NF-κB en Inspanning

In een artikel over NF-kappaB [NF-κB] bij proteïne-afbraak en immobilisatie, ouder worden en inspanning [Ann N Y Acad Sci. 2005 Dec;1057:431-447] besloten Marina Bar-Shai en haar collegas:

>>Inspanning en spier-aktiviteit zijn essentieel voor ons welbehagen. Met de leeftijd nemen de mogelijkheden om te trainen of zich in te spannen af. Bij ouderen zal de spier-massa verminderen en de spier-schade toenemen. Fysieke inspanning kan schadelijk zijn voor iemand op leeftijd. Aangezien spier-schade veroorzaakt door inspanning bij ouderen gedeeltelijk kan geassocieerd zijn met inflammatoire processen, is het logisch aan te nemen dat NF-κB – ten minste gedeeltelijk – verantwoordelijk is voor de schadelijke effekten van fysieke inspanning op hogere leeftijd. In het geval van de upregulering van NF-κB bij inspanning, is het ook mogelijk inhibitoren van het NF-κB mechanisme te gebruiken om de schade veroorzaakt door NF-κB afhankelijke inflammatoire processen te verminderen.<<

Aangezien de door patiënten gemelde verergering van M.E.(cvs)-symptomen en aangetoonde schade [zie o.a. ‘Specifieke correlaties tussen oxidatiev stress in de spieren en CVS’] zou het NF-κB ook wel eens heel belangrijk kunnen zijn. Te meer omdat NF-κB o.a. latente virussen zou kunnen aktiveren/stimuleren [commentaren van Prof. Pall & Dr Cheney]. Omdat inspanning de M.E.(cvs) verergert [zie: ‘Dubbele fietstest’], proberen we in de wetenschappelijke literatuur hieromtrent aanwijzingen te vinden. Om te beginnen hier wat Bar-Shai et al. nog meer zeggen over het effekt van inspanning op NF-κB aktivatie (naast wat bijkomende duiding).

>>Aktivatie van NF-kappaB werd vastgesteld in spieren na acute en intense inspanning, wat impliceert dat inflammatoire processen kunnen plaatsvinden bij inspanning. Dit kan spier-schade en proteïne-afbraak veroorzaken. Het gebruik van inhibitoren van het NF-kappaB mechanisme zou nuttig kunnen zijn bij het verminderen van met NF-kappaB geassocieerde spier-schade.<<

Voor wat meer achtergrond betreffende de mechanismen die NF-κB stuurt, verwijzen we naar: ‘Samenspel tussen de Glucocorticoid Receptor en Nuclear Factor-κB’

Ann N Y Acad Sci. 2005 Dec;1057:431-47

The role of NF-kappaB in protein breakdown in immobilization, aging and exercise: from basic processes to promotion of health

Bar-Shai M, Carmeli E, Reznick AZ

Department of Anatomy and Cell Biology, Rappaport Faculty of Medicine, Technion-Israel Institute of Technology, P.O. Box 9649, Haifa 31096, Israel

Inleiding

Het verouderen van skelet-spieren

Het wegkwijnen van skelet-spieren, courant bij oudere mensen en dieren, wordt dikwijls ‘ouderdom-sarcopenie’ genoemd. Sarcopenie is een term voor het globaal verlies aan spier-massa, -kracht en -kwaliteit (strukturele samenstelling, bezenuwing, samentrekbaarheid, capillarire densiteit, vermoeibaarheid en glucose-metabolisme). Op oudere leeftijd, is er een uitgesproken afname van 20-30% qua spier-massa in vergelijking met die bij jongeren. Sarcopenie resulteert in spier-zwakte, wat leidt tot een verhoogd verkomen van valpartijen, hogere morbiditeit en verlies van funktionele autonomiteit. Er zijn meerdere voorstellen betreffende het onderliggend biochemisch mechanisme voor leeftijd-gerelateerde sarcopenie. Deze omvatten vermindering in mediërende factoren betrokken bij aktivatie van myoblasten [voorlopers van myocyten (spiercellen); bevinden zich aan de rand van spiervezels en kunnen door deling voor herstel zorgen], verminderde proteïnen-synthese in de spieren, een rol voor reaktieve zuurstof soorten [ROS], metabole gevolgen van de wijziging in enzyme-aktiviteiten, stikstof-onevenwicht, verstoord glucose-metabolisme en onevenwicht tussen afbraak en verwijdering van ‘oude’ beschadigde spier-proteïnen. De rol van mitochondrieën in spier-degeneratie en sarcopenie werden ook al voorgesteld. De factoren die leiden tot de veroudering van skelet-spieren zijn complex en talrijk. Ze omvatten biochemische en metabole veranderingen in spier-weefsel, wijzigingen in de grootte en samenstelling van spiervezels, en verlies van spier-massa. Het is echter niet duidelijk of dit fenomeen het resultaat is van de afname in spier-gebruik bij oudere leeftijd of, omgekeerd, een direct resultaat is van het veroudering-proces. De eerder vermelde wijzigingen zijn zelfs meer uitgesproken bij oudere mensen en dieren die gedurende langere perioden niet bewegen. Bij deze individuen ondergaan de skelet-spieren, in het bijzonder die van de onderste ledematen, progressieve atrofie en verlies van massa en funktie. Dit proces wordt ‘disuse muscle atrophy’ [spier-atrofie door ongebruik] genoemd en het kan schadelijke resultaten, zoals zwakte, instabiliteit en frequent vallen, opleveren die dikwijls het leven van ouder mensen belasten.

Proteolytische systemen in spieren

[…]

De betrokkenheid van TNF-α en NF-κB bij proteïne-afbraak in spieren

De connectie tussen inflammatoire processen, NF-κB aktivatie en proteïne-afbraak werd eerder al beschreven. In 1997, toonden Sen et al. [Sen CK, Khanna S, Reznick AZ et al. 1997. Glutathione-regulation of tumor necrosis factor-alpha induced NF-kappa B activation in skeletal muscle derived L6 cells. Biochem. Biophys. Res. Commun. 237: 645-649] dat […] TNF-α NF-κB kan aktiveren en dat deze aktivatie redox-gereguleerd is. In daaropvolgende studies, toonden Li et al. [Li YP, Schwartz RJ, Waddell ID et al. 1998. Skeletal muscle myocytes undergo protein-loss and reactive oxygen mediated NF-kappaB activation in response to tumor necrosis factor alpha. FASEB J. 12: 871-880] aan dat […], TNF-α proteïne-verlies induceerde, die gemedieerd werd door oxidatieve stress en NF-κB aktivatie. In andere studies werd getoond dat de blootstelling aan waterstof-peroxide of TNF-α leidde tot NF-κB afhankelijke proteïne-ubiquitinatie [Merken van eiwitten met ubiquitine-molekulen zodat ze afgebroken worden. Ubiquitine is in staat om te binden aan andere ubiquitine-molekulen waardoor er een poly-ubiquitine keten ontstaat.] en de expressie en aktiviteit van ubiquitine-ligasen van E3 familie [Ubiquitine wordt aan een eiwit gekoppeld via drie enzymatische stappen. Eerst wordt ubiquitine via E1 (aktivatie-enzyme) geaktiveerd, vervolgens wordt het doorgegeven aan E2 (conjugerend enzyme) en ten slotte wordt ubiquitine gekoppeld aan een target-eiwit via E3 (proteïne-ligase).].

[…]

NF-κB signalisering-mechanismen en spier-afbraak

Alle leden van de NF-κB familie members komen tot expressie in skelet-spieren. Het NF-κB transcriptie-factor complex is betrokken gebleken bij spier-atrofie toegeschreven aan het niet gebruiken én cachexie [algemene zwakte-toestand], maar de specifieke betrokken familie-leden bij de twee types van atrofie zijn duidelijk. Dit is belangrijk, omdat het er op wijst dat er verschillen zijn in de molekulaire signalisering voor deze twee types atrofie en, daardom, dat er mogelijks meer specifieke molekulen zijn die als doelwit kunnen dienen bij de ontwikkeling van therapieën.

Bij cachexie zijn de belangrijke upstream doelswitten circulerende cytokinen, vooral TNF-α, die de fosforylatie van het NF-κB inhibitor-proteïne I-κB α induceert, door het aktiveren van het specifiek kinase IKK. Na fosforylatie krijgt I-κB α meerder ubiquitine-molekulen en afgebroken door het proteasoom [cytoplasmatische of nucleaire eiwit-complexen die afwijkende - overbodige of beschadigde - proteïnen afbreken via proteasen], zodat NF-κB nucleaire translokatie [verplaatsing naar de cel-kern] en transcriptionele aktiviteit [‘overschrijven’ van DNA naar RNA] mogelijk wordt. De meest overvloedige vorm van NF-κB, het p65/p50 heterodimeer, wordt geaktiveerd via het bovenstaande mechanisme, wat wordt beschouwd als de klassieke of kanonieke aktivering-wijze. [Janssen-Heininger YM, Poynter ME & Baeuerle PA. 2000. Recent advances towards understanding redox-mechanisms in the activation of nuclear factor kappaB. Free Radic. Biol. Med. 28: 1317-1327]

Bij het niet gebruiken van spieren, werd een alternatief mechansime voor NF-κB aktivering opgehelderd. Er werd aangetoond dat het niet gebruiken van de spieren leidt tot verhoogde transcriptie-aktiviteit van NF-κB. […] Het prototypisch NF-κB familie-lid p65 vertoonde geen gestegen nucleaire waarden, p50 en Bcl-3 (een nucleair I-κB familie-lid) was uitgesproken verhoogd. […]

[…]

Bespreking

[…]

Het effekt van inspanning op NF-κB aktivatie

Er zijn tegenstrijdige rapporten geweest over het effekt van inspanning op NF-κB aktivatie in spier-cellen en andere weefsels. Als inderdaad bepaalde manieren van training spier-schade zouden veroorzaken, zou men verwachten dat NF-κB mogelijks participeert in de processen van spier-beschadiging zoals blijkt uit proteïne-afbraak door schadelijke inspanning-regimes. Veronderstellend dat bij de meeste inspanningen proteïne-synthese in de spieren wordt gestimuleerd, is het plausibel downregulering van NF-κB aktivatie te verwachten onder deze omstandigheden.

Een aantal rapporten wijst er op dat intense fysieke inspanning leidt tot de toename van de aktivatie van het NF-κB signalisering-mechanisme. Ji et al. [Ji LL, Gomez-Cabrera MC, Steinhafel N & Vina J. 2004. Acute exercise activates nuclear factor (NF)-kappaB signalling-pathway in rat skeletal muscle. FASEB J. 18: 1499-1506] hebben gevonden dat bij ratten die zich inspanden tot uitputting, er hoge waarden van NF-κB aktivatie in de spieren waren, vergeleken met ratten die geen inspanning leverden. De inhoud van IKK en I-κB α in het cytosol [intra-cellulaire vloeistof met daarin de cel-organellen] van de spier-cellen was daarom ook gedaald. Behandeling met anti-oxidanten, zoals pyrrolidine-dithiocarbamaat (PDTC), deed de aktivatie van de NF-κB signalisering-cascade bijna volledig teniet. Zo rapporteerde Ho et al. ook dat NF-κB aktiviteit steeg met 50% in de kuit-spieren van ratten 1-3 uur na 60 minuten op een loopband. [Ho RC, Hirshman MF, Li Y et al. 2005. Regulation of I{kappa} B kinase and NF-{kappa}B in contracting adult rat skeletal muscle. Am. J. Physiol. Cell. Physiol. 289(4): C794-801] Inhibitie van p38 en ERK MAP-kinasen [zie ook: ‘Glia, glutamaat-transport en chronische pijn’] resulteerde in 76% inhibitie van de IKK-fosforylatie. Dit suggereerde dat deze kinasen de aktivatie van IKK en NF-κB tijdens inspanning kunnen beïnvloeden.

Sen heeft een mechanisme gesuggereerd voor de mogelijke manier voor NF-κB aktivatie bij inspanning. [Sen CK. 1999. Glutathione-homeostasis in response to exercise-training and nutritional supplements. Mol. Cell. Biochem. 196: 31-42] In zijn artikel beschijft hij hoe intense acute inspanning de oxidatie van glutathion in spier-cellen kan veroorzaken, wat resulteert in verhoogde oxidatieve stress en NF-κB aktivatie. Regelmatige inspanning kan echter glutathion-waarden verhogen in spier-weefsel, wat resulteert in een downregulering van de NF-κB aktiviteit. Inderdaad: andere studies bij mensen hebben gesuggereerd dat acute vermoeiende inspanning de NF-κB aktiviteit in spieren lijkt te doen dalen. [Durhan WJ, Li YP, Gerken E et al. 2004. Fatiguing exercise reduces DNA-binding activity of NF-kappaB in skeletal muscle nuclei. J. Appl. Physiol. 97: 1740-1745]

Ander werk op het effekt van ouderdom en inspanning toonde dat er, met de leeftijd, een stijging qua NF-κB inhoud was in rat-levers. Dit werd significant verminderd door regelmatige inspanning. [Radak Z, Chung HY, Naito H et al. 2004. Age-associated increase in oxidative stress and nuclear factor kappaB activation are attenuated in rat-liver by regular exercise. FASEB J. 18: 749-750] Daarom kan regelmatige inspanning mogelijks de inflammatoire respons die wordt gezien op oudere leeftijd doen dalen.

[…]

Dit alles komt ook aan bod in een overzicht door dezelfde groep (‘Exercise and immobilization in aging animals: the involvement of oxidative stress and NF-kappaB activation’; Free Radic Biol Med. 2008 Jan 15;44(2):202-14):

>> Intense fysieke inspanning door jonge mensen gaat gepaard met verhoogde parameters voor oxidatieve stress in spieren en andere organen. Veeleisende inspanning door dieren leidde tot verhoogde proteïne-oxidatie (gemeten via proteïne-carbonyl accumulatie in de spieren, die kon worden verminderd door toediening van vitamine-E. Nucleaire factor kappaB (NF-kappaB) is een redox-gevoelige transcriptie-factor die responsief is voor ROS en reaktieve stikstof soorten (RNS) redox-cascades.<<

Er wordt hier ook melding gemaakt van het feit dat oxidatieve stress afkomstig van mitochondrieën de aktiviteit van NF-κB reguleert. [Wordt vervolgd]

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

Het bestuderen van het verband tussen NF-κB en inspanning gaat natuurlijk verder. Hoewel niet specifiek gericht op M.E.(cvs)-patiënten, vindt er men in de wetenschappelijke literatuur wel aanwijzingen die van belang zouden kunnen zijn… Eventeel tegenstrijdige uitkomsten kunnen te wijten zijn aan het inspanning-protocol, het onderzocht cellulair materiaal of de methodologie. In elk geval zouden onderzoeken specifiek bij M.E.(cvs) voor ons interessant zijn… Een bloemlezing:

Free Radic Res. 2005 Apr;39(4):431-9

Changes in oxidative stress markers and NF-kappaB activation induced by sprint-exercise

Cuevas MJ, Almar M, García-Glez JC, García-López D, De Paz JA, Alvear-Ordenes I, González-Gallego J

Department of Physiology, University of León, University Campus, León 24071, Spain

Deze studie was gericht op het onderzoek van veranderingen in bloed-merkers voor oxidatieve schade geïnduceerd door korte-termijn supra-maximale anaërobe inspanning en op het bepalen of oxidatieve stress geassocieerd was met aktivatie van de redox-gevoelige transcriptie-factor nuclear factor-kappaB (NF-kappaB). [Het betreft hier wel inspanningen die M.E.(cvs)-patiënten zelden zullen leveren: sprinten door professionele renners.] De waarden van 8-OH-2-deoxyguanosine [8-OH-2DG; maat voor oxidatieve schade aan DNA] in leukocyten waren significant verhoogd 24 h na inspanning. Een significante daling van de concentratie gereduceerd glutathion (GSH) in het bloed werd geobserveerd direct, 15, 60 en 120 min na inspanning, gevolgd door een terugkeer naar basale waarden na 24 h. Deze daling ging parallel met een significante stijging van de verhouding geoxideerd/gereduceerd glutathion (GSSG/GSH), met een aktivatie van NF-kappaB en met een significante daling in het proteïne-gehalte van zijn inhibitor IkappaB. […] We besluiten dat de hier geleverde inspanningen oxidatieve stress induceren, zoals wordt bewezen door schade aan macro-molekulen en verandeingen in de glutathion-status. Onze gegeven wijzen er op dat anaërobe inspanning van hoge intensiteit aanleiding geeft tot een aktivatie van de transcriptie- factor NF-kappaB tesamen met een afbraak van IkappaB.

