M.E.(cvs)-wetenschap

april 21, 2018

NIR-spectroscopie screening ter detektie van pathogene mitochondriale DNA-varianten bij ‘onverklaarde vermoeidheid’

Filed under: Celbiologie,Diagnostiek — mewetenschap @ 7:31 am
Tags: , , , , , ,

Op onze pagina’s hadden we het al over M.E.(cvs) als Mitochondriale Ziekte. We gaven er daaromtrent de mening van M.E.(cvs)-specialisten weer. Een Italiaans onderzoeksteam schreef dienaangaande ook: “Een myopathie van waarschijnlijk mitochondriale oorsprong zou de daling in funktionele mogelijkheden van de spier kunnen verklaren, zowel als een vermindering in kracht maar, vooral, een vermindering in weerstand.” (‘Afwijkende Pijndrempels en Morfologie in de Spieren bij CVS’). Oproepen tot verder onderzoek bleven niet uit; zie ‘Rol van mitochondriale dysfunkties bij pijn (CVS & FM)’ & ‘Mitochondriale dysfunktie – Differentiërende merker tussen CVS & FM?’. Er werd ook gewag gemaakt van “extreem zware of uitputtende inspanning die mitochondriale stoornissen bevordert, die de werking ervan permanent kunnen beschadigen” (zie ‘Inspanning-geïnduceerde mitochondriale dysfunktie’)…

Onderstaande publicatie over onderzoek uitgevoerd door researchers en artsen verbonden aan de Universiteit Gent zou een respons op de vraag naar meer onderzoek kunnen vertegenwoordigen maar jammer genoeg toont het de ongemakkelijke spreidstand aan tussen verschillende ‘stromingen’ betreffende onverklaarde vermoeidheid. Sommigen (bv. Prof. Van Coster) gaan hier voor de hypothese dat M.E.(cvs) elementen van een mitochondriale myopathie heeft, terwijl de adepten van de biopsychosociale school (bv. psychiater dr Mariman) alle langdurige vermoeiden op één hoop gooit, brede definities hanteren en een mengelmoes van patiënten (waarvan misschien slechts enkelen die M.E.(cvs) hebben) in één studie opnemen. Dat deze zoektocht slechts bij 1/3 aanwijzingen voor een eventuele mitochondriale myopathie oplevert, lijkt ons dan ook maar evident. Men zal argumenteren dat dit een piloot-studie betreft met maar een klein aantal patiënten maar ons lijkt dit een quasi amateuristische aanpak die van bij aanvang gedoemd is te mislukken en/of dergelijke halfslachtige resultaten op te leveren. Verder blijft de noodzakelijkheid van (invasieve) biopten een bijkomend obstakel. Ook hierbij is het amateurisme niet ver weg, te meer daar we vernemen dat spierbiopt-materiaal van sommige deelnemers gewoon is ‘verdwenen’…

De waarde van de nieuwe methodiek kan o.i. enkel worden nagegaan bij patiënten die beoordelen aan de geschikte criteria voor M.E.(cvs).

————————-

Appl Spectrosc. (2018) [pre-print]

Near-Infrared Spectroscopy Screening to Allow Detection of Pathogenic Mitochondrial DNA Variants in Individuals with Unexplained Abnormal Fatigue: A Preliminary Study

Celie BM1, Mariman A2,3, Boone J1,4, Delesie L2, Tobback E2,3, Seneca S5, De Paepe B6, Vogelaers D2,3, Van Coster RN6, Bourgois JG1,4

1 Department of Movement and Sports Sciences, Ghent University, Ghent, Belgium

2 Department of General Internal Medicine, Ghent University Hospital, Ghent, Belgium

3 Centre for Neurophysiologic Monitoring, Ghent University Hospital, Ghent, Belgium

4 Centre of Sports Medicine, Ghent University Hospital, Ghent, Belgium

5 Centre for Medical Genetics, University Hospital Brussels, Neurogenetics Research Group, Reproduction Genetics and Regenerative Medicine Research Group, Vrije Universiteit Brussel (VUB), Brussels, Belgium.

6 Department of Pediatrics, Division of Pediatric Neurology and Metabolism, Ghent University Hospital, Ghent, Belgium

Samenvatting

Onverklaarde abnormale vermoeidheid wordt gekenmerkt door chronische vermoeidheid die aanhoudt gedurende minstens 6 maand en onvoldoende wordt verklaard door enige erkende medische aandoening. In deze piloot-studie, werden 12 individuen met abnormale vermoeidheid die onverklaard bleef na een grondige screening, onderzocht m.b.v. een ‘near-infrared’ [elektromagnetische straling net buiten het zichtbaar licht; golflengte > 780 nm] (NIR) spectroscopie handgreep-test. Daarvan bleken er 4 een abnormaal zuurstof-extractie patroon te vertonen dat lijkt op dat van individuen met gedocumenteerde mitochondriale myopathie [MM]. Bij 3 van deze 4 individuen werden diverse mitochondriale abnormaliteiten gedocumenteerd via spectrofotometrische, immunocytologische, fluorescente en morfologische analyses uitgevoerd op skeletspier[biopten] en gecultiveerde huid-fibroblasten. Bij 3 van de 4 mensen met verminderde musculaire zuurstof-extractie werd een verschillende homoplasmatische pathogene mitochondriaal-DNA punt-mutatie (m.961T > C, m.1555A > G, m.14484T > C) getoond. [homoplasmie = enkel identieke mtDNA-kopieën aanwezig; alle cellen hetzelfde mitochondriaal genoom] Bij de vierde werd de aanwezigheid van meerdere grote mitochondriaal-DNA deleties [ontbrekende fragmenten] in spierweefsel vermoed. In tegenstelling daarmee hadden geen enkele van de 8 abnormaal vermoeide individuen met normale NIR-spectroscopie resultaten een pathogene mitochondriaal-DNA punt-mutatie of grote deleties (P < 0.001). Deze piloot-studie geeft aan dat NIR-spectroscopie kan dienen als een niet-invasief screening-instrument om een subgroep (patiënten) met mitochondriale dysfunktie af te bakenen bij de grote groep individuen met onverklaarde abnormale vermoeidheid.

Inleiding

Onverklaarde abnormale vermoeidheid die aanhoudt gedurende minstens 6 maand vormt een significant probleem dat leidt tot ernstige dalingen qua beroeps- en sociale aktiviteiten. De diagnostische benadering van onverklaarde abnormale vermoeidheid vereist een zorgvuldige uitsluiting van andere verklarende aandoeningen, zoals psychiatrische, farmacologische, endocriene, neoplastische, hematologische, infektueuze, metabole (inclusief mitochondriale), cardiopulmonaire, bindweefsel ziekten en slaap-stoornissen. Meerdere van deze aandoeningen kunnen makkelijk worden uitgesloten door gebruik te maken van de gepaste klinische onderzoeken. Sommige vormen onverklaarde abnormale vermoeidheid worden als idiopathisch [zonder bekende oorzaak] beschouwd, t.t.z. Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) en fibromyalgie, en de diagnose hangt af van de exclusie van andere ziekten en het voldoen aan diagnostische criteria (bv. de Fukuda criteria).

De uitsluiting van een mitochondriaal defekt als de onderliggende oorzaak voor vermoeidheid ligt niet altijd voor de hand. Bij jongere individuen zijn de klinische en biochemische abnormaliteiten overduidelijk. Uiteindelijk wordt de diagnose weerhouden na de geschikte biochemische, radiologische en genetische testen. In sommige gevallen, bijzonderlijk bij volwassenen, kunnen de klinische symptomen van mitochondriale defekten subtieler zijn. Sommige individuen met mitochondriale defekten vertonen zelfs geen tekenen van een myopathie of andere orgaan-betrokkenheid vooraleer ze ouder zijn geworden of symptomatisch worden na het innemen van medicatie die toxisch is voor de mitochondriale werking (natrium-valproaat [anti-epilepticum], aminoglycosiden [antibiotica], linezolid [antibioticum]). Hoewel inspanning-intolerantie, spierpijn en spierzwakte sleutel-symptomen zijn voor de erkende entiteit mitochondriale myopathie, kan onverklaarde abnormale vermoeidheid het enige of overwegende symptoom zijn bij een persoon met een mitochondriaal defekt. Bovendien kan het klinisch beeld CVS nabootsen. In een studie […] rapporteerden 62% van patiënten met gedocumenteerde mitochondriale ziekte overmatige symptomatische vermoeidheid (‘Fatigue Impact Scale’ ≥ 40), terwijl 32% ernstige, funktioneel beperkende vermoeidheid-symptomen meldden (‘Fatigue Impact Scale’ ≥ 80), vergelijkbaar met de vermoeidheid die wordt ervaren door patiënten met Myalgische Encefalopathie/CVS. Volgens de auteurs is subjectieve vermoeidheid een prominent symptoom bij individuen met mitochondriale ziekte maar de prevalentie, impact en etiologie ervan wordt nog niet goed begrepen.

In een eerdere studie toonden we dat ondubbelzinnig onderscheid gemaakt kan worden tussen gezonde controles en individuen met gedocumenteerde mitochondriale myopathie [Celie B, Boone J, Smet J et al. Forearm Deoxyhemoglobin and Deoxymyoglobin (Deoxy[Hb+Mb]) Measured by Near Infrared Spectroscopy (NIRS) Using a Handgrip Test in Mitochondrial Myopathy. Appl. Spectrosc. (2015) 69: 342-347] d.m.v. NIR-spectroscopie in voorarm-spieren tijdens een ‘incremental cyclic contractions protocol’ [cyclus van spier-samentrekkingen met oplopende intensiteit] (ICCP) [Celie B, Boone J, Van Coster R, Bourgois J. Reliability of Near Infrared Spectroscopy (NIRS) for Measuring Forearm Oxygenation During Incremental Handgrip Exercise’’. Eur. J. Appl. Physiol. (2012) 112: 2369-2374]. Het doel van de huidige studie was om NIR-spectroscopie te gebruiken als een niet-invasief screening-instrument voor mitochondriale dysfunktie bij individuen met onverklaarde abnormale vermoeidheid zonder co-morbiditeit en geselekteerd na multidisciplinaire beoordeling [Vraag is: hoe onbevooroordeeld dit gebeurde wetende dat de artsen van het Gentse ‘CVS referentiecentrum’ de biopsychosociale school’ aanhangen…]. De deelnemers waarbij abnormale NIR-spectroscopie resultaten werden gevonden werden verder onderzocht d.m.v. spier- en huid-biopten [niet allemaal, zie ook onze inleiding] alsook bloed-onderzoeken om morfologische, biochemische of genetische abnormaliteiten in hun mitochondrieën en mitochondriaal DNA (mtDNA) te documenteren. Er werd ook bloed afgenomen van individuen met onverklaarde abnormale vermoeidheid en normale NIR-spectroscopie resultaten.

Methodes

Deelnemers

Er werden 2 groepen individuen vergeleken. Een eerste bestond uit 12 patiënten met de diagnose ‘ondubbelzinnige en onverklaarde abnormale vermoeidheid, zonder co-morbiditeit’ [niet noodzakelijk ME.(cvs)]. De tweede bestond uit 12 voor leeftijd en geslacht gematchte ongetrainde gezonde controles. De patiënten met ‘onverklaarde abnormale vermoeidheid’ werden gerecruteerd via de Afdeling Algemene Interne Geneeskunde van het Universitair Ziekenhuis van Gent, België. […] De leeftijd, lengte en gewicht van de patiënten (11 vrouwen, 1 man) waren 45 ± 8 jaar, 165 ± 6 cm & 71 ± 17 kg (gemiddelde ± standaard-deviatie). De controles (11 vrouwen, 1 man) waren gematcht voor leeftijd en geslacht. Hun leeftijd, lengte en gewicht waren 46 ± 8 jaar, 168 ± 7 cm & 70 ± 15 kg.

Diagnostisch beslissingmaking-proces voor Onverklaarde Abnormale Vermoeidheid

Voor de beoordeling van tot dusver onverklaarde en langdurige abnormale vermoeidheid, volgden we een holistische benadering gebaseerd op het biopsychosociaal model van Wessely et al. [!!!] Het geïntegreerd diagnostisch pad omvatte een internistische beoordeling, psycho-diagnostische screening, revalidatie-beoordeling en polysomnografie gecombineerd met een multipele slaap-latentie-test [EEG-registraties met een tussentijd van ongeveer 2 uur om het slaap-patroon overdag te onderzoeken]. De internistische beoordeling bestond uit een uitgebreide anamnese, met oog voor eerdere medische diagnoses of onderzoeken, en een lichamelijk onderzoek met bijkomende onderzoeken indien daar indicatie voor was. Een revalidatie-arts evalueerde de aanwezigheid van musculoskeletale co-morbiditeit waarvoor fysiotherapie voor bestaat. De psycho-diagnostische werd uitgevoerd door een klinisch psycholoog en omvatte anamnese, gevalideerde vragenlijsten en psychologische testen. Er had een psychiatrisch consult plaats wanneer de voorgeschiedenis suggestief was voor eerdere of huidige psychiatrische problemen, en wanneer er hints voor de aanwezigheid van een psychiatrische aandoening opdoken uit de psycho-diagnostische evaluatie of de multidisciplinaire bespreking. De uitkomst van deze multidisciplinaire bespreking was een diagnostische klassificatie in: (1) ‘ondubbelzinnige onverklaarde abnormale vermoeidheid’, (2) onverklaarde abnormale vermoeidheid met co-morbiditeit of (3) een aandoening die onverklaarde abnormale vermoeidheid uitsluit. Bij ondubbelzinnige en onverklaarde abnormale vermoeidheid waren naast elkaar bestaande slaap- of psychiatrische aandoeningen uitgesloten. Zodoende werd het diagnostisch proces niet beperkt tot enkel tekenen en symptomen. Zonder de discussie te willen aangaan omtrent de controversiële syndroom-definities, hebben we geopteerd voor het gebruik van de benaming ‘onverklaarde abnormale vermoeidheid’ om deze patiënten te beschrijven. [M.a.w. dit artikel handelt niet over M.E.(cvs) per se.]

‘Incremental Cyclic Contraction Protocol’ (ICCP)

Het ICCP bestond uit ritmische handgreep-samentrekkingen met oplopende intensiteit […]. Deze test werd uitgevoerd in ruglig m.b.v. een handgreep-dynamometer. Na bepaling van de maximale vrijwillige contractie kracht (MVC) […] werd de NIR-spectroscopie sonde op de M. flexor carpi ulnaris [spier die het polsgewricht laat buigen] & de M. flexor digitorum superficialis [onderarm-spier die zorgt voor buiging van alle vingers behalve de duim] geplaatst om de microvasculaire zuurstof-extractie te bepalen. Dit protocol startte met het afsluiten van de voorarm-arterie door het opblazen van een manchet tot 260 mmHg (onbepaalde duur, tot een evenwicht-toestand in deoxy[Hb+Mb] [deoxy-haemoglobine/ -myoglobine = haemoglobine/myoglobine dat niet gecombineerd is met zuurstof; het verschil qua weefsel absorptievermogen tussen de 2 geeft de balans tussen de aan- en afvoer van zuurstof in kleine bloedvaten] werd bereikt). De taak bestond uit periodes van 2 min waar oplopende samentrekkingen werden uitgevoerd (1 sec contractie, 1 sec relaxatie), met verschillende intensitieiten van de vrijwillige contractie kracht (% MVC). De samentrekking-periodes werden onderbroken door 60 sec rust. De arbeid-intensiteit begon aan 20% MVC en verhoogde per stap met 10% MVC. Het ICCP werd uitgevoerd tot er uitputting optrad. […] Het onderscheid tussen normale en abnormale NIR-spectroscopie responsen was overwegend gebaseerd op de resultaten van eerdere research; waarbij gezonde controles in staat bleken tot een funktionele toename van hun microvasculaire O2-extractie tot 72,8 % van hun maximale ‘gedwongen’ O2-extractie (tijdens arteriële occlusie [afsluiting]), terwijl MM-patiënten een gemiddelde maximale O2-extraction van 26 % bereikten. MM-patiënten vertoonden een homogene respons op deze handgreep-inspanning met een zeer klein deoxy[Hb+Mb] bereik van 17,2-34,4% van de gedwongen maximale O2-extractie. Eerder hebben we een goede test-hertest betrouwbaarheid van deze NIR-spectroscopische metingen bij gezonde controles getoond […]. Er werd enkel een hertest bij de patiënten uitgevoerd om de resultaten van de eerste test te bevestigen.

Metingen en analyse van de gegevens

NIR-spectroscopie. De skelet-spier weefsel-oxygenatie werd non-invasief gemeten d.m.v. een systeem gebaseerd op absorptie van infrarood (IR) licht, waarbij IR licht van verschillende golflengten wordt uitgezonden. De veranderingen in deoxyhaemoglobine en deoxymyoglobine (deoxy[Hb+Mb]) tijdens het ICCP (t.t.z. het gemiddelde van de hoogste 10 sec) werden uitgedrukt in verhouding met de arteriële occlusie, om mogelijke invloeden van de dikte van het vetweefsel in de voorarm en eventuele deconditionering-effekten te verminderen.

Analyses van skeletspier[biopt]en en huid-fibroblasten

Biopten. 4 individuen met abnormale deoxy[Hb+Mb] waarden (in %) tijdens het ICCP werden uitgenodigd om weefsel-biopten ondergaan om mitochondriale abnormaliteiten te documenteren. 3 daarvan (S1, S2 & S3) gaven toestemming voor skeletspier- (quadriceps) en huid-biopten. […] De spier-biopten werden verwerkt voor licht- en elektronen-microscopie & spectrofotometrische analyse, terwijl de huid-biopten dienden voor primaire fibroblast culturen. […]

Microscopische evaluatie van skeletspier[biopten]

[…]

Funktionele evaluatie van de oxidatieve fosforylatie (OXPHOS)

Er werd een standaard spectrofotometrische analyse gebruikt voor de meting van de aktiviteiten van de oxidatieve fosforylatie (OXPHOS) complexen (I, II, II+III, III & IV) en citraat-synthase in skeletspieren. Dezelfde enzymen werden getest in gecultiveerde huid-fibroblasten (uitgezonderd complex-I). Z-score [gestandaardiseerde waarde] = aktiviteit van het patient-staal min de gemiddelde aktiviteit van de controle-stalen gedeeld door de standaard-deviatie van de controle-stalen. De patient-aktiviteit wordt als deficiënt beschouwd als de Z-score < -3.0 is.

Immuno- en fluorescente kleuring van gecultiveerde huid-fibroblasten

[…]

Sequentie-bepaling van het volledig mitochondriaal genoom

[…]

Statistische Analyse

[…]

Resultaten & bespreking

Er werden significante verschillen gevonden qua deoxy[Hb+Mb] in de groep met onverklaarde abnormale vermoeidheid in vergelijking met een groep gezonde controles (P = 0.019). […] De gemiddelde deoxy[Hb+Mb] waarden tijdens de ICCP waren significant beïnvloed door een subgroep van 4 individuen met onverklaarde abnormale vermoeidheid. Bij deze individuen konden geen significante toenames qua deoxy[Hb+Mb] worden gevonden (test & hertest). Analyse van deze individuele resultaten toonde dat 3 individuen (S1, S2 & S4) een identiek, abnormaal deoxy[Hb+Mb] profiel hadden (test & hertest), wat gelijkaardig was met eerdere observaties bij patiënten met mitochondriale myopathie (MM). Volgens de resultaten van deze laatste studie, konden mitochondriale defekten bij gezonde controles worden uitgesloten, op basis van hun deoxy[Hb+Mb] profiel in de huidige studie. Bij 1 patient (S3) werd dit gewijzigd profiel slechts gevonden bij de hertest (normale deoxy[Hb+Mb] respons tijdens de eerste test), wat aangeeft dat de deoxy[Hb+Mb] respons van dit individu tijdens ICCP niet dezelfde was bij test en hertest.

Voor het testen van het mitochondriaal membraan potentiaal (ΔΨ [ΔΨmt; het spanning-verschil tussen het buitenste en binnenste mitochondriaal membraan]) werden JC-1 [fluorescente kleurstof die aktieve (rood) en inaktieve (groen) mitochondrieën kleurt; mitochondriale depolarisatie wordt aangegeven door een afname van de rood/groene fluorescentie-intensiteit] en MitoTracker [fluorescente kleurstof die afhankelijk van het membraan-potentiaal de mitochondrieën labelt] testen aangewend, welke geen wijzigingen qua ΔΨ opbouw oppikten. Hoewel de JC-1 fluorescente kleuring homogeen was bij controles en in fibroblasten van S2, vertoonden cellen van S1 & S3 een mozaïek-patroon [doordat de aanwezigheid van mtDNA-afwijkingen varieert van cel tot cel] aangezien een subset cellen voornamelijk inaktieve (groene) mitochondrieën bevatte. Dit mozaïek-patroon doet denken aan het patroon dat wordt gezien bij individuen met mtDNA-abnormaliteiten (e.g. punt-mutatie, deletie of depletie van het mtDNA). Immunocytochemische kleuring voor de oxidatieve fosforylatie complex-IV subunit-I toonde verminderde kleuring in gecultiveerde huid-fibroblasten van S2 & S3. In tegenstelling daarmee was de immunokleuring voor het oxidatieve fosforylatie complex-II (een complex dat enkel nucleair gecodeerde strukturele subunits bevat) normaal voor alle cel-lijnen (gegevens niet getoond), wat verder duidt op een onderliggend mtDNA-gerelateerd defekt.

De 4 abnormaal vermoeide individuen waarbij gedaalde zuurstof-extractie werd gedocumenteerd, droegen een pathogene mtDNA-variant. Het eerste individu (S1) bleek homoplasmatisch voor de m.961 T>C variant in gecultiveerde huid-fibroblasten en skeletspier. [homoplasmie voor een mutatie wil zeggen: alleen afwijkend mtDNA] Uit de literatuur is bekend dat de m.961 T>C variant gelinkt is met ‘non-syndromic hearing impairment’ [gedeeltelijk of totaal gehoor-verlies dat niet gepaard gaat met andere tekenen en symptomen]. De patient klaagde daadwerkelijk over gehoor-verlies sinds de vroege kindertijd en haar audiogram toonde significant gehoor-verlies in de hoge frequenties. Zoals verwacht op basis van het maternaal overerving-patroon of mtDNA, was haar moeder ook homoplasmatisch voor deze m.961 T>C variant. Er is weinig geweten over de prevalentie van deze mtDNA-wijziging. Poolse onderzoekers vonden dat slechts 2 op 500 gezonde individuen (0,4%) deze variant droegen in Polen. Onze tweede deelnemer (S2) had de m.1555A>G variant in homoplasmie, zoals haar moeder. Deze m.1555 A>G variant is geassocieerd met aminoglycoside-geïnduceerde doofheid welke maternaal wordt overgedragen […] Naar ons weten zijn er geen meldingen over de incidentie [mate van voorkomen] van de m.1555 A>G variant in de algemene bevolking. Er zijn slechts studies beschikbaar die prevalenties variërend tussen 0-0,70% tonen. De vierde deelnemer (S4) in onze studie bleek homoplasmatisch voor de m.14484 T>C variant in het MT-ND6 gen, wat één van de mtDNA-varianten is die geassocieerd zijn met Leber hereditaire optische neuropathie (LHON [plots verlies van gezichtsvermogen door afsterven van cellen in de oogzenuw]). Zoals verwacht waren alle onderzochte matrilineaire [in vrouwelijke lijn] verwanten (moeder en 6 nakomelingen) homoplasmatisch voor deze LHON-mutatie. LHON wordt veroorzaakt door een mitochondriaal overgeërfde degeneratie van de retinale ganglion cel-laag [type neuronen van het netvlies] en optische zenuw, leidend tot sub-acuut of acuut pijnloos, bilateraal visueel falen bij jong-volwassenen, voornamelijk mannen. De m.14484 T>C die de p.(Met64Val) substitutie [door de mutatie bepaalde omwisseling van het betreffend aminozuur in het proteïne] in de MT-ND6 subunit van complex-I veroorzaakt, is 1 van de 3 belangrijke mtDNA primaire mutaties van LHON. Ca. 50% van de mannen en 10% van de vrouwen met deze mutaties ontwikkelen optische neuropathie. Prevalentie-studies aangaande Leber hereditaire optische neuropathie werden meestal in West-Europa uitgevoerd: de prevalenties lagen tussen 1,36-3,22 per 100.000 voor de 3 meest frequente LHON-mutaties tesamen. Er werd een rigoureuze klinische en genetische studie betreffende LHON uitgevoerd in het noord-oosten van Engeland: in een populatie van 2,2 miljoen werden alle patiënten met onverklaard visueel falen en hun familieleden gescreend. Stamboom-analyse onthulde een minimum prevalentie voor m.14484 T>C van 0,3 per 100.000. Bij deelnemer 3 (S3) werden geen pathogene punt-mutaties gedetekteerd maar er werden meerdere deleties gevonden in het mitochondriaal genoom. De incidentie van multipele mtDNA-deleties in de algemene bevolking is onbekend. Als we voor de m.961 T>C mutatie een incidentie van 4/1.000 aannemen, voor de m.1555 A>G mutatie een incidentie van 7/1.000 en voor de m.14484 T>C mutatie een incidentie van 0,003/1000, is de kans dat een individu één van deze mitochondriale punt-mutaties draagt 0,011 [(4.000+7.000+3)/1.000.000]. In tegenstelling daarmee werd gevonden dat 3 van de 12 (0,25) individuen in onze studie één van deze pathogene punt-mutaties droegen. […] Geen enkele van de 8 patiënten met onverklaarde abnormale vermoeidheid waarbij normale NIR-spectroscopie resultaten werden verkregen, bleken een pathogene variant in hun mtDNA te dragen [sequentie-bepaling].

In de literatuur zijn er geen meldingen van NIR-spectroscopie abnormaliteiten gedetekteerd bij individuen die een uiteindelijke diagnose van CVS kregen. In een studie waarbij 16 patiënten met Myalgische Encefalomyelitis/CVS werden vergeleken met 16 gezonde controles (handgreep-test/NIR-spectroscopie) [Miller RR, Reid WD, Mattman A, Yamabayashi C et al. Submaximal Exercise Testing with Near-Infrared Spectroscopy in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome Patients Compared to Healthy Controls: A Case-Control Study. J. Transl. Med. (2015) 13: 159], werd geen significant verschil tussen de 2 groepen gevonden. In een andere studie werden bloedstalen van 193 CVS-patiënten (Canadese criteria) genetisch geanalyseerd voor mogelijke mtDNA-variaties d.m.v. sequentie-bepaling van het ganse mitochondriaal genoom. [Billing-Ross P, Hanson MR et al. Mitochondrial DNA Variants Correlate with Symptoms in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome’’. J. Transl. Med. (2016) 14: 19] In deze laatste studie werd de sequentie van gans het mtDNA bepaald en geen enkele van de bekende pathogene mitochondriaal DNA mutaties werden gedetekteerd bij de individuen met CVS. Men zou een mogelijke heterogeniteit in verschillende groepen gelabeld als CVS in gedachten moeten houden, gezien de variabiliteit qua gebruikte definities, en verschillen qua diepgang van zowel somatische als psychiatrische diagnostische screening en het verstrekken van gegevens over de familiale geschiedenis.

Aangezien de 4 individuen werden gescreend via een gedaalde zuurstof-extractie tijdens inspanning van de voorarm-spieren, had een in vitro zuurstof-consumptie test moeten worden uitgevoerd in voorarm-skeletspier stalen om de gedaalde zuurstof-consumptie te bevestigen. Omwille van ethische redenen was het echter niet mogelijk om een skeletspier-biopt te nemen in voorarm-spieren gezien de hoge concentratie zenuwen en capillairen. In plaats daarvan werd een batterij diagnostische testen aangewend om aan te tonen dat de mtDNA-abnormaliteiten inderdaad een negatieve funktionele impact op de mitochondrieën hadden. Er werd een afname of complex-I aktiviteit en van complex-II+III aktiviteit in skeletspieren, en een daling van complex-IV aktiviteit in gecultiveerde huid-fibroblasten gedetekteerd in S2 m.b.v. spectrofotometrische analyse. In skeletspieren van S3 werd een vermindering van OXPHOS complex-IV aktiviteit gedetekteerd (uitgedrukt t.o.v. OXPHOS complex-II aktiviteit). De JC-1 groene en rode fluorescente kleuring van […] cellen van S1 & S3 toonde een mozaïek-patroon dat doet denken aan het patroon dat wordt gezien bij individuen met mtDNA-abnormaliteiten (punt-mutatie, deletie, depletie). Immunocytochemische kleuring voor de oxidatieve fosforylatie complex-IV subunit-I toonde verminderde kleuring in gecultiveerde huid-fibroblasten van S2 & S3. […] Bij elk van de 3 patiënten [die toestemmming gaven voor een biopt] werden één of meer mitochondriale abnormaliteiten gedetekteerd. Bij S4 waren bijkomende testen niet mogelijk aangezien de patient een huid/spier-biopt had afgewezen. S4 was echter homozygoot voor de m.14484 T>C mutatie die onbetwijfeld als een pathogene mutatie wordt beschouwd.

Besluit

Via niet-invasieve screening met NIR-spectroscopie en een ICCP, identificeerden we een subgroep [sterk uitgedrukt voor maar 4 op 12 patiënten…] individuen met onverklaarde abnormale vermoeidheid die drager zijn van een pathogene mtDNA variant. NIR-spectroscopie zou een krachtige techniek kunnen zijn om deze individuen te detekteren. Het spreekt vanzelf dat verdere studies met grotere groepen met onverklaarde abnormale vermoeidheid vereist zijn om onze bevindingen te bevestigen en hun klinische significantie te evalueren.

————————-

We herinneren er ook nog eens aan dat het meten van de ‘baseline’ spier-pH (via magnetische resonantie spectroscopie) metabole onevenwichten bij rust kan aantonen (bv. bij ernstige mitochondriale myopathieën). In ‘Abnormale zuur-verwerking in spieren bij CVS’ kan men lezen dat deze niet significant verschilde tussen controle- en CVS/M.E.-groepen…

Men weet ook dat bij bepaalde myopathieën het ryanodine receptor gen is aangetast (mutaties). Daarom willen we, n.a.v. het bovenstaande nog es oproepen tot meer research hieromtrent (zie ‘Ryanodine receptor & inspanning’)…

Advertenties

april 6, 2018

Extracellulaire vesikels: potentiële biomerkers voor M.E.(cvs)?

Filed under: Diagnostiek — mewetenschap @ 6:38 am
Tags: , ,

Exocytose is het proces waarbij een cel stoffen overbrengt naar het celmembraan of het extracellulair milieu. De af te geven stoffen worden verpakt in blaasjes (vesikels) die naar het celmembraan worden getransporteerd en er mee samensmelten. Endocytose is het proces waarbij de cel stoffen opneemt die door het celmembraan werden ingesloten. De stoffen die er door mogen, worden ingesloten doordat het celmembraan verder naar binnen toe instulpt tot dat het uiteindelijk een vesikel (endosoom) vormt.

Extracellulaire vesikels – microvesikels (circulerende, extracellulaire vesikels, 50-1000 nm), exosomen (intracellulair gegenereerde, door cellen afgegeven vesikels; 30-100 nm) en apoptotische lichamen (door apoptose geproduceerde fragmenten) – worden door veel, zo niet alle, celtypes afgegeven in het extracellulair milieu. Deze gesekreteerde vesikels bereiken lichaamsvochten en circuleren door het ganse lichaam waardoor ze kunnen interageren met veel verschillende cellen. Ze blijken een rol te spelen in de intercellulaire communicatie omwille van het doorgeven van de molekulen die er in zitten (via directe interaktie tussen een proteïne op het vesikel-membraan en één op het membraan van de ontvanger, of door internalisatie van de vesikel-inhoud door de recipient-cel) en de eigenschap om de werking van de ontvangende cel te veranderen.

Het zijn vehikels voor intercellulaire transfer van funktionele membraan- en cytosol-proteïnen, lipiden en nucleïnezuren. Naar gelang hun oorsprong, samenstelling, grootte en densiteit worden ze microvesikels, ectosomen (extracellulaire vesikels afgesplitst van het plasma-membraan), ‘shedding’ (afgeworpen) vesikels, micropartikels of exosomen genoemd.

