M.E.(cvs)-wetenschap

oktober 3, 2008

Verminderde zuurstof-voorziening in de hersenen tijdens inspanning

Filed under: Inspanning,Neurologie — mewetenschap @ 3:16 pm
Tags: , , ,

Clinical Physiology and Functional Imaging (Preprint 29 juli 2008)

Prefrontal cortex oxygenation during incremental exercise in Chronic Fatigue Syndrome

J. Patrick Neary(1,*), Andy D.W. Roberts(2), Nina Leavins(2), Michael F. Harrison(1), James C. Croll(2) and James R. Sexsmith(2)

1 Faculty of Kinesiology & Health Studies, University of Regina, Regina, SK

2 Faculty of Kinesiology, University of New Brunswick, Fredericton NB, Canada

Introduktie

[…]

Alhoewel CVS tegenwoordig als een medische aandoening wordt aanvaard, zijn subjectieve symptomen de primaire focus van de huidig gebruikte diagnostische criteria. Daardoor is er nog steeds geen duidelijk inzicht in de pathofysiologie, etiologie en pathogenese van de aandoening (Chaudhuri & Behan 2004; Siemionow et al. 2004b), aangezien co-morbiditeit (bv. fibromyalgie) de respons van patiënten bij fysieke en cognitieve beoordeling kan beïnvloeden (Cook et al. 2005, 2006). […] Recent onderzochten Wallman et al. (2005) de relatie tussen fysiologische, psychologische en cognitieve variabelen en bepaalden dat hun data een centrale, en niet een perifere, basis voor het moeheidsgevoel bij CVS ondersteunen. Anderen hebben ook gesuggereerd dat centrale factoren bijdragen tot de verminderde inspanningscapaciteit bij CVS (Kent-Braun et al. 1993; Georgiades et al. 2003).

Onlangs werd aangetoond dat nabij infrarood spectroscopie (NIRS), een niet-invasieve optische techniek, kan worden gebruikt om weefsel-oxygenatie en bloed-volume veranderingen te meten tijdens inspanning gedurende gestandardiseerde bewegings- en cognitieve taken; en recente overzichten aangaande de toepassing op inspanningswetenschap werden gerapporteerd voor spier- én hersen-weefsel (Ferrari et al. 2004; Neary 2004). ‘Spatially resolved’ (of multi-distance) spectroscopie (SRS) is gebaseerd op de vermindering van licht(intensiteit) wanneer het in het weefsel dringt en wordt gemeten op meerdere verschillende afstanden van een detektor (Wolf et al. 2003, 2007). SRS-NIRS kan dus worden gebruikt om kwantitatieve veranderingen in weefsel HbO2-saturatie (onafhankelijk van of bloed-volume veranderingen) te monitoren. Met de recente verzameling van research-gegevens die zuurstof-aantasting in skeletspieren van CVS-indivduen suggereren (McCully & Natelson 1999; McCully et al. 2004), biedt NIRS klinici en onderzoekers de gelegenheid om effektief veranderingen in HbO2-saturatie van corticaal weefsel te observeren en analyseren. Er is echter beperkte research beschikbaar waar de regionale cerebrale bloeddoorstroming en oxygenatie-veranderingen in CVS werd onderzocht (Schwartz et al. 1994; Tanaka et al. 2002), en we weten van geen beschikbare research over HbO2-saturatie van corticaal weefsel in CVS-individuen tijdens maximale oplopende inspanning. NIRS biedt dus een nieuwe techniek die kan worden gebruikt tijdens maximale inspanning en kan worden toegpast om centrale O2-afhankelijke mechanismen te onderzoeken die mogelijks bij CVS zijn betrokken (Tanaka et al. 2002).

Het doel van deze studie was daarom de effekten te onderzoeken van maximale inspanning, oplopende tot de grenzen van de tolerantie, op kwantitative veranderingen in cerebrale oxygenatie en bloed-volume bij CVS-individuen. Gebaseerd op eerdere bevindingen in de literatuur dat cerebrale bloeddoorstroming en oxygenatie bij CVS tijdens orthostatisch testen zijn veranderd (Tanaka et al. 2002; Yoshiuchi et al. 2006), hypothiseerden we dat cerebrale oxygenatie gemeten aan de prefrontale cortex ook verminderd zou zijn bij CVS-individuen in vergelijking met controles tijdens maximale oplopende inspanning.

