseret på kurvetilpasningen er dog sædvanligvis at betragte som den mest nøjagtige. 10. Det er klart, at resourcerne ved ”one sample method” er mindre i omfang end ved ”multiple samples method”. Til gengæld er patientens GFR baseret på en enkelt blodprøve med tilhørende dobbeltbestemmelse. Alt står derfor og falder med pålideligheden af dobbeltbestemmelsen. 11. I ”one sample method” hører der en spildprøve til hver af de to plasmaprøver, og resultaterne af spildprøverne tælles også i brøndtælleren. Forløbet af tælleresultaterne af 1. spildprøve, 1. plasmaprøve, 2. spildprøve og 2. plasmaprøve giver et fingerpeg om, hvorvidt der har været kontaminering af tælleresultaterne

18. Forhold til overvejelse … (fortsat) 12. Er de i punkt 11 anførte fire tælletal nogenlunde på samme niveau, er der intet grundlag for mistanke om kontaminering af plasmaprøverne. 13. Er tælletallet af 1. plasmaprøve betydeligt lavere end 1. spildprøve, må 1. spildprøve være kontamineret. Dette er ingen alarmerende situation, da 1. spildprøve ikke bruges. Men der er ingen sikkerhed for, at 1. plasmaprøve ikke også er kontamineret. Er 2. plasmaprøve eksempelvis betydeligt lavere end 1. plasmaprøve, så må 1. plasmaprøve være kontamineret, og den må forkastes. Igen er der ingen sikkerhed for - uanset niveauet af 2. spildprøve - at 2. plasmaprøve ikke også er kontamineret. Sådan er situationen og vilkårene, når injektion af Cr-51 EDTA og udtagning af blodprøver foregår fra samme venepunktur!

19. Forhold til overvejelse … (fortsat) 14. Ved ujævnt forløb af tælletallene af spild- og plasmaprøver ved ”one sample method” er der et enkelt princip for muligvis at redde sig ud af vanskelighederne og dermed undgå at skulle lave undersøgelsen om: enhver kontaminering øger tælletallet! (under den klare forudsætning, at der rent faktisk er 2 ml plasma i alle plasmaprøverne, og at de ikke er hæmolyserede!). Fremtræder tælletallene ”umulige” vælger man simpelthen det laveste tælletal (uanset om det er en spild- eller plasmaprøve) og indtaster dette tælleresultat to gange i Excel-regnearket. Der indtastes naturligvis samme måletidspunkt for denne prøve - som er enten tidspunktet for 1. eller 2. plasmaprøve. NB: Husk at en kontaminering af plasmaprøverne fejlagtigt vil give en for lav værdi af GFR.

20. Teori og praksis bag Cr-51 EDTA undersøgelsen

21. Hvad er Cr-51 EDTA?

22. Cr-51 EDTA er en forbindelse af den radioaktive isotop Cr-51 og lægemidlet EDTA: Radioaktive isotop Cr-51: Atomnummer Z= 24 (antal af protoner i atomkernen) Massetallet A= 51 (antal protoner og neutroner i atomkernen) Cr-51 henfalder til grundstoffet Vanadium under udsendelse af gamma-stråler med dominerende energi på ca. 320 keV og med en halveringstid på ca. 28 dage. Lægemidlet EDTA: EthyleneDiamineTetra-Acetat er et stof, som filtreres fuldstændigt i nyrerne, og det kan bindes til Cr-51 isotopen. EDTA er derfor særdeles velegnet til brug ved bestemmelse af nyrefunktionen.

23. Hætteglas med Cr-51 EDTA fra firmaet Nycomed Amersham via isotop-apoteket i København. Kalibreret til at indeholde 37 MBq Cr-51 EDTA den 17. dec. 2002 i 10 ml isotonisk saltvand.

24. Mængden af EDTA måles indirekte ved at måle mængden af den radioaktive isotop Cr-51 i det viste apparat, nemlig brøndtælleren. Bortset herfra er Cr-51 fuldstændig uinteressant!

25. Energivinduet Energispektrum af gammastrålingen fra den radioaktive isotop Cr-51 i Cr-51 EDTA i brøndtælleren. Mængden af radioaktivitet, tællinger, i energivinduet registreres.

26. Hvad er nyrefunktionen GFR?

27. Vene Arterie Oversigt over nyrer og urinveje

28. Nyren i en voksen person med normal nyrefunktion er opbygget af ca. 1 million små funktionelle enheder, kaldet nefroner.

29. Oversigt over nefronets opbygning med filtration af plasma i glomerulus og dannelsen af urin.

30. I diagrammet på følgende side er der brugt følgende betegnelser: RAPF: Renal Arterial Plasma Flow, dvs. hvor mange ml plasma der pr. minut løber til nyrerne gennem nyrearterierne til venstre og højre nyre. Normalt ca. 600 ml/min for en voksen. GFR: Glomerular Filtration Rate, dvs. det antal ml plasma som pr. minut filtreres i nyrernes glomeruli på venstre og højre side. Normalt er GFR ca. 110 ml/min for en voksen under 40 år. UF: Urine Flow eller diuresen, dvs. det antal ml færdig urin som forlader samlerørene og via urinlederne kommer ud i urinblæren. Typiske værdier for UF er 1-2 ml/min for en voksen. RVPF: Renal Venous Plasma Flow, dvs. hvor mange ml plasma der pr. minut løber fra nyrerne gennem nyrevenerne fra venstre og højre nyre til højre hjertehalvdel. For RVPF gælder, at RVPF er lig medRAPF - UF

31. Filtration af plasma og bl.a. af Cr-51 EDTA i glomeruli og reabsorption af vand i samlerørene. RAPF = GFR = UF = Reabsorption af vand i samlerør 600 ml/min 110 ml/min 2 ml/min Filtration i glomeruli RVPF = 598 ml/min 490 ml/min 108 ml/min I en voksen med normale nyrer kommer 600 ml/min plasmagennem nyrearterien til nyren. Heraf filtreres 110 ml/min i glomeruli, hvoraf 108 ml/min reabsorberes og 2 ml/min bliver den færdige urin. Gennem nyrevenen vender således 598 ml/min tilbage til plasmavolumet!

32. Definition af nyrernes clearance af stoffet Cr-51 EDTA: Nyrernes clearance af Cr-51 EDTA er det antal milliliter plasma, som nyrerne fuldstændigt kan rense for Cr-51 EDTA per minut. NB: Clearance af Cr-51 EDTA er næsten det samme som nyrernes glomerulære filtrations-hastighed (eng. Glomerular Filtration Rate, forkortet GFR).

33. Lidt om legemets vædskevolumina

34. Typiske værdier for en mand på 70 kg i vægt 3 liter (4% af vægt) 25 liter (36% af vægt) 14 liter (20% af vægt) Intersti-stitielt volumen Vi Plasma-volumen Vp Intracel-lulærtvolumen

35. Fordelingen af Cr-51 EDTA i legemet efter en indsprøjtning

36. Vi Vp Nyrer

37. Vi Vp Nyrer Indsprøjtning af Cr-51 EDTA i en armvene

38. På vej mod koncentrationsligevægt mellem Vi og Vp: Vi Vp Nyrer

39. Koncentrationsligevægt mellem Viog Vp er opnået efter ca. 3 timer: Vi Vp Nyrer Extra-Cellulær Volumet ECV er fordelingsvolumet for Cr-51 EDTA efter ca. 3 timer, og hvor ECV = Vp + Vi

40. Nyrerne ”renser” fordelingsvolumet ECV for Cr-51 EDTA svarende til GFR ml plasma pr. minut: GFR ECV Nyrer ECV · dC/dt GFR · C(t) C(t): Koncentrationen til tiden t i fordelingsrummet ECV [mg Cr-51 EDTA opløsning/ml plasma]

41. Differentialligning for koncentrationen: ECV · dC/dt = -GFR · C(t) Udtrykker blot, at den mængde Cr-51 EDTA, som pr. tidsenhed dt forsvinder fra fordelings-volumet ECV naturligvis er samme mængde Cr-51 EDTA, som optages i nyrerne. Kontrol af dimensionerne i ligningen: ECV·dC/dt = -GFR·C(t) ml·(mg/ml)/min = ml/min·mg/ml

42. Løsningen på differentialligningen er, at koncentrationen C(t) er en eksponential-funktion af tiden t: C(t) = C(0) · exp(-b · t) hvor C(0) er koncentrationen til t= 0 i mg/ml og parameteren b har dimensionen 1/min NB: b er et mål for, hvor hurtigt C(t) falder med tiden (b = GFR/ECV)

43. Eksempel på en eksponentialfunktion: y= exp(-0,0025 t) NB: 7 datasæt er indtegnede

44. Hvordan findes de to parametre C(0) og b i udtrykket for koncentrationen C(t)? C(t) = C(0) · exp(-b · t) Den naturlige logaritme tages på begge sider: ln[C(t)] = ln[C(0) · exp(-b · t)] = ln C(0) + ln[exp(-b · t)] = -b · t + ln C(0) hvilket er ligningen for en ret linie med hældingskoefficient –b og afskæring på lodrette akse er ln C(0)

45. Eksempel på logaritmen til en eksponentialfunktion y= exp(-0,0025 · t), der bliver linien ln y= -0,0025 · t NB: 7 datasæt er brugt!

46. Hvordan bestemmes clearance af Cr-51 EDTA teoretisk set?

47. Injektion af Cr-51 EDTA i plasmavolumet og efter-følgende blodprøvetagning over lang tid I nyrerne: Plasma-volumet GFR ml/min C(t) mg/ml Injektion af mængden Q af Cr-51 EDTA opløsningen

48. Q = C(t1) · GFR · dt + C(t2) · GFR · dt + … + C(t27) · GFR · dt + … + C(t61) · GFR · dt + … + C(t84) · GFR · dt + …

49. GFR= Q / [C(t1) · dt + C(t2) · dt + … + C(t27) · dt + … + C(t61) · dt + … + C(t84) · dt + …] eller GFR = Q / A hvor A er arealet under plasmakurven fra t= 0 til uendelig.

50. Matematisk formel for beregning of Glomerular Filtration Rate, GFR: GFR = Q / A hvor Q = Dosis af Cr-51 EDTA opløsning A = Arealet under C(t) Kontrol af dimensionerne: GFR: ml/min Q/A: mg / [(mg/ml) · min] = ml/min