In onderstaande studie werd voor het eerst (m.b.v. vrij eenvoudige technieken) maar bij een zeer beperkt aantal M.E.(cvs)-patiënten gekeken naar het voorkomen van extracellulaire vesikels; de resultaten geven dus zeer preliminaire indicaties…

————————-

Journal of Extracellular Vesicles Vol 7, #1 (maart 2018)

Circulating extracellular vesicles as potential biomarkers in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis: An exploratory pilot study

Jesús Castro-Marrero (a), Esther Serrano-Pertierra (b), Myriam Oliveira-Rodríguez (b), Maria Cleofé Zaragozá (a,c), Alba Martínez-Martínez (a), María del Carmen Blanco-López (b) & José Alegre (a)

(a) CFS/ME Unit, Internal Medicine Service, Vall d’Hebron University Hospital Research Institute, Universitat Autònoma de Barcelona, Barcelona, Spain

(b) Department of Physical and Analytical Chemistry, Faculty of Chemistry, University of Oviedo, Oviedo, Spain

(c) Clinical Research Department, Laboratorios Viñas [farmaceutisch bedrijf], Barcelona, Spain

Samenvatting

Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS), ook gekend als Myalgische Encefalomyelitis (M.E.) is een verworven, complexe en multi-systeem aandoening met een onbekende etiologie, zonder gevestigde diagnostische laboratorium-testen en zonder universeel erkende medicijnen voor behandeling. CVS/M.E. wordt gekenmerkt door onverklaarde invaliderende vermoeidheid en wordt dikwijls vergezeld door talrijke kern-symptomen. Steeds meer bewijsmateriaal suggereert dat extracellulaire vesikels (EVs) een rol spelen bij de communicatie tussen cellen, en betrokken zijn bij fysiologische en pathologische processen. Tot op heden zijn geen gegevens beschikbaar betreffende EV-biologie bij CVS/M.E. Het doel van deze studie het isoleren en karakteriseren van EVs in het bloed bij CVS/M.E. Er werden bloedstalen afgenomen bij 10 Spaanse CVS/M.E.-patiënten en 5 gematchte gezonde controles (HCs), en er werden EVs geïsoleerd uit het serum. Ook de proteïnen-lading, grootte en concentratie werd gemeten. Verder werden EVs onderworpen aan een immuno-assay voor de biomerkers CD9 & CD63. We vonden dat de EV-fraktie significant hoger was bij de CVS/M.E.-individuen dan bij de HCs (p = 0.007) en dat EVs significant kleiner waren bij de CVS/M.E.-patiënten (p = 0.014). Circulerende EVs zouden een nieuw instrument kunnen zijn bij biomedische research omtrent CVS/M.E. Deze bevindingen leveren preliminair bewijs dat EVs uit het bloed CVS/M.E.-patiënten kunnen onderscheiden van HCs. Dit zou nieuwe opportuniteiten kunnen bieden en een nieuwe deur kunnen open naar de identificatie van nieuwe potentiële biomerkers en therapeutische benaderingen voor de aandoening.

Inleiding

[…]

Er werden veel studies uitgevoerd omtrent Extracellulaire Vesikels (EVs) in de biomedische research. Sekretie van EVs en EV-gemedieerde mechanismen staan bekend als belangrijke spelers bij een waaier aan biologische processen onder fysiologische en pathologische omstandigheden. De lading van EVs van donor-cellen zouden kunnen interageren met die van recipient-cellen, wat hen tot potentiële intercellulaire mediatoren maakt. Er worden meerdere proteïnen zoals ‘heat-shock’ proteïnen [de ‘heat-shock’ respons is een universeel en essentieel adaptief mechanisme dat cellen toelaat te reageren op een brede waaier van schadelijke condities], integrinen [extracellulaire matrix proteïnen betrokken bij cel-adhesie, aktiveren ook signalisering-mechanismen voor cel-groei en -regulering in het cytosol] en tetraspaninen [familie van membraan-proteïnen] aangetroffen in alle EVs. Bovendien worden de tetraspaninen CD9 [adhesie-molekule op het cel-oppervlak], CD63 [trans-membraan-proteïne] & CD81 [ook een cel-oppervlakte proteïne] courant gebruikt als conventionele EV-merkers aangezien deze aangerijkt zijn in hun membranen.

Daarnaast kunnen EVs in gewijzigde aantallen en samenstellingen voorkomen bij meerdere aandoeningen [o.a. kanker] en ze duiken op als potentiële biomerkers voor diagnose en prognose. Tot op heden zijn er geen publicaties aangaande de isolatie en karakterisatie van EVs bij CVS/M.E. Aangezien de patho-mechanismen van CVS/M.E. die in de literatuur worden beschreven de afgifte van EVs kunnen bevorderen, stellen we voor circulerende EVs bij CVS/M.E. te karakteriseren om hun potentieel als biomerkers voor deze aandoening te bepalen.

In deze ‘proof of concept’ studie, isoleerden we serum-EVs van CVS/M.E.-individuen en gezonde controles (HCs) om ze te karakteriseren qua grootte en concentratie. We analyseerden ook hun samenstelling d.m.v. een immuno-assay (LFIA [‘lateral flow immuno-assay’; zie methodes]) dat werd geoptimaliseerd voor een snelle detektie.

Patiënten & methodes

[…]

Deelnemers

Er werden 10 in aanmerking komende Kaukasische vrouwen met CVS/M.E. (gemiddelde leeftijd 46,3 ± 8,5 jaar) gerecruteerd op basis van de 1994 CDC/Fukuda definitie […]. Er werden ook 5 gematchte sedentaire niet-vermoeide gezonde controles (HCs) (gemiddelde leeftijd 44,2 ± 6,2 jaar) in de studie opgenomen. De exclusie-criteria waren co-morbide psychiatrische ziekte, endocrino-metabole, haematologische en auto-immune aandoeningen, cardiovasculaire ziekte, zwangerschap of borstvoeding, drug-misbruik, roken of CVS/M.E.-symptomen die niet overéénstemmen met de 1994 CDC/Fukuda definitie.

Staal-afname & -verwerking

[…] 12 h vasten. […]

Isolatie van EVs

[…]

EV-karakterisatie

Proteïnen-kwantificatie en ‘western blot’ analyse

[methode die met behulp van antilichamen specifiek proteïnen kan aantonen; de proteïnen in een staal worden eerst gescheiden en dan naar een drager getransfereerd d.m.v. een elektrische stoom, op de drager kunnen dan de (gemerkte) antilichamen binden zodat één bepaald eiwit kan worden gevisualiseerd en gemeten]

[…]

‘Nanoparticle-tracking’ analyse (NTA)

[methode voor het visualiseren en analyseren van partikels in vloeistoffen op basis van de Brownse beweging – willekeurige beweging die het resultaat is van botsingen van snel-bewegende molekulen; zo kan men de grootte-distributie-profiel bepalen van partikels met een diameter van ca. 10-1000 nm]

[…]

‘Lateral flow’ immuno-test

Bepaling van CD9 & CD63 in gezuiverde EVs d.m.v. monoclonale antilichamen […] op een immunostrip [‘papier’-strookje waarop lijntjes verschijnen voor een positieve test en controle] […].

Statistische analyse

[…] p < 0.05 werd beschouwd als statistisch significant.

Resultaten & bespreking

Bepaling van de hoeveelheid proteïnen en detektie van CD63 EV-frakties

[…] We vonden een significant hogere hoeveelheid proteïnen bij de CVS/M.E.-patiënten dan in bij de controles (65,49 ± 10,75 mg/ml vs. 43,62 ± 5,10 mg/ml; p = 0.001). […]. De analyse van de hoeveelheid EV-proteïnen kan differentiëren tussen CVS/M.E.-individuen en controles. Er werd gerapporteerd dat de inhoud van EVs hoger is bij bepaalde aandoeningen van het centraal zenuwstelsel. Dit zou kunnen dienen als een biomerker bij de ontwikkeling van nieuwe diagnostische instrumenten voor vroege stadia van CVS/M.E. Onze studie toonde een significante overvloed van bloed-EVs bij CVS/M.E.-individuen: gemiddeld een 1,5-voudige toename t.o.v. HCs.

We bepaalden ook de aanwezigheid van de courant gebruikte merker CD63 in de gezuiverde EV-frakties. Aangezien ons LFIA-systeem voor de detektie van EVs anti-CD63 als detektie-antilichaam gebruikt, checkten we daarnaast of de waarden van dit tetraspanine in onze CVS/M.E.-groep voldeden om deze benadering te gebruiken. We analyseerden gelijke volumes van elk staal d.m.v. ‘western blot’. De waarden van CD63 waren ook hoger bij CVS/M.E.-patiënten dan voor de controle-groep, hoewel het verschil niet statistisch significant was.

Karakterisatie van EVs van CVS/M.E.-patiënten en gezonde controles

Geïsoleerde EV-frakties werder verder gekarakteriseerd d.m.v. analyse van grootte-distributie en concentratie via NTA. Op basis van de gemiddelde diameter gemeten in beide groepen, zien we dat de populatie partikels nogal homogeen was qua grootte van circulerende EVs bij CVS/M.E.-patiënten (103-183 nm) maar de EVs geïsoleerd bij HCs waren meer heterogeen verdeeld (diameters van 140 tot 271 nm). EVs van de controle-groep waren significant groter dan deze van CVS/M.E.-individuen (p = 0.014). Betreffende de concentratie geïsoleerde EV-frakties vonden we een groter aantal partikels bij CVS/M.E.-patiënten dan bij controles (1015 partikels/ml vs. 4,88×1012 partikels/ml; p = 0.007).

Er wordt momenteel aanvaard dat de grootte van EVs van endocytische oorsprong (exosomen) typisch 30-150 nm is. Onze resultaten geven aan dat EV-frakties van CVS/M.E.-patiënten rijk zijn aan exosomen in vergelijking met HCs, waarbij we grotere diameters vonden die kunnen grotendeels met microvesikels overéénkomen. EVs zijn naar voren tredende doelwitten voor biomedische research en deze bevindingen betekenen het eerste bewijs voor het feit dat het aantal circulerende EVs CVS/M.E.-patiënten en gezonde controles kan onderscheiden.

Detektie van EVs die het tetraspanine CD9 tot expressie brengen

Bij het bestuderen van EV-biologie is hun isolatie even uitdagend als hun detektie. In dit opzicht biedt LFIA een krachtig instrument voor goedkope ‘on-site’ detektie. In deze studie werd LFIA-analyse uitgevoerd om een snelle detektie van circulerende EVs na isolatie toe te laten. Als detektie-antilichaam werd anti-CD63 gebruikt en anti-CD9 als het capterend antilichaam geprint in de test-lijn, anti-IgG werd gebruikt voor de controle-lijn. […] Serum dat werd ontdaan van EVs werd gebruikt als een negatieve controle. […]

[…] Het is meldenswaardig dat slechts 1 μl van de frakties nodig was om een zichtbaar signaal te verkrijgen (rode lijn) en zodoende EVs te detekteren. We vonden geen significante verschillend qua intensiteit van het CD9-signaal voor de EV-aangerijkte frakties tussen CVS/M.E.-patiënten en HCs. Dit impliceert vragen omtrent het gebruik van CD9 als een standaard exosomale merker voor CVS/M.E. EVs; aangezien het expressie-niveau van dit tetraspanine niet significant verschillend was tussen beide groepen. Het LFIA-platform werd gebruikt als een initiële benadering en het is geschikt voor snelle detektie van EVs, zoals eerdere gerapporteerd. Ons LFIA-systeem kan verder worden geoptimaliseerd of aangepast om andere biomerkers te detekteren. Daarom beschouwen we het als een goed startpunt. Niettemin zijn verdere studies met meer CVS/M.E.-patiënten en gezonde controles nodig om mogelijke verschillen betreffende de aanwezigheid van andere tetraspaninen of andere in EV ingekapselde merkers (o.a. DNA, RNA, lipiden, proteïnen, cytokinen en metabolieten) te exploreren.

Besluiten

Dit rapport is het eerste dat aantoont dat de aantallen bloed-EVs verhoogd zijn bij patiënten met CVS/M.E., wat wijst op hun mogelijke betrokkenheid bij ziekte-pathogenese. Deze beloftevolle bevinding biedt wellicht niet enkel inzichten in de mechanismen betrokken bij de ziekte maar toont ook dat EVs nuttig kunnen zijn bij de vroege diagnose. Bovendien kan de isolatie van circulerende EVs gekoppeld aan ons prototype voor de detektie ervan via LFIA een krachtig (één enkele stap en in minuten) diagnostisch instrument vormen. We besloten dat EVs een cruciale rol kunnen spelen bij CVS/M.E. Studies met grotere groepen, meer uitkomst-metingen en verschillende studie-ontwerpen (cross-sectioneel vs. longitudinaal) zijn nu dringend vereist. Deze studies zouden subgroepen moeten opdelen volgens ziekte-aanvang en -progressie, en patiënten beoordelen bij ‘baseline’ en na inductie van post-exertionele malaise (via de 2-dagen cardiopulmonaire inspanning test [‘fiets-test’ op 2 opéénvolgende dagen]).

maart 23, 2018

Verband van CVS met vroegtijdige telomeer-slijtage

Filed under: Genetica — mewetenschap @ 7:34 am
Tags: , , , , , , ,

Telomeren zijn de repetitieve sequenties die de uiteinden van chromosomen beschermen en de genomische integriteit helpen bewaren. Menselijke chromosomen worden begrensd en gestabiliseerd door telomeren. Ze bestaan uit meerdere duizenden copieën van een hexameer (6 nucleotiden) sequentie (TTAGGG)n ondersteund door een complex van DNA-bindende proteïnen en enzymes. Telomeren zorgen er voor dat de chromosoom-uiteiden worden herkend als beschadigd DNA waarbij herstel van de dubbele streng nodig is. Telomeren worden wel eens vergeleken met de plastic tip aan het uiteinde van een schoenveter: ze voorkomen degradatie en ‘uitrafeling’ van chromosomen. Telomeren variëren in lengte tussen chromosoom en individuen. Ze verkorten met elk cel-deling omdat de zeer repetitieve DNA-sequenties niet efficient worden gecopieerd (het zgn. ‘end replication problem’), wat leidt tot een progressief verlies van de gemiddelde telomeer-lengte (15 tot > 60 baseparen per jaar). De mate van telomeer-slijtage is het hoogst gedurende de eerste levensjaren maar stijgt ook na de leeftijd van 50 jaar.

De telomeer-lengte werd eerder al gelinkt met fibromyalgie-pijn (‘Pain is associated with short leukocyte telomere length in women with fibromyalgia’. J Pain (2012) 13: 959-69).

De groep die onderstaande studie uitvoerde, publiceerde in 2016 al een samenvatting van de resultaten die ze hadden voorgesteld op de Experimental Biology Meeting dat jaar (‘Telomere length analysis in Chronic Fatigue Syndrome’ in The FASEB Journal 30). Nu dus een uitgebreid artikel.

————————-

Journal of Translational Medicine Vol 16, #1, p 44 (februari 2018)

Association of Chronic Fatigue Syndrome with premature telomere attrition

Mangalathu S. Rajeevan (1), Janna Murray (1,2), Lisa Oakley (1,3), Jin-Mann S. Lin (1), Elizabeth R. Unger (1)

1 Division of High-Consequence Pathogens & Pathology, Centres for Disease Control and Prevention, Atlanta, USA

2 Influenza Division, Centres for Disease Control and Prevention, Atlanta, USA

3 College of Public Health and Human Services, Oregon State University, Corvallis, USA

Samenvatting

Achtergrond Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS), ook bekend als Myalgische Encefalomyelitis (M.E.), is een ernstig invaliderende aandoening met onbekende etiologie. De symptomen en risico-factoren van M.E./CVS delen kenmerken met de versnelde veroudering die geïmpliceerd is bij meerdere ziekten. Gebruikmakend van telomeer-lengte als merker, werd deze studie uitgevoerd om de hypothese te testen dat M.E./CVS geassocieerd is met versnelde veroudering.

Methodes Gegevens van de deelnemers (n = 639) kwamen van de follow-up van de Georgia CVS-studie. De deelnemers werden geklassificeerd – gebruikmakend van de 1994 ‘CFS Research Case Definition’ met op vragenlijsten gebaseerde subschaal drempels voor vermoeidheid, funktioneren en symptomen – in 4 ziekte-groepen: CVS als aan alle criteria werd voldaan (n = 64), CVS-X als CVS met uitsluitende aandoeningen (n = 77), ISF (onvoldoende symptomen/vermoeidheid) als slechts aan enkele criteria werd voldaan ongeacht uitsluitende aandoeningen (n = 302) en NF (niet-vermoeid) als niet aan de criteria werd voldaan en er geen uitsluitende aandoeningen waren (n = 196). De relatieve telomeer-lengte (T/S-ratio) [de verhouding van telomeer PCR-signaal (T) op het PCR-signaal van een ‘single copy’ gen (S); deze is proportioneel met de gemiddelde telomeer-lengte per cel en wordt uitgedrukt t.o.v. de T/S-ratio van een referentie-DNA] werd gemeten gebruikmakend van DNA uit vol bloed en ‘real-time’ PCR. Er werden algemene lineaire modellen gebruikt om het verband te bepalen tussen ziekte-groepen of T/S-verhouding en demografische gegevens, biologische metingen en co-variabelen (significantie p < 0.05).

Resultaten De gemiddelde T/S-ratio verschilde significant per ziekte-groep (p = 0.0017); de T/S-ratios bij CVS (0.90 ± 0.03) en ISF (0.94 ± 0.02) waren elk significant lager dan voor NF (1.06 ± 0.04). Verschillen qua T/S-verhouding bij de ziekte-groepen bleven significant na aanpassing voor co-variabelen (leeftijd, geslacht, ‘body-mass-index’, lende/heup-verhouding, post-exertionele malaise en opleidingsniveau). De telomeer-lengte was 635, 254 & 424 baseparen korter bij CVS, CVS-X & ISF, respectievelijk, t.o.v. van NF. Deze kortere telomeer-lengte vertaalt zich in ruw-weg 10,1-20,5, 4,0-8,2 & 6,6-13,7 jaar bijkomende veroudering bij CVS, CVS-X & ISF t.o.v. NF, respectievelijk. Verder toonden analyses op basis van leeftijd en geslacht aan dat de associatie van of M.E./CVS met korte telomeren grotendeels wordt bepaald door vrouwelijke individuen van minder dan 45 jaar.

Besluiten Deze studie vond een significant verband tussen M.E./CVS en vroegtijdige telomeer-slijtage die grotendeels wordt bepaald door vrouwelijke individuen van minder dan 45 jaar oud. Onze resultaten geven aan dat M.E./CVS kan worden opgenomen in de lijst van aandoeningen die geassocieerd zijn met versnelde veroudering. Er is verder werk vereist om de funktionele betekenis van die versnelde veroudering bij M.E./CVS te evalueren.

Achtergrond

[…]. De symptomen en risico-factoren voor M.E./CVS hebben kenmerken die gemeenschappelijk zijn met deze voor versnelde veroudering/vroegtijdige immunosenescentie [de geleidelijke verslechtering van het immuunsysteem veroorzaakt door natuurlijk ouder-worden]. Versnelde veroudering bleek betrokken bij meerdere ziekten en slechte gezondheid-resultaten, en telomeer-lengte is een alom gebruikte merker van versnelde veroudering.

Telomeren zijn meerdere duizenden ‘repeats’ van TTAGGG nucleotide-sequenties die de uiteinden van lineaire chromosomen begrenzen. Telomeren verkorten tijdens elke serie cel-replicatie […] en zodoende weerspiegelt telomeer-lengte de replicatie-geschiedenis van cellen en bepaalt ze de levensduur van cellen. Omwille van de graduele erosie van telomeren bij elke cel-deling, is leeftijd de sterkste voorspeller van de telomeer-lengte van een individu. Meerdere rapporten geven echter geslacht-verschillen aan: voor leeftijd aangepaste telomeer-lengte van leukocyten bleek langer bij volwassen vrouwen dan mannen. Daarnaast is er ook een impact op telomeer-lengte door andere genetische, epigenetische, fysiologische en omgeving-factoren. Deze factoren dragen bij tot de variabiliteit van zowel de absolute telomeer-lengte en de mate van telomeer-verkorting bij individuen. Chronische inflammatie en oxidatieve stress kunnen telomeer-slijtage verhogen, wat mogelijks de associatie van versnelde telomeer-verkorting bij ziekte verklaart [metabole & inflammatoire ziekten, psychiatrische aandoeningen, kanker]. We hypothiseren dat M.E./CVS geassocieerd is met versnelde veroudering en dat kortere telomeren kunnen dienen als een merker voor dit verband. We testten onze hypothese betreffende telomeer-lengte gebruikmakend van DNA uit vol bloed met de klemtoon op een aantal demografische, metabole en ‘allostatic load’ variabelen [Allostatische belasting is een term uit de psychosomatiek: opéénstapeling van ontregelde fysiologische regelsystemen waardoor de soepelheid van de adaptatie afneemt; een vorm van slijtage; ook: een slechte stress-reaktie, in plaats van je evenwicht te bewaren gaan de stresshormonen je psychisch en lichamelijk ondermijnen. Meten van de ‘allostatic load’ = verzamelen van informatie over fysiologische aktiviteit van meerdere belangrijke regelsystemen zoals de HPA-as en het sympathisch zenuwstelsel, zowel als het cardiovasculair systeem, het immuunsysteem en metabole processen] die waarschijnlijk een invloed hebben op de associatie tussen M.E./CVS-status en telomeer-lengte. Onze resultaten tonen significante telomeer-verkorting aan bij individuen met M.E./CVS en andere vermoeidheid-groepen in de globale studie-groep, waarbij analyses significante vroegtijdige telomeer-erosie bij vermoeide vrouwelijke deelnemers jonger dan 45 jaar onthulden. Deze bevindingen ondersteunen de opname van het model van vroegtijdige en versnelde immunosenescentie in toekomstige studies naar de M.E./CVS-pathofysiologie.

Methodes

Gegevens-bronnen & studie-groep

De gegevens kwamen uit de ‘follow-up’ fase van een 2-ledige populatie-gebaseerde longitudinale studie van CVS en vermoeiende ziekte in Georgia (V.S.) […].

De huidige analyse focuste op gegevens van de klinische evaluatie van deze fase; deze omvatte een gedetailleerde medische anamnese, lichamelijk onderzoek, laboratorium-testen en psychiatrische evaluatie […]. De deelnemers vulden een aantal vragenlijsten in, waaronder de ‘Multidimensional Fatigue Inventory’ (MFI-20), de ‘Short Form Health Survey’ (SF-36 v2) en de ‘CDC Symptom Inventory’ (SI). […] De hartslag (bpm), systolische & diastolische bloeddruk (mmHg), lengte, gewicht, en buik- & heup-omtrekken werden gemeten […]. De afgeleide parameters ‘body-mass-index’ (BMI) en lende/heup-ratio (WHR) werden berekend [BMI = gewicht/lengte2 (kg/m2)]; [WHR = buik/heup (cm/cm)]. De analyse omvatte biologische metingen zoals HDL-cholesterol (mg/dl), triglyceriden (mg/dl), nuchtere glucose (mg/dl), insuline (µIU/ml), C-reactief proteïne (CRP, mg/dl) en albumine (g/dl).

Diagnose CVS: voldoen aan de 1994 internationale research-definitie. Individuen met onverklaarde chronische ziekte met onvoldoende symptomen/vermoeidheid om te voldoen aan alle CVS-criteria werden geklassificeerd in de ‘insufficient symptoms/fatigue’ (ISF) groep. Individuen die aan geen enkele van de CVS-criteria voldeden, werden gegroepeerd als niet-vermoeide (NF) controles. Daarnaast werden de deelnemers in elke groep onderverdeeld in met of zonder uitsluitende medische/psychiatrische aandoeningen. Van de 751 deelnemers die klinisch werden geëvalueerd, voldeden er 71 aan alle CVS-criteria zonder uitsluitende aandoeningen (CVS-groep), 78 voldeden aan alle CVS-criteria maar met uitsluitende aandoeningen (CVS-X groep), 340 voldeden aan de criteria voor ISF ongeacht uitsluitende aandoeningen, 212 voldeden aan de criteria voor NF controles zonder uitsluitende aandoeningen, 47 voldeden aan de criteria voor NF met uitsluitingen en 3 deelnemers werden geklassificeerd als “onbeslist” omwille van onvolledige informatie. […] Uiteindelijk bleven er 639 deelnemers in de 4 ziekte-groepen: 64 CVS, 77 CVS-X, 302 ISF (met en zonder uitsluitende aandoeningen) en 196 NF zonder uitsluitende aandoeningen.

Bepaling van relatieve telomeer-lengte (T/S-ratio)

De relatieve telomeer-lengte werd gemeten op basis van een alom gebruikt ‘real-time’ PCR protocol […]. De bepaling maakt gebruik van telomeer-specifieke ‘primers’ en hun vermogen om een signaal te genereren dat proportioneel is met de totale opgetelde lengte van alle telomeren in de cel. Dit telomeer-signaal wordt uitgedrukt t.o.v. het signaal dat ontstaat door de amplificatie van het ‘single copy’ gen [gen dat slechts met één enkele kopie in het hele genoom voorkomt] 36B4 [éénvoudig uitgedrukt: een referentie-gen] […]. De verhouding van het telomeer (T) -signaal op het ‘single copy’ gen (S) -signaal (de T/S-verhouding) is proportioneel met de gemiddelde telomeer-lengte per cel. Deze verhouding wordt uitgedrukt t.o.v. een referentie-DNA (K562 DNA) waaraan een T/S-ratio van 1,0 wordt toegekend.

[…] De T/S-verhouding kan op 2 manieren worden berekend […]; we gebruikten hier T/S-ratios bekomen via de standaard-curve methode […]. Voorafgaandelijk evalueerden we de reproduceerbaarheid en valideerden we de resultaten [t.o.v. een andere methode]. De T/S-ratios bleken zeer sterk reproduceerbaar […]. Er werd op meerdere niveaus een kwaliteit-controle van de bepaling uitgevoerd, inclusief. […]

Statistische analyses

[…] Er werden ook leeftijd- en geslacht-analyses uitgevoerd om te onderzoeken hoe deze demografische variabelen het verband tussen CVS-status en T/S-ratio beïnvloeden. […] We maakten een schatting van het aantal jaren bijkomende veroudering op basis van een literatuur-waarde voor telomeer-slijtage van 31-63 bp/jaar […].

Resultaten

[…] Het studie-staal (n = 639) bestond voornamelijk uit vrouwen (75%), blanken (76%), levend in een landelijk gebied (50%), met een jaarlijks inkomen van meer dan 40.000 $ (71%), met een gemiddelde leeftijd van 48 jaar […] en een gemiddelde BMI van 28 ± 0,21 kg/m2. Het staal werd opgedeeld in 4 ziekte-groepen: CVS-X (12%), CVS (10%), ISF (47%) & NF (31%). De groepen verschilden niet qua gemiddelde leeftijd en ziekte-duur maar verschilden significant qua metingen van abdominale obesitas (BMI & WHR), geslacht, ras, opleiding, inkomen en PEM [post-exertionele malaise].

We bekeken ook associaties met de ziekte-groepen: biologische metingen zoals telomeer-lengte, metabole variabelen en ‘allostatic load’. De globale T/S-ratio varieerde van 0,269 tot 4,138 (gemiddelde: 0,98; mediaan: 0,917). De gemiddelde telomeer-lengte verschilde significant per ziekte-groep (p = 0.0017); de T/S-ratio bij CVS (0,90 ± 0,03) & ISF (0,94 ± 0,02) lagen elk significant lager dan de NF groep (1,06 ± 0,04). De triglyceriden-concentratie, een maatstaf voor metabool syndroom [chronisch stofwisselingsprobleem met abdominale (centrale) obesitas + hypertensie + verhoogd nuchter bloed-glucose + hoge triglyceriden in het bloed + lage hoge-densiteit lipoproteïnen (HDL)], was significant verschillend voor de ziekte-groepen, maar andere metingen opgenomen bij zowel metabool syndroom en ‘allostatic load’ (HDL, systolische & diastolische bloeddruk en nuchtere glucose) verschilden niet significant. Bij de metingen die specifiek zijn voor ‘allostatic load’, vertoonden hartslag, insuline & CRP significante verschillen, waarbij de gemiddelde CRP-waarde bij CVS-X & CVS 93% hoger lag dan in de NF groep.

Wat betreft bepalingen van de bivariate associaties tussen T/S-ratio en demografische, metabole en ‘allostatic load’ variabelen, zagen we een significant omgekeerd verband van telomeer-lengte met de leeftijd (p = 0.0009.), metingen m.b.t. abdominale obesitas [BMI (p = 0.0145), WHR (p = 0.0149)] & PEM (p = 0.0153). De telomeer-lengte was ook significant geassocieerd met opleidingsniveau (p = 0.0288). De telomeer-lengte was niet statistisch significant gerelateerd met enige andere demografische of biologische meting, hoewel associaties met CRP (p = 0.0789) en nuchtere glucose (p = 0.0625) bijna statistisch significant waren.

We controleerden de associatie van gemiddelde telomeer-lengte met ziekte-groepen voor eerder gedefinieerde co-variabelen: leeftijd, BMI, WHR, PEM en opleidingsniveau. Geslacht werd ook opgenomen omwille van het significant verband met CVS. De gemiddelde telomeer-lengte verschillen tussen alle vermoeidheid-groepen (CVS, CVS-X, ISF) en de niet-vermoeide groep bleven significant (p < 0.01) vóór en na controle op co-variabelen. Op basis van de aangepaste groep-gemiddelden was de telomeer-lengte 635, 254 & 424 bp korter bij CVS, CVS-X & ISF, respectievelijk, vergelen met de NF groep. Deze kortere telomeer-lengte vertaalt zich in ruw-weg 10,1-20,5, 4,0-8,2 & 6,6-13,7 jaar bijkomende veroudering […].

De significante negatieve lineaire correlatie tussen telomeer-lengte en leeftijd in de globale studie-groep werd bepaald door de statistisch significante relatie onder de NF. Bij de NF in hun twintiger of dertiger jaren was de telomeer-lengte het langst. Bij NF gaf de trend een verkorting van 42 bp/jaar aan, terwijl het bij de andere groepen niet significant was (CVS 17 bp/jaar, CVS-X 22 bp/jaar & ISF 8,5 bp/jaar). De significante associatie van telomeer-lengte met ziekte-groepen was beperkt tot deelnemers van < 45 jaar (n = 216). Bij hen waren de telomeren 932 bp (CVS), 767 bp (CVS-X) & 966 bp (ISF) korter t.o.v. NF; ruw-weg 14,8-30,1, 12,2-24,7 & 15,3-31,8 jaar bijkomende veroudering of […].

Hoewel er geen associatie was tussen telomeer-lengte en geslacht in de globale studie-groep, werd het verwachte man/vrouw-verschil gezien in de NF groep: de telomeren waren 713 bp langer bij vrouwen (n = 133; T/S-ratio 1,116) dan mannen (n = 63; T/S-ratio 0,9476). Analyses op basis van geslacht toonden dat het significant verband van telomeer-lengte met ziekte-groepen was beperkt tot vrouwen (n = 477). Onder de vrouwelijke deelnemers waren de telomeren in de CVS-groep (n = 58) 957 bp korter (p < 0.001) t.o.v. de NF groep (n = 133). T.o.v. de NF was het verschil 690 bp bij CVS-X (n = 64; p = 0.003) & 711 bp bij ISF (n = 222; p < 0.001), respectievelijk. Ter ondersteuning van dit geslacht-specifiek effekt, bleek uit een analyse van alle mannelijke deelnemers (n = 99) geen significant verschil qua telomeer-lengte voor CVS, CVS-X & ISF t.o.v. NF (n = 63).

Hoewel in alle analyses de gemiddelde telomeer-lengte voor alle ziekte-groepen consistent lager was dan voor de NF groep, werd het grootste verschil gezien in de groep vrouwen jonger dan 45 (n = 175). De mate van telomeer-verkorting bij vrouwen jonger dan 45 was 1.130 bp voor CVS, 1.007 bp bij CVS-X & 1.154 bp bij ISF (t.o.v. NF); […] Bij de vrouwen van minder dan 45 jaar oud, hadden 95% van deze met CVS (21/22) telomeren die korter waren dan de gemiddelde telomeer-lengte (T/S-ratio = 1,2324) of die van de NF (p = 0.0092).

Bespreking

Naar ons weten is dit de eerste studie die telomeer-ersoie aantoont bij patiënten met M.E./CVS, die significant bleef vóór en na controle op leeftijd, geslacht, obesitas (BMI, WHR), PEM en opleidingsniveau. Bovendien toonden analyses op basis van leeftijd en geslacht dat deze associatie van korte telomeren bij M.E./CVS grotendeels wordt bepaald door vrouwelijke individuen jonger 45 jaar. Overéénkomstig met studies in de algemene bevolking vertoonde onze studie-groep een omgekeerd verband van telomeer-lengte met leeftijd maar, interessant, de associatie was slechts statistisch significant bij NF deelnemers. Het leeftijd-gerelateerd verschil qua telomeer-lengte was meer uitgesproken voor het 40ste levensjaar, en analyse gaf aan dat het significant verband van telomeer-lengte met vermoeidheid-groepen was beperkt tot deelnemers jonger dan 45. Gelijkaardig met de bevindingen van deze studie, vonden andere researchers dat vroegtijdige telomeer-slijtage meer significant was bij met Lupus Erythematosus en Reumatoïde Artritis van jonger dan 40-45.

Globaal gezien, en in overéénkomst met studies van de algemene bevolking, waren telomeren significant langer bij vrouwen in vergelijking met mannen in de NF groep. Dit geslacht-gerelateerd verschil in telomeer-lengte werd echter niet gezien bij de vermoeidheid-groepen (CVS, CVS-X & ISF). Wanneer de analyse van telomeer-lengte per ziekte werd gestratificeerd per geslacht, was de telomeer-verkorting met betrekking tot NF individuen enkel significant bij vrouwen. De telomeer-lengte bleef echter zonder significant verschil bij mannelijke deelnemers in de analyse die alle mannen met CVS, CVS-X en ISF combineerde in één groep t.o.v. NF; dit impliceert dat het onwaarschijnlijk is dat het geslacht-specifiek effekt te wijten is aan een verschil van de grootte van de stalen. Er werd voorgesteld dat in de algemene bevolking het hormoon oestrogeen een rol speelt bij het behouden van lange telomeren en langere levensduur bij vrouwen t.o.v. mannen (door het stimuleren van telomerase [enzyme dat de chromosoom-uiteinden herstelt] in specifieke doelwit-cellen of via het verminderen van de belasting van oxidatieve stress te wijten aan een effekt van oestrogeen op reaktieve zuurstof-soorten (ROS). Er werd gerapporteerd over lage oestrogeen-waarden geassocieerd met korte telomeren bij vrouwen. CVS heeft een hogere prevalentie bij vrouwen en gynecologische factoren zoals vroege menopauze en hysterectomie bleken geassocieerd met CVS [Boneva RS, Lin JM, Unger ER. Early menopause and other gynecologic risk indicators for Chronic Fatigue Syndrome in women. Menopause. (2015) 22: 826-34]. Deze bevindingen, tesamen met onze observatie van korte telomeren bij vrouwelijke individuen jonger dan 45 met CVS, CVS-X & ISF, suggereren de nood aan verdere studies aangaande de dynamiek van telomeer-lengte in relatie met leeftijd, geslachtshormonen, gynecologische voorgeschiedenis en de aanvang van CVS.

Er werd voor een brede waaier aan chronische ziekten gerapporteerd dat gestegen waarden qua inflammatoire merkers  – zoals CRP en cytokines zoals interferon-γ (IFN-γ), tumor necrose factor α (TNF- α), interleukine-1 & -6 (IL-1, IL-6) – geassocieerd zijn met ziekte-progressie, slechte levenskwaliteit en slechte therapeutische uitkomsten. Deze rapporten omvatten diabetes, chronische obstructieve pulmonaire ziekte, nier-falen, psychiatrische/neurologische aandoeningen, cardiovasculaire ziekte en andere chronische/auto-immune/infektueuze ziekten, inclusief M.E./CVS. Er werd ook vesnelde verkorting van telomeren gemeld bij van veel van deze chronische/auto-immune ziekten. In de meeste gevallen werden inflammatie en telomeer-verkorting afzonderlijk bestudeerd en een oorzakelijk verband tussen deze 2 processen die optreden in dezelfde cellen moet nog worden opgehelderd; hoewel werd voorgesteld dat zowel telomeer-verkorting als inflammatie kunnen betrokken bij een bidirectioneel oorzaak-gevolg relatie. Telomeer-slijtage kan werken als een sterke inducerende factor voor pro-inflammatoire cytokinen in verschillende cel-types tijdens het verouderen (een fenomeen genaamd senescentie-geassocieerde secretorische fenotypes, SASP [karakteristieke eigenschap van of senescente cellen; omvat inflammatoire cytokinen, groei-factoren & proteasen]) of chronische inflammatie kan telomeer/telomerase-dysfunktie veroorzaken op een directe manier via de aanmaak van ROS die resulteert in beschadigd telomeer-DNA. Beide mogelijkheden zouden de eerder gerapporteerde omgekeerde relatie van telomeer-lengte met oxidatieve stress en IL-6 (een component van SASP) kunnen verklaren bij individuen met depressie. Het is interessant op te merken dat senescentie-merkers zoals IL-6 en p16INK4a geassocieerd bleken met een verhoogd risico op het ontwikkelen van kanker-vermoeidheid syndroom na cytotoxische chemotherapie. Eliminatie van senescente cellen in een dier-model voor chemotherapie-geïnduceerde vermoeidheid herstelde de normale fysieke aktiviteit bijna volledig. Het feit dat de incidentie van ernstige vermoeidheid bij borst-kanker patiënten correleerde met de hoogste p16INK4a waarden suggereert dat een verhoogde totale belasting door senescente cellen vermoeidheid kan veroorzaken [vooral onderzocht bij kanker]. We vonden significante associatie van M.E./CVS met hogere CRP-waarden, en een marginaal verband van hogere CRP-waarden met kortere telomeren in onze studie. Een gelijkaardige omgekeerde maar sterkere associatie van CRP en telomeer-lengte werd gerapporteerd in verband met het risico op cardiovasculaire ziekte en obesitas. Het is aannemelijk dat pro-inflammatoire cytokinen de produktie van CRP zouden stimuleren, wat dan weer zou bijdragen tot telomeer-verkorting door oxidatieve stress. In combinatie met deze eerdere studies, suggereren onze observaties dat chronische inflammatie en/of oxidatieve stress kan bijdragen tot versnelde telomeer-verkorting of vice versa bij minstens een subgroep van individuen met M.E./CVS. Bovendien kunnen leeftijd-gerelateerde fundamentele en translationele studies beloftevolle paden aanwijzen om het risico te bepalen en therapeutische benaderingen te beoordelen die gebruikmaken van een nieuwe klasse senolytische medicijnen [eenvoudig gezegd: die ouderdom-ziekten vertragen, voorkomen, verlichten of omkeren] die zich richten op senescente cellen, om de symptomen van M.E./CVS te verlichten [dasatinib (middel tegen leukemie), quercetine, fisetine (natuurlijk flavonoïde), piperlongumine (stof uit een peper-plant met mogelijke anti-kanker eigenschappen), navitoclax (ABT263; anti-kanker geneesmiddel) en selektieve BCL-XL inhibitoren].

De mitochondriale funktie neemt ook af met de leeftijd, voornamelijk onder de vorm van verstoorde ATP-produktie en verhoogde aanmaak van ROS, welke beiden geassocieerd zijn met chronische ziekten. Hoewel details van de potentiële wisselwerking tussen telomeer-verkorting en mitochondriale dysfunktie onbekend zijn, bleken veel chronische ziekten zoals metabole, cardiovasculaire en neurodegeneratieve ziekten, diabetes, stemming- en andere psychologische aandoeningen met aangetoonde telomeer-verkorting ook geassocieerd met mitochondriale dysfunktie en oxidatieve stress die DNA-schade kunnen veroorzaken. Metaboloom-bevindingen [Levine SM, Hanson MR et al. Metabolic profiling of a Myalgic Encephalopathy/ Chronic Fatigue Syndrome discovery cohort reveals disturbances in fatty acid and lipid metabolism. Mol BioSyst. (2017) 13: 371-9 /// Naviaux RK et al. Metabolic features of Chronic Fatigue Syndrome. Proc Natl Acad Sci USA. (2016) 113: E5472-80] suggereren dat M.E./CVS een hypometabool syndroom is dat verband kan houden met mitochondriale dysfunktie. Deze studies vonden ook dat de metabolomica van M.E./CVS geslacht-specifiek zijn [Fluge O, Mella O et al. Metabolic profiling indicates impaired pyruvate dehydrogenase function in Myalgic Encephalopathy/ Chronic Fatigue Syndrome. JCI Insight (2016) 1: e89376]. Bijkomende studies die het verband onderzoeken tussen een geslacht-specifieke hypometabole toestand en telomeer-slijtage zouden kunnen helpen bij het begrijpen van de pathofysiologie van M.E./CVS.

Er zijn meerdere sterktes verbonden aan deze exploratieve studie aangaande de associatie van telomeer-lengte met CVS. Deze omvatten een relatief grote globale studie-groep (n = 639) bestaande uit deelnemers gegroepeerd in 4 ziekte-toestanden (CVS, CVS-X, ISF & NF), controle van ziekte-status en telomeer-lengte met een aantal demografische en biologische metingen, en validatie van de qPCR-methode wat betreft reproduceerbaarheid en overéénkomst met [een andere] methode. De studie heeft ook zwaktes, inclusief het ‘cross-sectioneel’ ontwerp en onvermogen de ziekte-duur & gebruikte medicatie te evalueren of controleren. De qPCR-methode levert slechts globale gemiddelde telemeer-lengte op en herkent de individuele korte telomeren niet of biedt geen info over de mate van pathologisch kritieke korte telomeren. In deze zin is de diagnostische bruikbaarheid van de bepaling van de telomeer-lengte d.m.v. qPCR beperkt maar het is vergelijkbaar met andere methodes wat betreft accuraatheid voor associatie-studies van telomeer-lengte met ziekten. Een verdere beperking van onze bepaling is dat we DNA uit vol-bloed (dat lymfocyten, monocyten en granulocyten bevat) gebruikten. Zodoende vertegenwoordigt de hier vastgestelde telomeer-lengte enkel de gemiddelde telomeer-lengte van de verschillende bloedcel-types i.p.v. bloedcel-type specifieke of de telomeer-lengte verdeling van verschillende chromosomen in een bepaald cel-type.

Besluit

Deze studie toont een significant verband van M.E./CVS met vroegtijdige telomeer-slijtage, grotendeels bepaald door vrouwelijke individuen van minder dan 45 jaar oud. Onze resultaten dienen onafhankelijk te worden gerepliceerd bij een grote groep en met methodes die een verbeterde diagnostische waarde qua kunnen bijdragen aan de meting van telomeer-lengte. Deze observatie van kortere telomeren tesamen met meldingen van laag- of hoog-gradige inflammatie gemedieerd door pro-inflammatoire cytokinen en metabool verval/mitochondriale dysfunktie biedt op meerdere vlakken ondersteuning om M.E./CVS op te nemen in de lijst van aandoeningen geassocieerd met versnelde veroudering die getriggerd zou kunnen worden door genetische, epigenetische, infektueuze, stress of andere omgeving-factoren. Er is verder werk nodig om de funktionele betekenis te evalueren, en de specifieke bijdrage van genetische, epigenetische en omgeving-factoren aan versnelde ouder-worden bij M.E./CVS.

maart 10, 2018

Fibromyalgie: idiopathische cerebrospinale druk ontregeling hypothese

Filed under: Diagnostiek,Neurologie — mewetenschap @ 8:21 am
Tags: , , , ,

Een Belgisch team (met als eerste auteurs 2 mensen van de Onderzoeksgroep Musculoskeletale Revalidatie van de universiteit van Leuven) poneert hier een hypothese waarbij een verhoogde druk van het ruggemergvocht in de omhulsels van zenuw-wortels (zeg maar het eerste stuk van een zenuw wanneer die het ruggemerg verlaat; elke zenuw-wortel is omgeven door een kleine ‘tunnel’ bindweefsel; het binnenste van het zenuw-wortel omhulsel loopt door naar de epidurale ruimte – de anatomische ruimte die de buitenste laag van het ruggenmergkanaal vormt) bij fibromyalgie-patiënten de zenuwen die uit het ruggemerg vertrekken zou samendrukken en knellen, wat een verklaring kan zijn voor de pijn en de symptomen. De relevantie door de overlap met M.E/(cvs) is evident.

CSP (‘Cerebrospinal Fluid Pressure’) is de druk van het cerebrospinaal vocht (manometrisch en uitgedrukt in mm H2O) gemeten bij (o.a.) een lumbaal-punktie (ruggemerg-prik).

Er wordt hierbij gedacht dat dit te wijten kan zijn door beschadiging/verlies van kleine zenuw-vezels (small-fibres’) – waar al eerder gewag werd van gemaakt (zie links in de onderstaand artikel) – in de sensorische zenuwen.

De hoge druk van het cerebrospinaal vocht (CSV) zou ook zgn. Tarlov-cysten (inflammatie) kunnen veroorzaken (blaasjes gevuld met dit vocht die zich vormen rond de ‘dorsal root’ ganglia (DRG; groepjes cel-lichamen van neuronen in ruggemerg-zenuwtakken; ze brengen sensorische en andere informatie naar het ruggemerg). De auteurs denken dat dergelijke cysten een soort ‘buffer’ vormen tegen de verhoogde druk van het CSV, afkomstig van het ruggemerg. In ons stuk ‘Encefalomyelitis bij M.E.?’ gaven we al mee dat de neuroloog Dr Abhijit Chaudhuri bij een overledene met M.E. ernstige inflammatie van de ‘dorsal root ganglia’ heeft gevonden.

Naar behandeling van verhoogde CSP toe wordt acetazolamide (Diamox) gesuggereerd; dit behoort tot de carbo-anhydrasen (Zoals de ‘plas-middelen’ furosemide (Lasix) & methazolamide (Neptazane) en het anti-epilepticum topiramaat (Topamax).). Ook een chirurgische ingreep zou de problemen kunnen verhelpen. Misschien is fysiotherapeutische manipulatie ook een mogelijkheid???

————————-

Med Hypotheses (2018) 110: 150-154

Fibromyalgia and unexplained widespread pain: The idiopathic cerebrospinal pressure dysregulation hypothesis

Mieke Hulens1, Wim Dankaerts2, Ingeborg Stalmans3, Alix Somers3, Greet Vansant4, Ricky Rasschaert5, Frans Bruyninckx6

1 Musculoskeletal Rehabilitation Research Unit, Department of Rehabilitation Sciences, Faculty of Kinesiology and Rehabilitation Sciences, University of Leuven, Belgium

2 Musculoskeletal Rehabilitation Research Unit, Department of Rehabilitation Sciences, Faculty of Kinesiology and Rehabilitation Sciences, University of Leuven, Belgium

3 Department of Neurosciences, Ophthalmology Research Group, University of Leuven, Belgium; Department of Ophthalmology, University Hospitals UZ Leuven, Belgium

4 Department of Social and Primary Health Care, Public Health Nutrition, University of Leuven, Belgium

5 Department of Neurosurgery, ZNA Middelheim, Antwerp, Belgium

6 Clinical Electromyography Laboratory, University Hospitals UZ Leuven, Belgium

Samenvatting

Fibromyalgie (FM) is een invaliderende aandoening met wijdverspreide pijn die wordt verondersteld een oorsprong te vinden in de dysfunktionele pijn-verwerking in het centraal zenuwstelsel. Men gelooft dat psychologische en gedragsmatige factoren aan de basis liggen van de pathogenese en de behandeling compliceren. Deze hypothese werd echter nog niet voldoende ondersteund door wetenschappelijk bewijsmateriaal en er is steeds meer bewijs ter ondersteuning van een perifere neurologische oorzaak van deze symptomen. We postuleren dat FM en meerdere onverklaarde pijn-syndromen worden veroorzaakt door chronische posturale idiopathische cerebrospinale hypertensie. De symptomen zouden dan een oorsprong vinden in het vol-lopen van zenuw wortel omhulsels onder hoge druk met daaropvolgende polyradiculopathie [verzamel-term voor aandoeningen waarbij zenuw-wortels aangetast zijn] door de compressie van zenuw-wortel vezels (axonen) in de omhulsels. Geassocieerde symptomen, zoals blaas- en darm-dysfunktie zijn het gevolg van de samendrukking van de sacrale [t.h.v. het heiligbeen (sacrum)] zenuw-wortel vezels, en gezichtspijn en paresthesieën zijn het gevolg van compressie van de craniale [cranium = schedel] zenuw-wortel vezels. Idiopathische Intracraniale Hypertensie, ‘Normal Pressure Hydrocephalus’ [Normale Druk Hydrocefalie; ‘waterhoofd’; gestoorde (her)opname van hersenvocht] en het klinisch geheel van symptomatische Tarlov-cysten delen gelijkaardige centrale en perifere neurologische symptomen, en zijn waarschijnlijk verschillende vormen van dezelfde aandoening. De hypothese die hier wordt gepresenteerd verbindt de kenmerken van fibromyalgie en onverklaarde wijdverspreide pijn met cerebrospinale druk ontregeling, ondersteund door wetenschappelijk bewijsmateriaal, en biedt een doorslaggevende verklaring voor de vele symptomen die geassocieerd zijn met fibromyalgie.

Inleiding

Fibromyalgie (FM) is een invaliderende aandoening met wijdverspreide pijn die wordt verondersteld een oorsprong te vinden in de dysfunktionele pijn-verwerking in het centraal zenuwstelsel. Sommigen geloven dat psychologische en gedragsmatige factoren aan de basis van de pathogenese liggen en de behandeling compliceren. Deze hypothese werd echter nog onvoldoende door wetenschappelijk bewijs ondersteund. Steeds meer bewijsmateriaal ondersteunt een perifere neurologische oorsprong van de symptomen. Wij postuleren dat FM en meerdere onverklaarde pijn-syndromen worden veroorzaakt door cerebrospinale hypertensie. De symptomen vinden dan hun oorsprong in het vol-lopen van zenuw-wortel omhulsels onder hoge druk met daaropvolgende polyradiculopathie door de compressie van de zenuw-wortel vezels (axonen) binnenin de omhulsels. Deze hypothese biedt een doorslaggevende verklaring voor de vele symptomen die geassocieerd zijn met FM.

Bewijs voor een neurologische origine van de symptomen bij patiënten met FM

Neurologische klachten

Meerdere studies rapporteren sensorische klachten bij fibromyalgie-patiënten (FMP) die consistent zijn met perifere neuropathie. Tot 95% van de FMP klagen over neuralgische pijn [zenuwpijn; symptoom van een letsel of een aandoening]: dof gevoel, paresthesie (steken, naald-prikken, tintelingen), pijn-aanvallen (elektrische schokken en uitbarstingen), uitgelokte pijn (bij het aanraken van de huid of het dragen van strakke kledij), warmte pijn-sensaties (gloeiend en brandend), temperatuur-gevoeligheid, ernstige druk-pijn en zwakke ledematen. Wanneer patiënten met diabetische neuropathie en FM werden vergeleken, werden gelijkaardige abnormale sensorische klachten en pijn-eigenschappen geobserveerd. Diabetische polyneuropathie wordt veroorzaakt door beschadigde perifere zenuwen, terwijl wordt verondersteld dat FM een centraal [oorzaak in de hersenen] pijn-syndroom is. Bijgevolg wordt gedacht dat deze gelijkaardige sensorische symptomen het resultaat zijn van gelijkaardige pijn-mechanismen.

Neurologische symptomen

Bewijsmateriaal heeft aangetoond dat FMP detekteerbare neurologische abnormaliteiten vertonen.

Sensorische stoornissen

Scores van naald-prik testen op de onderbenen onthulden hypo-esthesie [gedeeltelijk verlies van gevoeligheid voor sensorische stimuli (bv. aanraking)] bij 88% van de FMP. Bij het uitvoeren van geblindeerd neurologisch onderzoek, correleerden tintelingen en een dof gevoel goed met hypo-esthesie bij een naald-prik, en blootstelling aan verschillende temperaturen en vibratie in een deel van het lichaam. Bij het vergelijken van FMP met depressieve patiënten en gezonde controle-individuen werden hogere drempels voor temperatuur en mechanische detektie vastgesteld. FMP bleken minder in staat temperatuur-veranderingen te onderscheiden. Bij het informeren naar pijn-karakteristieken om een pijn-score bij deze patiënten te berekenen, vertoonde 80% van de FMP neuropathische pijn scores, t.o.v. van slechts 10% van de patiënten met depressie en 12% van de gezonde controles.

Spierkracht

Er werd klinisch significant lagere proximale [dichter bij het lichaam] spier kracht geobserveerd bij FMP in vergelijking met reumatische controles, en 90% van deze FMP bevestigde subjectieve zwakte. Bovendien correleerde de subjectieve zwakte in de armen en benen van de FMP goed met een geblindeerd neurologisch onderzoek, t.t.z. het verlies van spier-massa bij 13% van de FMP, t.o.v. geen enkele van de controles.

‘Small-fibre’ neuropathie

Studies gebruikmakend van huid-biopten van FMP maakten melding van verminderde zenuw-vezel densiteit en diameter in de epidermis [opperhuid] [Oaklander AL et al. Objective evidence that small-fibre polyneuropathy underlies some illnesses currently labeled as fibromyalgia. Pain (2013) 154: 2310-6 zie ‘Fibromyalgie potentiële ‘small-fibre’ neuropathie/// Uceyler N, Sommer C. Objective evidence that small-fibre polyneuropathy underlies some illnesses currently labeled as fibromyalgia. Pain (2013) 154: 2569 /// Doppler K et al. Reduced dermal nerve fibre diameter in skin biopsies of patients with fibromyalgia. Pain (2015) 156: 2319-25]. Deze bevinding werd later bevestig in een studie die de ‘small-fibre’ morfologie in de cornea [hoornvlies van het oog] onderzocht d.m.v. in vivo microscopie. In deze studie was een afname van de ‘small-fibre’ densiteit geassocieerd met scores op basis van een vragenlijst naar neuropathische pijn symptomen. Daarnaast werd, via microneurografie [visualiseren/registreren van zenuw-impulsen] (een neurofysiologische methode om ‘small-fibre’ funktie te bestuderen), bij de meeste FMP een abnormale C-nociceptor funktie [Pijn-prikkels worden voornamelijk gegenereerd door sensorische zenuw-uiteinden van ongemyeliniseerde Aδ- (snelle transmissie; reageren voornamelijk op sterke mechanische stimuli, zoals het prikken in de huid met een naald) en dun-gemyeliniseerde (trage transmissie) C-vezels. De C-vezels transporteren prikkels opgewekt door temperatuur, pijn en jeuk (thermische, mechanische en chemische stimuli).] getoond. Hyper-exciteerbaarheid en meer geleiding-vertraging kwamen couranter voor bij de FMP.

‘Small-fibre’ neuropathie is een sensorische neuropathie met oppervlakte-pijn (hoofdzakelijk aan tenen en voeten), terwijl FMP veralgemeende diepe spier-pijn en viscerale [viscera = ingewanden] pijn rapporteren. Daarom is er kritiek gekomen op het verband tussen ‘small-fibre’ neuropathie en FM [bv. Clauw DJ. What is the meaning of “small fibre neuropathy” in fibromyalgia? Pain (2015- 156: 2115-6]. Op basis van onze hypothese zou schade aan de kleine vezels echter het resultaat zijn van axonale degeneratie van hun central afferenten (d.w.z. de sensorische zenuwen) omwille van een druk-verhoging in de zenuw-wortels, inclusief de zenuw-wortels die de blaas en de darmen bezenuwen.

Axonale betrokkenheid

Er werd bijkomend bewijsmateriaal geleverd via zenuw-geleiding studies (NCS) en elektromyografie (EMG), die tekenen van demyelinisatie [verlies van myeline, de isolerende laag rond zenuwvezels] en axonale schade in de benen onthulden. NCS toonden een vertraging in de sensorische zenuwen in de benen en/of verhoogde reaktie-tijd van de S1 Hoffmann-reflex [Achilles-reflex] bij 33% van de FMP, vergeleken met geen enkele van de reumatische patiënten. Vertraagde geleiding is een teken van demyelinisatie. Daarnaast toonden EMG-resultaten denervatie [verlies van zenuwen] in de benen, wat klinisch en significant gecorreleerd was met proximale spier zwakte bij 15% van de FMP.

De amplitudes en snelheden van aktie-potentialen [elektrische veranderingen in de cel die veroorzaakt wordt door het opbouwen van een spanning-verschil tussen de intra- en extra-cellulaire ruimte] van sensorische zenuwen lagen binnen de normale grenzen bij patiënten met depressie en FMP. De gemiddelde aktie-potentiaal amplitude was echter lager bij FMP dan bij depressieve patiënten zonder FM. Een lagere aktie-potentiaal amplitude kan een indicatie zijn voor axonale schade. Deze studie rapporteerde echter niet of de verschillen statistisch significant waren. Daarnaast werden abnormaliteiten qua pijn-gerelateerde uitgelokte potentialen gezien na stimulatie (gezicht, handen en voeten), indicatief voor abnormaliteiten in de kleine vezels of hun centrale afferenten (de sensorische zenuwen).

Ten slotte onthulden surale [onderbeen] zenuw-biopten demyelinisatie bij 36% van patiënten zonder tekenen van inflammatie; wat wijst op een afwezigheid van inflammatoir gemedieerde polyneuropathie [Caro XJ et al. A subset of fibromyalgia patients have findings suggestive of chronic inflammatory demyelinating polyneuropathy and appear to respond to IVIg. Rheumatology (2008) 47: 208-11].

Neurogene blaas- en darm-symptomen, sfincter-dysfunktie en genitale pijn

FMP hebben dikwijls symptomen van of neurogene darm, blaas en sfincter [sluitspier] -dysfunktie. Urine-retentie, verhoogde urinaire frequentie, aandrang urinaire incontinentie [plotse en sterke nood om te plassen; ‘over-aktieve” of ‘spastische’ blaas] en constipatie zijn courant bij FMP. Detrusor [spier in de blaas-wand; blijft ontspannen opdat de blaas zich zou kunnen vullen met urine, trekt samen tijdens het urineren] over-aktiviteit is de meest courante urodynamische abnormaliteit die wordt gezien bij FMP. De meeste FMP hebben minstens één funktionele gastro-intestinale aandoening (abdominale pijn, constipatie, opgeblazen gevoel, diarree, pijn aan anus/rectum en faeces-incontinentie).

De sensorische innervatie [bezenuwing] van het perineum [urogenitaal en anaal gebied] en de genitaliën, de motor-innervatie van de bekken-bodem en de sfincters, en de autonome innervatie van de blaas en het colon [dikke darm] worden bediend door de sacrale zenuw-wortels S2, S3 & S4. Op basis van onze hypothese zouden de urologische, darm- en sfincter-symptomen dus hun oorzaak kunnen vinden in de compressie van zenuw-vezels in de de sacrale zenuw-wortels. De compressie binnenin de sacrale zenuw-wortels zou ook kunnen verklaren waarom FM dikwijls vergezeld wordt door genitale pijn aandoeningen.

FMP reageren op medicijnen die worden gebruikt voor perifere neuropathische pijn

In een overzicht van gerandomiseerde, gecontroleerde proeven met, reduceerde duloxetine pijn bij FMP en mensen met pijnlijke diabetische neuropathie met meer dan 50% (t.o.v. placebo). Volgens de gegevens van systematische reviews, zijn lage dosissen amitriptyline doeltreffend voor het behandelen van neuralgische pijn en FM. Pregabaline bleek ook efficiënt. In een overzicht van dubbel-blinde, gerandomiseerde, gecontroleerde testen was pregabaline doeltreffender voor het verlichten van pijn dan placebo.

Gelijkenissen intra-craniale en intra-spinale druk-geïnduceerde aandoeningen en FM

Idiopathische intracraniale hypertensie (IICH)

IICH is een aandoening die wordt gekenmerkt door een significante toename qua CSP te wijten aan een onbekende oorzaak. Het komt voornamelijk voor bij jonge, zwaarlijvige vrouwen en presenteert zich als papiloedeem [zwelling van de papil van het oog (blinde vlek, plaats waar de oogzenuw uit het oog treedt)] en zicht-verlies.

Radiculaire pijn

Meerdere auteurs hebben gerapporteerd over radiculaire [uitstralende] pijn bij patiënten met IICH. Radiculaire pijn [verspreid over een gebied bezenuwd door een geïrriteerde of ontstoken zenuw of zenuw-wortel] is een courant maar onderkend symptoom bij patiënten met IICH. Bij patiënten met IICH kunnen de spinale zenuw-wortel omhulsels duidelijk uitgezet zijn en er kan radiculopathie [probleem aan of dichtbij de wortel van een zenuw (waar de zenuw het ruggemerg verlaat); de pijn of andere symptomen stralen dikwijls uit naar dat deel van het lichaam dat door die zenuw wordt bediend] worden geobserveerd tijdens een EMG of zenuw-geleiding studies. In een studie bij 101 volwassenen met IICH, werd nek-pijn bij 31, paresthesie bij 22 en lgae-rug pijn bij 5 patiënten gerapporteerd. Deze symptomen verdwenen onmiddellijk na een lumbaal-punktie. Bij ‘baseline’ werd bij de 165 patiënten in de ‘Idiopathic Hypertension Trial’, nek-pijn gerapporteerd bij 42%, rug-pijn bij 53% en radiculaire been-pijn bij 19%. In al deze rapporten veronderstelden de auteurs dat radiculaire pijn het resultaat was van het vol-lopen van de zenuw-wortel omhulsels in de buurt van ‘dorsal root’ ganglia met cerebrospinaal vocht (CSV) onder hoge druk. Daarnaast werd radiculaire pijn gerapporteerd bij kinderen met hydrocefalus [‘waterhoofd’; aandoening waarbij te veel hersenvocht in de ventrikels aanwezig is] te wijten aan aqueduct-stenose [vernauwing van de cerebrale aqueduct; blokkeert de flow van cerebrospinaal vocht naar in het hersen-ventrikel systeem] en bij familie-leden met IICH.

Gezichtspijn

Gebreken van de craniale zenuwen [hersen-zenuwen; die rechtstreeks uit de hersenen en hersenstam ontspringen], zoals palsie [verlammingsverschijnselen] van de 4e & 6e zenuw, en verlamming van de gezicht-zenuw werden gerapporteerd bij patiënten met IICH. Deze symptomen verdwenen onmiddellijk na normalisatie van de intra-craniale druk. FMP klagen frequenter over temporomandibulaire pijn [scharniergewricht in de kaak], met of zonder een dof of brandend gevoel. Op basis van onze hypothese kan het vol-lopen van de craniale zenuwen onder hoge druk deze symptomen verklaren.

Cognitieve dysfunktie

20% van patiënten met IICH melden cognitieve dysfunktie door druk-ontregeling in de hersenen. Bij het beoordelen van de cognitieve funktie werden slechtere prestaties in meerdere cognitieve domeinen vastgesteld bij patiënten met IICH. FMP rapporteren ook dikwijls cognitieve dysfunktie (‘fibro-mist’). FMP vertonen problemen met aandacht en werk-geheugen, bijzonderlijk wanneer ze moeten zien om te gaan met een bijkomende bron van afleiding.

Zwaarlijvigheid

De meeste patiënten met IICH zijn zwaarlijvig. Obesitas verhoogt ook het risico op FM en beïnvloedt negatief de ernst van FM en de lichamelijke dysfunktie. Meerdere studies toonden een prevalentie van zwaarlijvigheid bij FMP van ca. 40%, wat hoger is dan de prevalentie in de normale populatie. Daarnaast hebben obese patiënten een verhoogd risico op het ontwikkelen van FM. Gewicht-verlies heeft een positieve invloed op FM-symptomen en kan pijn-scores, aantal ‘tender-points’ en ‘tender-point’ pijn significant doen verminderen. Op basis van onze hypothese, kan dit positief effekt van gewicht-verlies worden verklaard door de daling van de intra-abdominale druk en de daaropvolgende afname qua CSP.

Idiopathische normale druk hydrocefalie (INPH)

Patiënten met INPH worden gekenmerkt door moeilijkheden bij het stappen, urine- en faeces-incontinentie, en cognitieve symptomen; INPH komt voornamelijk voor bij ouderen patiënten. INPH is geassocieerd met vergroting van de [hersen-] ventrikels en een daaropvolgende afname van het volume grijze [hersen]stof. ‘Normale druk’ refereert naar de normale eerste druk bij het uitvoeren van een lumbaal-punktie. Bij patiënten met INPH werden echter abnormale schommelingen van de CSP te wijten aan hart-contracties geobserveerd. Daarnaast onthulde een studie die de CSP monitorde d.m.v. een telemetrisch apparaatje dat de adaptatie van de CSP na veranderingen in houding niet goed gereguleerd is bij patiënten met INPH vergeleken met normale individuen. De aandoening lijkt extreem onder-gediagnosticeerd. Een lumbaal-punktie blijft de standaard voor diagnose.

Pijn

Patiënten met INPH zijn typisch ouder en lijden daarom dikwijls onder musculoskeletale pijn omwille van leeftijd-gerelateerde degeneratieve aandoeningen. Hun pijn is dikwijls moeilijk te differentiëren van perifere neurologische pijn.

Volume grijze-stof

FMP vertonen ook een 3,3-voudig grotere leeftijd-geassocieerde afname qua grijze-stof volume dan gezonde controles. Hoe langer individuen FM hebben, hoe groter het verlies qua grijze-stof. Daarnaast vertoonden FMP atrofie van de retinale vezel-laag [netvlies-zenuwen], wat wijst op axonale schade in de optische zenuw. Op basis van de resultaten van testen die gebruikmaken van mechanische stress modellen, werd besloten dat de accumulatie van endogene mechanische stress in de hersenen (zoals gezien bij patiënten met INPH) neuronaal letsel veroorzaakt.