Mech Ageing Dev. 2008 Jun;129(6):313-21. Epub 2008 Feb 23

Eccentric training impairs NF-kappaB activation and over-expression of inflammation-related genes induced by acute eccentric exercise in the elderly

Jiménez-Jiménez R, Cuevas MJ, Almar M, Lima E, García-López D, De Paz JA, González-Gallego J

Institute of Biomedicine, University of León, León, Spain

Deze studie richtte zich op het onderzoeken van wijzigingen qua in NF-kappaB aktivatie en in de expressie van de  met inflammatie gerelateerde genen iNOS (induceerbaar stikstof-oxide-synthase), COX-2 (cyclo-oxygenase-2) en IL-6 (interleukine-6) geïnduceerd in perifeer bloed mononucleaire cellen (PBMCs) bij ouderen mensen bij acute excentrische inspanning [type spiersamentrekking waarin de weerstand groter is dan de kracht die door de spier wordt geleverd] en bij sub-maximale excentrische training. Elf individuen, met een leeftijd tussen 66-75 jaar, leverden 2 periodes van excentrische inspanning gescheiden door 8 weken training. Na de eerste inspanning stegen NF-kappaB aktivatie en proteïne-gehalte van de p50/p65 subunits, stegen fosfo-IkappaBalfa en fosfo-IKKalfa, terwijl het IkappaBalfa proteïne-gehalte significant was gereduceerd. Dit ging vergezeld van een significante stijgingin iNOS, COX-2 en IL-6 mRNA proteïne-gehalte en proteïne-hoeveelheid. Veranderingen waren significant afgenomen na de tweede inspanning. Belsuit: acute excentrische inspanning doet NF-kappaB aktivatie en de expressie van meerdere inflammatie-gerelateerde genen stijgen in PBMCs van oudere individuen. Regelmatige excentrische training zou een effektieve methode kunnen zijn ter preventie van ongewenste inflammatoire responsen geïnduceerd door excentrische inspanning. [Met nadruk op ‘zou’, zeker bij M.E.(cvs)-patiënten waarvan de symptomen aanwakkeren bij inspanning…]

Cell Biochem Funct. 2007 Jan-Feb;25(1):63-73

Acute exercise stimulates macrophage function: possible role of NF-kappaB pathways

Silveira EM, Rodrigues MF, Krause MS, Vianna DR, Almeida BS, Rossato JS, Oliveira LP Jr, Curi R, de Bittencourt PI Jr

Department of Physiology, Institute of Basic Health Sciences, Federal University of Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Rio Grande do Sul, Brazil

Matige fysieke inspanning uitgevoerd op een regelmatige basis heft een aantal voordelen voor gans het organisme, in het bijzonder wat betreft de werking van het immuunsysteem, zoals het verhogen van de weerstand tegen infekties en kanker. Hoewel glutamine-aanmaak door aktieve spier-cellen zowel als neuro-endocriene veranderingen gemedieerd door de chronische aanpassing aan inspanning een rol kunnen spelen, blijft het gehele mechanisme, waardoor inspanning het immuunsysteem bewust maakt van uitdagingen, grotendeels onbekend uncovered. Dit is in het bijzonder waar voor de effekten van een acute inspanning-sessie op de werking van het immuunsysteem. In dit werk werden circulerende monocyten/macrofagen van sedentaire ratten, onderworpen aan een acute (1 h) zwem-sessie, getest op het vermogen om zymosan-deeltjes te fagocyteren [zymosan induceert experimentele steriele inflammatie], op forbol-myristaat-acetaat [PMA; een krachtig promotor van de cel-deling, door aktivatie van het signaal-transductie enzyme proteïne-kinase-C] geïnduceerde produktie van waterstof-peroxide, stikstof-oxide (NO) release (bepaald via nitraat- en nitriet-produktie) en de expressie van NO-synthases (NOS-1, NOS-2 en NOS-3). De resultaten toonden dat een inspanning een 2,4-voudige stijging in macrofaag fagocyterende capaciteit induceerde (p = 0.0041), een 9,6-voudige verhoging in PMA-geïnduceerde waterstof-peroxide afgifte in het incubatie-medium (p = 0.0022) en een 95,5% verhoging van de basale nitriet-produktie (p = 0.0220), die geassocieerd was met een duidelijke expressie van NOS-2 (de induceerbare NOS isoform; p = 0.0319), maae niet van andere NOS gen-produkten. Hoewel NOS-2 expressie afhnakelijk is van nucleaire factor kappaB (NF-kappaB), werd geen systemische oxidatieve stress gevonden (op basis van de gegevens betreffende plasma-TBARS en de glutathion-disulfide (GSSG) – glutathion (GSH) ratio in erythrocyten die constant bleven na acute inspanning). Er leek ook geen stress-situatie te zijn voor monocyten/macrofagen, aangezien de expressie van de het 70-kDa heat-shock proteïne [Hsp70; zie ook: ‘CVS * Oxidatieve Stress en Hsp bij inspanning’ waar wél wijzigingen werden opgemerkt, en ‘Heat-shock’ proteïnen en inspanning bij CVS’] onveranderd bleef. We besluiten dat NF-kappaB afhankelijke inductie van NOS-2 en macrofaag-aktivatie verband moet houden met (een) plaatselijke factor(en) geproduceerd in de omgeving van de monocytns/macrofagen.

Appl Physiol Nutr Metab. 2009 Aug;34(4):745-53

Effects of eccentric treadmill exercise on inflammatory gene expression in human skeletal muscle

Buford TW, Cooke MB, Shelmadine BD, Hudson GM, Redd L, Willoughby DS

Exercise and Biochemical Nutrition Laboratory, Baylor University, Waco, TX 76798, USA

Deze studie onderzocht de expressie van meerdere genen gerelateerd met het inflammatoir proces in skelet-spieren voor en na een periode van bergafwaarts lopen. Negenentwintig mannen tussen 18 en 35 jaar voerden een 45 min bergafwaarts (-17.5%) loopban-protocol aan 60% van de maximale zuurstof-consumptie uit. Stalen veneus bloed spier-biopten van de vastus lateralis werden verkregen vóór, en 3h en 24-h na inspanning , samen met schattingen van de ervaren spier-pijn. Serum creatine-kinase [CK; enzyme dat een rol speelt bij de energie-voorziening van de spier; komt vrj in het bloed bij spier-beschadiging/-afbraak] werd bepaald, alsook gen-expressie van interleukine (IL)-6, IL-8, IL-12 (p35), tumor necrose factor-alfa (TNF-alfa), IL-1beta, cyclo-oxygenase 2 (COX2) en nucleaire factor kappa B (NFkB) (p105/p50) in skelet-spieren. […] Er werd significante (p < 0.05) upregulering van IL-6, IL-8 en COX2 mRNA-expressie geobserveerd vergeleken met basale waarden, terwijl geen significante veranderingen voor IL-12, IL-1beta, TNF-alfa of NF-kB werden gezien. Er werden significante stijgingen van IL-6 mRNA geobserveerd na 3 h (p < 0.001) en na 24 h (p = 0.043), terwijl significante verhogingen van IL-8 (p = 0.001) en COX2 (p = 0.046) mRNA werden gevonden 3h na inspanning. Daarenboven was de spier-gevoeligheid significant gecorreleerd met IL-8 na 24 h (p = 0.048), terwijl CK significant was gerelateerd met NF-kB bij aanvang (p = 0.012). Deze gegevens wijzen er op dat stijgingen in de mRNA-expressie van IL-6, IL-8 en COX2 voorkomen in de vastus lateralis ten gevolge een beschadigende excentrische inspanning bij jonge, recreationeel getrainde mannen. Verder lijkt het dat IL-8 transcriptie een zekere rol kan spleen bij het inhiberen van spier-gevoeligheid na inspanning, mogelijks via regulering van angiogenese [vorming van nieuwe bloedvaten].

Ann N Y Acad Sci. 2009 Aug;1171:464-71

Effects of exercise on cyclooxygenase-2 expression and nuclear factor-kappaB DNA binding in human peripheral blood mononuclear cells

Kim SY, Jun TW, Lee YS, Na HK, Surh YJ, Song W

Health and Exercise Science Laboratory, Institute of Sports Science, Seoul National University, Seoul, Korea

Er is veelvuldig dwingend bewijs dat de heilzame effekten van inspanning op de preventie en/of verbetering van bepaalde chronische ziekten ondersteunt. Uitputtende of intense inspanning veroorzaakt echter generatie van zuurstof vrije radicalen en oxidatieve stress, die kan leiden tot letsels en chronische vermoeidheid, alsook inflammatie. Abnormale upregulering van cyclo-oxygenase-2 (COX-2), een beperkend/bepalend enzyme bij prostaglandine-biosynthese, bleek betrokken bij vele met inflammatie geassocieerde chronische aandoeningen. Nucleaire factor-kappaB (NF-kappaB) is eenbelangrijke transcriptie-factor betrokken bij de regulering van COX-2 gen-expressie. Om te bepalen of inflammatie-inductie afhankelijk is van de inspanning-intensiteit, werden COX-2 expressie en NF-kappaB aktivatie als hoofd-doelwitten gekozen. Dertien vrijwilligers die deelnamen aan het inspanning-programma werden onderworpen aan vier inspanning-intensiteiten [40, 60, 80 en 100% hartslag-reserve [HRR; verschil tussen maximale hartslag en rustpols] op een loopband en rust-condities. Geïsoleerde menselijke perifeer bloed mononucleaire cellen (PBMCs) werden verzameld tijdens de rust en onmiddellijk na inspanning, en onderworpen aan de ‘elektroforetische mobiliteit verschuiving’ test  [Een ‘electrophoretic mobility shift assay’ (EMSA, ook ‘gel shift assay’, ‘gel mobility shift assay’), is een courante techniek uit de molekulaire biologie gebruikt om interakties (affiniteit) tussen proteïne en DNA of tussen proteïne en RNA te bestuderen. Deze procedure kan bepalen of een eiwit of mengsel van eiwitten in staat is te binden op een bepaalde DNA- of RNA-sequentie. Bij een dergelijke test verandert de elektroforetische mobiliteit in een polacrylamide-gel van een radioaktief gemerkt eiwit als er een ander eiwit aan bindt. De verschuiving is dan waarneembaar ten opzichte van stalen waar geen binding optreedt.]en Western blot analyse. Naargelang de inspanning-intensiteit steeg, waren COX-2 expressie én NF-kappaB DNA-binding aktiviteit verhoogd. De expressie van IkappaB kinase alfa (IKKalfa) en IkappaBalfa waren niet significant gewijzigd. Uitputtende/energieke inspanning (100% HRR) kon echter de fosforylatie van IKKalfa én IkappaBalfa induceren. Besluit: een enkelvoudige inspanning induceerde COX-2 expressie en DNA-binding aktiviteit van NF-kappaB in menselijke PBMCs, en zowel COX-2 expressie en DNA-binding aktiviteit van NF-kappaB waren afhankelijk van de inspanning-intensiteit.

Matige Inspanning verhoogt Expressie van Sensorische, Adrenerge en Immuun Genen bij CVS

De studie hier wordt uitgebreid weergegeven voor degenen die er zich willen in verdiepen. Het betreft een uitbreiding van eerder aangehaald werk door Alan & Kathy Light. Leken worden verwezen naar de samenvatting en besluiten.

Korte omschrijving van dit onderzoek…

* Hypothesen:

25 minuten matige inspanning zou de gen-expressie verhogen van:

- Acid-sensing ion-channel [zuur-gevoelig ion-kanaal] (waarschijnlijk ASIC3)

- Purinerge type 2X receptoren (waarschijnlijk P2X4 en P2X5), en

- ‘Transient receptor potential vanilloid’ type 1 (TRPV1).

Dit werd getest 8, 24 en 48 uren na inspanning bij CVS-patiënten vs normale individuen.

* Resultaten:

— RT-PCR toonde dat 19 CVS-patiënten lagere expressie van beta-2 adrenerge receptoren hadden maar anders niet verschilden van 16 controle-individuen vóór inspanning.

— Na een volgehouden matige inspanning-test vertoonden CVS-patiënten grotere stijgingen qua gen-expressie voor:

- Metaboliet-detekterende receptoren ASIC3, P2X4 en P2X5

- Sympatisch zenuwstelsel (SZS) receptoren alfa-2A, beta-1, beta-2 en

- COMT en immuunsysteem (IS) genen IL10 en TLR4 van 0,5 tot 48 uur na inspanning.

— Deze verhogingen werden ook vastgesteld bij de CVS-subgroep met co-morbide fibromyalgie (FMS).

— Ze waren sterk gecorreleerd met fysieke vermoeidheid, mentale vermoeidheid en pijn.

— Deze nieuwe bevindingen suggereren ontregeling van metaboliet-detekterende receptoren zowel van het SZS en IS bij CVS en CVS-FMS.

Zie ‘Spier-metaboreceptoren’ voor meer achtergrond over ASIC3, P2X & TRPV1.

Adrenerge receptoren binden specifiek met en worden geaktiveerd door de catecholaminen adrenaline en noradrenaline; ze komen tussen bij het overbrengen van impulsen van zenuw naar eindorgaan. Er zijn vijf types, α-1 en α-2, en β-1, β-2 en β-3. Noradrenaline heeft een grotere affiniteit voor α; voor adrenaline hangt de gevoeligheid af van het subtype. Bloedvaten van skeletspieren bevatten zowel α als β.

COMT = catechol-O-methyltransferase; enzyme dat catecholaminen inaktiveert (ook dopamine is een catecholamine).

TLR4 = Toll-Like receptor die een rol speelt bij de herkenning van bakterieel lipopolysaccharide en het aangeboren immuunsysteem aktiveert.

IL10 = interleukine-10; een anti-inflammatoir cytokine; heeft effekten bij immuun-regulering en inflammatie.

J Pain. 2009 Jul 30. [Epub ahead of print]

Moderate Exercise Increases Expression for Sensory, Adrenergic and Immune Genes in Chronic Fatigue Syndrome Patients But Not in Normal Subjects

Alan R. Light^*†, Andrea T. White^‡, Ronald W. Hughen^* and Kathleen C. Light^*

^†Department of Neurobiology and Anatomy, University of Utah Salt Lake City, Utah, University of Utah Salt Lake City, Utah

^‡Department of Exercise and Sport Science, University of Utah Salt Lake City, Utah

^*Department of Anaesthesiology, University of Utah Salt Lake City, Utah, University of Utah Salt Lake City, Utah

Samenvatting

Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) wordt gekenmerkt door invaliderende vermoeidheid, dikwijls vergezeld van wijd-verspreide spier-pijn die voldoet aan de criteria voor fibromyalgie-syndroom (FMS). Symptomen verergeren uitgeproken na inspanning. Eerdere studies toonden betrokkenheid van een ontregeling van het sympatisch zenuwstelsel (SZS) en het immuunsysteem (IS) bij CVS en FMS. Recent toonden we dat ‘acid sensing ion-channel’ (waarschijnlijk ASIC3), ‘purinergic type 2X’ receptoren (waarschijnlijk P2X4 en P2X5) en de ‘transient receptor potential vanilloid type 1’ (TRPV1) molekulaire receptoren zijn in sensorische neuronen van muizen die metabolieten detekteren die acute spier-pijn en mogelijks spier-moeheid veroorzaken. Deze molekulaire receptoren worden gevonden op menselijke leukocyten, samen met SZS en IS genen. Real-time kwantitatieve PCR [techniek uit de molekulaire genetica] toonde dat 19 CVS-patiënten een lagere expressie van beta-2 adrenerge receptoren hadden maar dat ze anderzijds niet verschilden van 16 controle-individuen vóór inspanning. Na een volgehouden milde inspanning-test, vertoonden CVS- patiënten grotere stijgingen dan controle-individuen qua gen-expressie van metaboliet-detekterende receptoren ASIC3, P2X4 en P2X5, van SZS receptoren alfa-2A, beta-1, beta-2 en COMT, en van IS-genen IL10 en TLR4; en dit van 0,5 tot 48 uur (P < .05) na inspanning. Deze stijgingen werden ook gezien in de CVS-subgroep met co-morbide FMS en waren sterk gecorreleerd met symptomen van fysieke vermoeidheid, mentale vermoeidheid en pijn. Deze nieuwe bevindingen suggereren ontregeling van metaboliet-detekterende, zowel als SZS- en IS-receptoren bij CVS en CVS/FMS.

[…] Eén van de meest voorkomende aandoeningen die co-morbide zijn met CVS is fibromyalgie […], tot 70% van de patiënten met CVS hebben ook FMS (gehad). Alle symptomen van CVS en FMS zijn subjectief, wat het stellen van een diagnose en de behandeling moeilijk maakt. Er is een duidelijke nood aan objectieve biomerkers voor deze syndromen.

Zoals bij andere ziekten met een onbekende etiologie is de strategie om aanwijzingen te vinden voor de oorzaken, het gebruik van gen-expressie micro-arrays om te genen met over- of onder-expressie aan te wijzen bij CVS-patiënten. Er zijn enkele pogingen ondernomen om zo biomerkers te vinden bij kleine CVS-populaties maar de resultaten tot op heden waren dubbelzinnig. [Aspler AL, Bolshin C, Vernon SD, Broderick G: Evidence of inflammatory immune-signaling in Chronic Fatigue Syndrome: A pilot-study of gene-expression in peripheral blood. Behav Brain Funct (2008) 4:44; Fang H, Xie Q, Boneva R, Fostel J, Perkins R, TongW: Gene-expression profile exploration of a large dataset on Chronic Fatigue Syndrome. Pharmacogenomics (2006) 7:429-440; Kerr JR, Petty R, Burke B, Gough J, Fear D, Sinclair LI, Mattey DL, Richards SC, Montgomery J, Baldwin DA, Kellam P, Harrison TJ, Griffin GE, Main J, Enlander D, Nutt DJ, Holgate ST: Gene-expression subtypes in patients with on Chronic Fatigue Syndrome / Myalgic Encephalomyelitis. J Infect Dis (2008) 197:1171-1184; Saiki T, Kawai T, Morita K, Ohta M, Saito T, Rokutan K, Ban N: Identification of marker-genes for differential diagnosis of on Chronic Fatigue Syndrome. Mol Med (2008) 14:599-607; Whistler T, Unger ER, Nisenbaum R, Vernon SD: Integration of gene-expression, clinical and epidemiologic data to characterize Chronic Fatigue Syndrome. J Transl Med (2003) 1:10] Eén verklaring voor het verschil zou kunnen zijn dat er meerdere types CVS bestaan, waarbij elk type een verschillende gen-expressie profiel heeft. Zo veel als 7 subtypes van CVS werden voorgesteld op basis van gen-expressie. [Kerr et al.] Andere onderzoekers hebben een meer gerichte benadering gebruikt door gebruik te maken van kwantitative mRNA metingen van genen gerelateerd aan immuun-funktie; evenzeer met weinig overéénkomst tussen de onderzochte genen. [Natelson BH, Zhou X, Ottenweller JE, Bergen MT, Sisto SA, Drastal S, Tapp WN, Gause WL: Effect of acute exhausting exercise on cytokine gene-expression in men. Int J Sports Med (1996) 17:299-302; Sorensen B, Jones JF, Vernon SD, Rajeevan MS: Transcriptional control of complement-activation in an exercise-model of Chronic Fatigue Syndrome. Mol Med (2009) 15:34-429]

Wij hebben een verschillende strategie gevolgd bij onze pogingen om gen-expressie te gebruiken om bruikbare biomerkers voor CVS en factoren bij de initiatie en het in stand houden van dit syndroom te bepalen. We focusten op genen die zouden kunnen bijdragen tot het primair symptoom van CVS – vermoeidheid – en op 2 van de meest gebruikelijke bijkomende symptomen, spier-pijn en langdurige post-exertionele verslechtering van symptomen.

Vermoeidheid heeft veel definities: van verlies van vrijwillige spier-samentrekking tot de perceptie van ‘moe voelen’. De symptomen beschreven bij CVS en gemeten met vermoeidheid-vragenlijsten benadert echter beter het laatste fenomeen. Deze ‘vermoeidheid’ is afkomstig van de spieren en van een unieke cognitieve toestand in de hersenen. Dit gevoel van vermoeidheid van spieren (dat voorkomt met of zonder spier-pijn) wordt veroorzaakt door metabolieten die worden geproduceerd tijdens spier-samentrekking en wordt versterkt na uitputtende inspanning bij normale individuen. Matige inspanning veroorzaakt echter weinig langdurige vermoeidheid na inspanning en gewoonlijk geen spier-pijn bij normale individuen, terwijl deze symptomen dikwijls verergerd zijn zelfs na matige inspanning bij CVS-patiënten.

Om meer te weten te komen over sensorische spier-moeheid en -pijn, voerden we muis-experimenten uit om te bepalen welke types sensorische neuronen die metabolieten geproduceerd bij spier-contractie coderen. We vonden ten minste 2 klassen sensorische neuronen. Deze 2 klassen vertegenwoordigen waarschijnlijk (1) sensorische neuronen die in staat zijn signalen die worden geïnterpreteerd als fysieke vermoeidheid te versturen en (2) sensorische neuronen die in staat zijn signalen die geïnterpreteerd worden als spier-pijn. Onze analyse suggereerde, gebruikmakend van antagonisten [stof die een biologische receptor blokkeert of geneesmiddel dat de werking of een specifieke bijwerking van een geneesmiddel afremt] en agonisten [stof die een biologische receptor aktiveert en zo een reaktie of aktiviteit in gang zet], dat ten minste 4 molekulaire receptoren synergistisch werken om de metabolieten geproduceerd bij spier-contractie te detekteren. Deze omvatten een zuur-voelend ion-kanaal – ook ‘amiloride-sensitive ion-channel’ of ASIC genaamd (waarschijnlijk ASIC3), 2 purinergische receptoren van het X-type (P2X5 en/of P2X4) die worden geaktiveerd door ATP en ‘transient receptor potential vanilloid’ type 1 (TRPV1) die wordt geaktiveerd door warmte, zuur of endocannabinoïden [Endogene cannabis-achtige substanties, groep neuro-modulerende stoffen die samen met hun receptoren betrokken zijn bij eetlust, pijn-gevoel, stemming en geheugen. De cannabinoid CB1 receptor komt veel voor in hersen-gebieden betrokken bij beweging-controle, cognitie, emotionele responsen, gemotiveerd gedrag en homeostase. Buten de hersenen is het endocannabinoid systeem één van de cruciale modulatoren van het autonoom zenuwstelsel, het immuun-systeem en de micro-circulatie.]. Het verschil qua codering tussen de ‘vermoeidheid’- vs de ‘nociceptieve’ [pijn-waarnemende] mechanismen leek te zijn verbonden met de P2X5 vs P2X4 receptoren, terwijl P2X5 de verhoogde sensitiviteit overbracht nodig om lage concentraties aan metabolieten geassocieerd met ‘vermoeidheid’ te detekteren. Het delen van de meeste (maar niet alle) molekulaire receptoren door ‘vermoeidheid’- en ‘nociceptieve’ spier-afferenten [afferente neuronen brengen prikkels van de spieren/organen naar het centraal zenuwstelsel] voorspelt ten minste enige overlapping tussen vermoeidheid-symptomen bij CVS en spier-pijn symptomen. Ander onderzoekers hebben gevonden dat ASIC3 sterk verhoogd wordt door spier- en gewricht-ontsteking, die hyperalgesie  [verhoogde gevoeligheid voor pijn] omvat. Dus suggereren we dat de primaire symptomen van CVS, vermoeidheid en spier-pijn, resulteren uit versterkte aktivatie van ‘vermoeidheid’- en ‘nociceptieve’ afferenten van spieren. Hieruit volgt dat verhoogde expressie van de molekulaire receptoren coderend voor metabolieten een merker zouden kunnen zijn voor verhoogde vermoeidheid en/of spier-pijn.

Het sympatisch zenuwstelsel (SZS), omwille van zijn belangrijke rol bij het reguleren van regionale doorbloeding in respons op de opstapeling van metabolieten in werkende spieren; en het immuunsysteem (IS), omwille van zijn vermogen om de gevoeligheid van perifere én centrale sensorische mechanismen te veranderen, zou ook kunnen bijdragen tot de symptomen van CVS en FMS. De hypothalamus-hypofyse-bijnier (HPA) as bleek ook betrokken bij de inductie en instandhouding van CVS. Dit zijn dezelfde systemen waarbij ontregelde genen werden gevonden gebruikmakend van micro-array analyse bij CVS-patiënten. [referenties: zie hierboven] Specifiek: (1) adrenerge receptoren kunnen veranderd zijn bij CVS en (2) immuun-cel cytokinen en receptoren zouden kunnen veranderd zijn bij CVS, alhoewel er veel tegenstellingen bestaan. (3) Ten slotte bleken polymorfismen in HPA-as receptor genen en ontregelde waarden van HPA-hormonen en expressie of HPA-as genen ook betrokken bij CVS.

Omdat circulerende immuun-cellen reageren op adrenerge agonisten en metaboliet-stijgingen in skelet-spieren, en omdat het IS betrokken is bij CVS, zochten we naar veranderingen in mRNA van metaboliet-detekterende, adrenerge en immuun-funktie genen uit leukocyten van CVS-patiënten en vergeleken die met mRNA-wijzigingen bij controle-individuen. Omdat vermoeidheid en spier-pijn bij CVS en FMS veel meer verergeren door fysieke inspanning dan bij controle-individuen, bekeken we gen-expressie vóór en na 25 minuten matige inspanning op tijdstippen vóór, tijdens en na, waar we verhoogde gen-expressie hadden gevonden in deze 3 systemen bij normale individuen bij maximale inspanning.

Initiële experimenten met normale individuen wezen er op dat mRNA voor metaboliet-detekterende (ASIC3, P2X4, P2X5, TRPV1), adrenerge (α-2A, β-1, β-2, COMT) en immune (IL6, IL10, TNF-α, TLR4, CD14) genen ge-upreguleerd waren 8 en 24 uur na ernstige inspanning. De mRNA-verhogingen keerden terug naar bijna normale waarden 48 uur na ernstige inspanning. [Light AR, Hughen RW, Zhang J, White A, Light KC, Jensen BT, Fitschen KL: Molecular receptors for pH found on sensory neurons are also found on mouse and human leukocytes and increase 8-48 hours post-exercise in both control-subjects and fibromyalgia and chronic fatigue patients. Soc Neurosci (2007) 510:3] Dit tijdsverloop van mRNA-stijgingen bevestigde de meldingen van ‘delayed onset muscle-soreness’ (DOMS) [spierpijn en/of stijfheid die met 24-48h tot 72h vertraging optreedt; wellicht veroorzaakt door micro-scheurtjes in spier-bindweefsel en cel-membraan] en vertraagde spier-moeheid bij deze normale individuen. CVS-patiënten rapporteren dat zelfs matige inspanning moderate die niet tot DOMS of spier-moeheid leidt bij normale individuen, fysieke moeheid en pijn van ten minste 48 uur of langer veroorzaakt. Daarom testten we de hypothesen dat 25 minuten matige inspanning de gen-expressie van eerder-genoemde genen zou verhogen, gemeten 8, 24 en 48 uur na inspanning bij CVS-patiënten maar niet bij normale individuen. Verder verzamelden we subjectieve metingen voor vermoeidheid en pijn, en maten enkele fysiologische inspanning-parameters om te bepalen of de wijzigingen qua gen-expressie gelinkt waren met vermoeidheid en/of pijn-symptomen bij CVS-patiënten en controle-individuen.

Methoden

Deelnemers

[…] Door het verlies van gegevens tijdens mRNA-analyses omvat het staal van jet huidige for rapport 19 CVS-patiënten (15 vrouwen) en 16 controle-individuen (11 vrouwen). […] Eén vrouwelijk controle-individu ontwikkelde fibromyalgie binnen het jaar na de testen en werd niet opgenomen analyses. Alle CVS-patiënten voldeden aan de CDC-criteria voor CVS (Fukuda et al. 1994). Voorafgaandelijk had de screening alle andere gekende oorzaken voor persistente of terugkerende vermoeidheid uitgesloten bij deze CVS-patiënten. Exclusie-criteria omvatten aktieve infekties van de bovenste luchtwegen; gebruik van corticosteroëden, SZS-agonisten of analgetica op voorschrift die het SZS, de HPA of cytokine-aktiviteit beïnvloeden; en/of ongecontroleerde cardiovasculaire of long-ziekte. Allen stopten dergelijke medicijnen 3 dagen vóór en 3 dagen tijdens het inspanning-protocol […]. Alle patiënten werden ook gescreend voor FMS met de ‘American College of Rheumatology’ (ACR) criteria […]. Dertien van de 19 CVS-patiënten (68%) voldeden ook aan de ACR-criteria voor FMS […]. Bij de primaire analysen werden alle 19 CVS-patiënten vergeleken met de 15 controle-individuen. In afzonderlijke secundaire analysen werden de 13 patiënten die voldeden aan CVS- én FMS-criteria vergeleken met controle-individuen. Omdat slechts 6 patiënten voldeden aan de criteria voor CVS zonder FMS ontbrak het ons staal aan voldoende statistische kracht om de effekten in deze subgroep te onderzoeken.

Protocol-overzicht

Alle deelnemers onthielden zich van formele inspanning buiten de vereiste inspanning-test gedurende een periode van 4 dagen, te beginnen 48 uur vóór de inspanning-test tot na de laatste (48 uur) bloed-afname. Veneus bloed (arm) werd afgenomen bij ‘baseline’ en 0,5 / 8 / 24 en 48 uur na inspanning. Om de ernst te bepalen van vooraf-bestaande en inspanning-gerelateerde vermoeidheid en myalgie-symptomen bij elke bloed-afname, tijdens en onmiddellijk na de inspanning, gaf elk individu numerieke waarden voor mentale vermoeidheid, fysieke vermoeidheid en algemene lichaamspijn op een schaal van 0 tot 100 […]. Meteen na de ‘baseline’ bloed-afname starten de deelnemers de inspanning.

Inspanning-protocol

[…] 25-minuten, ‘whole-body’ inspanning-test. Er werd de individuen gevraagd tijdens de eerste 5 minuten van de inspanning de pedaalslag te verhogen tot 70% van de leeftijd-voorspelde maximale hartslag was bereikt. Daarna werd de arbeid aangepast opdat deze hartslag gedurende het sub-maximale inspanning-protocol kon worden aangehouden. De ervaren inspanning [‘ratings of perceived exertion’, RPE] werd elke 5 minuten gemeten op een schaal van 1 tot 10; de hartslag werd elke minuut opgenomen en de bloeddruk bij ‘baseline’, elke 10 minuten gedurende de inspanning en bij het beëindigen van de inspanning. We kozen voor een volgehouden matige inspanning i.p.v. een maximale inspanning-test (die gewoonlijk slechts 5 tot 9 minuten duurt bij CVS-patiënten) omwille van de betere gelijkenis met de natuurlijke inspanning-ervaringen die in het dagelijks leven symptomen van CVS-patiënten verslechten. Onze 25 minuten durende sub-maximale inspanning-taak veroorzaakte consistente verergering van vermoeidheid en pijn-symptomen van 8 tot 48 uur na inspanning. In tegenstelling tot een kortere maximale inspanning-taak, waar meldingen van verslechtering van CVS-symptomen inconsistent of afwezig waren tot 5 dagen na de test, een patroon dat gewoonlijk niet wordt gezien in ‘real life’. Protocols met maximale inspanning hebben weinig verschillen aangetoond qua cardiorespiratoire en perceptuele responsen (bv. RPE) tussen CVS-patiënten en controle-individuen gematcht voor fitness. Het is echter opmerkelijk dat responsen op sub-maximale inspanning, inclusief VO₂, de inspanning-prestatie piek bij CVS-patiënten niet voorspellen.

mRNA Extraktie en Analyse

[…] Baseline-waarden voor elk gen werden berekend t.o.v. TF2B [Transcriptie-initatie-factor die een belanrijke rol speelt bij aktivatie van eukaryote genen; vertoont weinig intrinsieke variatie, stijgt of daalt niet door het inspanning-protocol.] en deze werden gebruikt als ijkpunt voor alle metingen na de inspanning-periode.

Complete Blood Cell Counts

[…] Groep-verschillen waren klein en zouden de mRNA-resultaten die hier worden gerapporteerd niet mogen beïnvloeden.

Statistische Analyse

[…]

Waarden na inspanning werden voor elke meting van gen-expressie eerst genormaliseerd ten opzichte van de baseline-waarden van het individu (1,00 = baseline). Om vals-positieve resultaten bekomen bij het onderzoeken van multipele uitkomsten te minimaliseren, ondernamen we 2 stappen. Ten eerste: in plaats van groep-verschillen afzonderlijk te onderzoeken bij elke van de 4 tijdspunten na inspanning, combineerden we ze tot één enkele meting, genaamd ‘area under the curve’ (AUC) [gebied onder de curve]. De AUC na inspanning voor elke gen-expressie meting werd berekend door het totaliseren van de waarden na 0,5 / 8 / 24 en 48 uur […]. Ten tweede: […] we groepeerden eerst onze AUC-metingen in 3 categorieën (metaboliet-detekterende merkers, adrenerge merkers en immune merkers) en […] onderzochten of er betrouwbare groep-verschillen voor elke van deze 3 waren. Er waren significante globale groep-effekten in de richting van grotere mRNA-stijgingen na inspanning bij CVS-patiënten vs controle-individuen […], wat ons dan toeliet groep-effekten te onderzoeken op elke specifieke AUC-meting […].

We onderzochten of groep-verschillen gerelateerd waren met verschillen qua leeftijd, geslacht of ‘body-mas-index’ (BMI) […]. In geen enkel geval was leeftijd of geslacht een significante factor, Terwijl BMI significant was voor 2 metingen: β-1 en β-2 AUC; dus werden de resultaten vóór én na aanpassing voor BMI voor deze metingen gerapporteerd. […]

Resultaten

Primaire Analysen

[…] Groepen verschilden niet qua leeftijd, bloeddruk of hartslag bij baseline of tijdens de inspanning-taak. Beide groepen behaalden de vooropgestelde 70% van de maximum door leeftijd voorspelde hartslag tijdens inspanning. De CVS-patiënten hadden een significant hogere BMI dan controle-individuen en ze rapporteerden significant hogere gemiddelde waarden van ervaren inspanning (RPE) zelfs al leverden ze significant minder arbeid dan controle-individuen.

[…] CVS-patiënten hadden significant hogere waarden voor vermoeidheid (fysiek en mentaal) en pijn dan controle-individuen zelfs bij baseline en deze verschillen bleven op alle andere tijdpunten. Er waren ook verhogingen voor deze 3 symptomen tijdens en na inspanning, vergeleken met baseline. Midden in de inspanning vertoonden controle-individuen én CVS-patiënten verhoogde waarden voor fysieke vermoeidheid maar enkel de CVS-patiënten bleven verhoogde fysieke vermoeidheid vertonen 0,5 / 8 / 24 en 48 uur na inspanning. Ook enkel de CVS-patiënten vertoonden significant verhoogde waarden qua pijn 8 / 24 en 48 uur en verhoogde mentale vermoeidheid 8  en 48 uur na inspanning.

Gen-expressie Metingen

Bij baseline was de expressie van β-2 adrenerge receptor significant lager bij CVS-patiënten vs controle-individuen, terwijl de expressie van α-2A adrenerge receptor verwaarloosbaar hoger (P < .09) was. Geen enkele van de andere gen-expressie metingen verschilde bij baseline tussen de groepen.

Zoals eerder beschreven gaven AUC-metingen na inspanning initieel significante groep-effekten voor metaboliet-detekterende genen, adrenerge genen en immune genen. Daaropvolgende statistische testen per variabele voor metaboliet-voelende merkers gaven significante groep-verschillen na inspanning – CVS en controles – voor ASIC3, P2X4 en P2X5 maar niet voor TRPV1. […] CVS-patiënten vertoonden consistent grotere gemiddelde stijgingen voor ASIC3, P2X4 en P2X5 gen-expressie dan controle-individuen op alle tijdpunten na inspanning. TRPV1 verhogingen vertoonden ook een consistente hoewel niet-significante trend tot verhoging in de CVS-groep.

Significante groep-effekten werden ook gezien voor alle adrenerge AUC merkers na inspanning, te wijten aan consistent grotere gemiddelde verhogingen α-2a, β-1 en β-2 adrenerge receptor expressie en hogere COMT gen-expressie bij de CVS-patiënten vs controles […].

Voor β-1 en β-2, waarbij BMI een significante invloed bleek te hebben, werd de statistische analyse herhaald met opname van BMI in het model. Groep-verschillen in AUC β-2 receptor expressie na inspanning waren nog steeds significant. Verrassend was dat opname van BMI in het model, de AUC toename in β-1 receptor expressie na inspanning, waarvoor de gemiddelde groep-verschillen groter waren geweest dan om het even welke gen-expressie merker, het groep-effekt niet-significant (P = .19) deed worden.

Voor immuun-merkers na inspanning toonde statische analyse met één variabele, significante groep-verschillen in TLR4 en IL-10 AUC expressie maar niet in CD14, IL-6 of TNF-α AUC expressie. CVS-patiënten vertoonden grotere stijgingen in TLR4 en IL-10 na inspanning dan controle-individuen.

Correlaties tussen post-exertionele vermoeidheid en pijn, en de AUC gen-expressie metingen na inspanning; samen met de inter-correlaties bij de gen-expressie metingen wezen er op dat stijgingen in metaboliet-detekterende receptoren, adrenerge receptoren en bepaalde immuun-merkers na inspanning in parallel gebeurden; en grotere stijgingen bij al deze receptoren waren geassocieerd met grotere vermoeidheid. Pijn-symptomen na inspanning waren niet geassociaeerd met verhogingen in P2X4, P2X5, β-1 of TLR4 receptor expressie maar waren gelinkt met ASIC3, TRPV1, α2-A, β-2 en IL-10 stijgingen. Interessant was dat bij de CVS-patiënten de inspanning-arbeid niet correleerde met vermoeidheid, pijn of toename in eender welke metaboliet-detekterende of immuun-merker na inspanning, en omgekeerd was gerelateerd met de toename in β-1 en β-2 AUC receptor expressie.

Secundaire Analyses

Hoewel hartslag en percentage van door de leeftijd voorspelde maximum hartslag redelijk dicht bij elkaar lagen voor de groepen tijdens inspanning, leverden de controle-individuen meer arbeid dan CVS-patiënten. Wanneer we echter onze univariate statische analyse voor AUC gen-expressie na inspanning herhaalden – waarbij groepen met arbeid als een co-variabele werden vergeleken – vonden we dat het geen significante co-variabele voor om het even welke meting was uitgenomen voor β-1 receptor expressie (P < .02). Zoals met de inclusie van BMI als co-variabele, speelde arbeid een rol bij het significant worden van het groep-effekt voor β-1 AUC receptor expressie na inspanning. Dit patroon wijst er op dat een hoge BMI, lage verrichtte arbeid en stijgingen in β-1 receptor expressie na inspanning alle met elkaar zijn verbonden bij CVS.

Univariate statische analyse werd ook herhaald na weglaten van de 6 CVS-patiënten die niet voldeden aan de ACR criteria voor FMS. De bevindingen waren in essentie niet veranderd van deze gerapporteerd hierboven, uitgezonderd wat betreft de immuun-receptor, TLR4; verschillen tussen CVS/FMS-patiënten en controle-individuen waren marginaal verschillend (P=.07) voor dit gen. Voor alle andere metingen waar significante groep-verschillen werden gezien bij de primaire analyses, toonden dezelfde metingen significante verschillen tussen de CVS/FMS-patiënten en controle-individuen. Hoewel de grootte van de groep patiënten met CVS (n = 6) onvoldoende was om apart te onderzoeken, waren de gemiddelde AUC-metingen voor deze subgroep na inspanning in de meest gevallen gelijkaardig […] met die van de CVS/FMS-subgroep, met uitzondering van ASIC3 en TRPV1 stijgingen.

Om de kwestie van de verschillen qua fitheid te adresseren, werden statistische analyses die AUC-metingen na inspanning herhaald na weglating van de meest fitte controle-individuen en de minst fitte CVS-patiënten. De overblijvende 11 controle-individuen (9 vrouwen) en 10 patiënten (8 vrouwen) werden gematcht voor de geleverde arbeid nodig om 70% van de maximum voorspelde hartslag te bereieken. Deze subgroepen verschilden niet qua leeftijd, BMI, arbeid tijdens inspanning, of enige BP- of HR-meting vóór of tijdens inspanning. Niettemin vertoonden de voor fitness gematchte CVS-patiënten nog steeds grotere of marginaal grotere stijgingen dan controle-individuen na inspanning voor ASIC3 (P < .036), P2X4 (P < .07), P2X5(P < .028), β-1 (P < .045), β-2 (P < .002), COMT (P < .085) en IL-10 (P < .006), en enkel de TLR4 verschillen waren tenietgedaan. Ondanks inspanning met dezelfde arbeid, rapporteerden de patiënten ook nog steeds grotere waargenomen uitputting tijdens de taak (RPE = 4.65 vs 2.95, P < .001).

Om te onderzoeken of de tijd van staalname een belangrijke factor was, werden bijkomende statistische analyses uitgevoerd, met groep en tijd (0,5 / 8 / 24 en 48 uur na inspanning) als factoren […]. Dezelfde eerder gemelde groep-effekten werden met deze benadering bekomen, en geen effekten betreffende tijd waren significant, wat suggereert dat CVS-patiënten op dezelfde manier van controle-individuen verschilden bij alle staalnamen.

Bespreking

Belangrijkste Bevindingen

Baseline mRNA-waarden waren niet verschillend tussen controle-individuen en CVS-patiënten voor geen enkele van de metaboliet-detekterende of immuun-genen. Bij de adrenerge metingen was baseline β-2 lager en baseline α-2A had neiging tot hogere waarden bij de CVS-patiënten. Hoewel deze verschillen bij baseline bescheiden waren, zouden β-2 en verhoogde α-2A receptoren in de vasculatuur [het bloedvatenstelsel] kunnen leiden tot verhoogde totale vasculaire weerstand; zoals we rapporteerden [Light KC, Bragdon EE, Grewen KM, Brownley KA,Girdler SS, Maixner W: Adrenergic dysregulation and pain with and without acute beta-blockade in women with fibromyalgia and temporomandibular disorder. J Pain (2009) 10:542-552] voor patiënten met FMS. Geen enkele eerdere studie heeft metaboliet-detekterende gen-expressie onderzocht en vroegere studies die immuun-funktie gen-expressie vergeleken bij CVS-patiënten vs controle-individuen in rust hebben ook weinig consistente verhogingen gemeld van deze mRNAs met uitzondering van of TNF-α.

In tegenstelling tot de zeer weinige groep-verschillen bij baseline, vertoonden CVS-patiënten grotere mRNA stijgingen dan gezonde controle-individuen voor de meerderheid van de metaboliet-detekterende, adrenerge en immuun-funktie genen die hier werden onderzocht na 25 minuten matige’ whole-body’ inspanning (opgtelde waarden na 30 minuten, 8, 24 en 48 uur na inspanning). Bij deze milde inspanning vertoonden gezonde controle-indviduen geen significante verhogingen t.o.v. baseline qua expressie van deze genen, terwijl CVS-patiënten stijgingen openbaarden qua expressie van ASIC3, P2X4, P2X5, α-2A, β-1, β-2, COMT, IL10 en TLR4 die de responsen van de controle-individuen overstegen. TRPV1-expressie steeg bij CVS-patiënten significant boven baseline-waarden, terwijl de verschillen voor de controle-groep een niet-significant trend vertoonden voor deze meting.

Groepen verschilden ook niet qua verhoogde expressie van IL6 of TNF-α. Hoewel gen-expressie van IL6 en TNF-α boven baseline gestegen waren na inspanning in de CVS-groep, vertoonden controle-individuen gelijkaardige verhogingen na inspanning. Deze CVS-patiënten en controle-individuen vertoonden gelijkaardige verhogiugen qua circulerend IL6 en TNF-α [White AT, Light AR, Hughen RW, Bateman L, Martins TB, Hill HR, Light KC: Severity of symptom-flare after moderate exercise is linked to cytokine activity in Chronic Fatigue Syndrome. Psychophysiology (in press) 2009] in serum na inspanning – wat ook door anderen werd gerapporteerd. Andere studies hebben er op gewezen dat, hoewel serum-waarden van IL6 en TNF-α waren verhoogd na inspanning, mRNA-expressie in leukocyten niet was gestegen voor deze 2 cytokines. Cytokine mRNA uit spieren na inspanning (in tegenstelling tot leukocyten) vertoonde echter geen verhoogd TNF-α mRNA. Onze [hierboven aangehaalde] studie observeerde ook dat IL10 in het serum feitelijk daalde na inspanning bij controle-individuen (die geen veranderingen vertoonden qua IL10 mRNA) maar niet daalde bij CVS-patiënten (wiens IL10 mRNA steeg).

Verrassend was dat we een trend voor mRNA-stijgingen bij patiënten zagen al na 30 minuten na inspanning, meerdere uren eerder dan we stijgingen bij controle-individuen na inspanning aan hoge intensitieit hadden gezien [Light AR, Hughen RW, Zhang J, White A, Light KC, Jensen BT, Fitschen KL: Molecular receptors for pH found on sensory neurons are also found on mouse and human leukocytes and increase 8-48 hours post-exercise in both control-subjects and fibromyalgia and chronic fatigue patients. Soc Neurosci (2007) 510:3]. Verhogingen van mRNA, met uitzondering van β-1, werden niet beïnvloed door BMI of geleverde arbeid, en waren aanwezig bij CVS-patiënten met én zonder co-morbide FMS. Het volgende onderlijnt de relatie tussen de primaire symptomen die CVS definiëren: er werden sterke correlaties gevonden tussen de opgetelde scores voor fysieke en mentale vermoeidheid na inspanning, en de opgetelde verhogingen qua mRNA van de genen. Sterke correlaties werden evenzeer gevonden tussen opgetelde scores voor pijn na inspanning en ASIC3, TRPV1, α-2A, β-2 en IL10 stijgingen. Van ASIC3, TRPV1 en β-2 werd recent aangetoond dat ze een rol spelen bij spier-pijn.

Het feit dat 68% van de patiënten in ons staal voldeden aan de criteria voor CVS én FMS is ietwat problematisch omdat we nog niet kunnen onderscheiden of de geobserveerde responsen typisch zijn voor alle CVS-patiënten of slechts voor de subgroep die beide aandoeningen heeft. De huidige gegevens wijzen er op dat de groep patiënten die niet voldeden aan de criteria voor FMS (‘enkel CVS’ groep) gemiddele AUC en varianties hadden die gelijkaardig zijn met de CFS-FMS groep voor de meeste van de 13 genen die hier werden onderzocht. Opmerkelijke uitzonderingen waren ASIC3 en TRPV1, die de neiging hadden om kleinere stijgingen te vertonen bij de ‘enkel CVS’ groep. Hoewel de meeste van de gen-veranderingen toepasbaar zijn op beide groepen, zijn er dus mogelijks gen-veranderingen die deze 2 groepen onderscheiden. Onze huidige research heeft de bedoeling een uitgebreid sub-staal van patiënten met ‘alleen-CVS’ te onderzoeken om deze belangrijke kwestie op te helderen.

Het is van belang te melden dat ‘complete blood counts’ (CBC) werden afgenomen bij alle patiënten en controle-individuen op elk tijdpunt. Bij baseline, vóór inspanning, waren […] het totaal aantal witte bloed-cellen bij CVS-patiënten lichtjes hoger dan bij controle-indviduen en in het bijzonder: het aantal monocyten, eosinofielen en granulocyten was hoger voor de patiënten-groep. Tellingen bij patiënten en controle-individuen waren significant verhoogd, in vergelijking met ‘baseline’, 8 uur na inspanning maar keerden terug naar baseline-waarden na 24 en 48 uren. Haemoglobine-waarden waren echter lager bij patiënten dan bij controle-individuen en daalden na 8 uur. Deze tegenstrijdige effekten bij witte vs rode cel-tellingen wijst er op dat hydratatie-verschillen niet verantwoordelijk waren. Deze CBC-verschillen waren niet klinisch significant en gelijkaardige verschillen werden reeds eerder gemeld.

mRNAs als Biomerkers voor Vermoeidheid, Spier-pijn, CVS en FMS

De uitgesproken veranderingen qua gen-expressie in circulerende leukocyten van CVS-patiënten na inspanning suggereren dat deze zouden kunnen worden aangewend als objectieve merkers voor CVS. Kerr besprak potentiële biomerkers voor CVS inclusief meerdere micro-array experimenten die gen-expressie bekeken bij grote aantallen genen van leukocyten. Sakai et al. [Saiki T, Kawai T, Morita K, Ohta M, Saito T, Rokutan K, Ban N: Identification of marker-genes for differential diagnosis of Chronic Fatigue Syndrome. Mol Med (2008) 14:599-607] stelde ook dat mRNA-veranderingen in 9 leukocyten-genen (geselekteerd uit 1.400 stress-gerelateerde genen) mogelijke biomerkers voor CVS waren. Geen enkele van de genen geïdentificeerd als specifiek voor 1 of meerdere subtypes van CVS in deze publicaties waren deze die hier werden onderzocht. De funktionele groepen van genen gevonden met de micro-array experimenten waren echter gelijkaardig aan deze die hier werden gemeten. Immuniteit en verdediging, energie-metabolisme, signaal-transductie en ion-kanaal genen werden allemaal geïdentificeerd in vroegere experimenten. Al de genen in het huidige rapport kunnen worden ondergebracht in 1 of meerdere van deze groepen.

In de huidige populatie kon ca. 90% van de CVS-patiënten worden onderscheiden van controle-indivduen door gebruik te maken van 4 van de bestudeerde genen (P2X4, β-1, β-2, IL10). Als alle van de 9 genen die verhoogd waren bij CVS/FMS-patiënten vs controles werden gebruikt, bleken de resultaten gelijkaardig. We kunnen echter nog niet besluiten dat gen-expressie veranderingen na matige inspanning specifieke biomerkers zijn voor CVS.

Mogelijks kunnen enkele van de genen die hier werden gebruikt andere oorzaken van overdreven vermoeidheid na inspanning onderscheiden en/of andere genen zouden kunnen worden aangewend om gekende oorzaken van vermoeidheid, zoals virale infekties, abnormaliteiten van het metabolisme, enz. te vinden. Een eenvoudige bloed-test die een objectieve meting biedt voor overmatige en invaliderende vermoeidheid, zou diagnostisch waardevol zijn voor artsen en patiënten met CVS (of chronische vermoeidheid door andere oorzaken). Daarenboven zouden dergelijke testen subtypes van CVS, en de verschillende contribuerende ontregeling(en) betrokken bij elk van die subtypes, kunnen helpen afbakenen. Uiteindelijk zouden deze testen kunnen worden gebruikt om het succes van verscheidene behandelingen voor chronische vermoeidheid en fibromyalgie syndromen objectief te evalueren.

Funktie van Genen waarvan de Expressie was Gewijzigd bij CVS-patiënten vergeleken met Controle-individuen

We onderzochten het mRNA van meerdere receptoren die zelden werden beschreven bij witte bloed-cellen, vooral deze die essentieel zijn voor het detekteren van metabolieten geproduceerd door sensorische neuronen bij inspanning [zie ‘Spier-metaboreceptoren’]. ASIC3, P2X4, P2X5 en TRPV1 (telkens mRNA én proteïne) werden gevonden in monocyten. De funktie van ASIC3, P2X4 en TRPV1 receptoren in leukocyten is niet gekend maar zou verbonden kunnen zijn met de recrutering van monocyten en lymfocyten die voorkomt na inspanning. Het ontbreekt het P2X5-eiwit bij de meeste mensen aan het essentieel stuk van het porie-vormend deel van het kanaal, zo dat het niet in staat is om ionen te pompen en waarschijnlijk ook niet om te worden ingevoegd in het plasma-membraan. […]

β-Adrenerge receptoren zijn normal geassocieerd met cardiovasculaire funktie. Van aktivatie van β-1 receptoren is geweten dat het de hartslag en -samentrekbaarheid verhoogt, en aktivatie van β-2 receptoren zorgt voor dilatatie van arterieën en arteriolen die de skelet-spieren voeden. Deze receptoren spelen een belangrijke rol bij het onderhouden van een voldoende doorbloeding van skelet-spieren tijdens inspanning en vermijden overmatige accumulatie van metabolieten. β-2-adrenerge receptoren kunnen ook de SZS effekten op het IS mediëren. Minder zekerheid bestaat over effekten van α-adrenerge receptoren op circulerende immuun-cellen. Onze resultaten tonen dat leukocyten substantiële adrenerge α2-A, β-1 en β-2 receptor mRNAs hebben, zowel als hoge waarden aan COMT mRNA – een belangrijk enzyme betrokken bij de inaktivering van epinefrine and norepinefrine. Polymorfismen in COMT bleken betrokken bij depressie en een aantal pijn-aandoeningen. Inspanning verhoogde het mRNA van al deze genen met adrenerge funktie bij CVS-patiënten veel meer dan bij in controle-individuen. Deze uitermate versterkte upregulering suggereert krachtige upstream signalisering naar het IS bij CVS.

IL10 mRNA was ge-upreguleerd na inspanning bij CVS-patiënten vergeleken met controle-individuen. IL10 is een anti-inflammatoir cytokine dat de produktie van pro-inflammatoire cytokinen zoals TNF-α inhibeert. De toename van IL10 mRNA die hier werd geobserveerd is consistent met een melding die suggereert dat bij FMS-patiënten een anti-inflammatoir profiel tot expressie komt dat gerelateerd zou kunnen zijn met enkele van hun symptomen. Onze patiënten hadden gestegen serum-waarden voor anti-inflammatoir IL10 en IL13 8 uur na inspanning maar enkel bij deze met CVS die meer en langer vermoeidheid en pijn rapporteerden. Deze patiënten vertoonden echter ook verhogingen qua pro-inflammatoir IL1β, IL8 en IL12 zowel als IL6, wat algemene immuun-aktivatie suggereert. Het mRNA voor TLR4 was ook verhoogd door inspanning bij CVS-patiënten maar niet bij controle-individuen; hoewel dit verschil bij de subgroepen gematcht voor fitness afwezig was, wat suggereert dat het te wijten was aan de verminderde fitheid bij de CVS-groep. TLR4 is een immuun-funktie receptor die bakteriële invasie signaleert door het detekteren van de lipopolysaccharide-mantel van bakteriën. Het is van belang bij de preventie van infektie.

Implicaties van Ontregelde mRNAs voor CVS

Stijgingen in mRNA kunnen worden veroorzaakt door gestegen transcriptie en/of verhoogde stabiliteit van mRNA (verminderde afbraak). Transcriptie én stabiliteit kunnen worden gewijzigd door omgeving-factoren. Voor de meeste van de hier onderzochte genen zijn transcriptionele veranderingen via gekende transcriptie-factoren gedocumenteerd. Regulering van deze genen door RNA-modulerende factoren is ook aannemelijk. De correlaties tussen veranderingen in veel van de geteste genen suggereert dat courante upstream transcriptie-factoren [eiwit dat bindt op specifieke DNA-sequenties en de transcriptie regelt; upstream betekent dat ze binden vóór de initiatie-plaats] geaktiveerd kunnen zijn bij CVS-patiënten. Deze bevindingen ondersteunen ook eerdere studies die interaktieve wijzigingen tussen SZS, IS en sensorische systemen bij CVS suggereren.

Bewijs dat Metaboliet-detektie en Adrenerge Betrokkenheid bij Verhoogde Vermoeidheid bij CVS Ondersteunt

De snelle en aanhoudende verhogingen qua mRNA van sensorische genen (ASIC3, P2X4, P2X5) en adrenerge β-1 en β-2 receptoren zowel als sterke correlaties tussen deze receptoren bij CVS-patiënten na matige inspanning, suggereren een mogelijk mechanisme voor het kenmerkende symptoom van CVS, sensorische vermoeidheid, en zijn versterking na inspanning. Wijzelf en anderen ontdekten dat ASIC3 en P2X5, en mogelijks P2X4 en TRPV1, op sensorische neuronen van spieren, samenwerken om de metabolieten geproduceerd bij spier-samentrekking – die kunnen leiden tot de signalisering van spier-moeheid en pijn – te detekteren. Als het aantal van deze receptoren sterk verhoogd zou zijn in deze sensorische neuronen, zouden basale waarden van metabolieten sensorische vermoeidheid afferenten kunnen aktiveren, en zo een continu signaal van sensorische vermoeidheid in de spieren kunnen zenden naar het centrale SZS en ontregeling van SZS-reflexen veroorzaken, en naar het centraal zenuwstelsel – aanleiding gevend tot de cognitieve herkenning van versterkte vermoeidheid.

Ander werk in ons laboratorium suggereert dat β-adrenerge receptoren op sensorische neuronen een rol spelen bij sensorische vermoeidheid van de spieren én spier-pijn. Ten eerste: bij muizen met ontstoken spieren reageren afferente neuronen in de spieren op veel lagere concentraties metabolieten als β-agonisten samen met de metabolieten worden aangewend (Light AR, ongepubliceerde observaties). Ten tweede: adrenerge β-1 en β-2 receptor mRNAs waren ge-upreguleerd in ‘dorsal root ganglia’ [zie ‘Spier-metaboreceptoren’] van mannelijke muizen 24 uur tot 8 dagen na inflammatie van skeletspieren van de achterpoot door carrageenan [polysaccharide uit zeewier]. [Light AR, Hughen RW, Zhang J: Increases in receptor mRNA in mouse dorsal root ganglion (DRG) neurons following carrageenan induced inflammation of mouse hindlimb muscle. Soc Neurosci (2008) 174:16] Ten derde: klinische pijn werd snel verminderd bij patiënten met FMS of ‘temporomandibular disorder’ [TMD; aandoening van het scharniergewricht in de kaak gepaard gaan met pijn e.a. symtomen] wanneer de a-specifieke β-antagonist propranolol werd toegediend in lage dosissen. [Light KC, Bragdon EE, Grewen KM, Brownley KA, Girdler SS, Maixner W: Adrenergic dysregulation and pain with and without acute beta-blockade in women with fibromyalgia and temporomandibular disorder. J Pain (2009) 10: 542-552] Ten slotte sugeereerden Khasar et al. een mechanisme van het SZS en de hypothalamus-hyspofyse-bijnier as (HPA) waarbij stress zou kunnen bijdragen tot hyperalgesie gemedieerd door adrenerge en hormoon-receptoren op sensorische neuronen. Al deze gegevens suggereren dat β-adrenerge receptoren op sensorische afferenten van spieren de metaboliet-signalen kunnen versterken, in het bijzonder bij patiënten met FMS. Als de upregulering van mRNA voor sensorische en adrenerge receptoren geobserveerd in leukocyten bij CVS-patiënten ook voorkomt in de sensorische afferenten van hun spieren (sensorische vermoeidheid afferenten), kunnen CVS-patënten dus een versterkt sensorisch signaal voor vermoeidheid hebben dat verder wordt verhoogd na inspanning. De gelijkaardige transcriptionele controle voor al deze molekulaire receptoren kan ook verklaren waarom een groot percentage CVS-patiënten ook FMS hebben. Omdat de sensorische afferente neuronen die sensorische vermoeidheid van spieren en spier-pijn detekteren enigzins verschillende combinaties van molekulaire receptoren gebruiken die differentieel geregeld worden, zouden patiënten echter sensorische spier-vermoeidheid én spier-pijn, of elk symptoom onafhankelijk van elkaar kunnen ervaren.

Een andere mogelijkheid is dat leukocyten dezelfde sensorische receptoren gebruiken om metabolieten geproduceerd bij spier-samentrekking te detekteren. Als deze receptoren verhoogd zijn bij CVS-patiënten, is het mogelijk dat lage waarden aan metabolieten leukocyten kunnen aktiveren, en matige inspanning zou het signaal kunnen versterken, waarbij cytokine-waarden, die sensorische afferenten sensitiseren die vermoeidheid van spieren signaliseren, verhogen. Aanzienlijk bewijs voor cytokine-sensitisatie van sensorische afferenten bestaat. Dit en het voorgaande mechanisme kunnen samenwerken.