Methoden

Individuen

… vrouwen … n=6 … CVS-groep … inclusie-criteria … ‘Centre for Disease Control’ (Fukuda et al. 1994) … gecontroleerd op andere co-morbide ziekten (bv. fibromyalgie) …

Inspanningsmodaliteiten en protocol

Cycle-ergometrie … enkelvoudige 1 uur durende test-sessie … deelnemers uitgelegd de inspanning zo lang mogelijk vol te houden (onder verbale aangemoediging) … totale inspanningsduur tussen ongeveer 8 en 14 minuten

Nabij-infrarood spectroscopie

De detektie- en emissie-sonden van een SRS nabij-infrarood spectrofotometer … werd op zijn plaats gehouden d.m.v. een vinyl houder … geplaatst boven de linker prefrontale kwab (1 cm boven de wenkbrauw en 1 cm links van het schedel-centrum) en op zijn plaats gehouden met kleefband.

… laser-licht met 4 golflengten (775, 810, 850, 905 nm) om de relatieve concentratie-veranderingen in oxy-haemoglobine (HbO2), deoxy-haemoglobine (HHb) en totaal bloed-volume (tHb=HbO2+HHb) te berekenen … Weelsel oxygenatie index (TOI, %), een maat voor zuurstof(O2)-saturatie en onafhankelijk van bloed-volume veranderingen, kan ook worden gemonitord (TOI,%=HbO2/tHb).

[Hartslag (HR) en ‘score voor ervaren inspanning’ (RPE) werden opgenomen gedurende de test.]

Resultaten

[]

Prefrontale cerebrale oxygenatie

… Tijdens oplopende inspanning was er een graduele toename in HbO2 en tHb van de rusttoestand tot ongeveer 90% van de tijd tot uitputting (TTE) en dan een plateau of stabilisatie tot maximale inspanning voor beide groepen De deoxy-Hb (HHb) bleef significant stijgen in beide groepen tot de inspanning werd gestopt. Wat betreft de TOI (%), de weerspiegeling van de dynamische balans tussen O2-toevoer en O2-verbruik, was er een graduele afname bij oplopende inspanning tot vermoeidheid in beide groepen. Tijdens maximale inspanning waren HbO2, HHb, tHb en TOI% allen significant verschillend tussen the CVS- en de controle-groep [Prefrontale cortex HbO2, HHb en tHb waren significant lager bij maximale inspanning bij CVS versus controle, net zoals TOI tijdesn inspanning en herstel.] … Alle variabelen vertoonden een significant verschil CVS versus controles tijdens de recovery-periode.

[]

[Voorspelde VO2piek was significant lager bij CVS (1331 p/m 377 ml) individuen dan bij de controle-groep (1990 p/m 332 ml) en CVS-individuen raakten significant sneller uitgeput (CVS: 351 p/m 224 s; controle: 715 p/m 176 s) bij een lagere ‘power-output’ (CVS: 100 p/m 39 W; controle: 163 p/m 34 W). CVS-individuen hadden ook een significant lagere maximum HR (CVS: 154 p/m 13 bpm; controle: 186 p/m 11 bpm) en rapporteerden consistent een hogere RPE.]

Discussie

Gebruikmakend van NIRS, toonden de resultaten van deze studie voor het eerst aan dat cerebrale oxygenatie en bloed-volume veranderingen bij vrouwelijke CVS-individuen significant verschillend waren van controles tijdens oplopende maximale inspanning. Deze gegevens ondersteunen eerder onderzoek waarbij cerebrale oxygenatie was verminderd bij CVS … en ondersteunen onze hypothese dat cerebrale verschillen bestaan tussen CVS en sedentaire controle-individuen. Te samen genomen suggereren deze gegevens dat er een link is tussen aangetaste cerebrale oxygenatie en chronische vermoeidheid tijdens maximale inspanning.

Cerebrale oxygenatie en haemodynamica

… ten eerste:, tijdens oplopende inspanning was er een aktivatie van de hersenen, weerspiegeld door de verhoogde HbO2, tHb, HHb en gedaalde TOI% (verhoogde O2-extraktie) in beide groepen. Eerder onderzoek toonde aan dat veranderingen in cerebrale oxygenatie een reflektie is van neuronale aktivatie (Ferrari et al. 2004; Bhambhani et al. 2007).

Ten tweede was er een significant verschil (d.i. minder verandering) in cerebraal HbO2, tHb en HHb bij de CVS- versus de controle-individuen. Daarenboven steeg de TOI meer in de controle-groep dan bij de CVS-groep (64,5%). Te samen genomen wijzen deze resultaten er op dat de bloeddoorstroming wellicht was gecompromiteerd tijdens oplopende inspanning bij de CVS-individuen, zoals weerspiegeld door de kleinere verandering in tHb (bij NIRS werd tHb reeds gebruikt als een indirecte maatstaf voor bloeddoorstroming) en minder zuurstof-transport en -verbruik door de hersenen (weerspiegeld in de kleinere verandering in HbO2 en HHb in de CVS-groep).

