M.E.(cvs)-wetenschap

juni 29, 2009

Vertraagd herstel na Inspanning bij CVS

Filed under: Inspanning — mewetenschap @ 8:37 am
Tags: , , , ,

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

————————-

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

Demonstration of delayed recovery from fatiguing exercise in Chronic Fatigue Syndrome

Lorna Paula, Leslie Woodb, Welhelmina MH Behanc and William M MacLarend

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

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

Inleiding

[…]

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

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

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

Methode

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

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

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

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

[…]

Resultaten

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

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

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

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

Bespreking

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

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

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

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

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

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

juni 21, 2009

Interleukine-6 en isoprostanen bij CVS na inspanning

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

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

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

Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports 2010; 20(2): 282-290

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Methoden

Individuen

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

Studie bij Inspanning

[…]

Studie bij Rust

[…]

Metingen

[…]

Resultaten

[…]

Bespreking

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Perspektieven

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

juni 14, 2009

CVS * Oxidatieve Stress en Hsp bij inspanning

Filed under: Diagnostiek,Inspanning — mewetenschap @ 12:08 pm
Tags: , , , ,

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

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

————————-

J Intern Med. (2009) 266: 196-206 [ahead of print]

Chronic Fatigue Syndrome combines increased exercise-induced oxidative stress and reduced cytokine and Hsp responses

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

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

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

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

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

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

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

Inleiding

[…].

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

De cellulaire redox-toestand wordt hoofdzakelijk vertegenwoordigd door het evenwicht tussen de niveaus aan cellulaire oxidanten en reductanten. Talrijke gegevens suggereren dat ‘heat-shock’ proteïnen (Hsp) de bestaande endogene anti-oxidanten tijdens en na de cellulaire oxidatieve stress zouden aanvullen, waarbij ze cellen beschermen tegen de schadelijke effekten van reaktieve zuurstof soorten (ROS). Bij gezonde sedentaire individuen bestaat een nauwe inter-relatie tussen cellulaire expressie van ‘heat-shock’ proteïnen en de redox-status. De Hsp-expressie vermindert de aanmaak van ROS via de aktivatie van anti-oxidanten en de oxidanten en anti-oxidanten verhogen op hun beurt plasma Hsp-waarden. Vorming van Hsp20, Hsp27 en Hsp70 gebeurt in samentrekkende spieren. Nauwe interakties bestaan ook tussen de aktivatie van Hsp gen-expressie en IL-6 produktie. Hsp induceert inflammatoire processen, inclusief de aanmaak van IL-6 en, omgekeerd, IL-6 aktiveert Hsp gen-expressie. Aangezien een redox-onevenwicht bestaat bij patiënten met CVS en gezien de vermelde link tussen Hsp en redox-status, lijkt een gewijzigde Hsp-respons bij CVS-patiënten zeer waarschijnlijk. We vonden geen informatie over de basale plasma-waarden van Hsp27 en 70, noch over hun verandering na een maximale inspanning bij CVS-patiënten.

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

[Geïnteresseerden kunnen bijkomende referenties opvragen…]

Methoden

[…]

Resultaten

Variabelen bij rust

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

Respons op inspanning

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

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

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

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

[…]

Bespreking

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

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

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

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

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

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

juni 8, 2009

TGF-beta in de hersenen

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

De literatuur…

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Arai M, Yamazaki H, Inoue K, Fushiki T

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

TGF-β werkt als een pro-inflammatoir cytokine op de endotheliale cellen van de hersen-bloedvaten. Het is zeldzaam dat een cytokine zijn werking verandert naar pro-inflammatoir of anti-inflammatoir afhankelijk van het cel-type waarop het werkt of van variaties in andere factoren; het blijft gissen naar het waarom van fenomeen. [zie: ‘TGF-beta – vermoeidheid, neuro-protektie’ … Th17 ?] Sommige van de bidirectionele effekten van of TGF-β kunnen te wijten zijn aan de diversiteit van de TGF-β receptor.

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

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

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

juni 1, 2009

TGF-beta – vermoeidheid, neuro-protektie

Filed under: Immunologie,Inspanning,Neurologie — mewetenschap @ 8:39 am
Tags: , , , , , ,

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

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

Het heeft hoofdzakelijk een anti-inflammatoire, immuun-onderdrukkende werking Het wordt geproduceerd door mononucleairen/fagocyten en ligt ook opgeslagen in granules van circulerende bloedplaatjes. ‘Transforming growth factor’ (TGF)-β inhibeert sterk de ontwikkeling van Th1 én Th2 cellen, en inhibeert de release van TNF-α.

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

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

Een overzicht van de meeste relevante wetenschappelijke literatuur…

————————-

Cytokine (1991) 3: 292-8

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

————————-

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

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

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

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

Increased neutrophil apoptosis in Chronic Fatigue Syndrome

Kennedy G, Spence V, Underwood C, Belch JJ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Cell Transplant (2005) 14: 1-9

Transplantation of foetal kidney cells: neuroprotection and neuroregeneration

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

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

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

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

Psychiatry Res. (2005) 134: 101-4

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

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

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

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

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

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

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

Naast zijn inhiberende effekten op Th1 en Th2 cellen (anti-inflammatoir), werd ‘transforming growth factor’ beta (TGF-β) ook geïdentificeerd als een cytokine dat noodzakelijk is voor ontwikkeling van Th17 (Weaver CT et al.: ‘Transforming growth factor-beta induces development of the Th17 lineage’; Nature. 2006 May 11;441(7090):231-4 * ‘Th17: an effector CD4 T-cell lineage with regulatory T-cell ties’; Immunity. 2006 Jun;24(6):677-88). Th17 heeft ook een pro-inflammatoire werking via IL-6 en IL-23. TGF-β lijkt dus op het kruispunt te staan en te kunnen kiezen voor een anti- of pro-inflammatoir mechanisme (G.E. Katsifis: ‘Imbalance Between Pro- and Anti-Inflammatory Roles of TGF-β in Sjögren’s Syndrome’; American College of Rheumatology Annual Scientific Meeting 2006: “Onevenwicht tussen pro- en anti-inflammatoire krachten kunnen auto-immuniteit bestendigen.”). De normale anti-inflammatoire effekten van TGF-β blijken onder bepaalde omstandigheden (ernstige acute inflammatie) tevens onvoldoende te zijn en daarbij speelt oxidatieve stress (via NF-κB) een rol (Xiao YQ, Freire-de-Lima CG, Janssen WJ, Morimoto K, Lyu D, Bratton DL, Henson PM: ‘Oxidants selectively reverse TGF-β suppression of pro-inflammatory mediator production’; J Immunol 2006, vol.176, 2, 1209-1217)! Het teniet toen van het door TGF-β gemedieerd inhiberend effekt op de produktie van pro-inflammatoire mediatoren door oxidatieve stress lijkt volgens hen ook onafhankelijk te zijn van het type cel en stimulus

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

Trends Immunol. (2006) 27: 358-61

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

Veldhoen M, Stockinger B

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

‘Transforming growth factor’ (TGF) beta wordt over het algemeen beschouwd als een anti-inflammatoir cytokine, een standpunt dat duidelijk niet overeenkomt met de beschrijving van de rol voor TGF-β1 bij de differentiatie van T-helper (Th)17 cellen – een nieuwe, sterk inflammatoire T-cel subset die interleukine (IL)-17 produceert. Deze bevindingen bevestigen echter vroegere studies, van vóór de ontdekking van Th17-cellen, die een schijnbaar paradoxale pro-inflammatoire rol voor TGF-β beschreven. In dit artikel stellen we voor dat de toediening van neutraliserende anti-TGF-beta antilichamen, in doelwitten van chronische inflammatie, ziekte zou verbeteren of opheffen omdat dit de differentiatie van Th17-cellen zou beperken. In tegenstelling hiermee zouden gelijkaardige interventies op mucosa [slijmvliezen], waar Th17-cellen een beschermende rol lijken te hebben, ziekte in experimentele modellen van colitis [ontsteking van de dikke darm] kunnen verergeren. Een overmatige produktie van Th17-cellen -cellen in respons op infektie of trauma zou kunnen resulteren in lekkage in perifere weefsels en een auto-immune pathologie veroorzaken.

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

Op de ‘9th International IACFS/M.E. Research and Clinical Conference’ (Reno, Nevada, USA; March 2009) rapporteerde dr Ritchie Shoemaker een associatie te hebben gevonden tussen verhoogde auto-immune abnormaliteiten en gestegen TGF-β bij kinderen (8-17 jaar) met duidelijk geïdentificeerde CVS. Losartan, een angiotensine-II type 1 receptor (AT1) blokker die wordt gebruikt bij de behandeling van hypertensie, zou TGF-β verlagen en dit wellicht door een werking op Th17-cellen die op hun beurt Treg cellen beïnvloeden. Losartan zou een rol kunnen spelen bij de abormaliteiten van het aangeboren immuunsysteem.

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

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

Maak een gratis website of blog op WordPress.com.