M.E.(cvs)-wetenschap

mei 25, 2017

Metagenomische profielen in stoelgang bij subgroepen M.E.(cvs)-patiënten

Filed under: Diagnostiek — mewetenschap @ 6:05 am
Tags: , , , , , , ,

In een persbericht beklemtoonden de eerste auteur van onderstaande studie: “Individuen met M.E./CVS hebben een aparte mix van darm-bakterieën en gerelateerde metabole stoornissen die de ernst van hun ziekte kunnen beïnvloeden.” en “De analyse suggereert dat we in staat zouden moet zijn patiënten met M.E./CVS te subtyperen via het analyseren van het microbioom in hun stoelgang.”. Dr Ian Lipkin (autoriteit omtrent het gebruik van molekulaire methodes voor pathogeen-ontdekking) voegde er aan toe: “Wellicht zoals bij IBS (irritable bowel syndrome’, prikkelbare darm syndroom), kan bij M.E./CVS een verstoring in de communicatie tussen de hersenen en de darmen (gemedieerd door bakterieën, hun metabolieten en de molekulen die ze beïnvloeden) betrokken zijn. Door de specifieke bakterieën te identificeren, komen we een stap dichter bij meer accurate diagnose en doelgerichte therapieën.”.

Alle darm-studies bij M.E.(cvs) gebruikten tot nu toe zgn. 16S rRNA sequentie-bepaling om het microbioom te analyseren. Deze methode focust op een deeltje van het bakterieel genoom (het 16S ribosomaal RNA) en omdat 97% gelijkaardig zijn, zullen er bij zowat 40% van de bakterie-geslachten sequenties zijn die niet goed te onderscheiden zijn; ‘Characterization of the Gut Microbiome Using 16S or Shotgun Metagenomics’ in Front Microbiol. (2016) 20: 459). De 16S rRNA methodiek geeft ook tegenstrijdige resultaten, waardoor de resultaten kunnen variëren. De studies zijn daarom niet waardeloos (ze geven een idee over de betrokken bakterie-soorten) maar ze kunnen niet differentiëren tussen sommige nuttige en schadelijke soorten in een geslacht; ze zijn niet specifiek genoeg. Dr Lipkin gebruikte de (duurdere maar veel preciezere) methode genaamd ‘shotgun’ metagenomische sequentie-bepaling (analyse van het totale metagenoom d.m.v. onbeperkte sequentie-bepaling van het genoom van alle micro-organismen aanwezig in een staal en bio-informatische aanpak van de gegevens) dat het ganse genoom analyseert. In een interview zei hij dat hij overtuigd was dat de in de studie geïdentificeerde soorten correct zijn.

De resultaten komen omstandig aan bod in onderstaand stuk. De aanwezigheid van prikkelbare darm syndroom bij de M.E.(cvs)-patiënten zorgde voor verschillen. De resultaten lijken te suggereren dat M.E.(cvs)-patiënten mét IBS minder ‘goede bakterieën’ in hun darm hebben. Dit zou kunnen leiden tot inflammatie en zgn. ‘lekkende darm’ waardoor bakterieën in het bloed komen en een immuun-respons triggeren. Of IBS leidt tot M.E.(cvs) of er een gevolg van is, is nog onduidelijk.

Dat darm-bakterieën ons metabolisme beïnvloeden is geweten. Daarom bepaalden de researchers ook welke effekten de verschillen zouden kunnen hebben om de werking van het metabolisme. Analyse gaf aan dat verschillende metabole mechanismen naar voor kwamen in de verschillende groepen. Er zijn belangrijke overéénkomsten qua (door bakterieën geaktiveerde) metabole mechanismen bij M.E.(cvs)-patiënten mét en zonder IBS, maar ook belangrijke verschillen. Problemen met de aanmaak van ATP en de ureum-cyclus blijken meer geassocieerd met M.E.(cvs) mét IBS; problemen met het vetzuren-metabolisme zijn gemeenschappelijk voor alle M.E.(cvs)-patiënten.

Verrassend was dat de gevonden bakteriële verschillen niet gelinkt bleken te zijn met veranderingen qua cytokinen. Lipkin zei dat dit wellicht was omdat er weinig patiënten in de studie zaten die nog maar kort M.E.(cvs) hadden (deze met een ge-upreguleerd immuunsysteem) om verschillen qua immuniteit op te pikken. Een groter patiënten-staal had er misschien voor gezorgd dat dit wel werd gedetekteerd.

De verschillen qua bakterie-soorten leken ook een effekt te hebben op de symptomen.

Het onderzoek-team omvatte top-klinici wat betreft M.E.(cvs) die ervoor zorgden dat de diagnose rigoureus werd gesteld: Nancy Klimas, Dan Peterson, Jose Montoya, Lucinda Bateman & Susan Levine. Professor Anthony Komaroff (Harvard Medical School) maakte er ook deel van uit. Ondersteuning van het onderzoek kwam van het ‘Chronic Fatigue Initiative’ van de ‘Hutchins Family Foundation’, de ‘National Institutes of Health Centre for Research in Diagnostics and Discovery’ en via crowdfunding van het ‘Microbe Discovery Project’.

Naar behandeling toe zou men kunnen denken in de richting van pre- & pro-biotica, immuno-modulerende medicijnen en/of stoelgang-transplantatie; maar één unieke behandeling voor alle patiënten lijkt ons geen optie. Zowiezo zullen er (gerepliceerde) klinische testen moeten aan voorafgaan…

Lees ook nog: ‘Microbioom sekse-verschillen bij M.E.(cvs)’.

————————-

Microbiome (2017) 5: 44

Fecal metagenomic profiles in subgroups of patients with Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome

Nagy-Szakal D (1), Williams BL (1), Mishra N (1), Che X (1), Lee B (1), Bateman L (2), Klimas NG (3,4), Komaroff AL (5), Levine S (6), Montoya JG (7), Peterson DL (8), Ramanan D (9), Jain K (1), Eddy ML (1), Hornig M (1), Lipkin WI (10)

1 Centre for Infection and Immunity, Columbia University Mailman School of Public Health, New York, NY, 10032, USA

2 Fatigue Consultation Clinic, Salt Lake City, UT, 84102, USA

3 Institute for Neuro-Immune Medicine, College of Osteopathic Medicine, Nova Southeastern University, Fort Lauderdale, FL, 33314, USA

4 Miami VA Medical Centre, Miami, FL, 33125, USA

5 Brigham and Women’s Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA, 02115, USA

6 Levine Clinic, New York, NY, 10021, USA

7 Stanford University, Palo Alto, CA, 94305, USA

8 Sierra Internal Medicine at Incline Village, Incline Village, NV, 89451, USA

9 Ayasdi, Inc., Menlo Park, CA, 94025, USA

10 Centre for Infection and Immunity, Columbia University Mailman School of Public Health, New York, NY, USA

Samenvatting

ACHTERGROND: Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS) wordt gekenmerkt door onverklaarde persistente vermoeidheid, die gewoonlijk vergezeld wordt door cognitieve dysfunktie, slaap-stoornissen, orthostatische intolerantie, koorts, lymfadenopathie en prikkelbare darm syndroom (IBS). De mate waarop het gastro-intestinaal microbioom en perifere inflammatie geassocieerd zijn M.E./CVS blijft onduidelijk. We betrachten een rigoureuze klinische karakerisatie, faecale bakteriële metagenomica en analyse van immuun-molekulen in het plasma bij 50 M.E./CVS-patiënten en 50 gezonde controles gematcht voor leeftijd, geslacht, ras/ethniciteit, geografische lokatie en seizoen waarin de staalname gebeurde.

RESULTATEN: Topologische analyse onthulde associaties tussen IBS co-morbiditeit, body-mass-index, faecale bakteriële samenstelling en bakteriële metabole mechanismen maar niet met plasma immuun-molekulen. IBS co-morbiditeit was de sterkste bepalende factor voor het afzonderen van topologische netwerken gebaseerd op bakteriële profielen en metabole mechanismen. Voorspellende selektie-modellen gebaseerd op bakteriële profielen ondersteunden de bevindingen van topologische analyses die er op wijzen dat M.E./CVS-subgroepen, gedefinieerd op basis van IBS-status, kunnen worden onderscheiden van controle-individuen met een hoge voorspellende accuraatheid. Bakteriële taxa [taxonomische groepen; organismen die samen een éénheid vormen] die M.E./CVS-patiënten met IBS voorspellen, waren verschillend van taxa geassocieerd met M.E./CVS-patiënten zonder IBS. Verhoogde aantallen ongeklassificeerde Alistipes en verlaagde Faecalibacterium doken op als de top biomerkers van M.E./CVS met IBS; terwijl verhoogde aantallen ongeklassificeerde Bacteroides en verlaagde Bacteroides vulgatus de top biomerkers van M.E./CVS zonder IBS waren. Ondanks het vinden van verschillen qua bakteriële taxa en metabole mechanismen die M.E./CVS-subgroepen definiëren, bleken metabole mechanismen geassocieerd met biosynthese van onverzadigde vetzuren en verhoogde atrazine [onkruid-verdelgingsmiddel] -afbraak mechanismen onafhankelijk van IBS co-morbiditeit. Verhoogde vitamine-B6 biosynthese/hergebruik en pyrimidine-ribonucleoside afbraak waren de top metabole mechanismen bij M.E./CVS zonder IBS alsook bij de totale M.E./CVS-groep. Bij de M.E./CVS-subgroepen waren symptoom-ernst metingen (pijn, vermoeidheid en verminderde motivatie) gecorreleerd met de hoeveelheden verschillende bakteriële taxa en metabole mechanismen.

BESLUITEN: Onafhankelijk van IBS is M.E./CVS geassocieerd met dysbiose [dysbakteriose; microbieel onevenwicht] en verschillende bakteriële metabole stoornissen die de ziekte-ernst kunnen beïnvloeden. Onze bevindingen geven echter aan dat dysbiotische kenmerken die uniek met M.E./CVS geassocieerd zijn, kunnen gemaskeerd zijn door stoornissen die voortvloeien uit de hoge prevalentie van IBS co-morbiditeit bij M.E./CVS. Deze inzichten kunnen een meer accurate diagnose mogelijk maken en leiden tot inzichten die informeren met betrekking tot de ontwikkeling van specifieke therapeutische strategieën voor M.E./CVS-subgroepen.

Achtergrond

[…]. 35 tot 90% van de M.E./CVS-individuen melden abdominaal ongemak dat consistent is met prikkelbare darm syndroom (IBS).

Bakterieën, hun metabolieten en de gastheer-molekulen die ze beïnvloeden nemen deel aan bidirectionele communicatie-mechanismen die de darm en het centraal zenuwstelsel (CZS) verbinden. Intestinale dysbiose kan de plaatselijke fysiologie (zoals bij IBS) en immunologische circuits, alsook cognitie en stemming ontregelen.

Studies gebaseerd op culturen en sequentie-bepaling van 16S ribosomaal RNA (rRNA) van stoelgang-bakterieën hebben bewijs voor dysbiose (een onevenwicht van intestinale bakteriële populaties) onthuld bij M.E./CVS [bv. Giloteaux L et al. Reduced diversity and altered composition of the gut microbiome in individuals with Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome. Microbiome (2016) 4: 30]. Er werden veranderingen qua plasma-metabolieten geïdentificeerd die M.E./CVS-patiënten onderscheiden van gezonde controles. Minstens enkele van deze metabolieten zijn produkten van het intestinaal microbioom [Yamano E et al. Index markers of Chronic Fatigue Syndrome with dysfunction of TCA and urea cycles. Sci Rep. (2016) 6: 34990 /// Naviaux RK et al. Metabolic features of Chronic Fatigue Syndrome. Proc Natl Acad Sci USA. (2016) 113: E5472-5480]. Hier bieden we een aanvulling en uitbreiding van dit werk bij een groep van M.E./CVS-patiënten en 50 gezonde controles d.m.v. ‘shotgun’ metagenomische sequentie-bepaling [zie onze inleiding], analyse van metabole mechanismen, en verbinding met klinische gegevens en plasma immuun-profielen. We gebruiken ook een nieuw topologische data analyse (TDA) platform [Topologie is een wiskundige discipline die vorm bestudeert. Hier betekent dit multi-dimensionele subgroepen/netwerken. Topologische Data Analyse verwijst naar het analyseren van grote hoeveelheden complexe gegevens.] dat verbanden onthult die over het hoofd kunnen worden gezien bij gebruik van lineaire analytische modellen.

Methodes

[…]

Resultaten

Kenmerken van de studie-populatie

Patiënten voldeden aan de 1994 CDC Fukuda en de 2003 Canadese consensus criteria. […] 41 vrouwelijke en 9 mannelijke M.E./CVS-patiënten (gemiddelde leeftijd 51,1 jaar); 41 vrouwelijke en 9 mannelijke controle (gemiddelde leeftijd 51,3 jaar). […] IBS-diagnose bij 21 van de 50 M.E./CVS-patiënten (42%) en geen enkele van de controles. 9 van de 21 M.E./CVS mét IBS patiënten (43%) rapporteerden een IBS-diagnose te hebben gekregen vóór M.E./CVS. 28 M.E./CVS-patiënten en 22 controles hadden hoge BMI (>25 kg/m2).

Topologische data analyse (TDA) van faecale microbiomen, voorspelde bakteriële metabole mechanismen, plasma immuun-molekule profielen en klinische kenmerken

Er werd ‘shotgun’ metagenomische sequentie-bepaling van stoelgang-stalen aangewend om de microbiële samenstelling te bepalen (relatieve hoeveelheden van taxa) en de bakteriële metabole mechanismen bij de M.E./CVS-patiënten en de controle-individuen af te leiden. […] We construeerden een TDA-netwerk opgebouwd uit de 100 stalen […] en 1.358 variabelen (574 m.b.t. de relatieve hoeveelheden bakteriële taxa; 586 m.b.t. de metabole mechanismen – 131 ‘super-pathways’ [combinaties van biochemische mechanismen die de biosynthese of het metabolisme van een groep verwante molekulen beschrijven] en 455 individuele metabole mechanismen; 61 die de waarden weerspiegelen van elke plasma immuun-molekule; 80 m.b.t. symptomen (items van gezondheid-vragenlijsten) en 57 m.b.t. co-morbiditeiten en demografische variabelen). De verbanden tussen deze datasets werden geanalyseerd […] om multi-dimensionele netwerken en de individuele factoren (microbiële, metabole mechanismen, immuun-molekulen en klinische variabelen) die deze netwerken onderscheiden, te identificeren

De M.E./CVS-patiënten vormden topologische netwerken afgezonderd van de controle-individuen. IBS co-morbiditeit was de sterkste bepalende factor in de afscheiding van de metagenomen bij M.E./CVS. TDA onthulde verschillen qua bakteriële taxa en metabole mechanismen tussen M.E./CVS, M.E./CVS mét IBS en M.E./CVS zonder IBS vs. controles. Op het niveau van bakteriële families, waren de relatieve hoeveelheden Lachnospiraceae & Porphyromonadaceae lager bij M.E./CVS (mét én zonder IBS) vergeleken met controles, terwijl de relatieve hoeveelheden van Clostridiaceae hoger. Op het niveau van de geslachten, waren de Dorea, Faecalibacterium, Coprococcus, Roseburia & Odoribacter lager bij M.E./CVS t.o.v. de controles, terwijl de Clostridium & Coprobacillus hoger waren. De 12 bakterie-soorten die de verschillen bepalen tussen de M.E./CVS- en controle-groepen waren Faecalibacterium prausnitzii, Faecalibacterium cf., Roseburia inulinivorans, Dorea longicatena, Dorea formicigenerans, Coprococcus catus, Odoribacter splanchnicus, Ruminococcus obeum & Parabacteroides merdae (gedaald bij M.E./CVS), en Clostridium asparagiforme, Clostridium symbiosum & Coprobacillus bacterium (gestegen bij M.E./CVS).

De variabiliteit binnen de controle-groep was kleiner dan in de M.E./CVS-groep. […] Bij M.E./CVS mét IBS waren er minder van de Proteobacteria fylum [bakteriële stam], C. Catus & F. prausnitzii soorten, en minder van de Clostridiaceae familie vergeleken met controles. Analyse van de ‘super-pathways’ toonde wijzigingen qua haem [onderdeel van hemoglobine in rode bloedcellen maar ook een belangrijke groep in mitochondriale cytochromen] -biosynthese, en carboxylaten [lactaat, pyruvaat en keton-lichamen], aminozuren en polyaminen [organische verbindingen die meer dan één amine-groep bevatten] -metabolisme. Bij de M.E./CVS zonder IBS werd het verschil bepaald door de verhoogde hoeveelheden van leden van de Clostridiaceae familie, de Clostridium & Pseudoflavonifractor geslachten, en de verminderde hoeveelheden van leden van de Porphyromonadaceae familie, en Odoribacter & Parabacteroides geslachten. De bakteriële soorten bepalend voor de verschillen tussen M.E./CVS zonder IBS en controles waren D. formicigenerans, C. catus, Blautia hansenii & Parabacteroides distasonis (allen gedaald bij M.E./CVS zonder IBS) en ongeklassificeerde Bacteroides, D. longicatena, Ruminococcus gnavus, C. symbiosum, Eggerthella lenta, Pseudoflavonifractor capillosus, C. bacterium, Clostridium cf. & scindens (allen verhoogd bij M.E./CVS zonder IBS). […] Er werden hogere KS (Kolmogorov-Smirnov) scores [identificeert significante verschillen tussen netwerken] gevonden voor bakteriële taxa en metabole mechanismen die de M.E./CVS mét IBS groep onderscheidden van controles. Vergelijkingen aangaande de M.E./CVS mét IBS subgroep (vs. controles & vs. M.E./CVS zonder IBS) toonden sterke verbanden met bakteriële taxa en metabole mechanismen dan om ’t even welke andere vergelijkingen.

4 netwerken gedefinieerd door IBS co-morbiditeit en BMI waren geassocieerd met een duidelijk metagenomisch en immuun-profiel.

M.E./CVS en M.E./CVS -subgroepen zijn geassocieerd met een gewijzigde microbiële samenstelling

Taxonomische analyse van de samenstelling gebaseerd op metagenomische sequentie-bepaling gaf aan dat de 2 overwegende stammen bij M.E./CVS- en controle-individuen Bacteroidetes (64,9 & 63,4% respectievelijk) en Firmicutes (26,6 & 29,7% respectievelijk) waren. In combinatie waren Bacteroidetes & Firmicutes verantwoordelijk voor een gemiddelde relatieve hoeveelheid van 91,5% bij M.E./CVS en 93,1% bij controles. De andere stammen (Actinobacteria, Proteobacteria, Verrucomicrobia, Euryarchaeota, Lentisphaerae & Fusobacteria) kwamen in kleinere relatieve hoeveelheden (< 5%) voor in de stalen.

[…] Gegevens bekomen via andere statistische methodes bieden bewijs voor een grotere variabiliteit in de microbiomen van M.E./CVS-patiënten.

Er werden ook 22 bakteriële taxa geïdentificeerd die aangerijkt waren bij M.E./CVS en 27 aangerijkt bij controles. […] 41 bakteriële soorten, geslachten, families of orden verschilden tussen de M.E./CVS- en controle-groepen. 37 bakteriële taxa differentieerden M.E./CVS van controles volgens 2 statistische methodes. Op het niveau van bakteriële orden en families waren de relatieve hoeveelheden van leden van de orde Pasteurellales en van de families Lachnospiraceae, ongeklassificeerde Bacillales & Pasteurellaceae lager bij de M.E./CVS-patiënten dan bij de controles, terwijl de relatieve hoeveelheden van leden van de familie Clostridiaceae hoger lagen bij M.E./CVS. Op het niveau van geslachten waren de hoeveelheden van leden van de geslachten Faecalibacterium, Roseburia, Coprococcus, Gemella, Dorea & Haemophilus lager bij M.E./CVS, terwijl de hoeveelheden van de geslachten Clostridium, Pseudoflavonifractor, Anaerostipes & Coprobacillus hoger lagen bij M.E./CVS. De bakteriële soorten die de verschillen de M.E./CVS- en controle-groepen bepaalden, waren F. prausnitzii, Alistipes putredinis, Faecalibacterium cf., R. inulinivorans, D. longicatena, D. formicigenerans, Eubacterium ventriosum, Eubacterium hallii, Haemophilus parainfluenzae, P. distasonis, R. obeum & C. catus (allemaal gedaald bij M.E./CVS) en ongeklassificeerde Bacteroides, ongeklassificeerde Alistipes, P. capillosus, Clostridium bolteae, R. gnavus, C. asparagiforme, Anaerostipes caccae, C. bacterium, C. symbiosum & C. scindens (allemaal verhoogd bij M.E./CVS). Faecalibacterium, Roseburia, Dorea, Coprococcus, Clostridium, Ruminococcus & Coprobacillus soorten waren significant verschillend (M.E./CVS-patiënten vs. controles […]).