Urinaire incontinentie

Patiënten met INPH vertonen urine-incontinentie. Urodynamische testen bij patiënten met INPH onthulden een over-aktieve detrusor-spier als meest frequente diagnose. Urodynamische testen bij FMP toonden ook detrusor over-aktiviteit als meest frequente diagnose [de Araujo MP et al. Urodynamic study and quality of life in patients with fibromyalgia and lower urinary tract symptoms. Int Urogynecol J (2008) 19: 1103-7]. Op basis van onze hypothese is irritatie van de vezels binnenin de sacrale zenuw-wortels die de detrusor-spier bezenuwen de oorzaak van een over-aktieve blaas.

Manier van gaan

Patiënten met INPH vertonen stoornissen bij het gaan, zoals ataxie [evenwicht-stoornissen], die zich manifesteren als abnormale ‘tandem gait’ [manier van wandelen of lopen waarbij bij elke stap de tenen van de achterste voet de hiel van de voorste voet raken]. Zo ook vertoonden 26% van de FMP een abnormale ‘tandem gait’ en 6% vertoonden ataxie. Bovendien stappen FMP significant trager en hebben ze een slechter evenwicht dan gezonde controles [Costa ID et al. Altered functional performance in patients with fibromyalgia. Front Hum Neurosci (2017) 11: 14].

Symptomatische Tarlov cysten (STC)

Tarlov cysten (TC) vinden hun oorsprong in het uitzetten van de zenuw-wortels tussen het endoneurium [beschermende laag bindweefsel rond de myeline-schede van elke gemyeliniseerde zenuw-vezel] en het perineurium [beschermt een bundel vezels], en zijn ze voornamelijk aanwezig als meervoudige cysten. Bij verhoogde CSP kunnen de zenuw-wortel omhulsels in de buurt van ‘dorsal root’ ganglia beginnen vergroten. Sommige van de omhulsels zijn significant vergroot, wat zorgt voor erosie van het neuraal foramen [tussenwervelgat] en grote cysten van het zenuw-wortel omhulsel geeft. Deze grote cysten bieden waarschijnlijk een tijdelijke buffer-capaciteit voor de intra-spinale druk omdat ze gewoonlijk slechts na de leeftijd van 40 of 50 jaar symptomatisch worden. Omgekeerd: bij andere patiënten hunnen de zenuw-wortel omhulsels niet meer significant uitzetten. Daarom verhoogt de druk binnenin de omhulsels op vroegere leeftijd en deze patiënten vertonen dan eerder symptomen. Omdat de sensorische vezels in het ‘dorsal root’ ganglia de eerste zijn die worden aangetast, zijn sensorische symptomen en pijn de meest prominente kenmerken van patiënten met STC. De sacrale zenuwen zijn frequenter aangetast dan de hogere zenuw-wortels omdat de hydrostatische druk bovenop de verhoogde intra-spinale druk komt.

Neurogene blaas- en darm-symptomen, en genito-urinaire pijn

Samendrukking van de lumbosacrale plexus [zenuw-knoop in de lendenen] geeft aanleiding tot een chronisch ‘cauda equine’ [bundel spinale zenuwen] syndroom [knelling van zenuw-wortel(s) aldaar], d.i. perineale [van het perineum; gebied tussen anus en testikels/vagina] en genito-urinaire pijn en dof gevoel, neurogene darm-, blaas- en sfincter stoornissen. D.m.v. NCS/EMG werd aangetoond dat axonale schade bij patiënten met STC de bron was van de invaliderende of symptomen. Net zoals patiënten met FM en INPH is over-aktiviteit van de detrusor-spier het meest prominente kenmerk van patiënten met STC bij urodynamisch testen. Op basis van onze hypothese zou excessieve druk binnenin de sacrale zenuw-wortels kunnen verklaren waarom de meeste FMP en patiënten met STC neurogene blaas-, darm- en sfincter-symptomen, en genitale pijn vertonen.

Aanvang

Voor zowel FM als STC, wordt de aanvang dikwijls voorafgegaan door een lichamelijk letsel, o.a. verkeersongevallen, valpartijen, geboortes of fysieke inspanning. Op basis van onze hypothese zou de aanvang kunnen optreden omwille van een plotse significante toename van de CSP.

Chronische pijn

STC worden grotendeels onderkend, bijzonderlijk als ze klein zijn. Daarom zouden patiënten met STC een FM-diagnose kunnen hebben gekregen of onverklaarde rug-, perineale, bekken- en/of been-pijn kunnen hebben.

Rol van de bloed-zenuw-barrière (BNB)

De bloed-zenuw-barrière (BNB) in perifere zenuwen vormt een interface lijkend op die van de bloed-hersen-barrière in het centraal zenuwstelsel. De BNB regelt de doorlaatbaarheid van het perineurium en de capillairen in het endoneurium om de homeostase binnenin het axonaal en neuronal milieu te behouden.

Het aanwenden van MRI om ‘dorsal root’ ganglia perfusie te meten, onthulde verhoogde permeabiliteit van de ‘dorsal root’ ganglia BNB vergeleken met die van de spinale zenuwen. Het doel van deze meer doorlaatbare struktuur van de BNB is het leveren van voedingsstoffen en zuurstof, om te voldoen aan de hoge metabole vereisten van de sensorische cel-lichamen binnen ‘dorsal root’ ganglia. Deze lekke struktuur maakt sensorische neuronen echter kwetsbaarder voor schadelijke stimuli, zoals mechanische druk of toxische agentia. Deze schadelijke stimuli kunnen veranderingen veroorzaken qua neuronale aktiviteit of prikkelbaarheid, en kunnen zodoende chronische neuropathische pijn genereren. De MRI-studie onthulde ook dat vrouwen significant verhoogde vasculaire permeabiliteit van ‘dorsal root’ ganglia vertoonden t.o.v. van mannen. Deze bevinding kan verklaren waarom vrouwen vatbaarder zijn chronische neuropathische pijn.

Daarnaast kan de doorlaatbare BNB in het ‘dorsal root’ ganglia verklaren waarom verhoogde CSV-druk in de zenuw-wortels CSV-lekkage kan veroorzaken tussen het endoneurium en het perineurium – overwegend in het ‘dorsal root’ ganglia – zoals deze die wordt opgemerkt bij het ontwikkelen van Tarlov cysten.

Idiopathische CSP-ontregeling als een oorzaak van FM en onverklaarde wijdverspreide pijn: testen van de hypothese

CSP-metingen kampen met methodologische problemen. CSP bepaald tijdens een lumbaal-punktie kan normaal blijken; zoals bij patiënten met INPH. Waarden tussen 200 & 250 mm water worden als ‘borderline’ beschouwd en waarden van meer dan 250 mm water zijn zeker verhoogd, zoals bij patiënten met IICH. Het chirurgisch inbrengen van een telemetrisch apparaatje voor langdurige CSP-monitoring zou accurater zijn; dit is echter een meer invasieve procedure. Daarom is, zoals bij INPH, interventionele placebo-gecontroleerde ruggemerg-prik de gouden standaard. Daarnaast zouden prospectieve geblindeerde, gecontroleerde studies die patiënten met STC & FM vergelijken met gezonde controles moeten worden uitgevoerd. De gegevens die dienen te worden beoordeeld omvatten: een uitgebreide anamnese, symptoom-ernst scores, sensorisch testen via een naald-prik test, kracht-bepaling, knie en Achilles-pees reflexen, een ‘tandem gait’ test, een her-bekijken van de MRI om mogelijke zenuw-wortel uitzettingen en Tarlov-cysten te detekteren, NCS/EMG, en meting van de dikte van de retinale [netvlies] zenuw d.m.v. een optische microscoop.

Besluiten

Tot op heden ligt de pathofysiologie van FM nog niet duidelijk vast. We wilden de aandoening vanuit een ander perspectief onderzoeken. We stellen voor dat chronische idiopathische CSP-ontregeling aan de basis ligt van zowel FM en de klinische entiteit STC, die zich beiden presenteren als perifere neurologische aandoeningen. IICH en INPH zijn waarschijnlijk andere manifestaties van dezelfde aandoening. Aangezien de BNB meer doorlaatbaar is t.h.v. ‘dorsal root’ ganglia, kan een overmatige interne druk lekkage van CSV naar het endoneuraal compartiment veroorzaken, wat leidt tot verstoring van de endoneurale homeostase. Zodoende worden axonen en sensorische cel-lichamen beschadigd, wat chronische pijn en paresthesie induceert.

Omdat wordt geloofd dat psychologische problemen aan de basis liggen van chronische pijn aandoeningen en patiënten inspanning-intolerantie vertonen, worden de patiënten dikwijls gestigmatiseerd en verantwoordelijk gehouden voor hun pijn. Op basis van deze hypothese zouden de psychologische symptomen van FMP, zoals depressie en katastroferen, een gevolg zijn van de onderschatte, hardnekkige, invaliderende neuropathische pijn i.p.v. van de oorzaak. Daarnaast kan de angst van de patiënten om te bewegen realistisch zijn omdat een rechtopstaan en bijzonderlijk inspanning de CSP kan verhogen en zodoende meer neurogene pijn produceren, leidend tot inspanning-intolerantie. Omgekeerd: neerliggen doet de CSP dalen en kan de pijn verlichten, wat de typisch meer sedentaire levensstijl van FMP verklaart.

Als de hypothese wordt bevestigd, zouden FM en meerdere andere onverklaarde syndromen met wijdverspreide pijn als chronische neurologische aandoeningen dienen te worden beschouwd. Psychologisch gezien zou deze definitie een significant verschil betekenen wat betreft de manier waarop de patiënten en hun verwanten, gelijken en artsen de ziekte zien.

Bevestiging van onze hypothese zal ook perspectieven voor behandeling openen. Toekomstige research zou moeten focussen op het verlagen van de CSP. Behandelingen die courant worden gebruikt voor patiënten met IICH (zoals acetazolamide [medicijn (vocht-afdrijvend middel) tegen verhoogde oogboldruk (glaucoom), vasthouden van vocht (oedeem), hoogteziekte, epilepsie en bepaalde slaapklachten (slaap-apneu)]) kunnen een optie zijn om verergeringen van de FM-symptomen te behandelen, en een lumbo-peritoneale of ventriculo-peritoneale ‘shunt’ [chirurgisch aftakking tussen hersen-ventrikels en buikholte] kunnen een optie zijn voor ernstig geïnvalideerde of progressieve gevallen.

februari 23, 2018

Eukaryoten in de darm bij M.E.(cvs)

Filed under: Diagnostiek — mewetenschap @ 3:32 pm
Tags: , , , , ,

Enkele van de onderzoekers die onderstaande studie uitvoerden, rapporteerden eerder over een verminderde diversiteit en gewijzigde samenstelling van het darm-microbioom (geheel van microben/bakterieën) bij M.E.(cvs) – zie Giloteaux L et al. Reduced diversity and altered composition of the gut microbiome in individuals with Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome. Microbiome (2016) 4: 30. Daar kondigden ze aan dat ze ook willen kijken naar virussen en schimmels in de darm, om te bekijken of één of een combinatie van meerdere, samen met bakterieën, de ziekte kunnen veroorzaken of er toe bijdragen. Hier melden ze nu dat ze een kleine vermindering vonden van de diversiteit van eukaryoten (cellen met een echte kern die het DNA bevat en door een membraan omlijnd is – prokaryoten = bakterieën) – schimmels en andere ééncelligen – maar dat ze geen specifieke konden identificeren die geassocieerd zijn met M.E.(cvs)…

————————-

PeerJ (2018) 6: e4282

Eukaryotes in the gut microbiota in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome

Mandarano AH1, Giloteaux L1, Keller BA2, Levine SM1, Hanson MR1

1 Department of Molecular Biology & Genetics, Cornell University, Ithaca, NY, United States of America

2 Department of Exercise & Sport Sciences, Ithaca College, Ithaca, NY, United States of America

Samenvatting

Patiënten met Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS) lijden dikwijls onder gastro-intestinale symptomen velen krijgen de diagnose prikkelbare darm syndroom (IBS). Eerdere studies, ook door ons laboratorium uitgevoerd, hebben aangetoond dat de bakteriële samenstelling in de darm bij M.E./CVS veranderd is en minder divers in vergelijking met gezonde individuen. Patiënten vertonen verhoogde biomerkers voor inflammatie en lekke-darm syndroom. Om de dysbiose [dysbakteriose; microbieel onevenwicht] verder te onderzoeken in het M.E./CVS darm-microbioom, onderzochten we de eukaryoten aanwezig in de darm van 49 individuen met M.E./CVS en 39 gezonde controles karakteriseren. D.m.v. 18S rRNA sequentie-bepaling, hebben we eukaryoten geïdentificeerd in stoelgang-stalen van 17 gezonde individuen en 17 M.E./CVS-patiënten. Onze analyse toont een kleine, niet-significante daling aan qua eukaryote diversiteit bij M.E./CVS-patiënten t.o.v. gezonde individuen. Daarnaast vertonen M.E./CVS-patiënten een niet-significante toename van de verhouding van de schimmel-stammen Basidiomycota/Ascomycota, wat consistent is met aanhoudende inflammatie in M.E./CVS. We konden geen specifieke eukaryote taxa [taxonomische groepen; organismen die samen een éénheid vormen] identificeren die geassocieerd zijn met M.E./CVS.

INLEIDING

[…]

In een onderzoek omtrent het darm-microbioom bij het M.E./CVS, gebuikte ons laboratorium 16S ribosomaal RNA sequentie-bepaling om een afname van de algemene diversiteit van darm-prokaryoten aan te tonen bij patiënten met M.E./CVS t.o.v. gezonde controles [zie onze inleiding: Giloteaux et al. (2016)]. De patiënten vertoonden verminderde aanwezigheid van meerdere anti-inflammatoire soorten en verhoogd voorkomen van meerdere pro-inflammatoire soorten bakterieën. Specifiek: soorten behorend tot de [bakterie-stam] Firmicutes bleken gereduceerd en de Proteobacteria waren toegenomen bij M.E./CVS-patiënten. Bepalingen van bloed-merkers voor inflammatie onthulden significant gestegen lipopolysaccharide (LPS), LPS-bindend proteïne (LBP) en oplosbaar CD14 (sCD14). Eerdere studies van de M.E./CVS darm-microbiota die zowel culturen en ‘high-throughput’ sequentie-bepaling methodes gebruikten, hebben verschillen getoond qua bakteriële samenstelling tussen patiënten en gezonde controles [o.a. Armstrong CW, McGregor NR, Butt HL et al. The association of fecal microbiota and fecal, blood serum and urine metabolites in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome. Metabolomics (2017) 13: 8 /// Navaneetharaja et al. A role for the intestinal microbiota and virome in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome (ME/CFS)? Journal of Clinical Medicine (2016) 5: 55 /// Shukla et al. Changes in gut and plasma microbiome following exercise challenge in myalgic encephalomyelitis/chronic fatigue syndrome (ME/CFS) PLoS ONE (2015) 10: e0145543]. Bewijs voor verhoogde darm-doorlaatbaarheid correlerend met inflammatoire merkers en gastro-intestinaal ongemak werd ook al aangetoond bij M.E./CVS-patiënten via IgA- en IgM-responsen op LPS [Maes M et al.]. Werk door top M.E./CVS klinici [Nagy-Szakal D et al. Fecal metagenomic profiles in subgroups of patients with Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome. Microbiome (2017) 5: 44] identificeerde verder verschillen qua bakteriële samenstelling in de darm bij patiënten met M.E./CVS met en zonder IBS vergeleken met gezonde controles. Meerdere studies hebben bakterie-therapie of behandeling met orale probiotica gedocumenteerd als verlichtend voor M.E./CVS-symptomen of hebben symptomen gelinkt met bakteriële samenstelling [o.a. Borody TJ et al. The GI microbiome and its role in Chronic Fatigue Syndrome: a summary of bacteriotherapy. Journal of the Australasian College of Nutritional and Environmental Medicine (2012) 31: 3-8 /// Rao et al. A randomized, double-blind, placebo-controlled pilot study of a probiotic in emotional symptoms of Chronic Fatigue Syndrome. Gut Pathogens (2009) 1: 6 (zie ‘Effekt van supplementering met melkzuur-producerende bakterieën bij CVS’) /// Wallis A, Butt H et al. Support for the microgenderome: associations in a human clinical population. Scientific Reports (2016) 6: 19171].

Aangezien de significante rol van het darm-microbioom voor de gezondheid duidelijker is geworden, heeft de meeste research zich gefocust op prokaryote darm-‘bewoners’. De darm-microbiota bestaan echter ook uit populaties van eukaryoten en virussen. Eukaryoten in de darm omvatten protozoa [ééncellige micro-organismen met o.a. amoeben, zweepdiertjes, enz.] en schimmels, die commensaal [onschadelijk voor het gastheer-organisme] of pathogeen kunnen zijn. Blastocystis bv., historisch gelinkt met meerdere ziekten, staat bekend aanwezig te zijn bij mensen. Eukaryoten interageren met de prokaryoten aanwezig in de darm en de prokaryote samenstelling kan de pathogeniteit van eukaryoten beïnvloeden. In sommige gevallen zijn darm-eukaryoten enkel pathogeen wanneer het immuunsysteem aangetast is. Eukaryoten in de darmen vertonen beperkte gelijkenissen bij gezonde individuen.

Wijzigingen qua darm-eukaryoten werden gelinkt met auto-immuun ziekten, obesitas, allergieën, inflammatoire darm-ziekten (IBD) en diabetes. Bij IBD is er bewijs voor verhoogde antilichamen tegen Saccharomyces cerevisiae [in de volksmond bier- of bakkers-gist] en eukaryote dysbiose, wat werd gelinkt met inflammatie. Pathogeniteit van het protozoön Entamoeba hystolytica wordt beïnvloed door inflammatie, en protozoa-infekties kunnen ook de afgifte induceren van IgE en inflammatoire cytokinen.

M.E./CVS bleek gelinkt met een mogelijk eukaryoot pathogeen. In het bijzonder: giardiase [darm-infektie veroorzaakt door de parasiet Giardia lamblia] bleek geïmpliceerd met uitbraken van M.E./CVS in Nieuw-Zeeland in 1984 en Californië in 1985. Na een uitbraak van giardiase in Noorwegen in 2004, ontwikkelden minstens 5% van de geïnfekteerden met M.E./CVS [Naess et al. Chronic Fatigue Syndrome after Giardia enteritis: clinical characteristics, disability and long-term sickness absence. BMC Gastroenterology (2012) 12: 13]. Er werd een link tussen M.E./CVS en een protozoale infektie zoals Blastocystis of Dientamoeba gesuggereerd. Een onderzoek naar Candida albicans in stoelgang-stalen vond verhoogde aanwezigheid bij M.E./CVS-patiënten tijdens de acute fase van de ziekte versus remissie [Evengard et al. Increased number of Candida albicans in the faecal microflora of Chronic Fatigue Syndrome patients during the acute phase of illness. Scandinavian Journal of Gastroenterology (2007) 42: 1514-1515]. Een studie op basis van cultuur-methoden onderzocht de totale gist aanwezigheid in stoelgang-stalen bij M.E./CVS en vond een niet-significante afname in vergelijking met gezonde individuen [Armstrong CW, McGregor NR, Butt HL et al. The association of fecal microbiota and fecal, blood serum and urine metabolites in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome. Metabolomics (2017) 13: 8]

Studies van eukaryoten in de darm bleven beperkt, gedeeltelijk door de beschikbare methodes en databases. Eukaryoten kunnen worden geïdentificeerd via de variabele gebieden van hun 18S-rRNA gen [18S ribosomaal RNA] net zoals prokaryoten kunnen worden geïdentificeerd door 16S sequentie-bepaling [16S ribosomaal RNA; onderdeel van ribosomen (plaatsen waar de proteïne-synthese geschiedt); de genen die er voor coderen worden gebruikt om evolutie en verwantschap van organismen te bestuderen, omwille van de trage (genetische) evolutie in dit gebied]. Op basis van eerdere bevindingen van dysbiose en inflammatie bij M.E./CVS, poneerden we hypothese dat de eukaryote gemeenschap in de darm gewijzigd zou kunnen zijn bij M.E./CVS, en bijkomende aanwijzingen zou kunnen bieden en potentiële diagnostische merkers voor deze ziekte. Om de samenstelling van darm-eukaryoten te karakteriseren en een mogelijke link tussen darm-eukaryoten en M.E./CVS te onderzoeken, wilden we de eukaryoten identificeren aanwezig in de darm van M.E./CVS-patiënten en gezonde individuen. Om dit te bewerkstelligen, gingen we over tot amplificatie en sequentie-bepaling van het V9-gebied [één van de hyper-variable gebieden] van het 18S-rRNA gen bij patiënten en gezonde controles, en analyseerden we de resultaten wat betreft verschillen qua taxa en diversiteit.

MATERIALEN & METHODES

Individuen en verzameling van stalen

[…] Fukuda criteria […]. Stoelgang-stalen werden thuis verzameld en gekoeld bewaard […].

DNA-extractie & 18S amplificatie

[…]

Sequentie-analyse

[…]

Analyse van de veelheid aan taxa

[…]

Diversiteit-vergelijkingen

[…]

RESULTATEN

Populatie

DNA-extractie uit stoelgang van 49 M.E./CVS-patiënten en 39 gezonde individuen. Na amplificatie van het 18S rRNA gen, sequentie-bepaling en verwerking, gingen we over tot identificatie van eukaryote sequenties bij 17 patiënten met M.E./CVS en 17 gezonde individuen voor verdere analyse. Bij de gezonden waren 16 vrouwen en 1 man, terwijl er bij de M.E./CVS-populatie 13 vrouwen en 4 mannen waren. De gemiddelde leeftijd was gelijkaardig […]. De BMI was bijna identiek […]. 11 van de 17 M.E./CVS-patiënten meldde gastro-intestinale symptomen (6 op 17 bij de gezonde individuen). ‘Bell Disability Scale’ [ook ‘CFIDS disability scale’ genaamd; een symptoom-schaal gecreëerd door dokter David Bell] scores van 15 patiënten lagen tussen 10 & 50 (op 100).

Resultaten van de sequentie-bepaling en keuze van de ‘Operational Taxonomic Units’ (OTUs)

[‘OTU’ refereert naar clusters van organismen gegroepeerd op basis van DNA-sequentie gelijkenis van een specifiek merker-gen]

[…]

Geïdentificeerde taxa

Gemiddeld waren de schimmels de meest voorkomende taxa in onze populatie (32,1%). Binnen de schimmels kwam het fylum [bakteriële stam] Ascomycota het meest voor (17,3%), gevolgd door Basidiomycota (13,3%) & Zygomycota (0,9%). Gemiddeld 0,7% waren schimmels van een ander fylum of bleken niet klassificeerbaar (gegroepeerd als ‘andere schimmels’). Een klein aan OTUs werd geklassificeerd als Stramenopiles (6,6%) en 1 M.E./CVS-patient droeg 0,8% Excavata. Gemiddeld 61,4% van de OTUs per individu bleef ongeklassificeerd op elk niveau (‘onbekend’). […]

[verdere onderverdeling beschikbaar]

Specifieke darm-eukaryoten taxa bij M.E./CVS-patiënten zijn niet significant verschillend van gezonde controles

We gebruikten de volledige data-set voor vergelijking van het voorkomen van de taxa. Een taxum werd echter pas beschouwd als aanwezig in een individueel staal als het werd vertegenwoordigd door min. 5 OTUs […]. De samenstelling van de eukaryote micro-organismen was relatief uniek per individu. Desondanks droegen (onder de geïdentificeerde OTUs) de meeste individuen een meerderheid van schimmel-soorten. Verschillen qua hoeveelheden specifieke eukaryoten tussen M.E./CVS-individuen en gezonde individuen bleken niet statistisch significant op elk taxonomisch niveau.

Globaal gezien hadden de gezonde controles ietsje minder schimmels t.o.v. de M.E./CVS-patiënten (30,6% vs. 33,6%). Op fylum-niveau waren er minder Ascomycota bij de M.E./CVS-patiënten (22,6% vs 11,9%). Dit werd weerspiegeld in een corresponderende toename van het schimmel-fylum Basidiomycota bij de M.E./CVS-patiënten (7,8% vs. 18,7%). Er was daarom een niet-significante toename van de verhouding Basidiomycota op Ascomycota bij de patiënten (0,3 vs. 1,6). Het schimmel-fylum Zygomycota was ook verhoogd bij M.E./CVS (0% vs. 1.8%) maar dit werd voornamelijk bepaald door slechts 2 patiënten. Op dezelfde manier was een toename qua Stramenopiles van 0,2% (controles) naar 12,9% (M.E./CVS) voornamelijk te wijten aan meer Blastocystis bij 2 patiënten. Eén M.E./CVS-patient had een klein deel (0,8%) Excavata (geklassificeerd bij de orde Neobodonida).

Binnen de Ascomycota lag het overwegend verschil op orde-niveau: de relatieve hoeveelheid Saccharomycetales was gedaald bij de M.E./CVS-patiënten (22,5% vs. 11%). Binnen de Basidiomycota droeg een aantal stijgingen qua relatieve hoeveelheid toe tot de globale hogere hoeveelheid. De hoeveelheid van de klasse Agaricomycetes was gestegen bij de M.E./CVS-patiënten (6,9% vs. 15,3%). Dit omvatte toenames van de ordes Agaricales (0,5% vs. 6%), Boletales (0% vs. 6%) & Polyporales (0% to 0,14%). De Basidiomycota klasse Tremellomycetes was ook verhoogd bij M.E./CVS-patiënten, globaal genomen (0,3% vs. 2,6%). Dit was te wijten aan de onbekende Tremellomycetes (0,0% vs. 2,5%) & Cystofilobasidiales (0% to 0,08%). Interessant is dat een klein deel van de OTUs geïdentificeerd werden als Tremellales bij gezonde individuen (0,3%) maar er werden er geen geïdentificeerd bij de M.E./CVS-patiënten. M.E./CVS-patiënten hadden ook meer Malasseziales (0,2% vs. 0,9%) maar deze orde werd enkel vastgesteld bij 1 gezond individu en 1 M.E./CVS-patient. De Basidiomycota ordes Sporidiobolales & Ustilaginales waren enkel aanwezig bij gezonde controles en dit in zeer geringe hoeveelheden (0,1% & 0,2% respectievelijk). In beide gevallen werden deze lage hoeveelheden bepaald door één enkel individu. De toename qua Zygomycota bij M.E./CVS-patiënten was te wijten aan lichte stijgingen Entomophthorales (0% vs 0,1%) & Mucorales (0% vs. 1,7%), te wijten aan telkens één enkele patient.

Naast een toename qua Blastocystis hadden M.E./CVS-patiënten een hogere gemiddelde hoeveelheid van de Stramenopile ordes Pleurosigma (0,1% vs. 0,2%), Eustigmatales (0% vs. 1,2%) & Peronosporales (0,1% vs. 1,7%). Ten slotte hadden M.E./CVS-patiënten lagere gemiddeldes van onbekende OTUs. […]

Darm eukaryote diversiteit bij M.E.//CVS verschilt niet van gezonde controles

Om de diversiteit bij M.E./CVS-patiënten te evalueren in vergelijking met gezonde individuen, maakten we gebruik van berekeningen van de alfa- & beta-diversiteit [aantal taxa binnen één enkel microbieel ecosysteem: hoeveel verschillende soorten worden er in een staal gedetekteerd? (alfa) – diversiteit in een gemeenschap van micro-organismen over verschillende omgevingen; verschil in taxonomische veelheid tussen verschillende stalen: hoe verschillend is de samenstelling van één staal tot een ander? (beta)]. Dit liet ons toe 11 M.E./CVS-patiënten en 10 gezonde controles voor de analyse op te nemen. De karakteristieken van deze subpopulaties waren gelijkaardig aan die van de ganse populatie. De 10 gezonde individuen hadden een gemiddelde leeftijd van 43,6 ± 13,6 en een gemiddelde BMI van 27,7 ± 5,2; terwijl de 11 M.E./CVS-patiënten een gemiddelde leeftijd van 54 ± 11,6 en een gemiddelde BMI van 26,2 ± 4,9 hadden. Er waren 9 vrouwen en 1 man bij de gezonde controle groep, en 7 vrouwen en 4 mannen and in de patiënten-groep. Slecht 3 gezonde individuen rapporteerden gastro-intestinale symptomen, t.o.v. 8 M.E./CVS-patiënten.

[…] Hoewel er een kleine afname qua fylogenetische diversiteit (controles 6,7 ± 2,1 vs. M.E./CVS-patiënten 6,0 ± 2,4), was , bleek deze niet statistisch significant (p = 0.58). We berekenden ook op meerdere andere manieren de diversiteit, en het aantal geobserveerde soorten [controles 18,1 + 6,9 vs. M.E./CVS-patiënten 14,1 + 7,8 (p = 0.25)]. Opnieuw bleken deze waarden niet statistisch significant verschillend voor alfa-diversiteit, ondanks de consistent lagere gemiddelde waarden bij M.E./CVS-patiënten t.o.v. gezonde controles.

We evalueerden ook de beta-diversiteit in onze populatie. […]. Geen enkele berekening onthulde clustering van individuen op basis van ziekte, of op basis van de bijkomende variabelen (gegevens niet getoond).

BESPREKING

Vergeleken met studies over prokaryoten in het menselijk darm-microbioom, zijn de studies aangaande eukaryoten in de darm beperkt. Veel van de rapporten over darm-eukaryoten gebruiken andere methodes dan ‘high throughput’ sequentie-bepaling. Ons doel was de karakterisatie van eukaryoten in de darm van M.E./CVS-patiënten die eerder waren getest qua bakteriële samenstelling, en de eukaryote diversiteit en samenstelling vergelijken met gezonde individuen. Veel van de in onze populatie geobserveerde taxa werden in eerdere studies geïdentificeerd in de darm en in sommige gevallen waren ze geassocieerd met ziekte.

Schimmels behorend tot de Ascomycota, Basidiomycota & Zygomycota fyla werden eerder in de darm geobserveerd. Saccharomycetales zijn courant geïdentificeerde Ascomycota in de menselijke darm en werden ook in onze populatie gezien. Malessiziales, leden van de Basidiomycota, waren aanwezig bij 1 gezonde controle en 1 M.E./CVS-patient, en werden eerdere gevonden in faeces-stalen en geassocieerd met IBD. Mucorales, leden van de Zygomycota, worden courant geïdentificeerd en kunnen infekties bij mensen veroorzaken, bijzonderlijk wanneer het immuunsysteem gecompromitteerd is. We identificeerden Mucorales bij 1 M.E./CVS-patient, maar waren niet in staat deze OTU verder te klassificeren. Een andere Zygomycota orde, Entomophthorales, was aanwezig in lage hoeveelheden bij 1 M.E./CVS-patient, die melding maakte van gastro-intestinale symptomen. Soorten van de Entomophthorales zijn ook in staat infekties bij mensen te veroorzaken.

Er wordt gedacht dat Blastocystis de voornaamste, zo niet de enige, Stramenopile aanwezig zijn in de menselijke darm. We zagen Blastocystis bij 3 M.E./CVS-patiënten, en deze omvatten de meerderheid van de OTUs in 2 van deze patiënten. Deze relatief lage incidentie van Blastocystis is verrassend in vergelijking met andere studies van menselijke darm-eukaryoten. Interessant is dat alle 3 de M.E./CVS-patiënten met detekteerbare Blastocystis gastro-intestinale symptome meldden.

De uitdagingen geassocieerd met de karakterisatie van eukaryoten in het menselijk darm-microbioom omvatten hun geringe aanwezigheid en diversiteit, alsook de invloed van gastheer- en dieet-DNA. DNA behorend tot eukaryote micro-organismen is slechts een beperkte component van dat het totaal geïsoleerd uit faeces-stalen, wat het aantal eukaryote ‘reads’ [een ‘read’ is het resultaat van een sequentie-bepaling (volgorde van de base-paren of nucletioden)] van hoge kwaliteit beperkt. Hoewel de door ons geconsulteerde database het mogelijk maakt eukaryoten te identificeren gebaseerd op de 18S rRNA hyper-variable gebieden, suggereert het gebrek aan identificatie van de ‘reads’ in onze studie dat 18S databases nog onvolledig zijn. Diepgaande klassificatie kan onmogelijk blijken, bij het gebruik van het 18S rRNA gen – bijzonderlijk voor schimmels. Om die reden kan sequentie-bepaling van de interne ‘spacers’, die worden gevonden tussen eukaryote rRNA genen in, voordelig zijn ter verbetering van de identificatie van schimmels tot op het niveau van de soort. Eukaryote identificatie is ook een uitdaging omwille van de veranderende en complexe taxonomische klassificatie-systemen.

Eerdere studies van menselijke darm eukaryoten stootten op gelijkaardige moeilijkheden. Onderzoekers rapporteerden lage sequentie-veelheid, maar toonden ook dat een ‘sequence-depth’ [het aantal ‘reads’ dat een bepaald nucleotide bevat] van 150 sequenties van het 18S rRNA gen toereikend was om maximale diversiteit in menselijke faeces-stalen te bereiken. Verder toonden ze een brede waaier aan unieke eukaryote gemeenschappen van het ene individu naar het andere. Dit droeg waarschijnlijk bij tot de verschillen in rapporten van menselijke darm-eukaryoten en maakt vergelijkingen van de veelheid aan taxa tussen groepen individuen een uitdaging.

Het fylum Basidiomycota wordt beïnvloed door dieet, aangezien het eetbare paddenstoelen omvat binnen de orde Agaricales, die courant werden geïdentificeerd bij onze individuen. Ook de hoeveelheden Saccharomycetales kunnen beïnvloed worden door het dieet. Hoewel onze gegevens een hoog niveau Saccharomycetales tonen, zoals eerder al werd getoond, zagen we geen grote hoeveelheden Candida soorten binnen deze orde (gegevens niet getoond). Dit kan te wijten zijn aan een onvermogen om vele van de Saccharomycetales verder dan op orde-niveau te klassificeren, alsook aan de moeilijkheid om Saccharomyces en Candida van elkaar te onderscheiden. We zagen weinig Blastocystis in onze gegevens-set, wat een courant commensaal organisme in de menselijke darm is, en we identificeerden geen Dientamoeba of Nematodes die anderen hebben gevonden. Deze limieten kunnen te wijten zijn aan de gebruikte primers of de DNA-extractie methode, die misschien niet in staat was bepaalde cellen of sporen te lyseren.

Interessant: we observeerden een verschuiving qua relatieve hoeveelheden Ascomycota en Basidiomycota maar deze veranderingen waren niet statistisch significant. Ascomycota en Basidiomycota bleken eerder al omgekeerd met elkaar gecorreleerd. Dit is consistent met onze resultaten, in de zin dat M.E./CVS-patiënten afgenomen Ascomycota en toegenomen Basidiomycota vertonen. Verder toonden onderzoekers aan dat de verhouding Basidiomycota op Ascomycota statistisch significant toegenomen was in patiënten met IBD tijdens opstoten, maar terugkeerde naar waarden die worden gezien bij gezonde controles wanneer patiënten in remissie gingen; wat een link suggereert tussen deze verhouding en inflammatie. Een bijkomende studie met patiënten met de ziekte van Crohn onthulde ook toegenomen Basidiomycota en afgenomen Ascomycota in vergelijking met gezonde individuen. Zodoende is stijging van deze verhouding bij M.E./CVS versus gezonde individuen consistent met een inflammatoire toestand bij de patiënten. We kunnen echter de invloed van een verschillend dieet op deze verhoudingen niet uitsluiten.

Aangezien we eerder een daling qua prokaryote diversiteit en bakteriële dysbiose bij M.E./CVS-patiënten hebben getoond, zouden we significante wijzigingen qua diversiteit en eukaryote hoeveelheden bij de patiënten [zie Giloteaux et al. hierboven] kunnen hebben verwacht. Hoewel niet significant, toonden we een kleine afname qua eukaryote diversiteit bij M.E./CVS-patiënten vergeleken met gezonde controles aan. Eukaryoten in het darm-microbioom bleken te correleren met prokaryoten. Correlaties tussen bakteriële en eukaryote diversiteit in de darm zijn inconsistent, net zoals rapporten over veranderingen qua eukaryote diversiteit bij inflammatoire ziekte. Toegenomen diversiteit van eukaryoten bleek geassocieerd bij Crohn’s in 2 afzonderlijke studies. Omgekeerd: er werd gedaalde schimmel-diversiteit aangetoond bij patiënten met ulceratieve colitis [pathologische intestinale aandoening] vergeleken met gezonde individuen of patiënten in remissie. Ook werd getoond dat pediatrische patiënten met IBD verminderde schimmel-diversiteit vertonen.

BESLUITEN

Onze resultaten tonen aan dat de M.E./CVS darm-eukaryote samenstelling consistent is met een inflammatoire toestand. Onder de eukaryoten die we identificeerden, was er niet één specifieke darm-eukaryoot geassocieerd met M.E./CVS. M.E./CVS-patiënten vertoonden echter een gestegen verhouding van gemiddelde hoeveelheden Basidiomycota op Ascomycota, wat eerder werd gelinkt met inflammatie bij IBD. Bijkomend: M.E./CVS-patiënten hadden een niet-significante daling qua darm-eukaryote diversiteit. Onze studie toont de uitdaging betreffende het vergelijken van eukaryote microbiota tussen een patiënten- en controle-groep omwille van moeilijkheden omtrent extractie van of nucleïnezuur en identificatie van sequenties, de invloed van externe factoren zoals dieet, alsook de grote individuele variatie tussen eukaryote taxonomische eenheden aan, zelfs binnen een groep. Ondanks deze uitdagingen, hebben bevindingen de rol van eukaryoten in het darm-ecosysteem, ook bij ziekte, benadrukt. Gezien het eerder bewijsmateriaal dat een link suggereert tussen M.E./CVS en pathogene eukaryoten, is karakterisatie van darm-eukaryoten bij of M.E./CVS-patiënten en gezonde controles waardevol, zelfs al had de populatie een beperkte grootte. Onze gegevens zijn consistent met de inflammatoire toestand in de darm die in eerdere studies over het M.E./CVS bakterieel microbioom werd gedocumenteerd. Een belangrijke kwestie bij toekomstige research is bepalen wat inflammatie bij M.E./CVS veroorzaakt.

februari 9, 2018

Beperkt ruimtelijk zicht bij M.E.

Filed under: Diagnostiek — mewetenschap @ 7:48 am
Tags: , ,

Ruimtelijk zicht verwijst naar het vermogen om ruimtelijk gedefinieerde kenmerken te zien of te onderscheiden. De 2 voornaamste metingen voor ruimtelijk zicht zijn scherpte en contrast-gevoeligheid (sensitiviteit).

‘Static visual acuity’ (SVA; statische zicht-scherpte) betreft het vermogen om fijne details, typisch in stilstaande beelden met hoog contrast (bv. zwarte letters op een witte achtergrond op een kaart), te zien. Hierbij meet men enkel het kleinste detail dat kan worden gezien maar niet het vermogen om grotere zaken te zien. Door het meten van het vermogen om objecten van verschillende grootte (d.w.z. met verschillende ruimtelijke frequentie) te zien, biedt contrast-gevoeligheid een uitgebreidere test van het ruimtelijk zicht. Het wordt gemeten door het vinden van het laagste contrast dat nodig is om licht/donker roosters met variërend detail/fijnheid of ruimtelijke frequentie te zien. Ruimtelijke frequentie verwijst naar het aantal licht/donker cycli per graad (c/deg) van de gezichtshoek op het netvlies. De roosters worden gewoonlijk gedefinieerd door variaties in luminantie (licht-intensiteit/helderheid van een oppervlak) van graduele sinusoïdale golven.

De contrast-sensitiviteit-funktie (CSF) geeft de gevoeligheid van een waarnemer weer (d.w.z. 1/contrast-drempel) voor sinusoïdale staaf-roosters met sterk variërende ruimtelijke frequenties. De contrast-sensitiviteit bij volwassenen is het grootst bij intermediaire ruimtelijke frequenties (ongeveer 2 tot 4 c/graad). Lagere en hogere ruimtelijke frequenties vereisen meer contrast om te worden gedetekteerd. De hoogste ruimtelijke frequentie kan enkel worden gezien bij een zeer hoog contrast en komt overéén met het scherpte-niveau van de waarnemer.

Samengevat: bij het testen van de visuele contrast-sensitiviteit (VCS) meet men het vermogen om details te zien bij lage contrast-waarden; het wordt dikwijls gebruikt als een niet-specifieke test van de neurologische funktie. Bij een VCS-test krijgt men een reeks (computer)beelden met steeds verminderend contrast te zien waarbij patronen, vormen of objecten al dan niet kunnen worden geïdentificeerd. Metingen van de VCS zouden betere beoordelingen van visuele (dys)funktie opleveren dan traditionele metingen van de visuele scherpte met hoog-contrast stimuli.

————————-

Vision Vol 2, #1, p 2 (Jan. 2018)

Restricted spatial windows of visibility in Myalgic Encephalomyelitis (ME)

Nadia S. Ahmed, Irene Gottlob, Frank A. Proudlock, Claire V. Hutchinson

Department of Neuroscience, Psychology and Behaviour, College of Life Sciences, University of Leicester, UK

Samenvatting

Myalgische Encefalomyelitis (M.E.) is een slopende aandoening gekenmerkt door uitputtende vermoeidheid. Ze wordt niet goed begrepen en de diagnose is controversieel. Het is daarom zeer belangrijk dat betekenisvolle klinische karakteristieken worden onderzocht. Visuele symptomen bij M.E. vertegenwoordigen een groep afzonderlijke, kwantificeerbare, klinische kenmerken die de diagnose significant kunnen verbeteren en inzicht bieden omtrent de onderliggende pathologie. Het doel van de huidige studie was daarom het verkennen van het effekt van M.E. op het ruimtelijke zicht, gebruikmakend van de ruimtelijke contrast-sensitiviteit funktie. De contrast-sensitiviteit werd bepaald d.m.v. stilstaande luminantie-gedefinieerde sinusoïdale roosters met een bereik qua ruimtelijke frequenties van 5 octaven (0,5 tot 16 c/deg) bij een groep van 19 individuen met M.E. en een groep met 19 gematchte (leeftijd, geslacht) controles. In vergelijking met de controles vertoonde de M.E.-groep een beperkt ruimtelijk contrast-zicht. Dit werd hoofdzakelijk gekenmerkt door een gebrek aan contrast-sensitiviteit bij lagere ruimtelijke frequenties en een smallere band-breedte. Onze bevindingen suggereren dat gebreken qua contrast-sensitiviteit een visuele merker voor M.E. zouden kunnen vertegenwoordigen, en indicatief zijn voor abnormale visuele verwerking op het niveau van de retina [het netvlies] en in de corticale en subcorticale visuele mechanismen.

1. Inleiding

[…] De diagnose [van M.E.] is gebaseerd op het categoriseren van de door patiënten gerapporteerde symptomen en deze te differentiëren van symptomen van andere vermoeidheid-gerelateerde ziekten. Het is een uitsluiting-diagnose omdat er momenteel geen specifieke diagnostische test voor M.E. bestaat. Dit is problematisch omwille van het aantal symptomen die overlappen met andere ziekten en de afhankelijkheid van het feit dat patiënten hun symptomen accuraat rapporteren. Het resultaat is dat men dikwijls een verkeerde diagnose i.p.v. M.E. stelt (bv. depressie). Het is daarom zeer belangrijk dat betekenisvolle klinische kenmerken worden onderzocht.

Visuele symptomen bij M.E. vertegenwoordigen een groep van afzonderlijke, kwantificeerbare, klinische kenmerken die de diagnose significant kunnen verbeteren, inzichten kunnen bieden omtrent de onderliggende pathologie en een behandeling-kandidaat kunnen vertegenwoordigen, waardoor het dagelijks leven van de patiënten zal verbeteren. Courant gerapporteerde visuele symptomen omvatten foto-sensitviteit, moeilijk kunnen focussen op beelden, vervaging van beelden, halo’s rond beelden, slechte diepe-waarneming, pijn aan de ogen, verzwakte visuele aandacht, verhoogde vatbaarheid voor patroon-verblinding en zicht-gerelateerde hoofdpijn [Potaznick W, Kozol N. Ocular manifestations of Chronic Fatigue and Immune Dysfunction Syndrome. Optom. Vis. Sci. (1992) 69: 811-814 /// Leslie S. Chronic Fatigue Syndrome: Optometric clinical presentation and management. J. Behav. Optom. (1997) 8: 155-161 /// Vedelago LJ. Visual dysfunction in Chronic Fatigue Syndrome: Behavioural optometric assessment and management. J. Behav. Optom. (1997) 8: 149-154 /// Hutchinson CV, Maltby J, Badham SP, Jason L. Vision-related symptoms as a clinical feature of Chronic Fatigue Syndrome/Myalgic Encephalomyelitis? Evidence from the DePaul Symptom Questionnaire. Br. J. Ophthalmol. (2014) 98: 144-145 /// Loew S et al. Symptoms of Meares-Irlen/Visual Stress Syndrome in subjects diagnosed with Chronic Fatigue Syndrome. Int. J. Clin. Health Psychol. (2014) 14: 87-92]. Er werd ook een aantal visuele problemen objectief geïdentificeerd via experimentele metingen; deze omvatten verminderde visuele accommodatie [aanpassen van de sterkte van de ooglens om op de gewenste afstand scherp te zien] en slecht binoculair zicht [beide ogen gericht op hetzelfde voorwerp] [Caffery BE et al. The ocular signs and symptoms of Chronic Fatigue Syndrome. J. Am. Optom. Assoc. (1994) 65: 187-191 /// Godts D, Moorkens G, Mathysen DG. Binocular Vision in Chronic Fatigue Syndrome. Am. Orthopt. J. (2016) 66: 92-97], verhoogde vatbaarheid voor patroon-verblinding [Wilson RL et al. Increased vulnerability to pattern-related visual stress in Myalgic Encephalomyelitis. Perception (2015) 44: 1422-1426], niet-accurate oog-bewegingen [Badham SP, Hutchinson CV. Characterising eye movement dysfunction in Myalgic Encephalomyelitis/Chronic Fatigue Syndrome. Graefe’s Arch. Clin. Exp. Ophthalmol. (2013) 251: 2769-2776] en verzwakte visuele aandacht, bijzonderlijk bij taken waar de prestaties steunen op het vermogen een object te detekteren/identificeren en irrelevante visuele afleiders te negeren (selektieve aandacht) [Hutchinson CV, Badham SP. Patterns of abnormal visual attention in Myalgic Encephalomyelitis (ME). Optom. Vis. Sci. (2013) 90: 607-614]. Visuele symptomen zijn een indringend deel van de aandoening, verergeren andere symptomen en tasten het vermogen aan om dagdagelijkse taken uit te voeren. Inderdaad: sommige studies rapporteren dat tot 25% van mensen die lijden aan M.E. minder gaan auto-rijden of er helemaal mee stoppen omwille van zicht-gerelateerde problemen.

Ondanks de gerapporteerde problemen gerelateerd met de waarneming van zelfs elementaire ruimtelijke informatie, blijven de effekten van M.E. op ruimtelijk zicht relatief ononderzocht en niet gekwantificeerd. Het doel van de huidige studie was daarom het verkennen hoe M.E. het ruimtelijk zicht beïnvloedt d.m.v. de ruimtelijke contrast-sensitiviteit funktie. De menselijke contrast-sensitiviteit funktie biedt een meting voor het bereik qua ruimtelijk detail dat zichtbaar (waarneembaar) is voor het visueel systeem en de relatieve sensitiviteit op een stimulus-contrast binnen dit bereik. Veranderingen qua contrast-sensitiviteit zijn goed gedocumenteerd bij ouder-worden en zijn evident bij een waaier aan netvlies-ziekten. Ze zijn ook aanwezig bij neurodegeneratieve ziekten zoals Parkinson’s en bij inflammatoire auto-immune ziekten zoals Multipele Sclerose. Tekorten aan contrast-sensitiviteit kunnen aanwezig zijn zelfs als er geen detekteerbare stoornis qua visuele scherpte is. Ze bieden een gevoelige klinische meting van de visuele funktie en kunnen aanwijzingen geven omtrent abnormale visuele verwerking op het niveau van de retina en in de corticale en subcorticale visuele mechanismen.

In de huidige studie werd contrast-sensitiviteit bepaald via stilstaande luminantie-gedefinieerde sinusoïdale roosters met een bereik qua ruimtelijke frequenties van 5 octaven (0,5 tot 16 c/deg) in een groep ME-patiënten en controles.

2. Materialen & Methodes

2.1. Deelnemers

20 M.E.-patiënten en 20 gematchte (leeftijd, geslacht, opleiding) controles werden gerecruteerd. Eén patient voltooide slechts 2 van de 6 ruimtelijke frequenties in het contrast-sensitiviteit experiment zodat de patient en de gematchte controle uit de analyse werden verwijderd. Alle patiënten hadden een medische diagnose van M.E., bevestigd via de ‘DePaul Symptom Questionnaire’ [ontwikkeld door Prof. Leonard Jason]. […] De deelnemers hadden geen oog-ziekten. De visuele scherpte (éénogig, dichtbij en vooraf) lag voor alle deelnemers binnen het normaal bereik. […] Er waren geen significante verschillen qua gecorrigeerde visuele scherpte tussen patiënten en controles. […]

2.2. Apparaat & Stimuli

De roosters besloegen 6 graden (deg) (horizontaal & verticaal) op een gezicht-afstand van 139 cm en werden gegenereerd op een computer-scherm (75 Hz). […] Monitor: voor precisie-controle van het contrast werd het aantal beschikbare intensiteit-niveaus van 8 op 14 bits gebracht […]. De gemiddelde luminantie [licht-intensiteit/helderheid van een oppervlak in een bepaalde richting] van het scherm was ~44 cd/m2 [eenheid = candela per vierkante meter] en de monitor was de enige licht-bron. De totale duur van de stimulus was 853 ms […].

[…]

2.3. Procedure

Metingen van de contrast-drempel werden uitgevoerd over een bereik qua ruimtelijke frequenties van 5 octaven (0,5 tot 16 c/deg) […]. Bij elke test kregen de deelnemers een fixatie-kruis te zien, gevolgd door het rooster, waarna ze de oriëntatie (vertikaal of horizontaal) moesten beoordelen. De deelnemers konden kort oefenen en de test werd uitgevoerd in het donker. […] De contrast-drempels werden omgezet naar contrast-sensitiviteit (1/contrast-drempel).

3. Resultaten

De gemiddelde contrast-sensitiviteit funkties voor elke groep vertoonde het verwachte frequentie-bereik. Globaal was de contrast-sensitiviteit funktie voor de M.E.-groep ietwat gezakt en leek het bereik smaller, suggestief voor een beperkt visibiliteit-venster bij M.E., vergeleken met controles. […] Statistische analyse toonde dat de contrast-sensitiviteit bij de laagste ruimtelijke frequenties (0,5 & 1 c/deg) significant slechter was bij patiënten t.o.v. controles […].

Om het ruimtelijk venster van visibiliteit voor elke groep preciezer te kwantificeren, werd de contrast-sensitiviteit bij elke frequentie omgezet naar relatieve sensitiviteit (dB [deciBel; geen eenheid maar een verhouding op een logaritmische schaal: elke verhoging met 10 decibel betekent een vergroting in vermogen of energie met een factor 10, 20 dB betekent een factor 100, enz.]) […] dit liet toe de laagste en hoogste frequenties voor elke groep te bepalen. […]

[…] [laagste – hoogste frequentie (c/deg): 0.99 – 5.09 (controles); 1.44 – 4.53 (M.E.)]. Statistische analyse toonde dat de laagste frequenties significant hoger waren in de M.E.-groep t.o.v. controles (p < 0.05). Er waren geen verschillen tussen de hoogste frequenties […]. De laagste frequenties in de M.E.-groep droegen bij tot smallere globale band-breedtes (p < 0.05).

4. Bespreking

We toonden hier dat een groep of M.E.-patiënten een beperkt ruimtelijk visibiliteit-venster voor stimulus-contrast vertoonde vergeleken met een controle-groep. Dit was voornamelijk gekarakteriseerd door een tekort qua contrast-sensitiviteit bij lagere ruimtelijke frequenties. Deze bevindingen suggereren dat contrast-sensitiviteit tekorten een visuele merker voor M.E. zouden kunnen zijn en mogelijks indicatief voor abnormale visuele verwerking op het niveau van de retina en in de corticale en subcorticale visuele mechanismen.

De bevindingen die hier worden gepresenteerd dragen bij tot de aangroeiende literatuur die aantoont dat zicht-gerelateerde problemen een meetbare klasse symptomen vertegenwoordigt die courant gerapporteerd worden door patiënten met M.E. Zelf-rapportering studies beklemtoonden reeds het bestaan van M.E.-gerelateerde visuele problemen (troebel zicht, diplopie [dubbelzien], ‘floaters’ [kleine vlekjes die door het zicht-veld drijven], fotofobie, droge/geïrriteerde & vermoeide ogen, brandende ogen en niet-specifieke oog-pijn, slechte controle van de oog-beweging, slechte diepte-perceptie, vlekken/lichtjes & halo’s in het zicht-veld, en zicht-gerelateerde hoofdpijn & migraines). Andere studies onthulden abnormaliteiten van het oog-oppervlak [zie Caffery BE et al. hierboven] en vasculaire pathologie in het oog [Frolov VM, Petrunia AM. Pathology of the organ of vision in Chronic Fatigue Syndrome. Vestnik Oftalmol. (2003) 119: 45-47]. Er is ook bewijs voor significant meer exoforie [scheel-zien], lagere funktionele vergentie [gelijktijdige beweging van beide ogen in tegengestelde richtingen om het binoculair zicht te behouden] (dichtbij en veraf), een verdere convergentie en minder traan-secretie en kortere ‘break-up time’ [maat voor verdamping van de traan-film] bij M.E.-patiënten, in vergelijking met gezonde controles [Mastropasqua L et al. Ocular manifestations in Chronic Fatigue Syndrome. Ann. Ophthalmol. (2000) 32: 219-224], verminderde accommodatie [zie Godts D et al. hierboven], verstoorde anti-saccadische oog-bewegingen [vrijwillige oog-bewegingen gemaakt in de richting tegengesteld aan die waar een stimulus wordt gepresenteerd] en ‘smooth pursuit’ [het staren richten op een soepel bewegend ‘target’] [zie Badham SP et al. hierboven], gebrekkige visuele aandacht […] en verhoogde vatbaarheid voor patroon-gerelateerde visuele stress.

Hoewel we in de huidige studie het verband tussen vatbaarheid voor migraine en contrast-sensitiviteit niet direct bekeken, valt op te merken dat enkele andere studies een relatie vonden tussen migraine en contrast-sensitiviteit tekorten. Van speciaal belang voor de hier gerapporteerde contrast-sensitiviteit gebreken is een studie die een contrast-sensitiviteit tekort vond bij lage ruimtelijke frequenties in een groep mensen met migraine t.o.v. controles. Het is goed gedocumenteerd dat mensen met M.E. sommige visuele patronen oncomfortabel vinden en een verhoogde vatbarheid voor fotosensitiviteit en migraine rapporteren. Toekomstige studies die het verband onderzoeken tussen zicht-gerelateerde hoofdpijn en migraines bij M.E. en tekorten qua contrast-sensitiviteit zijn van belang en kunnen inzicht bieden omtrent de effekten van M.E. op de neurofysiologie van het visueel systeem.

Onze bevindingen vertonen gelijkenis met contrast-sensitiviteit tekorten die werden gerapporteerd bij Multipele Sclerose (MS). MS is een inflammatoire, neurodegeneratieve auto-immuun ziekte. Zoals mensen met M.E., vertonen MS-patiënten een brede waaier aan visuele symptomen. Ontsteking van de oogzenuw is courant [bij MS] samen met meldingen over zicht-verlies, verstoord kleuren-zicht, pijnlijke ogen, troebel zicht en visuele vermoeidheid. Een aantal studies onderzocht contrast-sensitiviteit bij MS en hoewel de ruimtelijke frequentie specificiteit van de studies varieert, is er overéénkomst aangaande het feit dat slechte contrast-sensitiviteit geassocieerd is met de aandoening. MS en M.E. delen fenomenologische en neuro-immune kenmerken. De aanvang van M.E. werd in verband gebracht met infekties en auto-immune aandoeningen en, zoals MS-patiënten, vertonen mensen met M.E. een reeks immune abnormaliteiten die wijzen op ontregeling van het immuunsysteem. Tekorten qua contrast-sensitiviteit kunnen, naast het feit dat ze een mogelijke klinische merker voor M.E. vertegenwoordigen, ook gewicht geven aan de notie dat M.E., zoals MS, een aandoening van het auto-immuun systeem is.

Er zijn enkele kanttekeningen te maken met betrekking tot het klinisch nut van het type contrast-sensitiviteit testen dat in de huidige studie werd gebruikt. Het meten van de volledige ruimtelijke frequentie afhankelijke contrast-sensitiviteit funktie d.m.v. traditionele psychofysische technieken – wat we deden in de huidige studie – is typisch zeer tijd-verslindend, met als resultaat dat de klinische bruikbaarheid van dit type test-methode beperkt is. Contrast-sensitiviteit kan ook worden bepaald d.m.v. letter-kaarten waar het contrast van grote letters afneemt voor elke horizontale lijn. De meest courant gebruikte contrast-letter-kaart is die van Pelli-Robson. Pelli-Robson kaarten bieden niet zo’n gevoelige meting van de contrast-sensitiviteit als traditionele psychofysische contrast-drempel procedures, maar ze hebben het voordeel dat ze veel sneller en makkelijker af te nemen zijn in een klinische omgeving. Verder is het moeilijk de ruimtelijke frequenties van contrast-letter-kaarten te kwantificeren omdat de letter-identificatie afhangt van de samenstellende ruimtelijke frequenties die de drempel bereiken. De vraag blijft daarom of ze een voldoende gevoelige meting van de contrast-sensitiviteit kunnen betekenen om tekorten in de vroege fases van de ziekte te identificeren en of ze kleine veranderingen qua contrast-sensitiviteit met verloop van tijd (vóór en na behandeling) kunnen detekteren. We deden follow-up met de Pelli-Robson kaart (omtrent de hier gerapporteerde ruimtelijke frequentie specifieke contrast-sensitiviteit tekorten) en vonden dat onze M.E.-groep goed presteerde en op een zelfde niveau als controles.

Wat betreft de klinische waarde van het bepalen van contrast-sensitiviteit bij M.E., zijn de psychofysische methodes die we hier hebben gebruikt waarschijnlijk te tijd-verslindend en de Pelli-Robson Test is niet voldoende gevoelig. Ontwikkelingen met betrekking tot Bayesiaanse procedures [Bayesiaanse statistiek is een benaderingswijze die veel wordt gebruikt in de medische statistiek. De Bayesiaanse methodiek is gebaseerd op de stelling van Bayes die kwantificeert wat de nieuwe a posteriori onzekerheden zijn, gegeven een verzameling van a priori onzekerheden en nieuwe gegevens. Met behulp van de stelling van Bayes kunnen verschillende bronnen van informatie worden gecombineerd.] die een snelle meting van de contrast-sensitiviteit funktie bieden, zijn in deze context beloftevol. Deze procedures bleken goed overéén te komen met contrast-sensitiviteit funkties bepaald d.m.v. conventionele psychofysische methodes (zoals in de huidige studie aangewend) bij normaal en klinisch zicht. Dergelijke procedures werden succesvol geïmplementeerd voor het meten van contrast-sensitiviteit bij amblyopie [‘lui oog’]. Ze werden ook gesuggereerd als een middel om de contrast-sensitiviteit funkties te meten bij patiënten met verminderd zicht.

Eén beperking van onze studie betreft ons M.E.-staal. Onze visuele test-protocollen vereisen een zorgvuldig gecalibreerde uitrusting. Zodoende konden we enkel M.E.-patiënten testen die in staat waren om zich te verplaatsen nar de universiteit om aan de studie deel te nemen. Hoewel de deelnemers in onze studie significant waren aangetast door M.E., konden we de contrast-sensitiviteit in de ernstig zieken, bv. degenen die bedlegerig zijn, niet meten. Onze bevindingen betekenen daarom dus waarschijnlijk een ondervertegenwoordiging van de gebreken in deze groep.

Samengevat: omdat er nog geen oorzaak van M.E. werd vastgesteld, er geen doorslaggevende testen zijn om de aanwezigheid ervan vast te stellen en geen definitieve uiterlijke tekenen die de aandoening van andere onderscheiden, moeten klinici vertrouwen op de zelf-percepties en -rapporteringen van de patiënten. Het identificeren van afzonderlijke klinische kenmerken van M.E. is een belangrijke kwestie. We rapporteren hier tekorten qua contrast-sensitiviteit in een groep ME-patiënten. We stellen voor dat deze bevindingen, samen met andere visuele problemen die worden ervaren door mensen met M.E., implicaties kunnen hebben voor de diagnose inzichten kunnen bieden omtrent de etiologie. Ze geven ook aanleiding tot een aantal belangrijke vragen die verdere studie rechtvaardigen.

januari 25, 2018

Pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie bij CVS?

Filed under: Celbiologie — mewetenschap @ 12:26 pm
Tags: , , , , , , ,

In het artikel ‘Metabolic profiling indicates impaired pyruvate-dehydrogenase function in Myalgic Encephalopathy/ Chronic Fatigue Syndrome’ (zie ‘Verstoorde werking van pyruvaat-dehydrogenase bij M.E.(cvs)’) rapporteerden de Noorse Ritixumab-onderzoekers Øystein Fluge & Olav Mella over een funktionele verstoring van het enzyme pyruvaat-dehydrogenase (PDH) op basis van biochemische veranderingen in het bloed van M.E.(cvs)-patiënten. Hun resultaten sluiten aan bij (gepubliceerd) werk van andere metabolisme-researchers.

Een Noorse arts/professor van de afdeling Medische Biochemie van het Universitair Ziekenhuis van Oslo, goed op de hoogte in zake de biochemische diagnose van pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie, publiceerde een commentaar/kritiek daarop in een landelijk tijdschrift (enkel in het Noors).

Fluge & Mella hebben het eerder over een PDH-inhibitie (suppressie/onderdrukking). Dit kan misschien een gevolg zijn van een andere dysfunktie in het energie-metabolisme. Nu wordt er geargumenteerd dat er geen deficiëntie is. Spreekt men hier over twee verschillende dingen? Het is bij wetenschappelijk onderzoek ook van belang kritiek in acht te nemen en daarom geven wij dit mee. Bij verder onderzoek kan zeker rekening worden gehouden met de aanbevelingen.

De auteur gaf als belangen-conflict aan dat hij een vergoeding heeft ontvangen voor een lezing op een professioneel forum van psychiaters, ondersteund door het farmaceutisch bedrijf Lundbeck.

————————-

Tidsskr Nor Laegeforen. (2017) 137: 23-24

Tenuous link between Chronic Fatigue Syndrome and pyruvate dehydrogenase deficiency

Yngve Thomas Bliksrud

In een studie van het energie-metabolisme bij patiënten met het Chronische Vermoeidheid Syndroom concludeerden onderzoekers verminderde pyruvaat-dehydrogenase aktiviteit bij patiënten, maar de metingen passen niet bij de veranderingen die we zien bij patiënten met primaire genetische pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie.

In een studie gepubliceerd in december 2016 werd een gewijzigd patroon van aminozuren in plasma gevonden bij patiënten met het Chronische Vermoeidheid Syndroom. Bovendien werd veranderde gen-expressie gedetekteerd in witte bloedcellen en veranderde de energie-produktie in spiercellen [zie link in onze inleiding]. De auteurs interpreteren de resultaten als expressie van funktionele remming van het enzyme pyruvaat-dehydrogenase, en ze suggereren een ontregeling van dit enzyme-complex als mogelijke belangrijke factor in de pathogenese van het Chronische Vermoeidheid Syndroom.

Het onderzoek kreeg uitgebreide aandacht in de [Noorse] media en de link met pyruvaat-dehydrogenase werd openbaar gemaakt zonder voorbehoud. In ons laboratorium ontvingen we stalen voor de metabole screening van patiënten met mogelijk vermoeidheid-syndroom. Op basis van mijn ervaring met biochemische diagnose van pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie, wil ik wijzen op gebreken in de studie die moeten aansporen tot een aanzienlijk grotere mate van voorzichtigheid omtrent de conclusies.

Kritiek op methode en interpretatie

In het onderzoek werden aminozuur-concentraties in plasma van 200 patiënten en 102 gezonde controle-personen onderzocht. De onderzoekers vonden significante verschillen tussen de twee groepen maar de betekenis is onduidelijk omdat ze zich niet hebben gebaseerd op de gevestigde diagnose van pyruvate-dehydrogenase deficiëntie en omdat de stalen niet op een gestandaardiseerde manier zijn genomen.

AMINOZUREN-PATROON VOLDOET NIET AAN WAT WIJ ZIEN BIJ PATIËNTEN MET PRIMAIRE PYRUVAAT-DEHYDROGENASE DEFICIËNTIE

Pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie verhoogt de concentratie van pyruvaat in bijvoorbeeld spier- en zenuwcellen. Pyruvaat wordt omgezet in lactaat en het aminozuur alanine. Alanine is het enige aminozuur dat naar verwachting buiten het referentie-gebied valt in plasma en cerbrospinaal vocht bij primaire pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie (één tot twee keer de bovengrens van referentie). Het onderzoek meldde echter een neiging tot lagere alanine-spiegels bij de patiënten. Het is verrassend dat deze opvallende discrepantie niet in het artikel wordt genoemd.

VERKEERDE NORMALISATIE VOOR TESTEN KAN HET VERSCHIL TUSSEN DE GROEPEN VERKLAREN

Een vasten-test wordt sterk aanbevolen bij het bepalen van de plasma-concentratie van aminozuren, omdat de niveaus aanzienlijk variëren met het dieet en ook gedurende de dag tot 10-15%. In de studie worden niet-nuchtere aminozuur-patronen met kleine afwijkingen vergeleken. Het is heel vreemd dat de auteurs geen grotere bedenkingen hebben bij dieet als een verstorende factor wanneer ze zelf hebben aangetoond dat het dieet alleen de groep aminozuren beïnvloedt die argumenteren voor verstoord pyruvaat-dehydrogenase. De studie toonde significante verschillen tussen nuchtere en niet-nuchtere patiënten. De nuchtere patiënten werden daarom uitgesloten van verdere statistische analyse. De auteurs moeten ook duidelijker maken dat een mogelijke verborgen vertekening tussen de patiënten-groep en de controle-groep met betrekking tot voeding en staalname een alternatieve verklaring kan zijn voor de gevonden verschillen. Systematische verschillen in voeding tussen de groepen zijn niet ondenkbaar. […]

WAT MET DE PYRUVAAT/LACTAAT-RATIO EN EEN DIRECTE METING VAN DE PYRUVAAT-DEHYDROGENASE AKTIVITEIT?

De pyruvaat/lactaat-verhouding in het plasma kan patiënten met pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie van andere patiënten met hyperlactacidemie [verhoogd lactaat in het bloed] onderscheiden. Deze ratio heeft daarom een centrale plaats in de biochemische diagnostiek van pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie. In het onderzoek werd de pyruvaat/lactaat-verhouding niet bepaald. Dat is jammer: de verhouding had een belangrijke aanwijzing kunnen geven voor, mogelijk tegen, pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie. Een directe bepaling van de enzyme-aktiviteit in de cellen is ook de sleutel bij de routine-matige diagnostiek van pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie. Het is vreemd dat dit in de studie niet is gedaan in spiercellen die groeien in de aanwezigheid van serum van de patiënt.

SPECIFIEKE LINK MET CHRONISCHE VERMOEIDHEID SYDROOM VEREIST MEERDERE CONTROLE-GROEPEN

In de studie heeft de patiënten-groep een ander expressie-patroon dan de controle-groep met betrekking tot genen geassocieerd met het pyruvaat-dehydrogenase complex. Dit is een interessant resultaat maar de studie biedt geen basis voor het interpreteren van het verschil als specifiek voor het Chronische Vermoeidheid Syndroom.

Volgens de consensus-criteria hebben patiënten een “aanzienlijk verminderd aktiviteiten-niveau” gehad gedurende minimaal zes maanden. Het is bekend dat de expressie van genen geassocieerd met het volledige metabolisme (inclusief pyruvaat-dehydrogenase complex) verandert bij immobilisatie. Spieren groeien en verdwijnen naar gelang het aktiviteit-niveau, daarom zijn er in deze studie verschillende expressie-patronen te verwachten. Vooraleer het expressie-patroon specifiek kan worden gekoppeld aan het Chronische Vermoeidheid Syndroom, moet het niet alleen worden vergeleken met gezonde mensen maar met andere patiënten-groepen die een overeenkomstig verminderd aktiviteiten-niveau ervaren, zoals een beroerte, fracturen, nier-falen of ernstige depressie. In het onderzoek werd ook aangetoond dat in spiercellen in vitro het energie-metabolisme kan veranderen in de aanwezigheid van serum van patiënten met het Chronische Vermoeidheid Syndroom. Het is interessant dat dit experimenteel kan worden aangetoond maar evenmin kan deze waarneming specifiek worden gekoppeld aan het Chronische Vermoeidheid Syndroom. Nogmaals: meer controle-groepen van patiënten met verminderde aktiviteiten-niveaus zijn om andere redenen nodig. De studie laat bijvoorbeeld een verminderde produktie van hoge-energie fosfaten (ATP) in vitro zien. In een muizen-model waarin spiercellen worden gekweekt in aanwezigheid van serum van individuen met spier-atrofie en chronisch nierfalen, neemt de ATP-produktie ook af.

CHRONISCHE VERMOEIDHEID IS NIET TYPISCH VOOR PRIMAIRE GENETISCHE PYRUVAAT-DEHYDROGENASE DEFICIËNTIE

De auteurs suggereren dat pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie een sleutel is in de pathofysiologie van het Chronische Vermoeidheid Syndroom. Chronische vermoeidheid is geen typisch symptoom bij patiënten met primaire genetische pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie, noch ernstig noch mild. Het vereist een opmerking maar wordt met geen woord vermeld.

Pragmatische beoordelingen gevraagd

Onderzoek naar metabole mechanismen voor het Chronische Vermoeidheid Syndroom is interessant, en het grote werk van Fluge en collega’s kan hypotheses genereren die verder onderzoek waard zijn. De auteurs komen echter al heel vroeg vast te zitten bij de opvallende pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie als onderdeel van de pathofysiologie van het Chronische Vermoeidheid Syndroom. Momenteel is het verband tussen bewezen aminozuur-veranderingen en pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie te zwak, en de verandering in gen-expressie en energie-metabolisme is te onspecifiek voor een dergelijke harde conclusie.

————————-

De endocrinoloog Emeritus Professor Frank Comhaire (Universitair Ziekenhuis, Gent) staat bekend als specialist op het vlak van de behandeling van mannelijke infertiliteit en ondernemer (het op de markt brengen van testen en complementaire behandelingen). De voorbije jaren ontwikkelde hij ook een interesse voor M.E.(cvs)…

In een artikel getiteld ‘Chronic Fatigue Syndrome (CFS) or “systemic immune disorder” (SID)? (Internal Medicine 2016, 6: 225) rapporteerde hij dat er bewijs voor het feit dat “CVS te wijten” is “aan een systemische immuun-stoornis waarbij oxidatieve, immunologische en epigenetische mechanismen de aktiviteit van pyruvaat-dehydrogenase kinase (PDHK) kunnen verhogen en de pyruvaat-dehydrogenase aktiviteit inhiberen”. Op basis daarvan liet hij een ‘nutriceutical’ (voeding-supplement) testen dat bepaalde organische zuren van algen, vitamine-B1, alfa-liponzuur, acetyl-L-carnitine en oxidoreductase-ubiquinon Q10 bevat. Bij publicatie van een kleine piloot-studie (n = 10; patiënten gediagnosticeerd in Belgische CVS-referentie-centra (!???!)) (‘A Novel Nutriceutical Treatment of Myalgic Encephalitis/Chronic FatigueSyndrome (ME/CFS): “What it is and what it is not”; Internal Medicine 2017, 7:5) bleken er evenveel responders als niet-responders te zijn. Deze laatsten bleken uiteindelijk (na verdere diepgaande screening) aan een andere aandoening dan M.E.(cvs) te leiden. Op het moment van het verschijnen van het artikel was een patent hangende…

Er werd verder meegegeven dat een mogelijke diagnostische methode voor de detektie van deficiënte enzymatische aktiviteit van PDH is: het meten van de concentraties van pyruvaat en acetyl-coenzyme-A in monocyten. “Dit vergt geavanceerde laboratoriumtechnologie”…

Merk op: het tijdschrift Internal Medicine (met slechts een beperkte impact en niet opgenomen in PubMed of Web Of Science) is niet het gerenommeerde Journal of Internal Medicine of het befaamde Annals of Internal Medicine…

januari 12, 2018

Verhoogd BNP bij CVS – verband met cardiale dysfunktie

Filed under: Fysiologie — mewetenschap @ 12:18 pm
Tags: , , ,

BNP (‘brain natriuretic peptide) is een proteïne dat wordt gesekreteerd door de hart-ventrikels (aangemaakt in specifieke cellen van de hartspier), vooral wanneer sprake is van overbelasting van het hart (bv. bij hart-falen, verhoogde weerstand van bloedvaten). BNP corrigeert verhoogde bloeddruk en te veel vocht in de bloedvaten (uitscheiding van water en zout).

Onderstaande studie, geleid door Prof. Julia Newton, geeft aan dat het meten van BNP een middel zou kunnen zijn om CVS-patiënten te identificeren die hart-problemen hebben.

Lees ook ‘Bloedvolume & verminderde hartfunktie bij CVS’…

————————-

Open Heart Vol 4, #2. e000697 (2017)

Elevated brain natriuretic peptide levels in Chronic Fatigue Syndrome associate with cardiac dysfunction: a case control study

Cara Tomas (1), Andreas Finkelmeyer (1,2), Tim Hodgson (2), Laura MacLachlan (1), Guy A MacGowan (1,3), Andrew M Blamire (1,2), Julia L Newton (1,4,*)

(1) Institute of Cellular Medicine, Newcastle University, Newcastle, Newcastle upon Tyne, UK

(2) Newcastle Magnetic Resonance Centre, Newcastle University, Newcastle, Newcastle upon Tyne, UK

(3) Cardiology, Newcastle upon Tyne Hospitals NHS Foundation Trust, Newcastle, Newcastle upon Tyne, UK

(4) CRESTA, Newcastle upon Tyne Hospitals NHS Foundation Trust, Newcastle, Newcastle upon Tyne, UK

Samenvatting

Doelstellingen Het verkennen van de waarden van het ‘brain natriuretic peptide’ (BNP) en onderzoeken hoe deze verband houden met cardiale abnormaliteiten bij Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS).

Methodes Er werden cardiale magnetische resonantie onderzoeken uitgevoerd m.b.v. een 3T Philips Intera Achieva scanner bij deelnemers met CVS (Fukuda) en een groep sedentaire controles die was gematcht voor leeftijd en geslacht. Het BNP in het plasma werd ook gemeten via een enzyme-immuno-assay bij 42 CVS-patiënten en 10 controles.

Resultaten De BNP-waarden waren significant hoger in de CVS-groep vergeleken met de gematchte controles (P = 0.013). Wanneer we de hart-volumes (eind-diastolisch & eind-systolisch) tussen deze met een hoog BNP (> 400 pg/ml) en een laag BNP (< 400 pg/ml) vergeleken, bleken er significant lagere hart-volumes bij een hoger BNP bij zowel eind-systolische en eind-diastolische volumes (P = 0.05). Er waren geen verbanden tussen vermoeidheid-graad, ziekte-duur en BNP-waarden (P = 0.2), wat suggereert dat het onwaarschijnlijk is dat onze bevindingen gerelateerd zijn met deconditionering.

Besluit Deze studie bevestigt een associatie tussen gedaalde hart-volumes en BNP bij CVS. Het ontbreken van een verband met ziekte-duur suggereert dat de bevindingen niet secundair zijn aan deconditionering. Er zijn verdere studies nodig ter verkenning van de bruikbaarheid van BNP als stratificatie-paradigma bij CVS dat gerichte behandelingen kan aangeven.

Inleiding

Studies uitgevoerd gebruikmakend van een waaier aan beoordeling-technieken hebben aangetoond dat Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) geassocieerd is met abnormaliteiten qua hart-funktie. Echocardiografische en impedantie-studies bevestigden verstoorde cardiale contractiliteit [Peckerman A et al. Abnormal impedance cardiography predicts symptom severity in Chronic Fatigue Syndrome. Am J Med Sci (2003) 326: 55-60 /// LaManca JJ, Peckerman A et al. Cardiovascular response during head-up tilt in Chronic Fatigue Syndrome. Clin Physiol (1999) 19: 111-20] en gereduceerde linker ventriculaire funktie. [Newton JL et al. Reduced cardiac volumes in Chronic Fatigue Syndrome associate with plasma volume but not length of disease: a cohort study. Open Heart (2016) e000381] Strukturele cardiale magnetische resonantie (MR) toonde lagere eind-diastolische afmetingen en cardiale output [hoeveelheid bloed die per minuut door het hart wordt voortgestuwd], en MR spectroscopie detekteerde een verstoorde cardiale bio-energetische funktie [Hollingsworth KG et al. Impaired cardiovascular response to standing in Chronic Fatigue Syndrome. Eur J Clin Invest (2010) 40: 608-15 /// Hollingsworth KG et al. Impaired cardiac function in Chronic Fatigue Syndrome measured using magnetic resonance cardiac tagging. J Intern Med (2012) 271: 264-70] met bevindingen die suggestief zijn voor een sub-klinische cardiomyopathie bij ca. een derde van de CVS-groep. De ernst van deze cardiale abnormaliteiten lijkt ook verband te houden met symptoom-ernst maar lijkt niet secundair aan deconditionering. Dit heeft geleid tot de suggestie dat CVS een klein-hart syndroom is [Miwa K, Fujita M. Cardiac function fluctuates during exacerbation and remission in young adults with Chronic Fatigue Syndrome and “small heart”. J Cardiol (2009) 54: 29-35 /// Miwa K, Fujita M. Small heart syndrome in patients with Chronic Fatigue Syndrome. Clin Cardiol (2008) 31: 328-33] met MR-bevindingen die, bij sommige CVS-patiënten, consistent zijn met het beeld van hart-falen.

Het ‘brain natriuretic peptide’ (BNP) is een polypeptide van 32 aminozuren dat wordt gesekreteerd door de hart-ventrikels in respons op overmatige uitrekking van de hart-spier cellen. BNP bleek een nuttig screening- en prognostisch instrument bij patiënten met hart-falen en is typisch verhoogd bij patiënten met linker ventriculaire dysfunktie, met of zonder symptomen.

De fysiologische werking van BNP omvat vermindering qua systemische vasculaire resistentie [weerstand van de bloedvaten] en centrale veneuze druk, alsook een toename van de natriurese [uitscheiding van zouten (natrium) via de urine]. Het netto effekt is een daling van de bloeddruk door de daling van de systemische vasculaire resistentie en dus de ‘after-load’ [de druk waar het hart tegenin moet pompen]. Bijkomend resulteren de werkingen van BNP in een daling van de cardiale output omwille van een globale daling van de centrale veneuze druk en ‘pre-load’ [uitrekking van de hart-spier vóór de contractie; druk waarmee het hart zich vult] ten gevolge een daling van het bloed-volume dat volgt op natriurese en diurese [diurese = aanmaak van urine]. De bruikbaarheid van BNP als diagnostische en prognostische stratificatie-factor bij patiënten met hart-falen werd uitgebreid bestudeerd.

Het doel van deze studie was daarom het meten van BNP-waarden bij patiënten met CVS in vergelijking met controles en bepalen of BNP-waarden geassocieerd zijn met verstoorde cardiale funktie.

Methodes

Individuen

[..] De individuen dienden o.a. normale nier-funktie bloed-testen en een normale BMI te hebben. […] Fukuda diagnose van CVS, uitsluiting indien positief voor een majeure depressie episode (‘Structured Clinical Interview for the Diagnostic and Statistical Manual for Mental Disorders’. De vermoeidheid werd beoordeeld via de ‘Fatigue Impact Scale’.

[…] De controles voldeden aan dezelfde inclusie-/exclusie-criteria als de CVS-deelnemers, en ze waren sedentair […].

Meting van ‘brain natriuretic peptide’ (BNP)

[…] Enzyme-Immuno-Assay […]

We beschouwden een BNP-waarde van > 400 pg/ml al zijnde consistent met matige tot ernstige hart-ziekte (vooraf gedefinieerd).

Cardiale MR

[…] Cardiale MR cine beeldvorming [MRI-sequenties worden gesynchroniseerd en zo worden met gelijke tussenpauzes talrijke beeldjes van de hart-cyclus geproduceerd. Deze worden aan elkaar geregen tot een filmpje zodat de beweging van de wanden van de ventrikels, kleppen en bloedstromen in het hart en de grote vaten kunnen worden gevisualiseerd.] ter beoordeling van cardiale morfologie, en systolische en diastolische funktie. […].

Statistical analysis

[…] Statistische significantie P < 0.05.

Resultaten

Cardiale MR en BNP-metingen bij 42 patiënten met CVS en 10 sedentaire controles (gematcht voor leeftijd en geslacht). De ziekte-duur van de CVS-patiënten was gemiddeld 13,8 jaar (SD 9,8). […]

De BNP-waarden waren significant hoger in de CVS-groep vergeleken met de gematchte controles. [P = 0.013] Wanneer we de hart-volumes (eind-diastolisch en eind-systolisch) vergeleken tussen degenen met hoge BNP (> 400 pg/ml) en lage BNP (< 400 pg/ml) -waarden, waren er significant lagere cardiale volumes bij deze met hogere BNP-waarden bij zowel eind-systolische als eind-diastolische volumes.

Er waren geen verschillen qua leeftijd, vermoeidheid-graad of ziekte-duur tussen de 2 groepen. Er waren geen verbanden tussen vermoeidheid-graad, ziekte-duur en BNP-waarden (P = 0.2).

Bespreking

Studies bij een waaier aan aandoeningen hebben bevestigd dat BNP de prognose kan voorspellen en personen met hart-falen kan detekteren. Deze studie heeft aangetoond dat bij patiënten met CVS, een groep waarbij eerder veel sub-klinische cardiale abnormaliteiten werden getoond het BNP verhoogd is. Studies hebben ook geconcludeerd dat mensen met CVS verminderde hart-volumes hebben, waarvan de graad geassocieerd is met het plasma-volume. In de huidige studie bleken hogere BNP-waarden ook geassocieerd met kleinere hart-volumes. Het ontbreken van een verband tussen ziekte-duur en BNP-waarden suggereert dat het onwaarschijnlijk is dat onze bevindingen een gevolg zijn van deconditionering.

Het verband dat werd gevonden in deze studie is interessant. Het is mogelijk dat de kleinere hart-volumes die worden gezien bij CVS de verhoogde BNP-waarden veroorzaken. Dit is echter contra-intuïtief en BNP is gewoonlijk een teken van belasting/uitrekking van de ventriculaire hart-wand en volume-‘overload’. In onze studie is de BNP hoger in de groep met kleinere hart-volumes. Een andere verklaring is dat de hogere BNP-waarden diurese (of natriurese) veroorzaken en dat dit de plasma/bloed-volumes vermindert en leidt tot de kleinere hart-volumes. Studies door ons team en anderen hebben lagere plasma-volumes bij CVS aangetoond en studies bij patiënten met orthostatische hypotensie hebben hoge BNP-waarden bij sommige patiënten gerapporteerd [Krishnan B et al. Orthostatic hypotension of unknown cause: unanticipated association with elevated circulating N-terminal brain natriuretic peptide (NT-proBNP). Heart Rhythm (2015) 12: 1287-94], en er werd gesuggereerd dat deze mogelijks oorzakelijk zijn.

We geloven dat meting van het BNP een instrument kan zijn om de 1/3 van de CVS-patiënten te identificeren die in eerdere studies een verstoorde bio-energetische funktie bleken te vertonen. Op die manier kunnen CVS-patiënten mogelijks worden gestratificeerd voor meer gepaste interventies en kan dit research faciliteren die de eigen karakteristieken van een cardiaal fenotype binnen de globale CVS-groep identificeert. We geloven dat deze soort van stratificatie-benadering om specifieke fenotypes te identificeren en doelgerichte interventies te faciliteren, een belangrijpe stap is naar het begrijpen van de heterogene aard van CVS.

Deze studie bevestigt een associatie tussen verminderde hart-volumes en BNP bij CVS. Het ontbreken van een verband met ziekte-duur suggereert dat de bevindingen niet secundair zijn aan deconditionering. Verdere studies zijn vereist om het nut bij CVS te verkennen van BNP als stratificatie-paradigma dat doelgerichte behandelingen aanwijst.

december 27, 2017

‘Small-world’ netwerk analyse van hersenschors-connectiviteit bij CVS d.m.v. qEEG

Filed under: Diagnostiek,Neurologie — mewetenschap @ 7:40 am
Tags: , , , , ,

In onderstaand onderzoek werden bij een kleine groep CVS-patiënten hersengolven geregistreerd (kwantitatieve elektro-encefalografie), en d.m.v. eLORETA werd gekeken naar de oorsprong van de signalen in de hersenschors en de funktionele connectiviteit geanalyseerd (zie Abnormale funktionele connectiviteit (brein in rust) bij CVS’: “Funktionele connectiviteit in rust tussen verschillende hersen-gebieden weerspiegelt de herhaalde co-aktivatie patronen tussen deze gebieden, waarbij ze kunnen dienen als een maat voor de plasticiteit (wijzigingen in neurale mechanismen en synapsen door veranderingen in gedrag, omgeving, neurale processen, denken en emoties – alsook na lichamelijk letsel). Funktionele connectiviteit (iets anders dan anatomische connectiviteit) is de connectiviteit tussen hersen-gebieden die dezelfde funktionele eigenschappen delen. Er werd gesuggereerd dat het een expressie is van het netwerk-gedrag dat aan de basis ligt van cognitieve funkties van hoog niveau.”). LORETA (lage-resolutie elektromagnetische tomografie) is, eenvoudig gezegd een veel preciezere versie van het klassieke EEG dat hersengolven meet.

Op basis van de zgn. grafiek-theorie (‘graph-theory’) – in de wiskunde zijn grafieken strukturen die worden gebruikt om paarsgewijze relaties tussen objecten vorm te geven; in deze context bestaat een grafiek uit hoek- (of top-) punten en knooppunten waarvan sommige verbonden zijn door lijnen – werd een voorstelling van de netwerken van elke patient gemaakt. Een ‘small-world’ (kleine wereld) netwerk is een type wiskundige grafiek waarin de meeste knooppunten geen buren van elkaar zijn, maar de buren van een bepaald knooppunt waarschijnlijk buren van elkaar zijn en de meeste knooppunten vanuit elk ander knooppunt kunnen worden bereikt via een klein aantal sprongetjes of stappen. Een ‘small-world’ (kleine wereld) netwerk wordt gedefinieerd als een netwerk waarbij de afstand tussen twee willekeurig gekozen knooppunten (het aantal vereiste stappen, ‘pad-lengte’) evenredig groeit met de logaritme van het aantal knooppunten. De neiging tot groeperen (samen te klitten) van naburige knooppunten, noemt men ‘clusteren’ (korte pad-lengtes, weinig verbindingen).

Bassett DS & Bullmore E verklaarden hierover (in het artikel ‘Small-world brain networks’. The Neuroscientist (2006) 12: 512-523): “Het is een aantrekkelijk model voor het organiseren van anatomische en funktionele netwerken in de hersenen, omdat een ‘small-world’ topologie zowel gesegregeerde/ gespecialiseerde als verspreide/ geïntegreerde informatie-verwerking kan ondersteunen. Bovendien zijn ‘small-world’ netwerken economisch en hebben ze de neiging de kosten van de verbindingen zo laag mogelijk te houden terwijl ze een hoge dynamische complexiteit ondersteunen. […] ‘Small-world’ modellen zijn relevant voor het begrijpen van complexe gedragingen en de veerkracht van hersen-systemen bij een pathologische aanval (ziekte). Het is een krachtige en veelzijdige benadering voor het begrijpen van de struktuur en funktie van menselijke hersen-systemen.”.

De ‘clustering’-coëfficient is (bij grafiek-theorie) een maat voor de mate waarop knooppunten in een grafiek neigen samen te klitten. De globale versie geeft een algemene indicatie van de ‘clustering’ in het netwerk, de lokale geeft een indicatie over hoe ingebed afzonderlijke knooppunten zijn. Deze coëfficient en de pad-lengte zijn eigenschappen van het ‘small-world’ netwerk model. Om na te gaan of netwerken ‘small-world’ of niet zijn, wordt de ‘small-worldness’ index op basis hiervan berekend. Deze SW is een merker voor hoe het efficiënt het brein voor elke deelnemer werkt.

————————-

Neuroregulation Vol. 4, #3-4, 125-137 (2017)

Small-world network analysis of cortical connectivity in Chronic Fatigue Syndrome using quantitative EEG

Mark Alan Zinn, Marcie L. Zinn, Leonard A. Jason

Centre for Community Research, DePaul University, Chicago, Illinois, USA

Samenvatting

Het doel van deze studie was het verkennen van de relatie tussen complexe hersen-netwerken bij mensen met het Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) en hun neurocognitieve stoornissen. Er werd een kwantitatieve EEG (qEEG) opgenomen bij 14 CVS-patiënten en 15 gezonde controles (HCs) bij rust (met gesloten ogen). Er werd exacte lage-resolutie elektromagnetische tomografie (eLORETA) gebruikt om de corticale [van de hersenschors] bronnen in te schatten en een analyse van de funktionele connectiviteit uit te voeren. De ‘grafiek-theorie’ werd aangewend om netwerk-representaties voor elke deelnemer te karakteriseren en de ‘small-worldness’ index – een maatstaf voor het globaal homeostatisch evenwicht tussen lokale en lange-afstand verbondenheid – af te leiden. De resultaten tonen aan dat ‘small-worldness’ voor de delta-band significant lager was voor patiënten met CVS t.o.v. HCs. Daarnaast was de delta ‘small-worldness’ negatief geassocieerd met de score voor neurocognitieve stoornissen op de ‘DePaul Symptom Questionnaire’ (DSQ [zelf-rapportering over 54 symptomen gerelateerd met de CDC criteria van Fukuda, de Canadese Criteria voor M.E./CVS en de CVS Internationale Consensus Criteria; de cognitieve variabele is het samengevoegde gemiddelde van 9 items, zoals o.a.: problemen met het herinneren van dingen, met volgehouden aandacht, met het vinden van woorden of uiten van gedachten, met het begrijpen van zaken, met het focussen op meer dan één ding tegelijk, met visuele aandacht, enz.]). Ten slotte gaf de delta ‘small-worldness’ een groter risico op inefficiëntie van complexe hersen-netwerken voor de CVS-groep aan. Deze resultaten suggereren dat CVS-pathologie funktioneel ontregelend kan zijn voor ‘small-world’ netwerken. De ‘small-world’ karakteristieken zouden op hun beurt kunnen dienen als een neurofysiologische indicator voor het bevestigen van een biologische basis voor de cognitieve symptomen, behandeling-uitkomsten en neurofysiologische status van mensen met CVS.

Inleiding

Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) is een complexe multi-systeem ziekte die wordt gekenmerkt door onverklaarde aanhoudende of terugkerende vermoeidheid, post-exertionele malaise, griep-achtige symptomen en neurocognitieve stoornissen die niet weggaan door rust, en verslechteren door lichamelijke of mentale aktiviteit. Neurocognitieve stoornissen zijn een kenmerkend symptoom van CVS en één van de voornaamste factoren die betrokken zijn bij de etiologie van de aandoening. Ongeveer 90% van de CVS-patiënten rapporteert cognitieve symptomen (‘hersen-mist’) die de gezondheid en levenskwaliteit diepgaand aantast [Ocon AJ. Caught in the thickness of brain fog: Exploring the cognitive symptoms of Chronic Fatigue Syndrome. Frontiers in Physiology (2013) 4: 63]. Een meta-analyse vond cognitieve gebreken bij CVS met betrekking tot geheugen, aandacht en snelheid van informatie-verwerking, bijzonderlijk tijdens taken die volgehouden werk-geheugen vergen [Cockshell SJ & Mathias JL. Cognitive functioning in Chronic Fatigue Syndrome: A meta-analysis. Psychological Medicine (2010) 40: 1253-1267]. Daarnaast vertoonden patiënten in veel studies tragere reaktie-tijden, bijzonderlijk bij toenemende taak-complexiteit. Benjamin Natelson et al. stelden in 1994 al voor dat de meeste geheugen-tekorten die bij de patiënten worden gezien; te wijten zijn aan tragere informatie-verwerking, eerder dan aan stoornissen aangaande opslag/terughaal-mechanismen. Funktionele MRI toonde dat CVS-patiënten tekenen van brein-compensatie vertonen in respons op verbale werk-geheugen taken [Lange et al. Objective evidence of cognitive complaints in Chronic Fatigue Syndrome: a BOLD fMRI study of verbal working memory. Neuroimage (2005) 26: 513-24]. Dit suggereert dat dynamische reorganisatie van hersen-netwerk topologie bij CVS met daaropvolgende verminderde neurale efficiëntie indirect zou kunnen bijdragen tot de cognitieve stoornissen. Zodoende zou het onderzoeken van veranderingen qua globale snelheid van informatie-verwerking in de hersenen en neurale efficiëntie bij CVS het verband tussen corticale hersenschors-ontregeling en cognitieve symptomen kunnen ophelderen.

Kennis betreffende de algemene principes van zelf-organisatie in ‘real-word’ systemen heeft een paradigma-verschuiving in de neurowetenschappen naar voren gebracht: weg van de plaatsbepaling van hersen-responsen, naar een diepgaander begrip van hersen-connectiviteit invloeden op informatie-verwerking efficiëntie [Sporns O. Structure and function of complex brain networks. Dialogues in Clinical Neuroscience (2013) 15: 247-262]. Gedurende de voorbije tien jaar werd in de neuro-wetenschappen grafiek-theoretische analyse steeds meer gebruikt als een kader voor het begrijpen hoe dynamische processen betrokken zijn bij cognitie en gedrag. Deze benadering heeft een aantal duidelijke voordelen die researchers toelaten om: 1) een brede waaier aan variërende netwerk eigenschappen te kwantificeren en te modeleren, 2) het evenwicht van lokale en globale compromissen te karakteriseren die binnen systemen opereren, 3) verzwakte elementen van het systeem en compenserende dynamieken in respons op pathologische processen te onderzoeken, en 4) simultaan verbanden tussen al de netwerk-elementen en een bepaalde cognitieve funktie verklaren. In deze betekenis kan de toepassing van grafiek-theoretische analyse ons begrip aangaande de kern-aspecten van de werking van het brein bij CVS-patiënten uitbreiden.

Complexe netwerken komen veelvuldig voor in de echte wereld (bv. sociale netwerken, luchtvaart-routes, elektriciteit-netten, proteïnen-netwerken) en de hersenen zelf zijn een complex netwerk bestaande uit vele sub-netwerken van verspreide hersen-gebieden die zelfs de meest basale gedragingen opwekken. De gecoördineerde aktiviteit binnen complexe netwerken van het brein geeft aanleiding tot fundamentele aspecten van neurocognitieve domeinen met betrekking tot aandacht, perceptie, geheugen, taal en motorisch verwerking. Er bestaat een homeostatisch evenwicht binnen complexe hersen-netwerken tussen willekeurige neuronale groei processen en aktiviteit-afhankelijke modificatie van deze processen [Minati L et al. From brain topography to brain topology: Relevance of graph theory to functional neuroscience. Neuroreport (2013) 24: 536-543]. Deze toestand kan verklaard worden in termen van ‘spaarzaamheid’; in het systeem is er een continue ‘drive’ om compromissen te onderhandelen betreffende de kost van het ondersteunen en creëeren van adaptief waardevolle funktionele connectiviteit. Het aantal verbindingen in het systeem wordt bepaald door de kost van de ‘bedrading’ [fysieke verbindingen] (biologische energie en bouwstenen) en er zijn evolutionaire redenen om het de vraag naar lange-afstand connecties, die ‘duurder’ zijn, tot een minimum te beperken. Bijzondere compromissen betreffende de topologische eigenschappen van complexe brein-netwerken kunnen daarom dienen als een merker voor specifieke neurobiologische aanpassingen aan CVS. Als afspiegeling voor afwijkende plasticiteit, globale efficiëntie van de informatie-verwerking, enz. kan dit helpen bij de klinische diagnose en zelfs het identificeren van klinische subtypes [Crossley NA et al. The hubs of the human connectome are generally implicated in the anatomy of brain disorders. Brain (2014) 137: 2382-2395].

Het “small-world” netwerk model werd geïntroduceerd in een historische studie door Watts & Strogatz, in 1998 [Collective dynamics of ‘small-world’ networks. Nature, 393: 440-442], waarbij voor het eerst werd aangetoond dat er ‘small-world’ eigenschappen bestaan in het centraal zenuwstelsel. De topologie van ‘small-world’ netwerken wordt gekenmerkt door hoge ‘clustering’ (segregatie) en korte pad-lengtes (integratie), wat een homeostatisch evenwicht tussen lokale en globale verwerking vertegenwoordigt om te voldoen aan tegengestelde vereisten die verwerking-snelheid maximaliseren bij een minimale neurobiologische energie-kost. Segregatie refereert naar de neiging van elementen van naaste buren om zich samen te groeperen [‘cluster’], terwijl integratie refereert naar de hoeveelheid onderlinge verbondenheid en efficiënte informatie-uitwisseling binnen het ganse netwerk. De ‘clustering’-coëfficient is een maat voor funktionele segregatie of lokale verbondenheid, terwijl de karakteristieke pad-lengte een maat is voor funktionele integratie die globale, grootschalige aktivteit en co-aktivatie van neuronale populaties binnen het netwerk beschrijft. De ‘clustering’-coëfficient en de karakteristieke pad-lengte maken de eigenschappen uit van het ‘small-world’ netwerk model. Tesamen zijn ze een indicator voor ‘small-worldness’, een index die het gepast evenwicht tussen funktionele integratie en segregatie van dynamische systeem-organisatie vertegenwoordigt.

Kim et al. [Altered resting-state functional connectivity in women with Chronic Fatigue Syndrome. Psychiatry Research (2015) 234: 292-297] toonden ‘small-world’ abnormaliteit bij CVS aan d.m.v. fMRI in rust (18 vrouwen met CVS en 18 voor leeftijd gematchte vrouwelijke controles). Ze beoordeelden globale efficiëntie, het omgekeerde van de gemiddelde kortste karakteristieke pad-lengte, in relatie tot de funktionele efficiëntie van de informatie-‘flow’ tussen twee gegeven knooppunten in het netwerk. Ze evalueerden ook de lokale efficiëntie die de fouten-tolerantie van het netwerk proportioneel kwantificeert t.o.v. de ‘clustering’-coëfficient. Ze vonden dat globale efficiëntie (integratie) lager was bij CVS in vergelijking met de HC-groep, terwijl er geen verschillen waren qua lokale efficiëntie (segregatie). Een verhoogde vraag naar lange-afstand connecties bij CVS suggereert dat er bijkomende ‘bedrading’-uitgaven zijn voor compenserende systemen die de globale efficiëntie van de informatie-verwerking van het netwerk negatief beïnvloeden. De mate van verstoring van de ‘small-world’ dynamieken was verbonden met de hoeveelheid neurocognitieve stoornissen bij de patiënten en de gecomprommiteerde hersen-processen waren een weerspiegeling van een onderliggende verstoring van de ‘small-world’ tendens. Deze onderzoekers keken echter niet naar ‘small-worldness’. Een globale indicator van het optimaal funktioneren van het brein, en neurale efficiëntie en neurocognitieve verstoring (bv. geheugen, aandacht, vertraagd denken, enz.) zouden een combinatie van de pathologie met de begeleidende zichtbare gedragmatige veranderingen van CVS kunnen vertegenwoordigen.

Kwantitatieve elektro-encefalografie (qEEG) omvat numerieke analyse van lokale potentialen die het resultaat zijn van de optelling van neuronale elektrische aktiviteit welke ontstaat in cel-lichamen en geassocieerde dendrieten van grote populaties synchroon aktieve corticale piramidale neuronen [piramidaal systeem = verzameling axonen die van de hersenschors via het verlengde merg tot in het ruggenmerg lopen]. De elektrische stroompjes zijn afhankelijk van de integriteit van de neurale natrium/kalium & calcium ion-pompen, een afspiegeling van de metabole aktiviteit en maken qEEG tot een nuttig instrument voor de kwantificatie en exploratie van elektrofysiologische correlaten van normale en abnormale neurologische werking. De frequentie, fase en amplitude van de EEG-oscillaties relateren met de specifieke informatie-verwerking die plaatsvindt op een gegeven moment. Cognitieve processen van hogere orde lijken zelfs aan te zetten tot meer precisie aangaande volgehouden neuronale aktiviteit tussen neuronale populaties. qEEG op een milliseconden tijdschaal laat verfijnde detektie van subtiele verschillen qua snelheid en efficiëntie toe […]. Dit is belangrijk gezien het feit dat zelfs de meest basale cognitieve processen afhankelijk zijn van een precieze timing van fase-verbanden die in de hersenen optreden via grote populaties van spontaan gesynchroniseerde neuronen die communiceren over verspreide hersen-gebieden.

Tomografische EEG-methodes (elektrische neuro-beeldvorming [gebaseerd op elektrische aktiviteiten]) gebruiken tegengestelde methodes om de densiteit van bronnen in een drie-diminensionaal hersen-volume accuraat in kaart te brengen, wat toelaat EEG-abnormaliteit in dieper gelegen brein-strukturen te visualiseren. Een groeiend aantal studies wenden elektrische neuro-beeldvorming methodes aan om informatie-verwerking in de hersenen en ‘small-world’ netwerk organisatie in respons op neurologische aandoeningen – inclusief epilepsie, Multipele Sclerose en Alzheimer’s – op te helderen. Wij publiceerden een uitgebreid overzicht over de rol van elektrische neuro-beeldvorming technieken voor het bestuderen van de hersenen bij CVS [Jason LA, Zinn ML & Zinn MA. Myalgic Encephalomyelitis: Symptoms and biomarkers. Current Neuropharmacology (2015) 13: 701-734].

Gebruikmakend van lage-resolutie elektromagnetische tomografie (LORETA) om 17 monozygote tweelingen waarvan één tweeling-helft met CVS te onderzoeken, toonden researchers [Sherlin L, Buchwald D et al. Low-resolution electromagnetic brain tomography (LORETA) of monozygotic twins discordant for Chronic Fatigue Syndrome. NeuroImage (2007) 34: 1438-1442] dat mensen met CVS verhoogde delta-bronnen hadden in diepere strukturen van het limbisch systeem […]. Ze vonden ook hogere theta-bronnen in de cingulate gyrus en rechter superior-frontale gyrus [gyrus = sterk gevouwen deel/’winding’ in de hersenschors]. D.m.v. eLORETA (waarbij de ‘e’ staat voor ‘exact’), vonden wij [Zinn MA, Zinn ML, Montoya JG et al. Cortical hypoactivation during resting EEG suggests central nervous system pathology in patients with Chronic Fatigue Syndrome. Paper presented at the Symposium conducted at the meeting of IACFS/ME 2014 Biennial Conference, San Francisco, CA, USA] significant verhoogde delta-bronnen in een deel van de frontale en limbische lob alsook gedaalde beta-bronnen in de parietale lob bilateraal. Hogere delta-bronnen bleken ook geassocieerd met de gedaalde motivatie-scores van de ‘Multidimensional Fatigue Inventory’, een meting voor vermoeidheid-graad. Verhoogde delta in limbische strukturen is consistent met de bevindingen van Sherlin et al. [zie hierboven], en ritmische veranderingen in deze gebieden kunnen indicatoren zijn voor afgestompte emotionele verwerking bij CVS die mogelijks gerelateerd is met verminderde motivatie en aandacht-tekorten. Interessant is dat symptomen die zich manifesteren bij hersen-pathologie in de mediale pre-frontale cortex, anterieure cingulate en orbito-frontale cortex grotendeels niet worden gededekteerd via de meeste traditionele neuropsychologische testen. Ten slotte: […] Flor-Henry P et al. vonden [EEG source analysis of Chronic Fatigue Syndrome. Psychiatry Res (2010) 181: 155-64] bronnen die globaal gereduceerd waren in de alfa- en beta-banden bij mensen met CVS (delta-band niet onderzocht). Samen tonen de verscheidene qEEG en tomografische EEG onderzoeken die hier worden vermeld een verband tussen EEG en CVS, wat de fundamenten voor deze studie aangeeft.

Wij voerden een eLORETA funktionele connectiviteit analyse uit bij CVS [Zinn ML, Zinn MA & Jason LA. Intrinsic functional hypoconnectivity in core neurocognitive networks suggests central nervous system pathology in patients with Myalgic Encephalomyelitis: A pilot study. Applied Psychophysiology and Biofeedback (2016) 41: 283-300] om drie fundamentele neurocognitieve netwerken te onderzoeken, gebaseerd op het triple netwerk model voor hersen-pathologie [Menon V. Large-scale brain networks and psychopathology: A unifying triple network model. Trends in Cognitive Sciences (2011) 15: 483-506]. Dit model stelt dat er drie primaire grootschalige hersen-netwerken zijn die dynamisch opereren om verschuivingen in opwinding, aandacht en algemene toegang tot cognitieve capaciteiten te reguleren. Het omvat het centraal uitvoerend netwerk, het ‘salience’ netwerk [De ‘salience’ (of ‘saliency’) van iets/iemand is de toestand waarbij het opvalt t.o.v. zijn buren. De detektie ervan wordt beschouwd als een belangrijk aandacht-mechanisme dat het leren en overleven faciliteert, door organismen in staat te stellen hun beperkte waarneming en cognitie te focussen op de meest pertinente beschikbare gegevens.] en het ‘default mode’ [standaard-modus] netwerk [Netwerk van hersen-gebieden die aktief zijn wanneer een individu wakker is en rust. Het is een intern verbonden en anatomisch gedefinieerd brein-systeem dat aktief is wanneer individuen zich focussen op interne taken (dagdromen, zich de toekomst voorstellen, herinneringen ophalen en perspectieven van anderen aftoetsen). Het is negatief gecorreleerd met hersen-systemen die focussen op externe visuele signalen.] en voorspelt dat afwijkende aktiviteit binnen één van deze netwerken een significante impact zal hebben op de andere twee netwerken, resulterend in pathologische toestanden. Er werd bij CVS hypoconnectiviteit gevonden in de delta- en alfa-frequentie-banden tussen knooppunten voor de drie netwerken (vergeleken met gezonde controles). Deze bevinding is consistent met meerdere studies over funktionele connectiviteit (m.b.v. magnetische resonantie) die verminderde connectiviteit rapporteerden waarbij sleutel knooppunten van het ‘salience’ netwerk [Boissoneault et al. Abnormal resting-state functional connectivity in patients with Chronic Fatigue Syndrome: an arterial spin-labeling fMRI study. Magnetic resonance imaging (2016) 34: 603-8 /// Gay CW et al. Abnormal resting-state functional connectivity in patients with Chronic Fatigue Syndrome: results of seed and data-driven analyses Brain connectivity (2016) 6: 48-56 /// Wortinger LA et al. Aberrant resting‐state functional connectivity in the salience network of adolescent Chronic Fatigue Syndrome. PLoS One. (2016) 11: e0159351] betrokken zijn. Ontwrichtingen van het ‘salience’ netwerk kunnen aan de basis liggen van cognitieve symptomen bij CVS, waarbij aandacht voor interne/externe gebeurtenissen en adaptief engagement van systemen verantwoordelijk voor verwerking door het werk-geheugen en uitvoerende controle betrokken zijn. Bovenstaande bevindingen tonen dat funktionele connectiviteit benaderingen inclusief elektrische neuro-beeldvorming methodes beloftevol zijn bij het bestuderen van hersen-dysfunktie bij CVS.

De huidige studie pakte de kwestie aan of fundamentele neurobiologische relaties en adapties aan de basis kunnen liggen van cognitieve symptomen bij CVS. Onze voornaamste hypothese was dat patiënten-netwerken afwijkingen zouden vertonen qua ‘small-world’ netwerk karakteristieken, gemeten via de ‘small-worldness’ index, waardoor een pathologisch onevenwicht zou worden aangetoond dat netwerk-efficiëntie en informatie-verwerking aantast – te wijten aan de compromissen geassocieerd met de adaptieve reconfiguratie van de netwerk-topologie – bij CVS. Gebruikmakend van grafiek-theoretische analyse van ‘small-world’ netwerken met via eLORETA verkregen connectiviteit-gegevens – aangewend voor de verkenning van de link tussen brein-topologie en de cognitieve stoornissen die courant worden gezien bij CVS. Ten tweede poneerden we de hypothese dat veranderingen qua ‘small-worldness’ index geassocieerd zouden zijn met subjectieve niveaus van cognitieve stoornissen te wijten aan maladaptieve reconfiguraties in netwerk-topologie die nodig zijn voor het ondersteunen van efficiënte hersen-verwerkinging bij CVS-patiënten. Ten laatste: de ‘small-worldness’ index werd getest als manier om te kijken naar het risico bij CVS-patiënten vergeleken met HC-deelnemers. Tot op heden is er geen fysiologische merker die het risico voor neurocognitieve stoornissen bij mensen met CVS vertegenwoordigt. Het beschikken over een accurate methode om het risico op cognitieve stoornissen bij CVS te identificeren, zou de bruikbaarheid van deze benadering voor de identificatie van epidemiologische factoren helpen vaststellen.

Methode

Deelnemers

[…] 14 individuen met CVS en 15 gezonde controles, tussen 20 en 80 jaar oud (gemiddeld 43,97 jaar). De effekten van leeftijd werden statistisch aangepast aangezien de gemiddelde leeftijd tussen de groepen significant verschilde en leeftijd een significante factor is bij het EEG . […] De deelnemers met CVS voldeden allemaal aan de Fukuda criteria […].

Procedure

EEG in rust (gesloten ogen) – 5 min via 19 elektrode-lokaties […]. Tijdens de voorbereiding werden de impedanties gemeten en op 5 kΩ gebracht. Daarna kregen de deelnemers hun ruwe EEG-signalen te zien en getraind om artefacten te minimaliseren door het zo goed mogelijk ontspannen van spieren in het voorhoofd, kaken en gezicht terwijl ze de corresponderende veranderingen observeerden. […].

Tijdens de EEG-opname zat elke deelnemer rechtop in een comfortabele zetel in een goed verlichte kamer. Ze kregen de instructie zo goed mogelijk te ontspannen en hun ogen te sluiten tot het einde. […] Procedures voor het verwijderen van artefacten […] Voor elke deelnemer werden de artefact-vrije gegevens dan gefragmenteerd in 2-sec EEG-segmenten. Alle analyses werden beperkt tot de delta (1-3 Hz), alfa-1 (8-10 Hz) & alfa-2 (10-12 Hz) frequentie-banden. […]

Materialen

[…]

De funktionele connectiviteit werd geanalyseerd door gebruik te maken van coherentie, een maatstaf voor de samenhang van fase-verschillen in de verscheidene lokaties. Coherentie wordt geïnterpreteerd als een indicator voor ‘connectiviteit’, die de mate kwantificeert waarin fase-verschillen tussen elektrode-plaatsen (bij EEG) of tussen 2 hersen-gebieden (bij eLORETA) met verloop van tijd stabiel blijven. Het voordeel van eLORETA is dat het een gespecialiseerde meting van funktionele connectiviteit gebruikt die rekening houdt met fysiologische artefacten […].

[…] Om een topografisch zicht van de ganse cortex te verkrijgen, werden de coördinaten van 42 afzonderlijke Brodmann gebieden [Brodmann deelde de cerebrale cortex op in 52 gebieden (areas), die hij elk een latijnse naam gaf – op basis van cel-struktuur en ordening van de cellen van de hersen-schors – en een nummer van BA 1 tot en met BA 52. Het is de standaard aanduiding voor diverse hersengebieden.] […] in de linker en rechter hemisferen (84 in totaal) als ROIs [region of interest’ (interessant gebied)] aangeduid. […]

[…] Voor elke deelnemer werd een 84 x 84 coherentie-matrix voor elke frequentie-band opgesteld. De coherentie-matrix bevat de ganse set netwerk-connecties waarbij elk element de coherentie tussen elk paar knooppunten aangeeft. […]

Workflow voor de analyses: opnemen EEG-gegevens => definiëren van ROIs => coherentie-matrixen per individu => grafiek-analyse => statistiek

Grafiek Theoretische Analyse

De coherentie-matrix voor elke frequentie-band van elke deelnemer werd geanalyseerd […] en de ‘small-world’ karakteristieken berekend. De ‘clustering’-coëfficient’ rond een bepaald knooppunt varieert van 0 tot 1 en wordt bepaald door het aantal driehoeken gevormd door dat knoppunt en z’n naburige knooppunten. De karakteristieke pad-lengte wordt gedefinieerd als het gemiddelde kortste pad tussen twee knooppunten (de som van de individuele lengtes). […]. De waarden van de pad-lengten zijn geen fysieke afstanden maar vertegenwoordigen de graad van topologische separatie tussen twee knooppunten. De ‘small-worldness’ wordt als volgt berekend: de verhouding tussen de ‘clustering’-coëfficient en pad-lengte vergeleken met hun waarden voor gelijkwaardige willekeurig gegenereerde grafieken. De ‘small-worldness’ index variabele (SW) werd berekend als een vergelijkende merker voor efficiënt funktioneren van het brein van elke deelnemer.

Statistische Analyse

[…]

Resultaten

[…] De meeste patiënten met CVS waren ouder dan HCs en er werd gecontroleerd voor de potentieel storende factor van de leeftijd in alle modellen. Gezien het feit dat enkele secundaire uitkomsten werden beschouwd als corresponderend met de studie-hypotheses, wordt deze studie als verkennend gezien en de p-waarden als ‘beschrijvend’ beschouwd. […]

De primaire uitkomst was de bepaling of ‘small-world’ netwerk waarden afwijken bij een groep patiënten met CVS. Er werd Analyse van Variantie (ANOVA) uitgevoerd om vast te stellen of de netwerken van CVS-patiënten significant afweken van deze van HCs, na aanpassing voor leeftijd. We deden eerst een globale test […] en deze toonde een significant lagere’ small-worldness’ index waarde voor patiënten met CVS […] t.o.v. HCs […]. Om de verschillen te identificeren tussen ‘small-worldness’ binnen elke frequentie-band, werden follow-up testen uitgevoerd […]. Deze identificeerden SW delta als statistisch verschillend tussen CVS-patiënten en HCs (p = .014) maar de SW alfa-1 en SW alfa-2 waren echter niet significant verschillend (p = .622 & p = .099). Binnen de HC-groep werd een significant verschil gevonden tussen SW delta en SW alfa-1 (p = .001) maar niet tussen SW delta en SW alfa-2 (p = .177). Binnen de CVS-groep was er echter geen significant verschil tussen de SW frequentie-banden (p = .355).

Daarna werden regressie-technieken aangewend om het lineair verband tussen ‘small-world’ netwerk-organisatie (gemeten via SW delta, SW alfa-1 & SW alfa-2 gecombineerd) en neurocognitieve stoornissen te bepalen. Er bleken hiervoor twee modellen geschikt […] en deze vonden dat ‘small-worldness’ significant de scores voor neurocognitieve stoornissen voorspelt […]. De sterke effekt-groottes suggereren dat afwijkingen qua ‘small-worldness’ de neurocognitieve stoornissen beïnvloeden […].

De derde uitkomst van belang was de ontwikkeling van voorspellende modellen […] voor SW (delta, alfa-1 & alfa-2) bij patiënten met CVS. Logistische regressie liet ons op gepaste wijze toe het verband tussen groep-lidmaatschap en ‘small-world’ effekten voor elke frequentie-band aan te geven. Alle modellen werden aangepast voor leeftijd, een potentiële storende factor. Om verschillen tussen de patiënten met CVS in onze studie-groep na te gaan, werden de afwijkende ‘small-world’ waarden (‘small-worldness’ index variabele) in verband gebracht met verhoogd risico bij CVS van SW delta (OR 1.425) maar niet SW alfa-1 (OR 0.702) of SW alfa-2 (OR 0.786). Op basis van deze gegevens was ‘t dus voor de CVS-groep 1.425 keer meer waarschijnlijk dat er afwijkingen op de normale ‘small-worldness’ waren in de delta frequentie-band maar niet in de alfa-1 of alfa-2 band. Het globaal regressie-model was significant bij p = .05.

Bespreking

Naar ons weten is dit de eerste studie die een associatie evalueert tussen ‘small-world’ karakteristieken en cognitieve symptomen bij CVS. Deze bevindingen aangaande wijzigingen qua funktionele connectiviteit suggereren het belang van het toepassen van ‘graph-theory’ bij analyse op connectoom [complete kaart van de neurale verbindingen in de hersenen] -schaal van netwerk-topologie, om subtiele ontwrichtingen te detekteren die het gevolg zijn van CVS. Neurocognitieve stoornissen, gemeten d.m.v. de DSQ cognitieve samengestelde score, bleek negatief geassocieerd met de ‘small-worldness’ index voor de delta-band. Er werden ook verschillen op groep-niveau gevonden maar enkel voor ‘small-worldness’ in de delta-band. Ten slotte: het risico op ‘small-worldness’ afwijkingen in de delta-band is in toenemende mate hoger bij CVS.

‘Small-world’ modellen van de hersen-systemen verkennen het evenwicht tussen sterke ‘clustering’ van lokale systemen met korte pad-lengtes van globale systemen; deze eigenschappen worden als vitaal beschouwd voor de efficiëntie van de informatie-verwerking binnen neurocognitieve netwerken. Dit model benadrukt de morfologische adaptaties (bv. veranderingen qua axonale diameter, witte-hersenstof mechansismen, geleiding-snelheden en energie-transport mechanismen) gestuurd door compromissen/evenwichten en de compensatie die nodig is voor het behoud van de spatiaal-temporale [ruimte/tijd] patronen van de wering van het brein. Er werden verschillen qua verdeling van neurale bronnen gerapporteerd bij CVS in 3 fMRI-studies die de compenserende responsen bij cognitieve taken onderzochten [Caseras X et al. Probing the working memory system in Chronic Fatigue Syndrome: A functional magnetic resonance imaging study using the nback task. Psychosomatic Medicine (2006) 68: 947-955 /// Cook DB, Lange G, et al. Functional neuro-imaging correlates of mental fatigue induced by cognition among Chronic Fatigue Syndrome patients and controls. Neuroimage (2007) 36: 108-22 /// Lange et al. Objective evidence of cognitive complaints in Chronic Fatigue Syndrome: a BOLD fMRI study of verbal working memory. Neuroimage (2005) 26: 513-524]. De bevindingen van onze studie verklaren deze verschillen in termen van eigenaardigheden betreffende deze compromissen, met daaruitvolgende zwakte van de ‘small-worldness’ struktuur, die verantwoordelijk zouden kunnen zijn voor gebrekkige cognitieve funktie bij mensen met CVS.

Ten tweede: er werd gevonden dat ‘small-worldness’ in de delta-band verantwoordelijk was voor de grootste variantie qua cognitieve samengestelde scores […]. Delta is een trage oscillatie die een sleutelrol speelt in de dynamische coördinatie van grootschalige hersenschors-netwerken […]. In het geval van inflammatoire aandoeningen van het centraal zenuwstelsel is de meest prominente verandering qua dynamieken in grootschalige netwerken: het optreden van corticale vertraging (bv. delta-aktiviteit) tijdens het waken. Bovendien kan delta corticale vertraging het resultaat zijn van een daling van de afferente aansturing door witte-stof of subcorticale letsels in dieper gelegen gebieden. Het vinden van abnormale ‘small-worldness’ in delta suggereert dat er gelijkenissen kunnen zijn tussen CVS en Alzheimer’s, Multipele Sclerose en Parkinson’s, waar abnormale delta-bronnen werden gedetekteerd.

Dit is de eerste studie die ‘small-world’ eigenschappen meet bij CVS via de ‘small-worldness’ index. Gebruikmakend van fMRI-gegevens in rust vonden Kim et al. [zie hierboven] dat de funktionele integratie (globale efficiëntie) verminderd was bij CVS en ontregeling van de globale efficiëntie suggereert dat, door minder biologisch ‘dure’ lange-afstand verbindingen, er een bijkomende belasting op het systeem komt wat betreft het bevredigen van tegengestelde vereisten. De ‘kosten’ van chronische gereduceerde funktionele integratie bij CVS omvatten: 1) een verminderd vermogen om snel gespecialiseerde informatie van verspreide hersen-gebieden te combineren, 2) vertraagde informatie-verwerking snelheid door de compenserende responsen en 3) een veralgemeende stoornis in domeinen van de cognitieve funktie. Onze studie vond echter verschillen gebruikmakend van de ‘small-worldness’ index als een verhouding van individuele ‘small-world’ eigenschappen (‘clustering’ & pad-lengtes) – een maatstaf voor zowel globale en lokale eigenschappen – die in het oog springen bij CVS, afhankelijk van de frequentie-band. Dit onderlijnt de noodzaak voor het overwegen van een combinatie van ‘graph-theory’ metingen voor een meer uitgebreid onderzoek van CVS.

Er zijn enkele beperkingen verbonden met de huidige studie. De resultaten van deze studie dienen omzichtig te worden geïnterpreteerd omwille van de beperkte grootte van het staal. Hoewel significante afwijkingen in de gerapporteerde ‘small-worldness’ fenomenen werden gevonden bij mensen met CVS, zijn neurologische aandoeningen constant geassocieerd met diffuse netwerk-wijzigingen. Het was echter niet de bedoeling van deze studie om te rapporteren over de individuele knooppunten, spillen en modules die betrokken zouden kunnen zijn bij de sub-optimale efficiëntie en gebreken qua informatie-verwerking bij CVS. Hoewel de uitkomst van hersen-funktie na individueel falen van een spilpunt wellicht verder zou reiken dan afzonderlijke lokale gebieden, kan toekomstige research een meer uitgebreide inspectie van de sterkte van de spilpunten, distributie en participatie binnen modulaire strukturen omvatten, om interessante gebieden (ROIs) te identificeren die dienen als potentiële doelwitten voor behandeling. Een andere beperking van deze studie was dat het onderzoeken van ‘small-world’ verschillen beperkt werd tot de delta, alfa-1 en alfa-2 frequentie-banden. Frequentie-afhankelijke veranderingen in corticale arrangementen die in andere frequentie-banden (bv. theta, beta) voorkomen, zouden ook verkend kunnen worden. Ten slotte: niet-significante bevindingen in alfa-1 en alfa-2 kunnen een weerspiegeling zijn van deficiëntie in de diagnostische criteria voor CVS, een deficiëntie in de meting zelf, een probleem met de manier waarop de ROIs werden gedefinieerd, en/of niet-verkende niveaus van complex netwerk analyse gebruikmakend van andere ‘graph-theory’ metingen. Funktionele connectiviteit EEG-merkers geassocieerd met neurocognitieve stoornissen en ‘small-worldness’ in andere frequentie-banden zouden in toekomstige studies moeten worden geverifieerd.

Besluiten

De huidige bevindingen ondersteunen het concept dat ‘small-worldness’ gewijzigd is bij CVS. Dit heeft belangrijke implicaties voor dit studie-gebied. Bijvoorbeeld: systeem-afhankelijke koppeling van oscillaties is fundamenteel belangrijk voor de werking van het centraal zenuwstelsel en kan sterk beïnvloed zijn door vertragingen van de geleiding-snelheid en myeline-plasticiteit. Er werden veranderingen in de witte-hersenstof gerapporteerd bij CVS [Puri et al. Regional grey and white matter volumetric changes in Myalgic Encephalomyelitis (Chronic Fatigue Syndrome): A voxel-based morphometry 3 T MRI study. British Journal of Radiology (2012) 85: e270-e273], ook geassocieerd met klinische metingen [Barnden LR et al. A brain MRI study of Chronic Fatigue Syndrome: evidence of brainstem dysfunction and altered homeostasis. NMR Biomed. (2011) 24: 1302-1312], en een toename qua myelinogenese [aanmaak van de myeline-schede rond axonen] die afhankelijk is van de ernst werd ook gevonden [Barnden LR et al. Evidence in Chronic Fatigue Syndrome for severity dependent upregulation of pre-frontal myelination that is independent of anxiety and depression. NMR in Biomedicine (2015) 28: 404-413]. Disruptie van witte-stof zou het verband tussen abnormale eLORETA coherentie-patronen van grootschalige complexe systemen bij CVS kunnen verklaren. Bovendien toont de link tussen cognitieve symptomen en ‘small-worldness’ het fundamenteel belang van timing, stabiliteit en adaptatie van complexe systemen bij CVS, welke gerelateerd kunnen zijn met bevindingen betreffende neuro-inflammatie bij patiënten [Nakatomi et al. Neuroinflammation in patients with Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis: an 11C-(R)-PK11195 PET study. J Nucl Med. (2014) 55: 945-50]. Het begrijpen van netwerk-dynamieken bij CVS in termen van eLORETA coherentie is een belangrijke manier voor het begrijpen van compenserende mechanismen en zou kunnen dienden als een praktisch instrument voor het onderzoeken van grootschalig verlies van cognitieve funktie gerelateerd met adaptieve reconfiguratie van hersen-netwerken. Er is nood aan verder onderzoek dat de aktiviteit-afhankelijke modificaties van brein-connectiviteit bij CVS met disruptie van neurocognitieve processen vormgeeft.

————————-

In Gent, België, leidt Jan Ost – “pionier op het vlak van kwantitatieve EEG analyses en neuromodulatie” – de BRAI3N kliniek (Brain Research centre for Advanced, Innovative, Interdisciplinary and International Neuromodulation). Zijn team deed reeds onderzoek naar de connectiviteit bij fibromyalgie (PLoS One (2017) 12: e0178516: ‘Resting state electrical brain activity and connectivity in fibromyalgia’) maar nog niet bij M.E.(cvs). qEEG onderzoek is in België sinds 2012 door het RIZIV erkend en wordt terugbetaald op voorschrift van een (neuro)psychiater…

december 9, 2017

Diagnostisch biomerker-profiel voor fibromyalgie?

Filed under: Diagnostiek — mewetenschap @ 3:39 pm
Tags: , , , , ,

Metaboloom- (analyse van de kleine molekulen die resulteren uit metabole interakties of cellulaire processen) en metabolisme-studies aangaande M.E.(cvs) kwamen hier al aan bod (zie bv. ‘Metabole kenmerken van M.E.(cvs)’, ‘Metabole veranderingen in spieren en hersenen bij CVS’, ‘Cellulaire bio-energetica verstoord bij patiënten met M.E.(cvs)’, ‘Verstoorde werking van pyruvaat-dehydrogenase bij M.E.(cvs)’, ‘Dysfunktie van de TCA- & de ureum-cyclus bij CVS’). Dergelijke studies betreffende fibromyalgie (FM) zijn eerder zeldzaam. De resultaten van onderstaande studie – door researchers van de Univeristeit van de Zuid-Afrikaans provincie North West, in samenwerking met mensen van de Radboud Universiteit (Nijmegen, Nederland) – kunnen aanwijzigingen geven naar wat gemeenschappelijk en wat verschillend is voor beide (overlappende) aandoeningen…

Van de 6 meest belangrijke metabolieten werd nagegaan of hun waarden FM-patiënten konden differentiëren van gezonde controles. Eén van de door de onderzoekers gebruikte modellen suggereerde dat de waarden van slechts 3 metabolieten (creatine, barnsteenzuur – succinaat; gegenereerd in de TCA-cyclus in de mitochondrieën – & taurine) zeer sterk diagnostisch waren voor FM. Correlatie-analyse van door de patiënten gerapporteerde symptomen en de metabolieten gaf ook aan dat creatine en barnsteenzuur bijdragen tot de vermoeidheid en pijn bij FM.

De auteurs waren vooral geïnteresseerd in de neurologische implicaties van hun bevindingen maar het is interessant – gezien de overlap van FM met M.E.(cvs) en studies die wijzen in de richting van een problematische aanmaak van energie bij M.E.(cvs) – dat ook hier problemen met het energie-metabolisme naar voor komen.

Bevestiging is een volgende stap en misschien kunnen er dan vergelijkingen worden gemaakt tussen FM en M.E.(cvs)…

In een piloot-studie bij M.E.(cvs), uitgevoerd door Maureen R. Hanson et al. (‘Cornell University’, New York; gepubliceerd in het tijdschrift Molecular BioSystems) – ‘Metabolic profiling of a Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome discovery cohort reveals disturbances in fatty acid and lipid metabolism’ – werden 74 “differentieel accumulerende metabolieten” gevonden op een totaal van 361 onderzochte (35 significant gewijzigd na statistische correctie). Daarbij meerdere “essentiële energie-gerelateerde molekulen” die theoretisch gelinkt kunnen worden aan het algemeen gebrek aan energie dat wordt gezien bij M.E./CVS. Er werden “enkele mechanismen aangewezen met een hoge impact.”; daaronder het taurine-metabolisme. Verder maakten Niblett SH et al. (Hematologic and urinary excretion anomalies in patients with Chronic Fatigue Syndrome. Exp Biol Med (2007) 232: 1041-1049) al melding van gedaalde urinaire excretie van de TCA-cyclus intermediairen barnsteenzuur (succinaat) en citroenzuur (citraat).

Conclusies omtrent de concrete betekenis van de wijzigingen val elk metaboliet worden hier niet echt getrokken. Het was vooral de bedoeling na te gaan of er (een combinatie van) merkers konden worden gevonden om het stellen van de diagnose te verbeteren.

————————-

BMC Neurology (2017) 17: 88

A diagnostic biomarker profile for fibromyalgia syndrome based on an NMR metabolomics study of selected patients and controls

Bontle G. Malatji (1), Helgard Meyer (2), Shayne Mason (1), Udo F.H. Engelke (3), Ron A. Wevers (3), Mari van Reenen (1) & Carolus J. Reinecke (1)

1 Centre for Human Metabonomics, Faculty of Natural Sciences, North-West University (Potchefstroom Campus), South Africa

2 Department of Family Medicine, Kalafong Hospital, University of Pretoria, South Africa

3 Radboud University Nijmegen Medical Centre, Translational Metabolic Laboratory, Department of Laboratory Medicine, Nijmegen, The Netherlands

Samenvatting

Achtergrond Fibromyalgie (FMS) is een chronische pijn syndroom. Er is onzekerheid over een plausibele pathogenese van de ziekte en het streven naar biomerkers voor een objectieve identificatie van aangetaste individuen blijft voortdurende inspanning vergen. Onze doelstelling was het uitvoeren van een exploratieve metabolomica-studie om (1) het globaal urinair metabolieten-profiel van FMS-patiënten te verhelderen en (2) het potentieel te exploreren van deze metabolieten-informatie om de diagnose van de ziekte te verbeteren.

Methodes We selekteerden patiënten met een medische geschiedenis van persistente FMS (n = 18), die hun recente ziekte-toestand beschreven d.m.v. de ‘Fibromyalgia Impact Questionnaire’ (FIQR) en een klinische vragenlijst (IHCQ [‘in-house clinical questionnaire’]). Er werden 3 controle-groepen gebruikt: eerste-graad familieleden [moeder/vader/zus/broer] van de patiënten (n = 11), leeftijd-gerlateerde individuen zonder aanwijzingen voor FMS of verwante aandoeningen (n = 10) en gezonde jonge (18-22 jaar) individuen (n = 20). Alle individuen waren vrouwen en de onderzochte biologische vloeistof was urine. Correlatie-analyse van de FIQR toonde dat de FMS-patiënten een goed gedefinieerde ziekte-groep voor deze metabolomica-studie vertegenwoordigden. Er werden spectrale analyses van urine uitgevoerd m.b.v. een 1H nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectrometer […].

Resultaten & discussie Multivariate analyses onderscheidden de 3 controle-groepen en de FMS-patiënten, en er werden significante toenames qua metabolieten gerelateerd met het darm-microbioom (hippuur-, barnsteen- & melkzuur) gezien. We ontwikkelden een algoritme voor de diagnose van FMS bestaande uit 3 metabolieten – barnsteenzuur, taurine & creatine – die een goede diagnostische accuraatheid gaven […] en wat betreft de pijn en vermoeidheid voor de geselekteerde FMS- patiënten groep.

Besluit Onze gegevens en vergelijkende analyses gaven een gewijzigd metabool profiel voor FMS-patiënten aan, dat analytisch detekteerbaar is in hun urine. Validatie-studies kunnen de bewijzen omtrent de urinaire metabolieten steviger onderbouwen en zo bijkomende informatie geven voor een betere objectieve diagnose van FMS.

Achtergrond

FMS is een courant chronische pijn syndroom dat wordt gekenmerkt door wijdverspreide musculo-skeletale pijn, geassocieerd met meerdere andere symptomen zoals cognitieve stoornissen, ontregelde slaap en chronische vermoeidheid. Het ‘American College of Rheumtology’ (ACR) publiceerde voor het eerst criteria voor FMS in 1990; die benadrukten chronische wijdverspreide musculo-skeletale pijn (inclusief pijn in het axiaal skelet [beenderen van het hoofd en de romp]) in aanwezigheid van minimum 11 van 18 specifieke gevoelige punten (‘tender-points’) bij het uitoefenen van een manuele druk van 4 kg/cm2.

De 2010 ACR criteria voor FMS worden toegepast via een 2-delige, zelf-rapportering vragenlijst en vereisen geen ‘tender-point’ beoordeling. Het eerste deel beoordeelt de aanwezigheid van pijn op 19 plaatsen op het lichaam (wijdverspreide pijn index) en deel twee meet de symptoom-ernst (score 0-3) van 3 kern-symptomen (slapeloosheid, vermoeidheid en cognitieve stoornissen) en een gemiddelde score (0-3) voor bijkomende somatische symptomen. FMS is de meest courante oorzaak van wijdverspreide en veralgemeende musculo-skeletale pijn en treft 2-8% van de volwassen bevolking met de hoogste prevalentie bij vrouwen tussen 30 en 55 jaar.

FMS wordt gezien als een centrale sensitiviteit syndroom geassocieerd met abnormale pijn-verwerking. Het wordt beschouwd als een “pijn-amplificatie syndroom” geassocieerd met verhoogde gevoeligheid van het zenuwstelsel en verminderde anti-nociceptie, resulterend in de klinische fenomenen van hyperalgesie [verhoogde pijngevoeligheid] en allodynia [ervaring van pijn bij een gewoonlijk niet-pijnlijke prikkel]. Dysfunktie van de centrale mono-aminerge neurotransmissie [gebuikmakend van mono-amine neurotransmitters] waarbij serotonine, norepinefrine, ‘nerve-growth’ factor, substantie-P en andere betrokken zijn, bleek geïmpliceerd bij de pathofysiologie van of FMS. FMS-patiënten vertonen dikwijls co-morbiditeiten met prikkelbare darm syndroom, interstitiële cystitis [chronische, niet-infektueuze inflammatie van de blaas] en stemming-aandoeningen.

In afwezigheid van een objectieve biomerker is de diagnose van FMS gebaseerd op een uitgebreide klinische beoordeling. Vóór 2010 was de diagnose gebaseerd op de 1990 ACR criteria […]. Hoewel de 2010 ACR criteria de ‘tender-points’ niet meer omvatten, blijft een musculo-skeletaal klinisch onderzoek aangewezen om andere oorzaken van wijdverspreide pijn uit te sluiten en ook de oorzaken van de perifere pijn (bv. myofasciale trigger-punten [fascia = bindweefsel-band onder de huid]) te identificeren. Selektief gebruik van laboratorium-testen wordt aangewend om andere oorzaken van wijdverspreide pijn (zoals polymyalgia rheumatica [spier-reuma; syndroom met ontstekingen aan bepaalde groepen spieren – nek, schouders of bekken] en hypothyroïdisme) uit te sluiten.

Het streven naar specifieke en meetbare biomerkers die kunnen helpen bij het objectief identificeren van vatbare individuen, het bevestigen van de diagnose en het versnellen van de behandeling, blijft een continue inspanning bij de research omtrent FMS. De ontwikkeling van ‘high-throughput’ metabole profilering en het bestuderen van het metaboloom bleken bijzonder toepasbaar bij neurologische research waar kleine molekulen belangrijk zijn bij het neurochemisch metabolisme en het spelen van een rol als neurotransmitters, signalisering-modulators en osmolyten [molekulen die bijdragen tot de (regulering van) osmotische druk in cellen en weefsels; spelen een rol bij het behouden van het cel-volume en het vloeistof-evenwicht, beschermen de cellen tegen osmotische stress, droogte, hoog zout-gehalte of hoge temperatuur]. Er wordt algemeen verwacht dat metabolomica profilering-methodes, gelinkt met systeem-biologische benaderingen, zullen opduiken bij goed gedefinieerde metabole fenotypes, en het begrijpen van het brein-metabolisme bij gezondheid en ziekte zullen verbeteren. Enkele metabolomica-studies hebben over fibromyalgie gerapporteerd, waarbij werd gewag gemaakt van potentiële nieuwe inzichten omtrent metabole verstoringen in de hersenen […].

In een piloot-studie (enkel als poster op een ‘Annual Meeting of the Rheumatologic Society of the UK’ (2001) [Richards SCM et al. Muscle metabolites detecte[d in urine in fibromyalgia and Chronic Fatigue Syndrome may suggest ongoing muscle damage]), rapporteerden de onderzoekers dat spier-metabolieten die werden gedetekteerd in de urine van fibromyalgie-patiënten suggestief kunnen zijn voor spier-schade. Hoewel dit niet per definitie een metabolomica-studie is, onthulde hun doelgerichte metabolieten-analyse van urine d.m.v. nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectroscopie, significante waarden van creatine bij FMS-patiënten en gestegen (p < 0.05) urinaire excretie van choline [organische stof die belangrijk is voor de struktuur van cel-membranen en andere membraan-strukturen, en voor neurotransmissie], taurine [zwavel-bevattend organisch zuur met fundamentele biologische rollen waaronder anti-oxidatie, modulatie van calcium-signalisering, enz.], citraat & trimethylamine N-oxide (TMAO [osmolyt]) t.o.v. gematchte controles.

De eerste metabolomica-studie over FMS (2013) [Hackshaw KV et al. A bloodspot-based diagnostic test for fibromyalgia syndrome and related disorders. Analyst. (2013) 138: 4453-62], gebruikte 50 μl op ‘blood-spot’ kaartjes gecollecteerd bloed van FMS-patiënten (n = 14), osteoartritis (OA; n = 15) & Reumatoïde Artritis (RA; n = 12). Via mid-infrarood micro-spectroscopie (IRMS) en andere analyses bleken de RA- & OA-groepen metabool gelijkaardig maar verschillend van het metabolieten-profiel van FMS. De IRMS-benadering kon de metabolieten verantwoordelijk voor de diagnostische spectrale differentiatie niet conclusief identificeren, hoewel veranderingen in tryptofaan [essentieel aminozuur] -katabolisme betrokken bleken.

Een andere metabolomica-benadering voor FMS betrof vloeistof-chromatografie/‘quadrupole-time-of-flight’/massa-spectrometrie (LC/Q-TOF/MS) [uiterst gesofisticeerde scheiding-technieken] met multivariate statistische analyse met als doel het onderscheiden van FMS-patiënten (n = 22) en controles (n = 21) via bloed-plasma analyse [Caboni P et al. Metabolomics analysis and modeling suggest a Lysophosphocholines-PAF receptor interaction in fibromyalgia. PLoS One. (2014) 9: e107626 — Hypothese: oxidatieve fragmentatie van (cel-membraan) lipiden kan overvloedig lysoPCs generen die als PAF-achtige bio-aktivatoren gaan fungeren. (Bij M.E.(cvs) is er ook verhoogde oxidative stress.) Het PAF/PAFr systeem speelt een rol bij het moduleren van pijn-signalisering. PAF = ‘Platelet Activating Factor’ (1-alkyl-2-acetyl-sn-glycero-3-fosfocholine; ‘bloedplaatjes-aktiverende factor’)]. Lysofosfocholinen (lysoPCs [ook: lysofosfatidylcholinen (LPC) of lysolecithinen]), fosfocholine [(sfingo)lipide-molekule; wanneer een cel beschadigd is, bindt het met CRP waardoor fagocytose kan starten] & ceramide [(sfingo)lipide-molekule in het celmembraan waarvan bekend is dat het signalen door kan geven die leiden tot celdood; Naviaux rapporteerde bij M.E.(cvs) gedaalde waarden: ‘Metabole kenmerken van M.E.(cvs)] domineerden het metabolieten-profiel. De metabolieten die het best FMS-patiënten en controles onderscheidden, werden geïdentificeerd als 1-tetradecanoyl-sn-glycero-3-fosfofoline & 1-hexadecanoyl-sn-glycero-3-fosfocholine – wat suggereert dat lysoPCs potentiële biomerkers voor FMS kunnen zijn.

Naast deze metabolomica-bevindingen verstrekte een overzicht over biomerkers voor FMS bijdragen over genetische en proteoom-studies [Giacomelli C et al. Biomarkers in fibromyalgia: a review. Curr Biomark Find. (2014) 4: 35-41]. Hoewel werd dat getoond dat genetische factoren de voorbestemdheid voor FMS beïnvloeden, werden geen specifieke genen als zijnde betrokken bij deze ziekte bevestigd. Het overzicht lijstte ook meerdere proteïnen van de immuun-respons, cytoskelet-hermodelering en het inflammatoir proces bij FMS op. Hun rol bij FMS is echter nog controversieel.

De beschikbaarheid van biomerkers voor ondubbelzinnige en objectieve diagnose van FMS blijft zodoende moeilijk te bereiken in de klinische praktijk. Toch zouden metabolieten die worden geïdentificeerd als betrokken bij de etiologie en pathogenese van FMS ondertussen kunnen helpen inzicht te verwerven in de verscheidene vormen van FMS en ondersteunende diagnostische test-criteria bieden om algemene diagnostische procedures aan te vullen. We presenteren hier dus de resultaten van een 1H NMR metabolomica-studie bij FMS. Alle individuen waren vrouwen en leverden urine-stalen in voor de studie. Het onderzoek werd ontworpen als een ongerichte benadering en leverde informatie op over metabolieten met een voorspellend potentieel betreffende het onderscheiden van FMS-patiënten en gezonde jonge controles. De uitkomsten beklemtonen de veelzijdigheid van metabolomica om inzichten te verkrijgen betreffende de ziekte-pathofysiologie om potentiële nieuwe benaderingen te verkrijgen ter aanvulling van bestaande protocollen die worden voorgesteld aan de praktiserende klinicus om FMS vast te stellen en de behandeling ervan te monitoren.

Methodes

Invididuen, fysieke kenmerken, symptomen en klinische profielen

Patiënten eerder gediagnosticeerd met FMS door dezelfde klinische pijn-specialist (praktijk in Pretoria, Zuid-Afrika). […]

Voorbereiding van de stalen en 1H NMR analyse

NMR uitgevoerd in het ‘Translational Metabolic Laboratory’ van het ‘Radboud University Medical Centre’ in Nijmegen, Nederland. […]

Gegevens en statistische analyse

[…]

Resultaten

Karakeristieken van de FMS-patiënten

Het leeftijd-profiel van de patiënten valt samen met het idee dat FMS ongewoon is bij jonge individuen (< 25-30 jaar) en met de leeftijd stijgt tot een prevalentie-piek bij individuen van middelbare leeftijd, en dan terug afneemt. 88% van onze patiënten had een stabiele relatie met een mannelijke partner, 89% had één of andere dag-invulling of tewerkstelling en hun emotionele ervaring was niet ernstig aangetast door hun ziekte. De pijn-beleving en gebruikte medicatie kwam overéén met wat algemeen wordt voorgeschreven bij FMS. De gemiddelde scores voor de 21 FIQR-vragen [Bennett RM et al. The revised fibromyalgia impact questionnaire (FIQR): validation and psychometric properties. Arthritis Res Ther. (2009) 11: 415] werden vergeleken.

[FIQR-vragenlijst] […] Weinig overlappingen binnen de patiënten-groep met andere FMS-gerelateerde aandoeningen. We concluderen dat de FMS-patiënten een goed gedefinieerde groep vertegenwoordigt.

Genereren van gegevens en selektie van gevallen

[…] Nauwgezette inspectie van de NMR-spectra geeft aan dat er geen onmiddellijk waarneembare kwalitatieve verschillen waren tussen een representatief voorbeeld voor een FMS-patient en iemand uit de jonge controle groep. Dit suggereert dat FMS niet geassocieerd is met onderscheidende metabole afwijkingen (wat anders is dan wordt gezien bij monogenetische aandoeningen zoals aangeboren metabolisme-defekten). […]

Groep-karakteristieken

[Cluster-analyse; het klassificeren of groeperen in ‘clusters’ of klassen grond van de kenmerken, het doel is het vormen van deel-verzamelingen die elk hun eigen gedeelde kenmerken bevatten.] De voornaamste clusters gevormd tussen familieleden en de leeftijd-gematchte groep t.o.v. de FMS-patiënten bleken heterogeen wat betreft de verdeling van de gevallen. In tegenstelling daarmee vormden zich 2 goed definieerde clusters tussen de FMS-patiënten en de jonge controles, suggestief voor kenmerkende verschillen tussen deze 2 groepen.

[Groep-afscheidingen] Er werd een volledige afscheiding bekomen tussen alle 3 de controle-groepen en de FMS-patiënten. […]

Metabolieten-profiel van de FMS-patiënten groep

Er konden 21 metabolieten worden geïdentificeerd en gekwantificeerd uit de NMR-spectra. Daarvan selekteerden we 20 endogene [door het individu geprocudeerde] metabolieten en we namen 2-hydroxy-isoboterzuur [bakterieel afbraak-produkt van voeding-proteïnen] (van exogene oorsprong [ontstaan door het bakterie-gastheer co-metabolisme in de darm]) op […]. De endogene metabolieten omvatten 7 aminozuren (tyrosine, leucine, valine, histidine, alanine, threonine & lysine), 7 metabolieten die direct of indirect geassocieerd zijn met het energie-metabolisme (melkzuur, barnsteenzuur, citroenzuur, 3-hydroxy-isovaleriaanzuur [afbraak-produkt van proteïnen die leucine bevatten], creatine, carnitine & mierezuur), 3 osmolyten (taurine, TMAO & dimethylglycine [derivaat van het aminozuur glycine]), een belangrijk detoxificatie-produkt (hippuurzuur [afbraak-produkt van voeding-proteïnen]), histamine & een N-acetyl-afgeleide (N-acetyl-X [molekule met een acetyl-groep (O=C-CH3)]). […]

[Na verdere analyse en verfijning van de gegevens omtrent de variabelen die het onderscheid maken tussen FMS-patiënten en controles.] 6 informatieve metabolieten bleken belangrijk: barnsteenzuur, taurine, tyrosine, melkzuur, creatine & trimethylamine N-oxide (TMAO).

Belangrijke endogene metabolieten bij de FMS-patiënten

De lijst omvat dus 21 molekulen […] waarvan er 9 waren die konden gerelateerd worden met fysiologische funkties die geconnecteerd kunnen zijn met FMS.

De neurologische funkties van barnsteenzuur, tyrosine en melkzuur zijn wel-bekend: (respectievelijk) de aërobe mitochondriale energie-regeneratie, een voorloper voor neurotransmitters en een sleutel-metaboliet in de astrocyt-neuron lactaat-shuttle [ANLSH: astrocyten consumeren glucose via de anaërobe glycolyse naar pyruvaat en dan lactaat; dit lactaat wordt afgegeven in de extracellulaire ruimte waarna het wordt opgenomen door de neuronen voor verdere oxidatieve afbraak. M.a.w. neuronen kunnen in bepaalde gevallen lactaat gebruiken voor de energie-produktie.] [Pellerin L et al. Evidence supporting the existence of an activity-dependent astrocyte-neuron lactate shuttle. Dev Neurosci. (1998) 20: 291-9]. Taurine is een β-aminozuur – overvloedig aanwezig in het brein bij zoogdieren – bleek een neurotransmitter te zijn in de substantia nigra (SN [Pigment-houdende kern in de midden-hersenen, die dopamine produceert. De SN wordt ook soms tot de basale ganglia (kernen) gerekend (dit is echter niet algemeen aanvaard). Bij M.E.(cvs) werd verminderde aktivatie van de basale ganglia in verband gebracht met vermoeidheid.]). Er werd op basis van micro-dialyse experimenten bij ratten gesuggereerd dat osmoregulatie [de regulering van de osmotische druk om het vloeistof-evenwicht en de concentratie van elektrolyten (zouten) te behouden] van de niet-synaptische taurine-voorraad van de SN de kwetsbaarheid van cellen van de SN (gezien bij de pathogenese van Parkinson’s) kan beïnvloeden. Voeding-studies suggereren ook dat TMAO betrokken kan zijn in dieet-geïnduceerde variaties in het evenwicht van meerdere osmolyten (inclusief betaine, choline, creatinine & creatine) terwijl van creatine ook werd voorgesteld dat het betrokken is bij pijn ervaren in FMS. Zodoende evalueerden we naderhand de mogelijke diagnostische waarde van deze 6 metabolieten voor FMS. […]

Belangrijke exogene metabolieten bij de FMS-patiënten

Er werd gerapporteerd dat de pijn-intensiteit van patiënten met FMS correleert met de graad van dikke-darm bakteriële overgroei. Deze klinische observatie kan pathogenetische relevantie hebben voor FMS; bakteriële overgroei leidt tot blootstelling van immuun-cellen aan luminale antigenen [bakterieën en voedsel-componenten in de darmholte] en daaruitvolgende immuun-modulatie. Een NMR metabolomica-studie van coeliakie [chronische darm-aandoening door gluten-intolerantie], een multifactoriële immuun-gemedieerde darm-ziekte, suggereerde wijzigingen van het energie-metabolisme – een klinisch kenmerk FMS – terwijl urine-gegevens wezen op wijzigingen van de darm-microbiota. Minimum 3 metabolieten die werden gezien in de urine-stalen van onze FMS-patiënten suggereren verstoringen in hun darm-metaboloom: (1) Hippuurzuur is een normale en belangrijke component van urine en is bij mensen een verhoogd excretie-produkt via onnatuurlijke (detoxificatie) en natuurlijke (gastro-esofagale reflux bij kinderen) bronnen. (2) 2-Hydroxy-isoboterzuur, de meest onderscheidene variabele tussen onze FMS-groep en controles, is kennelijk een afbraak-produkt van darm-microbiotica en bleek statistisch gelinkt met Faecalibacterium prausnitzii [ook één van de bakterie-soorten die verschilden tussen de faecale metagenome profielen van M.E.(cvs) en controles…], een belangrijke commensale bakterie van de menselijke darm-flora (voorgesteld als indicator voor de dynamische basis van gastheer/microbioom symbiose. (3) Melkzuur is een belangrijk tussenprodukt bij veel biochemische processen en is een maatstaf voor zorgwekkende ziekte bij patiënten met een slechte prognose. Het kan endogeen (L-lactaat) of exogeen (D-lactaat) van oorsprong zijn en we stelden voor dat de bepaling van z’n enantiomeren [2 enantiomere molekulen van een verbinding zijn elkaars spiegelbeeld] bij infektueuze aandoeningen een basis kan bieden voor het onderbouwen van de klinische significantie van ziekte-merkers. De aanwezigheid van deze exogene merkers met oorsprong in de darm, geeft verdere indicaties omtrent de verbondenheid tussen stoornissen in darm-microbiële populaties en de metabole gevolgen van het gewijzigd microben/zoogdieren metabool evenwicht die ziekte bij de gastheer beïnvloedt (wat hieronder wordt besproken in de context van FMS).

Een vermeende biosignatuur voor FMS

Een combinatie van 3 selektie-methodes […] werd aangewend om de beste voorspellende metabolieten te identificeren. […] Het beste model was dat op basis van barnsteenzuur, taurine & creatine. […].

Het klassificatie-vermogen van elke model werd bepaald via ‘Receiver Operating Characteristic’ analyse [ROC-analyse is een statistische methode die internationaal gebruikt wordt als toets voor de voorspellende waarde van een variabele of instrument; de ROC-curve is een grafiek van de gevoeligheid tegen de specificiteit]. De waarden van de ‘area under the ROC curve’ (AUC [oppervlakte onder de curve; samenvattende maatstaf die in wezen het gemiddelde maakt van de diagnostische accuraatheid over het spectrum van de test-waarden]) zijn een maatstaf voor hoe goed de combinatie 2 groepen kan onderscheiden. Een AUC = 1 betekent een perfeke test; AUC = 0.90-1 is excellent (hoge sensitiviteit en hoge specificiteit), 0.80-0.90 is goed, 0.70-0.80 is redelijk, 0.60-0.70 is slecht en 0.50-0.60 betekent gefaald. […] [de AUC van het beste model was 0.897]

Correlatie tussen klinisch en metabole indicatoren

D.m.v. statische analyse werden de bivariate relaties tussen FIQR-antwoorden en de 3 endogene variabelen (biosignatuur voor FMS) vergeleken. […] De scores van de 21 FIQR-vragen corresponderen met een gemiddelde gebaseerd op subjectieve zelf-beoordeling […]. De gemiddelde waarden verschilden niet van de gegevens van een referentie-groep […].

[…] De resultaten wijzen op een betekenisvollere relatie tussen de metabolieten van de biosignatuur en klinische symptomen gerelateerd met biochemische verstoringen bij FMS. […] Er was een significant verband tussen creatine en de symptomen pijn en energie (p = 0.024 & 0.003, respectievelijk). Het verband tussen de biosignatuur-componenten met gevoeligheid voor aanraking […] was statistisch niet significant. […]

Bespreking

De resultaten van deze metabolomica-studie leidt tot 3 belangrijke discussie-punten: of FMS een unieke globaal metabool profiel vertoond dat deze zieke kenmerkt, of metabolomica-studies bijdragen tot een objectieve klinische diagnose van FMS en tot darm-microbiële/metabole verstoringen bij FMS.

Aangezien de globale gezondheid-toestand van individuen tot uiting komt in hun metabole status, bestaat het heersend inzicht dat metabolomica-resultaten globale biochemische veranderingen belichamen in een individu bij ziekte en neurologische aandoeningen; dit wordt ondersteund door onze resultaten en 2 andere NMR metabolomica-onderzoeken. Een eerste NMR metabolomica-studie evalueerde de diagnostische accuraatheid van biomerker-profielen bij 3 neurologische aandoeningen: idiopathische intracraniale hypertensie, Multipele Sclerose en cerebrovasculaire ziekte t.o.v. controles met of zonder gecombineerde neurologische ziekten. Het metabolomica-onderzoek bleek verschillen te identificeren qua metaboliet-profielen bij patiënten die lijden aan deze 3 aandoeningen. Een aanverwant besluit werd getrokken uit de tweede NMR metabolomica-studie bij FMS [zie Caboni P et al. hierboven]. Hoewel het een relatief klein aantal patiënten betrof, was de metabolomica-benadering succesvol wat betreft het identificeren van karakteristieke metabole profielen bij FMS-patiënten vergeleken met controles; wat het concept ondersteunt dat het ‘Platelet Activating Factor/Platelet Activating Factor Receptor’ (PAF/PAFr) systeem een rol speelt bij het in moduleren van pijn-signalisering. [zie hierboven] Onze resultaten gaven verder de differentiatie aan van de 3 controle-groepen (familieleden, een leeftijd-gematchte groep en jonge individuen) en de FMS-patiënten. Statistische beoordeling van de uitkomst van een model bevestigde de volledige afscheiding tussen de FMS- en de jonge controle-groepen. De resultaten substantieerden enkele unieke verschillen tussen de globale metabole profielen van de FMS-patiënten en de gezonde jonge controles. De metabolieten die voornamelijk verantwoordelijk zijn voor de differentiatie tussen onze FMS-patiënten en controles omvatten taurine & TMAO, waarvan ook werd gerapporteerd dat ze significant (p < 0.05) verhoogd waren bij FMS-patiënten in een preliminaire NMR studie [zie Richards SCM et al. hierboven]. Daarnaast zagen we verstoord barnsteenzuur, suggestief voor gewijzigd energie-metabolisme bij FMS. Dit resultaat is verbonden met een studie [zie Hackshaw et al. hierboven] waar er relatief verhoogd glucose, het glycolytisch tussen-produkt fosfo-enolpyruvaat, pyruvaat en nicotinamide-adenine-dinucleotide (NAD+) werd gezien in bloed van FMS-patiënten [Bij M.E.(cvs) werden ook problemen met de glycolyse gerapporteerd.]. Deze observatie werd eerder gerapporteerd bij patiënten met chronische wijdverspreide pijn. [Mäntyselkä P et al. Glucose regulation and chronic pain at multiple sites. Rheumatology. (2008) 47: 1235-8]

Een gemeenschappelijke draad in metabolomica-studies bij FMS die hier wordt besproken, is de bevestiging van het vermogen van metabolomica om afzonderlijke metabole profielen te identificeren voor FMS-patiënten vergeleken met controles. Sommige metabolieten/biomerkers zouden daarom kunnen bijdragen tot het ziekte-fenotype omwille van een rol in de pathogenese van FMS. De biomerkers die werden onthuld in deze metabolomica-studies leken echter niet metabool nauw verbonden, maar dit kan te wijten zijn aan de multi-factoriële aard van FMS. Het is ook opmerkenswaardig dat de 2 belangrijkste beperkingen van onze eigen en de andere 2 metabolomica-studies de onderzochte FMS-groepen en de gebruikte analytische methodes zijn. De meeste metabolomica-studies worden beperkt door het aantal beschikbare individuen, en daardoor is er uiteindelijk nood aan follow-up validatie-studies met grotere en beter gedefinieerde groepen. Verder: gezien de complexiteit van het menselijk metaboloom en de multi-dimensionele aard van biovloeistoffen en andere biologische stalen die beschikbaar zijn voor metabolomica-studies, kan niet één enkele analyse-technologie de informatie die in deze stalen ligt opgesloten onthullen. Niettemin reiken metabolomica veel verder dan de standaard technieken in de klinische chemie, omdat ze gedetailleerde karakterisatie van metabole fenotypes toelaten en leiden tot, uiteindelijk, de zogenaamde precisie-geneeskunde waarbij kennis van unieke metabole storingen de ziekte-toestand van de individuele patiënten verklaart. Een derde beperking van de huidige studie is het gebruik van de 1990 criteria voor FMS – de patiënten-selektie gebeurde vóór de publicatie van de herziene criteria in 2011. Het gebruik van deze laatste criteria is nu standaard praktijk in onze pijn-kliniek.

Dus: kunnen metabolomica-studies bijdragen tot de vooruitgang omtrent de objectieve klinische diagnose van FMS? De resultaten van de huidige en de 2 andere metabolomica-studies betreffende de ziekte impliceren dat dit het geval is, weliswaar met enkele aanpassingen. De analyses van de bloed-spots van FMS-patiënten leverde informatie via IRMS-technologie (differentiatie van de stalen van FMS-individuen van mensen met RA of OA => nul mis-klassificaties = 100% accuraatheid). De accuraatheid van de metabolomica-benadering was 75% maar het voordeel was het openbaren van een lijst metabolieten die aan de basis kunnen liggen van de geïdentificeerde verschillen. De mogelijke rol van lysoPCs als biomerkers of als bijdragers tot het FMS-fenotype en funktie in de pathogenese van deze aandoening suggereert dat ze potentiële nieuwe ziekte-biomerkers zijn en daardoor een nieuwe benadering openen voor de behandeling van FMS. Evenzo bleek het voorspellend potentieel van de combinatie van barnsteenzuur, taurine & creatine uitstekend voor het onderscheiden van gevallen met FMS en controles (AUC = 90%). De combinatie van creatine en barnsteenzuur vertoonde ook een significante correlatie met de kenmerkende symptomen (pijn en vermoeidheid) van FMS. De inclusie van deze voorspellende informatie omtrent deze 3 metabolieten zou mettertijd deel van de initiële evaluatie van patiënten die vermoedelijk aan de ziekte lijden kunnen uitmaken, in afwachting van validatie van diagnostische merkers voor FMS.

Ten slotte: de betrokkenheid van darm-microbiële/gastheer-metabole verstoringen bij FMS zou significant kunnen bijdragen tot het definiëren van het klinische profiel bij FMS. Brein/darm-interakties zijn cruciaal voor het behouden van de homeostase. Het lijkt er op dat met neuroplasticiteit gerelateerde systemen en neurotransmitter-systemen beïnvloed zijn door de darm/brein-as regulering en verstoorde homeostase kunnen bijdragen tot het risico op ziekte door wijzigingen in het gastro-intestinaal kanaal, centraal zenuwstelsel, autonoom zenuwstelsel en immuunsysteem. De frequent voorkomende co-morbiditeit van fibromyalgie met stress-gerelateerde aandoeningen (zoals Chronische Vermoeidheid Syndroom, prikkelbare darm syndroom en enkele CZS-gerelateerde abnormaliteiten) suggereren dat darm/brein-as regulering minstens een gedeeltelijke gemene deler is voor deze aandoeningen. Deze zienswijze kan mogelijks aan het licht kunnen worden gebracht door gegevens van een follow-up metabolomica-onderzoek met hoge sensitiviteit, zoals d.m.v. op technologieën op basis van massa-spectrometrie.

Besluiten

Een ongerichte 1H NMR metabolomica-analyse van urine-stalen verkregen bij een groep klinisch goed gedefinieerde vrouwelijke FMS-patiënten zonder psychiatrische co-morbiditeit differentieerde deze van een groep jonge gezonde vrouwen. De aanwezigheid van metabole indicatoren voor verstoringen van het darm-microbioom (hippuur-, 2-hydroxy-isoboter- en melk-zuur) ondersteunen het paradigma dat de regulering van de darm/hersenen-as aangetast is bij stress-gerelateerde aandoeningen, zoals FMS. 3 metabolieten-merkers (taurine, creatine & barnsteenzuur) bleken belangrijk voor de differentiatie van FMS-patiënten en controles, en waren significante indicatoren voor de pijn en vermoeidheid bij FMS. Statistische analsyses leverden bewijs omtrent het goede voorspellend potentieel van een combinatie van deze 3 metabolieten voor FMS bij de huidige patiënten-groep. Follow-up metabolomica-onderzoek op een groter aantal urine-stalen, inclusief die van individuen met een hoog risico op het ontwikkelen van de ziekte, alsook longitudinale studies bij FMS-patiënten tijdens behandeling, zijn noodzakelijk om de hier gepresenteerde bevindingen te valideren en mogelijks effekten te detekteren die grotere statistische ‘power’ vereisen. Deze merkers zouden mettertijd objectieve bijkomende info kunnen bieden om, samen met ‘tender-point’ metingen en FIQR vragenlijsten, FMS te bevestigen.

Volgende pagina »

Maak een gratis website of blog op WordPress.com.