Versterking van perifere sensorische signalen, wat deze hypothesen ondersteunt, werd aangetoond bij patiënten met FMS en CVS. Omdat het signaal voor sensorische vermoeidheid van spieren waarschijnlijk de SZS-reflexen aktiveert, die normaal toereikende bloed-doorstroming naar de hersenen en de skelet-spieren onderhouden, kan een tonisch [tegengesteld van fasisch] signaal van vermoeidheid-afferenten leiden tot SZS-ontregeling omdat vasculaire adrenerge receptoren van gladde spieren desensitiseren door de aanhoudende afgifte van catecholaminen. Deze ontregeling zou kunnen leiden tot zuurstof-tekort in de spieren en perioden van verhoogde metabolieten die de sensorische receptoren verder zouden aktiveren. Het zou ook kunnen leiden tot orthostatische intolerantie die dikwijls geassocieerd is met CVS. Interessant is dat ASIC3, P2X en TRPV1 receptoren betrokken bleken bij versterkte signalen van de darm in dier-modellen voor prikkelbare darm syndroom en dat TRPV1 geassocieerd is met multipele chemische gevoeligheid. ASICs werden ook geassocieerd met veranderingen in het gehoor en hyperacusis werd ook geassocieerd met CVS en FMS. Misschien kan courante regulering van de transcriptie van deze receptoren voorkomen in een aantal weefsels, wat zou resulteren in enkele van de co-morbiditeiten die gewoonlijk voorkomen bij CVS.

Ten slotte kan langdurige aktivatie van sensorische receptoren leiden tot sensitisatie van ruggemerg- en hersen-systemen die vermoeidheid-signalen overbrengen, wat langdurige versterking van vermoeidheid in het CZS zou veroorzaken. Dergelijke wijzigingen in hersen-transmissie werden aangetoond bij chronische pijn en bij CVS en FMS.

Besluiten

De experimenten die hier worden gerapporteerd tonen dat 25 minuten matige inspanning grote en snelle stijgingen genereren qua gen-expressie in leukocyten van CVS-patiënten maar niet bij controle-individuen. Er werden stijgingen van mRNA gevonden voor genen die verhogingen kunnen detekteren in door spieren geproduceerde metabolieten (ASIC3, P2X4, P2X5), genen die essentieel zijn voor SZS-processen (adrenerge α-2A, β-1 en β-2, zowel als COMT) en immuun-funktie genen (IL10 en TLR4). Deze bevindingen bevestigen eerdere hypothesen die suggereren dat wijzigingen in alle delen van de HPA-as symptomen van CVS en FMS kunnen mediëren en bestendigen. Deze gen-veranderingen suggereren een mogelijke rol voor wijzigingen qua perifere sensorische signalisering bij de symptomen van CVS, zoals werd voorgesteld bij FMS. Ze suggereren ook dat een bloed-test zou kunnen worden ontworpen als een objectieve biomerker voor sensorische spier-vermoeidheid en spier-pijn bij CVS.

Nog even over de schijnbare tegenstrijdigheid (zie ‘Resultaten’:) “TRPV1 verhogingen vertoonden ook een consistente alhoewel niet-significante trend om hoger te zijn in de CVS-groep.”  versus (zie ‘Bespreking’:) TRPV1 expressie verhoogde enkel bij CFS-patiënten significant boven baseline.”… Prof. Light verduidelijkt (persoonlijke communicatie): “Het lijkt contradictorisch maar is het niet. TRPV1 verhoogde niet significant bij de CVS-patiënten (alle CVS-patiënten, met én zonder FMS) vergeleken met controles. TRPV1 verhoogde echter signficant boven baseline bij de CVS-patiënten (alle CVS-patiënten, met én zonder FMS). Uit de gegevens van het groter staal waarover we nu beschikken, blijkt dat de reden voor deze statistische anomalieën is dat de ‘enkel CVS’ patiënten bijna geen verschil vertonen qua TRPV1 verhogingen in vergelijking met controles. Alle verschillen lijken te wijten aan de toevoeging van fibromyalgie bij de ‘CVS+FMS’ patiënten.”

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 publikatie.] 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…

Spier-metaboreceptoren

“Spier-moeheid is te wijten aan een depletie van energie-voorraden in de spier en verminderde neurologische recrutering van de spier.” Lange tijd werd gedacht dat het brandend gevoel in vermoeide spieren het resultaat is van melkzuur (lactaat) afkomstig van het anaërobe metabolisme.

Eerder werd op deze pagina’s al gewag gemaakt dat deze klassieke stelling misschien wel in vraag moet gesteld worden: Dr. Andrew Marks rapporteerde [zie ‘Molekulair mechanisme voor verminderde inspanningscapaciteit’] dat het probleem de calcium-flow in de spier-cellen is. “Het frequent veranderen van calcium in de cellen controleert spier-samentrekking. Maar wanneer de spieren moe worden, lekt calcium via kleine kanaaltjes en dat verzwakken de contracties.”

Prof. Dr. Alan Light van de University of Utah, daarnaast, stelt ook dat het vermoeide gevoel niet direct gerelateerd is met lactaat. Melkzuur is eigenlijk zelfs een “energie-bron voor het hart”. Er wordt gedacht dat er een neurologisch mechanisme is dat de spieren in bedwang houdt zodat men niet te veel weefsel-schade toebrengt bij zware inspanning. Het eigenlijke mechanisme voor deze negatieve feedback was onbekend. Het blijkt dat de sensorische zenuwen in de spier zuur-detekterende receptoren dragen die worden geaktiveerd als melkzuur en zijn geassocieerde protonen [H+, waterstof-ionen] diffuseren uit de spier. De receptoren triggeren intracellulaire signalisering-mechansimen die spier-aktivatie zouden kunnen inhiberen en spierpijn zouden kunnen opwekken. Zijn team publiceerde daarover in een studie getiteld ‘Dorsal root ganglion neurons innervating skeletal muscle respond to physiological combinations of protons, ATP and lactate mediated by ASIC, P2X and TRPV1’. (Journal of Neurophysioly 100: 1184-1201, juni 2008).

Verbazingwekkend is dat deze receptoren blijken in over-expressie te zijn bij patiënten met CVS en fibromyalgie (FMS). “Deze ziekten zijn invaliderend maar on(be)grijpbaar. Deze diagnosen zijn gebaseerd op veralgemeende symptomen van vermoeidheid en spier-pijn. Omdat er geen fysiologische merker is, krijgen deze ziekten een groot sociaal stigma.” De research over deze zuur-detekterende receptoren is nieuw en dus zijn conclusies voorlopig maar het is een opwindende ontdekking.

De zuur-detekterende receptoren lijken én waterstof-protonen én melkzuur tesamen nodig te hebben om de receptor te co-aktiveren. Deze co-aktivatie zou kunnen betekenen dat vermoeidheid specifiek is voor de spier die wordt gebruikt; aangezien lactaat in variabele concentraties in de bloedstroom meegevoerd wordt terwijl protonen worden gebufferd. Het is niet de bedoeling dat één aktieve spier een andere, ongebruikte door diffusie van één enkele signalisering-molekule. Om een specifieke spier te vermoeien zijn én melkzuur én protonen nodig, die allebei op de zelfde plaats op hetzelfde tijdstip zijn.

Dr. Steven Liggett, researcher aan de ‘University of Maryland’ die hart-falen onderzoekt, vraagt zich echter af of het wel voorzichtig is om dit mechanisme (bij atleten bv.) te ontwijken: “Misschien is het een beschermend mechanisme. Misschien is vermoeidheid een manier om te zeggen dat men in de gevaren-zone komt…

Er zijn op het moment nog geen resultaten bij CVS gepubliceerd. We kunnen hier wel relevante informatie uit bovenvermeld artikel (bij muizen) meegeven…

Dorsal root ganglion neurons innervating skeletal muscle respond to physiological combinations of protons ATP and lactate mediated by ASIC, P2X and TRPV1

Alan R. Light^1*, Ronald W. Hughen¹, Jie Zhang², Jon Rainier³, Zhuqing Liu³ and Jeewoo Lee⁴

¹ Anesthesiology, University of Utah, Salt Lake City, Utah, United States

² Physiology, University of Utah, Salt Lake City, Utah, United States

³ Chemistry, University of Utah, Salt Lake City, Utah, United States

⁴ College of Pharmacy, Seoul National University, Seoul, Korea, Republic of Korea

De gepaste stimuli en molekulaire receptoren voor spier-metaboreceptoren en nociceptors worden nog onderzocht. Wij gebruikten calcium-beeldvorming bij primaire culturen van ‘sensory dorsal root ganglion’ [DRG = een nodule in een dorsale ruggemerg-zenuwtak met cel-lichamen van neuronen die impulsen van receptoren of organen naar het CZS sturen.] neuronen van C57Bl/6 muizen om kandidaten te bepalen voor metabolieten die de adequate stimuli en receptoren zouden kunnen zijn die deze stimuli zouden kunnen detekteren. Labeling met DiI [Een fluorescente kleurstof die zich in het mebraan van bepaalde types cellen nestelt zodat hun positie nauwkeurig bepaald kan worden.] bepaalde dat sommige van deze neuronen skelet-spieren bezenuwden. We vonden dat combinaties van protonen, ATP [cellulaire brandstof] en lactaat veel effektiever waren dan individueel aangewende stoffen bij het aktiveren van snelle calcium-stijgingen in ‘dorsal root ganglion’ neuronen die spieren bezenuwen. Antagonisten voor P2X, ASIC en TRPV1 receptoren suggereerden dat deze drie receptoren samen werken om protonen, ATP en lactaat te detekteren wanneer ze samen worden gepresenteerd in fysiologisch relevante concentraties. Er werden twee populaties DRG-neuronen die spieren bezenuwen gevonden. Eén reageerde op lage concentraties metabolieten (waarschijnlijk onschadelijk) en gebruikte ASIC3, P2X5 en TRPV1 als molekulaire receptoren om deze metabolieten te detekteren. De andere reageerde op hoge concentraties metabolieten (waarschijnlijk schadelijk) en gebruikte ASIC3, P2X4 en TRPV1 als hun molekulaire receptoren. We besluiten dat een combinatie van ASIC, P2X5 en/of P2X4 en TRPV1 de molekulaire receptoren zijn die worden gebruikt om metabolieten te detekteren bij sensorische neuronen die spieren bezenuwen. Verder concluderen we dat de adequate stimuli voor spier-metaboreceptoren en nociceptors combinaties zijn van protonen, ATP en lactaat.

[Voor experten:

ASIC = ‘Acid-Sensing Ion-Channel’; ASICs maken deel uit van een super-familie natrium-kanalen en worden geaktiveerd door een toename van extracellulaire zuurte (weefsel-acidose). In weefsel wordt zuurte veroorzaakt door een daling van de pH (zuurtegraad) die voorkomt bij acute en chronische pijn-aandoeningen inclusief inflammatie, angina, beroerte, ischemische hart-ziekte, arthritis, kanker en traumatische verwondingen. Er werden zes isoformen geïdentificeerd: ASIC1a, ASIC1b, ASIC2a, ASIC2b, ASIC3 en ASIC4. ASIC3 is bv. sterk vertegenwoordigd in de primaire sensorische neuronen die pijnlijke sensaties detekteren en signaleren aan de hersenen, dus een attractief doelwit voor de behandeling van pijn. ASIC3 detekteert melkzuur-acidose die ontstaat bij het anaërobe metabolisme en wordt gezien als een belangrijke component van de zuur-detekterende pijn-respons.

P2X = purinerge (P2) receptoren; zijn membraan ion-kanalen die openen in respons op binding met extracellulair ATP. Ze worden onderverdeeld in twee families en verder in verschillende subtypes: P2X(1-7) en P2Y(1-13). P2X-receptoren bestaan uit meerder homo- of hetero-multimere subunits die ionen-kanalen vormen. Alle P2X receptoren zijn doorlaatbaar voor kleine monovalente kationen, sommige hebben een significante doorlaatbaarheid voor calcium of anionen. Meerdere P2X subtypes komen tot expressie bij immuuncellen waar ze betrokken zijn bij chemotaxis, apoptosie en secretie van of inflammatoire mediatoren. De P2Y-receptoren zijn via G-eiwitten gekoppeld aan fosfolipase-C of aan adenylaatcyclase (stimulatie/inhibitie). Zowel vasculaire endotheelcellen, gladde spiercellen, macrofagen en bloedplaatjes brengen een of meerdere subtypes tot expressie.

TRPV = ‘Transient Receptor Potential of the Vanilloid type’, de capsaicine-receptor; vier aan de vanilloïde receptor 1 (VR1) gerelateerde proteïnen vormen een sub-groep van de ‘transient receptor potential’ (TRP) familie van ion-kanalen. Leden van de vanilloïde receptor-familie (TRPV) worden geaktiveerd door een diversiteit aan stimuli, inclusief hitte, protonen, lipiden, forbols, fosforylatie, veranderingen in extracellulaire osmolariteit en/of druk, en depletie van intracellulaire Ca²⁺ voorraden. VR1 is het enige ion-kanaal dat wordt geaktiveerd door vanilloïden zoals capsaicine [een bestanddeel van rode chilli-pepers dat sensorische zenuw-vezels aktiveert via TRPV1 en zo neuropeptiden zoals calcitonine gen gerelateerd peptide (CGRP) en substantie-P afgeeft.]. Het zijn excellente molekulaire kandidaten om sensorische en/of cellulaire rollen te vervullen.]

Het onderzoekers-echtpaar Kathleen (psychiater; ‘University of Utah Pain Research Centre’) & Alan Light (bioloog, pijn-researcher) van de ‘National Institue of Neurological Disorder and Stroke’ aan de ‘University of Utah’ (V.S.) rapporteerden op een congres over adrenerge [Een klasse receptoren die specifiek binden met en geaktiveerd worden door de catecholaminen adrenaline (epinefrine) en noradrenaline (norepinefrine). Veel cellen dragen deze receptoren en binding met een agonist zal over het algemeen een sympathische respons (de ‘vecht-of-vlucht respons’) veroorzaken. De hartslag zal bv. verhogen en de pupillen verwijden, energie wordt gemobiliseerd en de bloedstroom wordt afgeleid van niet-essentiële organen naar de skelet-spieren. Er zijn drie soorten: alfa-, beta- en dopamine-receptoren.] en sensorische [Er zijn vijf types. Mechanoreceptoren merken vervorming van de receptor of het weefsel op. Thermoreceptoren merken veranderingen in de temperatuur op. Nocireceptoren merken weefselschade op. Fotorecpetoren merken licht op. Chemoreceptoren merken chemische veranderingen op.] receptoren na matige inspanning bij CVS.

Biomerkers in de maak??? Ze hebben er hoop op dat metingen van bloed-parameters na inspanning kunnen helpen biomerkers voor CVS en fibro te ontwikkelen. Waarschuwing: Er moet bevestiging komen dat de responsen specifiek zijn voor CVS en fibro, en ook niet voorkomen bij andere aandoeningen zoals MS of vermoeidheid na kanker.

Tesamen (en met hun team – Ron Hughen, B.S., Adrea White, PhD en Lucinda Bateman M.D.) onderzoeken ze de mechanismen die betrokken zijn bij de chronische pijn die 40%-70% van de CVS-patiënten treft. De studie wil bepalen of receptoren op bloed-cellen in verhoogde aantallen voorkomen en over-aktief zijn bij mensen met CVS en geassocieerd zijn met verhoogde pijn-gevoeligheid. Prof. Kathy Light theoretiseert dat stijgingen van specifieke receptoren na inspanning bloed-biomerkers voor CVS kunnen zijn en kunnen leiden tot een medische test om CVS-patiënten te identiceren.

Hun onderzoeksaanvraag bij het ‘Office of Research on Women’s Health’ (ORWH; orwh.od.nih.gov) getiteld ‘Stress and Neuro-immune Dysergulation in Chronic Fatigue Patients’ werd als volgt beschreven…

Het betreft research naar neuro-immune en sensorische ontregeling bij patiënten met CVS in parallel met onderzoek in een dier-model. [...] De neurale, endocriene en cytokine-veranderingen onderliggend aan de buitenmatige vermoeidheid en pijn voor en na inspanning zijn niet goed gekend maar sommige biomerker-veranderingen lijken te verschillen bij subgroepen van CVS-patiënten, wat wijst op een heterogene aandoening. Research bij muizen door Dr. Alan Light [zie hierboven] bekrachtigt het potentieel belang van ATP en recent geïdentificeerde ion-kanalen die responderen op ATP en melkzuur bij post-exertionele vermoeidheid en spier-pijn. Samen met het voorafgaandelijk [(nog) niet gepubliceerd] klinisch onderzoek door Dr. Kathleen Light wijzend op ontregeling van adrenerge en cytokine-respons tijdens stressoren bij CVS vs. gezonde controles, en tussen patiënten met CVS vs. fibromyalgie (FMS), stelden ze 2 piloot-studies voor.