Bewijsmateriaal verkregen via TDA dat IBS gelinkt was met verschillen qua ziekte-ernst, microbiomen en immuun-profielen leidde er ons toe de patiënten-groep onder te verdelen in M.E./CVS mét IBS en M.E./CVS zonder IBS, en te testen op groep-specifieke verschillen in de microbiomen […].

Bij vergelijkingen van de M.E./CVS mét IBS en controles, identificeerden we 12 bakteriële soorten, geslachten of families die waren aangerijkt bij M.E./CVS mét IBS en 26 bakteriële taxa aangerijkt bij de controles. […] 21 bakteriële taxa verschilden tussen M.E./CVS mét IBS en controles. […] De verschillen werden bepaald door toenames qua vertegenwoordigers van de Clostridiaceae familie, Clostridium & Anaerostipes geslachten, en afnames qua vertegenwoordigers van de Lachnospiraceae familie, Faecalibacterium, Roseburia, Coprococcus & Dorea geslachten. De 13 bakteriële soorten die de verschillen bepaalden tussen M.E./CVS mét IBS en controles waren F. prausnitzii, F. cf., ongeklassificeerde Faecalibacterium, R. inulinivorans, C. comes, D. longicatena, E. hallii, D. formicigenerans, R. obeum & C. catus (telkens gedaald bij de M.E./CVS mét IBS), en ongeklassificeerde Alistipes, C. bolteae & A. caccae (telkens gestegen bij de M.E./CVS mét IBS).

Bij de M.E./CVS zonder IBS, identificeerden we 29 bakteriële soorten, geslachten of families die waren aangerijkt en 16 bakteriële taxa aangerijkt bij de controles. […] 22 bakteriële taxa verschilden tussen de M.E./CVS zonder IBS en controles. […] De verschillen bij M.E./CVS zonder IBS werden bepaald door de verhoogde hoeveelheden van leden van de Pseudomonadales orde, de Clostridiaceae & Pseudomonadaceae familie, en de Clostridium, Pseudomonas, Pseudoflavonifractor, Eggerthella & Coprobacillus geslachten, en door de verlaagde hoeveelheden van leden van het Dorea geslacht. De 13 bakteriële soorten die de verschillen bepaalden tussen M.E./CVS zonder IBS en controles waren D. formicigenerans, C. catus & P. distasonis, (allen gedaald bij M.E./CVS zonder IBS), en ongeklassificeerde Bacteroides, R. gnavus, D. longicatena, P. capillosus, E. lenta, C. symbiosum & scindens, C. bacterium en Clostridium cf. (allen gestegen bij M.E./CVS zonder IBS).

[…] Hoewel controles een significante lagere intra-groep ongelijkheid vertoonden t.o.v. zowel M.E./CVS zonder IBS en M.E./CVS mét IBS, hadden M.E./CVS mét IBS de hoogste intra-groep ongelijkheid. Vergelijkingen tussen de groepen toonden aan dat er lagere ongelijkheid was tussen controles en M.E./CVS zonder IBS dan het geval was tussen controles en M.E./CVS mét IBS. Vergelijkingen tussen M.E./CVS zonder IBS vs. M.E./CVS mét IBS toonden hogere ongelijkheid dan controles vs. M.E./CVS zonder IBS maar gelijkaardige ongelijkheid als tussen controles vs. M.E./CVS mét IBS. Er was dus evenveel ongelijkheid tussen de 2 M.E./CVS-subgroepen (gedefinieerd door IBS co-morbiditeit) als tussen controles en M.E./CVS mét IBS; en zelfs grotere ongelijkheid tussen de subgroepen van IBS. Gecombineerd suggereren deze resultaten dat de M.E./CVS-individuen een grotere variatie qua microbiomen hebben dan de controle-individuen en dat M.E./CVS-individuen mét IBS de grootste intra-groep variatie vertonen.

[…] De relatieve hoeveelheden van 11 bakteriële soorten onderscheidden zowel M.E./CVS mét IBS als M.E./CVS zonder IBS van de controles. De relatieve hoeveelheden van 19 bakteriële soorten onderscheidden M.E./CVS zonder IBS van controles, maar hielpen niet bij de differentiatie van de totale M.E./CVS-groep van de controle-groep. […]

We vergeleken het aantal bakteriële soorten bij de M.E./CVS-groepen en de controles. Er werd een totaal van 363 bakterie-soorten geïdentificeerd in de totale studie-groep. Het aantal geïdentificeerde soorten was gelijkaardig bij M.E./CVS-patiënten en controles (gemiddeld: 74,24 ± 1,67 bij M.E./CVS; 77,5 ± 2,07 bij controles). We vonden ook geen verschillen qua aantal bakterie-soorten als we de subroepen vergeleken op basis van IBS-status (gemiddeld: 71,62 ± 2,26 voor M.E./CVS mét IBS; 76,14 ± 2,34 voor M.E./CVS zonder IBS; 77,5 ± 2,07 voor controles).

Bakteriële soorten onderscheiden M.E./CVS en M.E./CVS mét IBS van gezonde controle-individuen

[…] Soorten uit de Firmicutes fylum waren de hoofd-determinanten voor M.E./CVS-groep status. De relatieve hoeveelheden van 4 bakteriële soorten (C. catus, P. capillosus, D. Formicigenerans & F. prausnitzii) onderscheidden de M.E./CVS-patiënten van de controles […]. De toevoeging van 4 extra bakteriële soorten (C. asparigiforme, Sutterella wadsworthensis, A. putredinis & Anaerotruncus colihominis) verbeterden de voorspelling. […]

De relatieve hoeveelheden van bepaalde bakteriële taxa definieerden M.E./CVS-patiënten mét IBS. De relatieve hoeveelheden van slechts 2 bakteriële soorten (Faecalibacterium cf. & Bacteroides vulgatus) onderscheidden M.E./CVS mét IBS van de controles met een matige accuraatheid […]. De accuraatheid van de voorspelling verbeterde wanneer 9 bijkomende bakteriële soorten (F. cf., F. prausnitzii, B. vulgatus, A. putredinis, C. catus, A. caccae, D. formicigenerans, A. Colihominis & C. asparagiforme) werden toegevoegd aan het model […].

Lidmaatschap van de M.E./CVS zonder IBS subgroep (t.o.v. de controle-groep) werd voorspeld door de relatieve hoeveelheden Bacteroides caccae, P. capillosus, P. distasonis, Bacteroides fragilis, Prevotella buccalis, Bacteroides xylanisolvens & D. formicigenerans […]. De bakteriële soorten Bacteroides, Clostridium, Pseudoflavonifractor & Parabacteroides werden in alle statistische testen gevonden in de M.E./CVS zonder IBS groep (vergeleken met controles). De gedaalde relatieve hoeveelheid van Bacteroides vulgatus onderscheidde de M.E./CVS zonder IBS groep van de M.E./CVS mét IBS groep (alle statistische testen).

M.E./CVS-patiënten mét IBS werden onderscheiden van de M.E./CVS zonder IBS door de relatieve hoeveelheden van 11 bakteriële soorten […].

Bakteriële metabole mechanismen bij M.E./CVS

Er werden bakteriële metagenomische gegevens gebruikt om de verschillen te voorspellen qua funktionele metabole mechanismen in de M.E./CVS-subgroepen. Alles te samen werden 455 individuele bakteriële metabole mechansimen geïdentificeerd en geanalyseerd. Bij analyse van (in het totaal 131) super-mechanismen bleken bakteriële vitamine-B6 biosynthese en hergebruik, pyrimidine-ribonucleoside [bouwstenen van DNA/RNA] afbraak en atrazine-afbraak significant aangerijkt, terwijl bakteriële mechanismen voor de biosynthese van arginine, polyaminen, onverzadigde vetzuren & mycolaten [mycolzuren zijn een groep organische zuren met zeer lange koolwaterstof-ketens, deze zuren aangetroffen in de celwand van bakterieën die behoren tot de Mycolata (waartoe o.a. de TBC-bakterie behoort)] significant gereduceerd waren bij M.E./CVS t.o.v. controles. De M.E./CVS mét IBS groep vertoonde voorspelde aanrijking qua bakteriële mechanismen voor fucose-, rhamnose- [suikers], atrazine-afbraak en L-threonine biosynthese, gedaalde haem-, aminozuren- en polyamine-biosynthese, en een verminderd metabolisme qua purine-, pyrimidine- en onverzadigde vetzuren vergeleken met controles. In de M.E./CVS zonder IBS groep, waren de voorspelde bakteriële mechanismen voor vitamine-B6 biosynthese en hergebruik, pyrimidine-ribonucleosiden, atrazine-, glycerol- en sulfolactaat [wordt omgezet tot pyruvaat] -afbraak gestegen, terwijl de biosynthese van onverzadigde vetzuren en mycolaten verlaagd waren vergeleken met de controles. […] Statistische analyse toonde aanrijking van het mechanisme voor atrazine-afbraak bij zowel in de M.E./CVS als de M.E./CVS mét IBS groepen vergeleken met de controles; voorspelde bakteriële mechanismen voor arginine-, polyamine-biosynthese en pyrimidine-ribonucleoside afbraak bleken gereduceerd bij M.E./CVS mét IBS. […] M.E./CVS vertoonde wijzigingen qua individuele bakteriële metabole mechanismen gelinkt met TCA-cyclus [citroenzuur- of Krebs-cyclus; pyruvaat + acetyl-CoA => citraat, enz.; levert energie], afbraak van alkohol en aromatische molekulen, en vetzuren/lipiden-metabolisme. De M.E./CVS mét IBS groep was geassocieerd met gewijzigde bakteriële mechanismen voor vetzuren/lipiden-metabolisme, biosynthese van aromatische molekulen en afbraak van koolhydraten (CHO)/carboxylaten.

Plasma cytokine-concentraties onderscheidden de M.E./CVS-groepen niet

Er werd immuun-profilering uitgevoerd om te testen op veranderingen in de M.E./CVS-subgroepen. Er werden geen significante bevindingen vastgesteld […] voor alle 61 cytokinen. Vóór statistische aanpassing was TNF-α verhoogd bij de M.E./CVS-patiënten, vergeleken met de controles en de plasma-waarden van leptine, CSF-2, CXCL-8 & TNF-α waren hoger bij de M.E./CVS mét IBS patiënten dan bij de controles. De M.E./CVS-patiënten zonder IBS vertoonden (vóór de aanpassing) een trend tot verhoogd TNF-α vergeleken met controles. […] Er werd geen duidelijke clustering gezien tussen de ziekte-groepen.

Een voorspellend model gebaseerd enkel op de immuun-gegevens was weinig accuraat voor het onderscheiden van de M.E./CVS diagnostische groepen en controles […].

Correlaties van symptoom-ernst scores met hoeveelheden van bakteriële soorten en voorspelde bakteriële metabole mechanismen bij M.E./CVS en M.E./CVS-subgroepen

We onderzochten of de relatieve hoeveelheden van individuele bakteriële soorten, gedefinieerd door hun associatie met M.E./CVS en subgroepen, correleerden met de ‘Short Form 36 Health Survey’ en de ‘Multidimensional Fatigue Inventory’. De correlaties tussen de bakterie-soorten en de ziekte-ernst waren significant voor alle gevallen (M.E./CVS, M.E./CVS mét IBS of M.E./CVS zonder IBS).

Bij alle M.E./CVS-gevallen waren de verhoogde relatieve hoeveelheden van R. gnavus, C. bacterium, C. bolteae & C. asparagiforme geassocieerd met betere vitaliteit-, gezondheidverandering- en motivatie-scores. Verlaagde relatieve hoeveelheden F. prausnitzii & C. catus waren geassocieerd met slechtere scores qua emotioneel welzijn, terwijl verhoogde hoeveelheden R. inulinivorans & D. formicigenerans geassocieerd waren met verbeterde motivatie-scores.

Bij de M.E./CVS mét IBS gevallen waren gedaalde relatieve hoeveelheden ongeklassificeerde Alistipes, D. longicatena & R. inulinivorans geassocieerd met verbeterde vitaliteit-, gezondheidverandering- en vermoeidheid-scores. Verlaagde relatieve hoeveelheden van C. Comes & Faecalibacterium soorten waren geassocieerd met slechtere scores voor vermoeidheid en pijn, respectievelijk.

Bij de M.E./CVS zonder IBS, was de gestegen relatieve hoeveelheid van P. capillosus geassocieerd met slechtere scores voor vitaliteit, emotioneel welzijn, gezondheidveranderingen en motivatie. De relatieve hoeveelheden van D. formicigenerans & C. scindens waren geassocieerd met verbeterde motivatie-scores, gelijkaardig met patronen gezien bij totale M.E./CVS.

Metabole mechanismen voorspeld via bakteriële metagenomische gen-content onthulde correlaties tussen aktiviteit in specifieke mechanismen en klinische kenmerken. Verlaagde polyaminen-biosynthese bij zowel in M.E./CVS en M.E./CVS mét IBS was geassocieerd met slechter scores qua lichamelijke funktie scores en verhoogde vermoeidheid. Bij M.E./CVS mét IBS waren verhoogde fucose- en rhamnose-afbraak, en verhoogde threonine-biosynthese geassocieerd met slechtere scores voor algemeen welzijn en pijn, verlaagde fenylalanine- en tyrosine [aminozuren] -biosynthese, en verlaagde pyrimidine-deoxyribonucleoside afbraak waren geassocieerd met slechtere scores qua algemeen welzijn, mentale vermoeidheid en pijn. Verhoogde sulfolactaat-afbraak bij M.E./CVS zonder IBS was geassocieerd met betere pijn-scores.

Bespreking

M.E./CVS gaat gepaard met systemische inflammatie en zowel gastro-intestinale als neurologische stoornissen. Zodoende onderzochten we verbanden tussen microbiomen, metabole mechanismen en plasma cytokine-profielen bij individuen met M.E./CVS en gematchte controles. Metagenomische analyse en voorspellende selektie onthulde bakterie-soorten waarvan de relatieve hoeveelheden geassocieerd waren met M.E./CVS. Op basis van bevindingen uit verschillende modellen, bleken Faecalibacterium, Roseburia, Dorea, Coprococcus, Clostridium, Ruminococcus & Coprobacillus sterk geassocieerd met M.E./CVS; een combinatie van hun relatieve hoeveelheden leek de diagnose te kunnen voorspellen.

We kunnen geen directe vergelijking maken tussen de hier verkregen metagenomische resultaten en andere die gebaseerd waren op 16S rRNA analyses. Niettemin repliceren onze bevindingen deze van andere onderzoek-groepen wat betreft het aantonen van intestinale dysbiose bij M.E./CVS [bv. Shukla SK et al. Changes in gut and plasma microbiome following exercise challenge in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome (ME/CFS). PLoS One. (2015) 10: e0145453]. Er werden verminderde hoeveelheden van meerdere Firmicutes-populaties (zoals Roseburia, Synthrophococcus, Holdemania & Dialister) gevonden en een verhoogde hoeveelheid van Lactonifactor & Alistipes. Anderen rapporteerden een daling qua hoeveelheden Firmicutes en verschillen met controles qua aanwezigheid van 40 bakteriële soorten (inclusief F. prausnitzii, Ruminococcus spp, Coprococcus spp, E. lenta & C. aerofaciens). Onze bevindingen tonen ook verminderde Faecalibacterium soorten en verhoogde Alistipes bij M.E./CVS aan als de sterkste voorspellers van de ziekte.

De prevalentie van IBS co-morbiditeit is hoog bij individuen met M.E./CVS (35-90%). De onderliggende link tussen deze aandoeningen en de richting van het verband dienen nog te worden onderzocht. M.E./CVS en z’n onderliggende pathofysiologie of de emotionele responsen op het ziek-zijn bij deze individuen zou mensen die lijden aan M.E./CVS tot IBS kunnen voorbestemmen. Angst (bijzonderlijk bezorgdheid om gezondheid) en depressie komen courant voor bij M.E./CVS, en angst en depressie verdubbelen het risico op IBS. Een andere optie is de associatie tussen M.E./CVS en IBS ontstaan ten gevolge overlappende pathofysiologische mechanismen die bijdragen tot de ontwikkeling van beide syndromen. Bv: infektueuze gastro-enteritis veroorzaakt door bakteriële (Campylobacter jejuni, Salmonella enterica, Shigella sonnei, Escherichia coli 0157:H7), virale (norovirus) of protozoale (Giardia lamblia) pathogenen verhogen het risico op post-infektueuze IBS. Er wordt dikwijls gemeld dat M.E./CVS zich ontwikkelt na een acute infektueuze ziekte, en er werden post-infektueuze vermoeidheid toestanden gerapporteerd na bakteriële, virale en protozoale infekties [Hickie et al. Post-infective and Chronic Fatigue Syndromes precipitated by viral and non-viral pathogens: prospective cohort study. BMJ (2006) 333: 575]. Acute giardiasis [darm-infektie veroorzaakt door de parasiet Giardia lamblia] bv. is geassocieerd met een verhoogd risico op post-infektueuze IBS […] én verhoogd risico op post-infektueuze chronische vermoeidheid […]). Ten slotte: de associatie tussen deze syndromen zou kunnen voortkomen uit symptoom-overlapping. Inderdaad: er is symptoom-overlapping tussen IBS en andere funktionele somatische syndromen, inclusief M.E./CVS en fibromyalgie. IBS-patiënten hebben ook hogere scores op de ‘Fatigue Impact Scale’ dan gezonde individuen.

TDA onthulde dat IBS co-morbiditeit een belangrijke bepalende factor was van de topologische netwerken in onze M.E./CVS-groep. Gedaalde relatieve hoeveelheden qua Faecalibacterium soorten, R. obeum, E. hallii en C. comes waren geassocieerd met IBS co-morbiditeit. Het geslacht Anaerostipes was verhoogd bij M.E./CVS mét IBS, maar niet bij M.E./CVS zonder IBS. In tegenstelling daarmee werden de relatieve hoeveelheden van ongeklassificeerde Bacteroides, P. capillosus, E. lenta (telkens verhoogd) en P. distasonis (verlaagd) geïdentificeerd als specifieke merkers voor M.E./CVS zonder IBS. De relatieve hoeveelheid van D. longicatena was verhoogd bij M.E./CVS zonder IBS maar verlaagd bij M.E./CVS mét IBS. Dus: hoewel sommige verschillen qua bakteriële taxa in de totale M.E./CVS-groep worden bepaald door de hoge prevalentie van IBS co-morbiditeit, zijn andere specifiek voor M.E./CVS.

De verminderde hoeveelheden Faecalibacterium & Coprococcus soorten zijn geassocieerd met IBS-achtige symptomen, inclusief hyper-sensitiviteit van het colon, opgeblazen gevoel en gastro-intestinaal ongemak bij mensen en in dieren-modellen. Er werd gepostuleerd dat een gewijzigd microbioom leidt tot verhoogde darm-permeabiliteit (“leaky gut” [lekkende darm]) en intestinale inflammatie met gastro-intestinale symptomen. Verhoogde translocatie van lipopolysacchariden (LPS) van Gram-negatieve bakterieën leidt tot aanmaak van auto-antilichamen, disruptie van ‘tight-junctions’ [membranen van cellen komen samen en vormen een soort barrière zodat substanties verplicht worden de cel binnen te dringen om door het weefsel te raken, zodat er controle is over welke toegelaten worden en welke niet], en zowel lokale gastro-intestinale als systemische inflammatie. Eerdere bevindingen die veranderingen in de microbiomen van IBS-patiënten aantonen, werden hier bevestigd door de sterke associatie van deze bakterieën bij M.E./CVS-individuen mét IBS. Gezien de hoge mate van of IBS co-morbiditeit bij M.E./CVS, benadrukken dergelijke bevindingen het belang van het nagaan van IBS co-morbiditeit in studies die de rol van het microbioom bij M.E./CVS evalueren.

Het voorspellen van metabole mechanismen via bakteriële metagenomische genen-inhoud onthulde bijkomende veranderingen bij M.E./CVS en M.E./CVS-subgroepen. Gelijkaardig met onze bevindingen betreffende verschillen qua bakteriële samenstelling, waren verschillen qua voorspelde bakteriële metabole mechanismen die werden gevonden bij de totale M.E./CVS-groep representatief voor de verzamelde bevindingen geassocieerd met IBS-subgroepen. Deze resultaten suggereren dat, zoals bij bakteriële taxa, enkele bakteriële metabole mechanismen uniek gewijzigd kunnen zijn bij M.E./CVS terwijl andere gelinkt kunnen zijn met IBS co-morbiditeit.

Aanrijking van het mechanisme voor vitamine-B6 biosynthese en hergebruik was de sterkste voorspeller voor M.E./CVS alsook M.E./CVS zonder IBS, wat suggereert dat dit verband onafhankelijk is van IBS. Er werd een daling van de funktionele B-vitamine status gerapporteerd bij M.E./CVS-patiënten; het is echter onduidelijk of dergelijke verschillen kunnen worden toegeschreven aan afwijkende gastheer of bakteriële metabole mechanismen. Pyrimidine-deoxyribonucleoside afbraak en individuele mechanismen verbonden met de TCA-cyclus zijn energie-regulerende mechanismen in het gastheer-metabolisme. Wat verder de verschillen tussen M.E./CVS mét en zonder IBS benadrukt, is het feit dat het voorspelde bakterieel mechanisme van de pyrimidine-ribonucleoside afbraak was aangerijkt bij M.E./CVS zonder IBS (en in de totale M.E./CVS-groep) maar was verminderd bij in M.E./CVS mét IBS; vergeleken met controles. TCA- en energie-metabolisme kunnen de pathofysiologie van of M.E./CVS beïnvloeden door ontoereikende adenosine-trifosfaat (ATP) produktie [Vermeulen RCW et al. Patients with Chronic Fatigue Syndrome performed worse than controls in a controlled repeated exercise study despite a normal oxidative phosphorylation capacity. J Transl Med. (2010) 8: 93]. Er werden intermediaire metabolieten gelinkt met de TCA-cyclus geïdentificeerd als specifieke merkers voor M.E./CVS in metaboloom-analyses; het is echter onduidelijk of bakteriële dysbiose bijdraagt tot deze metabole veranderingen bij de gastheer. De metabolieten en componenten van de ureum-cyclus (aminozuren en ammoniak) bleken ook gewijzigd bij M.E./CVS. Onze resultaten geven echter aan dat de meerderheid van de bakteriële aminozuren metabole mechanismen die geassocieerd waren met M.E./CVS enkel geassocieerd waren met de M.E./CVS mét IBS subgroep. Dus: als bakteriële metabole mechanismen bijdragen tot deze geobserveerde metaboliet-wijzigingen bij de gastheer, zouden dergelijke veranderingen beperkt kunnen zijn tot de IBS-subgroep.

Er werd ook een aanrijking qua mechanismen m.b.t. de afbraak van atrazine bij M.E./CVS gevonden in onze analyses en dit zou onafhankelijk van IBS kunnen zijn, aangezien het voorspelde mechanisme van atrazine-afbraak een biomerker was voor zowel M.E./CVS zonder IBS en M.E./CVS mét IBS. Bijkomende studies zullen nodig zijn om te bepalen of atrazine, een chemische stof die wordt gevonden in pesticiden, aanwezig is het gastro-intestinaal kanaal van deze individuen en onderhevig is aan afbraak via deze mechanismen.

Het onverzadigde vetzuren biosynthese mechanisme, dat was voorspeld gereduceerd te zijn in alle 3 de M.E./CVS-groepen, is verbonden met energie-homeostase en basis-componenten van meerdere katabole processen. De verhouding van ω3/ω6 [omega-3/-6] vrije vetzuren en eicosapenteen-zuur/arachidonzuur [zie ‘Onverzadigde vetzuren en pijn] zijn gedaald bij M.E./CVS-patiënten. De verlaagde ω3 vrije vetzuren en gewijzigde verhouding van mono- en poly-onverzadigde vetzuren zijn gelinkt met pro-inflammatoire responsen en immuun-aktivatie [Puri BK. Long-chain poly-unsaturated fatty acids and the pathophysiology of Myalgic Encephalomyelitis (Chronic Fatigue Syndrome). J Clin Pathol. (2007) 60: 122-4]. De genen betrokken bij mycolaat-biosynthese, een bakterieel mechanisme wat voorspeld was gereduceerd te zijn bij M.E./CVS zonder IBS in deze studie, zijn verder verbonden met initiatie van het vrije vetzuren metabool mechanisme en metabole processen. Het verminderd voorkomen van haem-biosynthese mechanismen, alsook arginine- en polyaminen-biosynthese mechanismen zijn specifiek voor M.E./CVS mét IBS co-morbiditeit. Arginine is een voorloper van de produktie van stikstof-oxide (oxidatieve stress responsen) en ammoniak-metabolisme (ureum-cyclus). Arginine is verbonden met verhoogde energie en uithouding, beter geheugen en minder intestinale inflammatie via zenuwstelsel-signalisering. Hoewel werd aangetoond dat bakterieën in het darm-microbioom een belangrijke rol spelen bij het voorzien van vitaminen aan de gastheer en het darm-microbioom een diepgaande invloed heeft op zoogdier-metabolieten, zullen bijkomende studies nodig zijn om het verband te beoordelen tussen de hier geïdentificeerde bakteriële metabole mechanismen op basis van genetische inhoud, bakteriële meta-transcriptomen en het metaboloom bij M.E./CVS.

Specifieke bakteriële soorten en gerelateerde metabole mechanismen werden gecorreleerd met de score voor M.E./CVS ziekte-graad (vitaliteit, mentale vermoeidheid en pijn). Eerdere studies aangaande veranderingen in het darm-microbioom na inspanning bij M.E./CVS toonden wijzigingen binnen 72 h in vergelijking met ‘baseline’ en met controles [zie Shukla SK et al. hierboven]. Onze studie vond geen associatie tussen metagenoom-gegevens en gerapporteerde post-exertionele malaise/fysieke vermoeidheid. Onze studie was echter niet ontworpen om microbioom-veranderingen na inspanning bij in M.E./CVS-patiënten te beoordelen.

Plasma-cytokinen definieerden de M.E./CVS-groepen niet in onze studie. Eerdere studies toonden verhoogde waarden qua pro- en anti-inflammatoire cytokinen (zoals TNFα) aan in het plasma en cerebrospinaal vocht bij of M.E./CVS-patiënten met ziekte van korte duur [Hornig M et al. Distinct plasma immune signatures in ME/CFS are present early in the course of illness. Sci Adv. (2015) 1: e1400121 /// Hornig M et al. Cytokine network analysis of cerebrospinal fluid in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome. Mol Pyschiatry (2016) 21: 261-9]. De minder robuste bevindingen aangaande veranderingen qua plasma immuun-molekulen in de huidige studie-groep kan worden verklaard door een gebrek aan M.E./CVS-patiënten die nog niet lang ziek waren.

Besluiten

Onze resultaten zijn een bevestiging en uitbreiding van eerder werk dat intestinale dysbiose bij M.E./CVS aangeeft. We tonen verder aan dat patronen van dysbiose variëren met IBS co-morbiditeit. Toekomstige studies zouden meer gedetailleerd onderzoek van IBS-subtypes, geassocieerde GI-symptomen en hun relatie met M.E./CVS-dysbiose moeten overwegen. De identificatie van M.E./CVS-netwerken – gekenmerkt door specifieke profielen die microbiomen, metabole mechanismen en plasma immuun-molekulen integreren – kunnen accuratere diagnose mogelijk maken en leiden tot inzichten die informatie verschaffen naar de ontwikkeling van specifieke therapeutische strategieën toe.

 

mei 12, 2017

Neurale gevolgen van Post-Exertionele Malaise bij M.E.(cvs)

Een team rond professor Dane Cook (bewegingsleer; ‘Univeristy of Wisconsin’) heeft de effekten van inspanning op de cognitieve prestaties onderzocht bij vrouwelijke M.E.(cvs)-patiënten (die voldeden aan de diagnose-criteria voor cvs én M.E.) vergeleken met controles (met gelijkaardig niveau qua aktiviteit) tijdens testen een week vóór en een dag na een fysieke inspanning.

Zoals verwacht bleek bij ‘baseline’ dat de M.E.(cvs)-groep meer symptomen had en 13 van de 15 patiënten gaven aan dat inspanning die verergerde. De M.E.(cvs)-patiënten meldden meer uitputting en spierpijn door de inspanning-test. Wat betreft de symptoom-veranderingen (van vóór naar 24h na de inspanning) waren er grote verschillen.

Beide groepen rapporteerden meer mentale vermoeidheid bij de vermoeiende cognitieve taak maar bij de M.E.(cvs)-patiënten waren de veranderingen groter. Mensen met M.E.(cvs) bleken ook significant meer mentaal vermoeid door de niet-vermoeiende motorische en cognitieve taken. Waar de prestaties wat betreft de vermoeiende cognitieve taak voor controles verbeterden, gebeurde het tegenovergestelde voor de M.E.(cvs)-patiënten (meer fouten).

Er waren geen significante verschillen tussen hersen-responsen vóór en na inspanning (patiënten versus controles) voor de niet-vermoeiende motorische taak. Wat betreft de niet-vermoeiende cognitieve taak vertoonden de M.E.(cvs)-patiënten minder aktiviteit in een bepaald gebied van de hersenschors na de test. Bij de controles was dat in andere delen. De patiënten meldden ook meer moeite te hebben zich te kunnen concentreren na de test.

De ‘baseline’ hersen-responsen voor de vermoeiende cognitieve taak vertoonden significante aktiviteit in meerdere gebieden die relevant zijn voor cognitie (patiënten en controles). Bij vergelijking tussen vóór en na inspanning bleek voor de M.E.(cvs)-patiënten een hogere aktiviteit in bepaalde hersen-gebieden en bij de controles dalingen qua aktiviteit in deze en andere gebieden.

De resultaten komen in het artikel uitgebreid aan bod en geïnteresseerde lezers kunnen die altijd opvragen. De relevantie wordt hieronder besproken…

————————-

Brain, Behavior and Immunity (Pre-print februari 2017)

Neural Consequences of Post-Exertion Malaise in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome

Dane B. Cook (a,b), Alan R. Light (c), Kathleen C. Light (c), Gordon Broderick (d), Morgan R. Shields (b), Ryan J. Dougherty (b), Jacob D. Meyer (b), Stephanie VanRiper (b), Aaron J. Stegner (b), Laura D. Ellingson (e), Suzanne D. Vernon (f)

a William S. Middleton Memorial Veterans Hospital, Madison WI

b University of Wisconsin – Madison, Madison WI

c University of Utah, Salt Lake City, UT

d Nova Southeastern University, Fort Lauderdale, FL

e Iowa State University, Ames IA

f Bateman Horne Centre, Salt Lake City, UT

Samenvatting

Post-exertionele malaise is één van de meest invaliderende aspecten van Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom, toch werden de neurobiologische gevolgen grotendeels nog niet onderzocht. De doelstelling van de studie was het bepalen van de neurale gevolgen van acute inspanning via funktionele hersen-beeldvorming. 15 vrouwelijke patiënten met Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom en 15 gezonde vrouwelijke controles deden een sub-maximale inspanning (70% van die piek hartslag) van 30 minuten op een fiets-ergometer. Er werden gegevens verzameld over de symptomen (bv. vermoeidheid, pijn, stemming) en via hersen-beeldvorming één week vóór en 24 uur na de inspanning. Er werden funktionele hersen-beelden verkregen tijdens het uitvoeren van: 1) een vermoeiende cognitieve taak (de ‘Paced Auditory Serial Addition Task’), 2) een niet-vermoeiende cognitieve taak (eenvoudige getallen-herkenning) en 3) een niet-vermoeiende motorische taak (vingertikken). De gegevens betreffende symptomen en inspanning, en deze over de cognitieve prestaties werden geanalyseerd d.m.v. verschillende statistische testen. Ook de hersen-responsen op de vermoeiende en niet-vermoeiende taken werden geanalyseerd. Patiënten met Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom rapporteerden grote symptoom-veranderingen vergeleken met controles (effekt-grootte ≥ 0.8, p < 0.05). De patiënten en controles hadden gelijkaardige fysiologische responsen op inspanning (p > 0.05). De patiënten leverden echter een significant minder Wattage en rapporteerden een grotere uitputting en spier-pijn in de benen (p < 0.05). Voor de cognitieve prestaties bleek een significante interaktie (p < 0.05): pre- en post-inspanning verbeteringen voor controles en verslechtering voor patiënten. De hersen-responsen op vingertikken verschilden niet tussen de groepen op geen enkel tijdstip. Tijdens de cijfer-herkenning vertoonden de controles een grotere hersen-aktiviteit (p < 0.05) in de posterieure [achterste] cingulate cortex [PCC; belangrijke kern van het ‘default mode network’ (DMN) die aktief is tijdens rust/slaap], maar dit enkel voor de scan vóór de inspanning. Voor de ‘Paced Serial Auditory Addition Task’, was er een significante interaktie (p < 0.05) bij patiënten die verhoogde hersen-aktiviteit vertoonden van pre- naar post-inspanning t.o.v. controles bilateraal voor de inferieure [onderste] en superieure [bovenste] parietale en cingulate cortexen [delen van de hersenschors]. De veranderingen qua hersen-aktiviteit waren significant gerelateerd met de symptomen bij patiënten (p < 0.05). Acute inspanning verergerde de symptomen, verstoorde de cognitieve prestaties en had een invloed op de hersen-funktie bij patiënten met Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom. Deze samenlopende resultaten, die symptoom-verergering verbinden met hersen-funktie, leveren objectief bewijs voor de schadelijke of neurofysiologische effekten van post-exertionele malaise.

Inleiding

Post-exertionele malaise (PEM) is een invaliderende aandoening en een hoofd-kenmerk van Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS). Gekenmerkt door symptomen-verergering over een waaier aan domeinen (bv. vermoeidheid, pijn, cognitie), is PEM wellicht het meest invaliderende aspect van deze vervelende ziekte. Jammer genoeg worden de biologische mechanismen die aan de basis liggen van dit fenomeen niet goed begrepen.

Onder gecontroleerde laboratorium-omstandigheden bleek acute inspanning een nuttig model om PEM te bestuderen. Zowel maximale als sub-maximale inspanning werden aangewend om de met inspanning geassocieerde veranderingen te bepalen voor meerdere perceptuele en fysiologische uitkomsten. Deze studies hebben aangetoond dat acute inspanning de symptomen van M.E./CVS verergert, cardiorespiratoire responsen op inspanning wijzigt, pijn-regulering verstoort, een impact heeft op immunietit-merkers (bv. cytokinen, compliment-c4, ‘natural killer’ cellen, receptoren) en de darm-microbioom interakties kan veranderen. [referenties beschikbaar] Het blijkt duidelijk uit deze studies dat PEM meerdere fysiologische systemen beïnvloedt. Een systeem dat slechts beperkte aandacht met betrekking tot PEM, is het centraal zenuwstelsel [Nijs J et al. In the mind or in the brain? Scientific evidence for central sensitisation in Chronic Fatigue Syndrome. Eur J Clin Invest (2012) 42: 203-12; zie ook: ‘Centrale sensitisatie & pijn-behandeling], in het bijzonder de hersen-funktie. Er is aanzienlijk bewijsmateriaal dat aantoont dat M.E./CVS zowel strukturele als funktionele hersen-consequenties heeft. ‘Cross-sectionele’ gegevens hebben aangetoond dat M.E./CVS-patiënten verminderde bloeddoorstroming in de hersenen in rust, differentiële connectiviteit tussen hersen-gebieden, wijzigingen qua hersen-metabolisme en voor metabolieten zoals lactaat & n-acetyl aspartaat, verminderd grijze- & witte-hersenstof volume, verhoogde aanwezigheid van witte-hersenstof letsels, gestegen neuro-inflammatie en gewijzigde brein-funktie tijdens cognitie vertonen. [referenties beschikbaar] De invloed van PEM op vele van deze hersen-gerelateerde uitkomsten blijft echter ononderzocht.

Het doel van dit onderzoek hier was het bepalen van de invloed van acute inspanning op symptomen, cognitieve prestaties en hersen-funktie tijdens vermoeiende en niet-vermoeiende taken bij patiënten met M.E./CVS en gezonde controles. Deze studie is een uitbreiding van eerder werk dat een grotere hersen-aktiviteit tijdens een mentaal-vermoeiende cognitieve taak aantoonde bij M.E./CVS-patiënten t.o.v. controles [Cook DB et al. Functional neuro-imaging correlates of mental fatigue induced by cognition among Chronic Fatigue Syndrome patients and controls. Neuroimage (2007) 36: 108-22]. We hypothiseerden dat M.E./CVS-patiënten versterkte hersen-responsen op een vermoeiende cognitieve taak [‘Paced Auditory Serial Addition Test’ (PASAT); neuropsychologisch test om de capaciteit en snelheid van informatie-verwerking, en aanhoudende en verdeelde aandacht te beoordelen: luisteren naar een reeks getallen en het huidige optellen met het voorgaande] zouden vertonen, maar niet zouden verschillen van controles tijdens niet-vermoeiende motorische (vingertikken [openen en sluiten van de rechterhand, 4 vingers tegen duim, op het ritme aangegeven op een scherm]) of eenvoudige cognitieve (auditieve monitoring [luisteren naar een reeks getallen (0-10) en op de muis klikken as men bv. ‘7’ hoort]) taken (een replicatie van eerder werk). Verder hypothiseerden we dat inspanning zou resulteren in een verergering van de symptomen, verminderde cognitieve prestaties en verdere toenames qua hersen-aktiviteit tijdens vermoeiende cognitie bij M.E./CVS-patiënten maar niet bij controles.

Materialen & Methodes

Deelnemers

15 vrouwelijke M.E./CVS-patiënten & vrouwelijke gezonde controles gematcht voor leeftijd, lengte, gewicht en fysieke aktiviteit […].

Inclusie- & exclusie-criteria

‘Centres for Disease Control’ (Fukuda) & ‘Canadian Consensus Criteria’ (CCC) criteria. […]

Experimentele procedures

[…] Dag 1: registratie ‘baseline’ symptomen; funktionele hersen-beeldvorming (vermoeiende en niet-vermoeiende taken). Dag 2 (ca. 1 week na dag 1): meting symptomen; inspanning-test. Dag 3 (24h na inspanning): meting symptomen; herhaling funktionele hersen-beeldvorming. […]

‘Baseline’ gegevens en beoordeling symptomen

‘DePaul Symptom Questionnaire’ (DSQ), ‘Medical Outcomes Survey Short-Form-36’ (SF-36), 3) ‘Profile of Mood States’ (POMS) en gegevens over klinische symptomen (PEM, niet-verfrissende slaap, spier- en gewricht-pijn, geheugen-/concentratie-problemen, hoofdpijn, spierzwakte en opgezwollen of pijnlijke lymfeklieren). […]

Inspanning-test

30 min; intensiteit 70% van de leeftijd-voorspelde maximum hartslag. […]

Funktionele hersen-beelvorming

[…] (fMRI) tijdens een vermoeiende cognitieve (‘Paced Auditory Serial Addition Task’, PASAT), een niet-vermoeiende cognitieve taak (eenvoudige getallen-herkenning) en een niet-vermoeiende motorische taak (vingertikken). […]

Gegevens-verwerking & -analyse

[…]

Resultaten

[Uitgebreide gegevens beschikbaar voor geïnteresseerden]

Bespreking

We wilden de neurale gevolgen van acute inspanning bij M.E./CVS onderzoeken d.m.v. funktionele neuro-beeldvorming methodes – voor het bepalen van hersen-responsen op zowel vermoeiende als niet-vermoeiende cognitieve en motorische taken. Onze resultaten tonen dat bij M.E./CVS-patiënten acute inspanning talrijke symptomen verslechteren, de cognitieve prestaties verstoren en de hersen-funktie aantasten. Deze resultaten, die gedragingen geassocieerd met PEM linken aan hersen-funktie, illustreren sommige van de potentieel schadelijke effekten van PEM en bieden bijkomende ondersteuning voor ontregeling van het centraal zenuwstelsel bij de pathofysiologie van M.E./CVS.

Ons eerder werk toonde aan dat mentale vermoeidheid significant geassocieerd was met hersen-responsen op vermoeiende cognitie bij M.E./CVS-patiënten en gezonde controles. Hersen-responsen op niet-vermoeiende taken (vingertikken & eenvoudige auditieve monitoring) waren echter niet significant gerelateerd met mentale vermoeidheid voor beide groepen. Bovendien vertoonden M.E./CVS-patiënten grotere brein-responsen tijdens de vermoeiende cognitieve taken maar niet de niet-vermoeiende taken. Deze resultaten suggereren dat het ervaren van vermoeidheid de neurale verwerking aantast tijdens cognitie voor zowel patiënten als controles, waarbij M.E./CVS-patiënten verhoogde neurale responsen vertonen. In het algemeen waren deze bevindingen consistent met resultaten van andere groepen die M.E./CVS, Multipele Sclerose en traumatisch hersen-letsel bestuderen: allen toonden ze schadelijke effekten van vermoeidheid op neurale verwerking tijdens cognitie aan. Het huidig onderzoek breidt dit werk uit d.m.v. het stresseren van de cardiopulmonaire en neurale systemen via acute inspanning en het bepalen van de effekten op symptomen, cognitieve prestaties en hersen-funktie.