Het is algemeen aanvaard dat de zuurstof-opname in de hersenen stijgt tijdens inspanning (Ide & Secher 2000; Ferrari et al. 2004; Bhambhani et al. 2007; Wolf et al. 2007) wanneer deze gemonitord wordt met NIRS. TOI is één van de meest betrouwbare parameters aangezien het de dynamische balans tussen O2-consumptie en gebruik weerspiegelt, en onafhankelijk is van de afstand van nabij-infrarood fotonen in hersenweefsel (Ferrari et al. 2004). In deze studie was er een daling van 3-8% in TOI bij de controles, in vergelijking met slechts 1,3% daling in de CVS-groep. Dit staat gelijk met een 64,5% verschil in de hoeveelheid O2-extraktie tussen de 2 groepen. Ter ondersteuning van onze observaties … gebruikten Tanaka et al. (2002) ook niet-invasieve NIRS om de tonen dat de meerderheid van de CVS-individuen in hun studie verhoogde oxy-Hb concentraties ([oxy-Hb]) in de hersenen bij rechtstaan vertoonden. Ze hypothiseerden dat een gedaalde perfusie-druk en cerebrale vasoconstrictie deels de daling in [oxy-Hb] kunnen verklaren. Dit kan ook recente research ondersteunen door Rasmussen et al. (2007), die aantoonde dat een verminderde cerebrale zuurstof-levering een direct effekt had op bewegings-performantie. Het is dus waarschijnlijk dat de verminderde bewegings-performantie ten gevolge de ontoereikende zuurstof-levering naar de hersenen aangetoond in die studie, resulteerde in de vastgestelde vroege aanvang van centrale vermoeidheid die we zagen bij onze CVS-individuen (aangetoond door de reductie in HbO2, tHb en HHb in vergelijking met controles).

Onderzoek, gebruikmakend van transcraniale Doppler sonografie, heeft aangetoond dat cerebrale bloeddoorstroming verminderd is in individuen met CVS (Ichise et al. 1992; Yoshiuchi et al. 2006). Ichise et al. (1992) toonden een significante vermindering van de bloeddoorstroming aan in meerdere hersen-regionen van CVS-individuen, ook de prefrontale cortex. Sommigen hebben gesuggereerd dat deze verminderde bloeddoostroming gerelateerd is met een autonome ontregeling … (Stewart et al. 1998; Yamamoto et al. 2003). Omdat cerebrale auto-regulatie, metabole regulatie van O2– en CO2-gemedieerde vasodilatie de belangrijkste mechanismen zijn om cerebrale bloeddoorstroming te verzekeren (Nybo & Rasmussen 2007), zouden onze resultaten de premisse ondersteunen dat het centraal zenuwstelsel [ZNS] van CVS-individuen op de één of andere manier is veranderd en eerder onderzoek bevestigen dat suggereert dat een ZNS-mechanisme betrokken is bij de pathogenese van CVS (Georgiades et al. 2003; Chaudhuri & Behan 2004; Siemionow et al. 2004b).

Ten derde, is het vermeldenswaardig dat cerebrale HbO2 en tHb een plateau bereiken op ongeveer 90% TTE. Dit ondersteunt eerder onderzoek bij gezonde en aktieve individuen (Bhambhani et al. 2007). Dit plateau van HbO2 en tHb voor het beëindigen van de inspanning is het resultaat van een afname in CO2 (op het einde van een normale uidademing; PETCO2) en arteriële CO2 (PaCO2) die voorkomt boven de ‘respiratory compensation threshold’ (respiratoire compensatie drempel; RCT). Als de inspanningsintensiteit de RCT verstijgt, resulteert de afgenomen PaCO2 in een vermindering van de lokale cerebrale bloeddoorstroming (Bhambhani et al. 2007; Nybo & Rasmussen 2007). Zodoende hebben we voor de eerste keer aangetoond dat dit ook gebeurde bij de CVS-individuen in onze studie maar bij een lagere drempel dan de controles. Daarom zou dit suggereren dat hun cerebrovasculaire reaktiviteit op de veranderende PaCO2-waarden nog steeds funktioneel is, niettegenstaande ze een gelijkaardige respons boven de RCT vertoonden als de controles; m.n. een afname van de cerebrale oxygenatie en het totaal bloed-volume bij maximale inspanning. Maar de significante verschillen in cerebraal metabolisme (d.i. HbO2 en tHb) tussen de groepen tijdens sub-maximale en maximale insapnning suggereren nog steeds dat cerebrale regulatie van de bloeddoorstroming moet aangetast zijn bij CVS-patiënten. […]