De eerste studie peilt naar gecoördineerde patronen van de mogelijks ontregelde biomerkers [...]. De responsen worden gemeten voor, tijdens en direct en 24 h na mentale en fysiceke inspanning. De biomerkers omvatten indexen voor cardiovasculaire adrenergische aktiviteit (hartslag-variabilitiet, hartslag (HR) en bloeddruk (BP) reaktiviteit op stress en totale vasculaire resistentie), adrenomedullaire (epinefrine en norepinefrine), adrenocorticale (cortisol en ACTH) en tien pro- en anti-inflammatoire cytokinen/immuun-merkers [...]. Ook verschillen en inspanning-gerelateerde veranderingen in expressie van alfa- en beta-adrenergische, ASIC, TRPV en P2X receptoren worden gemeten. [...] In de tweede studie wordt de ‘Utah Population Database’ [stamboom van pioniers en hun afstammelingen] gebruikt om de familiale/genetische component van CVS (met en zonder co-morbide FMS) te exploreren. Biogeneticus Dr. Lisa Cannon-Albright gebruikt daarbij twee methoden: het testen van de verwantschap bij patiënten en schatting van het relatief risico bij naaste en verre verwanten. [...]

Hier is wat Prof. Kathleen Light daarover rapporteerde op de OFFER Conferentie 13sep2008; www.offerutah.org)

Genen zijn hoogstwaarschijnlijk betrokken bij CVS en fibromyalgie, op twee manieren: overgeërfde genen betekenen een constitutionele kwetsbaarheid; en dan kan een blootstelling aan bv. een infektie, trauma/ongeluk of grote stress-factor de gen-expressie beïnvloeden die het begin of het verergeren van symptomen triggert. Inspanning kan ook gen-expressie veranderen…

Sensorische mechanismen betrokken bij spier-pijn en vermoeidheid worden nog steeds niet begrepen. Pijn bij werkende spieren die niet overduidelijk beschadigd zijn, is iets dat we allemaal hebben meegemaakt maar de betrokken mechanismen begint men nu nog maar te documenteren. Hetzelfde geldt voor spier-moeheid die, zoals pijn, een vitale beschermende sensorische gewaarwording is maar waarvan zelfs nog minder is geweten.

Er bestaat een paradox bij CVS en fibromyalgie wat betreft inspanning. Graduele toename van inspanning van het gehele lichaam is één van de meeste effektieve behandelingen om geleidelijk de symptomen te verminderen en de funktie te normaliseren. Toch veroorzaakt inspanning, zelfs op een matig niveau, een verergering van pijn en vermoeidheid bij deze patiënten 24 of 48 uur (en soms veel langer) nadien.

[…]

De vraag rijst: kunnen veranderingen na inspanning een manier zijn om biomerkers voor CVS te vinden? Kunnen in het bloed biomerkers worden gevonden die geassocieerd zijn met deze vertraagd opkomende spier-pijn en vermoeidheid bij CVS- & fibro-patiënten? Waarom merkers in het bloed? Omdat deze testen traditioneel zijn in de medische praktijk en worden beschouwd als zijnde objectief, hard bewijs. Een dergelijke benadering vermijdt wettelijke bezwaren over subjectiviteit, simulatie of ziekte-winst (verzekering of invaliditeit).

Dezelfde milde inspanningstaak om dezelfde hartslag en bloeddruk te bereiken; kan heel verschillende effekten geven bij patiënten met CVS & fibromyalgie tegenover gezonde, pijn-vrije individuen.

RESULTATEN [(nog) niet gepubliceerd]

30 minuten na inspanning [‘whole body exercise’ maar 70% van maximum], en tot 8, 24 en 48 uur na inspanning hadden CVS-patiënten met en zonder FMS een verhoging van één ion-kanaal receptor (type P) [op leukocyten] tot 4 maal het niveau van voor de inspanning. Dit was niet het geval bij gezonde indviduen. Volgens Alan Light’s research bij dieren lijkt dit type receptor bijzonder gevoelig voor vermoeidheid.

30 minuten na inspanning, en tot 8, 24 en 48 uur na inspanning hadden patiënten met FMS alsook CVS een verhoging van één ion-kanaal receptor (type A) tot 2 maal het niveau van voor de inspanning. Hier ook, was dit niet het geval bij gezonde indviduen. Dit type receptor lijkt gevoelig voor spier-pijn en vermoeidheid.

CVS- & FMS-patiënten hadden een verhoging in receptoren die aktiviteit van het sympathetisch zenuwestelsel detekteren (adrenerge receptoren) tot 2 à 6 maal het niveau van voor de inspanning. Kathleen Light en William Maixner vonden [ook (nog) niet gepubliceerd] ook dat zeer lage dosissen propranolol [niet-selectieve beta-blokker] leidden tot een vermindering van klinische pijn bij FMS- en TMD-patiënten. [TMD = ‘temporomandibular disorder’; aandoening van het scharniergewricht in de kaak gepaard gaan met pijn e.a. symtomen]

[…]

Met dank aan Prof. Alan Light voor artikels en duiding.

‘Heat shock’ proteïnen en inspanning bij CVS

Veelbelovend artikel waarin nogmaals inspanning, oxidatieve stress en mankementen in de respons hierop bij M.E.(cvs) worden gelinkt.

Met dank aan Dr Thambirajah voor de copie van het artikel.

Clin Invest Med. 2008 Dec 1;31(6):E319-27

Verschil in ‘heat shock’ proteïnen respons op inspanning in CVS

Anita A. Thambirajah BSc¹; Kenna Sleigh RN, MSN, PhD²; H. Grant Stiver MD, FRCPC³; Anthony W. Chow MD, FACP, FRCPC⁴

1 Department of Biochemistry and Microbiology, University of Victoria, Victoria, Canada

2 Department of Surgery, Division of Urology, Department of Urological Sciences at Vancouver General Hospital and University of British Columbia, Vancouver, Canada

3 Division of Infectious Diseases, Vancouver General Hospital and University of British Columbia, Vancouver, Canada

4 Division of Infectious Diseases, Vancouver General Hospital and University of British Columbia, Vancouver, Canada

Samenvatting

[zie bij ‘Oxidatieve Stress’]

Inleiding

De ‘heat-shock’ respons is een universeel en essentieel adaptief mechanisme dat cellen toelaat te reageren op een brede waaier van schadelijke condities. Onder normale fysiologische omstandigheden komen ‘heat-shock’ proteïnen tot constitutieve [continue expressie in alle cellen van een organisme - tegengesteld aan geïnduceerde expressie] expressie bij basale waarden en spelen centrale rollen bij proteïne-opvouwing en translocatie over membranen. Geïnduceerd onder stress (temperatuurswijzigingen, glucose-gebrek, oxidatieve stress, virus-infektie en andere pathologische omstandigheden), worden HSP’s een cel-beschermende status toegewezen via talrijke cellulaire en metabole responsen.

HSPs worden onderverdeeld in verschillende families gebaseerd op hun molekulaire massa (kleine HSP’s, HSP60, HSP70 en HSP90). Kleine HSP’s, zoals HSP27, zijn belangrijk bij in microfilament-organisatie, cel-groei en differentiatie, en bij het beschermen van cellen tegen apoptose geïnduceerd door hyperthermie, inflammatoire cytokinen en oxidatieve stress. […] HSP60 en HSP70 zijn betrokken bij de oligomere samenstelling en transport van peptiden geassocieerd met de mitochondriale matrix. Daarenboven medieert HSP70 ook cel-bescherming bij oxidatieve stress. HSP90 is één van de meest overvloedige chaperonnes [klasse van proteïnen die het correct opvouwen van eiwitten vergemakkelijken door er op te binden en ze te stabiliseren] in de cytosol [‘vloeistof’ waarin alle cel-organellen zich bevinden en waarin de meeste metabole processen plaatsvinden] bij eukaryoten [cellen met een echte kern die het DNA bevat en door een membraan omlijnd is - tegengesteld aan prokaryoten (= bakterieën)] en speelt een kritieke rol bij het reguleren van cellulaire processen zoals hormoon-signalisering en controle van de cel-cyclus. Belangrijk is dat bij fysieke inspanning en uithoudingstraining bij gezonde atleten een verhoging van beschermende ‘heat-shock’ proteïnen en anti-oxidante enzymen in perifeer bloed leukocyten werd aangetoond. Aangezien fysieke inspanning bekend is om de symptomen van CVS te verergeren en metabole veranderingen, waaronder oxidatieve stress, te kunnen moduleren, is het bepalen van HSP-expressie in elk van de vier HSP-families voor en na inspanning bij CVS-patiënten van belang.

[…]

Bespreking

[…] Upregulering van HSP-waarden kan een belangrijke adaptieve fysiologische respons zijn die een anti-oxidante en cel-beschermende rol speelt in skelet-spieren en andere weefsels na inspanning.[Koh TJ. Do small heat-shock proteins protect skeletal muscle from injury? Exerc Sport Sci Rev 2002;30:117-21] CVS-patiënten zijn minder in staat, vergeleken met gezonde controle-individuen, om oxidatieve stress, zoals tijdens een diepe inspanning, te beantwoorden. […]

Het belang van de bevindingen dient nog te worden bepaald. Niettemin suggereren ze een onderliggende maladaptatatie in respons op oxidatieve en andere vormen van stress bij patiënten met CVS. HSP27 en andere kleine HSPs komen overmatig tot expressie bij oxidatieve stress en ‘heat-shock’ omstandigheden, waarbij grote oligomeren worden gevormd die de cellen beschermen tegen accumulerende geoxideerde eiwitten. [Arrigo AP. Hsp27: novel regulator of intracellular redox state. IUBMB Life 2001;52:303-7] HSP27 dient ook om apoptose en de vernietiging van verscheidene anti-oxidante enzymen te voorkomen onder stress-omstandigheden. Bovendien verhoogt de upregulering van HSP27 de aktiviteit van enzymen die intracellulaire redox-omstandigheden onderhouden (bv. glucose-6-fosfaat-dehydrogenase, glutathion-reductase en glutathion-transferase). Zodoende lijkt HSP27 cellulaire anti-oxidante bescherming te bieden door het reduceren van het aantal ‘reactive oxygen species’ [ROS; vrije zuurstof radikalen] en door het wegnemen van de toxiciteit van geoxideerde proteïnen […]. Expressie van HSP27 en andere kleine HSPs werd ook in verband gebracht met dalingen van intracellulaire ijzer-waarden die anders de vorming katalyseren van hydroxyl-radikalen en geoxideerde proteïnen genereren. Anderzijds werd aangetoond dat de constitutieve over-expressie van HSP27 resulteert in een verhoogde vatbaarheid van cellen voor oxidatieve stress, wat suggereert dat een zorgvuldig evenwicht van HSP27 expressie moet worden aangehouden.

Onze intrigerende bevindingen dat in PBMC de gehaltes aan HSP27, HSP60 en HSP90 bij CVS-patiënten daalden na inspanning in tegenstelling tot sedentaire controle-indivduen van dezelfde leeftijd en hetzelfde geslacht suggereert een defekte adaptieve respons op oxidatieve stress bij CVS-patiënten. 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. Tesamen genomen doen deze preliminaire observaties de mogelijkheid rijzen dat het CVS-patiënten ontbreekt aan een efficient adaptief of coping-mechanisme in respons op oxidatieve stress na inspanning. Dit wordt ondersteund door eerdere meldingen van verhoogde oxidatieve stress gekoppeld aan een verminderde anti-oxidante verdediging bij CVS-patiënten.

Onze exploratieve studie heeft verschillende beperkingen. Het aantal patiënten en controles in deze preliminaire studie was klein. Het inspanningsprotocol, hoewel gestandardiseerd en voor CVS-patiënten zwaar geacht, zou kunnen worden beschouwd als een onvoldoende grote stressor voor de controle-groep (zoals bewezen door de minimale veranderingen in hun HSP-gehalten na inspanning. Nochtans werd dit inspanningsregime zo gekozen dat het kon worden beeïndigd door én de studie- én de controle-groepen – een meer rigoureus inspanningsregime zou door CVS-patiënten niet worden getolereerd. Niettemin werden, ondanks de mogelijkheid dat dit inspanningsregime een gepaste adaptieve respons op fysieke inspanningbij de controle-individuen zou kunnen hebben gemaskeerd, significante verschillen in HSP-expressie tussen CFS-patiënten en controle-individuen vastgesteld. Western blot analyse is ook een vrij ongevoelige methode voor het detekteren van HSPs in PBMC. Intracellulaire of opppervlakte-kleuring voor HSP’s gevolgd door FACS-analyse is wellicht een meer sensitieve of accurate benadering. De aanwezigheid van degradatie-produkten bij de Western blots zou ook een storende variabele kunnen zijn. Deze degradatie-produkten zou het resultaat kunnen zijn geweest van een langdurige stockage en herhaald invriezen en ontdooien van de stalen, aangezien geen protease-inhibitoren werden toegevoegd aan de lysaten tijdens het bewaren. Ten slotte, aangezien HSP60 en HSP70 allebei werden gelinkt aan inflammatoire processen, zou het interssant kunnen geweest zijn om de expressie-profielen van inflammatoire cytokinen in de PBMCs van deze patiënten te karakteriseren. Niettemin reveleerde onze studie, ondanks deze beperkingen, een consistente trend in HSP expressie-profielen bij CVS-patiënten die verschilde van gezonde controles voor en na inspanning. Deze intrigerende bevindingen zijn ook consistent met de literatuur die abnormaliteiten suggereert in het energie-metabolisme en capaciteit om oxidatieve stress te verwerken bij CVS. Deze bevindingen verstrekken niet enkel bijkomende benaderingen voor het onderzoeken van de cellulaire en metabole adaptieve responsen bij CVS, maar kunnen ook een meer objectieve biologische merker bieden voor het identificeren van patiënten met deze ziekte.

Oxidatieve stress

Voor wie nog zou twijfelen aan het belang van oxidatieve stress bij M.E.(cvs): hierbij samenvattingen van (enkele van de vele) artikels over de jaren door verscheidene onderzoeksgroepen…

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

Life Sci 2001 Mar 16;68(17):2037-49

Anti-oxidant status and lipoprotein-peroxidation in CFS

Manuel y Keenoy B, Moorkens G, Vertommen J, De Leeuw I

University Hospital, University of Antwerp, Belgium

De etiologie en pathogenese van het Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) blijven grotendeels onopgelost.

Begeleidende metabole aandoeningen zoals selektieve n-6 vetzuren depletie suggereert dat oxidatieve stress en meer specifiek lipiden-peroxidatie een rol zou kunnen spelen bij de pathogenese. [Oxidatieve stress is het resultaat van een onevenwicht tussen oxidante aanvallen te wijten aan de produktie van vrije radikalen en anti-oxidante verdediging.]

Om deze hypothese te onderzoeken, werd de oxidant/anti-oxidant status [TEAC (Trolox Equivalent Anti-oxidant Capacity), transferrine (ijzer-bindend proteïne) en ceruloplasmine (ijzer-oxiderend proteïne) - zorgen voor bescherming tegen ijzer-geïinduceerde lipiden-peroxidatie, vitamine-E en -A, glutathion (GSH) en glutathion-peroxidase; thiobarbituur-zuur reaktieve substanties (TBARS)] en de impact daarvan op lipoproteïnen-peroxidatie in vitro bestudeerd bij 61 patiënten met onverklaarde vermoeidheid die meer dan een maand duurde.

Ze werden onderverdeeld in 2 groepen: de groep CVS+ (33 individuen) voldeed aan de ‘Centre of Disease Control’ criteria (1988.) voor CVS en groep CVS- deed dat niet maar ze waren wel gelijkwaardig qua leeftijd, geslacht en klinische karakteristieken.

Anti-oxidant status was gelijkaardig voor de 2 groepen uitgezonderd voor het lager serum-transferrine bij CVS+ [serum-waarden van transferrine dalen dikwijls bij chronische inflammatie en trauma; oxidative stress kan ook mRNA voor transferrine doen dalen] (gemiddeld (95 % CI) 2.41 (2.28-2.54) versus 2.73 (2.54-2.92) g/l bij CVS-, p = 0.009) en de hogere lipoproteïnen-peroxidatie in vitro: 6630 (5949-7312) versus 5581 (4852-6310) nmol MDA/mg LDL en VLDL cholesterol x minuten, p = 0.035). CVS intensifieerde de invloed van LDL cholesterol (p = 0.012) en van transferrine (p = 0.045) op peroxidatie in vitro, wat bijkomende pro-oxidante effekten suggereert. [Voor vitamine-E was er ook een tendens naar lagere waarden bij CFS+ patiënten. Zie verder]

Deze resultaten wijzen er op dat patiënten met CVS een verhoogde vatbaarheid hebben qua koper-geïnduceerde lipiden-peroxidatie van LDL en VLDL en dat dit gerelateerd is met hun lagere serum-transferrine waarden en met andere ongeïdentificeerde pro-oxiderende effekten bij CVS.

[De auteurs melden nog dat de chronische inflammatoire status, die dikwijls wordt vastgesteld bij CVS, een mogelijke bron voor de oxidatieve stress is.]

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

Neurosci Lett. 2003 Jan 2;335(3):151-4

Relationship between musculoskeletal symptoms and blood-markers of oxidative stress in patients with Chronic Fatigue Syndrome

Vecchiet J, Cipollone F, Falasca K, Mezzetti A, Pizzigallo E, Bucciarelli T, De Laurentis S, Affaitati G, De Cesare D, Giamberardino MA

Department of Medicine and Science of Aging, G. D’Annunzio University of Chieti, Italy

We onderzochten het oxidant/anti-oxidant evenwicht en zijn correlatie met spier-symptomen in 21 patiënten met het Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) versus 20 normale individuen. De patiënten vertoonden significante verschillen: lagere lag-fase, vitamine-E (Vit E) plasma-concentraties in plasma en lage-densiteit lipoproteïnen (LDL), meer LDL thiobarbituur-zuur reaktieve substanties (TBARS), meer vermoeidheid en lager spierpijn-drempels bij elektrische stimulatie. Er werd ook een significante direct lineaire correlatie gevonden tussen vermoeidheid en TBARS, drempels en lag-fase, drempels en vit-E in plasma en LDL. Een significante omgekeerd lineaire correlatie werd gevonden tussen vermoeidheid en lag-fase, vermoeidheid en Vit-E, drempels en TBARS. Verhoogde oxidatieve stress en verminderde anti-oxidant verdediging zijn verbonden met de symptomatologie bij CVS, suggererend dat anti-oxidant supplementen de spier-symptomen bij dit syndroom kunnen verlichten.

[Spectrofotometrische meting van TBARS verloopt in drie fasen: 1) the lag-time, waarbij de fluorescentie niet significant stijgt, geeft de capaciteit van de anti-oxidanten om lipoproteïnen-peroxidatie te vertragen aan; 2) de stijging bij de propagatie-fase, waarbij de fluorescentie snel toeneemt, geeft de snelheid van de oxidatieve veranderingen aan; 3) de verzadigingsfase, waarbij de fluorescentie een plateau bereikt, geeft de totale hoeveelheid geoxideerde lipiden aan.]

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

Free Radic Biol Med. 2005 Sep 1;39(5):584-9

Oxidative stress levels are raised in Chronic Fatigue Syndrome and are associated with clinical symptoms

Kennedy G, Spence VA, McLaren M, Hill A, Underwood C, Belch JJ

Vascular Diseases Research Unit, The Institute of Cardiovascular Research, Ninewells Hospital and Medical School, Dundee, Scotland DD1 9SY, UK

De etiologie van het Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) is niet gekend; recent bewijsmateriaal suggereert echter dat een overmatige aanmaak van vrije radikalen (VR) betrokken kan zijn. Deze studie onderzocht voor de eerste keer 8-iso-prostaglandine-F(2alfa)-isoprostaan waarden samen met andere plasma-merkers voor oxidatieve stress bij CVS-patiënten en controle-individuen.

[Isoprostanen zijn stabiele produkten van arachidonzuur, gevormd op een niet-enzymatische, door vrije radikalen gekatalyseerde manier. Urinaire excretie van 8-iso-prostaglandine F2alfa, een isomeer van het PGG/H synthase (cyclooxygenase of COX) enzyme-produkt, prostaglandine F2alfa (PGF2alfa), bleek eerder beloftevol als een aanwijzing voor oxidatieve stress en lipiden-peroxidatie in vivo - hier werden ze in het plasma gemeten. Isoprostanen weerspiegelen niet alleen oxidatieve stress maar ze hebben ook krachtige biologische effekten geassocieerd met de peroxidatie van membraan-lipiden, verhoogde cel-permeabiliteit en een daaruit volgende verhoging van intracellulair calcium.]

Zevenenveertig patiënten (18 mannen, 29 vrouwen, gemiddelde leeftijd 48 [19-63] jaar) die voldeden aan de ‘Centres for Disease Control’ klassificatie voor CVS en 34 gezonde vrijwilligers (13 mannen, 21 vrouwen, gemiddelde leeftijd 46 [19-63] jaar) werden opgenomen in de studie. De CVS-patiënten werden ingedeeld in twee groepen: één groep had eerder gedefinieerde cardiovasculaire (CV) risico-factoren voor obesitas en hypertensie (groep 1) en de tweede hadden een normale bloeddruk en waren niet obees (groep 2).

Patiënten vertoonden significant verhoogde waarden aan isoprostanen (groep 1, P = 0.007; groep 2, P = 0.03, ongepaarde t-test vergeleken met controles) en geoxideerde lage-densiteit lipoproteïnen (groep 2, P = 0.02) wat wijst op een VR-aanval op de lipiden. CVS-patiënten hadden ook significant lagere hoge-densiteit lipoproteïnen (groep 1, P = 0.011; groep 2, P = 0.005). CVS-symptomen correleerden met isoprostaan-waarden maar enkel bij laag CV-risico CVS-patiënten van groep 2 (isoprostanen correleerden met de totale symptoom score P = 0.005, gewrichtspijn P = 0.002 en post-exertionele malaise P = 0.027, Pearson).

[De pro-oxidant status bleek een gevolg van de ziekte en geen secundair effekt van een CV-risico. De oxidatieve stress bij CVS is volgens dit onderzoek te wijten aan bovenmatige vorming van vrije radikalen en niet aan uitputting van de anti-oxidant reserves.

Ook te onthouden: ox-LDL, hier significant verhoogd, heeft ook het vermogen om genen geassocieerd met anti-oxidante responsen zoals de gen transcriptie-factor nuclear factor-kappa B (NF-κB) te stimuleren.]

Dit is de eerste keer dat gestegen waarden voor de ‘gouden standaard’ meting van in vivo oxidatieve stress (isoprostanen) en hun associatie met CVS-symptomen worden gerapporteerd.

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

Journal of Internal Medicine (March 2005) Volume 257 Issue 3 Page 299-310

Chronic Fatigue Syndrome: assessment of increased oxidative stress and altered muscle-excitability in response to incremental exercise

Jammes Y, Steinberg JG, Mambrini O, Bregeon F, Delliaux S

From the Laboratoire de Physiopathologie Respiratoire (UPRES EA 2201), Faculté de Medecine, Institut Federatif de Recherche Jean Roche and Service des Explorations Fonctionnelles Respiratoires, Hopital Nord, Assistance Publique-Hopitaux de Marseille, Marseille, France

Omdat de spier-respons op toenemende inspanning niet goed is gedocumenteerd bij patiënten die lijden aan het Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS), combineerden we elektrofysiologische en biochemische (melkzuur-produktie, oxidatieve stress) metingen om vast te stellen of er spier-dysfunktie is in respons op een routine fiets-inspanning.

Deze ‘case-control’ studie vergeleek 15 CVS-patiënten met een controle-groep van gezonde individuen gematcht qua geslacht, leeftijd en gewicht (n = 11).

Alle individuen voerden een fietstest met toenemende inspanning tot uitputting uit.

We maten de zuurstof-opname (VO₂), hartslag (HR), systemische bloeddruk, percutane O₂-saturatie (SpO₂), M-wave [‘compound-evoked muscle action potentials’ - 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] van de vastus lateralis [spier aan de voorzijde van het dijbeen, deel van de quadriceps] en namen veneus bloed af om zo de zuurtegraad (pHv), PO₂ (PvO₂), melkzuur (LA) en drie merkers voor oxidatieve stress (thiobarbituurzuur-reaktieve substanties – TBARS, gereduceerd glutathion – GSH en ascorbinezuur – RAA) te kunnen meten.

Bij CVS-patiënten verschilde (i) de relatie stijgingsgraad van VO₂ versus inspanningsvolume niet van controle-individuen en er was een tendens voor een aangescherpte PvO₂ daling bij dezelfde inspanningsintensteit, wat wijst op een verhoogde zuurstof-opname in de spieren bij inspanning; (ii) de HR- en bloeddruk-respons bij inspanning varieerde niet; (iii) de anaërobe mechanismen waren niet geaccentueerd; (iv) de door inspanning geïnduceerde oxidatieve stress was versterkt (vroege veranderingen in TBARS en RAA, en verhoogd maximaal RAA-verbruik); en (v) de M-wave duur was duidelijk gestegen tijdens de herstel-periode. [Hierbij werden geen wijzigingen in de neuromusculaire transmissie (geleidingstijd van spiervezels) gemeld maar er worden wel uitgesproken veranderingen van spier-prikkelbaarheid aangetoond vroeg na het beëindigen van de inspanning.]

Besluiten: De respons van CVS-patiënten op toenemende inspanning gaat gepaard met een verlengde en verhoogde oxidatieve stress samen met uitgesproken wijzigingen van de prikkelbaarheid van het spier-membraan. Deze twee objectieve tekenen van spier-dysfunktie volstaan om de spierpijn en post-exertionele malaise, gerapporteerd door onze patiënten, te verklaren.

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

Int J Cardiol. 2008 Aug 4. [ahead of print]

Increased oxidative stress suggested by low serum vitamin-E concentrations in patients with Chronic Fatigue Syndrome

Kunihisa Miwa^a and Masatoshi Fujita^b

^aDepartment of Internal Medicine, Nanto Home and Regional Medical Centre, 577 Matsubara, Nanto, Toyama 939-1518, Japan

^bHuman Health Sciences, Kyoto University Graduate School of Medicine, Kyoto, Japan

Serum alfa-tocoferol [vitamine-E; een belangrijke endogene vet-oplosbare anti-oxidatieve substantie, verbruikt tijdens het lipiden-peroxidatie proces, zou - samen met het mineraal seleen - de oxidatie van cellen en celmembranen tegen gaan. De werking is niet precies bekend.] concentraties werden bepaald bij 50 patiënten met het Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) en 40 controle-individuen (Controle).

Prevalentie van om het even welke coronaire risico-factor was niet significant verschillend tussen CVS en Controle. CVS-patiënten vertoonden significant lagere alfa-tocoferol concentraties dan controles. De concentraties waren significant lager bij de individuen met om het even welke coronaire risico-factoren dan deze zonder, bij CVS zowel als Controle. Zelfs onder de individuen met om het even welke coronaire risico-factoren en ook deze zonder, hadden CVS-patiënten significant lagere alfa-tocoferol concentraties dan controles.

Tot bersluit: CVS-patiënten hadden significant lagere alfa-tocoferol concentraties ongeacht coronaire risico-factoren dan controles, wat de aanwezigheid suggereert van verhoogde oxidatieve stress bij CVS. [Of verhoogde oxidatieve stress één van de oorzaken van CVS is of een gevolg blijft onbekend.]

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

Clin Invest Med. 2008 Dec 1;31(6):E319-27

Differential heat shock protein responses to strenuous standardized exercise in Chronic Fatigue Syndrome patients and matched healthy controls

Anita A. Thambirajah BSc¹; Kenna Sleigh RN, MSN, PhD²; H. Grant Stiver MD, FRCPC³; Anthony W. Chow MD, FACP, FRCPC⁴

1 Department of Biochemistry and Microbiology, University of Victoria, Victoria, Canada

2 Department of Surgery, Division of Urology, Department of Urological Sciences at Vancouver General Hospital and University of British Columbia, Vancouver, Canada

3 Division of Infectious Diseases, Vancouver General Hospital and University of British Columbia, Vancouver, Canada

4 Division of Infectious Diseases, Vancouver General Hospital and University of British Columbia, Vancouver, Canada

Doel: Aangezien fysieke inspanning de symptomen van het Chronische Vermoeidheid Syndroom verergert en metabole veranderingen, inclusief oxidatieve stress, de expressie van heat-shock proteïnen (HSP) kunnen moduleren, wilden we bepalen of HSP-expressie is gewijzigd bij CVS-patiënten voor en na inspanning.

Methoden: HSP27, HSP60, HSP70 en HSP90 expressie van 6 CVS-patiënten en 7 controles (gematcht voor leeftijd en geslacht) werden onderzicht m.b.v. ‘western blot’ analyse van perifeer bloed mononucleaire cellen onmiddellijk voor, na en 1 dag en 7 dagen volgend op een gestandardiseerde loopband-inspanning.

Resultaten: Basaal HSP27 was hoger bij CVS-patiënten dan bij controles (0.54 +/- 0.13 vs. 0.19 +/- 0.06, gemiddelde +/- SEM; P < 0.01). Verder waren deze waarden bij CVS-patiënten gedaald onmiddellijk na inspanning (0.25 +/- 0.09; P < 0.05) en bleven onder basale waarden 1 dag na inspanning (0.18 +/- 0.05; P < 0.05). P < 0.05). […] In tegenstelling hiermee bleven HSP27-waarden relatief constant na inspanning bij controle-individuen. Gelijkaardige patronen van verminderende HSP-waarden bij CVS-patiënten worden ook gezien voor HSP60 (0.94 +/- 0.40 vs. 1.32 +/- 0.46; P < 0.05) en voor HSP90 (0.34 +/- 0.09 vs. 0.49 +/- 0.10; P < 0.05) op dag 7 na inspanning vergeleken met basale waarden, respectievelijk. Contrasterend was dat HSP60-waarden bij controle-individuen waren gedaald op dag 1 (1.09 +/- 0.27) en dag 7 (1.24 +/- 0.50) na inspanning vergeleken met corresponderende waarden onmiddellijk na inspanning (0.55 +/- 0.06) (P < 0.05, respectievelijk).

Besluit: Deze voorlopige bevindingen suggereren een abnormale of defekte adaptieve respons op oxidatieve stress bij CVS en de mogelijkheid rijzen dat HSP-profilering kan voorzien in een meer objectieve biologische merker voor deze ziekte.

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

Wordt vervolgd…