Hersen-gebieden geassocieerd met PEM

De voornaamste hersen-gebieden met verschillende brein-responsen tussen M.E./CVS en controles, en die gevoelig zijn voor acute inspanning en PEM-symptomen, zijn de inferieure frontale, parietale en cingulate cortexen. Deze gebieden zijn cruciaal voor efficiënte cognitieve verwerking waarbij processen betrokken zijn die geassocieerd zijn met aandacht, fouten-detektie en cognitieve controle/centrale uitvoerende funkties. Globaal vertoonden M.E./CVS-patiënten versterkte neurale responsen in deze gebieden na acute inspanning en deze hersen-responsen waren significant geassocieerd met PEM-symptomen.

De frontale cortexen worden gekenmerkt als de centrale uitvoerders/bestuurders die ‘top-down’ controle van de cognitieve funktie uitoefenen. Specifiek: de inferieure frontale cortex bleek betrokken bij inhiberende controle en taak-omschakeling funkties, waarbij schade in deze gebieden interfereert met de efficiëntie van deze processen. Onze resultaten suggereren dat PEM de uitvoerende funktie negatief beïnvloedt bij M.E./CVS met als gevolg meer fouten tijdens de PASAT. Het significant en positief verband met zelf-gerapporteerde spierpijn suggereert dat die M.E./CVS-patiënten met de meeste pijn-symptomen sterkere recrutering van uitvoerende controle processen vereisen om de PASAT uit te voeren of dat de spierpijn interfereerde met de ‘top-down’ controle tijdens een veeleisende cognitieve taak.

De cingulate cortex is cruciaal voor cognitie, pijn en emotie; wat z’n funktionele overlap bij deze afzonderlijke maar niettemin gerelateerde gedragingen aanduidt. Wat betreft cognitieve prestaties zijn de cingulate cortexen funktioneel betrokken bij het filteren van informatie, interferentie, verhoogde geheugen-belasting en het monitoren van taken. We zagen verhoogde aktiviteit in de anterieure [voorste] cingulate cortex [ACC; zenuw-bundel/-gordel in de hersen-schors; cruciale rol in de controle van het sympathico-vagaal evenwicht; ook betrokken bij acute pijn-ervaring, inleven in de pijn bij anderen, chronische pijn, anticipatie op pijn,…] van M.E./CVS-patiënten tijdens de PASAT van pre- naar post-inspanning en vergeleken met gezonde controles. De aktiviteit binnen de cingulate cortex was echter niet significant geassocieerd met symptomen of prestaties. Het is mogelijk dat PEM het vermogen van de patient om informatie te filteren tijdens de PASAT uitdaagt, waardoor meer dient te worden betrouwd op de cingulate cortex. Verhoogde cingulate cortex aktiviteit kan ook een weerspiegeling zijn van verhoogde monitoring van symptomen tijdens cognitieve prestaties. Eerdere neuro-beeldvorming studies aangaande vermoeidheid hebben melding gemaakt van significante relaties tussen zelf-gerapporteerde vermoeidheid en cingulate cortex aktiviteit [M.E.(cvs), M.S. & hersen-trauma]. Onderzoekers rapporteerden dat MS-patiënten verhoogde brein-responsen op een “mentaal vermoeiende” PASAT-taak vertoonden in meerdere hersen-gebieden, inclusief de anterieure cingulate cortex, in vergelijking met controles. Belangrijk: ze testten de invloed van de PASAT-taak op daaropvolgende hersen-responsen op een motorische taak (vingertikken) en vonden verhoogde aktiviteit in de bilaterale cingulate cortex (en andere gebieden) vergeleken met de pre-PASAT motor-responsen.

Een gemeenschappelijk iets bij cognitie-studies van vermoeiende ziekte is de betrokkenheid van de inferieure en superieure parietale cortexen en de verbanden met zelf-gerapporteerde vermoeidheid. De parietale gebieden integreren sensorische informatie die binnenkomt vanuit meerdere systemen (bv. auditieve, visuele, taktiele) en hebben gevestigde funktionele connecties met de frontale kwab. Er werd naar gerefereerd als het “achterste aandacht systeem” en ze zijn integraal betrokken bij cognitieve taken die volgehouden aandacht (zoals de PASAT) vereisen. We toonden eerder aan dat aktiviteit in deze gebieden negatief geassocieerd was met de perceptie van mentale vermoeidheid en hypothiseerden dat naargelang taken vermoeiender worden, het vermogen om aandacht voor de taken te blijven in het gedrang komt. Die analyses omvatten enkel ‘baseline’ testen en combineerden M.E./CVS-patiënten en controles. Zodoende werden de verergering van symptomen en differentiële verbanden tussen M.E./CVS-patiënten en controles niet onderzocht. De resultaten van de huidige studie ondersteunen deze bevindingen en breiden ze uit door negatieve verbanden aan te tonen tussen zelf-gerapporteerde vermoeidheid en aktiviteit in de inferieure parietale cortex voor controles, consistent met ons eerder werk, en geen effekt van acute inspanning. Voor M.E./CVS-patiënten was aktiviteit in de parietale gebieden positief gerelateerd met zelf-gerapporteerde vermoeidheid en moeilijkheden bij de concentratie, maar enkel na inspanning wanneer de symptomen waren verergerd. Bovendien waren de algemene patronen qua parietale aktiviteit tijdens cognitieve taken in rust en 24h na inspanning verschillend bij M.E./CVS in vergelijking met controles, wat suggereert dat aktiviteit in deze gebieden kan helpen de hersen-responsen bij M.E./CVS te onderscheiden.

Taak-moeilijkheid en inspanning-interakties

Consistent met ons eerder werk, lijken groep-verschillen en veranderingen van pre- naar post-inspanning een patroon of taak-moeilijkheid te volgen. Bij het vingertikken werden geen significante groep-verschillen gezien en traden geen veranderingen (pre- naar post-inspanning) op voor beide groepen. Wat betreft de auditieve monitoring taak, waren er kleine groep-verschillen bij ‘baseline’ waarbij de controles een hogere aktiviteit in de posterieure cingulate en inferieure parietale gebieden te vertonen, maar er werden geen groep-verschillen gezien na inspanning. De meest robuste groep-verschillen kwamen voor tijdens de meer belastende PASAT-taak – van pre- naar post-inspanning. Bij deze taak vertoonden M.E./CVS-patiënten hogere aktiviteit in meerdere hersen-gebieden (inclusief de inferieure en superieure parietale cortexen, de supra-marginale gyrus [sterk gevouwen deel/’winding’ in de hersenschors], cingulate cortex en de inferieure frontale en superieure temporale cortexen.

Een belangrijk aspect van deze studie is dat hersen-responsen bij in M.E./CVS-patiënten significant gerelateerd waren met PEM-symptomen – inclusief vermoeidheid, pijn en concentratie-problemen. Voor zelf-gerapporteerde vermoeidheid werden significante verbanden in temporale en parietale gebieden geobserveerd, met significante verschillen tussen M.E./CVS en controles in de rechter inferieure parietale cortex – wat verder de betrokkenheid aantoont van dit hersen-gebied als belangrijke factor voor het integreren van sensorische en cognitieve processen tijdens symptoom-verergering. De aanwezigheid van hersen- en gedragsmatige verbanden is cruciaal voor accurate interpretatie van funktionele hersen-gegevens. Indien aanwezig, bieden deze verbanden objectief bewijsmateriaal (hersen-aktiviteit) ter ondersteuning van de subjectieve ervaring (zelf-rapportering). Onze gegevens suggereren dat PEM meerdere neurale processen beïnvloedt, in het bijzonder deze die betrokken zijn bij het uitvoeren van meer belastende cognitieve taken.

Eén van de meer opvallende bevindingen was de grootte-orde van de reductie qua hersen-responsen (pre- naar post-inspanning) tijdens de PASAT voor de controles. Dalingen qua hersen-responsen traden op in meerdere gebieden (inclusief parietale, temporale en frontale cortexen) en suggereerden dat de controles minder neurale hulpmiddelen nodig hadden om de PASAT snel en accuraat uit te voeren. M.E./CVS-patiënten vertoonden geen enkele significante daling qua hersen-responsen tijdens de PASAT vertoonden in de plaats daarvan significante stijgingen in zowel de inferieure als superieure parietale cortexen na inspanning. Deze resultaten leveren objectief bewijsmateriaal dat bij M.E./CVS, PEM de cognitie aantast, met wijdverspreide effekten in hersen-gebieden geassocieerd met aandacht, werk-geheugen en uitvoerende funktie. De pre- naar post-inspanning reducties qua hersen-aktiviteit voor controles waren ook geassocieerd met verbeterde cognitieve prestaties (d.i. minder fouten), wat verdere oefen-effekten of groter gemak in de neuro-beeldvorming omgeving kan weerspiegelen. Omdat de M.E./CVS-patiënten tegengesteld reageerden dan de controles, met een hogere hersen-aktiviteit, verminderde cognitieve prestaties en meer symptomen na inspanning, beklemtonen deze resultaten de sterke negatieve impact die PEM kan hebben op het centraal zenuwstelsel.

Inspanning en cognitie

Over het algemeen zijn inspanning-training en lichamelijke aktiviteit geassocieerd met verbeteringen qua brein-gezondheid en cognitieve prestaties bij gezonde volwassen en ouderen. De invloed van acute inspanning op cognitieve prestaties is minder duidelijk, maar over het algemeen is er een neiging naar gedaalde reaktie-tijden en betere prestaties na acute inspanning. Bij M.E./CVS worden cognitieve problemen het meest consistent gerapporteerd voor de snelheid van informatie-verwerking en taken die de uitvoerende funktie uitdagen [Cockshell SJ, Mathias JL. Cognitive functioning in Chronic Fatigue Syndrome: a meta-analysis. Psychological medicine (2010) 40: 1253-67 /// Jason LA et al. Cognitive impairments associated with CFS and POTS. Frontiers in physiology (2013); 4: 113]. De invloed van acute inspanning op cognitieve prestaties bij M.E./CVS is tot op heden dubbelzinnig. Bovendien toonde veel van de literatuur aangaande neuro-beeldvorming (die de relatie onderzocht tussen cognitieve prestaties en vermoeidheid) geen consistente veranderingen qua gedragmatige prestaties. In de huidige studie waren de groep-verschillen qua patroon van de cognitieve prestaties duidelijk. De M.E./CVS-patiënten maakten meer fouten: naar gelang ze langer aan de taak werkten alsook door de acute inspanning (d.w.z. meer fouten 24h na inspanning). De controles vertoonden significant verschillende en kenmerkend tegenovergestelde responsen die de neuro-beeldvorming gegevens weerspiegelden. Over het algemeen verbeterden de controles naar gelang ze langer aan de taak werkten en bleven ze verbeteren 24h na inspanning. Fysiologisch bleek dit uit verminderde hersen-aktiviteit in meerdere cognitief-relevante hersen-gebieden na inspanning.

Inspanning, PEM en neuro-‘imaging’

Twee studies zijn in het bijzonder verwant met ons project en beklemtonen het potentieel van hersen-beeldvorming-methodes bij het bestuderen van PEM. Bij het testen van veteranen met ‘Gulf War Illness’ (GWI) vóór en één uur na 2 maximale inspanning testen, rapporteerden deze onderzoekers [Rayhan RU, Stevens BW et al. Exercise challenge in Gulf War Illness reveals two subgroups with altered brain structure and function. PLoS One (2013) 8: e63903] neurale versterking tijdens een werkgeheugen-taak in een subgroep van veteranen van het ‘Stress Test Occurring Phantom Perception’ (STOPP) fenotype [geen inspanning-geïduceerde posturale tachycardie]; en het onvermogen om het werkgeheugen systeem te aktiveren in een subgroep van veteranen van het ‘Stress Test Associated Reversible Tachycardia’ (START) fenotype [voldeden aan de criteria voor posturale orthostatische tachycardie]. Dezelfde research-groep rapporteerde ook differentiële hersen-lactaat responsen in de pre-frontale kwab vóór inspanning in subgroepen GWI-veteranen. [Rayhan RU, Baraniuk JN et al. Prefrontal lactate predicts exercise-induced cognitive dysfunction in Gulf War Illness. Am J Transl Res (2013) 5: 212-23] Eén subgroep (de “decreasers”, met verslechterde werkgeheugen prestaties na inspanning) vertoonde hogere pre-frontale lactaat-waarden bij ‘baseline’ vergeleken met de subgroep met verbeterde prestaties qua werkgeheugen na inspanning (de “increasers”). Onze studie, hoewel methodologisch verschillend […], vult deze research aan. Toekomstig onderzoek bij M.E./CVS-subgroepen (op basis van symptomen, ziekte-aanvang of pathofysiologie) zullen van belang zijn bij het bepalen voor wie PEM het meest invaliderend is en misschien helpen leiden tot behandelingen. Het is ook belangrijk te benadrukken dat deze studie geen inspanning-training proces is en elke extrapolatie van één enkele inspanning naar de literatuur omzichtig dient te gebeuren. De resultaten suggereren ook dat voorzichtigheid dient in acht te worden genomen voor patiënten die proberen hun fysieke aktiviteit te verhogen of een training-programma opstarten. Het geschikt gebruik van inspanning-training in deze populatie vereist het rekening houden met de beperkingen van de patiënten, het vermijden van schade en het aanbieden van geïndividualiseerde en op maat gemaakte inspanning. Als we de variabiliteit qua ziekte-symptomen in acht nemen, is meer research nodig omtrent het bepalen voor wie inspanning-training doeltreffend is en voor wie een contra-indicatie.

De resultaten van deze studie dienen te worden beschouwd in het licht van mogelijke interakties tussen het centraal zenuwstelsel en andere systemen die betrokken zijn bij de pathofysiologie van M.E./CVS. De voornaamste hierbij zijn de immune, neuro-endocriene en autonome systemen. Vanuit het standpunt van een centraal zenuwstelsel letsel kunnen neurale inflammatie of de aktivatie van inflammasomen en andere inflammatorire processen leiden tot een vicieuze cirkel of wat werd beschreven als een “self-sustaining [zelf-onderhoudend] feed forward mechanism” van ziekte-bestendiging [de Rivero Vaccari JP, Dietrich WD, Keane RW. Activation and regulation of cellular inflammasomes: gaps in our knowledge for central nervous system injury. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism (2014) 34: 369-75]. Er werd lang gehypothiseerd dat het neuro-endocrien systeem betrokken is bij het ontstaan en het onderhouden van M.E./CVS, en anderen zagen gewijzigde neuro-endocriene responsen op inspanning, maar nog anderen dan weer niet. Net zoals het neuro-endocrien systeem, werd het autonoom zenuwstelsel uitgebreid onderzocht bij M.E./CVS en een meta-analyse rapporteerde “good evidence” voor hogere hartslag en gedaalde bloeddruk responsen tijdens ‘head-up tilt’ [Cauwenbergh D, Nijs J, Kos D, Weijnen L, Struyf F, Meeus M. Malfunctioning of the autonomic nervous system in patients with chronic fatigue syndrome: a systematic literature review. Eur J Clin Invest (2014) 44: 516-26; zie ook ‘Autonome funktie & inspanning-geïnduceerde endogene pijnstilling bij M.E.(cvs)]. Er werd ook gesuggereerd dat autonome reaktiviteit een bruikbaar diagnostisch instrument kan zijn. Tot op heden werden de interakties tussen deze verbonden systemen niet systematisch geëvalueerd bij M.E./CVS in het algemeen, noch specifiek bij PEM. Toekomstig onderzoek dat onderzoekt hoe deze biologische systemen reageren op inspanning, interageren en PEM-symptomen voorspellen, zal nodig zijn om de mechanismen omtrent het ontwikkelen en aanhouden van symptomen bij M.E./CVS verder te begrijpen, en zullen cruciale stappen betekenen naar het begrijpen van de heterogeniteit en pathofysiologie van de ziekte.

Beperkingen

Er dienen meerdere beperkingen bij de huidige studie in acht te worden genomen. De studie omvatte enkel vrouwen en er moet dus nog worden bepaald of de resultaten kunnen worden veralgemeend voor mannelijke M.E./CVS-patiënten. We testten ook enkel gezonde controles: de specificiteit van de neurale responsen t.o.v. andere vermoeiende ziekten kan daarom niet worden bepaald. Toekomstige studies die M.E./CVS-patiënten vergelijken met geschikte patient-controles zijn daarom nodig. Omwille van ons pre-test/post-test ontwerp kon de specifieke impact van inspanning op cognitie niet volledig worden bepaald (leer/oefen-effekten). Toekomstig onderzoek gebruikmakend van een meer evenwichtig ontwerp dat groepen omvat die niet enkel worden getest pre- en post-inspanning zal beter kunnen bepalen hoe inspanning de cognitieve funktie bij M.E./CVS beïnvloedt. We testten één inspanning-intensiteit en één inspanning-manier voor deze initiële studie. Dosis-respons studies zullen nodig zijn om verder de neurale responsen op verschillende inspanning-intensiteiten en -manieren te bepalen.

Besluiten

Deze studie draagt bij tot de groeiende hoeveelheid research waar de betrokkenheid van het centraal zenuwstelsel, in het bijzonder abnormaliteiten van hersen-struktuur en -funktie, bij de pathofysiologie van M.E./CVS blijkt. Hoewel het ontstaan van de ziekte niet kan worden bepaald omwille van de ‘cross-sectionele’ aard van het huidig onderzoek, beschrijven studies resultaten over gewijzigde rust-toestand funktie [Boissoneault et al. Abnormal resting-state functional connectivity in patients with Chronic Fatigue Syndrome: an arterial spin-labeling fMRI study. Magnetic resonance imaging (2016) 34: 603-8 /// Gay CW et al. Abnormal resting-state functional connectivity in patients with Chronic Fatigue Syndrome: results of seed and data-driven analyses Brain connectivity (2016) 6: 48-56], verminderde responsiviteit van de basale ganglia [Miller et al. Decreased basal ganglia activation in subjects with Chronic Fatigue Syndrome: association with symptoms of fatigue. PloS one (2014) 9: e98156], verhoogde neurale verwerking tijdens cognitie [Lange et al. Objective evidence of cognitive complaints in Chronic Fatigue Syndrome: a BOLD fMRI study of verbal working memory. Neuroimage (2005) 26: 513-24], veranderde waarden qua lactaat & n-acetyl-aspartaat in de hersenen [Murrough et al. Increased ventricular lactate in Chronic Fatigue Syndrome measured by 1H MRS imaging at 3.0 T. II: comparison with major depressive disorder. NMR Biomed. (2010) 23: 643-50], versterkte neuro-inflammatie [Nakatomi et al. Neuroinflammation in patients with Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis: an 11C-(R)-PK11195 PET study. J Nucl Med. (2014) 55: 945-50] en gewijzigd metabolisme [Naviaux et al. Metabolic features of Chronic Fatigue Syndrome. Proceedings of the National Academy of Sciences (2016) 113: E5472-E80], gecombineerd met eerdere research die gedaalde hersen-bloeddoorstroming, meer witte-hersenstof letsels en gedaalde grijze- en witte-hersenstof volumes tonen, een complex beeld van potentiële hersen-mechanismen voor het bestendigen van de ziekte. Onze studie breidt dit eerder werk uit door het incorporeren van acute inspanning als een stressor en het onderzoeken van de neurale consequenties van PEM – een definiërend kenmerk van de ziekte. Globaal genomen benadrukken de bevindingen van deze studie het belang van symptoom-provocatie bij het bestuderen van M.E./CVS [het induceren en beoordelen van post-exertionele mailaise kan o.i. beter met de ‘dubbele fietstest] door het aantonen van significante en karakteristiek tegengestelde hersen- en gedrag-responsen bij patiënten in vergelijking met controles – wat bewijsmateriaal biedt over het feit dat acute inspanning een negatieve impact kan hebben op neurofysiologische processen bij M.E./CVS. Deze bevindingen leveren ook objectief bewijs voor de subjectieve ervaring van cognitieve symptomen (hersen-mist) die wordt gemeld door M.E./CVS-patiënten wanneer ze lichamelijk aktief proberen te zijn. Toekomstige studies die bijkomende fysiologische systemen (bv. autonome, immune, genetische) opnemen en alternatieve ontwerpen qua vermoeidheid-manipulatie zullen nodig zijn om de veelzijdige pathofysiologie van PEM verder te begrijpen.

Blog op WordPress.com.