M.E.(cvs)-wetenschap

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.

Geef een reactie »

Nog geen reacties

RSS feed for comments on this post. TrackBack URI

Geef een reactie

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

WordPress.com logo

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

Twitter-afbeelding

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

Facebook foto

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

Google+ photo

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

Verbinden met %s

Maak een gratis website of blog op WordPress.com.

%d bloggers op de volgende wijze: