Banden tussen artsen/onderzoekers en ‘Big Pharma’

http://www.newscientist.com

25 February 2009

Onthulling van de links tussen artsen en ‘Big Pharma’

De Republikeinse senator Chuck Grassley (V.S.) heft het zijn missie gemaakt om de knusse relatie tussen artsen, researchers en de farmaceutische industrie es goed door elkaar te schudden. Hij stelt wetgeving voor om farmaceutische bedrijven te dwingen de vergoedingen bekend te maken die zij aan artsen betalen.

Chuck Grassley was een metaal-bewerker, arbeider aan de lopende en landbouwer vooraleer hij in het ‘Congress’ ging zetelen in 1974. Sindsdien is hij het zeer invloedrijke ‘Senate Finance Committee’ gaan leiden. Met Grassley’s ondersteuning, heeft dit committee het misbruik van de belasting-vrijstelling door non-profit organisaties en de banden tussen farmaceutische bedrijven en artsen onderzocht.

Heeft het echt belang dat sommige academici en artsen ‘vergeten’ hun inkomsten van farmaceutische bedrijven aan te geven?

Het publiek vertrouwt op het advies van artsen en heeft het recht de financiële relaties te kennen tussen die artsen en de bedrijven die de medicijnen maken die zij voorschrijven. Hetzelfde geldt voor onderzoekers, aangezien zij de klinische praktijk beïnvloeden. Als de betalingen transparant zijn, geloof ik dat mensen die nauwe connecties hebben met een bedrijf een beetje meer voorzichtig zullen zijn over de mate waarop ze een bepaald medicijn aanbevelen te nadele van een ander. De belasting-betaler zou ook op de hoogte moeten zijn aangezien zij miljarden spenderen aan medicijnen en toestellen.

U stelde vragen omtrent een psychiater die fondsen van het ‘National Institutes of Health (NIH)’ gebruikte om een medicijn te testen. U beweerde dat hij geen gewag had gemaakt van de aandelen – in het bedrijf dat eigenaar was van het medicijn – in zijn bezit; beweringen die hij ontkende en die waar zijn werkgever hem gelijk gaf. Kunt u daar meer over vertellen?

Ik mag geen commentaar geven op specifieke gevallen. Maar ik kan wel zeggen dat mijn ontdekking van niet bekendgemaakte financiële relaties tussen farmaceutische bedrijven en researchers druk op de NIH heeft gezet. Zij beheren elk jaar miljarden aan overheidsgeld. Ze moeten dan ook verzekeren dat degenen die de fondsen krijgen belangen-conflicten beheersen.

Wat zou u willen dat de NIH doet aan dergelijke conflicten?

Ze hebben veel macht maar gebruikt die niet. Ze hebben een verantwoordelijkheid om te verzekeren dat informatie over belangen-conflicten wordt vrijgegeven en behandeld. De NIH is verantwoordelijk er voor te zorgen dat universiteiten deze informatie verzamelen. Ze zeggen niet in staat te zijn elke universiteit op te volgen. Wel, ik zeg: schors fondsen [bedoeld wordt: van degenen die ’t niet nauw nemen met de ethiek] en je zal ieders aandacht krijgen.

Ik ontmoette de directeur van de NIH voor hij vorig jaar aftrad en hij leek bezorgd. Maar ik zou willen dat het agentschap elke mogelijkheid te baat neemt om openbaring te bewerkstelligen i.p.v. om ’t even welke reden uit te vinden om niks te doen.

U reveleerde ook dat de presentator van een medisch programma op de US ‘National Public Radio’ aanzienlijke sommen had gekregen van bedrijven wiens produkten aan bod kwamen.

We weten dat farmaceutische bedrijven grote hoeveelheden geld hebben gegooid naar medische researchers en er is geen duidelijke manier om te weten hoeveel en naar wie juist. Nu ziet het er naar uit dat hetzelfde gebeurd in de journalistiek, zonder verantwoordingsplicht. Het gebrek aan transparantie heft aanleiding tot cynisme en leidt tot gerechtvaardigde vragen over de effekten op onderzoek en de medische praktijk. Het publiek moet zich afvragen wie het kan vertrouwen voor een onafhankelijk standpunt.

Zijn er specifieke onderzoeken waar u kan over vertellen?

Een klokkenluider genaamd Andrew Mossholder, die een arts was bij de, US ‘Food and Drug Administration’ (FDA) kwam naar me toe omdat hij gemuilkorfd werd door de bureaucratie. Het was ongeveer vijf jaar geleden en hij moest een artikel voorstellen dat vragen opwierp over de zelfmoorden bij teenagers die antidepressiva namen, maar de FDA liet hem dit niet toe. Het agentschap hield er niet van omdat het die medicijnen eerder had goedgekeurd. Toch had hij gelijk: een beetje later startte de FDA met het uitvaardigen van een waarschuwing over het risico op zelfmoord op de etiketten van antidepressiva.

Is dat hoe de dingen werken in deze agentschappen?

Bij de FDA, moesten ze tot het punt komen waar het de gewoonte was om het wetenschappelijk proces niet te volgen. Er was ook een knusse relatie tussen de farmaceutische bedrijven en het agentschap. Het resultaat was de onderdrukking van dissidente standpunten betreffende de (on)veiligheid van een medicijn. Maar het is niet enkel de FDA. Recent had ik de directeur van het FBI in mijn kantoor. We spraken over wat er verkeerd is met de cultuur binnen het FBI, het feit dat er niet willen dat informatie publiek gemaakt wordt en dat klokkenluiders altijd worden gepest. Ik denk dat dit een cultuur is die zich verspreidt over bureaucratieën. Het is te lang ongecontroleerd gebleven en ik ben er zo’n beetje een controleur van.

Professionals in de gezondheidzorg zijn enkele van uw top-donoren. Heeft u zelf geen belangen-conflict?

Het voorbije jaar ontving ik donaties van veel van de organisaties die ik heb onderzocht. Ze contribueren omdat ze geloven in mijn regeringsfilosofie. Als iemand moet worden gecontroleerd, dan controleer ik ze.

Vertel ons over de wetgeving die u dit jaar introduceerde die vereist dat bedrijven openlijk rapporteren over betalingen aan arsten en wetenschappers.

Het werd de ‘Physician Sunshine Act’ genoemd. Farmaceutische bedrijven of fabrikanten van medisch materiaal die artsen aanwerven als consultenten zullen moet melden hoeveel ze hen betalen. Deze informatie zal op het internet komen op een gebruiker-vriendelijke manier zodat consumenten het kunnen zien.

Ik wil dat elke cliënt van elke arts weet of het voorschrijf-gedrag van die dokter bevooroordeeld is.

Maar is openbaarmaking genoeg? De betalingen zullen blijven en ze zouden de beslissingen betreffende behandeling die dokters nemen kunnen beïnvloeden.

We proberen een antwoord te geven op die vraag. Ik geloof dat transparantie veranderingen in het gedrag voortbrengt. Indien dat niet het geval blijkt, zullen we andere stappen overwegen.

[…]

Het mag geen twijfel leiden dat de beschreven praktijken ook in Europa aan de orde zijn! Artsen/onderzoekers hébben banden met farmaceutische bedrijven én met diagnostische laboratoria. Of het nu de sociale zekerheid (de belasting-betaler dus) of de individuele patient (in het geval van niet door de sociale zekerheid erkende medicijnen en/of lab-testen) is die betaalt: wij (patiënten en gezonden) betalen te veel!!! Waar zijn de artsen/onderzoekers die zich daar tegen uitspreken? Waar zijn de moedige klokkenluiders? Laat ons hen steunen en niet verguizen… We moeten er allemaal voor ijveren dat het algemeen belang, de (financiële en andere) gezondheid van de maatschappij consistent voorrang krijgt op de noden en verwachtingen van aandeelhouders van bedrijven. De invloed van de industrie op de klinische praktijk en research moet verminderen en wij (patiënten maar ook media, ambtenaren, politici) zijn daar ook voor verantwoordelijk…

Acetylcarnitine – verminderde opname in de hersenen

Gezien de (eerdere en aangekondigde) studie(s) naar de doeltreffendheid van acetylcarnitine met betrekking tot de mentale vermoeidheid bij CVS, geven we hier de kern-boodschappen mee van een studie aangaande de opname daarvan in de hersenen. Het betreft een samenwerking van de teams van Kuratsune (Japan) en Evengård (Zweden).

We verwezen reeds eerder naar het werk van de Japanees [zie: ‘Specifieke correlaties tussen oxidatieve stress in de spieren en CVS’] en aangezien acetylcarnitine blijkt te worden gebruikt bij de synthese van glutamaat, houdt dit ook verband met het werk van Rönnsback en Hanssen dat we eerder verzamelden [zie ‘Gliale Cellen, Astrocyten en M.E.’, ‘Glia, glutamaat-transport en mentale vermoeidheid’ en ‘Glia, glutamaat-transport en chronische pijn’].

Neuroimage, 2002, 17, 3, 1256-1265

Brain-regions involved in fatigue-sensation: reduced acetylcarnitine uptake into the brain

Hirohiko Kuratsune, Kouzi Yamaguti, Gudrun Lindh, Birgitta Evengård, Gisela Hagberg, Kiyoshi Matsumura, Masao Iwase, Hirotaka Onoe, Mamoru Takahashi, Takashi Machii, Yuzuru Kanakura, Teruo Kitani, Bengt Långström and Yasuyoshi Watanabe

Department of Molecular Medicine, Haematology and Oncology, Osaka University Graduate School of Medicine, Japan

Department of Infectious Disease, Karolinska Institute, Huddinge Hospital, S-141 86 Stockholm, Sweden

SAMENVATTING

Vermoeidheid is een onmisbaar gevoel om rust te gelasten. De neuronale en molekulaire mechanismen van vermoeidheid blijven echter onduidelijk. CVS met zijn langdurig vermoeidheid-gevoel lijkt een goed model voor het bestuderen van deze mechanismen. Wij vonden reeds dat de meeste patiënten met CVS lage waarden van acetylcarnitine in het serum hebben en die correleerden goed met de vermoeidheid-score; en dat een aanzienlijke hoeveelheid van de acetyl-groep van serum-acetylcarnitine wordt opgenomen in de hersenen.

Hier tonen we via analyse van metabolieten in hersenen van muizen dat een acetyl-groep, opgnomen in het brein via acetylcarnitine, hoofdzakelijk wordt aangewend voor de biosynthese van glutamaat. Wanneer we de opname in de hersenen van acetylcarnitine bestudeerden gebruikmakend van radio-aktief gemerkt acetyl-L-carnitine bij 8 patiënten met CVS [CDC criteria 94, geen majeure depressie, allen met lage concentraties aan serum-acylcarnitine] en bij 8 normale controles gematcht voor leeftijd en geslacht, toonden de PET-scans een significante daling in meerdere hersen-gebieden bij de patiënten-groep […].

Deze bevindingen suggereren dat het niveau qua biosynthese van neurotransmitters via acetylcarnitine wellicht gereduceerd is in enkele hersen-gebieden bij chronisch vermoeide patiënten en dat deze abnormaliteit mogelijks één van de sleutels is bij het ontsluieren van de mechanismen van het vermoeidheid-gevoel.

INLEIDING

[…] We toonden aan dat een meerderheid van of Japanese en Zweedse CVS-patiënten een serum-acetylcarnitine tekort hadden en dat er een duidelijk verband was tussen de concentratie van acetylcarnitine in het serum en de vermoeidheid-score bij CVS-patiënten [‘Acylcarnitine deficiency in Chronic Fatigue Syndrome’, Clin Infect Dis.1994 Jan;18 Suppl 1:S62-7: “Acylcarnitine-deficiëntie zou een een energie-tekort en/of abnormaliteit van de intra-mitochondriale toestand in skelet-spieren kunenn induceren, resulterend in veralgemeende vermoeidheid, spier-pijn, spier-zwakte en post-exertionele malaise bij patiënten met CVS.”; zie ook: ‘Low levels of serum acylcarnitine in Chronic Fatigue Syndrome and chronic hepatitis type C, but not seen in other diseases’, Int J Mol Med. 1998 Jul;2(1):51-6]. Om de dynamiek van de acetylcarnitine-molekule bij mensen en primaten te volgen, werden PET [positron emissie tomografie] -studies uitgevoerd gerbuik makend van [radio-aktief] gelabeld acetylcarnitine. We vonden al dat zoogdieren een zeker regulerend mechanisme voor de transfer van serum-acetylcarnitine van de lever naar de bloedsomloop en vice versa hebben en dat de opname door de hersenen van radio-aktief gemerkt acetylcarnitine hoog was [totaal verschillend van bv. methylcarnitine].

De rol van carnitine en acetylcarnitine in neurale transmissie is een interessant onderwerp omwille van de overeenkomst van de molekulaire struktuur met die van choline en acetylcholine. Shug et al. suggereerden dat carnitine geen directe rol als neurotransmitter in de hersenen heeft maar mogelijks een belangrijke rol in biochemische mechanismen betrokken bij excitatorische en inhiberende funkties in de hersenen van zoogdieren kan spelen. Eerdere studies betreffende de opname in de hersenen van carnitine en acetylcarnitine uit het bloed gebruikten carnitine en acetyl-L-carnitine gemerkt met ¹⁴C [een bepaalde radio-aktieve vorm van koolstof] en de opname in de hersenen was laag. Toch toonden meerdere rapporten farmacologische effekten van acetylcarnitine op het centraal zenuwstelsel (CZS) [bij ratten: verbetering van ruimtelijk leren; van neurologische gebreken en energie-produktie veroorzaakt door zuurstof-tekort - bij mensen: significant mindere verslechtering zoals bepaald via de ‘Mini-Mental Status’ en ‘Alzheimer’s Disease Assessment Scale’ test in een dubbel-blinde placebo-gecontroleerde studie]. Oordelend op onze bevindingen zouden deze farmacologische effekten van acetylcarnitine verband kunnen houden met de overdracht van acetyl-groepen naar de hersenen via acetylcarnitine.

Het is echter onduidelijk waarom en hoe de acetyl-groepen worden opgenomen in het brein via acetylcarnitine. In de huidige studie, analyseerden we eerst de radio-aktieve metabolieten in de hersenen en het plasma van muizen en voerden dan PET-scans uit om de opname van met ¹¹C [een ander koolstof-isotoop] gemerkt acetylcarnitine in de hersenen en regionale cerebrale bloed-doorstroming te onderzoeken bij een groep CVS-patiënten vergeleken met een normale controle-groep.

[Allen moesten vasten - water wel toegelaten - gedurende ten minste 8 h vóór de studies, gezien de concentratie in het serum van acetylcarnitine snel verandert na inname van voedsel.]

RESULTATEN

Metabolieten-Analyse van [2-¹⁴C]Acetylcarnitine in het Brein van Muizen

[…] Wanneer het tijd-verloop van opname door de hersenen werd gevolgd van 1 tot 20 min na de injektie van [2-¹⁴C]acetylcarnitine in muizen, was er een graduele stijging gedurende 20 min. De daling van de radio-aktiviteit in het bloed daalde met verloop van tijd. […] Analyse toonde drie belangrijke neurotransmitters: glutamaat, aspartaat en GABA; waarbij glutamaat 60% van de radio-aktiviteit in de hersenen vertegenwoordigde […].

de rSUVacc en Regionale Cerebrale Bloed-Doorstroming bij CVS-Patiënten en Normal Controles

[…]

We gaven hier het eerste bewijs voor acetylcarnitine-opname in het menselijk brein […] De opname van radio-aktief acetylcarnitine werd gevonden in de hersen-schors en andere brein-strukturen, wat er op wijst dat de acetyl-groep van serum-acetylcarnitine wellicht wordt gebruikt voor de biosynthese van glutamaat, aspartaat en GABA in deze hersen-gebieden. De rSUVacc [regional standard uptake value of [2-¹¹C]-acetyl-L-carnitine; de standaard opname waarde is de concentratie radio-aktiviteit in het weefsel gedeeld door de verhouding van totaal toegdiende radio-aktiviteit en lichaamsgewicht.] bij de CVS-patiënten was hoger in de grijze hersen-stof dan in de witte hersen-stof maar bleek lager bij de CVS-patiënten dan bij de normale controles in meerdere hersen-gebieden. Wanneer de globale gestandardiseerde opname van radio-aktief acetylcarnitine in de hersenen werd geschat door het gemiddelde te maken van alle pixels in het brein 75 min na inspuiting, was er geen significant verschil. Het tijd-verloop van de radio-aktiviteit in het plasma en de hersenen waren hoofdzakelijk gelijkaardig tussen beide groepen. De opname van of [2-¹¹C]acetylcarnitine in de hersenen steeg rechtlijnig, wat betekent dat de opgenomen hoeveelheid niet werd beïnvloed door de beschikbare concentratie [2-¹¹C]acetylcarnitine in het plasma.

We bestudeerden ook de rCBF [regional cerebral blood-flow; bloed-doorstroming van hersen-gebieden] in dezelfde acht vrouwelijke CVS-patiënten en acht normale controles via PET met ¹⁵O-gelabeled [d.m.v. radio-aktief zuurstof] water. De rCBF was ook lager bij de CVS-patiënten dan bij de controle-groep in meerdere hersen-gebieden. Wanneer de globale bloeddoorstroming van de hersenen werd bepaald […] was dit 46,0 ± 5,8 (bij de controles) en 40,1 ± 5,2 (bij CVS) ml/min/100 ml; het verschil was significant (P < 0.05).

Gedaalde rSUVacc en rCBF bij de CVS-groep Vergeleken met de Waarden voor de Controles

[…]

Wat betreft de opname door het brein van acetylcarnitine, werd een duidelijke daling qua rSUVacc gevonden in enkele gebieden bij de CVS-groep, namelijk in Brodmann’s gebieden 4, 9/46d, 17, 18, 21, 24, 33 and 41. [Brodmann deelde de cerebrale cortex op in 52 gebieden (areas), die hij elk een latijnse naam gaf - op basis van cel-struktuur en ordening van de cellen van de hersen-schors - en een nummer van BA 1 tot en met BA 52. Het is de standaard aanduiding voor diverse hersengebieden.] Aangezien de globale doorstroming statistisch significant (P < 0.05) lager was bij de CVS-patiënten dan bij de controle-groep, was de rCBF in de CVS-groep lager in verscheidene gebieden van de hersenen. Bij de CVS-groep was er geen enkel hersen-gebied waarvan noch rCBF noch rSUVacc hoger was dan bij de controle-groep.

BESPREKING

Dit is de eerste studie die aantoont dat serum-acetylcarnitine wordt gebruikt voor de biosynthese van neurotransmitters zoals glutamaat, aspartaat en GABA. Wat betreft de metabole relatie tussen neurotransmitters en acetylcarnitine werd gemeld dat het gehalte aan GABA in de substantia nigra [pigment-houdende kern in de midden-hersenen, behorend tot de basale kernen, die dopamine produceert] significant was verhoogd wanneer hoge dosissen acetylcarnitine (5-100 mg/kg) werden toegediend aan muizen. Een dergelijke test met een grotere hoeveelheid acetylcarnitine was echter totaal verschillend van de fysiologische omstandigheden. Wij gebruikten een spoor-dosis [2-¹⁴C]acetylcarnitine vergeleken met de fysiologische waarde in het serum. Onze resultaten weerspiegelen de fysiologische omzetting van serum-acetylcarnitine naar glutamaat, aspartaat en GABA in de hersenen.

[…]

De resultaten van de metabolieten-analyse en PET-studies wijzen aan dat de vermindering in rSUVacc bij CVS-patiënten een abnormaliteit bij de neurotransmitter-synthese via acetylcarnitine zou kunnen weerspiegelen. Aangezien er een duidelijke correlatie tussen rCBF [bloed-doorstroming] en rSUVacc [acetylcarnitine] was in een aantal van Brodmann’s gebieden bij de vrijwilligersgroep, zou de gedaalde opname gedeeltelijk de hypo-perfusie [verminderde bloed-doorstroming] kunnen weerspiegelen. In het geval van de afname in rSUVacc en rCBF in de ‘anterior cingulate’ [een zenuw-bundel/-gordel in de hersen-schors], was de significante daling qua rSUVacc echter grotendeels beperkt tot Brodmann’s gebied 24 [area cingularis anterior ventralis], terwijl de verminderde rCBF was uitgebreid van de ‘anterior cingulate’ tot de ‘orbital gyrus’ [deel van de frontale hersen-kwab]. Daarom zou de daling in rSUVacc bij CVS-patiënten te wijten kunnen zijn aan cerebrale hypo-perfusie en ook op een bepaalde manier gerelateerd aan de verstoorde excitatorische neurotransmissie in de geaktiveerde hersen-gebieden, waar neuronen specifiek een groter aantal acetylcarnitine-transporters tot expressie zouden brengen […].

De hersen-gebieden die een laag rSUVacc vertonen, zouden enkele kenmerken van het vermoeidheid-gevoel kunnen verklaren: de onderverdeling van BA9, BA9/46d, is verantwoordelijk voor de uitvoerende funktie, zoals motivatie en planning van nieuwe dingen; BA24 is nauw verwant met concentratie, aandacht en enkele autonome funkties; BA21 is een deel van het ‘TE gebied’, verantwoordelijk voor integratie van of visuele informatie, visuele aandacht/geheugen, en associatie van stimulus en beloning; en het ‘dentate nucleus’ gebied van het cerebellum [grootse van de 4 kernen in de witte stof van de kleine hersenen] houdt verband met de vestibulaire [evenwicht] funktie. De dysfunktie van deze gebieden kan dus enkele van de karakteristieken van de vermoeidheid verklaren.

SPECT [single-photon emission-computed tomography, een beeldvorming-techniek] -studies m.b.v. ⁹⁹mTc-hexamethylpropyleneamine-oxime [radio-aktief gemerkte tracer] openbaarden dat de meeste CVS-patiënten cerebrale hypo-perfusie in een waaier aan hersen-gebieden – zoals de frontale, temporale, parietale en occipitale cortexen [delen van de hersen-schors], anteriere cingulaat, basale ganglia en de hersten-stam – vertoonden en suggereerden dat CZS-dysfunktie gerelateerd zou kunnen zijn met de neuropsychiatrische symptomen van of CVS-patiënten. Onze resultaten van deze eerste kwantitatieve rCBF studie bij CVS-patiënten d.m.v. PET komen goed overéén met de data van eerdere SPECT-studies.

Er werd al gerapporteerd dat de cerebrale hypo-perfusie bij patiënten met depressie voorkomt in de frontale, parietale, occipitale en temporale gebieden; in de linker dorsolaterale prefrontale cortex, antereure cingulaat en angular gyrus; en in de dorsolaterale prefrontale, rechter orbitofrontale en cingulate cortexen. Er werd gemeld dat er een significant verband was tussen de daling in de gemiddelde rCBF en de ernst van depressie. Cerebrale hypo-perfusie gevonden bij de CVS-patiënten in deze studie is echter wellicht niet gerelateerd met een depressieve toestand, gezien de CVS-patiënten hier klachten hadden over ernstige, langdurige en veralgemeende vermoeidheid maar zonder neerslachtige stemming, en alle acht patiënten hadden lage scores bij zelf-beoordeelde depressie-vragenlijst.

Regionaal cerebraal glucose-metabolisme (rCMRglu) gemeten via 2-[¹⁸F]fluoro-2-deoxyglucose [FDG; radio-aktieve molekule] en PET weerspiegelt op de één of andere manier de neurale aktiviteit. Een daling in rCMRglu in de prefrontale, temporale, insulaire en anterieure cingulate cortexen werd gemeld bij CVS-patiënten én mensen met depressie, suggererend dat de daling in neurale aktiviteit in deze gebieden zou kunnen verband houden met de abnormale toestand van deze ziekten. Er is echter een duidelijk verschil, symbolisch voor het metabolisme in de hersenen, tussen FDG en acetylcarnitine. Het is goed bekend dar FDG dat in de hersenen wordt opgenomen, snel wordt omgezet in FDG-6-P door hexokinase, maar FDG-6-P wordt slecht gemetaboliseerd binnenin de cellen. In tegenstelling daarmee wordt [2-¹⁴C]acetylcarnitine – dat wordt opgenomen in de cellen – gebruikt voor de biosynthese van neurotransmitters zoals glutamaat, aspartaat en GABA. Ze worden dan gemetaboliseerd naar intermediairen in de TCA-cyclus [‘Tri Carboxylic Acid’; Kreb’s cyclus of citroenzuur-cylus; complexe reeks biochemische processen betrokken bij het oxidatief metabolisme van glucose] en CO₂. Daarom weerspiegelt onze PET-studie niet enkel de opname in de hersenen maar ook het intracellulair metabolisme van de acetyl-groep. In een preliminaire studie verbeterde de toediening van acetylcarnitine aan CVS-patiënten de prestaties en de vermoeidheid-score [‘Acylcarnitine and Chronic Fatigue Syndrome’, Carnitine Today (1997) pp. 195-213].

Er werd lagere neuronale aktiviteit in de hersen-stam gemeld bij CVS-patiënten zonder psychiatrische aandoeningen dan bij patiënten met depressie, gebaseerd op de resultaten van een perfusie SPECT-studie [Costa et al. 1995: ‘Brainstem perfusion is impaired in Chronic Fatigue Syndrome’, QJM 88: 767-773]. PET met FDG toonde hypo-metabolisme in de hersen-stam van CVS-patiënten maar niet bij patiënten met depressie, suggererend dat de lagere neuronale aktiviteit in de hersen-stam een merker zou kunnen zijn voor een differentiële diagnose tussen CVS en depressie [Tirelli et al. 1998: ‘Brain positron emission tomography (PET) in Chronic Fatigue Syndrome: Preliminary data’, Am. J. Med. 105: 54S-58S]. Aangezien een PET-studie met FDG bij patiënten met Multipele Sclerose met ernstige vermoeidheid een daling vertoonden qua rCMRglu in de frontale, temporale en occipitale cortexen, maar geen daling in de hersen-stam, vergeleken met Multipele Sclerose patiënten met minder vermoeidheid, is hypo-metabolisme in de hersen-stam wellicht niet het hoofd-kenmerk van CVS. Er werd geen hypo-metabolisme van acetylcarnitine gevonden in de hersen-stam van CVS-patiënten in deze studie.

Carnitine is essentieel voor het energie-metabolisme van spieren, voor het transport van lange-keten vetzuren in spieren zowel als voor de regulering van energie-producerende chemische reakties in de mitochondrieën. Acetyl-L-carnitine, een lichaamseigen stof, vergemakkelijkt er de opname van acetyl-coenzyme-A tijdens vetzuur-oxidatie en verhoogt de produktie van acetylcholine. Enkele studies vonden geen verschillen tussen CVS en controles maar Dr Charles Shepherd (MEA) bv. vindt dat de positieve resultaten van behandel-proeven er op wijzen dat deze benadering een kans verdient en dat verder onderzoek het overwegen waard is.

Verschillende studies (meestal bij kleine groepen) rapporteren over supplementering met carnitine ter behandeling van vermoeidheid (bv. bij ouderen, mitochondriale myopathie) en (soms) CVS. Er zijn echter verschillende vormen waaronder dit aminozuur kan worden toegediend. L-carnitine en acetyl-L-carnitine (ALC of ALCAR) worden gebruikt om mitochondriale funktie te verbeteren. Ook propionyl-carnitine wordt soms aangewend. Dit kan alleen diverse uitkomsten opleveren.

In een artikel waar Prof. Kuratsune co-auteur was [‘Comparison of the effects of L-carnitine and acetyl-L-carnitine on carnitine levels, ambulatory activity and oxidative stress biomarkers in the brain of old rats’, Ann N Y Acad Sci. 2004; 1033:117-31] wordt gemeld dat carnitine en ALC gelijkaardig bleken wat betreft het stijgen van de carnitine-concentratie in het plasma en in de hersenen van ratten. Ze verhoogden ook allebei de aktiviteit. ALC bleek effektief bij het verminderen van oxidatieve schade (o.a. lipiden-perxidatie) maar L-carnitine niet. Ze stelden dat ALC wellicht een beter voeding-supplement is dan L-carnitine.

Dr Ruud Vermeulen van het M.E./CVS Research Centrum in Amsterdam noteerde in zijn publicatie ‘Exploratory Open Label, Randomized Study of Acetyl- and Propionyl-carnitine in Chronic Fatigue Syndrome’ (Psychosomatic Medicine 66 (2004):276-282) over een open studie: “Klinische globale indruk [subjektieve beoordeling ?] van verandering na behandeling toonde aanzienlijke verbetering bij 59 % van de CVS-patiënten met acetyl-L-carnitine (2 g/d) en 63 % van de groep die propionyl-L-carnitine (2 g/d) kreeg, maar slechts 37 % bij zij die een combinatie van beiden kregen. Acetylcarnitine verbeterde de mentale vermoeidheid en propionylcarnitine de algemene vermoeidheid. Aandacht en concentratie verbeterden in alle groepen, pijn-klachten namen niet af.”

Plioplys en Plioplys hadden eerder (1997) de orale toediening van carnitine onderzocht als een mogelijke behandeling voor CVS en zij zagen klinische verbeteringen bij 12 van 18 patiënten.

De ‘Wetenschapswinkel Geneesmiddelen’ van de Rijksuniversiteit Groningen verzamelde en besprak in 2001 een aantal van bovenvermelde studies en moest toen concluderen dat er nog geen éénduidig beeld was betreffende het carnitine-metabolisme bij M.E.(cvs)-patienten en de rol die afwijkingen in dit metabolisme kunnen spelen bij het ontstaan en/of. het voortduren van de aandoening. “De toepassing van acetylcarnitine bij M.E.(cvs) lijkt dus niet zinvol omdat de werkzaamheid ervan onvoldoende is aangetoond.”

Misschien kunnen studies bij grotere groepen goed gedefinieerde M.E.-patiënten en gebruikmakend van preparaten met ALC plus alfa-liponzuur ons meer leren…

Vertraagd herstel na Inspanning bij CVS

Een iets ouder artikel waar ‘veteranen’ van de CVS-research al aantoonden dat er duidelijk iets schort met het herstel na inspanning bij deze aandoening… Dit kadert de meer recente meldingen hieromtrent.

Eur J Neurol. 1999 Jan;6(1):63-9

Demonstration of delayed recovery from fatiguing exercise in Chronic Fatigue Syndrome

Lorna Paul^a, Leslie Wood^b, Welhelmina MH Behan^c and William M MacLaren^d

(a) Department of Physiotherapy, (b) Department of Biological Sciences and (d) Department of Mathematics, Glasgow Caledonian University, Glasgow, Scotland; (c) Department of Pathology, University of Glasgow, Scotland

[Studie ondernomen met de steun van o.a. ‘Action for ME’]

Inleiding

[…]

De vermoeidheid bij CVS is invaliderend maar wordt niet goed begrepen niettegenstaande de talrijke pogingen om die te onderzoeken. Resultaten van inspanning-studies zijn controversieel gebleken: verminderde motivatie of verwarde waarneming bij enkele […] en gebrekkige aërobe capaciteit bij andere […]. Het gebruik van ³¹P nucleaire magnetische resonantie (NMR), met zijn mogelijkheid tot continue in vivo beoordeling van het spier-metabolisme, voorziet nu echter in bewijs voor een gebrekkige oxidatieve capaciteit [zie: ‘Metabole veranderingen in spieren en hersenen bij CVS’] bij deze aandoening. Alle studies, uitgenomen één, die deze techniek gebruiken, hebben getoond dat intra-cellulaire acidose optreedt in een mate verschillend aan die van controles. Patiënten met CVS raken sneller uitgeput dan normale controles, overeenstemmend met een abnormaal oxidatief metabolisme [Merk op: recenter werd aangetoond dat patiënten met CVS geen gestoorde oxidatieve capaciteit - refererend naar de cardiorespiratoire capaciteit - hebben; zie ‘Interleukine-6 en isoprostanen bij CVS na inspanning’] en een resulterende versnelling van de glycolyse [afbraak van glucose waarbij energie wordt geleverd] in de werkende skelet-spieren. Wanneer de hoeveelheid her-synthese van fosfocreatine (PCr) na inspanning werd gemeten, werd deze abnormaliteit bevestigd.

Mitochondriale dysfunktie [zie: ‘M.E.(cvs) als Mitochondriale Ziekte’] is ook betrokken via meldingen van strukturele abnormaliteiten, herschikkingen van mitochondriaal DNA en een tekort in serum-aceytlcarnitine.

We beslisten een inspanning-studie uit te voeren, gebruikmakend van een strikt gestandardiseerd inspanningsprotocol om maximale vrijwillige contracties [MVC; de maximale kracht die een persoon vrijwillig kan leveren] van de quadriceps-spier te analyseren. Aangezien CVS-patiënten aanhoudend klachten hebben over abnormaal traag herstel na vermoeiende inspanning, analyseerden we MVCs tijdens een herstel-periode van tot 200 min. en na 24 h. Patiënten voldeden aan de gevestigde klinische criteria en de controles waren gematcht voor leeftijd en geslacht, hadden een sedentaire levensstijl en namen niet deel aan fitness-programmas.

Methode

Patiënten en controles … tien patiënten met CVS (zeven vrouwen, drie mannen) … tien sedentaire controles gematcht voor leeftijd en geslacht … Patiënten waren ambulant … voldeden aan de Fukuda criteria. Geen enkele had een geschiedenis van mentale ziekte of neurologische aandoening. […]

Test … dynamometer … laat toe de kracht geleverd door spier-samentrekking te meten en op te nemen … Visuele feeback van kracht-ontwikkeling was te zien op een computer-scherm. Piek en gemiddelde kracht werd gemeten en opgeslagen voor elke samentrekking …

Elk individu voerde een inspanningstest uit van 18 maximale, isometrische [= statische contractie; spierwerking waarbij de lengte onveranderd wordt gehouden en dus de spanning tijdens de contractie toeneemt] samentrekkingen van de quadriceps uit (10 s contractie, 10 s rust). Na de inspanningstest, tijdens de herstel-periode moesten de individuen enkelvoudige isometrische MVCs van 10 s uitvoeren met de volgende intervallen: 5, 10, 15, 20, 35, 50, 65, 80, 110, 140, 170 en 200 min. Daarna keerde men na 24 h terug naar het laboratorium voor een nieuwe serie van drie isometrische MVCs (duur: 10 s). […]

Om vergelijkingen qua veranderingen in piek krachten gedurende het experiment te kunnen maken, werden de waarden van elk individu genormaliseerd door ze te vergelijken met de eerste MVC (100%) van de serie.

[…]

Resultaten

De initiële piek-waarden qua kracht, bekomen via isometrische samentrekking van de quadriceps-spiergroep, lagen significant hoger (P = 0.006) bij de controles dan die bij CVS. Tijdens het inspanning-gedeelte van de test, daalde de piek qua kracht tijdens de 18 isometrische contracties voor zowel patiënten als controles, wat wijst op vermoeidheid van de quadriceps. Gedurende de 18 contracties, nam de kracht geleidelijk af en wanneer de gegevens genormaliseerd worden door de daaropvolgende contracties uit te drukken als percentages van de initiële MVC, wordt het duidelijk dat de relatieve afname in kracht bijna identiek is in beide groepen (63% bij patiënten, 68% bij controles).

Analyse van de variantie [Maat voor de spreiding van de verschillende metingen in een onderzoek; d.i. de mate waarin de waarden onderling verschillen. Hoe groter de variantie, hoe meer de afzonderlijke waarden onderling verschillen en dus ook hoe meer de waarden van het gemiddelde afwijken.] toonde een statistisch significante lineaire trend (P < 0.001). Er was geen bewijs om een echt verschil te suggereren tussen patiënten en controles in het algemeen patroon qua kracht bij de 18 samentrekkingen. Door gebruik te maken van een ‘vermoeidheidsindex’ (het gemiddelde van de laatste 3 contracties van de insapnningstest uitgedrukt als percentage van de eerste drie, zagen we geen significant verschil (P > 0.05) tussen controles (70,5 ± 4,1) en patiënten (69,0 ± 4,9).

Wat betreft de absolute veranderingen in maximale kracht tijdens de herstel-periode (tot 24 h), wees analyse aan dat het verschil in deze parameter tussen patiënten en controles statisch significant blijft (P = 0.002). Er is echter geen bewijs voor een lineaire of exponentiële trend in de gegevens van beide groepen gedurende de herstel-periode. Dit suggereert dat er in geen van beide groepen een duidelijk patroon voor het herstel is.

Wanneer deze absolute waarden genormaliseerd worden, zijn de relatieve krachten geleverd door de groep patiënten grotendeels minder dan die van de controle-groep over de hele duur van de herstel-periode. De testen uitgevoerd op 24 h tonen dat de krachten geleverd door de controle-individuen 91 ± 7% van de intiële MVCs waren, terwijl dat bij de CVS-patiënten 73 ± 9% bedroeg. Vergelijking van de initiële krachten bij het begin van het experiment met die tijdens de herstel-fase en op 24 h toont voor de controle-groep dat er geen significant verschil is. In tegenstelling daarmee observeerden we in de patiënten-groep een meer dramatisch en significant verschil tussen initiële krachten en deze tijdens herstel (P < 0.01) en deze op 24 h (P < 0.001). Dit suggereert een groter verlies van kracht van de quadriceps bij CVS-patiënten tijdens de herstel-periode, die nog duidelijk is de volgende dag.

Bespreking

Deze inspanning-studie toont op een overtuigende manier dat herstel significant uitgesteld is bij patiënten met CVS. Tijdens de inspanningsperiode vertonen patiënten én controles een substantiële daling in de kracht geleverd door MVCs, met een vergelijkbaar patroon van spier-vermoeidheid en spier-indicatoren gelijkaardig aan die van eerdere studies. Dit gebeurde ondanks het feit dat absolute waarden voor spier-kracht lager waren in de CVS-groep. Deze gelijkenis in het patroon van kracht-afname tijdens inspanning ondersteunt de stelling dat CVS-patiënten maximale vrijwillige samentrekkingen leveren. Als deze contracties minder dan maximaal waren geweest, zou het patroon van kracht-afname onregelmatiger zijn geweest. Deze resultaten suggereren daarom dat spier-uithouding normaal lijkt bij CVS-patiënten hoewel herstel na inspanning gestoord kan zijn.

De resultaten tonen aan dat patiënten met CVS niet naar behoren herstellen van een vermoeiend inspanning-protocol en dat deze nog meer uitgesproken is 24 h na de inspanning. Onmiddellijk kracht-herstel na vermoeiende inspanning bij de CVS-groep gaat niet verder in de latere stadia van het herstel, waar MVC-waarden van voor de inspanning niet meer konden worden bereikt en waar zelfs een verdere achteruitgang qua kracht werd gezien na 24 h. In de controle-groep was de kracht echter volledig hersteld 200 min na inspanning en na 24 h was die niet significant verschillend van die voor de inspanning. [zie ‘Dubbele fietstest’]

[Vergelijking met ander studies:] De periode na inspanning werd in eerdere studies niet uitgebreid geanalyseerd. In de zorgvuldige studie van Lloyd et al. [‘Muscle-strength, endurance and recovery in the post-infection syndrome’. J Neurol Neurosurg Psychiatry 51(1988):1316-1322] die vermoeidheid onderzocht in elleboog-flexoren [Een flexor is een skelet-spier die bij samentrekking zorgt dat een gewricht buigt, zodat de hoek vermindert.] werden patiënten echter wel getest 10 min in de herstel-fase. De auteurs gaven hierover geen commentaar maar analyse van hun gegevens toont aan dat MVCs van patiënten een matige daling vertoonden, gelijkaardig met deze die we vonden bij onze studie, in het bijzonder bij vrouwelijke patiënten. Na 3 h leken er geen verschillen in kracht te zijn tussen controles en patiënten: beide groepen bereikten dan ca. 90% van hun initiële MVCs. De individuen werden echter niet getest na 24 h: onze resultaten toonden dan wel een significant verschil (P < 0.01) (73 ± 9% van de initiële kracht bij patiënten, vergeleken met 91 ± 7% voor controles). Gibson en collega’s toonden in een artikel ut 1993 aan dat de spier-funktie van quadriceps na 24 h zich herstelde tot waarden van voor de inspanning bij controles én CVS-patiënten. De langere test-periode na inspanning (tot 200 min i.p.v. 60 min, door Gibson et al.) kan gedeeltelijk verantwoordelijk zijn voor het verschil in resultaten. Daarenboven gebruikten zij een inspanning-test – cyclo-ergometrie – die de quadriceps wellicht niet in dezelfde mate inspant of  dezelfde metabole eisen stelt als de herhaalde isometrische samentrekking in onze studie. Herhaalde isometrische contracties vergen een continu stijgende energie-kost gedurende de volledige inspanningsperiode vergeleken met de stabiel niveaus bij cyclo-ergometrie. Bovendien blijft de energie-kost van herhaalde isometrische samentrekkingen verhoogd gedurende een periode na het beëindigen van de inspanning. Deze verscheidenheid kan verantwoordelijk zijn voor het verschil in spier-herstel gezien in onze studie.

Alle studies uitgevoerd bij CVS moeten vier punten in rekening houden: karakterisering van patiënten, standardisering van de test, samenstelling van de controle-groep en mogelijke heterogeniteit van het syndroom. De patiënten in deze studie voldeden volledig aan de strikte diagnostische criteria opgemaakt door verscheidene groepen en werden samengevat door Fukuda et al. De dynamometer die we gebruikten voorziet in een objectieve en gestandardiseerde methode voor de evaluatie van spier-kracht, en zijn betrouwbaarheid en geldigheid zijn goed gedocumenteerd. Controles voor studies bij CVS zijn ook kritiek aangezien de patiënten per definitie een periode van ten minste 6 maand inaktiviteit achter de rug hebben, zodat hun spier-funktie niet kan worden vergeleken met fitte, jonge vrijwilligers. We selekteerden normale individuen maar drongen er op aan dat ze sedentaire bezigheden en levensstijl hadden, en niet regelmatig trainden of een fitness-programma volgden. We zijn er dan ook van overtuigd dat de verschillen qua herstel in deze studie, echte effekten zijn. De waarschijnlijkheid dat het syndroom heterogeen is, bleek uit de resultaten van eerdere studies en enkele van onze patiënten vertoonden inderdaad ernstiger effekten dan anderen.

De inspanning-studies die eerder werden uitgevoerd bij CVS hebben geprobeerd de plaats van de vermoeidheid te lokaliseren en te bepalen of die optreedt via centrale of perifere mechanismen. Centrale mechanismen worden beschouwd te zijn toe te schrijven aan een gebrek aan neurale prikkels, vrijwillig of onvrijwillig, en omvat verminderde motivatie of verstoorde concentratie; terwijl perifere mechanismen betrekking hebben om stoornissen van het spier-metabolisme. De testen die bij eerdere studies werden gebruikt, behoorden tot twee groepen: betrekking hebbende op inspanning van het gehele lichaam op een loopband of fiets-ergometer, of testen van een specifieke spier-groep (bv. voorarm-flexoren, enkel/voet-flexoren of quadriceps). Meerdere onderzoeken op een loopband of cyclo-ergometer hebben een verminderde aërobe arbeidscapaciteit getoond bij CVS-patiënten vergeleken met controles. ³¹P-NMR heeft aangetoond dat er een significante abnormaliteit is qua oxidatief spier-metabolisme met een versnelde glycolyse tot gevolg. Ander bewijs toonde de betrokkenheid van mitochondriale strukturele abnormaliteiten, herschikkingen van mitochondriaal DNA en gedaalde waarden van acetylcarnitine in het serum […]. Deze bevindingen kunnen gedeeltelijk het vertraagd herstel na inspanning bij de CVS-patiënten in onze studie ondersteunen. Een mogelijke verklaring voor het gebrekkig herstel na inspanning van de patiënten-groep na een inspannende aktiviteit is dat dit te wijten zou kunnen zijn aan een deconditionerend effekt. Het feit dat de kracht van de CVS-patiënten na 24 h niet terugkeert naar het initiële niveau, terwijl de sedentaire controles (die ook gedeconditioneerd zullen zijn) dat wel doen, suggereert echter dat het niet herstellen meer verband houdt met de aard van CVS dan met eenvoudige deconditionering.

Nog een belangrijke overweging is dat de resultaten van de huidige studie veranderingen vertegenwoordigen in vrijwillige spier-kracht. Ze wijzen niet op de omvang waarmee de quadriceps spier-groep zou kunnen herstellen via kunstmatige middelen zoals ‘toegevoegde tetanische contracties’ [tegengestelde van tonische contracties; waarbij sprake is van een ‘langdurig’ aanhoudende samentrekking zonder tijdelijke verslapping] d.m.v. elektrische stimulatie. Niettemin is het vrijwillig leveren van kracht een belangrijke factor bij patiënten met CVS, aangezien het dit – en enkel dit – is waarop ze kunnen vertrouwen om spier-kracht te genereren in dagelijkse situaties. Terwijl directe elektrische stimulatie van de spier in staat kan zijn meer vermogen te genereren, zijn vrijwillige kracht-ontwikkeling en de mogelijkheid tot herstel na inspanning van funktioneel belang bij deze groep patiënten. […]

Interleukine-6 en isoprostanen bij CVS na inspanning

Onderzoeken betreffende cytokinen, oxidatieve stress bij inspanning in CVS volgen elkaar snel op en bevestigen elkaar of vullen mekaar aan.

Dit is de rol en het nut van wetenschappelijk onderzoek! Stapje voor stapje dichter bij de waarheid komen. Testen en (onafhankelijk) her-testen. In tegenstelling tot commerciële laboratoria waarvan de resultaten worden afgeschermd en niet voor toetsing door derden worden voorgelegd.

Wat volgt, betreft een studie door de ploeg van de Universiteit van Dundee, waartoe ook Vance Spence en Neil Abbot regelmatig bijdragen. Ook hier wordt de klemtoon gelegd op de problemen in de herstel-periode na inspanning bij CVS…

Scand J Med Sci Sports 2009: 13: 1-9

Plasma IL-6, its soluble receptors and F2-isoprostanes at rest and during exercise in Chronic Fatigue Syndrome

M. Robinson¹, S. R. Gray¹, M. S. Watson¹, G. Kennedy², A. Hill², J. J. F. Belch², M. A. Nimmo¹

1 Strathclyde Institute of Pharmacy and Biomedical Sciences, University of Strathclyde, Glasgow, UK

2 Division of Medicine and Therapeutics, Institute of Cardiovascular Research, Ninewells Hospital, Dundee, UK

Patiënten met Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) hebben o.a. te lijden van ernstige en dikwijls invaliderende vermoeidheid, waarvoor er geen duidelijke etiologie bestaat. Om deze reden onderzochten een aantal studies of CVS geassocieerd is met een daling aan inspanningscapaciteit en/of dysfunktie van skelet-spieren. De resultaten waren tot nu toe niet overtuigend. Enkele onderzoeken vonden dat CVS-patiënten een lagere VO₂max hebben en een vermindering qua spier-kracht, terwijl anderen geen verschillen bij geen enkele cardiorespiratoire parameter vonden. Verrassend is dat er geen studies zijn die inspanningscapaciteit bij CVS patiënten hebben onderzocht in relatie tot de lactaat-drempel [‘Lactate Treshold, LT; de inspanningsintensiteit waarbij het anaërobe metabolisme wordt getriggerd en melkzuur begint te accumuleren], die bekend staat als een betere meting van de metabole belasting en de verwarrende kwestie van deconditionering van skelet-spieren omzeilt. Verder werk heeft ook aangetoond dat CVS-patiënten, tijdens de herstel-periode na inspanning, te lijden hebben van significante post-exertionele malaise en spier-dysfunktie, tot 24 h na inspanning [Jammes et al. 2005: ‘Chronic Fatigue Syndrome: assessment of increased oxidative stress and altered muscle-excitability in response to incremental exercise’; zie: ‘Oxidatieve stress’].

Het team van Jammes noteerde dat de post-exertionele malaise geassocieerd was met een hoger niveau aan oxidatieve stress tijdens inspanning. Een gelijkaardig onderzoek vond ook hogere concentraties F2-isoprostanen, de ‘gouden standaard’ in vivo merker voor oxidatieve stress [zie: ‘Oxidatieve stress’], bij CVS-patiënten in rust; waarbij de grootte-orde van de oxidatieve stress correleert met de ernst van de CVS-symptomen [Kennedy et al. 2005: ‘Oxidative stress levels are raised in Chronic Fatigue Syndrome and are associated with clinical symptoms’; zie: ‘Oxidatieve stress’]. De reaktieve zuurstof-molekulen (ROS) bleken eerder te resulteren in spier-dysfunktie en in vitro studies toonden dat ze ook de produktie van het inflammatoir cytokine interleukine-6 (IL-6) stimuleren, hoewel de toename in IL-6 tijdens inspanning de stijging in TBARS voorafgaat [Steinberg et al. 2007: Cytokine and oxidative responses to maximal cycling-exercise in sedentary subjects’; zie ‘CVS * Oxidatieve Stress en Hsp bij inspanning’], wat suggereert dat deze in vitro bevindingen wellicht niet toepasbaar zijn op inspanning bij mensen.

Het cytokine IL-6, bleek metabole én inflammatoire effekten te hebben. De metabole rol van IL-6 is die van een energie-sensor in tijden van crisis, door het verhogen van koolhydraten- én vet-metabolisme. Er werd ook gevonden dat IL-6 dramatisch stijgt tijdens inspanning, en dat het pro- én anti-inflammatoire effekten heeft; één van zijn belangrijkste rollen tijdens inspanning is het bevorderen van de aanmaak en release van anti-inflammatoire cytokinen zoals IL-1Ra en IL-10. Het is duidelijk dat elke interferentie met deze systemen tijdens acute inspanning zal resulteren in een daling van de inspanningscapaciteit en een slecht herstel na inspanning. Daarenboven kan IL-6, samen met meerdere andere factoren, tijdens inspanning de bloed-hersen-barrière overschrijden; wat resulteert in hyperalgesie [verhoogde gevoeligheid voor pijn], verhoogd vermoeidheid-gevoel, meer depressieve gevoelens, een verminderd concentratie-vermogen en een verminderde inspanningscapaciteit – allemaal symptomen gelijkaardig aan deze ervaren bij CVS.

Desondanks werd bij eerder werk gevonden dat IL-6 concentraties in de circulatie niet gestegen zijn bij CVS-patiënten in rust [Sorensen et al. 2003: ‘Complement activation in a model of Chronic Fatigue Syndrome’; zie: ‘Complement-aktivatie na Inspanning bij CVS’]. Bovendien zijn er geen studies die IL-6 waarden hebben gemeten bij CVS-patiënten tijdens inspanning. Verder zijn er, naar ons weten, ook geen studies die de waarden aan IL-6 receptoren bij CVS-patiënten hebben gemeten. Over het algemeen signaliseert IL-6 via membraan-gebonden IL-6 receptoren (IL-6R en gp130) en terwijl gp130 overvloedig tot expressie komt, blijft IL-6R expressie beperkt tot hepatocyten [de funktionele cellen waaruit de lever is opgebouwd], leukocyten en adipocyten [vet-cellen]. Oplosbare IL-6 receptoren, sIL-6R en sgp130, bestaan en reguleren IL-6 signaliserng, in het bijzonder in weefsels zonder IL-6R. In het kort: de vorming van een IL-6/sIL-6R complex versterkt IL-6 signalisering, ‘transignaling’ genaamd, terwijl de toevoeging van sgp130 eigenlijk het IL-6/sIL-6R complex inhibeert. Een voorbeeld van de betrokkenheid van deze of receptoren in de pathologie van chronische ziekten kan worden gezien bij juveniele rheumatoïde arthritis, waar verhogingen van het IL-6/sIL-6R complex geïmpliceerd zijn in de pathologie van deze aandoening, die symptomen heeft die gelijkaardig zijn met CVS. Eerder werk heeft ook aangetoond dat het blokkeren van sIL-6R effektief is voor het verminderen van vermoeidheid geassocieerd met de ziekte van Castleman [goedaardige groei van lymfeklieren] en als verschillen in IL-6 receptoren bestaan bij CVS-patiënten, dan zou een dergelijke behandeling de chronsiche vermoeidheid waaronder ze lijden kunnen verlichten.

Het doel van de huidige studie is, gebruikmakend van een inspanningsmodel dat de metabole belasting van CVS-patiënten en gezonde controles vergelijkt, de niveaus van IL-6, sIL-6R, sgp130 en F2-isoprostanen bij rust en in respons op inspanning te onderzoeken. We stellen dat IL-6, sIL-6R en F2-isoprostaan verhoogd zullen zijn bij CVS- patiënten in rust en tijdens inspanning , terwijl sgp130 niet zal verschillen.

Methoden

Individuen

33 CVS en 33 gezonde controle deelnmers gematcht voor leeftijd, gslacht en BMI (20 vrouwen en 13 mannen in elke groep) voor de studie in rust; zes mannelijke CVS-patiënten en zes gezonde mannelijke controles gematcht voor leeftijd, voor het inspanning-gedeelte. CVS-patiënten kregen de diagnose volgens de ‘US Centres for Disease Control and Prevention criteria for CFS’ (Fukuda et al. 1994). Controle-individuen waren sedentair en – zoals bij de CVS-patiënten – deden niet aan regelmatige formele training. […]

Studie bij Inspanning

[…]

Studie bij Rust

[…]

Metingen

[…]

Resultaten

[…]

Bespreking

Dit onderzoek is de enige studie die naar de effekten peilt van een gestandardiseerde sub-maximale inspanningsbelasting op de respons van IL-6, zijn oplosbare receptoren en F2-isoprostanen bij patiënten met de diagnose van CVS. Bij deze patiënten waren er geen verschillen qua cardiorespiratoire parameters en inspanningscapaciteit, of IL-6 en zijn receptoren in de circulatie, in rust of tijdens inspanning. Terwijl eerdere studies IL-6 waarden hebben onderzocht bij kleine groepjes CVS-patiënten, is de huidige studie verder de eerste om IL-6 én sIL-6R te meten in een grote rustende patiënten-groep. In dit deel van het onderzoek hebben we aangetoond dat er geen verschillen qua IL-6 noch zijn oplosbare receptoren zijn in rust; wat bewijst dat ‘transignaling’ wellicht niet betrokken is bij de pathologie van deze aandoening. De huidige data bevestigden ook de verhoogde waarden van F2-isoprostanen bij rustende CVS-patiënten eerder werk en toonden aan dat deze verschillen blijven tijdens inspanning.

CVS gaat samen met ernstige vermoeidheid en post-exertionele malaise maar desondanks hebben weinig studies in detail de prestaties en cardiorespiratoire parameters in deze patiënten-groep onderzocht. Dit onderzoek heft aangetoond dat in onze groep patiënten er geen verschillen waren in VO₂max, kracht-output bij VO₂max, bloed-lactaat bij VO₂max, RPE [rating of perceived exertion; schaal die de subjectieve perceptie van een persoon’s inspanning beschrijft] of RER [respiratory exchange ratio; verhouding tussen het volume afgegeven CO₂ en het volume opgenomen O₂ = ca. 0,8 bij rust, kan groter dan 1 worden bij intense inspanning] bij LT of VO₂max tijdens een oplopende inspanning-test. Het enige geobserveerde verschil was een lagere kracht-output bij LT in de CVS-groep, hoewel de LT bij hetzelfde percentage VO₂max viel. Niettegenstaande enkele auteurs het bestaan van de LT betwisten, heeft recent werk zijn belang  voor het bepalen van inspanningscapaciteit, voor het afbakenen van inspanningsintensiteit en bij prognostische evaluatie beklemtoond. Het is om die reden dat we de belasting voor de deelnemers in verhouding met de LT kozen. De huidige bevindingen komen overéén met eerdere studies die tonen dat er geen cardiorespiratoire stoornis is bij CVS-patiënten [zie eerder: Jammes et al. 2005] hoewel een lagere VO₂max ook werd geobserveerd door De Becker et al. Bij deze was het echter onduidelijk of de deelnemers waren gematcht voor BMI en lichaamsvet, wat de verschillen zou kunnen verklaren.

Ons onderzoek heeft ook aangetoond dat de tijd tot uitputting tijdens sub-maximale inspanning dezelfde is bij CVS-patiënten en gezonde controles, wat benadrukt dat het belangrijkste vermoeiend effekt van inspanning in de herstel-periode ligt, zoals aangetoond door Paul et al. [Paul L, Wood L, Behan WMH, Maclaren WM. ‘Demonstration of delayed recovery from fatiguing exercise in Chronic Fatigue Syndrome’. Eur J Neurol 1999: 6: 63-69]. Gedurende de experimentele periode (inclusief de herstel-periode), waren er geen verschillen tussen de groepen qua concentraties glycerol en glucose, een schatting voor koolhydraten/vet-metabolisme tijdesn inspanning. Dit suggereert dat de beschikbaarheid van glucose en lipolyse [afbraak van vet opgeslagen in vet-cellen] niet zijn aangetast bij CVS-patiënten en geen factoren zijn die bijdragen tot de post-exertionele malaise en verergering van symptomen na inspanning.

In rust, tijdens inspanning en 24 h na inspanning, noteerden we verhoogde waarden aan F2-isoprostanen bij CVS-patiënten. Dit bevestigt de eerdere bevindingen van of Kennedy et al. [zie eerder] in rust en ondersteunt de verhoogde oxidatieve stress tijdens oplopende inspanning aangetoond door Jammes et al. [zie eerder]. Deze beide onderzoeken vonden ook verbanden tussen het niveau aan oxidatieve stress en CVS-symptomen én spier-dysfunktie, een bevinding die niet wordt ondersteund door de data hier, aangezien er geen verschillen waren qua prestatie. Daarom is, niettegenstaande deze merker voor oxidatieve stress verhoogd is bij CVS-patiënten, verder onderzoek nodig om de precieze rol van ROS in de pathologie van CVS te bevestigen.

Hoewel vroeger werk heeft aangetoond dat ROS de aanmaak van IL-6 stimuleert, heeft het huidig onderzoek gevonden dat IL-6 waarden niet verschillend zijn bij CFS-patiënten in rust, direct na inspanning of 24 h na inspanning. Dit kan de verschillen benadrukken in de respons van mensen op een verhoging in ROS en deze die wordt gezien wanneer myotubes [primitieve spiercellen of myoblasten versmelten onderling ter vorming van ‘myotubes’; deze vormen zich om tot ‘myofibrillen’ door de synthese van actine en myosine] aan ROS worden blootgesteld. Niettegenstaande eerder werk heeft aangetoond dat supplementering met anti-oxidanten (Vitaminen A, C, E, allopurinol en N-acetylcysteine) de cytokine-respons op inspanning vermindert, heeft recent werk getoond dat tijdens inspanning TBARS sneller stijgen dan de cytokinen [zie: ‘CVS * Oxidatieve Stress en Hsp bij inspanning’]; wat er op wijst dat er geen link zou kunnen zijn tussen ROS en cytokine-produktie tijdens inspanning bij mensen. Verder werk is duidelijk vereist om de relatie tussen ROS en cytokinen tijdens inspanning te onderzoeken.

Er is wat discussie geweest betreffende het feit of IL-6 als een pro- of een anti-inflammatoir cytokine werkt. Van chronische verhogingen van IL-6 is goed geweten dat ze betrokken zijn bij de etiologie van vele chronische ziekte-processen en dat ze resulteren in een verhoogd mortaliteit-risico. In dit opzicht zouden chronische verhogingen in IL-6 duidelijk niet wenselijk zijn bij CVS. Aan de andere kant hand is gebleken dat IL-6 ‘knock-out’ [Techniek uit de genetica om de funktie van een gen te achterhalen. Hierbij wordt het bestaande gen vervangen door een versie van het gen met deleties.] muizen obesitas en ongunstige bloed-profielen ontwikkelen. Verder werk suggereerde dat IL-6 ook verantwoordelijk is voor de anti-inflammatoire effekten van inspanning, aangezien het de TNF-α produktie inhibeert en de cascade van anti-inflammatoire cytokinen triggert. Van uitzonderlijk belang bij CVS is echter de bevinding dat infusie van IL-6 tijdens inspanning resulteert in meer vermoeidheid en gereduceerde inspanningscapaciteit, en dus zou elke stijging in de IL-6 respons op inspanning nadelig kunnen zijn.

Het verschijnen van IL-6 in de bloedsomloop tijdens inspanning is afhankelijk van de intensiteit en de duur van de inspanning bij gezonde vrijwilligers, met een piek onmiddellijk na inspanning. Dit patroon lijkt ook stand te houden bij CVS-patiënten, waar IL-6 waarden gelijkaardig waren met die van gezonde controles die arbeid hadden geleverd van dezelfde intensiteit en duur. Verder wijst de huidige bevinding, dat sIL-6R én sgp130 niet werden beïnvloed door inspanning en dat ze op geen enkel moment verschillend waren bij CVS, er op dat, in tegenstelling tot vele andere chronische ziekten, gewijzigde ‘transignaling’ niet betrokken is in de pathologie van CVS. Dit onderzoek ondersteunt daarom eerder werk dat gelijkaardige IL-6 waarden in rust heeft gevonden en sluit voor de eerste keer de mogelijke betrokkenheid van de oplosbare IL-6 receptoren bij CVS uit.

In deze huidige studie namen slechts zes CVS-patiënten en gematchte controles deel aan de inspanningstest, wat misschien niet volstaat om kleine in de IL-6 respons op inspanning te ontdekken. Nadat zes CVS-patiënten het belangrijkste experimenteel deel hadden afgewerkt, bleek de verandering qua IL-6 en zijn receptoren echter gelijk in rust en bij inspanning, en daarom zou een eventueel aanwezig verschil al in rust te zien moeten geweest zijn. Om die reden werden de waarden van IL-6 en zijn receptoren onderzocht in een grotere rustende groep om te vermijden dat meer CVS-patiënten de stress van de inspanning moesten ondergaan. Het is mogelijk dat omwille van het feit dat bloedstalen slechts op drie tijdstippen werden genomen, pieken werden gemist. Tijdens oplopende inspanning bleken cytokine en TBARS-expressie in eerdere studies te pieken tussen de 10 en 30 min. na inspanning. Gebruikmaken van evenwichtige inspanning zoals bij de huidige studie, zou het nemen van meerdere stalen misschien bijkomende informatie opleveren. De staalnamen onmiddellijk na inspanning en na 24 h werden gekozen omdat is aangetoond dat IL-6 piekt direct of kort na het beëindigen van de inspanning – het punt waar in de huidige studie de vermoeidheid intreedt – en omdat geweten is dat de malaise verbonden met CVS plaatsvindt de dag na de inspanning.

Tot besluit: het huidig onderzoek heft aangetoond dat er geen verschillen zijn in IL-6, sIL-6R en sgp130 bij CVS- patiënten in rust of tijdens inspanning. Anderzijds waren F2-isopoprostaan waarden gestegen in rust bij CVS en deze verschillen bleven tijdens en na inspanning.

Perspektieven

Er werd hier aangetoond dat patiënten met CVS geen gestoorde oxidatieve capaciteit [QO₂ = maat voor de maximale capaciteit om zuurstof te gebruiken, uitgedrukt in µl verbruikt zuurstof per gram spier per uur; factoren die dit beïnvloeden: de aktiviteit aan oxidatieve enzymen, het vezel-type en de beschikbaarheid aan zuurstof] hebben. Deze bevindingen komen overéén met die van Jammes et al. [zie ‘Oxidatieve Stress’: Jammes et al. noteerden: “Bij CVS-patiënten verschilde de relatie stijgingsgraad van VO₂ versus inspanningsvolume niet van controle-individuen…” maar besluiten wel: “De respons van CVS-patiënten op toenemende inspanning gaat gepaard met een verlengde en verhoogde oxidatieve stress...”] en we hebben deze uitgebreid door aan te tonen dat er ook geen stoornis in de inspanningscapaciteit bij een gestandaardiseerde aërobe inspanningstest is. [zoals aangegeven in de inleiding waren de resultaten daaromtrent tot nu toe niet overtuigend; zie ‘Metabole veranderingen in spieren en hersenen bij CVS’: “na inspanning … oxidatieve capaciteit … significant verminderd bij CVS-patiënten … geen verdere veranderingen gezien tijdens de periode na inspanning…”] Samen met de bevindingen van Paul et al. [zie eerder], ondersteunt dit de stelling dat het grootste deel van het probleem met inspanning voorkomt in de herstel-periode. Eerder werk heeft aangetoond dat de F2-isoprostanen waarden verhoogd zijn bij CVS-patiënten in rust en het huidig onderzoek heeft deze bevindingen verruimd door te tonen dat de stijging blijft tijdens inspanning en in de herstel-periode. In tegenstelling bleek het IL-6 signalisering-systeem (IL-6, sIL-6R en sgp130) niet verschillend bij CVS-patiënten in rust noch tijdens inspanning. Dit cytokine-systeem bleek eerdere betrokken bij de pathologie van vele inflammatoire processen en de ontwikkeling van vermoeidheid [Robson-Ansley PJ, Milander L, Collins M, Noakes TD. ‘Acute interleukin-6 infusion impairs athletic performance in healthy, trained male runners. Can J Appl Physiol 2004: 29: 411-418’; bij gezonde personen dus…].

CVS * Oxidatieve Stress en Hsp bij inspanning

Blijkbaar waren deze auteurs bij het schrijven van dit artikel nog niet op de hoogte van de melding door Thambirajah et al. dat men eerder kon lezen (zie ‘‘Heat shock’ proteïnen en inspanning bij CVS’). Toen werd besloten dat de gedaalde gehaltes aan Hsp7, Hsp60 en Hsp90 bij CVS-patiënten na inspanning een defekte adaptieve respons op oxidatieve stress bij CVS-patiënten suggereren. “De hogere basale expressie van Hsp27 bij CVS-patiënten komt ook overeen met de notie dat cellen van CVS-patiënten meer vatbaar zijn voor oxidatieve stress.” Beide teams komen dus onafhankelijk tot dezelfde conclusie…

Van belang lijkt ook dat herhaling van inspanningsperioden de expressie van induceerbare factoren van Hsp zou kunnen onderdrukken. Onderzoek daarnaar zou aanwijzingen kunnen opleveren over de waarde van de zgn. ‘Dubbele Fietstest’…

J Intern Med 2009 [ahead of print]

Chronische Vermoeidheid Syndroom combineert verhoogde door inspanning geïnduceerde oxidatieve stress en gereduceerde cytokine- en Hsp-responsen

Y. Jammes, J. G. Steinberg, S. Delliaux & F. Brégeon

From the UMR MD2 (P2COE) and IFR Jean Roche, Faculté de Médecine, Université de la Méditerranéand Pulmonary Function Laboratory, North Hospital, Assistance Publique-Hôpitaux de Marseille, France

Doelstellingen. Aangezien ‘heat-shock’ proteïnen (Hsp) de cellen beschermen tegen de schadelijke effekten van oxidatieve stress, stelden we dat Hsp-expressie gereduceerd zou kunnen zijn bij patiënten met het Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) die een aangescherpte door inspanning geïnduceerde oxidatieve stress vertonen.

Ontwerp. Deze ‘case-control’ studie vergeleek negen CVS-patiënten met een controle-groep (zelfde geslacht, gewicht en leeftijd) van negen gezonde sedentaire individuen.

Tussenkomsten. Alle individuen voerden een oplopende fiets-inspanning (tot uitputting) uit. We maten ademhalingsgassen en ‘evoked compound muscle-potential’ (M-wave) [de geschikte zenuw wordt elektrisch gestimuleerd en de opgewekte respons kan worden gemeten; een niet-invasieve manier om perifere spier-vermoeidheid bij inspanning te meten] aan de vastus lateralis [spier aan de voorzijde van het dijbeen, deel van de quadriceps]. Herhaalde staal-name van veneus bloed liet ons toe metingen te doen van twee merkers voor oxidatieve stress [thiobarbituurzuur reaktieve substanties (TBARS) en gereduceerd ascorbinezuur (RAA)], twee cytokinen (IL-6 en TNF-α) en twee Hsp (Hsp27 en Hsp70) bij rust, tijdens maximale inspanning en tijdens een herstel-periode van 60 min.

Resultaten. Vergeleken met controles, hadden rustende CVS-patiënten lage basale waarden aan RAA en Hsp70. Hun respons op maximale inspanning vertoonde (i) ‘M-wave’ veranderingen wijzend op verminderde spier-membraan prikkelbaarheid, (ii) vroege en aangescherpte stijging van TBARS die samengaat met gedaalde veranderingen van RAA-waarde, (iii) afwezigheid van significante stijging van IL-6 en TNF-α, en (iv) vertraagde en uitgesproken daling van Hsp27 en Hsp70. De stijging na inspanning van TBARS was aangescherpt bij individuen met de laagste Hsp27 en Hsp70.

Besluiten. De respons van CVS-patiënten op oplopende inspanning gaat gepaard met een verlengde en verhoogde oxidatieve stress, die het resultaat zou kunnen zijn van vertraagde en ontoereikende aan maak van Hsp.

Inleiding

[…].

In een eerdere studie [‘Chronic Fatigue Syndrome: assessment of increased oxidative stress and altered muscle-excitability in response to incremental exercise’; zie: ‘Oxidatieve stress’], rapporteerden we duidelijke veranderingen qua biologische respons op maximale inspanning bij CVS-patiënten vergeleken met een gematchte groep gezonde sedentaire individuen. De veranderingen combineerden post-exertionele wijzigingen van spier-membraan prikkelbaarheid (M-wave) met een vroege en verlengde door inspanning geïnduceerde oxidatieve stress, gemeten via een verhoogde plasma-concentratie van thiobarbituurzuur reaktieve substanties (TBARS) en verlaagde consumptie van anti-oxidant (gereduceerd ascorbinezuur, RAA). Andere auteurs meldden ook een correlatie tussen musculoskeletale symptomen en TBARS [Vecchiet J et al. Relationship between musculoskeletal symptoms and blood-markers of oxidative stress in patients with Chronic Fatigue Syndrome; zie: ‘Oxidatieve stress’] of isoprostaan-waarden [Kennedy G et al. Oxidative stress levels are raised in Chronic Fatigue Syndrome and are associated with clinical symptoms; zie: ‘Oxidatieve stress’] en een verhoogde lipiden-peroxidatie bij CVS-patiënten in rust [Manuel y Keenoy B et al. Anti-oxidant status and lipoprotein-peroxidation in Chronic Fatigue Syndrome; zie: ‘Oxidatieve stress’]. Recente algemene overzichten betreffende het ontstaan van CVS suggereert een mogelijke rol van overmatige door inspanning geïnduceerde oxidatieve stress [Fulle S et al. Specific correlations between muscle oxidative stress and Chronic Fatigue Syndrome: a working hypothesis; zie: ‘Specifieke correlaties tussen oxidatieve stress in de spieren en CVS’] en misschien ook van een onevenwichtige aangeboren immuniteit met bovenmatige produktie van inflammatoire mediatoren en cytokinen, die de meeste invloed zou kunnen hebben op chronische inflammatie bij CVS-patiënten in rust. Gegevens over een gewijzigd aangeboren immuunsysteem bij CVS-patiënten betreffen echter enkel de basale plasma cytokine-waarden en spreken elkaar dikwijls tegen. We betreuren de afwezigheid van gegevens over veranderingen in plasma cytokine-waarden in CVS-patiënten na inspanning omdat bij gezonde individuen maximale inspanning een toestand vertegenwoordigt die de release in het plasma van inflammatoire en anti-inflammatoire cytokinen bevordert, en de aangeboren immuniteit uit evenwicht brengt. Afhankelijk van de graad van belasting veroorzaken sub-maximale inspanningen variabele immuun-responsen.

De cellulaire redox-toestand wordt hoofdzakelijk vertegenwoordigd door het evenwicht tussen de niveaus aan cellulaire oxidanten en reductanten. Talrijke gegevens suggereren dat ‘heat-shock’ proteïnen (Hsp) de bestaande endogene anti-oxidanten tijdens en na de cellulaire oxidatieve stress zouden aanvullen, waarbij ze cellen beschermen tegen de schadelijke effekten van reaktieve zuurstof soorten (ROS). Bij gezonde sedentaire individuen bestaat een nauwe inter-relatie tussen cellulaire expressie van ‘heat-shock’ proteïnen en de redox-status. De Hsp-expressie vermindert de aanmaak van ROS via de aktivatie van anti-oxidanten en de oxidanten en anti-oxidanten verhogen op hun beurt plasma Hsp-waarden. Vorming van Hsp20, Hsp27 en Hsp 70 gebeurt in samentrekkende spieren. Nauwe interakties bestaan ook tussen de aktivatie van Hsp gen-expressie en IL-6 produktie. Hsp induceert inflammatoire processen, inclusief de aanmaak van IL-6 en, omgekeerd, IL-6 aktiveert Hsp gen-expressie. Aangezien een redox-onevenwicht bestaat bij patiënten met CVS en gezien de vermelde link tussen Hsp en redox-status, lijkt een gewijzigde Hsp-respons bij CVS-patiënten zeer waarschijnlijk. We vonden geen informatie over de basale plasma-waarden van Hsp27 en 70, noch over hun verandering na een maximale inspanning bij CVS-patiënten.

In deze studie probeerden we de oxidatieve stress, cytokine- en Hsp-waarden voor en na maximale fiets-inspanning bij CVS-patiënten te documenteren. Gebaseerd op eerdere gegevens die een verhoogde oxidatieve stress respons op inspanning bij CVS toonden, stelden we dat deze ontregeling zou kunnen geassocieerd zijn met een veranderde cytokine-respons en verlaagde Hsp-produktie vergeleken bij gezonde controles. We vergeleken negen CVS-patiënten [diagnose volgens de ‘US Centres for Disease Control and Prevention Criteria’ voor CVS] met een controle-groep gezonde sedentaire individuen gematcht voor leeftijd en geslacht; in rust, tijdens en na een maximale fiets-inspanning die het meten van de maximale zuurstof-opname (VO₂max) toelaat. Plasma-bepalingen van merkers voor oxidatieve stress, cytokinen (IL-6, TNF-α) en ‘heat-shock’ proteïnen (Hsp27 en Hsp70) werden uitgevoerd bij alle individuen. Neuromusculaire funktie werd onderzocht in de vastus lateralis om de gewijzigde spier-prikkelbaarheid te bevestigen die reeds werd gemeld bij CVS-patiënten.

[Geïnteresseerden kunnen bijkomende referenties opvragen…]

Methoden

[…]

Resultaten

Variabelen bij rust

Er werden geen significante verschillen gemeten qua ‘M-wave’ amplitude en duur tussen CVS-patiënten en controle-individuen. Basale waarden van TBARS, IL-6, TNF-α en Hsp27 verschilden niet tussen CVS-patiënten en controles. Er was enkel een tendens voor verhoogd IL-6 bij rustende CVS-patiënten maar statistisch was er geen significantie. Basale RAA en Hsp70 waarden waren echter significant verlaagd bij CVS-patiënten.

Respons op inspanning

Tijdens de inspanningsperiode en de herstel-periode waren de ‘M-wave’ karakteristieken niet significant veranderd bij gezonde individuen. In tegenstelling daarmee was bij CVS-patiënten de ‘M-wave’ amplitude afgenomen en de ‘M-wave’ duur verlengd; de veranderingen bleven duren tijdens de eerste 20 min van de herstel-periode.

De door inspanning geïnduceerde oxidatieve stress was duidelijk versterkt bij CVS-patiënten vergeleken met controles. De verhoging van TBARS gebeurde vroeger (1 à 2 min voor de inspanning werd beëindigd) en de verhoogde TBARS-piek was significant. Er werd geen significante daling qua RAA-waarde gemeten na inspanning bij CVS-patiënten, terwijl de anti-oxidant respons steeds aanwezig was bij de controles.

Vergeleken met controles, waarbij we een significante stijging maten qua waarden van IL-6 én TNF-α na inspanning, konden geen significante variaties van beide cytokinen worden gedetekteerd bij CVS na insapnning.

Bij controles leek de Hsp27 stijging vroeger tijdens de insapnningsperiode te komen, voorafgaand aan de verhoging van TBARS en het verbruik van RAA, en hield aan tot het einde van de 60 min herstel-periode. Een significante stijging van de Hsp70-waarde werd gemeten na inspanning maar de respons was vertraagd vergeleken met de veranderingen in Hsp27. Bij CVS-patiënten begon de Hsp27-respons op inspanning slechts na de 5^e min van de herstel-periode en bleef slechts voor 5 min duren. Vergeleken met controles waren de maximale variaties van Hsp27 én Hsp70 na inspanning significant kleiner bij CVS-patiënten.

[…]

Bespreking

De originele bevindingen in deze studie zijn dat de respons op maximale fiets-inspanning bij CVS-patiënten het volgende combineert: (i) een vroege en verhoogde oxidatieve stress, (ii) de afwezigheid van een significante stijging in IL-6 én TNF-α en (iii) vertraagde en gereduceerde verhogingen van Hsp27 en Hsp70. Aaangezien de Hsp-respons op inspanning de cellen beschermt tegen de schadelijke effekten van oxidatieve stress, bevestigen de huidige gegevens onzze primaire hypothese dat een gedaalde Hsp-aanmaak bij CVS-patiënten wellicht hun versterkte door inspanning geïnduceerde oxidatieve stress kan verklaren. De ernstige en langdurige versterkte door inspanning geïnduceerde oxidatieve stress bij CVS-patiënten zou hun veranderde spier-prikkelbaarheid kunnen verklaren; beide werden reeds gerapporteerd in onze eerdere CVS-studie.

De afwezigheid van een significant verschil in VO₂max en dus, in totale inspanningsduur, tussen CVS-patiënten en controle-individuen laat ons toe de grote-orde en kinetiek van de biochemische respons op inspanning te vergelijken. De relatief hoge VO₂max in onze CVS-patiënten bevestigt talrijke eerdere studies. Meting van VO₂ bij CVS-patiënten tijdens inspanning wees op normale of verhoogde aërobe funktie; in het bijzonder de relatie tussen de verhogingen in VO₂ en geleverde inspanning, die gelijkaardig waren aan wat werd verwacht bij gezonde individuen.

In respons op maximale fiets-inspanning in controle-individuen, maten we significante verhogingen in plasma-concentraties van IL-6 en TNF-α die onze vroegere observaties bevestigen [Steinberg JG, Ba A, Bregeon F, Delliaux S, Jammes Y. Cytokine and oxidative responses to maximal cycling-exercise in sedentary subjects. Med Sci Sports Exerc 2007; 39: 964-8]. Bij CVS-patiënten konden we echter geen significante stijging van in IL-6 en TNF-α na inspanning observeren. Cannon et al. [Acute phase responses and cytokine-secretion in Chronic Fatigue Syndrome. J Clin Immunol 1999; 19: 414-21] merkten ook op dat de inflammatoire respons op inspanning bij CVS-patiënten niet significant verschilde van controles. We konden geen significant verschil meten tussen de basale waarden van beide cytokinen bij CVS-patiënten vergeleken met controles. Ondanks het feit dat we een tendens voor een verhoogde basale IL-6 niveau bij CVS opmerkten, lagen de IL-6 waarden nogal verspreid bij onze CVS-patiënten. Enkele studies, o.a. deze door Cannon et al., rapporteerde een stijging van het basaal plasma-niveau van of IL-6 bij CVS-patiënten, terwijl andere geen ontregeling vonden van de cytokine-produktie in rust. De rol van IL-6 bij chronische spier-vermoeidheid en spier-pijn is niet duidelijk omdat één van de voornaamste funkties van dit cytokine de release is van anti-inflammatoire cytokinen (IL1Ra, IL-10), terwijl TNF-α enkel inflammatoire reakties bevordert. De onderdrukte cytokine-respons op inspanning bij CVS-patiënten zou dus dubbele consequenties kunnen hebben: er zouden enkele voordelen kunnen zijn door de afwezigheid van een TNF-α toename na inspanning door de vermindering van de inflammatoire reaktie; terwijl de gedaalde IL-6 respons de anti-inflammatoire akties zou kunnen aanwakkeren. De huidige observaties van een scheiding tussen een aangescherpte door inspanning geïnduceerde oxidatieve stress en afwezige inflammatoire respons op inspanning bij CVS-patiënten is niet verrassend. Bij gezonde sedentaire individuen, is er geen duidelijke relatie tussen het tijdsverloop en de grootte-orde van door inspanning geïnduceerde veranderingen in IL-6 en lipiden-peroxidatie omdat de verhoogde cytokine-waarden dikwijls voorafgaan aan de TBARS-toename. Deze gegevens ondersteuen de hypothese niet dat de door inspanning geïnduceerde oxidatieve stress de cytokine-release bevordert.

De nieuwe observaties bij CVS-patiënten zijn een uitgestelde, verkorte en gereduceerde Hsp27 en Hsp70 respons op inspanning en ook een verlaagde basale Hsp70 waarde. Er werden geen metingen van de Hsp-respons op inspanning in CVS gevonden in de literatuur. [Het artikel van Thambirajah et al. werd ingediend in jun. 2008 en aanvaard in aug. 2008. Yves Jammes en zijn team waren toen ze bezig waren met het onderzoek wellicht nog niet op de hoogte van de eerste publicatie.] De huidige data bij gezonde sedentaire individuen bevestigen eerdere observaties, die tonen dat Hsp27 onmiddellijk reageert op maximale excentrische inspanning [type spiersamentrekking waarin de weerstand groter is dan de kracht die door de spier wordt geleverd, zodat de spier verlengt tijdens de contractie] van de quadriceps-spier; terwijl de stijging van het Hsp70 niveau na inspanning enkel werd gemeten 24 h na inspanning exercise [Paulsen G, Vissing K, Kalhdove JM et al. Maximal eccentric exercise induces a rapid accumulation of small heat-shock proteins on myofibrils and a delayed Hsp70 response in humans. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 2007; 293: R844-53]. De vroege stijging van Hsp20 en Hsp27 na inspanning zou het resultaat kunnen zijn van de observatie dat ‘heat-shock’ proteïnen met lage dichtheid het meest worden beïnvloed door verhoogde fosforylatie en de daaropvolgende stijging in de aanmaak van ROS.

Het werd reeds gedocumenteerd dat een verhoogde Hsp-expressie verantwoordelijk is voor een vergemakkelijking van anti-oxidante verdedigingsmechanismen tegen oxidatieve stress in gezonde sedentaire individuen [Whitam M, Fortes MB. Heat-shock protein 72: release and biological significance during exercise. Front Biosci 2008; 13: 1328-39] en inflammatoire processen bevordert. De gedaalde RAA-consumptie en de daarmee gepaard gaande verscherping van de TBARS-toename, en ook de afwezigheid van cytokine-respons in CVS-patiënten tijdens inspanning zou kunnen resulteren uit de verlaagde Hsp27 en Hsp70 produktie.

De observaties hier bevestigen onze hypothese dat een gebrekkige Hsp-respons op inspanning de verhoogde oxidatieve stress bij CVS-patiënten zou kunnen verklaren. Aangezien personen die frequent trainen later eerder de diagnose van CVS krijgen, zou de herhaling van inspanningsperioden op hoog energetisch niveau de oorzaak kunnen zijn van een a downregulering van de Hsp-produktie en ook van de gedaalde cytokine-release bij sommige individuen. Verdere studies bij gezonde vrijwilligers zijn nodig om aan te tonen dat herhaling van inspanningsperioden [denk aan de ‘Dubbele fietstest’…] de expressie van induceerbare factoren van Hsp onderdrukt.

TGF-beta in de hersenen

Op het ‘International Conference on Fatigue Science’ (31 januari 2005) in Japan warden 3 interessante presentaties voorgesteld aangaande een dier-model voor vermoeidheid en TGF-β in de hersenen:

* Mechanismen voor de manifestatie van een gevoel van vermoeidheid door TGF-β in de hersenen – Kazuo Inoue

* Effekten van of intra-craniale toediening van TGF-β op  neurotransmitter-release in de hypothalamus – Teppei Fujikawa

* Centrale vermoeidheid geïnduceerd door TGF-β: Lokalisatie van receptoren voor TGF-β in de hypothalamus – Shigenobu Matsumura

Het team o.l.v. Prof. Kazuo Inoue van de ‘Graduate School of Agriculture’ van de Kyoto University, Japan, onderzoekt reeds lange tijd het fenomeen vermoeidheid. Deze groep laat ratten zwemmen tot ze uitgeput zijn. Ze produceren dan een waaier aan substanties waarmee het lichaam communiceert met het brein. Dit genereert ‘Transforming Growth Factor ‘beta (TGF-β).

De TGF-β isoformen: TGF-β1, TGF-β2 and TGF-β3 komen tot expressie in meerdere cel-types van het CZS: neuronen, astrocyten en microglia. TGF-β2 en TGF-β3 mRNAs zijn ook aanwezig in alle hersengebieden: de cerebral cortex, hippocampus, striatum, cerebellum en hersen-stam. Er bestaat een pan-specifiek anti-TGF-β antilichaam, dat bindt met TGF-β1, -β2, -β3 en -β5.

Inoue’s onderzoeksgroep testte het cerebrospinaal vocht (CSF) van de uitgeputte ratten. Het bevat veel TGF-β. Als ze dit ruggemerg-vocht injekteerden in muizen – direct in een met CSF gevulde ruimte achter het cerebellum genaamd de ‘cisterna magna’ – dan verminderde hun motor-aktiviteit [fysieke aktiviteit van een organisme als gedragsfenomeen] tot zelf 75% (in vergelijking met muizen die ‘controle’-vloeistof zonder TGF-β. Ze werden VERMOEID.

Mensen produceren ook TGF-β. Inspanning induceerde significant verhoogde TGF-β concentraties; een bevinding die ook werd opgemerkt bij gezonde maar on-fitte mannen bij inspanning.

De onderzoeksgroep produceerde een antilichaam tegen TGF-β. Als ze dit injekteerden in uitgeputte muizen dan veerden die op en herstelden van de vermoeidheid. Het zou interessant zijn te bekijken of medicijnen kunnen worden ontwikkeld die interageren met TGF-β bij mensen en of biotechnologisch grote hoeveelheden van het antilichaam kunnen worden aangemaakt. Het zou ook interessant zijn te bestuderen of de vermoeidheid-categorieën, waar iedereen het over heeft (bv. gelokaliseerd, algemeen, cerebraal, enz.), kunnen ontleden en hun relatie met elkaar beter kunnen begrijpen. Inoue’s werk heeft het potentieel onze inzichten hieromtrent enorm te verbreden. Het zou een betekenisvolle ontwikkeling zijn voor het begrijpen van het ontstaan van vermoeidheid.

Prof. Inoue zegt: “TGF-β is een primaire kandidaat voor het moduleren van spontane motor-aktiviteit in de hersenen.”. Het zou mogelijk moeten zijn antilichamen te produceren tegen de menselijke variant en te beschikken over direct tegenmiddel voor onze vermoeidheid, op voorwaarde dat het dezelfde rol speelt bij mensen als bij muizen. We zijn ongeveer 90% genetisch gelijkaardig dus het lijkt een goeie gok.[Anderen betwisten dit dan weer...] We moeten afwachten. Het enige waar we zeker van zijn is dat het heel zeker duur zal zijn.

Vertrekpunt: Het brein coördineert de energie-behoeften van elk deel van het lichaam en reguleert het metabolisme van het ganse lichaam op gepaste wijze. De betrokkenheid van de bv. hypothalamus en het sympathisch zenuwstelsel bij energie-metabolisme bij inspanning met hoge intensiteit is bekend. Ook verhogingen van de expressie van corticotropine-releasing factor (CRF) mRNA werden aangetoond. Deze bevindingen impliceren dat inspanning met hoge intensiteit een soort stressor is.

Het cytokine ‘transforming growth factor’ β (TGF-β) reguleert cel-proliferatie, differentiatie en apoptose [zie: ‘TGF-beta - vermoeidheid, neuro-protektie’] en speelt een sleutel-rol bij de ontwikkeling en weefsel-homeostase. De fysiologische rol in de hersenen is echter onduidelijk.

De literatuur…

Physiol Behav. 1998 May;64(2):185-90

Release of a substance that suppresses spontaneous motor activity in the brain by physical exercise

Inoue K, Yamazaki H, Manabe Y, Fukuda C, Fushiki T

Division of Applied Life Sciences, Graduate School of Agriculture, Kyoto University, Japan

Injektie van het cerebrospinaal vocht (CSF) van (door verplicht zwemmen) vermoeide ratten in de cisterna magna van muizen onderdrukte de spontane motor-aktiviteit van de muizen. De onderdrukkende werking werd opgegeven door hitte-denaturatie van het CSF en we vonden dat de CSF-fraktie met een molekulair gewicht boven 10.000 na ultra-filtratie hier verantwoordelijk voor was. Deze bevindingen suggereren de aanwezigheid van (een) substantie(s), afgegeven door de hersenen van de vermoeide dieren, die hun spontane motor-aktiviteit onderdrukt en de sensatie van vermoeidheid genereert.

Brain Res. 1999 Nov 6;846(2):145-53

Transforming growth factor-beta activated during exercise in brain depresses spontaneous motor activity of animals. Relevance to central fatigue

Inoue K, Yamazaki H, Manabe Y, Fukuda C, Hanai K, Fushiki T

Laboratory of Nutrition Chemistry, Division of Applied Life Sciences, Graduate School of Agriculture, Kyoto University, Kyoto, Japan

Intra-cerebroventriculaire [in de hersenventrikels] toediening aan sedentaire muizen van de CSF-fraktie met een hoog-molekulair gewicht van door inspanning uitgeputte ratten resulteerde in een afname van de spontane motor aktiviteit [zie hierboven]. CSF van sedentaire ratten had dit effekt niet. Dit suggereert de aanwezigheid van een substantie die de bewegingsdrang als reaktie op moeheid reguleert. Een bio-assay systeem gerbuik-makend van hydra [een zoetwater-poliep van de klasse van de holtedieren] toonde een aktiviteit aan die niet te onderscheiden is van ‘transforming growth factor’ beta (TGF-β) in het CSF van door inspanning vermoeide ratten, terwijl dit ziet zo was in dat van sedentaire ratten. De toename in de concentratie van aktief TGF-β in het CSF van door inspanning vermoeide ratten werd ook bevestigd met een ander bio-assay systeem (gebruikmakend van epitheliale cellen uit de longen van nertsen, Mv1Lu). Injektie van TGF-β in de hersenen van sedentaire muizen veroorzaakte een gelijkaardige afname van spontane motor-aktiviteit op een dosis-afhankelijke wijze. Opvoeren van de inspanningsgraad voor de ratten verhoogde de waarden van aktief TGF-β én de onderdrukkende werking in het CSF van ratten op spontane motor-aktiviteit van muizen. Alles te samen, suggereren deze resultaten dat inspanning aktief TGF-β in het brein doet stijgen en het gevoel van vermoeidheid creëert, en dat zo spontane motor-aktiviteit wordt onderdrukt.

Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. 2002 Feb;26(2):307-12

Effects of intracranial injection of transforming growth factor-beta relevant to central fatigue on the waking electroencephalogram of rats: comparison with effects of exercise

Arai M, Yamazaki H, Inoue K, Fushiki T

Division of Applied Life Sciences, Graduate School of Agriculture, Kyoto University, Japan

Om de werking van ‘transforming growth factor’ beta (TGF-β) in de hersenen, dat stijgt bij vorderende inspanning, in detail te onderzoeken, ondernamen de auteurs elektro-encefalogram (EEG) spectrale analyses van 2 h na intra-craniale injektie [in de schedel] van TGF-β bij ratten en vergeleken die met de effekten van inspanning door zwemmen. Relatieve ‘power-values (power-percent)’ van de theta frequentie-band (4-7 Hz) verhoogde en ‘power-percent’ van de alfa frequentie-band (7-13 Hz) daalde na intra-craniale injektie van TGF-β. [Absolute EEG-power van een frequentie-band geeft aan hoeveel variantie in het EEG-signaal toe te schrijven is aan cyclische variaties met frequenties die in die band vallen. Relatieve EEG-power drukt uit wat het relatieve belang van die frequentie-band is ten opzichte van de andere frequentie-banden.] De richtingen van deze EEG-veranderingen intra-craniale injektie van TGF-β waren consistent met deze na inspanning. Het EEG-patroon opgewekt door leucine-encefaline [Leu-enk; natuurlijke onstekingsremmer met morfine-achtige aktiviteit, vermindert pijn], een typisch brein-peptide verbonden met inspanning, was compleet verschillend van dat na inspanning. De resultaten suggereren dat de toename van de TGF-β concentratie in de hersenen is, ten minste gedeeltelijk, relevant voor de verandering van neuronale aktiviteit na inspanning.

Am J Physiol Endocrinol Metab. 2002 Sep;283(3):E536-44

Intracranial administration of transforming growth factor-beta3 increases fat oxidation in rats

Yamazaki H, Arai M, Matsumura S, Inoue K, Fushiki T

Laboratory of Nutrition Chemistry, Division of Food Science and Biotechnology, Graduate School of Agriculture, Kyoto University, Kyoto 606-8502, Japan

De effekten van intra-craniaal ‘transforming growth factor’ (TGF) -β3 op de spontane motor-aktiviteit en het energie-metabolisme werden onderzocht bij ratten. Na injektie van TGF-β3 in de cisterna magna van ratten, daalde de spontane motor-aktiviteit significant gedurende 1 h. De intra-craniale injektie van of TGF-β3 leverde een onmiddellijke daling van de ‘respiratory exchange ratio’ [RER; verhouding tussen het volume afgegeven CO₂ en het volume opgenomen O₂ = ca. 0,8 bij rust, kan groter dan 1 worden bij intense inspanning] op. Er werden geen significante verschillen geobserveerd in het energie-verbruik. TGF-β3 induceerde een significante stijging van de totale vet oxidatie en een daling van de totale koolhydraten oxidatie. Verder waren de serum-substraten geassocieerd met het vet-metabolisme significant veranderd bij ratten geïnjekteerd met TGF-β3. De aktiviteit van lipoproteïne-lipase [LPL; enzyme dat triglyceriden (vetten) uit de voeding helpt afbreken tot vrije vetzuren en zo energie voor de spieren genereert] in skelet-spieren én de concentratie van serum keton-lichamen [molekulen met C=O-groep (bv. aceton), die in het lichaam gemaakt worden als vet moet worden afgebroken als gevolg van een tekort aan koolhydraten (suikers)] stegen, suggestief voor het feit dat de verhoogde vet-oxidatie veroorzaakt door TGF-β3 wellicht gebeurde in de lever en de spieren. Intra-craniale injektie van TGF-β3 leek een omschakeling van de energie-substraten die worden aangesproken bij energie-verbruik op te roepen. Deze resultaten suggereren dat de afgifte van TGF-β3 in de hersenen door inspanning een signaal is voor het reguleren van de energie-consumptie.

[[[Uit de ‘discussie’: Het vermoeidheid-gevoel in de hersenen is wellicht niet enkel een ongemak maar het kan ook een verdedigingsmechanisme vormen tegen uitputting; de aktieve vormen van TGF-β in het brein zouden positief kunnen werken om perifere uitputting te voorkomen en herstel te bespoedigen.

De metabole veranderingen geïnduceerd door de injektie van of TGF-β3 lijken erg op de toestand van het energie-metabolisme na fysieke inspanning. Gezien het energie-verbruik niet veranderde, zou intra-craniale injektie van TGF-β3 een switch van energie-substraten kunnen veroorzaken. Tijdens langdurige inspanning vertoont het gebruik van energie-substraten een graduele overgang van koolhydraten naar vetten. Andere studies rapporteerden dat er een significante verschuiving naar vet-oxidatie na hoge-intensiteit inspanning. Dit is een gangbaar fenomeen in inspanning-fysiologie maar het volledige mechanisme van de omschakeling werd nog niet verduidelijkt. TGF-β3 vrijgegeven in de hersenen tijdens inspanning zou de vet-oxiatie kunnen verhogen om glucose te conserveren. We meldden ook al dat de veranderingen in EEG na intra-craniale injektie van TGF-β consistent waren met die na inspanning. Dit suggereert dat de toename in TGF-β in het brein gedeeltelijk relevant is voor de verandering van neuronale aktiviteit na inspanning. Het lijkt aannemelijk dat TGF-β3 afgegeven in de hersenen tijdens inspanning spontane motor-aktiviteit onderdrukt om rust aan te moedigen en een verandering veroorzaakt in de energie-substraten van het perifeer systeem.

Er werd aangenomen dat de permeabiliteit van TGF-β door de bloed-hersen-barrière wellicht heel laag of vrijwel onbestaande is. Daarom kan worden gesteld dat TGF-β3 vrijgegeven door de hersenen direct de spontane motor-aktiviteit en de energie-status beïnvloedt. Dit impliceert dat de effekten van TGF-β3 op perifere weefsels qua energie, worden gemedieerd door het CZS.]]]

Am J Physiol Endocrinol Metab. 2006 Dec;291(6):E1151-9.

Transforming growth factor-beta in the brain regulates fat metabolism during endurance exercise

Ishikawa T, Mizunoya W, Shibakusa T, Inoue K, Fushiki T

Laboratory of Nutrition Chemistry, Division of Food Science and Biotechnology, Graduate School of Agriculture, Kyoto University, Sakyo, Kyoto, Japan 606-8502

We hebben eerder gemeld dat de concentratie van ‘transforming growth factor’ beta (TGF-β) verhoogt in het cerebrospinaal vocht van ratten tijdens inspanning en dat er een stijging is in ‘whole body’ vet-oxidatie an de toediening van TGF-β in de cisterna. Deze resultaten leidden er ons toe te postuleren dat TGF-β in de hersenen de verhoging van vetzuur-oxidatie tijdens inspanning reguleert. Om deze hypothese te testen, voerden we analyses uit van respiratoire gassen tijdens loopband-inspanning na de inhibitie van de TGF-β aktiviteit in rat-hersenen door toediening van anti-TGF-β antilichaam of SB-431542, een inhibitor van de type 1 TGF-β receptor [TβR1] in de cisterna. We vonden dat elk reagens de verhoging van de vetzuur-oxidatie gedeeltelijk blokkeerde. We vergeleken ook de plasma-concentraties van energie-substraten in de groep die anti-TGF-β antilichaam kreeg toegediend met de controle-groep tijdens het lopen. We vonden dat de plasma-concentraties van niet-veresterde vetzuren [non-esterified fatty acids, NEFA; vrije vetzuren, afgegeven door vetweefsel als metabole brandstof] en keton-lichamen in de groep die anti-TGF-β antilichaam kreeg, lager waren dan in de controle-groep bij het einde van het lopen. Op dezelfde manier voerden we analyses van respiratoire gassen uit tijdens een loopband-inspanning na het onderdrukken van de aktiviteit van corticotropine-releasing factor [CRF of CRH (hormoon); vrijgegeven door de hypothalamus bij stress; expressie verhoogt bij inspanning] gebruikmakend van intra-cisternale toediening van astressine [CRF-antagonist, blokkeert CRF-receptoren 1 & 2, inhibeert de HPA-as], een inhibitor van de corticotropine-releasing factor receptor. Er waren echter geen significante verschillen qua RER of zuurstof-verbruik bij gematigde inspanning (60% maximum zuurstof-consumptie) [om de lactaat-drempel niet te overschrijden] [CRF houdt dus wellicht geen verband met de regulering van het energie-metabolisme.]. Deze resultaten suggereren dat TGF-β in de hersenen een rol speelt bij het verhogen van de vetzuur-oxidatie tijdens uithoudingsinspanning en dat deze regulering zich, ten minste gedeeltelijk, voltrekt via het type 1 TGF-β receptor signaal-transductie-systeem.

[[[Uit de ‘discussie’: Hoe beïnvloedt de toename van TGF-β in de hersenen de perifere weefsels en verhoogt het ’t vet-verbruik? Gezien de plasma-concentraties aan insuline en glucagon [hormonen die de glucose-spiegel regelen] niet veranderden door de inhibitie van TGF-β aktiviteit in het brein (via intra-cisternale toedeining van anti-TGF-β antilichaam), lijkt het effekt van TGF-β in de hersenen niet te worden doorgegeven via deze 2 hormonen. Het is goed bekend dat catecholaminen via β-adrenoreceptoren werken in vetweefsel en lipolyse [afbraak van triglyceriden] induceren tijdens uithoudingsinspanning. Ons laboratorium toonde eerder aan dat intra-cisternale toediening van TGF-β niet resulteert in significante veranderingen van de concentraties adrenaline en noradrenaline in serum in een sedentaire toestand. Hoewel de catecholaminen in deze studie niet werden bepaald, vertoonde glucagon en insuline – die gelijkaardige effekten hebben op catecholaminen – geen verandering. Dit suggereert dat de aktie van TGF-β in de hersenen wordt doorgegeven via het autonoom zenuwstelsel en niet via humorale factoren [antistoffen, component, enz.].]]]

Biomed Res. 2006 Dec;27(6):297-305

The physiological and behavioural effects of subchronic intracisternal administration of TGF-beta in rats: comparison with the effects of CRF

Shibakusa T, Iwaki Y, Mizunoya W, Matsumura S, Nishizawa Y, Inoue K, Fushiki T

Laboratory of Nutrition Chemistry, Division of Food Science and Biotechnology, Graduate School of Agriculture, Kyoto University, Japan

We bestudeerden de fysiologische en gedragsmatige effekten van sub-chronische intra-cisternale toediening van ‘transforming growth factor’ beta (TGF-β) gedurende 7 dagen. Dergelijke toediening van TGF-β inhibeerde significant de toename aan lichaamsgewicht van ratten maar beïnvloedde de voedsel-inname niet. De locomotor-aktiviteit [LMA; beweging van plaats naar plaats; bij dier-proeven wordt dit dikwijls gemonitord om de gedrag-effekten van medicijnen te bepalen] na de laatste intra-cisternale toediening op dag 7, steeg voor een meet-periode van 1,5 h significant in de TGF-β groep vergeleken met de controle-groep. Die voor een meet-periode van 10 h was echter niet verschillend tussen beide groepen. [7 dagen TGF-β veroorzaakt dus wellicht niet het chronisch gevoel van vermoeidheid] Verder werden significante verhogingen van het zuurstof-verbruik geobserveerd in de TGF-β groep tijdens lichte én donkere fase. Sub-chronische TGF-β behandeling induceerde een significante daling van het aantal totale leukocyten en lymfocyten, het relatieve gewicht van de thymus [thymus-atrofie, oor zaak van het verminderd aantal lymfocyten], en een significante stijging van het gewicht aan vet-weefsel. Corticotropine-releasing factor (CRF) is de primaire neuro-endocriene factor die wordt afgegeven in respons op stress. [CRF werkt als een neuro-endocriene factor in de HPA-as waar ’t ACTH vrijgeeft, én als een neurotransmitter in verscheidene hersengebieden om het sympathisch zenuwstelsel te stimuleren] Sub-chronische behandeling met CRF, als positieve controle, beïnvloedde significant het lichaamsgewicht, de voedsel-inname, zuurstof-consumptie, totaal aantal leukocyten en lymfocyten, en het gewicht van thymus en bijnieren. Sub-chronische toediening van TGF-β imiteerde gedeeltelijk de stress-responsen, wat een rol voor TGF-β in de hersenen bij stress impliceert.

[[[Uit de ‘discussie’: Sub-chronische intra-cisternale toediening van TGF-β gedurende 7 dagen gaf geen aanleiding tot hypertrofie van de bijnieren en het resultaat van acute TGF-β toediening suggereert dat TGF-β in de hersenen de HPA-as niet aktiveert. TGF-β is verschillend van CRF en aktiveert wellicht enkel het sympathisch zenuwstelsel maar de details zijn nog onduidelijk.

Thymus-atrofie door chronische stress of CRF-behandeling wordt beschouwd te wijten te zijn aan chronisch verhoogd corticosteron, ten gevolge langdurige stimulatie van de HPA-as. Anderzijds werd ook al aangetoond dat de thymus sterk sympatisch bezenuwd is…]]]

Neuroscience. 2007 Feb 9;144(3):1133-40

Increase in transforming growth factor-beta in the brain during infection is related to fever, not depression of spontaneous motor activity

Matsumura S, Shibakusa T, Fujikawa T, Yamada H, Inoue K, Fushiki T

Laboratory of Nutrition Chemistry, Division of Food Science and Biotechnology, Graduate School of Agriculture, Kyoto University, Oiwakecho, Kitashirakawa, Sakyo-ku, Kyoto, Japan 606-8502

Bij virale infektie wordt deze informatie doorgegeven naar de hersenen, en symptomen zoals koorts en moeheid worden opgewekt. Eén van de oorzaken van deze symptomen is de secretie van pro-inflammatoire cytokinen in het bloed en het brein. In deze studie werd de intra-peritoneale [IP; injektie in de buikholte] toediening van of poly-inosine:poly-cytidine zuur (poly I:C), een synthetisch dubbel-strengig RNA, aan ratten gebruikt als infektie-model. Poly I:C deed de spontane motor-aktiviteit (SMA) dalen 2 h na intra-peritoneale toediening, en deze daling bleef daarna behouden. De concentratie aan aktief ‘transforming growth factor’ (TGF-β) in cerebrospinaal vocht (CSF) steeg 1 h na de toediening [maar niet in het bloed]. Deze toename gebeurde vroeger dan deze van de concentraties van andere pro-inflammatoire cytokinen, zoals interleukine-6 (IL-6) en tumor necrose factor alfa (TNF-α), in serum. De intra-cisternale toediening van een anti-TGF-β antilichaam inhibeerde gedeeltelijk koorts geïnduceerd door de toediening van poly I:C; deze behandeling beïnvloedde de daling van de SMA echter niet. Verder deed intra-cisternale toediening van TGF-β de lichaamstemperatuur stijgen. Deze resultaten wijzen er op dat TGF-β in de hersenen, dat was verhoogd door toediening van poly I:C, geassocieerd is met koorts maar niet met een daling qua SMA.

Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2007 May;292(5):R1851-61

Transforming growth factor-beta in the brain is activated by exercise and increases mobilization of fat-related energy substrates in rats

Shibakusa T, Mizunoya W, Okabe Y, Matsumura S, Iwaki Y, Okuno A, Shibata K, Inoue K, Fushiki T

Laboratory of Nutrition Chemistry, Division of Food Science and Biotechnology, Graduate School of Agriculture, Kyoto Univ, Kitashirakawa, Sakyo, Kyoto, Japan

We rapporteerden dat inhibitie van ‘ transforming growth factor’ (TGF) beta in de hersenen de concentraties van vet-gerelateerde energie-substraten reduceerde in respons op inspanning. We onderzochten de relevantie tussen de mobilisatie van vet-gerelateerde energie-substraten (niet-veresterde vetzuren en keton-lichamen) tijdens inspanning en de effekten van TGF-β in de hersenen. Lage-intensiteit inspanning [in tegenstelling tot uithouding op bv. een loopband; melkzuur lager dan de lactaat-drempel] werd gesimuleerd door samentrekking van de achterpoten, geïnduceerd via elektrische stimulatie bij 2 Hz in verdoofde ratten [Sim-Ex = ‘simulated exercise’]. Zoals bij eigenlijke inspanning, werd bevestigd dat mobilisatie van koolhydraten-gerelateerde energie-substraten (glucose en melkzuur) onmiddellijk na het begin van Sim-Ex gebeurde, en mobilisatie van vet-gerelateerde energie-substraten volgde daarna. De timing van de mobilisatie van vet-gerelateerde energie-substraten correspondeerde met die van de toename in TGF-β in cerebrospinaal vocht (CSF) in Sim-Ex. Het niveau van TGF-β in CSF verhoogde significant na 10 min Sim-Ex en bleef gestegen tot 30 min Sim-Ex. Intra-cisternale toediening van TGF-β veroorzaakte snelle mobilisatie van vet-gerelateerde energie-substraten. Ondertussen waren er geen effekten op de veranderingen in koolhydraten-gerelateerde substraten. De waarden van catecholaminen waren lichtjes verhoogd na toediening van TGF-β en, hoewel niet statisch significant, denken we dat ten minste een deel van het TGF-β signaal werd doorgegeven via het sympathisch zenuwstelsel omwille van deze verhogingen. Deze gegevens wijzen er op dat TGF-β in de hersenen  nauw verwant is met de mobilisatie van vet-gerelateerde energie-substraten tijdens inspanning met lage intensiteit. We hypothiseerden dat het centraal zenuwstelsel een rol speelt bij de regulering van het energie-metabolisme [over het ganse lichaam] tijdens lage-intensiteit inspanning en dat dit mogelijks gemedieerd wordt door TGF-β.

[[[Uit de ‘discussie’: TGF-β in het CSF steeg significant 10 min na het begin van Sim-Ex... Het is onduidelijk wat die toename aan TGF-β induceerde. We overwegen meerdere mogelijkheden: 1) de veranderingen in de plasma-concentraties van energie-substraten (bv. verhoogd melkzuur of verminderde concentratie keton-lichamen), 2) de veranderingen in de weefsel-waarden van of hoog-energisch fosfaat, de aktiviteit van AMP-geaktiveerd kinase of de concentratie glycogeen in werkende spieren, of 3) de veranderingen in de intensitiet of duur van de spier-contractie.]]]

Brain Res. 2007 Oct 10;1173:92-101

Transforming growth factor-beta in the brain enhances fat oxidation via noradrenergic neurons in the ventromedial and paraventricular hypothalamic nucleus.

Fujikawa T, Matsumura S, Yamada H, Inoue K, Fushiki T

Laboratory of Nutrition Chemistry, Division of Food Science and Biotechnology, Graduate School of Agriculture, Kyoto University, Kyoto 606-8502, Japan

We hebben gemeld dat intra-cisternale toediening van TGF-β een stijging van de vet-oxidatie induceert en dat intra-cisternale toediening van anti-TGF-β antilichaam gedeeltelijk een verhoging van de vet-oxidatie tijdens een loopband-inspanning bij ratten inhibeert. Deze resultaten wijzen op een regulerende rol van TGF-β in de hersenen op vet-oxidatie tijdens inspanning. Het is echter niet duidelijk hoe TGF-β in het brein vet-oxidatie verhoogt. We hypothiseerden dat TGF-β in het brein zijn regulerende effekten op vet-oxiatie opwekt via hypothalamische noradrenergische neuronen, omdat sommige rapporten de belangrijke rol van hypothalamische noradrenergische neuronen bij de regulering van vet-oxidatie tijdens en na inspanning hebben aangetoond. Om deze hypothese te onderzoeken, maten we de extracellulaire noradrenaline (NA) concentraties in de paraventriculaire hypothalamische nucleus (PVH), de ventromediale hypothalamische nucleus (VMH) en het lateraal hypothalamisch gebied – die vooral belangrijk zijn bij de regulering van het energie-metabolisme – na intra-cisternale toediening van TGF-β, door middel van in vivo hersen-microdialyse [Een procedure om chemische stoffen te analyseren die aanwezig zijn in het hersenvocht, via een klein buisje gemaakt uit een semi-permeabel membraan, dat in de hersenen wordt ingeplant. De vloeistof die uit het dialyse-buisje komt wordt dan geanalyseerd.]. Microdialyse-onderzoek reveleerde dat intra-cisternale toediening van TGF-β3 stijgingen van de NA-waarden in de PVH en VMH veroorzaakte. Dan onderzochten we de impact van de verstoring van noradrenerge neuronen in de PVH en VMH door neurotoxine 6-hydroxydopamine micro-injektie (NA-letsel) op de werking van intra-cisternaal toegediend TGF-β. Het NA-letsel deed het regulerend effect van TGF-β op vet-oxidatie volledig teniet. Deze resultaten suggereren dat TGF-β in de hersenen vet-oxidatie verhogen via noradrenerge neuronen in de PVH en VMH.

Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2008 Jan;294(1):R266-75

Intracisternal administration of transforming growth factor-beta evokes fever through the induction of cyclooxygenase-2 in brain endothelial cells

Matsumura S, Shibakusa T, Fujikawa T, Yamada H, Matsumura K, Inoue K, Fushiki T

Division of Food Science and Biotechnology, Graduate School of Agriculture, Kyoto University, Kyoto, Japan

[[[Uit de ‘inleiding’: Koorts is een courante manifestatie bij infektueuze ziekte. Tijdens infektie aktiveren verscheidene types pyrogenen [koorts-verwekkers] monocyten of macrofagen om pro-inflammatoire cytokinen af te geven als endogeen pyrogeen. Pro-inflammatoire cytokinen induceren cyclo-oxygenase-2 (COX-2) en microsomaal PGE synthase-1 in de microglia rond de bloedvaten, macrofagen in de meninges [membranen/vliezen die het centraal zenuwstelsel omgeven] en endotheliale cellen van of hersen-bloedvaten in het centraal zenuwstelsel, en long- en lever-macrofagen in perifeer weefsel. Deze enzymen synthetiseren uiteindelijk PGE2 uit arachidon-zuur. PGE2 werkt op het warmte-regelend centrum in de hypothalamus en veroorzaakt een stijging van de lichaamstemperatuur. Een hoge lichaamstemperatuur (koorts) onderdrukt virale proliferatie en bakteriële groei, en aktiveert en induceert de proliferatie van of immuun-cellen. Koorts heeft dus een beschermende rol tegen infektie.

TGF-β vermindert de produktie en aktiviteit van pro-inflammatoire cytokinen in perifere weefsels en onderdrukt de aktivatie van of lymfocyten en microglia. Op basis van die funkties wordt TGF-β beschouwd als een anti-inflammatoir cytokine. Er werd echter gesuggereerd dat TGF-β macrofagen aktiveert en inaktiveert, én nucleaire factor-κB (NF-κB), een lid van het pro-inflammatoir signaal-transductie mechansime, aktiveert. Dit wijst er op dat de effekten van TGF-β bidirectioneel zijn [zie: ‘TGF-beta - vermoeidheid, neuro-protektie’], d.w.z. pro-inflammatoir of anti-inflammatoir naar gelang het type en de status van de cel.]]]

‘Transforming growth factor’ beta (TGF-β), een pleiotroop cytokine [met meerdere effekten op verschillende celsoorten of verschillende biologische funkties beïnvloedend], reguleert cel-proliferatie, differentiatie en apoptose, en speelt een sleutel-rol bij ontwikkeling en weefsel-homeostase [vermogen van het lichaam, een weefsel of een cel om het interne milieu in evenwicht te te houden]. TGF-β werkt als een anti-inflammatoir cytokine omdat het de funktie van microglia en B-lymfocyten onderdrukt, alsook de produktie van pro-inflammatoire cytokinen. We toonden echter al aan dat de intra-cisternale toediening van TGF-β koorts, zoals die voorkomt door pro-inflammatoire cytokinen, induceert. In dit onderzoek bestudeerden we het mechanisme van door TGF-β geïnduceerde koorts. De intra-cisternale toediening van TGF-β verhoogde de lichaamstemperatuur op een dosis-afhankelijke manier. Voor-behandeling met een cyclo-oxygenase-2 (COX-2) selektieve inhibitor [nimesulide of NS398] onderdrukte significant door TGF-β geïnduceerde koorts. COX-2 staat bekend als één van de beperkende enzymen [‘rate-limiting’ => Bij elk metabool mechanisme is er ten minste één reaktie die, in de cel, ver verwijderd is van het evenwicht omwille van de relatief lage aktiviteit van het enzyme die de reaktie katalyseert. De reaktie is niet beperkt door de beschikbaarheid van het substraat maar enkel door de aktiviteit van dit enzyme. De reaktie wordt dan ‘enzyme-beperkt’ genoemd en omdat deze stap de ganse reaktie-sequentie beperkt, wordt het de ‘rate-limiting’ stap genoemd. Het is veelal de stap die de meeste energie vergt.] van het PGE(2)-synthese mechanisme, wat suggereert dat koorts geïnduceerd door TGF-β afhankelijk is van COX-2 en PGE(2). TGF-β verhoogde PGE(2)-waarden in het cerebrospinaal vocht en de expressie van of COX-2 in de hersenen. Dubbele immuno-kleuring voor COX-2 en von Willebrand factor (vWF, een endotheliale cel-merker) reveleerde dat cellen met COX-2 expressie hoofdzakelijk endotheliale cellen waren [niet in astrocyten, microglia of macrofagen]. Hoewel niet alle COX-2-immuno-reaktieve cellen de TGF-β receptor tot expressie brengen, brengen ze de ‘activin receptor-like kinase-1’ (ALK-1, een endotheliale cel-specifieke TGF-β receptor) tot expressie; wat suggereert dat TGF-β direct of indirect een uitwerking heeft op endotheliale cellen en COX-2 expressie induceert. Deze bevindingen suggereren dat een nieuwe funktie voor TGF-β als een pro-inflammatoir cytokine in het centraal zenuwstelsel.

[[[Uit de ‘discussie’: De Bevindingen wijzen er op dat TGF-β waarschijnlijk wordt geaktiveerd in de hersenen (hoogstwaarschijnlijk in het CSF) en dat het werkt op de endotheliale cellen [bedekkende cellen van bloed-/lymfe-vaten en lichaamsholten] van hersen-bloedvaten vanaf het basis-membraan i.p.v. langs de kant van het lumen. […] Hoewel expressie van de TGF-β receptor (ALK-1) en inductie van COX-2 werden gezien in de vasculaire endotheliale cellen, lijken factoren in het bloed niet betrokken te zijn. Daaarom kunnen andere factoren mogelijks het brein signaleren wat betreft perifere inflammatie of infektie. Eén kandidaat daarvoor zou de nervus vagus kunnen zijn [zie: ‘Het Cholinergisch Anti-inflammatoir Mechanisme’]. Perifere informatie zou kunnen worden doorgegeven via de nervus vagus en and TGF-β in de hersenen zou als een mediator kunnen fungeren.

TGF-β aktiveert NF-κB en MAPK [zie: ‘Samenspel tussen de Glucocorticoid Receptor en Nuclear Factor-κB’] in verscheidene cel-types. […] Het is waarschijnlijk dat TGF-β COX-2 expressie in de endotheliale cellen van de hersen-bloedvaten induceert via aktivatie van NF-κB en MAPK mechanismen.

Doelgerichte deletie van het TGF-β gen resulteert in bovenmatige inflammatoire responsen, en verhoogt sterfte van neuronale cellen en ernstige microgliose [zie: ‘Gliale Cellen, Astrocyten en M.E.’]. Meerdere in vitro studies hebben aangetoond dat TGF-β de aktivatie van microglia onderdrukt. In al deze studies leken de effekten van TGF-β in het centraal zenuwstelsel direct tegenstrijdig te zijn met de effekten van of pro-inflammatoire cytokinen.

TGF-β werkt als een pro-inflammatoir cytokine op de endotheliale cellen van de hersen-bloedvaten. Het is zeldzaam dat een cytokine zijn werking verandert naar pro-inflammatoir of anti-inflammatoir afhankelijk van het cel-type waarop het werkt of van variaties in andere factoren; het blijft gissen naar het waarom van fenomeen. [zie: ‘TGF-beta - vermoeidheid, neuro-protektie’ … T_h17 ?] Sommige van de bidirectionele effekten van of TGF-β kunnen te wijten zijn aan de diversiteit van de TGF-β receptor.

Bij neurodegeneratieve ziekten – zoals ischemie, Alzheimer’s en Multipele Sclerosie; waarbij de inflammatoire reaktie problematisch is – werd gerapporteerd dat TGF-β expressie in de hersenen én de TGF-β concentratie in CSF verhoogd zijn. Dit kan het begrip van pro-inflammatoire akties van TGF-β ondersteunen. Anderzijds werd aangetoond dat het feit dat TGF-β neuro-protektieve rol speelt bij dergelijke aandoeningen en impairment vanTGF-β signalisering ernstige pathologie veroorzaakt, in een vitro studie én een dier-model. […] TGF-β speelt dus zeer uitéénlopende rollen in het centraal zenuwstelsel. Verduidelijking van het werkingsmechanisme van TGF-β zal niet enkel leiden tot het begrijpen van de fysiologische rol van dit cytokine maar ook tot de ontwikkeling van behandelingen voor verscheidene ziekten.]]]

*************************

<<Wat betreft M.E.(cvs), werd een directe link tussen TGF-β [nog] niet bewezen. Enkele groepen toonden echter wel een verhoging van TGF-β in sera van patiënten. We weten echter niet of dit een gevolg of een oorzaak is. Wij verduidelijkten dat de stijging van TGF-β in cerebrospinaal vocht (CSF) inspanning met medium-intensiteit vereist en dat emotionele stress zonder fysieke inspanning geen TGF-β stijging veroorzaakt in CSF. Over de betrokkenheid van TGF-β bij centrale vermoeidheid in bij niet aan inspanning gerelateerde stress weten we [nog] niets.>> (Prof. Kazuo Inoue; persoonlijke communicatie 2009)

TGF-beta – vermoeidheid, neuro-protektie

Onder de TGF (‘transforming growth factor’) familie valt een aantal polypeptiden die een rol spelen bij het reguleren van de groei en differentiatie van cellen. De veelvuldig onderzochte TGF-β (drie isotopen: TGF-β1, TGF-β2 en TGF-β3) komt tussen in het aanzetten van cellen tot groei en differentiatie voor vele weefsels in het lichaam. De naam is niet helemaal correct want deze groeifactor zorgt niet altijd voor transformatie en is niet de enige groeifactor die cel-transformatie veroorzaakt. Bovendien heeft het daarnaast nog meer funkties, waaronder voor sommige celtypen zelfs ook remming van groei en differentiatie, bijvoorbeeld bij B-lymfocyten.

TGF-β is een multi-funktioneel cytokine dat in het CZS in verhoogde concentraties aanwezig is bij inflammatie en een belangrijke rol speelt bij de vorming van astrogliose (zie: ‘Gliale Cellen, Astrocyten en M.E.’); daarnaast is het ook betrokken bij apoptose en immunosuppressie. (zie: ‘Verhoogde neutrofiel apoptose bij CVS’) We leerden al dat gliale cellen (astrocyten) de belangrijkste bron van TGF-β zijn in de hersenen.

Het heeft hoofdzakelijk een anti-inflammatoire, immuun-onderdrukkende werking Het wordt geproduceerd door mononucleairen/fagocyten en ligt ook opgeslagen in granules van circulerende bloedplaatjes. ‘Transforming growth factor’ (TGF)-β inhibeert sterk de ontwikkeling van T_h1 én T_h2 cellen, en inhibeert de release van TNF-α.

In de PBMC’s of serum van M.E.(cvs)-patiënten is het verhoogd [Peterson et. al. 1994, Bennett et. al. 1997, Kennedy et. al. 2004]. Deze upregulering zou een poging van het individu kunnen zijn om een over-aktieve of ongepaste immuun-respons te beheersen, of zou kunnen geïnduceerd zijn door pathogenen die de gastheer-respons proberen te overwinnen.

TGF-β staat ook bekend als oorzaak van acuut ziekte-gedrag (zwakte, malaise, lusteloosheid en moeilijkheden qua concentratie) [Dantzer R. Cytokine-induced sickness-behaviour: Where do we stand? Brain Behav Immunol 2001;15:7-24].

Een overzicht van de meeste relevante wetenschappelijke literatuur…

Cytokine. 1991 Jul;3(4):292-8

Altered cytokine release in peripheral blood mononuclear cell cultures from patients with the Chronic Fatigue Syndrome

Chao CC, Janoff EN, Hu SX, Thomas K, Gallagher M, Tsang M, Peterson PK

Department of Medicine, Hennepin County Medical Centre, Minneapolis, MN 55415

Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) is een ziekte die geassocieerd is met een reeks immunologische abnormaliteiten. Om potentiële pathogene mechanismen te onderzoeken, evalueerden we serum-waarden en produktie door perifeer bloed mononucleaire cellen (PBMC) van geselekteerde cytokinen en immunoglobulinen. De concentraties van bio-aftief ‘transforming growth factor’ beta (TGF-β) in serum waren hoger (P < 0.01) bij patiënten met CVS (290 +/- 46 pg/ml) dan bij controle-individuen (104 +/- 18 pg/ml) maar waarden van de andere cytokinen die werden getest verschilden niet. Lipopolysaccharide-gestimuleerde release [LPS = grote molekulen in het buitenste membraan van bepaalde bakterieën die als endotoxinen werken en een sterke immuun-respons opwekken] van interleukine-1β (IL-1β), IL-6 en tumor necrose factor alfa waren verhoogd (P < 0.05) in PBMC-culturen van patiënten met CVS vergeleken met controle-individuen; verhoogde (P < 0.01) IL-6 afgifte na fytohaemagglutinine [PHA; plantaardige tof met effekten op het cel metabolisme: het induceert cel-deling (mitogeen), en beïnvloedt het cel-membraan qua transport and doorlaatbaarheid voor proteïnen] werd ook geobserveerd. In tegenstelling daarmee was de TGF-β release in respons op lipopolysaccharide onderdrukt (P < 0.01) in PBMC-culturen van patiënten met CVS. Er werden geen verschillen qua IL-2 en IL-4 of immunoglobuline-produktie vastgesteld. De verhoogde release van inflammatoire cytokinen door gestimuleerde PBMC van patiënten met CVS suggereert dat deze cellen werden aangezet tot een gestegen respons op immune stimuli. Deze data suggereren ook een verband tussen abnormale regulering van TGF-β produktie in vivo en in vitro met de immunologische gevolgen van CVS.

Clin Diagn Lab Immunol. 1994 Mar;1(2):222-6

Effects of mild exercise on cytokines and cerebral blood flow in Chronic Fatigue Syndrome patients

Peterson PK, Sirr SA, Grammith FC, Schenck CH, Pheley AM, Hu S, Chao CC

Department of Medicine, Hennepin County Medical Centre, Minneapolis, MN 54415, USA

Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) gekarakteriseerd door vermoeidheid die uitgesproken verergerd bij fysieke inspanning. In deze studie hebben we de hypothese getest dat matige inspanning (wandelen 1 mph [1 mile = 1,609 km] gedurende 30 min) abormaliteiten qua serum-cytokine en cerebrale bloed-doorstroming zou kunnen opwekken die van potentieel pathogeen belang zijn bij CVS. Interleukine-1β, interleukine-6 en tumor necrose factor alfa waren niet-detekteerbaar in sera van CVS-patiënten (n = 10) en gezonde controle-individuen (n = 10) voor en na inspanning. In rust waren serum ‘transforming growth factor’ beta (TGF-β) waarden verhoogd in de CVS-groep vergeleken met de controle-groep (287 +/- 18 versus 115 +/- 5 pg/ml, respectievelijk; P < 0.01). Serum TGF-β en abnormale cerebrale bloed-doorstroming, gedetekteerd via ‘single-photon emission-computed tomographic’ [PET] scanning, waren aangescherpt na inspanning in de CVS-groep. Alhoewel deze bevindingen niet significant verschillend waren van deze bij de controle-groep, leek het effekt van inspanning op serum TGF-β en cerebrale bloed-doorstroming vergroot bij de CVS-patiënten. Resultaten van deze studie moedigen toekomstig onderzoek aan naar de interaktie van fysieke inspanning, serum-cytokinen en cerebrale bloed-doorstroming in bij CVS met gebruik van een meer rigoreus inspanning-programma dat wat in deze studie werd gebruikt.

J Clin Immunol. 1997 Mar;17(2):160-6

Elevation of bioactive transforming growth factor-beta in serum from patients with Chronic Fatigue Syndrome

Bennett AL, Chao CC, Hu S, Buchwald D, Fagioli LR, Schur PH, Peterson PK, Komaroff AL

Chronic Fatigue Syndrome Cooperative Research Centre, Brigham and Women’s Hospital, Boston, Massachusetts, USA

De concentratie aan bio-aktief ‘transforming growth factor’ beta (TGF-β) werd gemeten in serum van patiënten met Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS), gezonde controle-individuen, en patiënten met majeure depressie, systemische lupus erythematosis (SLE) en multipele sclerose (MS) van het ‘relapsing/remitting’ (R/R) [afwisselend herval en symptoom-vrije perioden] én het chronisch progressieve (CP) type. Patiënten met CVS hadden significant hogere waarden bio-aktief TGF-β vergeleken met de andere groepen (P < 0.01). Er werden daarenboven geen significante verschillen gevonden tussen de gezonde controle-individuen en de ziekte-vergelijkingsgroepen. De bevinding dat TGF-β significant verhoogd is bij patiënten met CVS ondersteunt de bevindingen van twee eerdere studies waarbij kleinere aantallen of CVS-patiënten werden onderzocht. We besluiten dat TGF-β waarden significant hoger waren bij CVS-patiënten vergeleken met patiënten met verscheidene ziekten die gepaard gaan met immunologische abnormaliteiten en/of pathologische vermoeidheid. Deze bevindingen doen interessante vragen rijzen omtrent de mogelijke rol van TGF-β bij de pathogenese van CVS.

Naast deze studies van Peterson et al., Bennett et al. waar verhogingen in ‘transforming growth factor’ werden gerapporteerd, waren er een paar die normale waarden meldden: een ‘case-control’ studie door Reeves et al. (Immune responses associated with Chronic Fatigue Syndrome: a case-control study. J. Infect. Dis. 1997; 175:136-141) en één van de groep ‘Bleijenberg’ uit Nijmegen (‘Lymphocyte-subsets, apoptosis and cytokines in patients with Chronic Fatigue Syndrome. J. Infect. Dis. 1996; 173:460-463), die wel eens een niet zo strikte CVS-definitie gebruiken…

Later kwamen nog meer rapporteringen van gestegen TGF-β bij CVS:

White et al. (2004) observeerden zelfs verhoogde concentraties aan ‘transforming growth factor’ β bij (negen) CVS-patiënten nadat deze voor hun piloot-studie (‘Immunological changes after both exercise and activity in Chronic Fatigue Syndrome’) de trip van thuis naar het ziekenhuis maakten; dit bleef ook zo na een inspanningstest. Ze noemden de verhoogde afgifte van dit anti-inflammatoir cytokine tijdens een normale aktivitet “onverwacht” en stelden ook dat het mogelijks klinisch betekenisvol kan zijn. Het team van White en Pinching noteerde ook dat “veranderd cytokine-evenwicht…de drempel kan aanpassen waarbij cytokine-release gebeurt bij inspanning of aktiviteit, waarbij een vicieuze cirkel ontstaat. Deze processen zouden kunnen bijdragen tot de post-exertionele malaise, spierpijn en centrale vermoeidheid die CVS karakteriseren”. De (preliminaire) data suggereren in elk geval dat ‘gewone’ aktiviteit (m.n. opstaan een zekere afstand reizen) al een anti-inflammatoire release van TGF-β kan induceren bij CVS. (JCFS, 12, 2, 51-66)

J Clin Pathol. 2004 Aug;57(8):891-3

Increased neutrophil apoptosis in Chronic Fatigue Syndrome

Kennedy G, Spence V, Underwood C, Belch JJ

Vascular Diseases Research Unit, University Department of Medicine, Ninewells Hospital and Medical School, Dundee DD1 9SY, UK

Zie: ‘Verhoogde neutrofiel apoptose bij CVS’: […] Patiënten met CVS hadden ook gestegen concentraties aan aktief TGF-β1 (p < 0.005). […]

***************

TGF-β aktiviteit in de hersenen blijkt tevens betrokken te zijn bij (bescherming tegen) neuro-degeneratie.

Neurobiol Dis. 2001 Aug;8(4):636-46

Involvement of GDNF in neuronal protection against 6-OHDA-induced parkinsonism following intracerebral transplantation of fetal kidney tissues in adult rats

Borlongan CV, Zhou FC, Hayashi T, Su TP, Hoffer BJ, Wang Y

Cellular Neurobiology Branch, National Institute on Drug Abuse, Baltimore, Maryland 21224, USA

Exogene toepassing van proteïnen van de ‘transforming growth factor’-beta (TGF-β) familie, inclusief ‘glial cell line-derived neurotrophic factor’ (GDNF) [klein eiwit dat krachtig de overleving van vele types neuronen bevordert], neurturine [neurotrofe factor van de GDNF-familie die beschadigde en afstervende hersencellen kan herstellen], activine [behoort tot de TGF-β super-famile] en ‘bone morphogenetic proteins’ [subgroep van de TGF-groep (BMP’s)], bleek neuronen te beschermen in vele modellen van neurologische aandoeningen. Het vinden van een weefsel-bron die een verscheidenheid van deze proteïnen bevat, kan optimale gunstige gevolgen bevorderen voor behandeling van neurodegeneratieve ziekten. Omdat foetale nieren vele TGF-β trofische factoren tot expressie brengen, transplanteerden we deze direct in de substantia nigra [deel van de hersenen dat bij mensen met de ziekte van Parkinson’s] na een éénzijdig 6-hydroxydopamine letsel [neurotoxine dat symptomen opwekt vegelijkbaar met Parkinson’s]. We vonden dat dieren die foetaal nier-weefsel transplanten kregen (1) significant verminderd hemi-parkinsoniaans asymmetrisch gedrag vertoonden, (2) een bijna normale tyrosine-hydroxylase immuno-reaktiviteit in de beschadigde nigra en striatum hadden, (3) K⁺-geïnduceerde dopamine-release in het beschadigd striatum behielden en (4) hoge waarden aan GDNF-proteïne in het transplant vertoonden. [m.a.w. de Parkinson-symptomen verdwenen] In tegenstelling vertoonden dieren met het letsel die transplanten van volwassen nier-weefsel ontvingen, significante gedragsmatige stoornissen, dopaminerge depletie, gereduceerde K⁺-gemedieerde striatale dopamine-release en lage waarden aan GDNF-proteïne in de transplanten. Deze studie suggereert dat transplantatie van foetaal nier-weefsel het nigrostriatale dopaminerge systeem kan beschermen tegen een door een neurotoxine geïnduceerd parkinsonisme, waarschijnlijk via de synergistische afgifte van GDNF en meerdere andere neurotrofische factoren.

Cell Transplant. 2005;14(1):1-9

Transplantation of foetal kidney cells: neuroprotection and neuroregeneration

Chiang YH, Borlongan CV, Zhou FC, Hoffer BJ, Wang Y

Tri-Service General Hospital, National Defense Medical Centre, Taiwan

Van verscheidene trofische factoren van de ‘transforming growth factor’ beta (TGF-β) superfamilie werd gemeld dat ze neuro-protektieve en neuro-regeneratieve effecten hebben. Intracerebrale toediening van ‘glial cell line-derived neurotrophic factor’ (GDNF) of ‘bone morphogenetic proteins’ (BMPs), allebei leden van de TGF-β familie, verminderen letstels door ischemie of 6-hydroxydopamine (6-OHDA) in de hersenen van volwassen ratten. Omdat BMPs en GDNF sterk tot expressie komen in foetale nier-cellen, zou transplantatie van foetaal nier-weefsel kunnen dienen als een cellulair reservoir voor dergelijke molekulen en bescherming kunnen bieden tegen neuronaal letsel geïnduceerd door ischemie, neurotoxinen of reaktieve zuurstof molekulen. In dit overzicht, bespreken we pre-klinisch bewijs voor de doeltreffendheid van transplantatie van foetale nier-cellen in modellen van neuro-protektie en neuro-regeneratie.

***************

Psychiatry Res. 2005 Mar 30;134(1):101-4

Cytokine production and modulation: comparison of patients with Chronic Fatigue Syndrome and normal controls

Tomoda A, Joudoi T, Rabab el-M, Matsumoto T, Park TH, Miike T

Department of Child Development, School of Medicine, Kumamoto University, Kumamoto, Japan

We bestudeerden de cytokine-produktie bij 15 patiënten met Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) en 23 controles. Perifeer bloed mononucleaire cellen van CVS-patiënten werden gecultiveerd met lipopolysaccharide of fytohaemagglutinine. Cytokine-concentraties werden gemeten via enzymatische immuno-assays in de culturen. CVS-patiënten vertoonden significant lagere mRNA waarden en ‘transforming growth factor’ beta-1 (TGF-β1) produktie. Cytokine-ontregeling beïnvloedt de pathogenese van CVS. TGF-β1 zou kunnen bijdragen tot de behandeling omdat het de inflammatoire karakteristieken van CVS beïnvloedt.

[Het resultaat van deze studie bleek een significant onderdrukte produktie van TGF-β1 in LPS-gestimuleerde PMBC’s van CVS-patiënten te zijn, hoewel eerdere studies verhoogde serum-waarden van TGF-β1 of hogere aantallen TGF-β1 positieve bij CVS-patiënten werden vastgesteld. Deze tegenstrijdigheden zouden het resultaat kunnen zijn van verschillen qua experimentele benadering. Discrepanties tussen data betreffende cytokine-concentraties geproduceerd in vitro door gecultiveerde PBMC’s en in vivo gemeten in het bloed komen dikwijls voor.

De auteurs concluderen dat TGF-β1 beschouwd kan worden als een indicator voor verbetering van de toestand van CVS-patiënten. TGF-β1 zou, als multi-funktioneel anti-inflammatoir cytokine, betrokken kunnen zijn bij immuun-funkties; gebreken betreffende dit cytokine zouden bij CVS kunnen bijdragen tot inflammatie.]

***************

Naast zijn inhiberende effekten op T_h1 en T_h2 cellen (anti-inflammatoir), werd ‘transforming growth factor’ beta (TGF-β) ook geïdentificeerd als een cytokine dat noodzakelijk is voor ontwikkeling van T_h17 (Weaver CT et al.: ‘Transforming growth factor-beta induces development of the T_h17 lineage’; Nature. 2006 May 11;441(7090):231-4 * ‘T_h17: an effector CD4 T-cell lineage with regulatory T-cell ties’; Immunity. 2006 Jun;24(6):677-88). T_h17 heeft ook een pro-inflammatoire werking via IL-6 en IL-23. TGF-β lijkt dus op het kruispunt te staan en te kunnen kiezen voor een anti- of pro-inflammatoir mechanisme (G.E. Katsifis: ‘Imbalance Between Pro- and Anti-Inflammatory Roles of TGF-β in Sjögren’s Syndrome’; American College of Rheumatology Annual Scientific Meeting 2006: “Onevenwicht tussen pro- en anti-inflammatoire krachten kunnen auto-immuniteit bestendigen.”). De normale anti-inflammatoire effekten van TGF-β blijken onder bepaalde omstandigheden (ernstige acute inflammatie) tevens onvoldoende te zijn en daarbij speelt oxidatieve stress (via NF-κB) een rol (Xiao YQ, Freire-de-Lima CG, Janssen WJ, Morimoto K, Lyu D, Bratton DL, Henson PM: ‘Oxidants selectively reverse TGF-β suppression of pro-inflammatory mediator production’; J Immunol 2006, vol.176, 2, 1209-1217)! Het teniet toen van het door TGF-β gemedieerd inhiberend effekt op de produktie van pro-inflammatoire mediatoren door oxidatieve stress lijkt volgens hen ook onafhankelijk te zijn van het type cel en stimulus…

Het is duidelijk dat TGF-β een complex gegeven is bij M.E.(cvs)… Sommigen spreken van een “klaarblijkelijk selektieve ineffektiviteit van TGF-β als an anti-inflammatoir cytokine”.

Trends Immunol. 2006 Aug;27(8):358-61

TGF-beta-1, a ‘Jack of all trades’: the link with pro-inflammatory IL-17-producing T-cells

Veldhoen M, Stockinger B

Division of Molecular Immunology, MRC National Institute for Medical Research, London NW7 1AA, UK

‘Transforming growth factor’ (TGF) beta wordt over het algemeen beschouwd als een anti-inflammatoir cytokine, een standpunt dat duidelijk niet overeenkomt met de beschrijving van de rol voor TGF-β1 bij de differentiatie van T-helper (T_h)17 cellen – een nieuwe, sterk inflammatoire T-cel subset die interleukine (IL)-17 produceert. Deze bevindingen bevestigen echter vroegere studies, van vóór de ontdekking van T_h17-cellen, die een schijnbaar paradoxale pro-inflammatoire rol voor TGF-β beschreven. In dit artikel stellen we voor dat de toediening van neutraliserende anti-TGF-beta antilichamen, in doelwitten van chronische inflammatie, ziekte zou verbeteren of opheffen omdat dit de differentiatie van T_h17-cellen zou beperken. In tegenstelling hiermee zouden gelijkaardige interventies op mucosa [slijmvliezen], waar T_h17-cellen een beschermende rol lijken te hebben, ziekte in experimentele modellen van colitis [ontsteking van de dikke darm] kunnen verergeren. Een overmatige produktie van T_h17-cellen -cellen in respons op infektie of trauma zou kunnen resulteren in lekkage in perifere weefsels en een auto-immune pathologie veroorzaken.

***************

Op de ‘9th International IACFS/M.E. Research and Clinical Conference’ (Reno, Nevada, USA; March 2009) rapporteerde dr Ritchie Shoemaker een associatie te hebben gevonden tussen verhoogde auto-immune abnormaliteiten en gestegen TGF-β bij kinderen (8-17 jaar) met duidelijk geïdentificeerde CVS. Losartan, een angiotensine-II type 1 receptor (AT1) blokker die wordt gebruikt bij de behandeling van hypertensie, zou TGF-β verlagen en dit wellicht door een werking op T_h17-cellen die op hun beurt T_reg cellen beïnvloeden. Losartan zou een rol kunnen spelen bij de abormaliteiten van het aangeboren immuunsysteem.

Henson et al. (zie hoger) stelden dat omwille van de talrijke homeostatische funkties van of TGF-β, het blokkeren van TGF-β signalisering ernstige nadelige gevolgen zou kunnen hebben. Anderzijds zou specifieke inhibitie inhibitie van bepaalde signalisering-mechansimen de fibrotische responsen [fibrose = overmatige vorming van bindweefsel] kunnen voorkomen terwijl de anti-inflammatoire effekten van TGF-β onveranderd blijven. Het mag echter duidelijk zijn dat een dergelijk specifiek ingrijpen heel erg moeilijk zal zijn daar TGF-β op een kruispunt van meerdere mechanismen staat en verschillende uitwerkingen kan hebben op ander celtypes…

TGF-β signalisering kan ook worden voorkomen door TGF-β antagonisten zoals TGF-β neutraliserend antilichaam. Hieromtrent bekijken we ook het werk van de groep rond Prof. Inoue uit Japan…

Verhoogde neutrofiel apoptose bij CVS

Het BMJ (British Medical Journal) dat gewoonlijk niet echt belangstelling heeft voor research aangaande een fysieke oorzaak voor M.E.(cvs) schreef op 21 augustus 2004 (bmj.bmjjournals.com) over onderstaand artikel: “Er komt steeds meer bewijs dat mensen met Chronische Vermoeidheid Syndroom een detekteerbare immunologische abnormaliteit zouden kunnen hebben. Ze melden dikwijls symptomen die verenigbaar zijn met een onderliggende virale ziekte, en verhoogde apoptose (geprogrammeerde cel-dood) bij neutrofielen (een type witte bloedcel) wordt gevonden bij patiënten met infektie. […]”

Op een opmerking als zou neutrofiel-apoptose te wijten zijn aan een primaire psychologische aandoening laten de auteurs van onderstaand artikel in het BMJ noteren dat er geen studies zijn die aantonen dat neutrofielen bij depressieve patiënten significant apoptotisch zouden zijn en dat deze een verhoogd TGF-β1 zouden vertonen. De CVS-patiënten in de studie waren overigens niet depressief, noch overdreven angstig. Kennedy et al. laten ook weten dat de CVS-patiënten in deze studie zelfs accurater zouden kunnen worden omschreven als lijdend aan Myalgische Encefalomyelitis (M.E.) zoals gedefinieerd door Ramsay [Ramsay M.A. (1988). Myalgic Encephalomyelitis and post-viral fatigue states: The saga of Royal Free disease (2nd ed.). Hampshire, UK: Gower].

Neutrofielen of neutrofiele granulocyten zijn kort-levende witte bloedcellen die zowel in het bloed als weefsels voorkomen. Ze maken deel uit van de primaire immuun-respons die snel infekties onder controle probeert te krijgen. Neutrofielen fagocyteren (= ‘opeten’, d.w.z. opnemen en intracellulair doden) bakterieën en schimmels en zorgen ervoor dat deze vernietigd worden. Neutrofiele granulocyten hebben het vermogen zich te verplaatsen in ons lichaam naar de plaats van een infektie, kunnen micro-organismen binden aan receptor-eiwitten op hun buiten-membraan om deze dan in een afgesloten pakketje (fagosoom) binnen de cel op te nemen en ze te doden d.m.v. van toxische eiwitten en zuurstof-produkten. Dat deze ‘a-specifieke’ tak van de immunologische afweer heel belangrijk is, blijkt duidelijk uit de levensbedreigende infekties die optreden bij patiënten met ernstig tekort aan neutrofielen (neutropenie) of met stoornissen in de funktie van deze cellen.

Een cel kan op twee manieren sterven. Necrose is het proces waarbij een cel op een abrupte manier doodgaat. Hierbij wordt de inhoud van de cel, het cytoplasma, in het omringende weefsel vrijgelaten (zogenaamde ‘cel-lyse’ door membraan-schade). Dit aktiveert het immuunsysteem, waardoor er een ontstekingsreaktie kan ontstaan. Apoptose is een voor een cel meer georganiseerde manier van sterven. Dit wordt ‘geprogrammeerde cel-dood’ (soms ook ‘cel-zelfmoord’) genoemd omdat in elke cel de mechanismen aanwezig zijn die apoptose mogelijk maken. Als een cel signalen van zijn omgeving krijgt die de cel tot apoptose aanzetten of als de cel zoveel schade heeft opgelopen dat verder bestaan niet mogelijk is, wordt een intracellulair mechanisme geaktiveerd. Door het tot expressie komen van een specifieke set genen wordt de cel aangezet om dood te gaan. Dit mechanisme leidt uiteindelijk tot de aktivatie van eiwit-splitsende enzymen (proteasen), de zogenaamde caspasen (cysteine-aspartyl-proteasen). Deze en andere enzymen zetten de cel aan tot het afbreken van proteïnen maar ook van DNA in de celkern en het cytoplasma. Een cel die apoptose ondergaat, vertoont een aantal kenmerken. Er worden kleine bolletjes cytoplasma (apoptotische lichaampjes) met cel-inhoud (mitochondrieën en cel-organellen) afgesplitst. Het erfelijk materiaal (DNA) van apoptotische cellen wordt in stukken geknipt (ladder-vorming) door het enyme endogeen-endonuclease. Cellen die apoptose ondergaan verliezen hun oppervlakte-strukturen en de cel-cel verbindingen worden verbroken (ze krimpen). Ze vertonen ook negatief geladen fosfolipiden op hun cel-oppervlak. die door fagocyten (‘etende cellen’) herkend worden. Na herkenning verwijdert de fagocyt de apoptotische cel en recycleert de bouwstenen.

Voor de lezer die niet geïnteresseerd is in de technische uitleg: lees de benadrukte passages…

Journal of Clinical Pathology 57:891-893 (2004)

Increased neutrophil apoptosis in Chronic Fatigue Syndrome

G Kennedy, V Spence, C Underwood and JJF Belch

Vascular Diseases Research Unit, University Department of Medicine, Ninewells Hospital and Medical School, Dundee DD1 9SY, UK

SAMENVATTING

Achtergrond/Doelstellingen: Veel patiënten met Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) hebben symptomen die consistent zijn met een onderliggende virale of toxische ziekte. Omdat gestegen neutrofiel apoptose voorkomt bij patiënten met infektie, onderzocht deze studie of dit fenomeen ook voorkomt bij patiënten met CVS.

Methoden: Apoptose werd bepaald bij patiënten met CVS samen met concentraties van het anti-inflammatoir cytokine, ‘transforming growth factor-β1’ (TGF-β1).

Resultaten: De 47 patiënten met CVS hadden hogere aantallen apoptotische neutrofielen, lagere aantallen levensvatbare neutrofielen, verhoogde annexine-V binding en verhoogde expressie van de ‘dood’-receptor, tumor necrose factor receptor-I op hun neutrofielen dan de 34 gezonde controles. Patiënten met CVS hadden ook verhoogde concentraties aktief TGF-β1 (p<0.005).

Besluiten: Deze bevindingen leveren nieuw bewijs dat patiënten met CVS een onderliggende detekteerbare abnormaliteit in hun immuun-cellen hebben.

Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) is een invaliderende aandoening zonder gekende etiologie of pathofysiologie. Bij de zoektocht naar een diagnostische test, heeft gen-profielering research de heterogene aard van CVS bevestigd, wat de nood illustreert voor volgehouden klinische screening gebaseerd op de uitsluiting van andere ziekten, te samen met de aanwezigheid van specifieke symptomen. Enkele van deze symptomen suggereren een onderliggende virale of toxische ziekte geassocieerd met aanhoudende infektie en immuun-aktivatie. Er zijn verscheidene rapporten geweest van immunologische stoornissen en virale infekties bij de ziekte.

50-60% van de totale circulerende witte bloed-cellen zijn neutrofielen. Het zijn kort-levende, reaktieve cellen die fundamenteel zijn voor het funktioneren van een intact immuunsysteem. Minieme veranderingen qua werking van neutrofielen kunnen diepgaande immunologische consequenties hebben: amplificatie van de inflammatoire respons en produktie van cytokinen. Als onderdeel van het antwoord op inflammatie, worden geaccumuleerde neutrofielen verwijderd via apoptose, een proces waarbij ongewenste of beschadigde cellen worden geëlimineerd zonder hun toxische inhoud af te geven en de inflammatoire respons aan te wakkeren. Het is ook een proces geassocieerd met de release van anti-inflammatoire mediatoren; in het bijzonder de produktie van ‘transforming growth factor-beta-1’ (TGF-β1) [Fadok VA, Bratton DL, Konowal A et al. Macrophages that have ingested apoptotic cells in vitro inhibit pro-inflammatory cytokine-production through autocrine/paracrine mechanisms involving TGF-beta, PGE2 and PAF. J Clin Invest 1998;101:890-8], wat reeds betrokken is gebleken bij de pathogenese van CVS.

Hoewel verhoogde neutrofiel-apoptose aanwezig is bij patiënten met infektie, zijn er geen meldingen geweest over de funktie van neutrofielen bij patiënten met CVS. Het doel van onze studie was elementen van neutrofiel-apoptose en TGF-β1 bij patiënten met CVS te vergelijken met een controle-groep gezonde individuen van dezelfde leeftijd en geslacht.

METHODEN

Zevenenveertig patiënten die na klinisch onderzoek voldeden aan de ‘Centres for Disease Control’ klassificatie voor CVS en 34 gezonde individuen van dezelfde leeftijd en geslacht namen vrijwillig deel aan de studie. Alle individuen gaven schriftelijk hun geïnformeerde toestemming en de het plaatselijk medisch-ethisch comité gaf toelating voor de studie.

Neutrofielen werden geïsoleerd uit bloed […]. Ze werden onmiddelijk geïncubeerd met annexine-V en/of propidium-jodide (PI). Blootstelling aan fosfatidylserine op de buitenste laag van het cytoplasmisch membraan is kenmerkend voor vroege apoptose en is verbonden met preferentiële binding van annexine-V. Cellen met een intact plasma-membraan stoten PI uit en deze eigenschap blijft gehandhaafd in die cellen die zich in de vroege stadia van apoptose bevinden. In tegenstelling hiermee hebben necrotische cellen hun membraan-integriteit verloren en kleuren ze met PI. Neutrofielen die positief waren voor annexine-V werden als vroeg-apoptotisch beschouwd, neutrofielen die positief waren voor annexine-V én PI werden laat-apoptotisch en/of necrotisch genoemd, en neutrofielen die positief waren voor geen van beide werden geklassificeerd als leefbare cellen.

[M.a.w. Annexine-V bindt specifiek met fosfatidylserine, een molekule aan de buitenkant van het celmembraan dat al vroeg in het apoptose-proces verschijnt; door annexine-V te labelen met een fluorescerende kleurstof kan met behulp van flow-cytometrie het percentage annexine-V-positieve - dus vroeg-apoptotische - cellen worden bepaald. PI bindt aan de celkern en dus aan laat apoptotische, permeabele cellen; zo kan een onderscheid worden gemaakt tussen vroeg en laat-apoptotische cellen: drie populaties cellen kunnen worden onderscheiden: levend (annexine V^- en PI^-), vroeg-apoptotisch (annexine V⁺, PI^-) en laat-apoptotisch (annexine V⁺ en PI⁺)]

Expressie van tumor necrose factor receptor 1 (TNFR-1) op het oppervlak van leucocyten werd gemeten op een tweede bloed-staal d.m.v. een fluorescent gelabeld antilichaam […].

Het overblijvende bloed-staal werd gebruikt om bloedplaatjes-arm plasma (PPP) te bereiden en geaktiveerd TGF-β1 werd gemeten in het PPP d.m.v. ‘enzyme linked immunosorbent assay’ [ELISA, een immunologische techniek]. TGF-β1 is aanwezig in de granulen van bloedplaatjes en wordt afgegeven na aktivatie van de bloedplaatjes; daarom zijn de waarden in het PPP representatief voor concentraties in de circulatie. [Grainger DJ, Mosedale DE, Metcalf JC. TGF-beta in blood: a complex problem. Cytokine Growth Factor Rev 2000;11:133-45]

Alle bloedstalen werden op hetzelfde tijdstip van de dag genomen en alle testen uitgevoerd bij dezelfde persoon. De data waren normaal verdeeld […].

RESULTATEN

Kleuring met annexine-V en PI toonde dat patiënten met CVS significant (p = 0.002) meer apoptotische en significant (p = 0.002) minder leefbare neutrofielen hadden dan gezonde controles. Er was een trend bij patiënten met CVS tot het hebben van later-apoptotische/ necrotische neutrofielen (p = 0.075).

De neutrofielen van patiënten vertoonden ook verhoogde annexine-V binding (p = 0.001; 37,4% vergeleken met 22,8% in de controle-group). De gemiddelde expressie van annexine-V in de controle-groep (22,8%) was gelijkaardig met die gemeld door anderen (12,3-35,0%). De relatief brede spreiding is een resultaat van de methodologische verschillen in verscheidene laboratoria; er is ‘good laboratory practice’ vereist om te verzekeren dat alle stalen identiek worden behandeld. De expressie van neutrofielen TNFR-1 was ook significant hoger in de patiënten-groep (p = 0.004).

Er waren significant grotere hoeveelheden geaktiveerd TGF-β1 in het PPP van patiënten met CVS dan bij de gematchte gezonde controle-individuen (p = 0.005).

BESPREKING

We hebben aangetoond dat er een groter deel apoptotische cellen is bij de neutrofielen van patiënten met CVS en dat deze cellen significant minder leefbaar zijn vergeleken met deze van gezonde indviduen. Dezelfde neutrofielen brachten meer TNFR-1 ‘dood’-receptor molekulen tot expressie en vertoonden meer binding van annexine-V, wat wijst op fosfatidylserine-blootstelling.

[De TNF receptor (TNFR) super-familie is verdeeld in drie verschillende subgroepen: ‘dood’-receptoren, ‘afleider’-receptoren en aktiverende receptoren. De aktivatie van TNFR zorgt voor aktivatie van hun intracellulaire signalen door een aantal adaptor-eiwitten, ‘TNF receptor-associated factors’ (TRAFs). In het kort: De TNFR en TNF super-families reguleren het leven en de dood van geaktiveerde cellen van het immuunsysteem.

Dood-receptorsen zijn receptoren op het cel-oppervlak die apoptotische signalen geïnitieerd door specifieke liganden (o.a. TNF-α). Ze spelen een belangrijke rol bij apoptose en kunnen de caspase-cascade zeer snel aktiveren.

TNF wordt aangemaakt door T-cellen en geaktiveerde macrofagen in respons op een infektie. Door zijn receptor TNFR-1 te aktiveren, kan TNF meerdere effekten uitoefenen. In sommige cellen zorgt dit voor aktivatie van NF-κB en AP-1 (zie: ‘Samenspel tussen de Glucocorticoid Receptor en Nuclear Factor-κB’) wat leidt tot de inductie van een brede waaier aan genen. Soms kan TNF ook apoptose induceren - naast het mediëren van inflammatie en immuniteit. Binding van TNF-α aan TNFR-1 resulteert in receptor-trimerisatie en clusteren van intracellulaire ‘dood’-domeinen.

Het ‘death domain’ (DD) ontleent zijn naam aan het feit dat het betrokken is bij signalisering-processen die uiteindelijk leiden tot geprogrammeerde cel-dood via apoptose. Dit ‘dood-domein’ is een gebied binnen bepaalde proteïnen (o.a. TNFR) waardoor ze met zichzelf of met andere kunnen associëren.]

Apoptose wordt getriggerd door signalen die worden op gang gebracht door externe stimuli én interne sensoren. Het mechanisme gemedieerd door de ‘dood’-receptor, ook bekend als het extrinsieke mechansime, begint met de binding van liganden uit de TNF-familie op de ‘dood’-receptor TNFR-1. Dit resulteert in de recrutering van een adaptor-proteïne: ‘TNFR geassocieerd dood-domein’, dat op zijn beurt een andere adaptor-molekule recruteert: ‘Fas-geassocieerd dood-domain’. Dit recruteert dan pro-caspase 8 of pro-caspase 10 om een ‘dood’-inducerend signaal-complex te vormen. Tijdens de vorming van dit signaal-complex, worden pro-caspase vormen gesplitst en omgezet, zodat geaktiveerd caspase 8 of caspase 10 wordt afgegeven, die direct andere pro-caspasen converteren naar hun aktieve vormen, waardoor apoptose in werking wordt gesteld. Er is echter communicatie tussen de extrinsieke en intrinsieke (mitochondrieën-afhankelijke) mechanismen, en splitsing van het pro-apoptotisch proteïne ‘Bid’, door caspase 8, kan gebeuren. Deze splitsing kan resulteren in de release van cytochroom-C [eiwit in de respiratoire keten van cellen, voorafgaand aan apoptose begint het te lekken uit de mitochondrieën; eens dat lekken goed op gang komt, is de cel ten dode opgeschreven: cytochroom-C aktiveert in de celvloeistof proteasen die de grootschalige eiwitafbraak op gang brengen] en het triggeren van verdere apoptotische mechanismen. In onze studie hebben we getoond dat de neutrofielen van patiënten met CVS verhoogde expressie van TNFR-1 vertonen en we kunnen enkel veronderstellen dat de versnelde apoptose van deze cellen een gevolg is van extrinsieke factoren die apoptotische mechansimen beïnvloeden.

Daarnaast vonden we dat de concentraties aan geaktiveerd TGF-β1 significant waren verhoogd in het PPP van patiënten met CVS. Een stijging van geaktiveerd TGF-β1 samen met neutrofiel-apoptose is een belangrijk proces bij de downregulering van cytokinen en produktie van eicosanoïden [zie o.a. ‘Chronische microglia aktivatie na overmatige immuun-stimulatie’] tijdens het chronisch inflammatoir proces. TGF-β1 is ook cruciaal bij het apoptotisch proces omdat het leukocyten-adhesie en trans-migratie [cytokines, vrijgelaten door geaktiveerde macrofagen, induceren adhesie-molekulen op de wanden van vasculaire endotheelcellen waardoor neutrofielen, monocyten en lymfocyten aangetrokken worden voor ze uit het bloedvat treden, via een proces dat extravasatie genoemd wordt, naar het aangedane weefsel] intoomt [Smith WB, Noack L, Khew-Goodall Y et al. Transforming growth factor-beta 1 inhibits the production of IL-8 and the transmigration of neutrophils through activated endothelium. J Immunol 1996;157:360-8] en deze stoornis van het transmigratie-proces van neutrofielen kan onafhankelijk apoptose bevorderen. Neutrofielen die transmigreren door het endothelium verliezen TNF-receptoren en dit verlies aan receptor-densiteit is nodig voor het overleven van de neutrofielen.

[Onder de TGF (‘transforming growth factor’) familie valt een aantal polypeptiden die een rol spelen bij het reguleren van de groei en differentiatie van cellen. De veelvuldig onderzochte TGF-β met zijn drie isotopen TGF-β1, TGF-β2 en TGF-β3 heeft een funktie in het aanzetten van cellen tot groei en differentiatie voor vele weefsels in het lichaam. Bovendien heeft het daarnaast nog meer fukcties, waaronder voor sommige celtypen zelfs ook remming van groei en differentiatie, bijvoorbeeld bij B-lymfocyten.. TGF-beta-1 is een cytokine dat in het CZS in verhoogde concentraties aanwezig is bij inflammatie en een belangrijke rol speelt bij de vorming van astrogliose (zie: ‘Gliale Cellen, Astrocyten en M.E.’); daarnaast is het ook betrokken bij apoptose en immunosuppressie.]

Het feit dat neutrofielen van patiënten met CVS verhoogde oppervlakte-expressie van TNFR-1 vertonen is een bijkomende indicatie dat die cellen meer vatbaar zijn voor apoptose.

De neutrofielen van patiënten met CVS vertonen meer apoptose en dit kan het aangeboren immuunsysteem van deze patiënten beïnvloeden, gezien het feit dat neutrofielen de belangrijkste effector-cellen van dit systeem zijn. De controle van apoptose is ingewikkeld en de stijging van apoptose bij patiënten met CVS kan een gevolg zijn van meerdere factoren. Versnelde apoptose wijst op een persistente of reaktiverende virale infektie of een toxische toesatnd, herprogrammering van apoptotische mechanismen door een infektueus of toxisch agens of snellere neutrofiel-turnover, secundair aan een abnormale gastheer-respons op schadelijke stimuli.

Met de komst van gen-profielering is de zoektocht naar causatieve agentia bij CVS van start gegaan. De gegevens die hier worden gepresenteerd zijn consistent met het feitt dat vele patiënten met CVS een onderliggende, detekteerbare abnormaliteit in het gedrag van hun immuun-cellen hebben, overeenkomend met een geaktiveerd inflammatoir proces.

Glia, glutamaat-transport en chronische pijn

De hypothese over de mogelijke rol van glutamaat-transport bij mentale vermoeidheid (hiervoor beschreven in ‘Glia, glutamaat-transport en mentale vermoeidheid’) werd verder uitgebreid naar chronische pijn…

De kennis van de biologie van glia-cellen en neuronale gliale signalisering die hier wordt beschreven, is voortgekomen uit experimenteel werk met gecultiveerde cellen. De auteurs stellen dat het verleidelijk is om te speculeren dat de beschreven gebeurtenissen zelfs in vivo voorkomen en dat het astrogliaal netwerk zou kunnen bijdragen tot de efficiënte neurotransmissie van glutamaat.

Deze mogelijke verklaring voor de mentale vermoeidheid en chronsiche pijn oogt zeer ‘elegant’ en zou wel eens heel belangrijk kunnen zijn bij M.E.(cvs)… Hopelijk krijgen we hier meer aanwijzingen over…

Neurochemical Research, Vol. 29, No. 5, May 2004, pp. 989-996

Altered Neuronal – Glial Signaling in Glutamatergic Transmission as a Unifying Mechanism in Chronic Pain and Mental Fatigue*

Elisabeth Hansson and Lars Rönnbäck

Institute of Clinical Neuroscience, Göteborg University, SE 405 30 Göteborg, Sweden

[Samenvatting: zie ‘Gliale Cellen, Astrocyten & M.E.’]

INLEIDING

Waarom wordt persistente, neuropathische pijn chronisch? Er bestaan veel verklaringen; de meeste van hen nemen neuronale aktivatie of over-aktivatie in rekening. Farmacologische behandeling focust op neuronale hyper-aktiviteit maar dat is toch meestal onvoldoende, en ons inzicht in de cellulaire en molekulaire mechanismen aan de basis van chronische pijn is beperkt. Biologische gebeurtenissen, waarbij bijkomende cellulaire en neurochemische mechanismen betrokken zijn, moeten in overweging worden genomen om het instandhouden van pijn-signalisering te verklaren. Glia zou één zo’n ‘speler’ kunnen zijn.

CZS Glia

Er zijn verscheidene types glia-cellen in het central zenuwstelsel (CZS). Astroglia-cellen, of astrocyten, behoren tot de meeste talrijke. Die cellen zijn ster-vormig, met ongeveer 12-15 µm in diameter, en voeren een massa processen uit. In een intact brein, zijn er, op morfologisch vlak, twee types astrocyten. Protoplasmische astrocyten zijn belangrijk in de grijze hersenstof, terwijl fibrillaire astrocyten talrijk voorkomen in de witte hersenstof. Interessant is dat protoplasmische astrocyten talrijker te vinden zijn in de cerebrale cortex bij hoger-ontwikkelde soorten. Bij mensen overtreffen astroglia-cellen de neuronen met een factor van 3-5 in de cerebrale cortex. Naast hun strukturele en metabole ondersteuning voor neuronen, spelen astroglia-cellen belangrijke en diverse rollen. Deze omvatten: begeleiden van cyto-architekturale [opbouw van de cel] ontwikkeling tijdens CZS-rijping; regeling van de extracellulaire concentraties aan ionen, metabolieten en neurotransmitters; en ondersteuning van neuronale en synaptische funkties. Hun gecompliceerde set-up van membraan-receptoren gekoppeld met ‘tweede boodschapper’-systemen [Methode van cellulaire signalisering waarbij een signalisering-molekule snel wordt geproduceerd/gesecreteerd, die dan effector-proteïnen in de cel kan aktiveren om een cellulaire respons op te leveren. Een secundaire boodschapper is een component van signaal-transductie mechansismen. De aktivatie kan gebeuren via enzymen of door het openen van ion-kanalen.] [Hansson, E. and Rönnbäck, L. 2004. Astrocytic receptors and second messenger systems. Hertz, L. (ed.), in Advances in Molecular and Cell Biology. 31: 475-501] maakt het waarschijnlijk dat astrocyten synaptische aktiviteit monitoren. De cellen zijn in netwerken verbonden door middel van ‘gap-junctions’ [zie ‘Gliale Cellen, Astrocyten & M.E.’], gevormd door het connexin-43 proteïne [Cx43; Connexinen zijn een familie membraan-proteïnen die intercellulaire kanalen vormen die die samenklitten bij ‘gap-junctions’]. Ca²⁺-signalisering en uitwisseling van substanties met een laag molekulair gewicht zijn dus mogelijk binnen deze netwerken. Resultaten van experimenten hebben de afgifte aangetoond van excitorische aminozuren zoals glutamaat en aspartaat door astrocyten, in respons op neuronale aktiviteit waar Ca²⁺-oscillaties worden teweeggebracht in het netwerk. Deze bevindingen zijn bijzonder interessant en van belang gezien ze zouden kunnen dienen als een neurobiologische basis voor het feit dat astroglia het prikkelbaarheid-niveau van synapsen en neuronen beïnvloeden en waarschijnlijk regelen.

Microglia worden beschouwd als macrofagen gevestigd in het CZS. Er is echter enige controverse betreffende hun oorsprong; nl. of ze primair afgeleid zijn van het CZS of originerend uit het bloed. Het is waarschijnlijk dat beide types microglia bestaan maar deze die de hersenen binnenkomen uit het bloed zijn talrijker na een hersen-letsel. De cellen worden makkelijk geaktiveerd en in die conditie doen ze aan fagocytose en geven zelfs cytotoxische substanties zoals vrije zuurstof radikalen of stikstof-oxide (NO) af. Microglia participeren ook in inflammatoire reakties door de produktie en afgifte van cytokinen. In rust synthetiseren microglia-cellen trofische factoren, en samen met door astroglia afgegeven neuro-aktieve substanties werken ze als neurochemische modulatoren van de synaps-vorming en andere plastische opbouw van het CZS.

CHRONISCHE PIJN EN GLIA-AKTIVATIE IN HET RUGGEMERG:

ONTSTAAN VAN EEN VICIEUZE CIRKEL DIE PIJN-SIGNALISERING INSTANDHOUDT

Als een pijnlijke stimulus wordt waargenomen, worden perifere zenuwen van de types A-δ en C geprikkeld. Signalen worden overgebracht naar de pre-synaptische uiteinden in de dorsale hoorn van het ruggemerg [zie ook ‘Spier-metaboreceptoren’]. Er worden reflex-bogen geaktiveerd die onmiddellijke en adequate reakties op de oorzaak van de pijnlijke stimulus toelaten. Bijkomend is er een simultane aktivatie van neuronen […] voor identificatie en herkenning van de pijnlijke stimulus. Ter hoogte van het ruggemerg zijn glutamaat en substantie-P twee neurotransmitters die worden afgegeven en de post-synaptische receptoren aktiveren in de dorsale hoorn. Bij toestanden van langdurige pijn-signalering, worden de N-methyl-D-aspartaat (NMDA) receptoren op de post-synaptische neuronen in de dorsale hoorn geaktiveerd met een Ca²⁺-influx via het cel-membaran. Stikstof-oxide synthetase (NOS) zal worden geaktiveerd en stikstof-oxide (NO) gevormd uit L-arginine. Dit proces gebeurt in het post-synaptisch neuron. NO diffundeert op z’n beurt snel door de het post-synaptisch membraan en overschrijdt het pre-synaptisch membraan, waardoor het een verhoogde release van excitatorische neurotransmitters en substantie-P uit het pre-synaptisch uiteinde veroorzaakt. Het resultaat zal een langdurige prikkeling van het post-synaptisch neuron zijn.

Bijkomend aan deze neuronale gebeurtenissen, toonden Watkins en collega’s een gliale aktivatie in de dorsale hoornen na langdurige pijn-signalisering in experimentele situaties. De gliale aktivatie bleek te worden gevolgd door de release van NO, reaktieve zuurstof molekulen, prostaglandinen, pro-inflammatoire cytokinen zoals interleukine-1 (IL-1) en IL-6, tumor necrose factor (TNF), ATP en andere neuro-aktieve substanties. Van vele van deze substanties is geweten dat ze astrogliale glutamaat-opname capaciteit schaden en daarbij een verhoging van extracellulaire glutamaat-waarden veroorzaken. Het resultaat zou een verdere overdrijving van pijn-signalisering kunnen zijn, leidend tot een vicieuze cirkel die het voortduren van pijn-signalisering naar het brein aanmoedigt [Lees ev. het werk van Watkins, L. R. et al. over pathologische pijn-toestanden en gliale aktivatie.].

GLUTAMAAT, ASTROGLIA EN INFORMATIE-VERWERKING IN DE HERSENEN

Glutamaat is de meest uitgebreid bestudeerde excitatorische neurotransmitter in het CZS. Glutamaat neurotransmissie is onontbeerlijk voor informatie-opname en -verwerking in het brein. Nadat glutamaat werd afgegeven door het pre-synaptisch membraan, en zijn effekten op de post-synaptische en omliggende gliale membraan-receptoren heeft uitgeoefend, verwijderen de astroglia-cellen overtollig glutamaat uit de ruimte tussen de cellen. De extracellulaire concentratie van glutamaat moet laag zijn, 1-3 µM, opdat de glutamaat neurotransmissie effektief zou zijn [Hansson, E. and Rönnbäck, L. 1995. Astrocytes in glutamate neurotransmission. FASEB J. 9:343-350]. Astrogliale cel-processen omringen glutamaat-synapsen. De astrogliale membranen brengen de glutamaat-opname transporters GLAST en GLT-1 tot expressie […].

[…] Het ‘gap-junction’ gekoppeld astrogliaal netwerk moet intact zijn om het transport en de redistributie van K⁺ en andere laag-molekulair-gewicht neuro-aktieve substanties in het astrogliaal netwerk toe te laten. Rothstein et al. verhinderden de synthese van elk glutamaat-transporter sub-type […] en demonstreerden dat inhibitie van de astrogliale glutamaat-transporters GLAST of GLT-1 verhoogde extracellulaire glutamaat-waarden opleverde. Alles te samen werd het fysiologisch belang van astrogliale opname dat was afgeleid op basis van studies met astrocyten in primaire culturen, bevstigd in de hersenen in situ.

NEURONALE-GLIALE SIGNALISERNG IN HET CZS ALS EEN NEUROBIOLOGISCH CORRELAAT

VOOR HET INSTANDHOUDEN VAN PIJN-SIGNALEN,

VOOR PIJN-GEHEUGEN EN VOOR VERHOOGDE PIJN-GEVOELIGHEID

Glutamaat is een belangrijke transmitter bij centrale pijn-signaliserng en verwerking van pijn-informatie in het brein. Glutamaat-neuronen signaliseren niet enkel naar elkaar, maar ook naar de gliale cellen [22. Hansson, E. and Rönnbäck, L. 2003. Glial neuronal signaling in the central nervous system. FASEB J. 17:341-348]. Deze signalen informeren de astrogliale netwerken omtrent neuronale aktiviteit en stellen hen in staat de neuronen metabool en trofisch te ondersteunen, naargelang hun specifieke behoeften. De astrogliale cellen signaliseren ook terug naar de neuronen, ten minste gedeeltelijk door een afgifte van gliaal glutamaat, en moduleren synaptische aktiviteit.

ATP wordt gevormd en afgegeven in de extracellulaire ruimte. We weten dat astroglia, geholpen door ATP, lange-afstand signalisering kunnen bevorderen, van één astroglia-netwerk naar een ander, zelfs als de twee netwerken niet via ‘gap-junction’ zijn gekoppeld. […] Astroglia-netwerken zonder cellulaire bruggen zouden kunnen worden geaktiveerd en excitatorische transmitters zouden kunnen worden afgegeven door astroglia. Deze release zou kunnen leiden tot een verhoogd prikkelbaarheid-niveau van neuronale circuits die niet synaptisch zijn gekoppeld of verbonden via astroglia-netwerken.

Daarnaast aktiveert ATP microglia via de stimulatie van of purinerge receptoren [zie ook ‘Spier-metaboreceptoren’]. Microglia en astroglia produceren en releasen neuro-aktieve substanties, zoals ‘basic’ fibroblast groei-factor, ‘nerve growth-factor’, neutrofine-3, ‘ciliary neurotrophic factor’ en S-100β, die synaps-vorming en heropbouw van het CZS ondersteunen.

Rekening houdend met deze kennis, zouden we het verhoogde prikkelbaarheid-niveau te wijten aan glutamaat- en aspartaat-afgifte in neuronale circuits alsook in neuronen en synaps-gebieden die niet primair door glutamaat geaktiveerd zijn kunnen uitleggen. Dit zou kunnen verklaren waarom personen die chronische pijn ervaren, een verhoogde pijn-gevoeligheid in lichamelijke gebieden verschillend van deze die primair zijn aangetast door de pijn-stimulus. De lang-termijn glutamaat neurotransmissie zou een heropbouw van het CZS kunnen stimuleren, inclusief de vorming van nieuwe synapseen, te wijten aan de produktie en afgifte van neurotrofische factoren door astroglia en microglia. Dit geeft ons een eerste glimp van de cellulaire gebeurtenissen aan de basis van de heropbouw van het zenuwstelsel te wijten aan de ‘pathologische’ lang-durige pijn-signaliserng die de vorming van een ‘pijn-geheugen’ zou kunnen tot stand brengen.

CHRONISCHE PIJN EN MENTALE VERMOEIDHEID

Personen met chronische pijn lijden dikwijls onder mentale vermoeidheid, ervaren moeilijkheden met concentratie en geheugen. Met verloop van tijd kan het probleem zich manifesteren als een verminderd vermogen om informatie op te nemen en te verwerken. De symptomen worden duidelijk als de persoon verwacht wordt cognitieve taken uit te voeren gedurende lange perioden zonder onderbreking. Gelijkaardige symptomen worden frequent gezien bij vele organische hersen-processen, zoals tijdens revalidatie na beroerte of een traumatisch hersen-letsel of bij Multipele Sclerose. Het zou moeten worden opgemerkt dat deze symptomen ook verschijnen in afwezigheid van een bewezen hesren-letsel. Mentale vermoeidheid kan zodoende prominent zijn na een hersenschudding of in gevallen van post-traumatische stress aandoening. De symptomen duiken ook op tijdens zware psychologische belasting, zoals ernstige en langdurige stress of angst. Alle psychologische belastingen verergeren eigenlijk de symptomen van mentale vermoeidheid, inclusief post-traumatische of post-infektueuze symptomen, milde cognitieve stoornis of neurasthenie (ICD-10). Volgens de diagnostische klassificatie van Lindqvist en Malmgren maken deze symptomen deel uit van het astheno-emotioneel syndroom.

CHRONISCHE PIJN, MENTALE VERMOEIDHEID

EN ASTROGLIALE STOORNIS VAN DE GLUTAMAAT-OPRUIMING:

EEN HYPOTHESE

We stellen dat één onderliggend mechanisme op cellulair niveau voor mentale vermoeidheid secundair aan chronische pijn, een verminderde capaciteit van astrocyten om glutamaat te verwijderen uit de extracellulaire ruimte [zie ook ‘Glia, glutamaat-transport en mentale vermoeidheid’] zou kunnen zijn. Tijdens langdurige neuronale aktiviteit zal deze gedaalde astrogliale glutamaat-opname capaciteit geleidelijk aan leiden tot verhoogde glutamaat-waarden rond de neuronen, en zo tot verminderde synaptische efficiëntie en minder precieze transmissie-signalen, en na enige tijd een gereduceerde glutamaat-release na stimulatie. Een dergelijke gedaalde afgifte zou kunnen het gevolg zijn van een verminderde opbrengst aan glutamaat-voorloper in de glutamaat-glutamine cyclus [In de astrocyten wordt glutamaat omgezet tot glutamine (d.m.v. glutamine-synthase). Glutamine wordt terug getransfereerd naar het pre-synaptische uiteinde waar het naar glutamaat wordt geconverteerd (d.m.v. een glutaminase) om als neurotransmitter hergebruikt te worden.]. Experimentele resultaten, die een gliale aktivatie in de dorsale hoornen van het ruggemerg bij langdurige pijn aantonen, zouden onze hypothese kunnen ondersteunen. Gelijkaardige cellulaire reakties zouden kunnen opduiken in de hersenen door langdurige pijn-signalisering. Angst en stress ten gevolge chronische pijn zou de produktie van substanties en veranderde omstandigheden kunnen versterken. Dergelijke substanties kunnen zijn: vrije zuurstof radikalen, arachidonzuur, melkzuur, cytokinen en leukotriënen, NO, peroxynitraat en glucocorticoïden. De veranderde omstandigheden zouden kunnen zijn: verstoord energie-metabolisme met verlaagde ATP-concentraties of acidose [‘verzuring’]. Deze factoren inhiberen astrogliale glutamaat-opname of verstoren astrogliale ‘gap-junction’ communicatie en, volgens onze hypothese, houden de symptomen voor lange perioden instand.

Voorts werd er aangetoond dat groei-hormoan (GH) waarden verhoogd zijn tijdens acute stress reakties terwijl GH gedaald is bij chronische stress toestanden. Interessant is dat GH de verspreiding van lage-molekulair-gewicht substanties in astroglia-aangerijkte primaire culturen bleek te verhogen, wat wijst op een verhoogde ‘gap-junction’ communicatie. Aan de andere kant verminderden gedaalde GH-waarden ‘gap-junction’ verspreiding van lage-molekulair-gewicht substanties. Gestegen glucocorticoid-waarden zouden kunnen voorkomen bij toestanden van chronische pijn met secundaire angst en stress. Dergelijke verhoogde glucocorticoid-waarden zouden kunnen leiden tot de produktie en afgifte van interleukine-1β en TNF-α. De eerste doet astrogliale ‘gap-junction’ communicatie dalen, terwijl TNF-α bekend staat om astrogliale glutamaat-opname capaciteit te doen dalen.

Onze hypothese zou kunnen dienen als een biologische basis voor ons begrip van de symptomen van mentale vermoeidheid, die sociaal invaliderend zijn en dikwijls het vermogen van de patient om te werken doet dalen. Deze symptomen worden echter als a-specifiek beschouwd en worden dikwijls onderschat in de klinische praktijk.

TESTEN VAN DE HYPOTHESEN

Het is momenteel niet mogelijk om uiteindelijk te bepalen of de beschreven neuronale gliale interakties bij glutamaat-aktiviteit al dan niet zouden kunnen dienen als een model om onderliggende cellulaire mechanismen te verklaren voor de langdurige handhaving van pijn-signalen, verhoogde pijn-sensitiviteit in het primair aangetaste gebied en in gebieden buiten de onmiddellijk aangetaste, ‘pijn-geheugen en mentale vermoeidheid gerelateerd aan chronische pijn. Er zouden experimenten moeten worden uitgevoerd bij mensen die lijden aan chronische pijn. Beeldvorming van de hersenen met de mogelijkheid om de extracellulaire concentraties aan glutamaat, K⁺, ATP en neurotrofe of neuro-aktieve factoren te identificeren, te bepalen en bij voorkeur in de tijd te volgen, zouden geschikt zijn.

Dergelijke methoden zijn echter momenteel nog niet voor handen omwille van technische redenen. In plaats daarvan moeten we gebruikmaken van experimentele systemen om de biologie van glia-cellen, en neuron-glia-neuron signalisering en interakties te bestuderen. Specifieke delen van de hypothese zouden echter kunnen worden getest. Neuro-aktieve substanties geproduceerd door of veranderde omstandigheden gelinkt aan chronische pijn, zouden kunnen worden geëvalueerd met betrekking tot hun effekten op astrogliale glutamaat-transport capaciteit, in het bijzonder na de produktie van zo’n substanties. De rol van het intact astroglia-netwerk bij hogere hersen-funkties (cognitie) zou kunnen worden bestudeerd in dier-modellen. Effekten van astroglia dysfunktie met betrekking tot glutamaat-transport capaciteit zijn van bijzonder belang. Zelfs klinische studies met verschillende behandel-strategieën zouden belangrijk kunnen zijn om wat licht te werpen op de juistheid van de hypothese.

STRATEGIEËN VOOR BEHANDELING VAN CHRONISCHE PIJN

EN BIJBEHORENDE MENTALE VERMOEIDHEID

Bij het afwegen van een behandeling voor chronische pijn, is het belangrijk om de patient te informeren over de oorzaak van de pijn en de prognose van de ziekte. Gezien de aard van neuron-glia signalisering, moet dergelijke informatie zo spoedig mogelijk aangeboden worden omdat langdurige pijn-signalisering kan leiden tot het heropbouwen van neuronale netwerken, met als gevolg dat de hersenen zich ‘aanpassen’ aan de nieuwe situatie van het constant waarnemen van pijn. Het is ook belangrijk om secundaire angst en stress-reaktie te reduceren. Dergelijke reakties leiden, samen met de pijn zelf, makkelijk tot mentale vermoeidheid. Er ontstaat gemakkelijk een vicieuze cirkel: pijn – verhoogde pijn-gevoeligheid – pijn-geheugen – mentale vermoeidheid – angst – stress – gevoel van verhoogde pijn. De symptomen van mentale vermoeidheid vormen een verborgen invaliditeit en zorgen makkelijk voor bijkomende angst en stress voor de patient. Het verstrekken van informatie aangaande de oorzaken van de pijn en de prognose, of het nu een ziekte, een trauma of andere oorzaak betreft, is belangrijk om de vicieuze cirkel te doorbreken. Deze cyclus is zelf een risico-factor voor secundaire angst en depressie. Door de plasticiteit van het brein, met zijn vermogen om neuronale netwerken her op te bouwen, is accurate informatie cruciaal om pathologische heropbouw ten gevolge blijvende pijn-signalisering te vermijden.

Als onze hypothese correct is, zou het, ten minste theoretisch, mogelijk zijn de symptomen te behandelen door de neuro-aktieve substanties die worden geproduceerd en afgegeven in het CZS tegen te werken. Pro-inflammatoire cytokine-antagonisten bestaan, maar niet in een vorm die bruikbaar is als medicijn (enkel als proteïne-receptor antagonisten, oplosabre receptoren en antilichamen. Twee andere soorten substanties zouden interessanter kunnen zijn: p38 ‘mitogen activated protein’ (MAP) kinase [‘MAPK’ reageren op extracellulaire stimuli (mitogenen) en reguleren verscheidene cellulaire aktiviteiten, zoals gen-expressie, celdeling, differentiatie en cel-overleving/apoptose.] inhibitoren en xanthine-derivaten [zie: Glia, glutamaat-transport en mentale vermoeidheid’]. P38 MAP-kinase inhibitoren zouden waarschijnlijk de produktie van pro-inflammatoire cytokinen en signaal-transductie kunnen blokkeren. Van enkele p38 MAP-kinase inhibitoren is ook aangetoond dat ze de bloed-hersen-barrière kunnen overschrijden. Xanthine-derivaten, in het bijzonder pentoxifylline en propentofylline, hebben interessante aktie-profielen. Ze onderdrukken de produktie van pro-inflammatoire cytokinen, reaktieve zuurstof molekulen en stikstof-oxide. Daarenboven verhogen ze gliale glutamaat-opname. Zelfs inhibitoren van microglia-aktivatie zouden een waardevolle aanvulling kunnen zijn op het therapeutisch arsenaal. Minocycline is een andere substantie met een interessant aktie-profiel en het zou farmacologisch kunnen worden veranderd om nuttig te zijn in de klinische praktijk.

OPMERKINGEN TOT BESLUIT EN PERSPEKTIEVEN

Dit kort overzicht toont dat we nog maar net zijn begonnen aan een opwindende ontwikkelingsperiode op het gebied van neuron-glia signalisering en interaktie die meer inzicht in verband met cellulaire mechanismen onderliggend aan neuronale prikkelbaarheid en neuroplasticiteit zou kunnen opleveren. Daarenboven, en uiterst belangrijk vanuit klinisch standpunt, maakt deze nieuwe kennis het voor ons mogelijk de pathofysiologische gebeurtenissen door ‘nieuwe ogen’ te zien.

Tot op heden zijn veel van de symptomen behorende bij een toestand van chronische pijn voor ons moeilijk te begrijpen geweest. Chronische pijn werd bestudeerd vanuit vele perspektieven, meestal omdat het subjectief is en moeilijk te kwantificeren. Door echter de hierboven beschreven recente kennis toe te passen op neuronale gliale interaktie, kunnen we ten minste een eerste glimp krijgen van deze cellulaire mechanismen aan de basis van de verspreiding van pijn, verhoogde pijn-gevoeligheid, pijn-geheugen en mental vermoeidheid tijdens chronische pijn. Het belang van het informeren van de patient over de oorzaak van de pijn om secundaire angst, stress of depressie te verminderen, is reeds lang goed-bekend bij pijn-specialisten en -researchers. […] We beginnen te begrijpen dat het vermogen tot synaptische heropbouw in het normaal CZS kan bijdragen tot pathologische pijn-signalisering.

Prof. Devulder van de Pijnkliniek van de Universiteit Gent zegt hierover: “Microglia zullen zeker een rol spelen bij vele soorten pijn en dus ook bij M.E.(cvs) en fibromyalgie. De rol van de vermoeidheid is heel onduidelijk en waarschijnlijk niet microglia gebonden. Er zijn hopen literatuur omtrent studies maar geen enkele die voor een doorbraak zorgt.”.

Glia, glutamaat-transport en mentale vermoeidheid

Dieper ingaand op het werk van Rönnbäck & Hansson volgt hier een hypothese die mentale vermoeidheid (ook, maar niet uitsluitend, bij M.E./cvs) zou kunnen verklaren…

Journal of Neuroinflammation 2004, 1:22

Hypothese

Over de mogelijke rol van glutamaat-transport bij mentale vermoeidheid

Lars Rönnbäck en Elisabeth Hansson

Institute of Clinical Neuroscience, Göteborg University, Göteborg, Sweden

Samenvatting

[zie ‘Gliale Cellen, Astrocyten & M.E.’]

Achtergrond

Mentale vermoeidheid met verminderde capaciteit qua aandacht, concentratie en leren, zowel als daaropvolgende stoornissen van het korte-termijn geheugen, is een courant symptoom in ziekten met algemene of fragmentarische neuro-inflammatie, zoals Multipele Sclerose (MS), en neurodegeneratieve ziekten, zoals Alzheimer’s en Parkinson’s. De mentale vermoeidheid verschijnt dikwijls voorafgaandelijk aan andere, meer opvallende mentale, cognitieve of fysieke symptomen betreffende het zenuwstelsel bij deze ziekten. Mentale vermoeidheid is ook gebruikelijk tijdens de revalidatie na meningitis of encefalitis (post-infektueuze mentale vermoeidheid), beroerte of hersen-trauma (post-traumatische mentale vermoeidheid); en bijzonder lastig wanneer de belangrijkste neurologische symptomen zijn verdwenen en de patient terug onderweg is naar werk. Volgens de ‘International Classification of Diseases, 10th revision’ (ICD-10), valt mentale vermoeidheid onder de diagnosen ‘milde cognitieve stoornis’ of ‘neurasthenie’ en volgens de ‘Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, 4th edition’, wordt mentale vermoeidheid opgenomen in de groep van ‘milde neurocognitieve stoornissen. Volgens de diagnostische klassificatie door Lindqvist en Malmgren [8], is mentale vermoeidheid één van de symptomen van het ‘astheno-emotioneel syndroom’.

Hoewel mentale vermoeidheid niet exact hetzelfde is als depressie (waarbij de patient het gevoel heeft niet in staat te zijn iets te ondernemen), zijn er overlappingen en beide aandoeningen manifesteren zich gedragsmatig (bv. verminderde motivatie) […]. Zelfs het ‘ziekte-gedrag [geïnduceerd door cytokinen] heeft een vermoeidheid-component. Mentale vermoeidheid is ook prominent na slaap-deprivatie. Naast de vermoeidheid zelf, lijdt de patient met mentale vermoeidheid dikwijls aan overgevoeligheid voor geluid en licht, prikkelbaarheid, emotionele labiliteit, stress-intolerantie en hoofdpijn.

Mentale vermoeidheid manifesteert zich als een verminderd vermogen om informatie op te nemen en te verwerken. De mentale uitputting wordt uitgesproken als cognitieve taken langer moeten worden volgehouden zonder pauzes (cognitieve belasting). Dikwijls zijn de symptomen afwezig of mild in een ontspannen en stress-vrije omgeving. Om de mogelijke cellulaire neurobiologie van mental vermoeidheid te exploreren, beginnen we met te kijken naar enkele componenten die belangrijk zijn voor informatie-opname en -verwerking in het centraal zenuwstelsel, namelijk glutamaat neurotransmissie, en focussen we op de verwijdering van extracellulair glutamaat ([Glu]_ec).

Glutamaat neurotransmissie is onontbeerlijk voor informatie-opname

en -verwerking in het centraal zenuwstelsel

Glutamaat-overdracht is ook cruciaal bij de vorming van ‘long-term potential’ (LTP), de cellulaire component bij geheugen-vorming [zie ‘Chronische Microglia Aktivatie’ & ‘CVS en het zenuwstelsel’].

In de hersenen moet de [Glu]_ec worden geconserveerd op ongeveer 1-3 µM om een hoge precisie (hoge signaal : achtergrond verhouding) te verzekeren bij normale glutamaat neurotransmissie en ook om excitotoxiciteit van glutamaat op neuronen te vermijden. De verwijdering van glutamaat uit de extracellulaire ruimte wordt bekomen d.m.v. natrium (Na⁺)-afhankelijke opname-transporters met hoge affiniteit. De glutamaat-aspartaat-transporter (GLAST) en glutamaat-transporter 1 (GLT-1) zijn het meest overvloedig gelokaliseerd op astrocyten die de synapsen van glutamaat-dragende neuronen omgeven. In feite hebben GLAST en GLT-1 verschillende expressie-patronen. GLAST is de belangrijkste transporter vior glutamaat-opname tijdens de ontwikkeling, terwijl expressie van GLT-1 verhoogt met de maturatie van het zenuwstelsel. De expressie van glutamaat-transporter-1 lijkt de vorming en rijping van synapsen en in het bijzonder synaptische aktiviteit te volgen. Zelfs nog meer overtuigend voor de rol van astroglia bij het laag houden van [Glu]_ec, is het feit dat werd aangetoond […] dat het verliezen van GLT1 of GLAST een verhoogde [Glu]_ec en neurodegeneratie, kenmerkend voor excitotoxiciteit, oplevert, terwijl het verlies van neuronale glutamaat-transporter [Glu]_ec niet doet stijgen.

Regulering van astrogliale glutamaat-transporter capaciteit

- rol van pro-inflammatoire cytokinen

Van een groot aantal factoren werd aangetoond dat ze de aktiviteit en expressie van de glutamaat-transporters GLT-1 en GLAST beïnvloeden. Bijvoorbeeld: GLT-1 wordt gestimuleerd via fosforylatie door proteïne-kinase C (PKC), terwijl GLAST wordt geïnhibeerd door PKC […]. De synthese van GLT-1 bleek te worden gestimuleerd door factoren die werken via receptor tyrosine-kinasen [enzymen die een fosfaat-groep aanbrengen op het aminozuur tyrosine van een eiwit] en mechanismen afhankelijk van fosfatidylinositol-3-kinase [PI3K; enzyme dat deel uit maakt van een signaaltransductie-mechanisme dat een cruciale rol speelt in de celgroei en -overleving] en de nucleaire transcriptie-factor NFκB. Eén mechanisme voor regulatie van GLT-1 is verbonden met de vorming van cysteïne-bruggen [cysteïne is een aminozuur met een atoom zwavel; het kan als anti-oxidant fungeren]. […] Oxidatieve molekulen zoals waterstof-peroxide kunnen vlot de funktionele sulfhydryl-groepen van of cysteïnen oxideren om disulfide-bruggen te vormen die een inhiberend effekt uitoefenen op glutamaat-transporten. Voorbeelden van factoren of veranderde omstandigheden die astrogliaal glutamaat-transport schaden, zijn arachidon-zuur, melkzuur, cytokinen, en leukotrienen, stikstof-oxide (NO), ß-amyloid proteïne, peroxynitraat en glucocorticoïden De veranderde condities kunnen verstoord energie-metabolisme met verlaging van adenosine-trifosfaat (ATP) of van pH zijn. Opmerkelijk is de bevinding dat vele van deze substanties of condities ook astrogliale ‘gap-junction’ [eiwitkanalen die het cytoplasma van naburige cellen met elkaar verbinden, waardoor ionen - K⁺ en Cl^- - en ‘boodschapper-molekulen’ - zoals Ca²⁺, cAMP en cGMP - kunnen stromen] communicatie verminderen en zelfs de bloed-hersen-barrière (BBB) desintegreren, waardoor de astrogliale ondersteuning van de glutamaat neurotransmissie wordt geschaad [Hansson E, Rönnbäck L: Altered neuronal-glial signaling in glutamatergic transmission as a unifying mechanism in chronic pain and mental fatigue. Neurochem Res 2004, 29:989-996].

De pro-inflammatore cytokinen tumor necrose factor-α (TNF-α), interleukine (IL)-1ß en IL-6 staan reeds lang bekend voor het schaden van astrogliale glutamaat-opname, zelfs al worden de mechanismen niet volledig begrepen. De inhiberende werking van TNF-α werd reeds in de jaren 1990 vastgesteld, toen werd aangetoond dat TNF-α astrogliale glutamaat-opname inhibeert. Hu et al. rapporteerden een dosis-afhankelijke inhibitie van glutamaat-opname door astrocyten via een mechanisme waarbij stikstof oxide is betrokken. Een studie door Liao en Chen toonde dat TNF-α door glutamaat gemedieerde oxidatieve stress versterkt, wat resulteert in een daling van glutamaat-transporter aktiviteit. Wang et al. toonden een gereduceerde expressie van GLT-1 en GLAST, en ook een gestoord glutamaat-transport in menselijke primaire astrocyten door TNF-α. Er werd ook gesuggereerd dat nucleaire factor NFκB betrokken is bij deze regulering. Zelfs IL-1ß en IL-6 bleken betrokken bij storingen van de astrogliale glutamaat-opname via oxidatieve stress of NO.

Zelfs deregulering van de bloed-hersen-barrière wordt gezien in een vroeg stadium bij neuro-inflammatie en dit loopt parallel met de release van pro-inflammatoire cytokinen. Mechanismen voor verstoring van de BBB bij neuro-inflammatie worden nog niet helemaal begrepen maar er schijnen directe effekten van cytokinen op endotheliale regulatie van de BBB-componenten bij betrokken te zijn. Blootstelling van het endothelium aan TNF-α verbreekt de BBB door het desorganiseren van cel-cel verbindingen. Tevens werd aangetoond dat TNF-α calcium- (Ca²⁺) signalisering tussen endotheliale cellen van de barrière onderdrukt door het reduceren van gap-junction koppeling en het inhiberen van ATP-afgifte.

Zou glutamaat neurotransmissie dynamisch geregeld

kunnen worden door extracellulair glutamaat?

Zoals eerder vermeld: reeds wanneer de [Glu]_ec ca. 3-5 µM overschrijdt; wordt de efficiëntie van de glutamaat-signalisering beschouwd als zijnde gereduceerd. Er is verlengde aktivatie van post-synaptische en aanliggende gliale receptoren, met een verminderde precisie (gedaalde signaal-ruis verhouding) in de glutamaat-transmissie. Ten gevolge daarvan zal de informatie die het brein binnenkomt minder duidelijk zijn. Daarenboven zou aktivatie van astrogliale netwerken, met inductie van Ca²⁺-oscillaties, binnenin én tussen de gap-junction gekoppelde astrogliale syncytia [syncytium = toestand waarin cytoplasma en nuclei van verschillende cellen, na versmelten van de individuele plasmamembranen tot één gemeenschappelijke, samen voorkomen], en met daaropvolgende astrogliale glutamaat-release het exciteerbaarheid-niveau in naburige neuronale circuits kunnen doen stijgen. Het algemeen resultaat kan zijn dat meer en grotere neuronale circuits zouden worden geaktiveerd na verloop van tijd. Deze conclusie wordt verder ondersteund door studies die aantonen dat inhibitie van GLT-1 neurotransmissie in de hippocampus zou kunnen vergemakkelijken en kunnen leiden tot verhoogde neuronale exciteerbaarheid […].

Verhoogd [Glu]_ec zou ook leiden tot zwelling van astrogliale cellen, resulterend in een daling van het volume van de extracellulaire ruimte, en plaatselijk verder gedaald [Glu]_ec [o.a. Hansson E: Metabotropic glutamate receptor activation induces astroglial swelling. J Biol Chem 1994, 269:21955-21961]. De astrogliale zwelling zou leiden tot relatieve depolarisatie van het astrogliaal cel-membraan, met een verdere daling van de capaciteit van de astrogliale glutamaat-opname en daarenboven een gedaalde capaciteit van de astrocyten om [K⁺]_ec te verwijderen. Zelfs matig verhoogde (tot 8-10 mM) [K⁺]_ec bleken in experimentele systemen glutamaat-release te inhiberen.

Data wijzen op een dynamische fijn-regeling van de glutamaat-transmissie. Eén mechanisme waarbij neuronen prikkel-overdracht regelen, is door het veranderen van het aantal en de samenstelling van glutamaat-receptoren op het post-synaptisch plasma-membraan. Dit werd aangetoond voor de NMDA [N-methyl-D-aspartaat] -receptor in experimentele systemen en zou uiterst belangrijk kunnen zijn voor dynamische processen zoals leren en geheugen. Van groot belang in deze context zijn ook de studies waarbij stimulatie van metabotrope glutamaat-receptoren (mGluR3 en mGluR5) [ionotrope receptoren (iGlu: NMDA, AMPA en kainate receptoren) funktioneren als ion-kanalen; in tegenstelling tot de iGlu receptoren moduleren de mGlu receptoren de neuronale aktiviteit op een wijze die vergelijkbaar is met die van neurotransmitters zoals dopamine en serotonine] de expressie van glutamaat-transporters kritisch en differentieel bleken te moduleren; en zodoende een substraat creëeren voor een ‘fine-tuning’ van de glutamaat neurotransmisse. Zelfs het pro-inflammatoir cytokine IL-1ß zou als een regulator van de glutamaat-transmissie kunnen werken, aangezien werd aangetoond dat dit cytokine glutamaat-afgifte inhibeert en LTP reduceert ten gevolge van de vorming van of reaktieve zuurstof radikalen [ROS].

Verder werd, bij toestanden met gedaalde capaciteit van astrogliale glutamaat-opname, zelfs een verminderde astrogliale glucose-opname en daaropvolgende verminderde toevoer van metabole substraten [‘voedingsstoffen’] aan de neuronen gerapporteerd; en er zou een relatieve energie-insufficiëntie op cellulair niveau in neuronale circuits kunnen zijn. Daarenboven zou glutamaat-afgifte door de pre-synaptische uiteinden kunnen verminderen door factoren zoals een gedaalde glutamine-toevoer aan de neuronen.

Experimentele onderzoeken bij ratten en apen hebben een feedback-lus aangetoond van de linker basale frontale cortex [hersenschors], met een inhiberende invloed, op de locus coeruleus [centrale hoofdkern; betrokken bij de regulatie van emoties, de aktivatie-toestand van de hersenen en het slaap/waak-ritme] in de hersen-stam. Als deze ‘loop’ ook bestaat bij mensen, zou een lichte verhoging van het neuronaal ‘vuren’ [‘overbrengen van signalen’], te wijten aan een lichtjes gestegen [Glu]_ec in de basale frontale cortex, kunnen leiden tot een daling van noradrenaline en serotonine (5-HT) -afgifte in de cerebrale cortex; wat ook de glucogenolyse [omzetting van glycogeen (‘energie-voorraad’) in glucose (‘cellulaire brandstof’)] zou doen dalen en tevens de metabole substraten voor corticale neuronen schaden.

Het zou dus kunnen dat glutamaat neurotransmissie wordt gereguleerd door de astrogliale glutamaat-transporter capaciteit te veranderen en zodoende zouden stijgingen van [Glu]_ec één factor kunnen zijn die glutamaat-transmissie schaadt.

Pro-inflammatoire cytokinen en neuro-inflammatoire & degeneratieve ziekten,

majeure depressie, ‘ziekte-gedrag’ en slaap-deprivatie

Er is uitgebreide literatuur over inflammatoire respons met microgliale aktivatie en de produktie van pro-inflammatoire cytokinen (TNF-α, IL-1ß en IL-6) bij neuro-inflammatire/infektueuze en neurodegeneratieve ziekten zowel als bij beroerte en trauma. De inflammatoire aktivatie begint vroeg bij sommige neurodegeneratieve ziekten zoals Alzheimer’s en Parkinson’s, […] en ook bij neuro-inflammatoire ziekten, meningitis, encefalitis en bij trauma of beroerte.

[…]

Verder zijn pro-inflammatoire cytokinen geaktiveerd bij slaap-ontbering, een toestand waarbij mentale vermoeidheid dikwijls aanzienlijk is.

In toestanden met angst en stress, dikwijls ervaren secundair aan mentale vermoeidheid, werden verhoogde glucocorticoid waarden aangetoond. Interessant is dat werden aangetoond dat langdurige verhogingen aan glucocorticoïden resulteren in de produktie van én TNF-α én IL-1ß.

Zou mentale vermoeidheid het gevolg kunnen zijn

van een dysfunktie in een specifiek hersen-gebied?

Bij de zoektocht naar pathofysiologische correlaten voor vermoeidheid bij MS, toonden Roelcke et al. een gereduceerd glucose-metabolisme in de frontale cortex en basale ganglia [hersenstructuren die betrokken zijn bij de controle van bewegingen] in MS-patiënten met vermoeidheid. Een hypothese door Chaudhuri en Behan [Fatigue and basal ganglia. J Neurol Sci 2000, 179:34-42] focuste op basale ganglia als een deel van de hersenen dat cruciaal is bij mentale vermoeidheid. Bij patiënten met Chronische Vermoeidheid Syndroom, dat echter niet hetzelfde is als mentale vermoeidheid, werd ontdekt dat prefrontale en temporale cortexen, anterieure cingulaat en cerebellum gebieden zijn die mogelijks betrokken zijn bij vermoeidheid [Kuratsune H, Yamaguti K, Lindh G, Evengård B, Hagberg G, Matsumura K, Iwase M, Onoe H, Takahashi M, Machii T, Kanakura Y, Kitani T, Langstrom B, Watanabe Y: Brain regions involved in fatigue-sensation: reduced acetylcarnitine-uptake into the brain. NeuroImage 2002, 17:1256-1265]. Interessant is dat deze studies ook wezen op een mogelijk verband tussen glutamaat-transmissie en vermoeidheid. […]. Tot op heden is er geen bewijs voor betrokkenheid van een specifiek hersen-gebied bij mentale vermoeidheid. In tegendeel: het lijkt er op dat mentale vermoeidheid zou kunnen voortkomen uit stoornissen in verschillende neuronale systemen. We zullen daarom een hypothese voorstellen waarbij de funktionele stoornis bij mentale vermoeidheid op cellulair niveau wordt gekoppeld met de fine-tuning van de glutamaat neurotransmissie.

Mentale vermoeidheid

- een stereotypische reaktie na verstoring van de hersen-funktie

- een hypothese die focust op gestoorde glutamaat neurotransmissie

Het kan zijn dat mentale vermoeidheid een stereotypische reaktie is op verstoring van ‘hogere’ hersen-funkties. Het brein, met zijn miljoenen gespecialiseerde neuronen en ondersteunende glia-cellen, funktioneert als ‘één geheel’ orgaan. Elke verstoring van de hersen-homeostase, waar die ook anatomisch gelokaliseerd is, zou daarom de brein-capaciteit voor informatie-verwerking en, als een gevolg daarvan, informatie-opname verminderen. Eén manier om informatie-opname en -verwerking op cellulair niveau te reduceren, zou kunnen zijn de glutamaat neurotransmissie te schaden door beperking van de gliale ondersteuning en in het bijzonder het doen dalen van de astrogliale capaciteit om [Glu]_ec op te ruimen. Het initiële gevolg zou een lichtjes verhoogde [Glu]_ec zijn, met minder precisie in glutamaat-transmissie. Dit zou de ‘filter’, die normaal informatie selekteert en voorkomt dat het de cerebrale cortex bereikt, desintegreren. We kunnen het geluid van een ventilator als voorbeeld nemen. Dit geluid wordt normaal weggefilterd nadat men het een tijdje heeft gehoord. Als het geluid met minder precisie door gehoor-herkenning-systemen wordt aangepakt, zal het continu als ‘nieuwe’ informatie door hersen-centra worden herkend en worden verwerkt in de cerebrale cortex zolang het geluid op staat. De ‘filter’ die normaal reeds herkende informatie verhindert om hogere hersen-centra te bereiken, werd ‘geopend’. Vanuit een fysiologisch standpunt, lijkt het gepast dat het individu, en niet het brein op synaptisch niveau, zou bepalen welke informatie de cerebrale cortex zou moeten bereiken en er worden verwerkt. De verminderde aandacht, verhoode geluid- en licht-gevoeligheid, en prikkelbaarheid zouden fysiologische manieren kunnen zijn om over-stimulatie van hogere corticale centra te vermijden. In het geval dat individuen zichzelf niet kunnen beschermen tegen te veel sensorische stimulatie, leidt het openen van de filter tot over-stimulatie van de cerebrale cortex. De uiteindelijke opheffing van de glutamaat-transmissie zou een mechanisme kunnen zijn dat aan de basis van mentale uitputting ligt.

Overeekomstig met deze theoretische voorstellen, werd verhoogde [Glu]_ec aangetoond bij MS, meningitis en encefalitis, Alzheimer’s, ischemie en traumatische hersen-letsel. Voorts werd aangetoond in experimentele studies dat zelfs extracellulair K⁺ betrokken is bij de post-traumatische hyper-exciteerbaarheid en een studie heeft voorgesteld dat de grotere extracellulaire K⁺-stijging opgewekt door neuronale aktiviteit een gevolg is eerder dan het primaire mechanisme onderliggend aan post-traumatische hyper-exciteerbaarheid.

De theorie omvat ook de mogelijkheid van een verstoorde noradrenaline/serotonine turn-over in de cerebrale cortex te wijten aan hyper-exciteerbaarheid in de frontale cortex. […]

Testen van de hypothese

Het is momenteel niet mogelijk om het ultiem bewijs te leveren dat de veranderde neuronale-gliale interakties bij glutamaat-transmissie geïnduceerd door pro-inflammatoire cytokinen al dan niet zou kunnen dienen als een model om cellulaire mechanismen onderliggend aan mentale vermoeidheid te verklaren. Beeldvorming-technieken van de hersenen die in staat zijn [Glu]_ec en [K⁺]_ec in de tijd te bepalen en te volgen, zouden belangrijk zijn voor het gebruik bij mensen die lijden onder mentale vermoeidheid. Op dit moment is dit niet mogelijk omwille van technische redenen. In de plaats daarvan, moeten we gebruikmaken van experimentele systemen om gliale cel-biologie en neuron-glia-neuron signalisering en interakties te bestuderen, en zo specifieke delen van de hypothese te testen. Neuro-aktieve substanties aangemaakt door, of veranderde condities gelinkt met, de produktie van pro-inflammatoire cytokinen zouden kunnen worden geëvalueerd met het oog op hun effekten op astrogliale ondersteuning van glutamaat-transmissie en in het bijzonder glutamaat-transport capaciteit. De rol van de intacte astrogliale netwerken bij hogere hersen-funkties (cognitie en gedrag) zou kunnen worden bestudeerd in dier-modellen. Effekten van astrogliale dysfunktie met betrekking tot glutamaat-transport capaciteit is van uitzonderlijk belang. Zelfs klinische studies met verschillende behandel-strategieën zouden belangrijk kunnen zijn om wat licht te werpen op de accuraatheid van de hypothese. Van uiterst belang bij alle dergelijke studies zou zijn batterijen te testen die het mogelijk maken om de graad aan mentale vermoeidheid te objectificeren en zelfs te kwantificeren.

Waarom houden de symptomen aan bij sommige patiënten?

Normaliter verdwijnen mentale vermoeidheid en de daarmee verbonden symptomen als de hersen-dysfunktie voorbij is. Bij sommige patiënten houden de symptomen aan. We hebben hiervoor momenteel geen verklaring maar als onze hypothese correct is, zou er een genetische fout kunnen zijn die de upregelering van astrogliale glutamaat-transporters belemmert. Een andere verklaring waarom de symptomen aanhouden zou kunnen zijn dat nieuwe neuronale netwerken worden gecreëerd door de pathologische stimulatie via brein-plasticiteit [veranderingen in de organisatie van de hersenen].

Aspekten van behandeling

Zorgen voor informatie aangaande mentale vermoeidheid, zijn oorzaak en de prognose, is van uiterst belang om de vicieuze cirkel, die het risico meebrengt voor secundaire angst en depressie, te doorbreken. Verder is het belangrijk voor de patient zich voor te stellen en te leren hoeveel sensorische stimulatie men kan tolereren vooraleer men zich te uitgeput voelt. Wegens resultaten aangaande veranderingen in cel-signalisering en neuronale plasticiteit, kan het belangrijk zijn de symptomen te identificeren en ze zo vroeg mogelijk te behandelen om vorming van nieuwe en funktioneel storende neuronale circuits te wijten aan over-stimulering van of neuronale-gliale eenheden te vermijden. Als onze hypothese correct is, kan het mogelijk zijn de symptomen verder te verbeteren door onderdrukking van de produktie van pro-inflammatoire cytokinen en, daardoor, de normale astrogliale glutamaat-opname te herstellen. In deze context zouden xanthine-afgeleiden [bv. propentofylline (PPF) onderdrukt de vorming van of reaktieve zuurstof intermediairen aangemaakt door macrofagen; inhibeert inflammatoire processen alsook overmatige aktivatie van microglia, produktie van cytokinen en abnormale amyloid precursor proteïnen; interfereert direct met het neurodegeneratieve proces en reduceert de schade aan brein-strukturen in dier-experimenten] nuttig kunnen zijn [Schubert P, Rudolphi K: Interfering with the pathologic activation of microglial cells and astrocytes in dementia. Ahlzheimer Dis Assoc Disord 1998, 12(suppl 2):S21-S28]. Een andere substantie die het overwegen waard is, zou minocycline kunnen zijn; een synthetisch tetracycline-derivaat waarvan werd aangetoond dat het microgliale aktivatie vermindert en, bijgevolg, de aanmaak van pro-inflammatoire cytokinen [Tikka T, Fiebich BL, Goldsteins G, Keinanen R, Koistinaho J: Minocycline, a tertracycline derivative, is neuroprotective against excitotoxicity by inhibiting activation and proliferation of microglia. J Neurosci 2001, 21:2580-2588]. Tijdens de voorbije jaren werden stoffen die glutamaat-opname versterken geïdentificeerd. Nicergoline [Nishida A, Iwata H, Kudo Y, Kobayashi T, Matsuoka Y, Kanai Y, Endou H: Nicergoline enhances glutamate-uptake via glutamate-transporters in rat cortical synaptosomes. Biol Pharm Bull 2004, 27:817-820], verschillende groei-factoren met inbegrip van ‘pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide’ (PACAP) [Figiel M, Maucher T, Rozyczka J, Bayatti N, Engele J: Regulation of glial glutamate-transporter expression by growth-factors. Exp Neurol 2003, 183:124-135], sommige lage-molekulair-gewicht factoren [Su Z-z, Leszczyniecka M, Kang D-c, Sarkar D, Chao W, Volsky DJ, Fisher PB: Insights into glutamate-transport regulation in human astrocytes: Cloning of the promoter for excitatory amino-acid transporter 2 (EAAT2). Proc Natl Acad Sci 2003, 100:1955-1960], zowel als metabotrope glutamaat-agonisten zijn allen in staat glutamaat-transport in experimentele systemen te stimuleren en zouden van belang kunnen zijn bij de farmacotherapie van mentale vermoeidheid. Zelfs AMPA-receptor [alfa-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionaat; een type glutamaat-receptor; antagonisten zouden excitotoxiciteit verminderen] modulators bleken cognitieve versterkers [Lynch G: AMPA-receptor modulators as cognitive enhancers. Curr Opin Pharmacol 2004, 4:4-11].

Commentaar:

“Deze hypothese zou kunnen verklaren hoe en waarom mentale vermoeidheid de perifere vermoeidheid, die wordt gezien bij CVS, vergezeld. We geloven sterk dat astrocyten en microglia een rol spelen bij in mentale vermoeidheid én bij het amplificeren van het vermoeidheid-signaal (lees bv. onze vroegere artikels over astrocyten en microglia). We zijn echter net nog niet in staat geweest om de twee verhalen samen te brengen, maar anderen ondernemen experimenten die hen daar mogelijks toe in staat stellen, door gebruik te maken van beeldvorming-technieken van de hersenen die selektief kijken naar de aktivatie en conditie van astrocyten en microglia.

Klinische proeven met glia-modulatoren zijn aan de gang voor een aantal aandoeningen; jammer genoeg niet voor CVS of fibromyalgie. Ik probeer om klinische onderzoekers geïnteresseerd te krijgen om zo’n trial op poten te zetten. Trials voor patiënten met Multipele Sclerose werden reeds ondernomen en de resultaten lijken veelbelovend. Er werden echter geen  metingen van de pijn of vermoeidheid gedaan, dat zou ons nog meer hebben geholpen.

Beeldvorming van de hersenen bij of CVS- en FM-patiënten is aan de gang maar de resultaten werden nog niet vrijgegeven…”

Prof. Alan Light (Depts. of Anesthesiology and Neurobiology and Anatomy, University of Utah)

Hij wijst ook op het veelbelovend agens, de gliale cel regulator, AV411 (avigen.com)…