Cardiovasculaire en performantie-variabelen

Alhoewel onze groepen overéénkwamen qua geslacht, grootte en algemene altiviteitsgraad, werden significante verschillen gevonnden wat betreft hun aëroob vermogen. Dit ondersteunt eerder onderzoek waarbij CVS-individuen een lagere aërobe capaciteit dan normale gezonde ongetrainde mensen van de hetzelfde leeftijd en hetzelfde geslacht hadden […].De reden voor de verminderde aërobe capaciteit bij CVS-individuen is speculatief maar er werd gesuggereerd dat én centrale (Pagani & Lucini 1999) én perifere (McCully & Natelson 1999) factoren bijdragen. Het is mogelijk dat deconditionering én fysiologische factoren, geassocieerd met de reductie in cerebrale oxygenatie en bloeddoorstroming, inspanning beperken bij CVS-individuen. Verder onderzoek is nodig om te bevestigen of perifere factoren, zoals spier-oxygenatie en bloed-volume veranderingen, gewijzigd zijn bij CVS tijdens maximale oplopende inspanning en herstel na inspanning.

De hartslag was ook significant lager bij onze CVS-individuen (154 p/m 13 slagen/min) versus controles (186 p/m 11 slagen/min) bij maximale krachtlevering. De performantie-gegevens toonden dat de piek PO (gemiddeld 100 p/m 39 W en 163 p/m 34 W voor de CVS- en controle-groep) en TTE significant lager waren bij CVS, wat hun onvermogen om een oplopende inspanning te presteren gedurende uitgebreide periode weerspiegelt. De gemiddelde piek PO [maximale arbeid] was 100 p/m 39 W en 163 p/m 34 W voor de CVS- en controle-groepen, respectievelijk. Deze gegevens lopen gelijk met andere maximale waarden in de literatuur (Inbar et al. 2001; Nijs et al. 2004b; Wallman et al. 2004a).

We gebruikten ook de HR:RPE verhouding als een methode om de aktuele en ervaren inspanning van de individuen tijdens de oplopende inspanningstest te vergelijken als een manier om de zelf-gerapporteerde vermoeidheid te bekijken (Cook et al. 2003b). De lagere HR:RPE ratio bij de CVS-indviduen wijst er op dat bij dezelfde HR (of absolute arbeid), RPE significant hoger was, en dit was een consistente bevinding voor elk van de drie sub-maximale inspanningen die werden gemonitord. Verder verschilde de HR tussen de groepen niet voor 35, 60 en 85 W. Dit suggereert dat CVS-individuen hun inspanning als zwaarder ervaren, resultaten die in overeenstemming zijn met de meeste eerdere research (Fulcher & White 2000; Cook et al. 2003b; Georgiades et al. 2003; Wallman et al. 2004b) maar in tegengesteld zijn met anderen (Cook et al. 2003a). […] Onze gedocumenteerde veranderingen in cerebraal HbO2 en tHb bewijzen dat fysiologische verschillen wel degelijk bestaan tussen CVS- en controle-individuen. Het is mogelijk dat de verminderde oxygenatie (en bloed-volume) -levering en -gebruik door de hersenen, de neurale funktie en inspanningsperceptie wijzigen. Verlaagde neurale aktivatie naar de werkende spieren toe, werd reeds aangetoond bij CVS-individuen door Kent-Braun et al. (1993) […]

Mogelijke beperkingen van de studie

[…] Wanneer we de standaard-deviatie van de CVS- en controle-groepen onderzochten, was deze niet significant verschillend. Daarom droeg het feit dat de onderzochte groep vrij klein was niet bij tot de significante verschillen tussen de groepen. […]

Samenvatting en conclusie

We hebben duidelijk aangetoond dat de CVS-individuen (in vergelijking met controle-individuen) in deze studie een veranderde corticale oxygenatie-respons hebben op oplopende inspanning. De verminderde cerebrale oxygenatie en bloed-volume veranderingen zijn hoogstwaarschijnlijk gerelateerd met verminderingen in de regionale cerebrale bloeddoorstroming […].

[De gegevens suggereren dat de veranderingen kunnen bijdragen tot de verminderde inspanningstolerantie bij CVS en ondersteunen dat CVS, ten dele, centraal – d.w.z. via de hersenen – gemedieerd is.]

Geef een reactie »

Nog geen reacties

RSS feed for comments on this post. TrackBack URI

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit / Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit / Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit / Bijwerken )

Google+ photo

Je reageert onder je Google+ account. Log uit / Bijwerken )

Verbinden met %s

Blog op WordPress.com.

%d bloggers op de volgende wijze: