M.E.(cvs)-wetenschap

oktober 6, 2018

Gewijzigde samenstelling & funktie van het oraal microbioom bij CVS

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

Er werden al wijzigingen in de microbiële gemeenschappen van M.E.(cvs)-patiënten gedetekteerd. Nu vond men deze (weliswaar andere) ook in de mondholte. Wederom waren er aanwijzingen voor een verstoord metabolisme.

Of dit een oorzaak of gevolg is blijft nog open… Het blijft momenteel nog te voorbarig om verregaande conclusies te trekken – dat geven de auteurs zelf aan – maar het vinden van indicaties over metabole verstoringen blijkt consistent.

————————-

Plos One Vol 13, #9, p e0203503 (september 2018)

Chronic Fatigue Syndrome patients have alterations in their oral microbiome composition and function

Taiwu Wang (1,2), Lei Yu (1), Cong Xu (1), Keli Pan (1), Minglu Mo (1), Mingxiang Duan (1), Yao Zhang (1), Hongyan Xiong (1)

1 Department of Epidemiology, College of Preventive Medicine, Third Military Medical University, Chongqing, People’s Republic of China

2 Research Institute for Medicine of Nanjing Command, Nanjing, P.R. China, Nanjing, China

Samenvatting

Gastheer/microben interakties bleken geïmpliceerd bij de pathogenese van Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS), maar of het oraal microbioom gewijzigd is bij CVS-patiënten is ongeweten. We verkenden veranderingen van het oraal microbioom bij Chinese Han CVS-patiënten gebruikmakend van 16S rRNA gen sequentie-bepaling en wijzigingen qua funktioneel potentieel van het oraal microbioom d.m.v. PICRUSt. We vonden dat de Shannon & Simpson diversiteit-indexen niet verschillend waren bij CVS-patiënten t.o.v. gezonde controles, maar de globale samenstelling van het oraal microbioom was anders (p < 0.01). CVS-patiënten hadden een hogere relatieve hoeveelheid Fusobacteria vergeleken met gezonde controles. Verder waren de geslachten Leptotrichia, Prevotella & Fusobacterium aangerijkt, en Haemophilus, Veillonella & Porphyromonas verminderd bij CVS-patiënten t.o.v. gezonde controles. Funktionele analyse van afgeleide metagenomen toonde dat de bij CVS gewijzigde bakteriële geslachten voornamelijk waren geassocieerd met het aminozuren- en energie-metabolisme. Onze bevindingen tonen aan dat het oraal microbioom bij CVS-patiënten verschillend is van dat bij gezonde controles, en deze verschillen leiden tot verschuivingen qua funktionele mechanismen met implicaties voor CVS-pathogenese. Deze bevindingen verhogen onze kennis over de relatie tussen de orale microbiota en CVS, wat ons begrip omtrent CVS-pathogenese zal vooruit helpen en kan bijdragen aan toekomstige verbeteringen naar behandeling en diagnose toe.

Inleiding

Bakterieën koloniseren de mondholte snel na de geboorte en deze worden stabiel in meerdere niches binnen dit ecosysteem. Deze orale bakteriële gemeenschappen, of microbioom, bevatten 1.000 verschillende soorten en zijn zeer complex. Het oraal microbioom is de tweede meest complexe bakteriële gemeenschap in het lichaam, na dat van de dikke darm. Het oraal microbioom is geassocieerd met orale ziekten, alsook tand-bederf, endodontische infekties [van het tand-wortelkanaal], gingivitis [ontsteking van het tandvlees] en periodontitis [paradontitis; ontsteking van het weefsel rond de tanden], en ook met niet-orale ziekten [pancreas]. In een […] ‘case’-controle studie bleken Porphyromonas gingivalis & Aggregatibacter actionmycetemcomitans, leden van het oraal microbioom, geassocieerd met een verhoogd risico op pancreas-kanker, terwijl het fylum [de stam] Fusobacteria en z’n geslacht Leptotrichia geassocieerd bleken met een verlaagd risico op pancreas-kanker. Verder zijn veranderingen qua samenstelling van bakterieën aanwezig in het oraal microbioom geassocieerd met intestinale dysbiose in muis-modellen voor colitis [inflammatie van de darmwand]. Bijkomend bewijsmateriaal heeft aangetoond dat het oraal microbioom niet enkel een belangrijke rol speelt bij ziekte-toestanden maar bij de gezondheid van mensen, inclusief bij de immuun-respons, het metabolisme en vertering van nutriënten.

[…] De oorzaak van CVS blijft onbekend.

Hoewel de etiologie van CVS nog ongekend is, suggereert bewijsmateriaal dat een complexe wisselwerking tussen genetische, milieu- en microbiële factoren betrokken is bij de oorzaak. CVS is een systeem-ziekte die kan optreden met inflammatoire symptomen; bv. inflammatie van de orale mucosa [slijmvlies; in dit geval van de mondholte] wordt courant beschreven bij patiënten met CVS. Hoewel wijzigingen van de darm-microbiota geassocieerd bleken met CVS [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 /// Mandarano AH et al. Eukaryotes in the gut microbiota in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome. PeerJ. (2018) 6: e4282], werden veranderingen qua orale microbiota bij CVS-patiënten niet bestudeerd. Het oraal microbioom verdient te worden verkend omdat deze microbiële gemeenschap kan bijdragen tot CVS-symptomen en omdat bakterieën van het oraal microbioom een bron kunnen zijn van niet-invasieve biomerkers voor CVS. Om te begrijpen of er wijzigingen optreden in het oraal microbioom van CVS-patiënten voerden we daarom een uitgebreide beoordeling uit van de samenstelling van het oraal microbioom en de hoeveelheden van individuele taxa [meervoud van taxon – taxonomische groepen; organismen die samen een éénheid vormen] d.m.v. sequentie-bepaling van bakterieel 16S rRNA bij CVS-patiënten en gematchte controles. Daarnaast voorspelde een analyse uitgevoerd d.m.v. PICRUSt [‘phylogenetic investigation of communities by reconstruction of unobserved states’; een computer-techniek om de funktionele samenstelling van een metagenoom te voorspellen, gebruikmakend van merker-genen uit een database met referentie-genomen] de funktionaliteit van het bakterieel metagenoom op basis van de 16S rRNA genen. Deze studie zal wijzigingen in de samenstelling van het oraal microbioom en de funktie bij CVS-patiënten in de Chinese Han populatie [grootste etnische groep van China] blootleggen.

Materialen & methodes

Recrutering

[…] Fukuda criteria voor CVS […]. Patiënten met epilepsie, inflammatoire darm-ziekte, type-1 diabetes, chronische obstructieve long-ziekte, psoriasis, Reumatoïde Artritis en Lupus Erythematosus werden uitgesloten. Controles werden gematcht voor leeftijd, geslacht en body-mass-index […]. De gezonde controles werden ook uitgesloten op basis van de volgende criteria: individuen met symptomen gelijkaardig als bij een CVS-diagnose en met een virale infektie, aktieve bakteriële, schimmel- of orale ziekte zoals gingivitis en/of periodontitis. De controles hadden geen antibiotica, probiotica, prebiotica of synbiotica genomen 2 maanden voor speeksel-stalen werden verzameld.

[…]

DNA-extractie, amplificatie van bakterieel 16S rRNA & sequentie-bepaling

[…]

Bio-informatica & statistische analyse

[…]

We wenden een ‘machine-learning’ benadering aan om CVS-patiënten te onderscheiden van gezonde controles. Voor deze analyses gebruikten we taxon-hoeveelheden gebaseerd op ‘operational taxonomic units’ [OTUs; refereert naar clusters van organismen gegroepeerd op basis van DNA-sequentie gelijkenis van een specifiek merker-gen] op verschillende niveaus. Er werd logistische regressie [een statistische methode] aangewend om de CVS-patiënten te klassificeren en ‘area under the curve’ (AUC [maatstaf voor de diagnostische accuraatheid]) om de prestaties te evalueren […]. We gebruikten PICRUSt om de bakteriële metagenoom-inhoud van op 16S rRNA gen gebaseerde microbiële samenstellingen te voorspellen en funkties te voorspellen […]. Funkties worden afegeleid op basis van de ‘Kyoto Encyclopedia of Gene and Genomes’ (KEGG) [een database die genomische, chemische systemische funktionele informatie bevat]. Er werd ‘statistical analysis of metagenomic profiles’ (STAMP [grafische software voor de analyse van taxonomische en funktionele profielen] gebruikt om verschillen qua in KEGG-funkties te bepalen.

Resultaten

Deelnemers aan de studie

De 91 deelnemers (46 CVS-patiënten en 45 gezonde controles) verschilden niet qua leeftijd (37,43 ± 7,53 vs. 36,98 ± 7,23, p = 0.31), geslacht (man/vrouw) (32/14 vs. 30/15, p = 0.94) of BMI (24,53 ± 3,23 vs 23,86 ± 3,58, p = 0.35). […]

Overzicht van 16S rRNA sequentie-bepaling: sequenties, kwaliteit-analyse & geïdentificeerde taxa

Sequentie-bepaling van het 16s rRNA gen uit de mondholte van onze 91 individuen leverde 2.753.405 ruwe sequenties op (18.615 tot 44.950 ‘reads’ [een ‘read’ is het resultaat van een sequentie-bepaling (volgorde van de base-paren of nucletioden)] van 420-460 baseparen met een gemiddelde lengte van 445 bp). […] Na kwaliteit-controle bleven 15.340 ‘reads’ van hoge kwaliteit per staal over voor verdere analyse. De omvang in de 2 groepen voor alle stalen was ca. 99,6%, wat suggereert dat de meeste kenmerken werden in beslag genomen en dat de diepte van de sequentie-bepaling voor het onderzoeken van met CVS geassocieerde orale microbiota voldoende is.

Wijzigingen in de globale samenstelling

Na de kwaliteit-controles werd de bakteriële diversiteit bepaald op basis van de Shannon & Simpson indexen [kwantitatieve metingen die weerspiegelen hoeveel verschillende types er in een gemeenschap aanwezig zijn en hoe gelijkmatig ze verdeeld zijn], die de gemiddelde rijkdom qua bakteriële diversiteit aangeven. We vonden gelijkenissen tussen CVS-patiënten en gezonde controles wat betreft hun orale microbiota maar de gezonde controles vertoonden een lichtjes hogere diversiteit (niet statistisch significant). Om te weten of de globale microbioom-samenstelling anders was bij de CVS-patiënten t.o.v. de gezonde controles, voerden we een [statistische] bewerking uit […]. Op basis van deze meting vonden we een significant verschil qua samenstelling tussen CVS-patiënten en gezonde controles (p < 0.01).

CVS-patiënten verschillen qua relatieve hoeveelheden van sommige bakteriële stammen in de mond t.o.v. gezonde controles

Analyses van OTUs uit de mondholte van CVS-patiënten en gezonde controles onthulde dat hun bakterieën zich groepeerden binnen 5 bakteriële stammen: Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Fusobacteria & Proteobacteria. Van alle stammen met een relatieve hoeveelheid groter dan 1% waren echter slechts Fusobacteria significant gewijzigd bij CVS-patiënten, vergeleken met gezonde controles. Vergelijkingen van bakteriële geslachten tussen CVS-patiënten en gezonde controles legden complexere resultaten bloot dan deze die werden gezien op fylum-niveau. Op het niveau van de geslachten waren de 5 meest overvloedige bij CVS-patiënten: Neisseria (19,77%), Veillonella (9,81%), Fusobacterium (9,39%), Streptococcus (9,28%) & Prevotella-7 (9,06%), te samen goed voor 57,31% van de orale bakteriële gemeenschap bij CVS-patiënten. De 5 meest overvloedige geslachten bij de gezonde controles waren Neisseria (18,75%), Veillonella (13,97%), Haemophilus (9,04%), Streptococcus (8,52%) & Prevotella-7 (8,35%), samen goed voor 58,63% van de orale bakteriëen bij gezonde controles. Van deze was de hoeveelheid Veillonella significant verschillende tussen de 2 groepen: 9,81 ± 8,26% (CVS) & 13,97 ± 8,91% (controles) (p = 0.02). Daarnaast waren veel van de geslachten met een relatieve hoeveelheid groter dan 1% significant verschillend tussen CVS-patiënten en gezonde controles. Bv.: Fusobacterium, Prevotella, Leptotrichia & Campylobacter hadden verhoogde hoeveelheden bij CVS t.o.v. controles, terwijl Haemophilus, Porphyromonas & Moraxella verhoogde hoeveelheden hadden bij CVS vergeleken met controles.

We onderzochten deze significante verschillen verder gebruikmakend van LEfSe [‘linear discriminant analysis (LDA) effect-size’; bepaalt de kenmerken (organismen, groepen organismen afstammend van een gemeenschappelijke evolutionaire voorouder, OTUs, genen of funkties) van een metagenoom dat het meest waarschijnlijk de verschillen verklaart, door het koppelen van standaard-testen voor statistische significantie met bijkomende testen voor biologische consistentie en effekt-relevantie] analyse. LEfSe gebruikt een statistische test om kenmerken te detekteren in een gemeenschap die significant verschillende hoeveelheden vertonen en het gebruikt dan LDA [lineaire discriminant analyse; methode bij ‘machine-learning’, gebruikt wanneer groepen a priori gekend zijn – het resultaat is een LDA-score] om de effekt-grootte van elk of differentieel kenmerk te schatten. De output van deze analyse is een cladogram [‘afstammingsboom’; weergave van de evolutionaire relaties tussen organismen] dat de verschillen tussen de mondholte-microbiota van CVS-patiënten en gezonde individuen visueel voorstelt, en een staaf-grafiek die de bakterieën met een LDA-score > 3.0 vertegenwoordigt [aangerijkte taxa bij CVS: positieve LDA-score; aangerijkte taxa bij gezonden: negatieve LDA-score]. De LEfSe resultaten identificeerden de volgende groepen als verschillen qua orale microbiota tussen CVS-patiënten en gezonde controles: Fusobacteria op fylum-niveau; Epsilonproteobacteria, Fusobacteria, Gammaproteobacteria & Negativicutes op klasse-niveau; Campylobacterales, Fusobacteriales, Pasteurellales & Selenomonadales op orde-niveau; Bacteroidaceae, Campylobacteraceae, Family-XI, Fusobacteriaceae, Pasteurellaceae, Porphyromonadaceae, Pseudomonadaceae & Veillonellaceae op familie-niveau; Alkalibacillus, Bacteroides, Campylobacter, Fusobacterium, Gemella, Haemophilus, Moraxella, Porphyromonas, Prevotella, Prevotella-2, Pseudomonas & Veillonella geslacht-niveau.

‘Machine-learning’ & voorspelling van het bakterieel metagenoom

We wilden de diagnostische mogelijkheden van de bakteriële taxa die significant verschilden tussen CVS-patiënten en gezonde controles verder onderzoeken. Voor deze analyses kozen we Fusobacteria, Gammaproteobacteria, Veillonellaceae & Fusobacterium omdat ze verschillende taxon-niveuas vertegenwoordigden met hoge LDA-scores en aanzienlijke verschillen tussen de groepen. Om het diagnostisch vermogen van elk taxon te bepalen, gebruikten we de AUC. Alle taxa hadden AUC-values van ca. 0.7 (0.73, 0.72, 0.65 & 0.68), wat zou kunnen aangeven dat één enkel taxon niet volstaat om de diagnose van CVS te stellen. Het kan zijn dat het opnemen van meer taxa in de analyse het diagnostisch vermogen van het microbioom zal verhogen.

Om de in het microbioom voorgestelde funkties te voorspellen uit hun metagenoom, wenden we het PICRUSt algoritme aan. Van de 236 geteste mechanismen (uit KEGG [zie hierboven]), waren 40 mechanismen verschillend qua hoeveelheid tussen CVS-patiënten en gezonde controles. Deze 40 mechanismen vertegenwoordigen verschillende niveaus. Specifiek: geen mechanismen van niveau-1 [chemische reakties], 6 mechanismen van niveau-2 [molekulaire interakties, post-translationele proteïne-modificaties] en 55 mechanismen van niveau-3 [biologische reakties, inclusief regulering van gen-expressie] bleken significant verschillend. De niveau-2 mechanismen die CVS-patiënten onderscheidden, waren ‘Biosynthese van Andere Secundaire Metabolieten’, ‘Energie Metabolisme’, ‘Milieu Adaptatie’, ‘Enzyme Families’, ‘Metabole Ziekten’ en ‘Metabolisme van Andere Aminozuren’. Sommige geslachten waren geassocieerd met mechanismen op verschillende niveaus; bv. Prevotella, dat aangerijkt was bij CVS-patiënten, was significant geassocieerd met vele niveau-2 mechanismen. Prevotella was positief geassocieerd met [gen-categorieën] koolhydraten-metabolisme, cel-motiliteit en immuunsysteem ziekte, en negatief geassocieerd met biosynthese van ander secundair metabolisme, enzyme-families en nucleotide-metabolisme.

KEGG funktionele mechanismen gerelateerd met metabolisme bleken gewijzigd in de microbiota van CVS-patiënten. Vermoeidheid in het bijzonder is een symptoom van CVS en er wordt gedacht dat het metabolisme een sleutelrol speelt in de CVS-pathogenese. Daarom analyseerden we verder het verband tussen bakteriële geslachten die via LEfSe een LDA > 3.0 hadden en KEGG mechanismen gerelateerd met het metabolisme. De meeste geslachten correleerden met KEGG mechanismen die verband houden met het metabolisme; de funkties bij geslachten die aangerijkt of verminderd zijn bij CVS-patiënten waren echter inconsistent en complex, wat een afspiegeling is van de complexiteit van CVS-pathogenese.

Bespreking

Omwille van de implicatie van de microbiota bij menselijke gezondheid en ziekte-toestanden, zijn ze niet enkel een doelwit voor therapeutische interventies voor een waaier aan ziekten, maar er zijn therapeutische effekten vastgesteld [allergieën, inflammatoire darm ziekte]. Eerdere studies focusten op darm-microbiota, welke de meest dominante microbiële gemeenschap is bij mensen. De mondholte, die ook wemelt van een grote microbiële gemeenschap die een belangrijke rol speelt bij de menselijke gezondheid, krijgt echter meer en meer aandacht van de research-gemeenschap.

Terwijl wijzigingen van darm-microbiota geassocieerd bleken met CVS, werden veranderingen van de orale microbiota bij CVS-patiënten nog niet bestudeerd. Eerdere studies rapporteerden dat het microbioom van de mondholte bij de mens meer wordt beïnvloed door de omgeving dan door genetica en de voornaamste stammen die voorkomen in het oraal microbioom zijn Actinobacteria, Bacteriodetes, Firmicutes & Proteobacteria, variërend van individu tot individu, wat correspondeert met onze resultaten. Hier vonden we, overéénkomstig met studies over de intestinale microbiota van CVS-patiënten, wijzigingen in de microbiota van de montholte bij CVS-patiënten vergeleken met gezonde controles. Specifiek: we vonden significante aanrijking van de Fusobacteria bij CVS-patiënten. Verder waren veel geslachten ofwel verminderd of aangerijkt bij CVS-patiënten in vergelijking met gezonde controles. Ondanks deze observaties bleken Shannon & Simpson diversiteit-indexen geen verschillen aan te geven. We onderzochten ook associaties tussen deze veranderde geslachten en KEGG mechanismen, en vonden dat er enkele trends waren wat betreft funktioneel potentieel tussen de microbiota van CVS-patiënten en gezonde controles. Analyse van afgeleide metagenomen gaf aan dat de microbiota van CVS-patiënten verschillende funkties in de categorieën ‘Biosynthese van Andere Secundaire Metabolieten’, ‘Energie Metabolisme’, ‘Milieu Adaptatie’, ‘Enzyme Families’, ‘Metabole Ziekten’ & ‘Metabolisme van Andere Aminozuren’ kan hebben.

Er werden eerder verschillen geobserveerd qua menselijke intestinale microbiota van CVS-patiënten [zie hierboven en Nagy-Szakal D et al. Fecal metagenomic profiles in subgroups of patients with Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome. Microbiome (2017) 5: 44]. De samenstelling van faecale microbiota in het bijzonder is enorm verschillend van deze van de orale microbiota, dus zijn de wijzigingen die we zagen betreffende orale microbiota substantieel verschillend van wat eerder werd gerapporteerd omtrent wijzigingen in de intestinale microbiota van CVS-patiënten. In vergelijking met gepubliceerde studies over veranderingen in de intestinale microbiota van CVS-patiënten, zijn de wijzigingen die we opmerkten in de mondholte minder significant. Bv.: de intestinale microbiota van CVS-patiënten heeft een significant gedaalde diversiteit-index t.o.v. de gezonde controles, wat we niet zagen in de orale microbiota. Daarnaast waren de specifieke taxa die veranderd waren in de intestinale microbiota verschillend van deze die veranderd waren in de orale microbiota. Bv.: in een LEfSe analyse van CVS-patiënten waren de intestinale microbiota van CVS-patiënten aangerijkt voor Oscillospira, Lactococcus & Anaerotruncus van het Firmicutes fylum, en Coprobacillus & Eggerthella van het Actinobacteria fylum. Verder waren 18 geslachten met leden die voornamelijk behoren tot de Firmicutes verminderd, vergeleken met gezonde controles. In een andere studie vertoonden de intestinale microbiota van Noorse CVS-patiënten verhoogde hoeveelheden Lactonifactor & Alistipes, en verlaagde hoeveelheden Holdemania & Syntrophococcus, terwijl de intestinale microbiota van Belgische CVS-patiënten gestegen Lactonifactor en gedaalde Asaccharobacter vertooden. CVS-patiënten onderinden dus wijzigingen in de microbiota zowel de mondholte als de darm, maar de veranderingen die optreden in de mondholte en de darm van CVS-patiënten zijn anders. We vonden echter enkele geslachten waarvan de hoeveelheden gewijzigd waren de mondholte als het darm-kanaal. Bv.: Haemophilus was verminderd in onze studie en Giloteaux’s studie van de intestinale microbiota van CVS-patiënten. Haemophilus, samen met Veillonella & Prevotella, bleken ook veranderd bij mond-letsels en in het oraal microbioom van HIV-positieve individuen. Hoewel de pathogenese van CVS onbekend blijft, kunnen gewijzigde microbiota, van de darm en de mondholte, een belangrijke rol spelen bij de etiologie. Omdat we veel geslachten vonden die veranderd waren bij CVS-patiënten, is verder onderzoek vereist omtrent de verbanden van deze veranderingen en of ze allemaal evenveel betekenis hebben bij de CVS-etiologie.

CVS is een agnogene [van ongekende oorsprong] ziekte, waarvan de symptomen veel systemen en systemische inflammatoire factoren omvatten. Zodoende zijn wijzigingen van het oraal microbioom bij CVS wellicht slecht één klinische indicator voor CVS-pathogenese. Het kan zijn dat wijzigingen van het oraal microbioom de ernst van de symptomen verhogen en zodoende leiden tot of veranderingen versnellen van inflammatorire factoren. Maar ook het omgekeerde kan waar zijn: door CVS geïnduceerde orale symptomen kunnen het gevolg zijn van wijzigingen in het oraal microbioom. Ongeacht het oorzakelijk verband tussen veranderingen in het oraal microbioom en orale CVS-symptomen, zijn deze 2 kenmerken samen met gewijzigde inflammatoire factoren echter geassocieerd met infekties. Zodoende kunnen infekties ook bijdragen tot CVS-symptomen, hoewel verdere research vereist is om deze hypothese te testen.

Daarnaast vonden we dat het 16s rRNA bakterieel profiel van gezonde controles in onze studie lichtjes verschillend was van andere publicaties. Deze discrepanties kunnen o.a. ook te wijten zijn aan verschillen qua etniciteit en methodes. Microbioom-profielen van het speeksel worden niet significant beïnvloed door de afname-methode of DNA-extractie protocollen, dus matchten we de stalen van onze controles en CVS-individuen om verschillen in hun oraal microbioom te identificeren.

We gebruikten een gecontroleerde ‘machine-learning’ benadering om CVS-patiënten te identificeren op basis van hun oraal microbioom, een methode die bij meerdere microbioom-studies werd gebruikt om patiënten van gezonde controles te onderscheiden [bv. inflammatoire darm ziekte]. Via deze benadering klassificeerden we patiënten met een middelmatige accuraatheid (AUC ROC waarde ca. 0.7). Om de AUC ROC waarde te verhogen, dienen toekomstige studies inflammatoire factoren en intestinale microbiomen met orale microbiomen te combineren. De grootte van het staal is een bijkomende verstorende factor die de accuraatheid van deze analyse kan beïnvloeden, te samen met etniciteit en enkele methodische verschillen; een grote groep CVS-patiënten en gezonde controles is dus nog nodig. Met deze verbeteringen, kan dit type benadering verder dienen als een aanvulling op andere niet-invasieve methodes om patiënten met een waaier aan, inclusief CVS, te onderscheiden.

We gebruikten PICRUSt om genoom-funkties aanwezig in het oraal microbioom te voorspellen en vonden een verschil. Een correlatie-analyse van voorspelde funkties en geslachten met een LDA groter dan 3.0, identificeerde dat deze geslachten verschillende funkties zouden hebben. Prevotella bv., aangerijkt bij CVS-patiënten, vertoonde de meest significante correlaties met KEGG mechanismen. Gezien hoe significant Prevotella gewijzigd is bij CVS-patiënten, kunnen ze een rol spelen in de pathogenese van CVS of een indicator zijn voor wijzingen in de orale microbiota bij CVS. Verder bleken van de geanalyseerde gen-mechanismen, deze die gerelateerd zijn met het immuunsysteem en infektueuze ziekten significant geassocieerd met vele geslachten die veranderde hoeveelheden vertoonden bij CVS-patiënten, bijzonderlijk Prevotella, Haemophilus & Veillonella (p ≤ 0.001). Dit zou kunnen suggereren dat deze 3 geslachten bijzonder belangrijk zijn voor CVS-pathogenese.

Omdat vermoeidheid het voornaamste symptoom is van CVS, waren we vooral geïnteresseerd in correlaties waarbij mechanismen betrokken zijn die verband houden met het metabolisme. Gedetailleerde analyse van deze mechanismen onthulde significante verschillen in het koolhydraten-metabolisme, energie-metabolisme, xenobiotica-biodegradatie [afbraak van lichaamsvreemde stoffen] en -metabolisme, en glycaan [polysaccharide] -biosynthese en -metabolisme. We merken echter op dat sommige veranderingen beperkt waren; wat te wijten kan zijn aan de complexiteit van CVS, hoe de diagnose is gebaseerd op symptomen en hoe voor elk geval de symptomen een verschillende oorzaak kunnen hebben. Ondanks deze complexiteit, zijn er wijzigingen qua voorspelde funktie in het oraal microbioom van CVS-patiënten en deze corresponderen met CVS-symptomen – bijzonderlijk ernstige vermoeidheid.

Onze studie had enkele beperkingen, vooral verband houdend met de complexe symptomen van CVS. We identificeerden enkel variatie in het oraal microbioom tussen CVS-patiënten en gezonde controles maar we namen geen verstorende factoren zoals ziekte-ernst, ziekte-duur en gekregen medische behandeling in acht. We lieten geen patiënten toe die verbeterd waren na een behandeling, of letten niet op pre- of post-behandeling, wat de conclusies die we uit deze studie kunnen trekken beperkt. Het oorzakelijk verband en mechanisme van de gerapporteerde met de ziekte geassocieerde microben vereist daarnaast verder onderzoek. Er zijn geen andere studies die wijzigingen van het oraal microbioome bij CVS-patiënten bekeek, er zijn dus verdere studies nodig om onze resultaten te bevestigen. Hoewel we het metagenoom voorspelden op basis van onze 16s rRNA gen sequentie-bepaling, zou deze analyse verbeterd kunnen worden met gegevens van het volledige metagenoom ter bepaling van de eigenlijke gen-inhoud van bakterieën die gewijzigd zijn bij de ziekte. Andere ziekten met gelijkaardige symptomen zouden bij toekomstige analyse ook kunnen worden opgenomen om ons begrijpen van het verband tussen veranderingen van het oraal microbioom en CVS-symptomen te verbeteren.

Samengevat: we onderzochten hier wijzigingen in het menselijk oraal microbioom bij CVS en bevestigden dat de samenstelling ervan kleine maar significante verschillen vertoont in vergelijking met gezonde controles. De geslachten waarvan de hoeveelheden zijn veranderd zijn gecorreleerd met KEGG mechanismen, in het bijzonder deze die verband houden met het metabolisme. Deze studie biedt nieuwe inzichten betreffende de CVS-pathogenese en we denken dat het begrijpen van het verband tussen ontwrichting van het oraal microbioom en CVS-symptomen kan leiden tot betere behandeling en in diagnose.

Advertenties

september 22, 2018

Biomerker voor M.E.(cvs) d.m.v. ‘single’ cel Raman micro-spectroscopie

Filed under: Diagnostiek — mewetenschap @ 7:43 am
Tags: , , , , , ,

‘Single’ cel Raman spectroscopie (SCRS – Raman is een Indiaans fysicus) is een niet-invasieve technologie waarbij geen labeling nodig is en die analyse van individuele levende cellen toelaat ‘in vivo’. Spectroscopie is een wetenschappelijke techniek om stoffen te onderzoeken aan de hand van hun spectrum, een beschrijving van de in een signaal voorkomende golflengtes en hun sterkte. Dit wordt dikwijls gebruikt in de scheikunde. Een ‘single’ cel Raman spectrum omvat gewoonlijk 1.000 Raman-banden die informatie geven over de cel (bv. over nucleïnezuren, proteïnen, koolhydraten en lipiden) en een weerspiegeling zijn van cellulaire genotypes, fenotypes en fysiologische toestanden. Een Raman-spectrum fungeert als een molekulaire/strukturele ‘fingerprint’ van een individuele cel, waardoor het mogelijk wordt verscheidene cellen te identificeren/differentiëren zonder voorafgaande kennis over de cellen. Een belangrijk nadeel van SCRS is het feit dat spontane Raman-signalen van nature zwak zijn…

Monochromatisch licht (één golflengte), gewoonlijk van een laser interageert met de molekulaire vibraties, herschikkingen van atomen/molekulen of excitaties, waardoor de energie van de laser-fotonen (fotonen zijn elementaire deeltjes waaruit licht en alle andere elektromagnetische straling bestaat) wordt verschoven. Deze verschuiving geeft informatie over de vibraties in het systeem. De zgn. Raman ‘scattering’ (verstrooing/verspreiding) of het Raman effekt is de niet-elastische (de kinetische energie van een partikel blijft niet behouden) ‘scattering’ van een foton door molekulen waarbij het wordt geëxciteerd tot een hoger energie-niveau. Wanneer fotonen door een atoom of molekule worden verstrooid, is dat meestal ‘elastisch’: de verspreide fotonen hebben dezelfde energie (frequentie & golflengte) als de verstorende fotonen. Een klein deel (ca. 1 op 10 miljoen) wordt niet-elastisch verstrooid door een excitatie (frequentie en energie is anders en gewoonlijk lager dan die van de veroorzakende fotonen).

Het gebruik van deze techniek in onderstaande piloot-studie gaf (weerom) aanwijzingen voor metabole stoornissen bij M.E.(cvs).

————————-

Analyst (Pre-print augustus 2018)

A new approach to find biomarkers in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis (CVS/ME) by single-cell Raman micro-spectroscopy

Jiabao Xu (1), Michelle Potter (2), Cara Tomas (3), Jo Elson (3), Karl J. Morten (2), Joanna Poulton (2), Ning Wang (4), Hanqing Jin (4), Zhaoxu Hou (4) & Wei E. Huang (1)

1. Department of Engineering Science, University of Oxford, Begbroke Science Park, Woodstock Road, Oxford, OX5 1PF, United Kingdom

2. Nuffield Department of Women’s and Reproductive Health, University of Oxford, the Women Centre, John Radcliffe Hospital, Headley Way, Headington, Oxford, OX3 9DU, United Kingdom

3. Institute of Cellular Medicine, Newcastle University, Newcastle Upon Tyne, NE2 4HH, United Kingdom

4. Mathematical Institute, University of Oxford, Andrew Wiles Building, Radcliffe Observatory Quarter, Woodstock Road, Oxford, OX2 6GG, United Kingdom

Samenvatting

Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS), ook Myalgische Encefalomyelitis (M.E.) genaamd, is een invaliderende aandoening die wordt gekenmerkt door lichamelijke en mentale uitputting. Er werd onderzoek verricht naar mitochondriale en energetische dysfunktie bij CVS-patiënten omwille van een kenmerkend verband met vermoeidheid; er werd echter nog geen consistent besluit getrokken. ‘Single’ cel Raman spectra (SCRS) zijn label-vrije biochemische profielen, die fenotypische ‘fingerprints’ van individuele cellen aangeven. In deze studie pasten we een nieuwe benadering op basis van ‘single’ cel Raman micro-spectroscopie (SCRM) toe om ρ0 cellen die mitochondriaal DNA (mtDNA) missen en perifeer bloed mononucleaire cellen (PBMCs) te onderzoeken van CVS-patiënten en gezonde controles. De resultaten van de experimenten tonen dat Raman-banden geassocieerd met fenylalanine in ρ0 cellen en PBMCs van CVS-patiënten significant hoger waren dan in het ‘wild type’ model en bij gezonde controles. Opmerkenswaardig is dat er ook een toename van de intensiteiten van Raman fenylalanine banden werd gezien bij CVS-patiënten. Aangezien gelijkaardige veranderingen werden gezien in het ρ0 cel model met een gekende deficiëntie in de mitochondriale respiratoire keten alsook bij CVS-patiënten, suggereren onze resultaten dat de stijging qua cellulair fenylalanine verband kan houden met mitochondriale/energetische dysfunktie in beide systemen. Interessant is dat fenylalanine kan worden gebruikt als een potentiële biomerker voor de diagnose van CVS d.m.v. SCRM. Een ‘machine-learning’ klassificatie-model bereikte een accuraatheid van 98% wat betreft het correct toewijzen van Raman-spectra aan de CVS- of de controle-groep. SCRM gecombineerd met een ‘machine-learning’ algoritme heeft daarom het vermogen om een diagnostisch instrument voor CVS te worden.

Inleiding

[…] Het blijft een uitdaging voor artsen en researchers, en een onvolledig gekarakteriseerde ziekte, ten dele omwille van de controversiële definitie, pathogenese en diagnose. Daarom is het vinden van potentiële biomerkers van groot belang voor het begrijpen van de ziekte en het ontwikkelen van een doelgerichte behandeling.

Mitochondrieën bleken van groot belang voor CVS-onderzoek omwille van nieuw bewijsmateriaal voor mitochondriale dysfunktie als een vermoedelijk biologisch mechanisme voor vermoeidheid. De onderliggende hypothese is dat vermoeidheid en andere vergezellende symptomen ten dele te wijten zijn aan een verstoord energie-metabolisme op cellulair niveau, dat grotendeels wordt bepaald door mitochondrieën als energie-fabriek en z’n ATP-produktie. Het ATP-profiel van perifeer bloed mononucleaire cellen (PBMCs) werd aangewend als een diagnostisch instrument voor CVS maar de resultaten waren echter controversieel. Meerdere studies hebben gedaald ATP-niveau getoond in patiënten-groepen [bv. Castro-Marrero J et al. Could mitochondrial dysfunction be a differentiating marker between Chronic Fatigue Syndrome and fibromyalgia? Antioxid Redox Signal. (2013) 19: 1855-60], terwijl andere geen verschillen konden detekteren of verrassend genoeg een verhoogde energie-produktie vonden bij CVS-patiënten [bv. Vermeulen RC 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].

Hier, in een poging om mitochondriale dysfunktie en CVS-pathogenese te linken, probeerden we ‘single’ cel Raman-spectra (SCRS) te analyseren en universele biomerkers in cellen te identificeren. Een SCRS kan worden beschouwd als een intrinsieke chemische ‘fingerprint’ van een cel met zeer doorslaggevende Raman-banden voor belangrijke cellulaire bouwstenen zoals proteïnen, aminozuren, lipiden en fosfolipiden, en koolhydraten. Daarom zijn SCRS biochemische profielen van individuele cellen die fysiologische toestanden en metabole veranderingen weerspiegelen. Door de rijke en semi-kwantitatieve metabole informatie van afzonderlijke cellen, kan SCRS worden gebruikt om het cellulair metabolisme te beschrijven en ziekte-gerelateerde biomerkers te tonen.

In deze studie gebruikten we ten eerste ‘single’ cel Raman micro-spectroscopie (SCRM) om fenotypische profielen van menselijke ρ0 cel-lijnen volledig ontdaan van mitochondriaal DNA (mtDNA) te bekomen om het effekt te bestuderen van ernstige mitochondriale dysfunktie. Ten tweede vergeleken we SCRS van PBMCs van 5 CVS-patiënten en 5 gezonde controles als piloot-studie om potentiële biomerkers voor CVS-diagnose te vinden. De vergelijking van de 2 resultaten biedt inzichten omtrent het verband van mitochondriale dysfunktie met de pathofysiologie van CVS en toont een coherente en consistente benadering voor de diagnose van de ziekte.

Experiment

Cel-cultuur, generatie van WT cybriden en PicoGreen-kleuring

De gebruikte 143B ρ0 cel-lijn zonder mtDNA […] wordt veelvuldig gebruikt bij studies die het pathogeen effekt van mtDNA-mutaties onderzoeken. […] De wild-type (WT) lijn werd gegenereerd door 143B ρ0 cellen te fuseren met normaal mtDNA […]. Het ‘herbevolken’ van de ρ0 lijn is een beter controle-systeem dan de originele 143B wild-type cellen […].

De aanwezigheid van mtDNA werd bevestigd d.m.v. kleuring met PicoGreen. […] Het mtDNA ‘copy-number’ van de ρ0 cellen en de WT cellen werd ook bepaald via ‘real-time’ PCR (vergelijking van celkern en mitochondriaal DNA). […]

ATP-metingen van WT en ρ0 cellen

[…]

Ethiek

[…]

Isolatie van PBMCs uit bloed-stalen

[…] Er werden morfologisch 2 types cellen met verschillende groottes (5-7 µm & 15-20 µm) in de PBMC-fractie gezien. Enkel de cellen met grotere afmetingen werden geselekteerd voor de Raman-experimenten na vergelijking van de resultaten (gegevens niet getoond), om de heterogeniteit door de verschillende cell-types te minimaliseren. Er dienen verdere experimenten te worden gedaan om de identiteit van de cellen te bevestigen (nu geloven we dat het monocyten zijn, op basis van de cel-populatie en grootte).

Metingen van ‘single’-cel Raman-spectra (SCRS)

[…] De gefixeerde cellen werden op een specifiek behandeld microscopisch plaatje gelegd (dat geen achtergrond Raman-signaal geeft). SCRS m.b.v. een Raman-microscpop en een 532 nm […] laser. […] Spectraal bereik: 330 tot 1900 cm-1 […] 5 s per spectrum, 10 spectra per cel & 20-30 ‘single’ cellen per conditie.

Voor-verwerking en analyse van Raman-gegevens

[…] Kwantificering van intracellulaire bio-molekulen via integratie van de corresponderende Raman-banden in SCRS. Banden geassocieerd met fenylalanine tussen 993-1013 cm-1 & 1022-1036 cm-1 werden gebruikt om de intracellulaire concentratie te kwantificeren. […]

‘Machine-learning’ klassificatie-model

Er werd een ‘machine-learning’ [wetenschappelijke discipline over het ontwerpen en ontwikkelen van instruktie-lijsten die computers moeten toelaten ‘gedragingen’ te ontwikkelen op basis van empirische gegevens (bv. van sensoren of uit databases; ook wel ‘data-mining’] klassificatie-model geconstrueerd op basis van SCRS van 5 CVS-patiënten en 5 controles (80 & 126 SCRS respectievelijk). Er werd een niet-lineaire ‘support vector machine’ (SVM [een ‘binaire klassificeerder’; wijst, aan de hand van een aantal kenmerken, objecten toe aan één van twee klassen – daarvoor moet ze eerst een numeriek model van deze objecten maken als punten in een wiskundige struktuur; in de training (inoefening) -fase brengt de SVM op basis van een verzameling van voorbeelden, waarvan is aangegeven tot welke klasse ze behoren, een scheiding aan die de twee klassen zo goed mogelijk van elkaar scheidt (die scheiding is een hyper-vlak); nadien kan de SVM dan voor een nieuw te klasseren object beslissen tot welke klasse het behoort door te kijken langs welke kant van het hyper-vlak het corresponderende punt in de ruimte ligt]) algoritme gebruikt om het model op te bouwen […]. Er werden niet-lineaire hyper-vlakken gebruikt om de gegevens te scheiden. ‘Leave-one-out’ kruis-validatie [kruis-validatie = techniek om na te gaan welke resultaten de statistische analyse van een voorspellend model zal hebben voor onafhankelijke gegevens] (LOOCV [zie hieronder]) werd aangewend om het model te evalueren en de sensitiviteit werd voor elke conditie en globaal berekend.

Extracellulaire flux analyse

De OXPHOS van PBMCs werd bepaald d.m.v. de Seahorse XFe96 extracellulaire flux analyser [zie ‘Cellulaire bio-energetica verstoord bij patiënten met M.E.(cvs)’] […] Daarbij wordt de zuurstof-consumptie (OCR) opgenomen na opéénvolgende toediening van 1 μM oligomycine, 3 μM carbonyl cyanide-4-(trifluoromethoxy)-fenylhydrazone (FCCP), en een combinatie van 0,5 μM rotenon en 0,5 μM antimycine-A. […]

Resultaten en bespreking

Cellen zonder mtDNA hebben specifieke ‘single’-cel Raman spectra (SCRS)

PicoGreen kan specifiek worden aangewend om mitochondriaal DNA (mtDNA) te kleuren in levende cellen. Na incubatie met de kleurstof vertoonden ρ0 cellen waarin opnieuw wild-type mtDNA werd geïntroduceerd (WT cellen) helder gekleurde cel-kernen omgeven door talrijke heldere cytoplasmatische spikkels, terwijl ρ0 cellen slechts helder gekleurde cel-kernen zonder de omringende spikkels vertoonden, wat de depletie van mtDNA in ρ0 cellen bevestigt.

Aangezien mitochondrieën de primaire energie-fabriek van de meest eukaryote cellen zijn en de cel bevoorraden met metabole energie onder de vorm van ATP, hebben we de ATP-produktie van WT cellen en ρ0 cellen gemeten bij 50.000 of 75.000 cellen. Verrassend was dat bij beide cel-aantallen, ρ0 cellen gelijkaardige hoeveelheden ATP aanmaakten in vergelijking met WT cellen, als de toegevoegde glucose-concentraties hoog waren (11 mM & 25 mM). Aan de andere kant was de ATP-concentratie in ρ0 cellen significant lager dan in WT cellen bij lage glucose-concentraties (0 mM tot 5 mM). Onze resultaten suggereren dat, als er voldoende glucose is, ρ0 cellen zich kunnen aanpassen om ATP-produktie te stimuleren via niet-mitochondriale glycolyse ter compensatie voor de slechte mitochondriale respiratoire keten. Wanneer de glucose laag en ATP-produktie uit glycolyse beperkt is, is de WT cel-lijn in staat om switchen naar een mitochondriale manier van ATP-produktie gebruikmakend van de respiratoire keten via elektronen-transport gekoppelde fosforylatie (ETCP). De ρ0 cellen zijn echter niet in staat de ETCP te gebruiken omwille van de defekte mitochondrieën.

We pasten ‘single’ cel Raman micro-spectroscopie (SCRM) toe om de WT cellen en de ρ0 cellen bij hoog glucose te onderzoeken en de verschillen qua bio-energetisch mechanisme (ondanks een gelijkaardige ATP-aanmaak in de 2 cel-lijnen) te verklaren. […] Er werd een relatief lage standaard-deviatie gezien omwille van de beperkte heterogeniteit bij het in vitro bestuderen van de cel-lijnen. Vergeleken met WT cellen, vertonen ρ0 cellen een verschillend spectraal patroon in het ‘fingerprint’-gebied van hun SCRS (600-1.800 cm-1), wat typisch kan worden gebruikt als een fenotypische ‘fingerprint’ van cellen die de belangrijkste biochemische informatie bevatten.

Er werd dan ongecontroleerde ‘principal component analysis’ (PCA [Statistische analyse-methode een grote hoeveelheid gegevens te beschrijven met een kleiner aantal relevante grootheden, de hoofd- of principale componenten.]) aangewend om de vele dimensies van SCRS (omwille van de aanwezigheid van meer dan 1.500 Raman-banden) te reduceren. Een PCA-grafiek […] illustreert 2 duidelijk afscheidbare clusters die de WT cellen en ρ0 cellen weergeven. Er werd een diagram opgesteld voor de karakterisatie van de belangrijke Raman-banden. Het meest prominente kenmerk werd gezien bij 1003 cm-1, wat kan worden toegeschreven aan de aromatische ring [benzeen-ring; zes koolstof-atomen die in een vlakke ring liggen] van fenylalanine. Andere banden gerelateerd met fenylalanine bleken ook een grote bijdrage te leveren, inclusief 1.609 […], 1.030 […] en 618 […] cm-1. Alle banden gerelateerd met fenylalanine waren hoger in de ρ0 cellen vergeleken met de WT cellen, wat een belangrijke rol van het aminozuur fenylalanine in het metabolisme van cellen met mitochondriale dysfunktie aangeeft.

Andere verschillen omvatten banden rondom 1.658 […] en 1.440 […] cm-1, die beide hoger zijn in WT cellen t.o.v. ρ0 cellen. Dit suggereert dat, ondanks een hogere accumulatie van cellulair fenylalanine, ρ0 cellen een globale gedaalde intracellulaire concentratie van proteïnen lipiden te wijten aan een verstoord metabolisme hebben. Aangezien fenylalanine alleen wellicht onvoldoende is om het pathomechanisme te karakteriseren, dienen meer biomerkers te worden geïdentificeerd om mitochondriale dysfunktie simultaan en meer betrouwbaar te identificeren.

PBMCs van CVS-patiënten kunnen worden onderscheiden via één enkele Raman-merker

[…] Aangezien fenylalanine een potentiële biomerker in ρ0 cellen bleek, werd gehypothiseerd dat het een geschikte kandidaat kan zijn om bij CVS-patiënten – waarvan wordt gedacht dat ze een gelijkaardige bio-energetische dysfunktie hebben – te onderzoeken. Van de 5 patiënten vertoonden er 4 Raman-spectra met verhoogde fenylalanine-band op 1.003 cm-1 (CVS 1-4), terwijl de andere (CVS 5) een gelijkaardige intensiteit vertoonde i.v.g. met de controles. Door het gemiddelde te maken van 80 SCRS van de patiënten en 126 spectra van de controles, is het zichtbaarder dat de fenylalanine-band een uitgesproken stijging in de cellen van patiënten vertoont.

PCA van SCRS van 10 stalen toonde een aanzienlijke afscheiding tussen de CVS- en de controle-groep. Terwijl CVS 1-4 kleinere ellipsoïden vertoonden met weinig overlapping met de controles, had CVS 5 een hogere ‘single’ cel verspreiding en overlapte grotendeels met de ellipsoïden van de controles; wat correleert met de observatie aangaande fenylalanine. Om te verifiëren dat de afscheiding tussen de groepen in de PCA-clustering toe te schrijven was aan fenylalanine, zetten we het Raman golfgetal [hoeveel golven (golflengtes) per lengte-eenheid] uit tegenover de componenten die de grootste afscheiding tussen de groepen toonden. Raman-banden rond 1.003 en 1.030 cm-1 werden geïdentificeerd voor het beschrijven van de maximum varianties […]. De intracellulaire concentratie van fenylalanine werd semi-gekwantificeerd door het integreren van de Raman-banden op 1.003 en 1.030 cm-1, respectievelijk. Beide signatuur-banden voor fenylalanine bleken significant hoger bij de patiënten t.o.v. controles (p < 0.0001).

Eerdere research ondersteunt de mogelijkheid dat het pathomechanisme van CVS gelinkt is met veranderingen qua aminozuren. Er werden reducties van de concentraties van bepaalde aminozuren, inclusief fenylalanine, in het serum en urine van CVS-patiënten gerapporteerd [Armstrong CW, McGregor NR et al. NMR metabolic profiling of serum identifies amino acid disturbances in Chronic Fatigue Syndrome. Clin Chim Acta. (2012) 413: 1525-31 /// Armstrong CW, McGregor NR et al. Metabolic profiling reveals anomalous energy metabolism and oxidative stress pathways in Chronic Fatigue Syndrome patients. Metaolomics (2015) 11: 1626-1639 /// Fluge Ø, Mella O et al. Metabolic profiling indicates impaired pyruvate dehydrogenase function in Myalgic Encephalopathy/ Chronic Fatigue Syndrome. JCI Insight. (2016) 1: e89376]. Deze bevindingen ondersteunen een mogelijk metabool defekt verbonden met het aminozuren-metabolisme bij CVS-patiënten, d.m.v. de analyse van de metabolomica van biologsiche vloeistoffen van de patiënten. Ons werk is, naar ons weten, het eerste dat melding maakt van de veranderingen in ‘single’ perifere bloedcellen van CVS-patiënten. Onze resultaten suggereren dat cellen van patiënten meer aminozuren (bv. fenylalanine) kunnen accumuleren, wat resulteert in een vermindering in de lichaamsvochten die wordt gezien in andere studies. Dit zou te wijten kunnen zijn aan een inductie van secundaire redding-mechanismen om intracellulair meer aminozuren te accumuleren en een normale ATP-produktie te behouden in de metabool dysfunktionele patiënten-cellen [zie Fluge Ø, Mella O et al. hierboven]. Verder toont onze bevinding de impact van fenylalanine in zowel ρ0 cellen zonder mtDNA en bloedcellen van CVS-patiënten, die mitochondriale defekten ook kan linken met CVS. Niettemin: hoe de gestegen fenylalanine-waarden in PBMCs in verband staan met andere weefsels bij de patiënten is nog onduidelijk. Raman-benaderingen die fenotypische spectra kunnen leveren van weefsels zou zeer nuttig kunnen zijn bij toekomstige onderzoeken.

Er werd een extracellulaire flux analyse uitgevoerd bij 4 CVS-patiënten die het meest ongelijk waren van de controles wat betreft SCRS-resultaten (CVS 1-4), om te onderzoeken of er een correlatie bestaat tussen abnormaliteiten qua oxidatieve fosforylatie (OXPHOS) en de SCRS-analyse wanneer PBMCs geïncubeerd worden in laag- en hoog-glucose. Twee van de patiënten hadden een zeer lage OXPHOS in beide condities (CVS 2 & 4) en de andere 2 hadden veel hogere OXPHOS-profielen (CVS 1 & 3). Hoewel bij de OXPHOS-analyse er mitochondriale deficiëntie uitgesproken werd gedetekteerd in 2 van de 4 patiënten, was SCRS van PBMCs in staat bij alle 4 de abnormaliteiten op te pikken. Niettemin is het staal patiënten en controles klein als we de mogelijks grote heterogeniteit bij CVS-individuen in acht nemen. Onze resultaten dienen als een piloot-studie om het potentieel te verkennen van SCRM als instrument om biomerkers voor CVS te identificeren. Er wordt een studie op grotere schaal voorbereid om de resultaten van dit werk te consolideren.

‘Machine-learning’ modellen kunnen CVS-patiënten met succes en met hoge accuraatheid klassificeren

Bij Raman-benaderingen is, naast het afleiden van kenmerken om informatieve biomerkers te vinden, de klassificatie gebaseerd op spectra dikwijls wenselijk voor diagnostische doeleinden. ‘Machine-learning’ benaderingen zijn gewoonlijk geschikt om de gecompliceerde Raman gegevens-set op te delen in componenten. Niet-lineaire ‘support vector machine’ (SVM) [uitgelegd bij ‘Experiment’] is een gesuperviseerd [input en output duidelijk gedefinieerd] leer-algoritme […] om verschillende klassen te scheiden die d.m.v. lineaire klassificatie niet te scheiden zijn. Er werd een klassificatie-model ingeoefend via niet-lineaire SVM om het onderscheid te maken tussen de CVS-groep en controle-groep op basis van hun SCRS (80 SCRS voor de CVS-groep, 126 SCRS voor de controle-groep). Er werd ‘leave-one-out’ kruis-validatie gebruikt om het model te evalueren door éénder welke van 205 spectra te gebruiken om het model te trainen en dan te testen of het model het ene weggelaten spectrum correct kan klassificeren. Dit model was in staat de CVS-groep met succes te klassificeren met een sensitiviteit van 96,3% (77 van de 80) en de controle-groep met een sensitiviteit van 99,2% (125 van de 126). De lagere sensitiviteit die wordt gezien voor de patiënten-groep kan worden verklaard door de aanwezigheid van hogere heterogeniteit bij de CVS-patiënten. Er werd een totale accuraatheid van 98,1% bereikt op basis van 206 Raman-spectra. Opmerkenswaardig: bij een groter wordend staal en aantal Raman-spectra om de referentie-database op te bouwen, kunnen klassificatie-modellen met betere deugdelijkheid worden bereikt. Aangezien één Raman-spectrum binnen luttele seconden kan worden verkregen, kan één patient-staal bestaande uit meerdere spectra en meerdere cellen worden gekarakteriseerd en geklassificeerd binnen enkele minuten, wat een enorm potentieel en haalbaarheid in de klinische praktijk impliceert.

Besluiten

Deze studie werd uitgevoerd om de haalbaarheid van of ‘single’ cel Raman-analyse te evalueren bij de detektie van biomerkers gerelateerd met mitochondriale dysfunktie en CVS. Zodoende identificeerden we een verhoogde intracellulaire concentratie van het aromatisch aminozuur fenylalanine [essentieel aminozuur dat nodig is voor diverse biochemische processen; onder andere voor de aanmaak van de neurotransmitters dopamine, adrenaline en noradrenaline] en toonden dat het kan worden gebruikt als een potentiële biomerker in ρ0 cellen zonder mitochondriaal DNA, alsook in perifeer bloed mononucleaire cellen van CVS-patiënten. Bovendien gaf een ‘machine-learning’ model een accuraatheid van 98,1% correct te klassificeren van patiënten en controles op basis van hun Raman-spectra. De combinatie van Raman-biomerkers en klassificatie-modellen zou kunnen leiden tot verbeteringen omtrent het begrijpen van CVS-pathogenese en het potentieel hebben te worden gebruikt als een diagnostisch instrument voor CVS.

september 8, 2018

Expressie van zeer lange niet-coderende RNAs bij M.E.(cvs)

Er wordt op allerlei vlakken verder gezocht naar molekulaire merkers voor M.E.(cvs)…

De ontdekking van duizenden lange niet-coderende (lnc) RNAs – eenvoudig uitgedrukt: ze worden niet vertaald naar proteïnen – in het menselijk genoom, zet researchers aan om hun mogelijke rol te onderzoeken. Er is al gebleken dat veel lncRNAs betrokken zijn bij belangrijke biologische processen: ‘dosage-compensation’ (proces waarbij organismen de expressie van genen tussen de geslachten gelijkstelt; de geslacht-chromosomen bevatten nl. een verschillend aantal genen), genomische ‘imprinting’ (epigenetische veranderingen worden ‘vastgelegd’ in de spermatozoïden of oöcyten van de ouders en dan doorgegeven via cel-deling aan de biologische cellen van het organisme), chromatine-regulering, alternatieve ‘splicing’ van pre-mRNA (proces waarbij tijdens het verwerken van RNA – na de transcriptie van DNA – niet-coderende stukken – intronen – uit het pre-mRNA worden geknipt en de exonen van het pre-mRNA aan elkaar geplakt) en cel-kern organisatie (verdeling van chromatine in de cel-nucleus). Er zijn studies die rapporteerden dat lncRNAs ontregeld zijn bij een aantal ziekten (kankers en neurologische aandoeningen). Dikwijls kunnen de lncRNAs niet als oorzaak aangeduid maar er worden wel mogelijke rollen gesuggereerd die dieper onderzoek rechtvaardigen.

Onderstaand artikel verkent de mogelijkheid van de betrokkenheid van lncRNAs bij M.E.(cvs). Ze worden (omwille van hun belangrijke werking bij transcriptie, translatie en epigenetica) beschouwd als potentiële merkers voor neurologische ziekte. Er werden hier bij M.E.(cvs)-patiënten significant verhoogde waarden gevonden van de lncRNAs NTT, MIAT & EmX2OS en bovendien waren er 2 gecorreleerd met de ernst van de ziekte.

Dit piloot-onderzoek werd uitgevoerd door Taiwanese onderzoekers die al eerder onderzoek verrichten op het gebied van lncRNAs in samenwerking met de Berlijnse immunologe (en één van de directeuren van EUROMENE – het Europees Netwerk voor M.E./CVS) Prof. Dr Carmen Scheibenbogen, die vooral geïnteresseerd is in een mogelijke auto-immune etiologie voor M.E.(cvs).

————————-

Journal of Translational Medicine Vol 16, #1, p 231 (augustus 2018)

The expression signature of very long non-coding RNA in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome

Chin-An Yang (1,2,3,4), Sandra Bauer (5), Yu-Chen Ho (3), Franziska Sotzny (5), Jan-Gowth Chang (1,3,4), Carmen Scheibenbogen (5)

1 Department of Laboratory Medicine, China Medical University Hospital, Taichung, Taiwan

2 Division of General Pediatrics, Children’s Hospital of China Medical University, Taichung, Taiwan

3 College of Medicine, China Medical University, Taichung, Taiwan

4 Centre for Precision Medicine, China Medical University Hospital, Taichung, Taiwan

5 Institute for Medical Immunology, Charite-Universitatsmedizin Berlin, Berlin, Germany

Samenvatting

Achtergrond Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS) is een chronische invaliderende ziekte met een enorme socio-economische impact. Er werd gesuggereerd dat immune ontregeling, nitro-oxidatieve stress en metabole stoornissen kunnen bijdragen tot de pathogenese. De etiologie van M.E./CVS blijft echter grotendeels onduidelijk en diagnostische/prognostische ziekte-merkers ontbreken. Er werd gerapporteerd dat meerdere lange niet-coderende RNAs (lncRNA, > 200 bp) rollen spelen bij immunologische ziekten of bij stress-responsen.

Methodes In onze studie onderzochten we de expressie-signatuur van 10 zeer lange lncRNAs (> 5 kb, CR933609, His-RNA, AK124742, GNAS1-AS, EmX2OS, MIAT, TUG1, NEAT1, MALAT1, NTT) in perifeer bloed mononucleaire cellen van 44 M.E./CVS-patiënten.

Resultaten Waarden van de lncRNAs NTT, MIAT & EmX2OS bleken significant verhoogd bij M.E./CVS-patiënten i.v.m. gezonde controles. Bovendien stegen de waarden van NTT & EmX2OS met de ernst van de ziekte. Stimulatie van de menselijke monocytische cel-lijn THP-1 en glioma cel-lijn KALS1 met H2O2 (oxidatieve stress) en poly (I:C) (dubbel-strengig RNA, representatief voor virale aktivatie) verhoogden de expressie-waarden van NTT & MIAT.

Besluiten Onze studie onthulde een met M.E./CVS geassocieerde expressie-signatuur van zeer lange lncRNA, die de regulerende respons op oxidatieve stress, chronische virale infektie en hypoxemie [tekort aan zuurstof in het bloed] bij M.E./CVS-patiënten zou kunnen weerspiegelen. Er dient verder onderzoek te gebeuren om de funkties en potentiële diagnostische waarde van deze lncRNAs bij M.E./CVS bloot te leggen.

Achtergrond

[…]. De pathogenese van M.E./CVS is ingewikkeld en blijft tot op heden grotendeels moeilijk te begrijpen. Er is bewijs dat bij een subset van patiënten infekties resulteren in chronische immuun-aktivatie en auto-immuniteit. Er werden auto-antilichamen tegen neurotransmitters gevonden in een subgroep of M.E./CVS-patiënten. [Loebel M et al. (Fluge O, Mella O, Scheibenbogen C) Antibodies to beta adrenergic and muscarinic cholinergic receptors in patients with Chronic Fatigue Syndrome. Brain Behav Immun. (2016) 52: 32-9] Daarnaast faciliteren verhoogde cytokinen en oxidatieve/nitrosatieve stress mogelijks de ontwrichting van de blood-hersen-barrière, neuro-inflammatie, en gliale aktivatie en hypersensitiviteit, welke verder de ontregeling van neurotransmitters en versterking van inflammatoire signalen triggert. Er werd ook gerapporteerd dat mitochondriale dysfunktie en metabole stoornissen aan de basis liggen van de mogelijke mechanismen voor M.E./CVS. [Naviaux RK et al. Metabolic features of Chronic Fatigue Syndrome. Proc Natl Acad Sci USA (2016) 113: E5472-80 /// Yamano E et al. Index markers of Chronic Fatigue Syndrome with dysfunction of TCA and urea cycles. Sci Rep. (2016) 6: 34990] Ondanks dit bewijsmateriaal, ontbreken er nog steeds diagnostische merkers en de diagnose wordt gewoonlijk gesteld op basis van klinische criteria.

Lange niet-coderende RNAs worden gedefinieerd als RNAs van meer dan 200 nucleotiden, die niet coderen voor proteïnen. Via RNA-DNA, RNA-RNA of RNA-proteïne interakties, kunnen lncRNA verschillende stadia van de gen-regulering beïnvloeden. LncRNAs zijn belangrijke regulatoren van de chromatine [complex van DNA en eiwitten in de celkern] -toestand, die een groot vermogen hebben om te interageren met meer dan één proteïne in verschillende contexten en de cellulaire respons af te stellen. Er werd gerapporteerd dat lncRNAs essentiële rollen spelen bij complexe ziekten, zoals kanker en auto-immune ziekten. Hoewel er meer en meer lncRNAs ontdekt worden, zijn de meeste van hun funkties en werking-mechanismen nog onbekend, bijzonderlijk voor de zeer lange lncRNAs met afmetingen van meer dan 5.000 nucleotiden. We hadden bijzondere interesse in 10 zeer grote lncRNAs (> 5 kb), waarvan ofwel betrokkenheid bij immuun-regulering werd gerapporteerd ofwel dat ze gelokaliseerd zijn in de buurt van genen die de stress-respons, metabole en neurologische processen reguleren, en dus mogelijks een rol spelen bij M.E./CVS.

De 10 lncRNAs zijn: NTT (17 kb), NEAT1 (23 kb), MALAT1 (7,5 kb), TUG1 (7,1 kb), MIAT (9,9 kb), His-1 RNA (8,4 kb), GNAS1-AS (8,9 kb), EMX2OS (7,3 kb), CR933609 (8,8 kb) & AK124742 (6 kb). NTT werd voor het eerst beschreven in geaktiveerde T-cellen, terwijl werd gerapporteerd dat NEAT1 betrokken was bij lupus en bij de immuun-respons op virale infekties. MALAT1 bleek de door LPS geïnduceerde inflammatoire respons te reguleren en TUG1 is betrokken bij de regulering van door koude geïnduceerde oxidatieve stress en inflammatie. Wat betreft MIAT: het is geweten dat dit tussenkomt bij een waaier aan ziekte-processen, inclusief myocard-infarct, microvasculaire dysfunktie, schizofrenie, enz. His-1 RNA bleek geïmpliceerd in leukemogenese [inductie en ontwikkeling van leukemie] en GNAS1-AS is een anti-sense transcript [‘anti-sense’ sequenties zijn er die het mRNA inaktiveren] op de locus van GNAS1, coderend voor neuro-endocrien secretorisch proteïne. Volgens de lncrnadb database is EMX2OS een tegengestelde streng transcript van het EMX2 gen dat mogelijks EMX2 reguleert. Zowel EMX2OS als EMX2 RNAs werden gedetekteerd in weefsels van het centraal zenuwstelsel (CZS). Omtrent CR933609: we hebben eerder z’n rol bij de bescherming van INO80D tegen downregulering door miRNA-5096 geïdentificeerd. Aangezien INO80D een belangrijke component is van het chromatine-hermodelerend INO80 complex dat glycolytische en respiratoire capaciteiten van de cel reguleert, kan CR933609 betrokken zijn bij het behouden van de metabole stabiliteit. Ten slotte: er werd gerapporteerd dat AK124742 een anti-sense RNA is voor het gen PSMD6, dat codeert voor componenten van het proteasoom [groot eiwit-complex dat afwijkende – overbodige of beschadigde – proteïnen afbreekt] waarbij antigen-presentatie door MHC klasse-I en herstel van DNA-schade betrokken zijn.

In deze studie was ons doel het onderzoeken van de expressie-signaturen en potentiële diagnostische waarden van de 10 zeer grote lncRNAs (> 5 kb) bij M.E./CVS-patiënten. En verder werden de effekten van oxidatieve stress (H2O2) en ‘Toll like’ receptor 3 (TLR3 [‘Toll-like’ receptoren zijn op het oppervlak van leukocyten voorkomende receptoren die molekulaire patronen (van indringers) herkennen]) ligand poly (I:C) (dat virale infektie nabootst) op de waarden van zeer grote lncRNAs geëvalueerd in menselijke monocytische cel-lijn THP-1 en glioma [tumor-type ontstaand in gliale cellen] cel-lijn KALS1.

Methodes

Individuen

Er werden 44 M.E./CVS-patiënten met de diagnose gesteld volgens de Canadese criteria en 30 voor geslacht en leeftijd gematchte gezonde controles gerecruteerd. [64% vrouwen bij M.E./CVS (60% bij controles); 25/44 met Bell-score < 30 (ernstig)]. […]

RNA-extractie en RT-PCR voor lncRNAs

RNAs werden geïsoleerd uit PBMCs [perifeer bloed mononuclaire cellen] […] Omgekeerde transcriptie naar cDNA voor ‘real-time’ PCR [RT-PCR; monitort de amplificatie van een doelwit DNA/RNA tijdens de PCR, in ‘real-time’, en niet op het einde (zoals bij conventionele PCR)]. GAPDH-expressie was de endogene controle. […]

[CT, ‘cycle-treshold’, staat voor het aantal PCR-cycli waarbij de geamplificeerde sequentie boven de ‘background’ komt: op dat punt wordt een detekteerbare hoeveelheid van het te amplificeren stuk DNA/RNA gegenereerd. De CT is omgekeerd evenredig met de oorspronkelijke expressie van het gen: hoe meer er van aanwezig, hoe minder PCR-cycli nodig om het detekteerbaar te maken. ΔCT = CT(een doelwit-gen) minus CT(een referentie-gen)]

Cel-lijn studies

[…]

Bio-informatica en statistische analyse

[…]

Resultaten

PBMC lncRNA-profiel bij patiënten met chronische vermoeidheid en controles

De expressie van de 10 lncRNAs (NTT, NEAT1, MALAT1, TUG1, MIAT, His-1 RNA, GNAS1-AS, EMX2OS, CR933609 & AK124742) in PBMCs van M.E./CVS-patiënten en gezonde controles werden geëvalueerd d.m.v. RT-PCR. De waarden van de 10 ΔCT (CTlncRNA – CTGAPDH) van elke individu werden gebruikt om een correlatie-matrix [matrix met als elementen de paar-gewijze co-varianties] op te bouwen en ‘principle component analysis’ (PCA). [hoofd-componenten-analyse; objectieve techniek om het aantal variabelen op een zinvolle manier te reduceren; een wiskundige procedure om een set observaties van mogelijks gecorreleerde variabelen om te zetten naar een set waarden van niet-gecorreleerde variabelen, genaamd ‘principal components’ (belangrijkste componenten).] De PCA toonde dat het M.E./CVS en controle lncRNA expressie-profiel konden hoofdzakelijk worden gescheiden door component 2. […]

Associatie van lncRNA expressie-waarden met M.E./CVS en ziekte-ernst

Om de test-aantallen van lncRNAs nodig voor het differentiëren van M.E./CVS en gezonde controles te reduceren en het verband tussen lncRNA expressie-waarden en M.E./CVS ziekte-ernst te evalueren, analyseerden we de hoeveelheid van elk lncRNA in PBMCs van controles, mild-matige M.E./CVS (Bell-score ≥ 30) en ernstige M.E./CVS (Bell-score < 30). Interessant was dat de waarden van NTT, MIAT & EMX2OS significant hoger bleken in M.E./CVS PBMCs t.o.v. controles. M.E./CVS mediane ΔCT vs. controle mediane ΔCT: NTT 8,86 vs. 10,05 (p < 0.0001), MIAT 6,22 vs. 6,89 (p < 0.05), EMX2OS 20,69 vs. 18,59 (p < 0.001). Verder: NTT & EMX2OS expressie-waarden correleerden met M.E./CVS ziekte-ernst, waarbij de grootste hoeveelheid werd gedetekteerd bij M.E./CVS-patiënten met een Bell-score van 10 of 20 (< 30).

PBMC NTT, MIAT en EMX2OS expressie-signatuur als M.E./CVS diagnostische merkers

Aangezien we hebben ontdekt dat bij de 10 geteste lncRNAs, slechts de waarden van NTT, MIAT & EMX2OS geupreguleerd waren bij M.E./CVS, zetten we een nieuw PCA-grafiek uit gebruikmakend van een correlatie-matrix met NTT, MIAT & EMX2OS ΔCT-waarden. De M.E./CVS-patiënten konden van de gezonde controles worden gescheiden op basis van component 1. De M.E./CVS groep kon nog steeds van de controle-groep worden gescheiden wanneer de gebruikte lncRNA-waarden werden verminderd tot die van NTT & MIAT of die van NTT & EMX2OS. De M.E./CVS- en controle-groep konden echter niet goed van elkaar gedifferentieerd worden op basis van MIAT & EMX2OS.

Om de diagnostische waarde van het combineren van de expressie van NTT, MIAT & EMX2OS te evalueren, berekenden we eerst de optimale ‘cut-off’ ΔCT-waarde van elk van die 3 lncRNAs d.m.v. ROC-curves [ROC (receiver operating characteristic’) -analyse is een statistische methode die internationaal gebruikt wordt als toets voor de voorspellende waarde van een variabele of instrument; de ROC-curve is een grafiek van de gevoeligheid tegen de specificiteit /// area under the curve’ (AUC) of oppervlakte onder de curve; samenvattende maatstaf die in wezen het gemiddelde maakt van de diagnostische accuraatheid over het spectrum van de test-waarden: een AUC = 1 betekent een perfeke test; AUC = 0.90-1 is excellent (hoge sensitiviteit en hoge specificiteit), 0.80-0.90 is goed]. Deze waren: 9,49 (AUC = 0.82); 6,82 (AUC = 0.65); 19,06 (AUC = 0.77), voor NTT, MIAT & EMX2OS respectievelijk. Er werd dan een bijkomende ROC-analyse uitgevoerd en die onthulde dat de criteria van verhoogde expressie (ΔCT onder de optimale ‘cut-off’) van eender welke 2 van deze 3 lncRNAs bij het stellen van de diagnose van M.E./CVS een gevoeligheid van 67,4 en een specificiteit van 86,7 had, AUC = 0.82 […].

Expressie-waarden van genen die mogelijks gereguleerd worden door de lncRNAs bij M.E./CVS

Om mogelijke werking-mechanismen van de lncRNAs NTT, MIAT & EMX2OS bij M.E./CVS op te helderen, analyseerden we het expressie-profiel van hun potentiële ‘downstream’ genen bij patiënten en controles. Er werd gesuggereerd dat NTT werkt op nabijgelegen genen, inclusief IFNGR1 [coderend voor interferon-gamma receptor 1] & PBOV1 [‘Prostate And Breast Cancer Overexpressed 1’; coderend voor een proteïne dat geupreguleerd is bij sommmige types kanker]. Er werd gerapporteerd dat ZEB1 ‘downstream’ van MIAT ligt; en er werd voorgesteld dat EMX2 gereguleerd wordt door EMX2OS. Terwijl EMX2 niet kon worden gedetekteerd in PBMCs (gegevens niet getoond), bleek ZEB1 matig maar significant verhoogd in M.E./CVS PBMCs t.o.v. controles (M.E./CVS mediane ΔCT vs. controle mediane ΔCT: 7,60 vs. 7,82, p < 0.05). De expressie-waarden van IFNGR1 & PBOV1 bleken niet significant verschillend tussen M.E./CVS en controles. Wat betreft de correlatie tussen de expressies van lncRNAs en ‘downstream’ genen: er werd een positieve relatie tussen ZEB1- en MIAT-waarde gedetekteerd d.m.v. lineaire regressie analyse bij M.E./CVS (p < 0.0001) maar niet bij controles. Ook bleek de IFNGR1-waarde positief gecorreleerd met de NTT-waarde bij M.E./CVS (p < 0.0001) maar niet bij controles. De lineaire regressie analyse tussen NTT en PBOV1 toonde geen statistische significantie, noch voor M.E./CVS en controles.

Upregulering van NTT & MIAT door H2O2 en poly (I:C) in menselijke monocytische en glioma cel-lijnen

Het is geweten dat oxidatieve stress en terugkerende herpesvirus-infektie bijdragen tot de M.E./CVS-pathologie. [Sotzny F et al. (Scheibenbogen C). Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome – evidence for an autoimmune disease. Autoimmun Rev. (2018) 17: 601-9] Om de mogelijke effekten van deze stressoren op de expressie van NTT, MIAT & EMX2OS te onderzoeken, gebruikten we de menselijke monocytische cel-lijn THP-1 en glioma cel-lijn KALS1 als modellen, en behandelden deze met H2O2 (oxidatieve stress) of poly (I:C) (TLR3-agonist, die een herpesvirus-infektie nabootst) gedurende 6h. Terwijl NTT & MIAT geupreguleerd bleken na de stimulaties, kon EMX2OS niet worden gedetekteerd in beide cel-lijnen. In THP-1 cellen verhoogde de NTT expressie-waarde tot gemiddeld 1,47 en 3,06 maal na stimulatie met 10 nM H2O2 en 100 μM poly (I:C), respectievelijk. Verder steeg de MIAT-waarde tot gemiddeld 1,26 en 3,38 maal na THP-1 stimulatie met 10 nM H2O2 en 100 μM poly (I:C), respectievelijk. Er werden ook hogere expressie-waarden voor het potentieel NTT ‘downstream’ gen PBOV1 en het potentieel NTT ‘downstream’ gen ZEB1 gedetekteerd in THP-1 na stimulaties met 10 nM H2O2 en 100 μM poly (I:C), respectievelijk; de waarde van IFNGR1 (een ander potentieel NTT ‘downstream’ gen) vertoonde echter geen evidente verandering na beide stimulaties. In KALS1-cellen, was NTT geupreguleerd tot gemiddeld 1,49 maal bij 100 μM H2O2 en tot gemiddeld 1,65 maal bij 50 μM poly (I:C). Wat betreft MIAT-expressie: in KALS1 werd een stijging van 1,26 maal en 1,31 maal gezien na 6h stimulatie met 10 nM H2O2 en 100 μM poly (I:C), respectievelijk. De expressie-waarden van de potentiële NTT en MIAT ‘downstream’ genen na stimulatie met H2O2 en poly (I:C) in KALS1 vertoonden een gelijkaardig patroon als bij THP-1.

Bespreking

Er werden rollen van zeer grote (> 5 kb) lncRNAs bij immuun-regulering en ziekte-processen ondekt. Hier rapporteren we over de expressie-signatuur van 10 lncRNAs (NTT, NEAT1, MALAT1, TUG1, MIAT, His-1 RNA, GNAS1-AS, EMX2OS, CR933609 & AK124742) in PBMCs afkomstig van M.E./CVS-patiënten. We hebben dit screening-panel geselekteerd op basis van hun mogelijke regulering van immune, stress-, metabole en neurologische responsen, waarvan werd gehypothiseerd dat ze betrokken zijn bij de pathogenese van M.E./CVS. Niettemin is het opmerkelijk om op een PCA-grafiek te zien dat M.E./CVS kon worden gedifferentieerd van gezonde controles via dit lncRNA-profiel. Van de 10 lncRNAs verklaarden NTT, MIAT & EMX2OS expressie-waarden de meeste variantie tussen M.E./CVS en controles. Een verdere ondersteuning voor hun potentiële rol in het ziekte-pathomechanisme is dat hogere NTT- en EMX2OS-waarden geassocieerd bleken met ernstiger M.E./CVS (Bell-score < 30). Op basis van het feit dat de expressie van een combinatie van 2 van deze 3 lncRNAs (NTT, MIAT & EMX2OS) bij het onderscheiden van M.E./CVS en gezonden een AUC van 0.82 gaf, suggereren we een potentiële diagnostische waarde van deze lncRNAs voor M.E./CVS.

Consistent met de hypothese dat de ziekte-pathologie van M.E./CVS kan worden bepaald door oxidatieve stress en virale infekties, vonden we dat de waarden van NTT en MIAT in THP-1 en KALS1 cel-lijnen verhoogd waren na stimatie met H2O2 of poly (I:C), een expressie-patroon dat gelijkaardig is met deze gevonden in PBMCs van M.E./CVS-patiënten. We weten echter nog niet of het hier gevonden lncRNA-profiel specifiek is voor M.E./CVS of bij andere ziekten (gepaard met immuun-ontregeling of oxidatieve stress; zoals auto-immune ziekten en kanker) kan worden gevonden. Er werd gerapporteerd dat MIAT-waarden geupreguleerd kunnen zijn onder hoog-glucose omstandigheden en bij long-kanker, en NTT-expressies kunnen worden gevonden bij processen waarbij T-cel aktivatie is betrokken. Het verder vergelijken van de PBMC expressie-signatuur van NTT, MIAT & EMX2OS bij M.E./CVS met patiënten die lijden onder chronische vermoeidheid te wijten aan auto-immune ziekten of kanker is belangrijk om de lncRNA test-specificiteit te bepalen bij het stellen van de diagnose van M.E./CVS.

De mechanismen van NTT, MIAT & EMX2OS bij M.E./CVS-pathogenese vereisen verder onderzoek. In onze studie detekteerden we een verband van een hogere waarde van ZEB1, een gen dat wordt gereguleerd door MIAT, met M.E./CVS. THP-1 en KALS1 cel-lijnen vertoonden consistent hogere expressie-waarden van MIAT en ZEB1 na stimulatie met poly (I:C), een synthetisch analoog van dubbel-strengig RNA dat representatief is voor een aktieve virale infektie, een mogelijke trigger van M.E./CVS. Er werd gerapporteerd dat ‘Zinc-finger E-box-binding’ proteïne (ZEB) 1, een transcriptie-factor die repressor-complex [proteïne-complex dat transcriptie verhindert of downreguleert] recruteert, IL-2 aktivatie in T-cellen onderdrukt. Upregulering van ZEB1 zou geassocieerd kunnen zijn met de respons op chronische inflammatie bij M.E./CVS. In ‘non-small-cell’ long-kanker cel-lijn resulteerde de ‘knockdown’ [experimentele reductie van de expressie van een gen] van MIAT in verminderde ZEB1-expressie, wat wijst op cis-werking [regulering van expressie van nabijgelegen genen op dezelfde DNA-streng] van MIAT op het reguleren van ZEB1. Interessant is dat MIAT ook betrokken is bij endotheliale dysfunktie, wat frequent wordt gezien bij M.E./CVS. [Newton DJ, Kennedy G et al. Large and small artery endothelial dysfunction in Chronic Fatigue Syndrome. Int J Cardiol. (2012) 154: 335-6] Wat betreft NTT: er werd voorgesteld dat het z’n funktie uitoefent op nabijgelegen genen omwille van z’n grootte (17 kb). Meerdere genen betrokken bij cel-proliferatie, apoptose of inflammatie (inclusief IFNGR1, PBOV1, TNFAIP3, HIVEP2, BCLAF1 & MYB) zijn gelegen dicht bij de chromosoom-positie van NTT. We vonden geen significant verschil qua IFNGR1- en PBOV1-expressie tussen M.E./CVS en controles. Er werd echter een uitgesproken positieve correlatie tussen NTT- en IFNGR1-waarden gezien bij M.E./CVS, niet bij controles. Deze observatie suggereert dat de NTT/IFNGR1-as een subtiele rol kan spelen in de M.E./CVS-pathogenese. Er zijn meer experimenten nog om te weten of andere ‘downstream’ genen beïnvloed worden door de upregulering van NTT bij M.E./CVS en mogelijks belangrijker rollen spelen in de ziekte-pathobiologie. Ten slotte: volgens de lncrnadb, de lncRNA database, is het expressie-niveau van EMX2OS onder normale fysiologische omstandigheden hoger in het brein, gemiddeld in lymfeknopen en zeer laag in leukocyten. Consistent hiermee konden we EMX2OS niet detekteren in PBMCs van verscheidene individuen. De meeste M.E./CVS-patiënten bleken echter verhoogd EMX2OS te hebben in hun PBMCs. De rol van EMX2OS in PBMCs is nog onduidelijk en het potentieel ‘downstream’ gen EMX2 dat gewoonlijk to expressie komt in het CZS kon niet bij alle studie-individuen worden gedetekteerd. Er loopt een EMX2OS over-expressie experiment in THP-1 in ons lab, om deze vraag te beantwoorden. Interessant is dat er EMX2-upregulering werd gevonden bij hersen-hypoxemie. M.E./CVS-patiënten hebben sterke dalingen qua cerebrale bloeddoorstroming, wat kan resulteren in hypoxemie. [Biswal B, Kunwar P, Natelson BH. Cerebral blood flow is reduced in Chronic Fatigue Syndrome as assessed by arterial spin labeling. J Neurol Sci. (2011) 301: 9-11]

Naast onze studie over het gebruiken van een lncRNA-signatuur als diagnostische merker voor M.E./CVS, werd gesuggereerd dat mRNA-expressie profielen in het bloed en plasma-metabolieten diagnostische waarde hebben voor M.E./CVS. Zoals beschreven door Kerr et al. [Gene expression subtypes in patients with Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. J Infect Dis. (2008) 197: 1171-84] waren er 88 genen met differentiële expressie vereist om M.E./CVS diagnostische en prognostisch te groeperen. Bovendien stelden Naviaux et al. [zie ref. hierboven] een set van 8 metabolieten voor om de diagnose van M.E./CVS te stellen bij mannen en een set van 13 metabolieten bij vrouwen. Onze resultaten tonen dat een lncRNA-expressie panel bestaande uit slechts 3 zeer grote lncRNAs (NTT, MIAT, EMX2OS) kunnen leiden tot een goede diagnostische waarde en informatie kunnen bieden over de M.E./CVS ziekte-ernst (NTT, MIAT).

Besluit

Hoewel de pathogene mechanismen van zeer grote lncRNAs bij M.E./CVS nog dient te worden opgehelderd, vonden het eerste bewijs dat een lncRNA expressie-signatuur diagnostische waarde kan hebben bij M.E./CVS.

juli 29, 2018

Uitgebreide metaboloom-studie bij M.E.(cvs)

Aankondigingen als “Nieuwe CVS-test is 84 percent accuraat’ klinken natuurlijk hoopgevend maar de realiteit is toch ietsje ingewikkelder… Als men het artikel hier onder leest, zal men te weten komen dat het niet over één (snel) test(je) gaat maar een complexe analyse die op lange termijn inzichten zou kunnen verschaffen over de pathologie, subgroepen en een mogelijke therapeutische aanpak daarvan. ‘Inzichten over metabolieten brengen ons dichter naar een test voor CVS’ klinkt al wat genuanceerder…

Onderstaande studie, door een research-team o.l.v. onderzoekers van het ‘Centre for Infection and Immunity’ (CII) van de Columbia Universiteit (New York City), levert dus geen kant-en-klare diagnostische test op. D.m.v. hoog-technologische technieken (die bijlange niet in elk routine-lab beschikbaar zijn) werden 562 metabolieten (zeg maar produkten die ontstaan bij menselijke en of microbiële processen die suikers/vetten/eiwitten verwerken) gevonden die bij M.E.(cvs)-patiënten al dan niet anders waren. Een aantal daarvan bleken te wijzen op mogelijk slecht funktioneren van de mitochondrieën (de energie-fabriekjes van cellen) – wat overéénkomt met wat andere research-teams vonden. Ook hun eerdere vondst van een onderscheidend metabolieten-patroon tussen M.E.(cvs) en prikkelbare darm syndroom werd bevestigd. Combinatie van de gegevens (metaboloom) met de eerder gevonden biomerkers (microbioom) leverde een voorspellend model op en statistische analyse gaf aan dat de accuraatheid daarvan om de diagnose M.E.(cvs) te kunnen stellen 84% is.

Dr. W. Ian Lipkin, directeur van het CII en het ‘National Institutes of Health Centre for Solutions for ME/CFS’ liet optekenen: “We beginnen te begrijpen hoe de ziekte in z’n werk gaat. We zouden dieren-modellen kunnen gaan ontwikkelen die ons in staat kunnen stellen om hypotheses en potentiële therapieën (bv. probiotica de darm-flora regelen of medicijnen die bepaalde neurotransmitter-systemen aktiveren) te testen.”.

————————-

Scientific Reports Vol 8, #1, article 10056 (juli 2018)

Insights into Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome phenotypes through comprehensive metabolomics

Dorottya Nagy-Szakal (1), Dinesh K. Barupal (2), Bohyun Lee (1), Xiaoyu Che (1), Brent L. Williams (1), Ellie J.R. Kahn (1), Joy E. Ukaigwe (1), Lucinda Bateman (3), Nancy G. Klimas (4,5), Anthony L. Komaroff (6), Susan Levine (7), Jose G. Montoya (8), Daniel L. Peterson (9), Bruce Levin (10), Mady Hornig (1), Oliver Fiehn (11), W. Ian Lipkin (12)

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

2 UC Davis Genome Centre – Metabolomics, University of California, Davis, CA, USA

3 Bateman Horne Center, Salt Lake City, UT, USA

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

5 Miami VA Medical Centre, Miami, FL, USA

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

7 Levine Clinic, New York, NY, USA

8 Stanford University, Palo Alto, CA, USA

9 Sierra Internal Medicine at Incline Village, Incline Village, NV, USA

10 Department of Biostatistics, Columbia University Mailman School of Public Health, New York, NY, USA

11 UC Davis Genome Centre – Metabolomics, University of California, Davis, CA, USA

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

Samenvatting

De pathogenese van M.E./CVS, een ziekte gekenmerkt door vermoeidheid, cognitieve dysfunktie, slaap-stoornissen, orthostatische intolerantie, koorts, prikkelbare darm syndroom (IBS) en lymfadenopathie [afwijkingen/vergroting van de lymfeklieren], wordt niet goed begrepen. We rapporteren over biomerkers en topologische analyse van het plasma metaboloom, faecaal bakterieel metagenoom en klinische gegeven van 50 M.E./CVS-patiënten & 50 gezonde controles. We bevestigen meldingen van gewijzigde plasma-waarden van choline, carnitine en complexe lipiden, en tonen aan dat patiënten met M.E./CVS & IBS verhoogde plasma-waarden van ceramide hebben. Integratie van faecal metagenoom en plasma metaboloom gegevens resulteerde in een sterker voorspellend model voor M.E./CVS (kruis-validatie AUC = 0.836) dan metagenoom (kruis-validatie AUC = 0.745) of metaboloom (kruis-validatie AUC = 0.820) -analyse apart. Onze bevindingen kunnen inzicht bieden in de pathogenese van M.E./CVS en z’n subtypes, en suggereren mechanismen voor de ontwikkeling van diagnostische en therapeutische strategieën.

Inleiding

[…]

Metaboloom-studies over M.E./CVS hebben onregelmatigheden onthuld aangaande het energie-, aminozuren-, nucleotiden- en stiktstof-metabolisme [Armstrong CW et al. Metabolism in Chronic Fatigue Syndrome. Adv Clin Chem (2014) 66: 121-172], alsook inconsistente verstoringen in neurotransmitter-gerelateerde mechanismen en het lipiden-metabolisme. In een massa-spectrometrische studie met 45 M.E./CVS-individuen en 39 gezonde controles, rapporteerden Naviaux et al. abnormaliteiten qua niveaus van fosfo- en sfingolipiden, cholesterol, ‘vertakte’ aminozuren, vitaminen, proline/glutamaat en mitochondriale metabolieten. [Metabolic features of Chronic Fatigue Syndrome. Proc Natl Acad Sci USA (2016) 113: E5472-5480] In een studie met 67 M.E./CVS-patiënten en 66 gezonde controles bepaalden Yamano en z’n collega’s 144 metabolieten en rapporteerden abnormaliteiten qua waarden van metabolieten gerelateerd met glycolyse, de TCA-cyclus en de ureum-cyclus, maar niet van het glutamine-metabolisme. [Index markers of Chronic Fatigue Syndrome with dysfunction of TCA and urea cycles. Sci Rep (2016) 6: 34990] Fluge et al. brachten bewijsmateriaal aan voor afwijkingen die consistent zijn met verstoorde funktie van pyruvaat-dehydrogenase die gelinkt is met verstoringen van de (TCA-cyclus gebaseerde) energie-produktie. [Metabolic profiling indicates impaired pyruvate dehydrogenase function in Myalgic Encephalopathy/ Chronic Fatigue Syndrome. JCI Insight (2016) 1] Nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectroscopie heeft ook metaboloom-abnormaliteiten onthuld die consistent zijn met veranderde gluconeogenese, mogelijke inhibitie van de glycolyse en een verstoorde respons op oxidatieve stress. [Armstrong CW et al. Metabolic profiling reveals anomalous energy metabolism and oxidative stress pathways in Chronic Fatigue Syndrome patients. Metabolomics (2015) 11: 1626-1639] Een andere NM-studie vond dat bij M.E./CVS (t.o.v. controles) de waarden van glutamine en ornithine in het serum lager waren, en correleerden met metabolieten verbonden met de ureum-cyclus. [Armstrong CW et al. NMR metabolic profiling of serum identifies amino acid disturbances in Chronic Fatigue Syndrome. Clin Chim Acta (2012) 413: 1525-1531] Een piloot-studie (met de focus op plasma van vrouwen met M.E./CVS) onthulde wijzigingen qua energie-gerelateerde metabole molekulen en mechanismen. [Germain A et al. Metabolic profiling of a Myalgic Encephalopathy/ Chronic Fatigue Syndrome discovery cohort reveals disturbances in fatty acid and lipid metabolism. Mol Biosyst (2017) 13: 371-379] We hebben melding gemaakt van analyses van het faecaal microbioom en stelden een model voor waarbij intestinale dysbiose kan bijdragen tot bakteriële metabole stoornissen die verschillen tussen M.E./CVS-subgroepen met of zonder IBS. [Nagy-Szakal D. et al. Fecal metagenomic profiles in subgroups of patients with Myalgic Encephalopathy/ Chronic Fatigue Syndrome. Microbiome (2017) 5, 44]

Hier rapporteren we over gerichte en ongerichte analyses van 562 molekulen die primaire metabolieten, biogene aminen, lipiden-complexen en oxylipinen [molekulen ontstaan door oxidatie van vetzuren] vertegenwoordigen, in het plasma van M.E./CVS-patiënten en controles. We beschreven ook de verbondenheid van de resulterende metaboloom-gegevens met faecaal metagenoom en klinische gegevens. Zoals bij onze eerder gerapporteerde metagenoom-analyses, vonden we dat metaboloom-profielen niet enkel verschilden tussen M.E./CVS-patiënten en controles maar ook tussen M.E./CVS-patiënten die al dan niet IBS hebben.

Methodes

Studie-ontwerp

[…]

Studie-populatie en plasma-collectie

[…] 1994 CDC Fukuda en/of Canadese consensus criteria voor M.E./CVS. Controles gematcht voor leeftijd, geslacht, ras/ethniciteit, geografische/klinische plaats en seizoen van afname. […]

[…]

Klinische beoordeling & medische anamnese

[…]

Zelf-gerapporteerd diagnose van IBS […] 24/50 M.E//CVS-patiënten (48%), 1/50 controle-individuen (2%). […]

Metabolomica

Er werden 3 ongerichte metaboloom-testen en 1 gerichte test uitgevoerd voor 562 metabolieten van 20 biochemische mechanismen [massa-spectrometrie]. […].

Statistische analyses

[…]

MetaMapp

[Methode om verbanden tussen biochemische en chemische verbanden te integreren om alle gedetekteerde metabolieten d.m.v. in netwerk-diagrammen in kaart te brengen. Deze diagrammen visualiseren op een efficiënte manier de op massa-spectrometrie gebaseerde metaboloom-gegevens. Een knooppunt vertegenwoordigt een metaboliet. Ge-upreguleerde en ge-downreguleerde knooppunten krijgen een verschillende kleur. De grootte van een knooppunt weerspiegelt de grootte-orde van het effekt.] […] Struktureel geïdentificeerde metabolieten werden gegroepeerd in 21 chemische groepen [carnitine-choline * tryliceriden (TG) * ceramide * fosfatidylethanolminen (PE) * aminozuren * oxylipinen * exposoom * vetzuren * sfingomyelinen (SM) * energie * complexe lipiden (LPC) * carnitine * suiker * suiker-alkohol * cholesterol * neutrale lipiden * één-koolstof/nicotinaat * neurotransmitter * nucleotide * vitamine]. De metabolieten werden manueel geklassificeerd omdat dit voor veel molekulen, inclusief complexe lipiden, niet altijd even goed gebeurt in bestaande databases. […]

Analyses van topologische gegevens

Metagenoom- en metaboloom-gegevens, inclusief plasma-waarden van de metabolieten, bakteriële samenstelling en afgeleide metabole mechanismen, plasma immuun-profielen en symptoom-ernst-scores, werden gebruikt voor TDA [‘topological data analysis’, topologische gegevens analyse]. De aangewende methodiek geeft de complexe biologische sets gegevens weer als gestruktureerde 3-dimensionele netwerken [knooppunten verbonden met lijnen]. […] De lijnen verbinden netwerk-knooppunten die gemeenschappelijke gegevenspunten bevatten. […] De grootte van een knooppunt in het topologisch netwerk was proportioneel met het aantal variabelen met een gelijkaardig profiel. We construeerden een netwerk bestaande uit 100 stalen en 1.900 variabelen (562 plasma-metabolieten, 574 faecale bakteriële relatieve aantallen […], 586 voorspelde bakteriële metabole mechanismen, 61 immuun-molekulen, 81 variabelen met betrekking tot M.E./CVS-vermoeidheid en andere symptoom-scores/vragenlijst-items, en informatie over co-morbiditeiten en 36 demografische variabelen). […]

Resultaten

Karakteristieken van de studie-populatie

[…] 41 vrouwelijke en 9 mannelijke M.E./CVS-patiënten (gemiddelde leeftijd 51,1 ± 1,6 jaar); 41 vrouwelijke en 9 mannelijke controle-individuen (gemiddelde leeftijd 51,3 ± 1,6 jaar). […] Prikkelbare darm syndroom (IBS) diagnose bij 24 van de 50 M.E./CVS-patiënten (48%). Eén van de 50 controle-individuen meldde een diagnose van IBS (2%).

Metaboloom-gegevens

Gerichte en ongerichte massa-spectrometrie leverde gegevens op voor 562 metabolieten: 111 primaire metabolieten (PM), inclusief deze gerelateerd met het tryptofaan-metabolisme, suikers, hydroxyzuren, keton-lichamen en andere molekulen van het energie-metabolisme; 103 biogene aminen (BA) inclusief vertakte en onvertakte acylcarnitinen, trimethylamine N-oxidase (TMAO [osmolyt (molekule bijdragend tot de (regulering van) osmotische druk in cellen en weefsels); ook gerapporteerd significant verhoogd te zijn bij fibromyalgie]), choline [organische stof die belangrijk is voor de struktuur van cel-membranen en andere membraan-strukturen, en voor neurotransmissie] en aminozuren; 302 complexe lipiden (CL) inclusief mono- en di-acylglyceriden [molekulen van glycerol gelinkt met 1 of 2 vetzuren], vetzuren, ceramide [(sfingo)lipide-molekule in het celmembraan waarvan bekend is dat het signalen door kan geven die leiden tot celdood; Naviaux rapporteerde bij M.E.(cvs) gedaalde waarden] sfingomyelinen [sfingolipiden die voornamelijk voorkomen in de myeline-schede rond axonen] en fosfolipiden [cel-membranen bestaan uit een dubbele laag fosfolipiden]; en 46 bio-aktieve oxylipinen (OL), steroïden en galzuren. […]

M.E./CVS is geassocieerd met een gewijzigd metaboloom-profiel

Exposoom- en vitamine-metabolieten (exogene milieu-stoffen) [Het exposoom is het geheel van menselijke (d.i. niet-genetische) blootstellingen aan het milieu vanaf de conceptie.]) werden uitgesloten [lijst beschikbaar op aanvraag] bij onze biomerker-analyse omdat vitamine-supplementen, medicijnen en dieet een impact kunnen hebben op de concentraties metabolieten onafhankelijk van de ziekte-toestand. [514 overblijvende metabolieten] We selekteerden de top 10 potentiële M.E./CVS-biomerkers. […] 5-methoxytryptamine (5-MT) werd uitgesloten aangezien het in 50% van de gevallen wordt verstoord door het gebruik van antidepressiva. […]

Bij de top plasma-biomerkers die M.E./CVS-patiënten differentiëren van controles waren gedaalde waarden van betaïne [osmolyt], complexe lipiden (lysofosdatidylcholine [LPC], fosfatidylcholinen [PC]) en sfingomyelinen (SM), en gestegen waarden van triglyceriden (TG), α-N-fenylacetyl-glutamine [metaboliet van de ureum-cyclus], ε-caprolactam [cyclisch amide] en urobiline [afbraakprodukt van oude erythrocyten; kleurstof in de urine]. [complete lijst beschikbaar op aanvraag] Analyse leerde dat M.E./CVS-individuen verminderde waarden qua PC en ontregeling van het of choline-carnitine mechanisme vertoonden.

MetaMapp-analyse van alle metabolieten, inclusief vitaminen en neurotransmitters, bracht de biochemische en chemische relaties in kaart in een metabool netwerk-diagram. De diagrammen beschrijven verhoogde TG en vetzuren, en verlaagde carnitinen, ceramiden, SM en fosfatidylcholinen bij M.E./CVS i.v.m. controles. De analyse toonde ook verminderd 5-MT, tyrosine en indol-3-lactaat [tryptofaan-metaboliet], en verhoogd vitamine-B5 (pantotheenzuur) bij de M.E./CVS-individuen. [In detail: MetaMapp identificeerde verstoringen in het tryptofaan-metabolisme, de carnitine-‘shuttle’ (enzymen-mechanisme verantwoordelijk voor de transfer van lange-keten vetzuren door het binnenste mitochondriaal membraan om te worden afgebroken) / energie-homeostase en de complexe lipiden. Metabolieten die het tryptofaan- en carnitine-mechanisme vertegenwoordigen waren gedaald bij M.E./CVS (t.o.v. controles). In tegenstelling daarmee waren threonzuur (metaboliet van ascorbinezuur of vitamine-C), aminozuren (tyrosine, methionine & lysine), fenylacetyl-glutamine, pantotheenzuur, hexa-ethyleen-glycol (metaboliet) & ε-caprolactam gestegen bij M.E./CVS. Lipiden-analyses toonden dat terwijl metabolieten die de SM, Cer/CE (ceramide) & PC/LPC mechanismen vertegenwoordigen verminderd waren bij M.E./CVS, de TG-mechanismen waren verhoogd.]

IBS co-morbiditeit is geassocieerd met veranderde metabole profielen bij M.E./CVS-patiënten

In eerder werk (met dezelfde individuen) bleek IBS co-morbiditeit de sterkste factor die bepalend was voor de topologische netwerken gebaseerd op faecaal metagenoom gegevens (bakteriële relatieve hoeveelheden en voorspelde bakteriële metabole mechanismen). Analyse van plasma-metabolieten onthulde dat metaboloom-profielen van M.E./CVS-patiënten met IBS zich onderscheiden van controles door waarden van TG, ceramiden, fosfatidylethanolminen (PE) [membraan-fosfolipiden] en metabolieten van het carnitine-choline mechanisme.

M.E./CVS-patiënten zonder IBS co-morbiditeit vertoonden verstoringen qua PCs en het carnitine-choline mechanisme, gelijkaardig met die gevonden bij de globale M.E./CVS-groep. Statistische analyses van de plasma-metabolieten identificeerden verhoogde waarden qua ceramiden, TG, PE, 5-methylthio-adenosine [een nucleoside; zie hieronder], mannitol [een een polyol of suiker-alkohol] en betaïne, alsook gedaalde waarden LPCs en γ-butyrobetaïne [voorloper van carnitine] bij M.E./CVS-patiënten met IBS t.o.v. controles. Bij M.E./CVS-patiënten zonder IBS vonden we verminderde waarden qua tyrosine en PC, en verhoogde waarden qua TG en Tyr-Met-Lys [de 3 aminozuren tyrosine, methionine & lysine] t.o.v. controles. In vergelijking met controles hadden alle M.E./CVS-groepen (globaal, met IBS en zonder IBS) gedaalde waarden van carnitine-choline metabolieten. M.E./CVS-patiënten met IBS hebben een onderscheidend metaboloom-profiel.

M.E./CVS is geassocieerd met een gewijzigd metaboloom-profiel bij vrouwen

De metabole profielen bij vrouwen met M.E./CVS waren gelijkaardig met deze die worden gezien bij alle M.E./CVS-gevallen. De waarden van complexe lipiden (LPC & PC) waren gedaald en de TG-waarden waren verhoogd bij M.E./CVS vs. controles. Bij de top 10 plasma biomerkers die de vrouwelijke M.E./CVS-patiënten differentieerden van de vrouwelijke controles waren verlaagd indol-3-lactaat en γ-butyrobetaïne. Deze bleken ook gereduceerd bij de globale M.E./CVS-groep maar behoorden niet tot de top 10.

Geselekteerde metabolieten als potentieel diagnostisch instrumetn bij M.E./CVS

M.E./CVS vs. controles

We testten de sensitiviteit en de specificiteit van de top 10 M.E./CVS-biomerkers […]. Deze metabolieten onderscheiden de M.E./CVS-individuen van de controles met een accuraatheid (‘receiver operating characteristic’ (ROC) [ROC-analyse is een statistische methode die internationaal gebruikt wordt als toets voor de voorspellende waarde van een variabele of instrument; de ROC-curve is een grafiek van de gevoeligheid tegen de specificiteit] & ‘area under the curve’ (AUC) [oppervlakte onder de curve; samenvattende maatstaf die in wezen het gemiddelde maakt van de diagnostische accuraatheid over het spectrum van de test-waarden: een AUC = 1 betekent een perfeke test; AUC = 0.90-1 is excellent (hoge sensitiviteit en hoge specificiteit), 0.80-0.90 is goed] van 0.960 (kruis-validatie [een techniek om na te gaan welke resultaten de statistische analyse van een voorspellend model zal hebben voor onafhankelijke gegevens] AUC = 0.820). Er bleken in onze eerder studie 8 bakteriële soorten M.E./CVS te voorspellen […] (Coprococcus (C.) catus, Pseudoflavonifractor (P.) capillosus, Dorea (D.) formicigenerans, Faecalibacterium (F.) prausnitzii, Clostridium (C.) asparigiforme, Sutterella (S.) wadsworthensis, Alistipes (A.) putredinisand Anaerotruncus (A.) colihominis; kruis-validatie AUC = 0.745). Een model dat metagenoom- en metaboloom-gegevens integreert, geeft een betere voorspellende waarde (ROC AUC = 1.000, kruis-validatie AUC = 0.836) dan metagenoom- of metaboloom-gegevens apart. […]

IBS-subgroepen vs. controles

[…] De top 10 metabolieten onderscheiden M.E./CVS met IBS van de controles met een accuraatheid van AUC = 0.877 (kruis-validatie AUC = 0.754). In onze eerdere studie werden 9 bakteriële soorten geselekteerd om M.E./CVS+IBS te voorspellen […] (F. cf., F. prausnitzii, Bacteroides (B.) vulgatus, A. putredinis, C. catus, Anaerostipes (A.) caccae, D. formicigenerans, A. colihominis & C. asparagiforme; kruis-validatie AUC = 0.791. Een model dat metagenoom- en metaboloom-gegevens integreert, geeft een betere voorspellende waarde (AUC = 1.000, kruis-validatie AUC = 0.824) dan metagenoom- of metaboloom-gegevens apart.

Bij M.E./CVS zonder IBS zorgden de top 10 metabolieten ook voor een onderscheid met een hoge accuraatheid (AUC = 0.975, kruis-validatie AUC = 0.839). In onze eerdere studie werden 7 bakteriële soorten geselekteerd om ME/CFS-IBS te voorspellen (B. caccae, P. capillosus, Parabacteroides (P.) distasonis, B. fragilis, Prevotella (P.) buccalis, B. xylanisolvens & D. formicigenerans; kruis-validatie AUC = 0.754). Een model dat metagenoom- en metaboloom-gegevens integreert, geeft een betere voorspellende waarde (MET+BACT: AUC = 1.000, kruis-validatie AUC = 0.880) dan metagenoom- of metaboloom-gegevens apart.

Plasma metaboloom-profielen, faecale bakteriële profielen en symptoom-scores bij M.E./CVS

[lijst met unieke en gedeelde metabolieten in de M.E./CVS-subgroepen beschikbaar op aanvraag]

De relatieve aantallen van bakteriële soorten in faeces van de individuen varieerden met hun plasma metaboloom-profielen. Verminderd betaïne bleek geassocieerd met minder A. colihominis. Gedaald PC 30:0 correleerde met minder A. putredinis, een bakterie die sulfonolipiden – ongewone sfingolipiden die struktureel gerelateerd zijn met ceramiden – produceert. Van sfingolipiden is geweten dat ze bakterieën helpen overleven en stress-resistentie bevorderen.

Bij M.E./CVS met IBS was 5-methylthio-adenosine (een metaboliet afgeleid van S-adenosylmethionine als neven-produkt van de polyamine-biosynthese, dat toxisch kan zijn voor zoogdier-cellen) geassocieerd met funktionele stoornissen. Ceramide was geassocieerd met verhoogde lichamelijke vermoeidheid. Gedaald γ-butyrobetaïne correleerde met meer Faecalibacterium, een bakterie die een belangrijke rol speelt bij de aanmaak in de dikke-darm van butyraat [boterzuur], een neven-produkt van fermentatie met een voordelige impact op de werking van de intestinale barrière en anti-inflammatoire effekten.

In M.E./CVS zonder IBS correleerde gedaald tyrosine met minder P. distasonis. Verhoogd TG 54:6 A was gecorreleerd met D. formicigenerans, en TG 54:8 was gecorreleerd met minder B. caccae & D. formicigenerans. Parabacteroides & Bacteroides soorten hebben het vermogen complexe polysacchariden om te zetten in energie-bronnen. D. Formicigenerans is een koolhydraten-fermenterende bakterie die mierenzuur en lactaat produceert.

TDA-analyse voor netwerk-identificatie

‘Topological data analysis’ (TDA) [zie methodes] van plasma metaboloom- en faecaal metagenoom-gegevens, en klinische symptoom-ernst identificeerde netwerken die M.E./CVS van controles onderscheiden. Profielen van bakteriële relatieve aantallen waren sterkere bepalende factoren voor netwerk-onderscheid dan plasma-metabolieten.

Bespreking

We rapporteerden eerder dat M.E./CVS-patiënten met IBS, M.E./CVS-patiënten zonder IBS en normale controle-individuen groep-specifieke verschillen vertonen qua faecale microflora. We hebben de karakterisatie van dezelfde individuen uitgebreid d.m.v. gerichte en ongerichte metaboloom-analyses van het plasma en geïntegreerde analyse van plasma metaboloom-, faecal metagenoom- en klinische gegevens.

De groep van Naviaux rapporteerde eerder gedaalde plasma-waarden van sfingomyelinen, ceramiden en fosfolipiden (met uitzondering van 18:1 & PC 22:6, die gestegen waren). Tomic et al. rapporteerden verhoogde plasma-waarden TG. [Lipid and protein oxidation in female patients with Chronic Fatigue Syndrome. Arch Med Sci (2012) 8: 886-891] Germain et al. rapporteerden over metabolome biomerkers voor het verstoorde aminozuren-, energie-, suiker- en vetzuren-metabolisme bij M.E./CVS-patiënten. [zie hierboven] Geen van deze research-groepen onderzocht de impact van IBS op metaboloom-profien bij M.E./CVS. Onze analyse bevestigde de gedaalde waarden van fosfolipiden en SM, en de gestegen waarden van TG, maar verschilde met betrekking tot specifieke molekulen. We vonden bij de gevallen geen verschillen qua PC 18:1 & PC 22:6. We vonden ook geen consistente afname qua ceramide-waarden. Terwijl M.E./CVS zonder IBS verminderde waarden van de ceramiden d43:1 & d42:1 vertoonden, bleken bij M.E./CVS met IBS verhoogde waarden van 6 ceramiden: d36:1, d40:0, d42:0, d 34:1, d38:1 & d40:1.

Ceramide is een was-achtig lipide dat betrokken is bij de suppressie van elektronen-transport, insuline- & leptine-resistentie, en apoptose. Eerdere studies meldden dat ceramiden betrokken zouden kunnen zijn bij de pathologie van IBS en metabole aandoeningen. Verhoogde waarden van lipopolysacchariden (LPS) geassocieerd met een gewijzigd darm-microbioom [Giloteaux L et al. Reduced diversity and altered composition of the gut microbiome in individuals with Myalgic Encephalopathy/ Chronic Fatigue Syndrome. Microbiome (2016) 4: 30] kunnen de aktivatie van sfingomyelinase (SMAse [enzyme]) en de hydrolyse [splitsing] van SM triggeren om ceramide te produceren. Ceramiden zijn toxisch voor veel cel-subtypes via de aanmaak van reaktieve zuurstof-soorten en zou een rol kunnen spelen bij darm-barrière-dysfunktie en verhoogde darm-permeabiliteit. Er werden gestegen waarden van ceramide gerapporteerd in mucosa [(darm)slijmvlies] -stalen van IBS-patiënten alsook in plasma- en weefsel-stalen bij diabetes, cardiomyopathie, insuline-resistentie, atherosclerose [‘aderverkalking’] en steatohepatitis [‘vette lever’; veroorzaakt levercirrose]. Het blokkeren van SMAse om ceramide-waarden te doen dalen kan therapeutisch zijn door inflammatie te reduceren. Patiënten met M.E./CVS en IBS hadden ook hogere plasma mannitol-concentraties. We speculeren dat mannitol de permeabiliteit kan verhogen van de darm-mucosa en de bloed-hersen-barrière resulterend in het doorlaten van molekulen zoals cytokinen en neurotransmitters, wat bijdraagt tot de ziekte.

Net als Armstrong en z’n collega’s, vinden we wijzigingen qua metabolieten geassocieerd met het mitochondriaal energie-metabolisme. Een eerdere studie meldde significante dalingen van TCA-cyclus metabolieten gerelateerd met het energie-metabolisme bij M.E./CVS-patiënten. [Yamano E et al.] De gerapporteerde dysfunktie had een impact op het carnitine-metabolisme en ATP/energie-metabolisme in de spieren van M.E./CVS-patiënten. [Armstrong CW et al. (2015)] Carnitine is een belangrijk supplement dat acyl-CoA transfereert naar de mitochondriale matrix en deelneemt aan vetzuur β-oxidatie (TCA-cyclus, ATP-produktie en energie-metabolisme). Studies omtrent carnitine-waarden in het serum en plasma bij M.E./CVS bleken niet overtuigend: sommige teams meldden reducties terwijl andere normale waarden vonden. In een open-label studie met 30 patiënten, bleken acetyl-carnitine supplementen de vermoeidheid en cognitieve funktie verbeteren bij 59% van de M.E./CVS-patiënten. [Vermeulen RC & Scholte HR. Exploratory open label, randomized study of acetyl- and propionylcarnitine in Chronic Fatigue Syndrome. Psychosom Med (2004) 66: 276-282; zie ook ‘Lange-keten acylcarnitine deficiëntie bij CVS] In onze studie waren molekulen van het choline-carnitine mechanisme gedaald bij M.E./CVS-patiënten ongeacht hun IBS-status.

Onze resultaten zijn consistent met vroegere rapporten die suggereren dat metabolieten gelinkt met het lipiden- en energie-metabolisme aangetast zijn bij M.E./CVS. Ze breiden vroeger werk uit door aan te tonen dat M.E./CVS-individuen met IBS co-morbiditeit een duidelijk verschillend metaboloom-profiel hebben t.o.v. M.E./CVS-individuen zonder IBS en controles.

Veel M.E./CVS-patiënten in onze groep namen vitamine-B supplementen (26/50, 52%) die het potentieel hebben de waarden van pantotheenzuur te doen stijgen. Het gebruik van vitamine-B supplementen was geassocieerd met hogere waarden van pantotheenzuur en lagere vermoeidheid-scores (gegevens niet getoond). Het aantal stalen was echter onvoldoende groot om een significant verband te testen. Plasma-waarden van 5-MT, een molekule gerelateerd met het tryptofaan-, serotonine- en melatonine-metabolisme, waren gedaald bij M.E./CVS; deze bevinding werd echter verstoord door het gebruik van selektieve serotonine heropname inhibitoren (SSRIs) of andere antidepressiva (serotonine-norepinefrine heropname inhibitoren en tricyclische antidepressiva) bij 25 van de 50 (50%) M.E./CVS-individuen vs. 6 of 50 (12%) gezonde controles. Voorafgaande metaboloom-studies hebben gereduceerde waarden van 5-MT in het plasma aangetoond bij chronische, maar niet acute, SSRI-toediening. In menselijke cellen is 5-MT een belangrijk metaboliet dat betrokken is bij de omzetting van serotonine (5-hydroxytryptamine) en melatonine (N-acetyl-5-methoxytryptamine). Er werden eerder al gedaalde waarden van serotonine-transporters, die een rol spelen bij het reguleren van serotonine-waarden in de synapsen, gerapporteerd bij M.E./CVS. [Yamamoto S. et al. Reduction of serotonin-transporters of patients with Chronic Fatigue Syndrome. Neuroreport (2004) 15: 2571-2574]

Correlatie-studies suggereerden mogelijke verbanden tussen 5-MT neurotransmitter metabolieten en de ernst van M.E./CVS, inclusief verstoorde cognitieve funktie, slaap-stoornissen en globaal verhoogde vermoeidheid-scores bij M.E./CVS. Bijkomende studies met grotere aantallen individuen zullen nodig zijn om te bekijken of plasma-waarden van pantotheenzuur of 5-MT gecorreleerd kunnen worden met symptomen en om te bepalen of er een subgroep M.E./CVS-patiënten is waarvan kan worden voorspeld dat ze voordeel haalt uit medicijnen die de geassocieerde mechanismen moduleren.

In onze studie waren 41 van de 50 M.E./CVS-individuen (82%) vrouwen, net zoals 41 op 50 (82%) controle-individuen. Gezien het feit dat de overgrote meerderheid patiënten en controles vrouwen waren, is het niet verrassend dat de bevindingen bij vrouwen met M.E./CVS gelijkaardig waren met de bevindingen in de globale M.E./CVS-groep. Beide hadden lage waarden complexe lipiden (LPC & PC) en hogere waarden TG dan controles. De studie-groep omvatte slechts 9 M.E./CVS mannen en 9 mannelijke controles; dus is er onvoldoende ‘power’ om ev. verschillen tussen vrouwen en mannen te bekijken. Dit verschil qua prevalentie per geslacht is kenmerkend voor M.E./CVS (typisch 4:1 vrouwen:mannen).

Ons voorspellend model onderscheidt M.E./CVS-patiënten van controles met hoge accuraatheid; maar dit dient echter te worden geverifieerd via een onafhankelijke studie.

M.E./CVS is een heterogene aandoening. Identificatie van M.E./CVS-subgroepen die worden gekarakteriseerd d.m.v. specifieke metaboloom-profielen die primaire metabolieten, biogene aminen, complexe lipidomica [studie van mechanismen en netwerken van cellulaire lipiden in biologische systemen] en oxylipinen integreren, zouden de aflijning van subtypes moeten mogelijk maken en leiden tot specifieke diagnostische en therapeutische strategieën.

juni 17, 2018

Post-exertionele malaise bij M.E.(cvs) – patiënten-rapport

Lily Chu (arts en ‘Master of Science in Human Services’) van de groep rond Jose Montoya (Stanford, Californië) verklaart n.a.v. dit artikel (gefinancierd door mensen die het ‘Stanford ME/CFS Initiative’ ondersteunen) over de symptomen bij en de timing van ‘post-exertionele malaise’ (PEM):

“Hoewel PEM in klinische artikels wel al aan bod is gekomen en in het relaas van patiënten, ontbreken er formele studies waar aan patiënten directe en open vragen wordt gesteld over hun symptomen en het tijdsverloop van PEM. Er zijn 2 studies die dit tesamen beschrijven: het betreft publicaties door de ‘Workwell Foundation’ (referenties in de tekst hieronder). Deze studies gaan echter over een jongere groep met allemaal vrouwen, die in staat waren een zgn. ‘back-to-back CPET’ [2 inspanning-testen met een tussentijd van 24 uur] uit te voeren. Deze studie hier omvat ook mannen en oudere mensen, en vroeg naar PEM-symptomen tijdens het dagdagelijks leven. We onderzochten ook veel gedetailleerder de verschillen tussen lichamelijke/ cognitieve t.o.v. emotionele stressoren en de timing. We hopen dat het artikel klinici zal helpen om de diagnose M.E./CVS beter te kunnen stellen. Het volstaat niet om de zeggen dat ‘de symptomen’ verergeren bij PEM: er zijn specifiekere richtlijnen nodig over welke symptomen dienen te worden herkend. We hopen ook dat het artikel zal helpen informeren naar het ontwerpen, analyseren en interpreteren van toekomstige PEM-studies toe. Het kan ook ondersteuning bieden naar aanpassingen op het werk/ de school toe, en bij andere situaties waar het belangrijk is om te beschrijven welke symptomen gewoonlijk deel uitmaken van PEM en de vertraagde/ langdurige aard er van.”

Lees ook: ‘Post-exertionele malaise – een overzicht’ & ‘M.E./CVS-patiënten niet in staat maximale VO2 te herhalen bij 2daagse fietstest’.

————————-

PLoS One Vol 13, #6, p e0197811 (juni 2018)

Deconstructing post-exertional malaise in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome: A patient-centered, cross-sectional survey

Lily Chu, Ian J. Valencia, Donn W. Garvert, Jose G. Montoya

Stanford ME/CFS Initiative, Division of Infectious Diseases and Geographic Medicine, Stanford University School of Medicine, Stanford, California, United States of America

Samenvatting

Achtergrond Post-exertionele malaise (PEM) wordt beschouwd als het belangrijkste kenmerk van Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS). Toch werd patiënten in studies zelden gevraagd in te beschrijven hoe ze PEM ervaren.

Doelstellingen Het beschrijven van symptomen geassocieerd met en het tijdsverloop van PEM.

Methodes 150 individuen gediagnostiseerd d.m.v. de 1994 Fukuda criteria vervolledigden een enquête betreffende 11 symptomen die ze zouden kunnen ervaren na blootstelling aan 2 verschillende types triggers. We vroegen ook naar de aanvang en de duur van PEM, en gaven de ruimte om te schrijven omtrent bijkomende symptomen. De resultaten werden samengevat d.m.v. beschrijvende statistische methodes […] en de statistische significantie werd beoordeeld.

Resultaten 129 individuen (90%) ervaarden PEM na lichamelijk en cognitieve inspanning, en emotioneel lijden. Ze waren bijna allemaal aangetast door inspanning maar 14 (10%) rapporteerden geen effekt te ondervinden van emoties. Vermoeidheid was het symptoom dat het meest courant verergerde maar cognitieve problemen, slaap-stoornissen, hoofdpijn, spierpijn en griep-achtige symptomen werden door meer dan 30% van de individuen aangehaald. 60% van de individuen ervaarden minstens één inflammatoir/ immuun-gerelateerd symptoom. De individuen vermeldden ook gastro-intestinale, orthostatische, met stemming gerelateerde, neurologische en andere symptomen. Inspanning veroorzaakte significant meer symptomen dan emotioneel lijden (7 ± 2,8 vs. 5 ± 3,3 symptomen; p < 0.001). De aanvang en de duur van PEM varieerde voor de meeste individuen. 11% rapporteerde echter een consistente post-trigger vertraging van ten minste 24 uur wat betreft de aanvang en 84% hadden gedurende 24 h of meer te kampen met PEM.

Besluiten Deze studie geeft ons exacte symptoom- en tijd-patronen voor PEM. PEM omvat verergering van meerdere, atypische symptomen, treedt af en toe vertraagd op en houdt gedurende langere periodes aan. Het benadrukken van deze kenmerken kan het stellen van de diagnose M.E./CVS verbeteren. De integratie in het ontwerp van toekomstige research zal ons begrip van M.E./CVS versnellen.

Inleiding

[…]

Oorsprong en evolutie van PEM

Een reden voor de onzekerheid die rond M.E./CVS hangt, kan worden teruggebracht tot hoe de ziekte wordt gedefinieerd. De meest courant gebruikte M.E./CVS-definitie voor research- en klinische doeleinden zijn die de Fukuda-criteria (CDC 1994). Om de diagnose te stellen, dienen de patiënten te lijden onder meedogenloze of terugkerende, funktie-beperkende vermoeidheid (die niet weggaat door rust) gedurende 6 maanden; ze dienen ook gelijktijdig minstens 4 van de volgende 8 symptomen hebben: niet-verfrissende slaap, gevoelige lymfe-knopen (hals/oksel), spierpijn, pijn aan meerdere gewrichten zonder tekenen van inflammatie, pijnlijke keel, verstoord geheugen of concentratie, nieuwe of veranderde hoofdpijn en post-exertionele malaise (PEM). Veel van deze symptomen komen (voorbijgaand) voor bij gezonde mensen en bij meerdere medische aandoeningen (bv. majeure depressie, fibromyalgie, slaap-apneu, verscheidene virale infekties). Bijgevolg staan veel klinici – bezorgd over het missen van een alternatieve diagnose – weigerachtig tegenover het stellen van de diagnose M.E./CVS.

Het Fukuda-symptoom dat uniek is, is post-exertionele malaise: deze term werd opgeworpen door Fukuda et al. en er zat geen voorafgaande medische betekenis aan vast. Gedurende tientallen jaren gaf het CDC echter helemaal geen definitie voor PEM, waardoor ze de term onbedoeld openlieten voor mogelijks onnauwkeurige inaccurate en inconsistente interpretaties door klinici, researchers en patiënten. In 2001 stond in een Ph.D-thesis aan de DePaul University te lezen: “er bestaat geen duidelijke operationele definitie van dit symptoom” en dat, bv., “sommige klinici verslechtering van …3…symptomen…vereisen, terwijl anderen enkel een verergering van de vermoeidheid vragen” na inspanning. Een artikel met CDC-personeel als co-auteurs, die pretendeerden onduidelijkheden in de Fukuda-criteria te identificeren, bespraken PEM niet maar focusten eerder op vermoeidheid-definities en -schalen. Wat bijdraagt tot de verwarring: het woord ‘malaise’ zelf is vaag. De ‘Oxford English Dictionary’ definieert ‘malaise’ als “een algemeen gevoel van ongemak, ziekte of onbehagen waarvan de exacte oorzaak moeilijk te identificeren is”.

Hoewel hun website geleidelijk aan wordt herzien, heeft het CDC lange tijd PEM beschreven als “verhoogde malaise (extreme uitputting en ziekte) na lichamelijke aktiviteit of mentale inspanning”. Het woord ‘ziekte’ is een brede term en ambigu. Het is dus niet verrassend dat klinici PEM moeilijk begrijpen en het symptoom gebruiken om M.E./CVS te helpen onderscheiden van andere medische aandoeningen. In de breedste betekenis zou PEM kunnen refereren naar elk symptoom dat optreedt na inspanning: spierpijn gerelateerd met kortdurende overbelasting bij een gezonde persoon, kortademigheid omwille van astma of pijn op de borst door een hart-ziekte. Researchers zijn op dezelfde manier verward: ze vermengen PEM met post-exertionele vermoeidheid of vermijden het volkomen. Zelfs oppervlakkige evaluaties in acht genomen hebben slechts een handvol klinische testen post-exertionele malaise als een uitkomst opgenomen. Ten slotte: de term PEM wordt gebruikt maar wordt niet wordt aan individuen in studies, er is geen manier om te zeggen of wat ze als PEM beschouwen, overéénkomt met hoe researchers of klinici het beschouwen. Jason et al. [Problems in defining post-exertional malaise. J Prev Interv Community (2015) 43: 20-31] hebben getoond dat de individuen die bevestigen dat ze PEM hebben, kan variëren van 41% tot 94%; afhankelijk van hoe de vraag wordt gesteld. Ze vonden bv. dat sommige individuen die PEM aangaven na verdere bevraging, initieel “Nee” antwoorden als hen werd gevraagd naar PEM “na…inspanning”. Deze individuen ervaarden PEM na het uitvoeren van louter dagdagelijkse aktiviteiten (bv. aankleden, koken, enz.) en zich niet meer inspanden.

Alternatieve perspectieven

In tegenstelling tot het CDC, hebben veel researchers en klinici dis zich specialiseren in M.E./CVS, alsook patiënten, verergering van post-exertionele symptomen als slechts het ene kenmerkende karakteristiek van M.E./CVS verdedigd. Dr. Melvin Ramsey, de specialist infektueuze ziekten die de term ‘Myalgische Encfalomyelitis’ creëerde na het zien van meerdere patiënten met dezelfde ongewone voorgeschiedenis, beschouwde reeds in de jaren ‘50 “spier-vermoeibaarheid waarbij, zelfs na een lichte fysieke inspanning, het 3-5 dagen of langer duurt vooraleer volledige spierkracht wordt herwonnen” als “het anker voor de diagnose”. Deze partijen geloven dat de klemtoon van de Fukuda-definitie op het alomtegenwoordig symptoom vermoeidheid als voornaamste en enige verplichte symptoom (geen enkele van de 8 hulp-symptomen zijn vereist zolang de 4 symptomen aanwezig zijn) misleidend is; wat resulteert in zowel het ontbreken van en onjuiste diagnose door klinici en inclusie van patiënten in studies die eigenlijk geen M.E./CVS hebben. Vervolgens ontwikkelden ze 3 andere klinische definities: de Canadese Consensus Criteria (CCC 2003 & 2010 versies), de Myalgische Encefalomyelitis-Internationale Consensus Criteria (ME-ICC 2011) en ‘Systemic Exertion Intolerance Disease’ (SEID 2015).

Hoewel deze 3 definities verschillen, vereisen ze allemaal één of andere vorm van post-exertionele symptoom-verslechtering, waarbij de ME-ICC dit fenomeen “post-exertionele neuro-immune uitputting” of PENE noemt en de CCC & SEID de term PEM aanhouden. Wat de term ook is: elke definitie identificeert zowel cognitieve als lichamelijke inspanning as impulsen voor PEM, biedt een lijst van specifieke symptomen buiten post-exertionele vermoeidheid (bv. griep-achtige sensaties, pijn, gevoelige keel, cognitieve problemen, verminderde funktionele capaciteit), er wordt aangeven aan dat PEM kan variëren afhankelijk van het individu, en er zijn opmerkingen over de soms vertraagde en langdurige aard van PEM. Er bestaan 2 belangrijke verschillen tussen de Fukuda en de andere 3 criteria. De eerste werd oorspronkelijk geformuleerd voor onderzoek-doeleinden en evolueerde niet veel met verloop van tijd of met wetenschappelijke studies, terwijl de laatste 3 werden ontwikkeld voor klinische diagnose en, daardoor, waren ook de geaccumuleerde ervaringen opgenomen van patiënten en klinici die voor duizenden mensen zorgden. Voor de doelstelling van dit artikel zullen we van nu af aan ‘PEM’ gebruiken om PEM, PENE of concepten die verband houden met verergering van post-exertionele symptomen aan te duiden.

Research: hiaten en mogelijkheden

Ondanks de focus op PEM door veel mensen binnen de M.E./CVS-gemeenschap, zijn er desondanks geen studies waar patiënten direct, via open-einde vragen en uitgebreid werd gevraagd naar hun ervaring van PEM. In 2012 bespraken Haywood et al. [Quality and acceptability of patient-reported outcome measures used in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis (CFS/ME): a systematic review. Qual Life Res. (2012) 21: 35-52] 77 verschillende, door patiënten gerapporteerde uitkomst-metingen die eerder bij M.E./CVS-studies werden gebruikt en concludeerden, uitgezonderd voor SF-36, dat alle metingen beperkt ‘evidence-based’ waren. Hoewel PEM niet uitdrukkelijk werd vermeld, benadrukten ze dat er “discrepanties bestaan tussen wat wordt gemeten bij onderzoek en hoe patiënten hun ervaren van M.E./CVS definiëren” en dat onderzoekers er “dienen naar te streven patiënten gezamelijker te betrekken”. Deze netelige situatie weerklinkt in een document van de Amerikaanse ‘US Food and Drug Administration’ uit 2014 (‘Guidance for Industry ME/CFS: Developing Drug Products for Treatment’), dat de bedoeling had farmaceutische innovatie aan te moedigen en te begeleiden. De FDA concludeerde dat er geen “patient-rapportering instrumenten optimaal voor meting van vermoeidheid of andere symptomen” voor M.E./CVS waren.

Tot op heden hebben researchers patiënten voornamelijk over post-exertionele vermoeidheid (en soms pijn) bevraagd maar zelden over andere post-exertionele symptomen; toch kunnen deze symptomen even of zelfs meer invaliderend voor patiënten zijn dan pijn of vermoeidheid. Symptoom-geassocieerde vragenlijsten, instrumenten of testen (bv. polysomnografie, actigrafie, neuropsychologische testen) worden door onderzoekers gekozen op basis van hun eigen vooroordelen over PEM en, gewoonlijk, worden slechts 1 of 2 symptomen in elke studie bekeken. Bovendien hebben researchers PEM-gerelateerd uitkomsten beoordeeld in een vast schema (bv. 1 uur, 24 uur, enz.) na een uitdagende stimulus, eerder dan het tijdstip van de meting te matchen met het verloop van de PEM zoals gerapporteerd door de individuen. De meeste studies volgen ook individuen gedurende minder dan 3 dagen na een PEM-uitlokkende uitdaging, ondanks bewijs dat PEM veel langer kan aanhouden [Black CD, McCully KK. Time course of exercise induced alterations in daily activity in Chronic Fatigue Syndrome. Dynamic medicine (2005) 4: 10]. Het niet letten op de timing kan leiden tot het mogelijks weglaten van of onnauwkeurige karakterisering van belangrijke bevindingen bij het begin de piek of het einde van de PEM. Hoewel deze regelingen kunnen zijn ingesteld omwille van logistieke, praktische, financiële of andere redenen, kunnen ze een diepgaande exploratie van PEM hebben belemmerd en geleid tot inaccurate veronderstellingen over de aard van PEM, bijzonderlijk bij artsen en researchers buiten het M.E./CVS-gebied.

Een uitzondering op de situatie zijn 2 kleine studies [Van Ness JM, Stevens SR, Bateman L, Stiles TR, Snell CR. Postexertional malaise in women with Chronic Fatigue Syndrome. J Womens Health (2010) 19: 239-44 /// Davenport TE, Stevens SR, Baroni K, Van Ness JM, Snell CR. Diagnostic accuracy of symptoms characterising Chronic Fatigue Syndrome. Disabil Rehabil. (2011) 33: 1768-75] door de ‘Workwell Foundation’. Na onderworpen te zijn geweest aan 2 cardiopulmonaire inspanning-testen (CPET) met een tussentijd van 24 uur, vervolledigden een totaal van 41 vrouwelijke M.E./CVS-individuen een lijst met open-eindige vragen over symptomen tot een week na de testen. 37 gezonde, sedentaire individuen dienden als controles. De researchers onderzochten hun antwoorden en codeerden ze in symptoom-categorieën, zoals voorgeschreven bij de CCC. De M.E./CVS-individuen ervaarden enkele symptomen die de gezonde individuen helemaal niet ervaarden (bv. lichthoofdigheid, gevoelige keel/ opgezette klieren, cognitieve dysfunktie) en bleken significant meer waarschijnlijk andere symptomen te ervaren (bv. pijn (p < 0.01) en slaap-stoornissen (p < 0.001)) vergeleken met hun gezonde tegenhangers. Slechts 4 post-exertionele symptomen (vermoeidheid-, immuun-, slaap- en pijn-geassocieerde symptomen) waren nodig om 92% van de M.E./CVS-individuen accuraat te klassificeren en 88% van de gezonde individuen. Het tijdsverloop van de symptomen verschilde ook substantieel: de meeste controle-individuen ervaarden de piek van hun symptomen op de dag van de test en 87%-95% van hen herstelden volledig binnen de 24 uur na de test, terwijl de symptomen van sommige M.E./CVS-individuen piekten 24 of 48 uur na de test, waarbij 45%-60% van de M.E./CVS-individuen de effekten nog voelden na 5 dagen. ‘Workwell’ vond dat als een individu niet volledig herstelde binnen 24 uur, de positieve waarschijnlijkheidsfactor voor klassificatie als M.E./CVS 11,4 was en de negatieve waarschijnlijkheidsfactor 0,22. Als een individu dit kenmerk heeft, verhoogt het de baseline schatting voor aanwezigheid van de ziekte door de klinicus met ca. 45% terwijl zonder dit kenmerk de kans met zowat 30% daalt.

Deze 2 studies suggereren dat de aanwezigheid van bepaalde post-exertionele symptomen en hun tijdsverloop kunnen helpen bij de het stellen van de diagnose van M.E./CVS maar deze bevindingen vergen replicatie. Veel beloftevolle initiële resultaten van M.E./CVS-studies werden tegengesproken of afgezwakt door daaropvolgende studies. Consistente resultaten van meerdere, onafhankelijke research-groepen in verschillende settings kunnen de validiteit van bevindingen versterken. De studies door ‘Workwell’ waren met jongere vrouwen (gemiddelde leeftijd 31,5 ± 9,0 jaar) die in staat en bereid waren tot 2 maximale inspanning testen binnen 24 uur. Maar er wordt geschat dat ongeveer een derde van de M.E./CVS-patiënten mannen zijn en de ziekte is het meest courant tussen de leeftijd van 40 en 60. Bovendien is een significant deel van de patiënten niet in staat om zelfs maar één enkele maximale inspanning test te verdragen en er werd gerapporteerd dat zelfs relatief milde aktiviteit (zoals aankleden of autorijden) PEM veroorzaakt bij patiënten. Zou een meer representatieve groep patiënten die minder belastende taken uitvoeren, worstelen met een gelijkaardig symptomen-patroon? Ten slotte: hoewel een lijst met open vragen onontbeerlijk is als men een start wil maken met het documenteren van een fenomeen, kan een dergelijk format meer tijd en inspanning vereisen van patiënten, en klinici en researchers, bij gebruik in grotere studies of in een drukke kliniek. Antwoorden op open vragen kunnen op een variabele manier geïnterpreteerd worden. We vroegen ons af of een vragenlijst met gesloten vragen met de mogelijkheid om verhalende antwoorden te geven, vergelijkbare responsen zou opleveren.

Bijgevolg is de voornaamste doelstelling van onze studie: het op een systematische manier beschrijven van de symptomen en het tijdsverloop van PEM door het bekijken van een groot aantal individuen met M.E./CVS m.b.v. gesloten en open vragen. We hypothiseerden dat onze resultaten eerdere beschrijvingen van PM en de bevindingen van de ‘Workwell Foundation’ zouden ondersteunen maar bijkomende details betreffende specifieke symptomen en timing zou geven. We vroegen de individuen ook naar hun reakties op lichamelijke en cognitieve inspanning versus emotionele belasting om te bepalen of er verschillen zijn qua presentatie van PEM wanneer verschillende stressoren worden toegepast. We waren in staat deze doelstellingen te verwezenlijken.

Methodes

Recrutering van individuen

[…] Individuen werden opgenomen als ze voldeden aan de ‘Fukuda 1994 CFS criteria’ […] en uitgesloten als ze een andere medische of psychiatrische aandoening hadden die hun M.E./CVS-symptomen kon verklaren, leden aan bepaalde immunologische aandoeningen, te kampen hadden met drug-misbruik […], een influenza-vaccinatie hadden gekregen de voorbije 4 weken […]. […]

Bevraging

[…] online enquête […]

Om PEM te onderzoeken, stelden we 4 vragen: 1) Welke symptomen worden getriggerd of verslechteren door fysieke of mentale aktiviteit?; 2) Welke symptomen worden getriggerd of verslechteren door emotioneel lijden?; 3) Hoe snel na het starten van een mentale of lichamelijke inspanning begint je ziekte gewoonlijk te verergeren?; en 4) Als je je slechter voelt na aktiviteit, hoe lang houdt dit dan aan? We onthielden ons doelbewust van het gebruik van het de term ‘post-exertionele malaise’ om de kans te verkleinen dat individuen die al de diagnose M.E./CVS hadden gekregen, automatisch de vraag zouden beantwoorden op basis van hun kennis of vooraf gevormde noties omtrent PEM. We wilden ook de term ‘malaise’ vermijden en focussen op symptomen die zich voordoen of verslechteren na specifieke stressor, niet op baseline symptomen. […]

Statistische analyse

[…]

[…] We maakten 2 groepen symptomen […]. Voor de eerste – ‘immuun-/ inflammatie-gerelateerd’ – diende een individu griep-achtige sensaties, een pijnlijke keel en gevoelige lymfeknopen te hebben. Voor de tweede groep – ‘4-symptomen PEM’ – gebaseerd op de bevindingen van de ‘Workwell Foundation’, diende een individu vermoeidheid, minstens één ‘immuun-gerelateerd’ symptoom, minstens één pijn-gerelateerd symptoom en verstoorde slaap te hebben. […]

[…]

Resultaten

150 individuen (75% van de 200 gecontacteerden) reageerde op de enquête. […] Er waren geen significante verschillen qua percentage vrouwen, gemiddelde leeftijd, ziekteduur, prevalentie van zelf-geïdentificeerde virale aanvang, vermoeidheid-scores (op basis van de ‘Fatigue Severity Scale’ en de ‘Multidimensional Fatigue Inventory-20’), zelf-beoordeeld cognitief/ lichamelijk funktioneren en prevalentie van andere Fukuda-criteria symptomen tussen respondenten en niet-respondenten.

[…] Het aantal mannen bedroeg 20% en de gemiddelde leeftijd was 51,6 ± 12,5 jaar.

[…] De meeste individuen (n = 129, 90%) ervaarden PEM bij zowel fysieke/ cognitieve inspanning en emotioneel lijden. Bijna allen (n = 143, 99%) leden onder de eerste trigger maar 14 (10%) rapporteerden geen effekt te ondervinden van de tweede trigger. Inspanning veroorzaakte significant meer symptomen dan emotionele nood (7 ± 2,8 vs. 5 ± 3,3 symptomen (p < 0.001). In beide situaties was vermoeidheid het meest courante verergerde symptoom, gerapporteerd door 94% (n = 135) en 76% (n = 109) van de individuen; maar cognitieve problemen, slaap-stoornissen, hoofdpijn, spierpijn en griep-achtige sensaties werden door meer dan 30% van de individuen genoemd. Een percentage van 60 (n = 87) en 36 (n = 52) van de individuen ervaarde ten minste één inflammatoir/ immuun-gerelateerd symptoom respectievelijk, bij inspanning of emotioneel lijden. Ongeveer een kwart van de individuen (n = 33, 23%) vertelde over verergering van vermoeidheid en alle 3 de inflammatie-/ immuun-gerelateerde symptomen na fysieke of cognitieve inspanning.

Buiten de 11 opgelijste symptomen, noemden enkele individuen ook darm- (bv. misselijkheid, prikkelbare darm; n = 6 en 5), orthostatische (e.g. duizeligheid, pre-syncope; n = 4 en 3), stemming (bv. angst, depressie; n = 4 en 4), zenuwstelsel- (bv. sensorische overprikkeling, tintelende huid; n = 12 en 7), pijn- (bv. sinussen; n = 7, 5), ademhaling- (n = 2, 2) en ‘infektie’-gerelateerde (n = 3, 2) symptomen als componenten van hun PEM. Uitgezonderd voor slaap-stoornis en ‘andere’ symptomen, lokte inspanning significant meer waarschijnlijk dan emotioneel lijden de opgesomde symptomen uit (p < 0.003). De grootste verschillen qua uitgelokte symptomen waren gerelateerd met musculoskeletale pijn (41% verschil voor spierpijn en 32% verschil voor gewrichtpijn) en immuun-/ inflammatie-gerelateerde symptomen (23% tot 28% verschil). Wanneer we het ‘4-symptom PEM’ schema van de ‘Workwell Foundation’ toepasten, bleek een significant hoger percentage individuen deze set symptomen te ervaren bij inspanning t.o.v. slechts 21% bij emotionele stress (42% vs 21%, p < 0.001).

Betreffende de aanvang en de duur van de PEM na lichamelijke of cognitieve inspanning: het meest courante antwoord, gegeven door ca. 42% (n = 61) & 45% (n = 65) van de individuen was respectievelijk, dat initiatie en duur van PEM varieerden. Voor deze groepen was de meest courante vroegste aanvang onmiddellijk (61%) en de meest courante laatste aanvang 24 uur later (38%); de meest courante kortste PEM-duur was enkele uren (35%) en de meest courante langste PEM-duur 3 tot 7 dagen (38%). Een substantieel aantal individuen deelde mee dat hun PEM weken (25%) of zelfs maanden (14%) kon aanhouden. Enkelen gaven als commentaar dat tijdsverloop zo fel varieerde dat het moeilijk was om een het aan te geven; de variaties hingen frequent af van het type en de intensiteit van de activiteit.

Van de individuen die de andere tijd-categorieën kozen, rapporteerden er 40% dat PEM consistent begon binnen de 24 uur na de inspanning maar 11% rapporteerde een consistente ‘post-trigger’ vertraging van minstens 24 uur. De PEM nam af binnen de 24 uur voor slechts 9%. 20% van de individuen verduurde PEM gedurende 1 tot 2 dagen maar een kwart merkte op dat PEM aanhield voor langer dan 3 dagen. Een klein percentage, 2% & 3% respectievelijk, selekteerden de keuze “niet toepasselijk” wanneer werd gevraagd naar de aanvang en tijdsduur; dit is verrassend aangezien alle individuen uitgenomen één […] het triggeren of verergeren van symptomen na inspanning hadden bevestigd. […]

Bespreking

Dit is de eerste studie die op een directe en systematische manier een grote groep M.E./CVS-patiënten bevraagt aangaande hun ervaring van PEM in hun leven. We vonden dat een representatiever staal deelnemers aan de studie, inclusief mannen en oudere mensen, een gelijkaardige cluster en tijdsverloop van PEM-symptomen vertoonden onder de gewone levensomstandigheden als jongere vrouwen die experimenteel werden onderworpen aan 2 maximale inspanningen [‘Workwell Foundation’]. Aangezien de meeste dagdagelijkse aktiviteiten geen maximale inspanning inhouden, bieden onze resultaten formeel bewijsmateriaal dat de verhalen van patiënten, ervaringen van klinici en de huidige definities ondersteunt; wat verklaart dat zelfs taken zoals wandelen, koken of lezen PEM kan uitlokken. Ten tweede: we documenteerden voor de eerste keer dat emotionele stress een waaier aan symptomen kan uitlokken en dat de prevalentie van de symptomen kan verschillen afhankelijk van de trigger. Ten derde: we bekrachtigden dat de timing van PEM kan variëren tussen individuen en bij hetzelfde individu en we gaven specifieke tijdsverlopen mee. Ten slotte toonden we aan dat een eenvoudige lijst met gesloten vragen bruibaar kan zijn om de voornaamste kenmerken van PEM te vatten.

De overweldigende meerderheid (90%) van de individuen ervaarden PEM bij fysieke/ cognitieve inspanning en emotionele ontwrichting. Verergering van meerdere symptomen, een mediaan van 7 & 5 respectievelijk, was de regel eerder dan de uitzondering. Minstens een derde van de individuen kwam 8 van de 11 symptomen tegen bij eender welke situatie. Sommige symptomen worden courant gezien bij lichamelijke inspanning (zelfs bij gezonde mensen; bv. spierpijn), terwijl andere atypisch zijn (bv. griep-achtige sensaties, darm-symptomen, sensorische ‘overload’) en niet worden gerapporteerd door gezonde mensen of personen met andere medische aandoeningen. Omdat onze vragenlijst specifieke symptomen eerder dan combinaties (bv. ‘pijnlijke keel/ gevoelige lymfe-knopen’) of symptoom-categorieën (bv. ‘autonome’) oplijstte, is een directe vergelijking met de ‘Workwell’ bevindingen niet mogelijk. Niettemin weerspiegelt de veelheid aan symptomen aangegeven door onze individuen deze van de ‘Workwell’-individuen. Bijvoorbeeld: vermoeidheid-, pijn- en slaap-gerelateerde symptomen zaten bij de top 3 categorieën de ‘Workwell Foundation’, analoog met het eerste, vierde en vijfde meest courante symptoom dat door ons werd opgemerkt na inspanning. Andere symptoom-combinaties die ze gebruikten (zoals ‘lichthoofdigheid/ vertigo’ maakten geen deel uit van de 11 symptomen van onze lijst maar dook op in het deel van onze vragenlijst met open vragen.

In tegenstelling met sommige bronnen die te kennen hebben gegeven dat patiënten met M.E./CVS met tegenzin een rol voor psychologische of emotionele factoren bij hun ziekte toegeven en zich “op een onredelijke manier vastklampen” aan een biologische oorzaak, is het onze klinische ervaring, ondersteund door de resultaten van deze studie, dat patiënten makkelijk dergelijke factoren bespreken wanneer hun ziekte-ervaringen worden bekrachtigd. De individuen ervaarden dezelfde waaier aan diverse symptomen maar met emotionele stress na inspanning, zij het in minder mate. Ze ondervonden ook symptomen zoals musculoskeletale pijn en een pijnlijke keel, die gewoonlijk niet gelinkt zijn met emotioneel lijden bij gezonde personen of veel mensen met andere aandoeningen.

PEM-aanvang en -duur varieerde zowel tussen individuen of bij hetzelfde individu. We toonden een redelijk gelijkmatige verdeling qua antwoorden; uitgezonderd voor het meest overheersende antwoord “het kan variëren” (geselekteerd door iets meer dan 40% van de deelnemers). Hoewel kan lijken dat slechts een minderheid een PEM-aanvang na 24 uur rapporteerde, ligt het aantal individuen met vertraagde PEM-aanvang hoger. Sommige van deze individuen onderschreven in plaats daarvan de categorie “het kan variëren” als niet elke episode van hun PEM met 24 uur vertraging optrad. De combinatie van de individuen die consistent PEM na 24 uur rapporteerden (n = 16) met deze die rapporteerden dat hun PEM met 24 uur of langer vertraagd kon zijn (n = 38), betekent dat potentieel bij tot 37% van de individuen de PEM slechts aanvangt een dag of langer na de inspanning-trigger. Dit komt overéén met het artikel door Van Ness et al. [zie hierboven] Hoewel dit artikel niet in detail over vertraagde aanvang ging, toonden ze dat bij sommige individuen enkele symptomen niet begonnen tot de dag na de inspanning-test. Uit de beperkte details in hun tekst konden we berekenen dat spierpijn bij 28% van hun individuen niet aanving vooraleer 24 uur waren verstreken.

Evenzo: het meest courante antwoord dat door respondenten werd gekozen (wanneer ze werden bevraagd over de duur) was “het kan variëren”. Minstens 43% van de individuen merkte op dat hun PEM regelmatig meer dan 24 uur duurde maar, zoals voor PEM-initiatie, zou dit percentage hoger kunnen zijn gezien het feit dat sommigen “het kan variëren” selekteerden wanneer sommige PEM-aanvallen korter waren. Wanneer degenen die consistent een PEM-duur van gelijk aan of meer 24 uur rapporteerden (n = 63) gecombineerd werden met degene wiens PEM af en toe 24 uur of meer duurt (n = 60), komen we op 123 individuen, 84%, die PEM gedurende een dag of meer ondervinden. Slechts 9% rapporteerde PEM die binnen 24 uur oplost. PEM kan gedurende vrij uitgebreide periodes aanhouden. Weerom: bij navraag naar de langste PEM-episodes, bleek dat na de combinatie van consistente met occasionele meldingen, bij 24% (n = 35) deze meer dan een week tot meerdere maanden kon aanhouden.

Het is niet verrassend dat het tijdsverloop van PEM fluctueert. De post-Fukuda definities alsook verslagen van patiënten laten optekenen dat er variaties zijn, niet alleen tussen individuen maar ook per individu. De drempel die nodig is het voor het triggeren, het moment van initiatie, de ernst en de tijdspanne van de PEM hangt af van zowel de basale toestand van de individuen (bv. Sliepen ze goed de nacht ervoor? Hebben ze momenteel een verkoudheid? Hoeveel totale aktiviteit ondernamen ze reeds die week?), en het type, intensiteit, duur en frequentie van de trigger. Zoals een patient (die ook arts is) het beschreef: de “veiligheid-zone” om PEM te vermijden “is beweeglijk” en dit draagt op een onvoorspelbare manier bij tot de problemen van patiënten omtrent het programmeren van en deelnemen aan aktiviteiten (beroep, onderwijs, recreatie, sociaal en persoonlijke verzorging).

Globaal gezien deed onze vragenlijst het redelijk goed. Het aantal ontbrekende antwoorden was laag en we kregen weinig vragen van de studie-deelnemers over de items. Onze symptoom-lijst lijkt de meest courante PEM-symptomen te hebben beslaan aangezien er geen spontaan meegedeeld symptoom bleek meer dan 8% van onze individuen te treffen.

Klinische implicaties

Op basis van onze gegevens, suggereren we dat opleidingsmateriaal gericht op klinici kenmerken benadrukken die PEM onderscheiden van de post-exertionele of emotioneel kwellende ervaringen van gezonde personen en mensen met andere ziekten. Ten eerste: de meesten geven één of andere factor op die hun symptomen verslechtert maar het is onwaarschijnlijk dat iemand zonder M.E./CVS lichamelijke inspanning, cognitieve belasting en psychologische stress zal opgeven als oorzaak voor dezelfde of een gelijkaardige constellatie van symptomen. De meeste patiënten zullen een symptoom-complex opwerpen dat verdacht is voor PEM gelinkt met fysieke inspanning. Klinici zouden moeten vragen of er andere triggers zijn en als er geen opkomen, de patiënten in het bijzonder de vraag stellen aangaande effekten van cognitieve belasting en emotionele situaties.

Ten tweede: het samen voorkomen en type van verergerde symptomen zijn een sterke aanwijzing voor PEM. Post-exertionele vermoeidhied, spierpijn en pijnlijke gewrichten zijn zeer courant na zelfs een lichte aktiviteit bij veel mensen dus volstaat louter de aanwezigheid van deze 3 symptomen niet om klinici te helpen PEM te herkennen. Andere symptomen geassocieerd met PEM zijn echter ofwel gewoonlijk niet gelinkt met inspanning/ emotionele stress of verbeteren zelfs paradoxaal door lichamelijke inspanning bij personen die geen M.E./CVS hebben. Bijvoorbeeld: er bestaat geen medische aandoening waar de auteurs vertrouwd mee zijn waarbij inspanning of emotionele stress immuun-/ inflammatie-gerelateerde symptomen veroorzaakt, maar toch rapporteerden respectievelijk 60% en 36% van onze individuen deze symptomen met beide stimuli, en ongeveer een kwart ervaarde alle 3 (pijnlijke keel, gevoelige lymfe-klieren of griep-achtige sensaties) na inspanning. Omgekeerd: symptomen die typische gepaard gaan met lichamelijke inspanning bij andere aandoeningen, zoals kortademigheid of pijn op de borst bij chronische long- of hart-ziekte, worden zelden gemeld bij M.E./CVS. Bovendien is het goed bekend dat fysieke aktiviteit de stemming, slaap en pijn bij zowel gezonde mensen als personen met chronische ziekten (zoals depressie of angststoornis) verbetert; maar toch rapporteerden onze individuen verslechterde slaap, stemming en pijn na fysieke aktiviteit. Dit paradoxaal effekt wordt ook aangetoond in studies die focussen op de fysiologische aspecten van M.E./CVS [Arroll MA et al. The delayed fatigue effect in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome (ME/CFS). Fatigue: Biomedicine, Health & Behavior. (2014) 2: 57-63 /// Van Oosterwijck J, Nijs J, Meeus M, Lefever I, Huybrechts L, Lambrecht L et al. Pain inhibition and postexertional malaise in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome: An experimental study. J Int Med. (2010) 268: 265-278].

Ten derde: PEM heeft een ongewoon tijdsverloop. Bij veel medische aandoeningen beginnen de door inspanning verslechterde symptomen gewoonlijk tijdens of onmiddellijk erna, en verdwijnen gewoonlijk onmiddellijk of kort nadat de inspanning wordt stopgezet. In tegenstelling daarmee begint PEM pas na uren of dagen na de trigger, de piek treedt op na de eerste dag en stopt pas uren tot maanden later. Dit kenmerk van PEM doet patiënten en klinici geloven dat symptoom-verergeringen willekeurig optreden i.p.v. dat ze geassocieerd zijn met een trigger; de meeste mensen zullen niet aanvoelen dat de symptomen veroorzaakt worden door een trigger die optrad uren tot dagen ervoor tenzij door de klinici specifiek wordt gevraagd er op te letten.

Het ‘Institute of Medicine’ rapport onderstreepte specifiek de urgentie om een eenvoudige, praktische medische voorgeschiedenis, vragenlijst of lichamelijk onderzoek items te ontwikkelen die aan bed kunnen worden gebruikt om snel en accuraat de diagnose M.E./CVS te stellen. Deze triade karakteristieken – oorzakelijke factoren, aantal/type symptomen en tijdsverloop – kan nu worden toegepast om klinici te helpen bij de identificatie van PEM en, zodoende, te assisteren bij de diagnose van M.E./CVS. Voor situaties waar klinici niet in staat zijn een duidelijke voorgeschiedenis van een patient op te tekenen, kunnen ze de patient vragen om een dagboek van triggers en symptoom-patronen bij de houden om te helpen de zaken op te helderen. Tegelijkertijd kunnen onze resultaten worden gecombineerd met deze van andere researchers om formele instrumenten te produceren om de aanwezigheid van PEM met zekerheid te stellen. Na toepassing van de bevindingen van de ‘Workwell Foundation’, kwalificeerden slechts 42% van onze individuen voor hun ‘4-symptom PEM’ schema. Een andere set symptomen, misschien vergezeld van ernst-graden, zou nodig kunnen blijken om PEM bij meer patiënten te detekteren. In tegenstelling daarmee: overéénkomstig met hun cijfers van 100% en 81% hadden bijna al onze individuen (84%) problemen om binnen de 24 uur te herstellen. Om de validiteit en betrouwbaarheid te bepalen, zouden gegenereerde instrumenten getest kunnen worden t.o.v. objectieve metingen van PEM (zoals de 2-dagen herhaalde cardiopulmonaire inspanning test [Snell CR, Stevens SR, Davenport TE, Van Ness JM. Discriminative validity of metabolic and workload measurements for identifying people with Chronic Fatigue Syndrome. Phys Ther. (2013) 93: 1484-92 /// Vermeulen RC, Kurk RM, Visser FC, Sluiter W, Scholte HR. 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 /// Keller BA, Pryor JL, Giloteaux L. Inability of Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome patients to reproduce VO2 peak indicates functional impairment. J Transl Med. (2014) 12: 104]) of t.o.v. individuen die geverifieerd werden als M.E./CVS door meerdere ervaren klinici.

Research-implicaties

Deze studie heeft ook implicaties voor het ontwerpen, de analyse en interpretatie van toekomstige studies. De meeste studies omtrent PEM hebben vertrouwd op een fysieke inspanning als stimulus maar onze resultaten ondersteunen meldingen van patiënten en klinici dat ander oorzaken kunnen leiden tot PEM. Slechts enkele studies hebben cognitieve, orthostatische of psychologische triggers gebruikt [Ocon AJ et al. Increasing orthostatic stress impairs neurocognitive functioning in Chronic Fatigue Syndrome with postural tachycardia syndrome. Clin Sci (2012) 122: 227-38 /// Gaab J et al. Enhanced glucocorticoid sensitivity in patients with Chronic Fatigue Syndrome. Acta Neuropsychiatr. (2003) 15: 184-91]. Toekomstige studies zouden de effekten moeten blijven verkennen van andere oorzakelijke factoren. Researchers moeten uitkomst-metingen uitbreiden tot verder dan enkel pijn en vermoeidheid, en bij het screenen van individuen op PEM niet enkel vragen of ze ‘PEM’ hebben maar meer in detail informeren naar post-exertionele symptomen. Wanneer onderzoekers op slechts 1 of 2 symptomen focussen, i.p.v. op meerdere symptomen, en zich concentreren op zeer courante symptomen die zelfs bij niet-M.E./CVS worden gezien, is er geen duidelijke zekerheid dat ze het fenomeen PEM bestuderen zoals gerapporteerd door klinici, patiënten en de ‘Workwell Foundation’, of onze studie.

De meeste onderzoekers hebben er logischerwijs voor gekozen symptomen te evalueren waarvan ze verwachten dat ze uitgelokt worden door de geselekteerde oorzaak, bv. via het bestuderen van lichamelijke vermoeidheid na een inspanning of problemen na een mentaal-vermoeiende neuropsychologische batterij. Onze resultaten geven aan dat het nuttig kan zijn om symptomen buiten de geanticipeerde te beschouwen. Bijvoorbeeld: wetenschappers kunnen informeren naar immune/ inflammatoire symptomen en/of bloed-merkers voor inflammatie meten na studie-deelnemers te hebben onderworpen aan een cognitief-uitdagende taak zoals autorijden [Keech A, Sandler CX, Vollmer-Conna U, Cvegic E, Lloyd AR, Barry BK. Capturing the post-exertional exacerbation of fatigue following physical and cognitive challenge in patients with Chronic Fatigue Syndrome. J Psychosom Res. (2015) 79: 537-49]. Daarenboven zouden researchers de te weinig bestudeerde symptomen van PEM zoals stemming-, darm-, immuun-/ inflammatie-gerelateerde, of andere neurologisch gerelateerde symptomen zoals sensorische ‘overload’ moeten onderzoeken. Deze symptomen worden erkend in de post-Fukuda definities maar er werd weinig research naar uitgevoerd. De pathofysiologie van PEM zou veel vooruitgang boeken door het onderzoeken welke onderliggende fysiologische factoren zouden kunnen leiden tot een dergelijke constellatie van heterogene symptomen.

Ten slotte moeten onderzoekers behoedzaam zijn omtrent het ongewone tijdsverloop van PEM en de variabiliteit bij patiënten. Onze studie-deelnemers verklaarden dat type, intensiteit, frequentie en duur van PEM-inducerende stimuli op een onvoorspelbare manier de expressie en verloop van PEM beïnvloeden. Onder bepaalde omstandigheden kan PEM zelfs weken of maanden aanhouden. Daarom dienen studies te worden uitgebreid tot meer dan enkele dagen en, idealiter, zou de timing van uitkomst-metingen (of het nu subjectieve vragenlijsten of objectieve testen betreft) aangepast moet worden om te passen bij de PEM-chronologie van de individuen. Anderzijds kunnen researchers cruciale momenten (zoals het begin, de piek of het einde van PEM) missen, waarbij verschillen tussen individuen en controles ontmaskerd en/of in de kijker kunnen worden gezet. Vertraagde initiatie van PEM in relatie tot een oorzakelijke factor is bijzonder ongewoon en nauwer toezien op dit kenmerk zou vitale aanwijzingen voor de mechanismen achter PEM kunnen opleveren. Als wetenschappers uitkomsten moeten meten op vaste momenten, kunnen ze de individuen ten minste vragen hen te vertellen waar die tijdstippen vallen binnen het traject van hun PEM.

Beperkingen

Zwaktes van deze studie omvatten: mogelijke respondent-bias, een minder gedetailleerde PEM-vragenlijst dan ideaal zou zijn en beperkte veralgemeenbaarheid. Tijdens de recrutering screenden we individuen d.m.v. de Fukuda-criteria. Hoewel individuen geen PEM moesten hebben voor kwalificatie voor de studie, antwoorde 99% bevestigend wanneer werd gevraagd of ze PEM hadden. Ondanks onze inspanningen om een onbevooroordeeld beeld van PEM te verkrijgen zonder bestaande definities of beschrijvingen van PEM op te roepen, zouden meldingen van sommige individuen over PEM dus meer beïnvloed geweest kunnen zijn door wat ze hadden gelezen of gehoord. In de toekomst kan dit worden verholpen door prospectief patiënten met een risico op M.E./CVS te interviewen, bv. direct na een episode met Epstein-Barr infektueuze mononucleose, vóór ze hebben gehoord over of bekend raakten met de term PEM, i.p.v. retrospectief.

Ten tweede: aangezien dit overzicht een deel van een veel langer patiënten-enquête was, beperkten we het aantal en de complexiteit van de items. We scheidden bv. lichamelijke inspanning niet van cognitieve inspanning, rekenden geen andere types stressoren (bv. orthostatische) mee, informeerden niet naar de intensiteit van de stressoren en vroegen niet specifiek wanneer PEM begon en wanneer het stopte bij emotionele stress. De groep van Jason heeft gesuggereerd dat informeren naar de kwaliteit of het type post-exertionele vermoeidheid, en de frequentie en intensiteit van de symptomen kan helpen bij het onderscheiden van M.E./CVS. Wat betreft de keuzes: “het kan variëren” hadden we verder kunnen standaardiseren door de individuen te vragen te kiezen uit een vooraf gedefinieerde reeks tijdstippen i.p.v. hen antwoorden te laten opschrijven om die dan post-hoc te klassificeren in categorieën. De opgegeven tijdscategorieën konden helderder geweest zijn; de individuen konden bv. verward geweest zijn door categorieën zoals ‘1 dag’ versus ‘12-24 uur’ (die overlappen). Ook: het klein aantal individuen dat “niet toepasselijk” antwoordde op onze tijd-items ondanks het onderschrijven van PEM, zou te wijten kunnen zijn aan de opgegeven antwoord-keuzes, bv. Als de PEM van een individu consistent minder dan 1 uur duurde, was er geen specifieke keuze-mogelijkheid corresponderend met de deze situatie. Dit zijn details die we zullen overwegen voor toekomstige studies.

Ten derde: aangezien maximaal slechts 15% van de patiënten een diagnose kreeg van hun behandelend arts, namen we – om zeker te zijn van een voldoende aantal – individuen op die niet enkel van ‘Stanford University’s ME/CFS specialty clinic’ kwamen maar ook van de wachtlijst van de kliniek, plaatselijke steungroepen en aankondigingen. Ondanks deze pogingen, werd ons staal gedomineerd door Kaukasische (95%) vrouwen van middelbare leeftijd. Dit is ook waar voor de meeste M.E./CVS-studies en zou niet enkel de biologie van M.E./CVS kunnen weerspiegelen (studies tonen consistent dat 2-3 keer meer vrouwen dan mannen zijn aangetast) maar ook bredere socio-economische, gender-gerelateerde, en zelfs trends bij klinici geassocieerd met toegang tot de gezondheidzorg en diagnostische vooroordelen. Bijgevolg zou het kunnen dat onze bevindingen niet zo generaliseerbaar zijn tot groepen zoals kinderen, mannen, etnische minderheden of armen die ook M.E./CVS hebben.

Besluit

De belangrijkste sterke punten van deze studie liggen in de methodische exploratie van PEM waar de patient centraal staat, in een grote groep met M.E./CVS. Er werden definities van PEM samengesteld overwegend uit anecdotische meldingen door klinici en patiënten, aangevuld met waardevolle maar onvolledige, onbedoeld bevooroordeelde en/of beperkte studies. Onze studie biedt exacte symptoom- en tijd-patronen voor PEM. We leveren formeel bewijs dat PEM gelinkt met geschikte submaximale lichamelijke/cognitieve aktiviteit gelijkaardige symptomen en tijdspatronen vertoont als deze voorafgegaan door experimenteel-toegediende maximale fysieke aktiviteit. Deze ontdekking is belangrijk aangezien het de dagelijkse strijd die patiënten met M.E./CVS moeten leveren, ondersteunt. Onze bevindingen kunnen door klinici worden gebruikt om de diagnose van M.E./CVS te stellen, en door researchers om meer uitgebreide studies omtrent PEM te ontwerpen. Een vroege, accurate diagnose van M.E./CVS en een grondige kennis van PEM zal hopelijk de vooruitgang naar ziekte-modificerende behandelingen voor M.E./CVS (die er op dit moment nog niet zijn) versnellen.

juni 2, 2018

Sympathische bezenuwing van het hart & autonome dysfunktie bij CVS

Filed under: Diagnostiek — mewetenschap @ 7:12 am
Tags: , , ,

Een bijkomende studie van het team rond Prof. Julia Newton (financieel ondersteund door de ‘Medical Research Council UK’ & ‘ME Research UK’). Lees ook over hun eerder werk: ‘Verstoorde bloeddruk-variabiliteit bij CVS – een potentiële biomerker’ & ‘Gedaald hart-volume bij CVS geassocieerd met plasma-volume maar niet met ziekte-duur’.

Zie ook ‘Autonome funktie & inspanning-geïnduceerde endogene pijnstilling bij M.E.(cvs)’ & ‘Verminderde sympathische reaktivatie tijdens herstel na inspanning bij M.E.(cvs)’ (Jo Nijs en co).

Onderstaand artikel bekijkt de cardiale sympathische innervatie, de zenuw-voorziening van de hartspier.

Langdurig te hoge sympathische aktivatie leidt tot een toename van noradrenaline in de synaps-spleet en daarmee tot een vermindering qua dichtheid van receptoren op de myocard (hartspier) -cel. Uiteindelijk resulteert een langdurig verhoogde sympathische aktiviteit in verminderde cardiale sympathische innervatie (denervatie). Een gevolg hiervan is een vermindering in slagkracht van het hart. Cardiale sympathische denervatie leidt ook tot autonome dysfunktie.

Het sympathisch zenuwstelsel houdt het hart onder controle tijdens stress (belasting). De neurogene controle van het hart gaat echter van het onderhouden van de basis-taken in rust tot de noden bij maximale prestaties. Daartoe integreren sympathische zenuwknopen zowel perifere als centrale input-signalen en geven ze informatie door aan het hart via motor-neuronen (directe interaktie met hartspier-cellen). Cardiale sympathische zenuwen hebben een belangrijke rol, met name bij inspanning, bij het verhogen van de hartslag, cardiale contractiliteit, en bloeddruk.

————————-

Fatigue: Biomedicine, Health & Behavior (2017) 5: 184-186

Brief aan de uitgever

Cardiac sympathetic innervation associates with autonomic dysfunction in Chronic Fatigue Syndrome – a pilot study

George Petrides (1), Pawel Zalewski (2), David McCulloch (1), Laura Maclachlan (3), Andreas Finkelmeyer (3,4), Tim Hodgson (4), Andrew Blamire (3,4), Julia L. Newton (1,3)

1Newcastle upon Tyne Hospitals NHS Foundation Trust, Newcastle upon Tyne, UK

2Ludwik Rydygier Collegium Medicum in Bydgoszcz, Nicolaus Copernicus University, Toruń, Poland

3Institute of Cellular Medicine, Medical School, Newcastle University, Newcastle upon Tyne, UK

4Newcastle Magnetic Resonance Centre, Newcastle University, Newcastle upon Tyne, UK

Ondanks het feit dat de haemodynamische abnormaliteiten bij Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) goed gedocumenteerd zijn, blijft de aard van de onderliggende problemen van het autonoom zenuwstelsel die aan de basis van deze bevindingen liggen onduidelijk. Studies uitgevoerd bij subgroepen van mensen met CVS suggereren cardiale sympathische denervatie [verlies van zenuwen]. [Er wordt verwezen naar: Schondorf R, Freeman R.The importance of orthostatic intolerance in the Chronic Fatigue Syndrome. Am J Med Sci. (1999) 317: 117-123]

Meta-jodium-benzylguanidine (MIBG) beeldvorming biedt een kwantitatieve meting van cardiale sympathische innervatie [autonome bezenuwing van het hart]. Cardiale MIBG-scanning wordt klinisch aangewend om lokale myocardiale sympathische zenuw-beschadiging bij hart-ziekte en dysautonomie [funktie-stoornis van het autonoom zenuwstelsel] in te schatten, in het bijzonder abnormaliteiten die voortvloeien uit sympathische innervatie. In deze studie onderzochten we mogelijke mechanismen die aan de basis kunnen liggen van de autonome abnormaliteiten die worden gezien bij CVS (Fukuda diagnostische criteria). Deelnemers die positief screenden voor een majeure depressie […] werden uitgesloten. Vermoeidheid werd gemeten d.m.v. de ‘Fatigue Impact Scale’.

De autonome funktie werd continu beoordeeld gedurende 10 min rust in ruglig […] via metingen van hartslag – & bloeddruk-variabiliteit, en baroreflex-sensitiviteit (BRS) [baroreflex = regelsysteem van het lichaam dat zorgt voor de instandhouding van de bloeddruk] […]. Er werden lage-frequentie (LF) en hoge-frequentie (HF) banden gerapporteerd voor hartslag-, systolische en diastolische bloeddruk-variabiliteit, en LF/HF-verhouding. Deze variabiliteit-indicatoren weerspiegelen autonome controle: hogere HF-waarden geven grotere vagale (parasympathische) modulatie aan en hogere LF-waarden duiden op een overwegend sympathische modulatie. De LF/HF-ratio is een maat voor de ‘sympathovagale balans’ en hogere waarden suggereren grotere sympathische dominantie.

Myocardiale innervatie beeldvorming met jodium-123-meta-jodium-benzylguanidine (123I-MIBG) scintigrafie [techniek waarbij een radioaktieve merker wordt aangewend om een orgaan of een funktie te visualiseren] biedt een non-invasief instrument voor het onderzoeken van cardiale sympathische innervatie. MIBG is een analoog van guanethidine [medicijn tegen hypertensie dat de afgifte van catecholaminen zoals norepinefrine (noradrenaline) vermindert] en wordt opgenomen door de post-ganglionische [van het ganglion (zenuwknoop; bevat cel-lichamen van afferente zenuwen) naar het doel-orgaan] pre-synaptische [gelegen op een axon (uitloper van een neuron)] zenuw-uiteinden van het adrenerg [aktivatie door de catecholaminen adrenaline en noradrenaline] zenuwstelsel. Na depolarisatie wordt MIBG vrijgegeven in de synaptische spleet [synaps-spleet; tussen 2 zenuwcellen of tussen een zenuwcel en een zenuwcel] zoals noradrenaline maar wordt niet gemetaboliseerd. Het merken van MIBG met jodium-123 (123I) laat visualisatie van adrenerge innervatie in vivo toe. Bij deze scintigrafische methode voor myocardiale beeldvorming wordt 123I-MIBG intraveneus toegediend in rust en de beeldvorming geschiedt na 10-30 min. Er worden vlakte-beelden met vooraanzicht gebruikt om de cardiale sympathische funktie te evalueren. De gebieden van belang worden ingesteld op het hart en mediastinum [ruimte tussen de longen met o.a. onder andere het hart, de luchtpijp, de aorta, een aantal grote bloedvaten, …] om gemiddelden voor elk te verkrijgen, waarna H/M-ratios [hart/mediastinum verhouding van de signalen verkregen via 123I-MIBG scintigrafie] worden berekend om de mate van accumulatie in het hart te geven. De bovenste normale waarde wordt gedefinieerd als < 2.6. Verhoogde sympathische aktiviteit is geassocieerd met een lage myocardiale MIBG. […]

9 mensen met CVS (waarvan 5 vrouwen) ondergingen het onderzoek. De gemiddelde leeftijd (± SD) was 51 (± 6,7). De ziekteduur was 17 ± 11 jaar (7-28). De gemiddelde H/M-ratio was 2,94 ± 0,7; waarbij 6/9 (67%) van de CVS-patiënten waarden boven de bovenste grens voor normaliteit zaten.

Er waren geen significante correlaties tussen de MIBG-bevindingen en de ziekteduur (gegevens niet getoond). Er waren significante correlaties tussen H/M-ratio en BRS in rust (p = .008), en tussen verhoogde parasympathische funktie gemeten als HF hartslag-variabiliteit (p = .03). Een stijgende H/M-ratio hield verband met een verschuiving qua sympathetico-vagaal evenwicht (p < .04) gemeten via de LF/HF-verhouding voor hartslag-variabiliteit en diastolische bloeddruk variabiliteit. Verhoogde cardiale sympathische innervatie (gemeten via MIBG) bleek ook geassocieerd met lagere vermoeidheidsgraad (p = .04).

Verstoorde cardiale 123I-MIBG opname was geassocieerd met verhoogde vermoeidheidsgraad bij CVS. Deze studie suggereert dat de autonome dysfunktie die wordt gezien bij CVS-patiënten, ten dele, gerelateerd zou kunnen zijn met abnormaliteiten qua cardiale sympathische innervatie die symptomatische consequenties heeft voor mensen met de ziekte.

Door CVS-patiënten met co-morbide depressie uit te sluiten, kunnen we er op vertrouwen dat onze bevindingen niet beïnvloed worden door depressie. Ook het ontbreken van een verband met ziekteduur suggereert dat deconditionering waarschijnlijk niet de oorzaak is. We denken dat de associaties tussen cardiale sympathische innervatie en de perifere autonome abnormaliteiten die frequent worden gezien bij CVS de oorzaak kunnen zijn van deze abnormaliteiten en potentiële therapeutische mogelijkheden vertegenwoordigen. [Er wordt niet vermeld welke deze zouden kunnen zijn…]

Een toename qua MIBG-opname kan te wijten zijn aan verhoogde neuronale aktiviteit die leidt tot verhoogde aktieve opname door transporters of gestegen densiteit qua sympathische neuronen. Chronische, ongereguleerde toename qua sympathische output kan resulteren in desensitisatie van post-synaptische adrenerge receptoren die zich manifesteert als verzwakte sympathische responsen. Eerdere studies hebben bevestigd dat cardiale sympathische denervatie verband houdt met vermoeidheid [studie bij patiënten met Parkinson’s]. Op dit moment kunnen we de oorzaak niet aanduiden aangezien de studiegroep klein is. Er wordt gesuggereerd dat onze bevindingen replicatie verdienen bij andere goed gekarakteriseerde groepen.

Onze bevindingen van een verband tussen cardiale sympathische innervatie en autonome dysfunktie zijn consistent met eerdere studies [‘carotid sinus syndrome’, een ziekte van het autonoom zenuwstelsel] en suggereren dat CVS-individuen gestoorde myocardiale adrenerge innervatie en adrenerge innervatie defekten vertonen.

mei 18, 2018

CVS & idiopathische intracraniale hypertensie

Filed under: Behandeling,Diagnostiek — mewetenschap @ 6:45 pm
Tags: , , ,

Sinds tientallen jaren beweert Raymond Perrin, een Brits osteopaat dat CVS veroorzaakt zou worden door stagnerende lymfe-drainage (en toxinen-accumulatie) in de hersenen. Osteoptahie is geen wetenschappelijke medische discipline en wordt door medici als kwakzalverij beschouwd; toch blijven sommige patiënten-organisaties dit niet zomaar als ‘kwatsch’ afdoen… De Perrin techniek – een ‘manuele therapie’ – omvat “het herstellen van een stoornis van de lymfatische drainage van het brein en de spieren en stimuleren van de opruiming van toxinen”. Hij gelooft dat hij d.m.v. het ontspannen van spieren (massages en andere ‘technieken’) de circulatie van ruggemergvocht kan verbeteren en de geaccumuleerde toxinen helpen verwijderen. Volgens hem zou standaard lymfatische drainage patiënten met CVS slechter maken…

Bij fibromyalgie zou een verhoogde druk van het ruggemergvocht ook voor problemen kunnen zorgen. We gaven eerder ook al een hypothese mee van een Belgisch onderzoeksteam waarbij een verhoogde druk van het ruggemergvocht in de omhulsels van zenuw-wortels bij fibromyalgie-patiënten de zenuwen die uit het ruggemerg vertrekken zou samendrukken en knellen; wat een verklaring kan zijn voor de pijn en de symptomen. Zie ‘Fibromyalgie: idiopathische cerebrospinale druk ontregeling hypothese’.

————————-

Medical Hypotheses (2017) 105: 6-9

Chronic Fatigue Syndrome and idiopathic intracranial hypertension: Different manifestations of the same disorder of intracranial pressure?

J. Nicholas P. Higgins (a), John D. Pickard (b,c), Andrew M.L. Lever (d,c)

a Department of Radiology, Addenbrooke’s Hospital, Cambridge, UK

b Academic Department of Neurosurgery, Addenbrooke’s Hospital, Cambridge, UK

c University of Cambridge, UK

d Department of Infectious Diseases, Addenbrooke’s Hospital, Cambridge, UK

Samenvatting

Hoewel dit niet in de medische literatuur wordt besproken of in de klinische praktijk wordt overwogen, zijn er overéénkomsten tussen het Chronische Vermoeidheid Syndroom en idiopathische intracraniale hypertensie (IIH) [verhoogde hersen-druk van ongekende oorsprong; verstoring van het evenwicht tussen produktie en afvoer van het hersenvocht], wat het verkennen van een verband tussen beide zouden moeten aanmoedigen. De hoofd-symptomen van beide – vermoeidheid en hoofdpijn – komen courant voor en& de meerdere andere symptomen worden vaak bij beide gezien. De enige onderscheidende factor is verhoogde intracraniale druk, bij IIH meestal aangetoond door het vaststellen van papiloedeem [zwelling van het punt waar de oogzenuw de oogbol binnenkomt, de papil], wat wordt beschouwd als zijnde verantwoordelijk voor de visuele symptomen die kunnen leiden tot blindheid. Sommige patiënten met IIH vertonen echter geen papiloedeem en deze patiënten zijn klinisch niet te onderscheiden van patiënten met het Chronische Vermoeidheid Syndroom. IIH is zeldzaam, IIH zonder papiloedeem (IIHWOP) lijkt nog zeldzamer, terwijl Chronische Vermoeidheid Syndroom veel voorkomt. Zijn de klinische parallellen dus vals of is er een manier om deze tegenstrijdige observaties met elkaar te verzoenen?

We stellen voor dat een eigenaardigheid bij de klinische metingen deze discrepantie heeft gecreëerd. Concreet betekent het dat de criteria die zijn opgesteld om IIH te definiëren, hebben geleid tot een miskenning van het bestaan, de klinische betekenis of het numerieke belang van patiënten met een lagere mate van verstoring van de intracraniale druk. We argumenteren dat dit heeft geleid tot een grove onwaarschijnlijke vervorming van de epidemiologie van IIH, op een manier dat de mildere vorm van de ziekte (IIHWOP) minder courant wordt geacht dan de ernstiger vorm en dat dit zou worden opgelost door het erkennen van een verband met het Chronische Vermoeidheid Syndroom.

We stellen daarom als hypothese dat IIH, IIHWOP, mindere vormen van IIH en een onbepaald deel van de gevallen met chronische vermoeidheid allemaal manifestaties zijn van dezelfde stoornis van de intracraniale druk in een spectrum van ziekte-ernst, waarbij deze subset van het Chronische Vermoeidheid Syndroom de meest voorkomende en minst ernstige zou vertegenwoordigen, en IIH de minst voorkomende en meest extreme.

Inleiding

Hoewel dit niet in de medische literatuur wordt besproken, zijn er overeenkomsten tussen het Chronische Vermoeidheid Syndroom en idiopathische intracraniale hypertensie (IIH), wat het verkennen van een verband tussen beide zouden moeten aanmoedigen. Hoofdpijn – het hoofdsymptoom van IIH – komt vaak voor bij chronische vermoeidheid. Vermoeidheid, hoewel vaak overschaduwd door hoofdpijn, is een veel voorkomend kenmerk van IIH. Andere symptomen – slecht geheugen, concentratie-stoornissen, slecht humeur, duizeligheid, spier- en gewricht-pijn – worden bij beide frequent gezien. Patiënten met IIH voldoen vaak aan een bepaald fenotype – jong, zwaarlijvig, vrouwelijk – maar beiden aandoeningen kunnen zich op bijna elke leeftijd, bij de beide geslachten, ontwikkelen en symptomen geven die jaren kunnen aanhouden. Beide aandoeningen zijn uitsluiting-diagnoses; in het geval van IIH betekent dit van gekende oorzaken van verhoogde intracraniale druk; in het geval van chronische vermoeidheid betekent dit elke andere ziekte, inclusief IIH, die een oorzaak van vermoeidheid kan zijn. Beide hebben een onbekende etiologie.

De belangrijkste onderscheidende factor tussen deze twee aandoeningen is de aanwezigheid van verhoogde intracraniale druk. Patiënten met het Chronische Vermoeidheid Syndroom (die per definitie een normale intracraniale druk moeten hebben) vertonen geen fysieke tekenen. Patiënten met IIH (die per definitie een verhoogde intracraniale druk moeten hebben) vertonen alleen tekenen van verhoogde intracraniale druk, meestal papiloedeem. Deze tekens kunnen echter afwezig zijn; en onder deze omstandigheden zijn de twee aandoeningen klinisch niet van elkaar te onderscheiden. Dit verhoogt de kans dat sommige patiënten met chronische vermoeidheid niet-herkende intracraniale hypertensie zullen vertonen [Higgins N, Pickard J, Lever A. Looking for idiopathic intracranial hypertension in patients with Chronic Fatigue Syndrome. J Observ Pain Med (2013) 1: 28-35] en de mogelijkheid dat de twee aandoeningen mogelijk verband houden [Higgins N, Pickard J, Lever A. Lumbar puncture, Chronic Fatigue Syndrome and idiopathic intracranial hypertension: a cross-sectional study. J Royal Soc Med Short Rep (2013) 4: 1-7].

De epidemiologie van deze syndromen lijkt aan de andere kant deze opvatting te logenstraffen: IIH als zeldzaam erkend en op een overweldigende manier een ziekte bij vrouwen; het Chronische Vermoeidheid Syndroom een aandoening die beide geslachten meer gelijkmatig treft (hoewel met een vrouwelijk overwicht) en ten minste twee orden van grootte vaker voorkomt. Zijn de klinische parallellen dan vals of is er een manier om deze tegenstrijdige paradigma’s met elkaar te verzoenen?

Idiopathische intracraniale hypertensie

Idiopathische intracraniale hypertensie (IIH) is een zeldzame maar goed beschreven aandoening met verhoogde intracraniale druk van onbekende oorzaak, gekenmerkt door hoofdpijn en visuele symptomen. Patiënten met IIH vertonen geen fysieke tekenen, behalve een verhoogde intracraniale druk – voornamelijk papiloedeem. Een typisch geval is geen moeilijke diagnose hoewel variante vormen wel voorkomen. 10% van de patiënten klagen bijvoorbeeld niet over hoofdpijn. 5% heeft geen papiloedeem (IIHWOP): deze laatste groep wordt meestal gediagnostiseerd als hoofdpijn-symptomen ernstig genoeg zijn om tot een lumbaal-punktie over te gaan. Het is onvermijdelijk dat, als deze varianten bestaan, er ook patiënten met IIH moeten zijn die geen papiloedeem of hoofdpijn hebben, hoewel ze misschien een orde van grootte zijn minder courant voorkomen.

IIH en IIHWOP worden gediagnostiseerd volgens hetzelfde criterium van intracraniale druk waarbij de openingsdruk van het cerebrospinaal vocht (CSV) [hersen(ruggemerg)vocht, of liquor (cerebrospinalis)] groter moet zijn dan 25 cm H2O. Niettemin lijkt IIHWOP een minder ernstige vorm van de aandoening te zijn, die over het algemeen lagere drukken vertoont dan volledige IIH en met minder kans op visueel verlies. IIH zonder papiloedeem of hoofdpijn is waarschijnlijk nog een mildere vorm. Dit vormt echter een raadsel, omdat het suggereert dat de meest virulente vorm van de ziekte de meest voorkomende is, een omstandigheid die een omkering van de gebruikelijke relatie tussen de relatieve frequentie en de ernst van de ziekte bij chronische aandoeningen zou vereisen. Is dit geloofwaardig en wat is de verklaring? Worden mildere gevallen bijvoorbeeld minder gerapporteerd?

Het lijdt geen twijfel dat het zoeken naar IIH, in afwezigheid van papiloedeem, niet bijzonder lonend is. In de eerste plaats wordt IIHWOP als zeldzaam beschouwd. Ten tweede zijn er geen aanwijzingen bij het hoofdpijn-fenotype of klinische onderzoek die dit zouden uitsluiten. Ten derde is er weinig gevaar voor catastrofale complicaties als de diagnose wordt gemist en ten slotte lijken de behandel-opties beperkt, zelfs als er een diagnose dient te worden gesteld. Dit betekent dat de klinicus zich weinig zorgen maakt over een gemiste diagnose: omstandigheden die de heersende kijk op de frequentie ervan alleen maar kunnen versterken.

Het herstellen van de gebruikelijke relatie tussen de relatieve frequentie en de ziekte-ernst vereist echter dat de prevalenties van IIH zonder hoofdpijn, IIHWOP en bij uitbreiding IIH zonder papiloedeem of hoofdpijn, op een zeer grote schaal worden onderschat. Is dit mogelijk? Ja, maar enkel als deze aandoeningen echt a-symptomatisch waren of aanleiding gaven tot symptomen en diagnoses waarbij de mogelijkheid van een onderliggende afwijking van de intracraniale druk bijna nooit zou worden overwogen. Van welke symptomen zouden deze patiënten kunnen klagen, en welke diagnoses kunnen deze ten gevolge daarvan krijgen? Door gevolgtrekking zouden ze klagen over de andere symptomen die gepaard gaan met IIH: vermoeidheid, slecht geheugen, concentratie-stoornissen, slecht humeur, duizeligheid, spier- en gewricht-pijn, met of zonder hoofdpijn. Eigenlijk symptomen die de basis vormen voor een diagnose van het Chronische Vermoeidheid Syndroom.

Chronische Vermoeidheid Syndroom

Chronische Vermoeidheid Syndroom is een aandoening met onbekende oorzaak die voornamelijk wordt gekenmerkt door invaliderende lichamelijke en/of mentale moeheid. Er zijn geen fysieke tekenen en geen bevestigende laboratorium-testen. De diagnose wordt daarom gesteld via andere oorzaken (schildklier-aandoeningen, anemie, enz.) uit te sluiten en rust op het voldoen door de patiënten aan een aantal andere symptoom-criteria, evenals het vertonen van vermoeidheid. Veel van deze symptomen, waaronder vermoeidheid, worden echter ook gezien bij IIH, dikwijls in voldoende mate om ze anderzijds te kwalificeren voor een diagnose van Chronische Vermoeidheid Syndroom. Tekenen van verhoogde intracraniale druk beschermen daarom een patiënt met IIH tegen de diagnose van Chronische Vermoeidheid Syndroom. Wat als deze tekenen echter afwezig zijn, zoals ze bijna altijd zijn bij IIHWOP of bij IIH zonder papiloedeem of hoofdpijn? Wat zou verhinderen dat deze patiënten de diagnose Chronische Vermoeidheid Syndroom krijgen als ze voldeden aan de vereiste klinische criteria? Niets, tenzij er reden was om de intracraniale druk op een directe manier te meten.

We hebben dit punt getest bij een klein aantal (n = 20) patiënten met de diagnose Chronische Vermoeidheid Syndroom (die hoofdpijn als prominent symptoom hadden) en vonden dat 10% ondubbelzinnige IIH had volgens de huidige criteria – meer specifiek IIHWOP – toen het werd uitgezocht d.m.v. een lumbaal-punktie. We vonden ook dat de gemiddelde CSV-druk in de groep (19 cm H2O) aan de hoge kant lag. Belangrijker was dat we ontdekten dat, ongeacht of de openingsdruk overeenkwam met de IIH-criteria, wanneer de intracraniale druk werd verlaagd door drainage van CSV, 85% van de patiënten een verbetering van de symptomen, waaronder vermoeidheid, meldde. Dit is een sleutel-factor bij de beslissing of de hoofdpijn wordt veroorzaakt door abnormaal verhoogde intracraniale druk. Het is een kleine stap om het te gebruiken bij de beslissing of andere symptomen, zoals vermoeidheid, ook gerelateerd zijn met intracraniale druk.

Daarom nodigen de CSV-druk metingen bij de meerderheid van deze patiënten, en daardoor hun klinische respons op CSV-drainage, uit tot het overwegen van een andere ziekte-categorie, één waarbij er een stoornis van de intracraniale druk is die vergelijkbaar is met IIH maar niet voldoet aan de IIH-criteria op bijna alle punten, waarbij één van de klinische manifestaties het Chronische Vermoeidheid Syndroom is. Dit zou in wezen IIH zonder papiloedeem of intracraniale hypertensie zijn en betekent de mogelijkheid, niet enkel dat IIH wordt gemist in gevallen van het Chronische Vermoeidheid Syndroom, maar dat de twee aandoeningen gerelateerd zijn.

Het is duidelijk dat er grote kanttekeningen dienen te worden geplaatst bij dit werk (een audit van de klinische praktijk) waarbij een selekte groep patiënten met hoofdpijn betrokken was (in plaats van een gecontroleerde klinische studie) en geen rekening houdt met mogelijke waarnemer-bias of placebo-effekt van de lumbaal-punktie. Niettemin komt het vinden van ondubbelzinnige IIH goed overeen met de prevalentie van onvermoede IIH bij patiënten met andere hoofdpijn-syndromen. Bovendien zouden bias en placebo-effekt van de lumbaal-punktie inderdaad erg sterk moeten zijn om volledig verantwoordelijk te zijn voor de geregistreerde respons op CSV-drainage.

Observaties aangaande epidemiologie van IIH en het Chronische Vermoeidheid Syndroom

De incidentie van IIH is ongeveer 1 per 100.000 per jaar. Gezien de bekende of berekende relatieve frequenties van de andere vormen van IIH, zou IIH zonder hoofdpijn een incidentie van 0,1 per 100.000, IIHWOP een incidentie van 0,05 per 100.000 en IIH zonder papiloedeem of hoofdpijn een incidentie moet hebben van 0,005 per 100.000. Als IIH zonder papiloedeem of verhoogde intracraniale druk bestaat, zou dit nog zeldzamer moeten zijn. Toch is dit, zoals al gezegd, een omkering van de normale hiërarchie van chronische ziekten, waarbij de meest ernstige vorm van een aandoening de meest voorkomende is. Het moet in twijfel worden getrokken.

De incidentie van het Chronische Vermoeidheid Syndroom bedraagt ongeveer 235 per 100.000 per jaar. Ongeveer 75% van de patiënten met chronische vermoeidheid klagen over hoofdpijn. Dus zou de incidentie van patiënten met Chronische Vermoeidheid Syndroom en hoofdpijn 176 per 100.000 zijn. Als we onze reeks extrapoleren, zou 10% hiervan – 18 per 100.000 – een intracraniale druk hebben om die volstaat om de diagnose IIH te stellen, terwijl 75% – 132 per 100.000 – niet, maar die naar verwachting zou kunnen reageren op een verlaging van de intracraniale druk, zoals de anderen. Dit zou de meeste patiënten met Chronische Vermoeidheid Syndroom in de mildere aandoening-categorie van intracraniale druk plaatsen – dat is IIH zonder papiloedeem of intracraniale hypertensie – terwijl 10% in de zwaardere categorie zou zitten – IIHWOP. Dit is in overéénstemming met de gebruikelijke hiërarchie van chronische ziekten waarbij de ernstigste vorm van een ziekte het minst vaak voorkomt. Dat is meer aannemelijk.

Verzoening van de epidemiologische observaties

Als IIHWOP en Chronische Vermoeidheid Syndroom klinisch niet van elkaar te onderscheiden zijn, veronderstel (terwille van het argument) dat IIH, in al zijn vormen, en Chronische Vermoeidheid Syndroom dezelfde ziekte zijn. Dan zouden we patiënten met het Chronische Vermoeidheid Syndroom kunnen gebruiken om een tabel af te beelden met de populatie-frequentie van de verschillende vormen van IIH. Zoals eerder vermeld, zijn gegevens omtrent welk deel van de patiënten met Chronische Vermoeidheid Syndroom mogelijk ondubbelzinnige IIH heeft en welk deel mogelijk niet-diagnostische niveaus van intracraniale druk heeft maar nog steeds reageert op een lumbaal-punktie in wezen afkomstig van een zeer kleine reeks gevallen, d.w.z. niet-geblindeerd en ongecontroleerd. Niettemin zou het resultaat een frequentie-tabel zijn die veel makkelijker past bij de natuurlijke volgorde waarin de mildere vorm van een chronische aandoening couranter is dan de ernstiger.

Hypothese om het Chronische Vermoeidheid Syndroom te linken met IIH

We stellen daarom voor dat onvolledige vormen van IIH niet sub-klinisch en irrelevant zijn, maar klinisch belangrijk en numeriek significant en zich kunnen manifesteren als het Chronische Vermoeidheid Syndroom. Het is natuurlijk onbekend welk deel van de patiënten met Chronische Vermoeidheid Syndroom een variant van IIH zou kunnen vertegenwoordigen, maar het zou substantieel kunnen zijn. In dat geval zou IIH en een onbekend maar potentieel significant aantal gevallen met het Chronische Vermoeidheid Syndroom kunnen worden beschouwd als verschillende uitdrukkingen van dezelfde intracraniale druk stoornis, in wezen een deel van een spectrum waarin IIH volledig de minst voorkomende en meest extreme stoornis, terwijl onvolledige vormen, met inbegrip van IIHWOP en het Chronische Vermoeidheid Syndroom, de minder ernstige maar meer courante vormen vertegenwoordigen.

Het vervormend effekt van de ziekte-criteria op de epidemiologie van IIH

Van belang bij deze discussie is dat bestaande definities van stoornissen van intracraniale druk (hoog of laag), geen betrekking hebben op het begrijpen van de oorzaak van symptomen bij patiënten die niet aan de vereiste criteria voldoen. Hun uitgesproken doel is om homogene groepen patiënten voor academische studie te vormen; door hun ontwerp sluiten ze dus patiënten uit bij wie er onzekerheid bestaat over de diagnose. Dit doel is echter vergeten, zowel in de klinische praktijk als in academische studies, waar wordt aangenomen dat de ziektebeelden waarvoor de criteria zijn opgesteld, nauwelijks bestaan wanneer ze niet worden gehaald.

Toch is het vanzelfsprekend dat een chronische, niet-progressieve aandoening die op deze manier wordt gedefinieerd, een veel grotere groep patiënten uitsluit waarvan de symptomen niet overéénkomen met de criteria, maar de ziekte toch in mindere mate hebben. Dit zou er niet toe doen als kleinere vormen van de ziekte klinisch onbeduidend waren maar zeer belangrijk zouden kunnen zijn als ze zich manifesteerden als een ziekte die verantwoordelijk was voor een substantiële slechte gezondheid. Dus is dit waar we hier getuige van zijn: het Chronische Vermoeidheid Syndroom wordt effektief uitgesloten van aansluiting bij IIH als een verstoring van intracraniale druk door de overijverige toepassing van klinische richtlijnen?

Implicaties voor Chronische Vermoeidheid Syndroom en IIH

Het koppelen van het Chronische Vermoeidheid Syndroom met idiopathische intracraniale hypertensie is natuurlijk het koppelen van één ziekte met onbekende etiologie aan een andere, een oefening waarvan de waarde in twijfel kan worden getrokken. Geen van beide aandoeningen heeft een pathologisch substraat, er is zelfs discussie over de vraag of het een bonafide medische aandoening is. De tweede is echter een ondubbelzinnige organische stoornis van de intracraniale druk en, ongeacht de behandel-mogelijkheden [Higgins N, Pickard N, Lever A. Borderline intracranial hypertension manifesting as Chronic Fatigue Syndrome treated by venous sinus stenting. J Neurol Surg Rep (2015) 76: e244-7], zou het vaststellen van een organische basis voor het Chronische Vermoeidheid Syndroom een revolutie teweegbrengen in onze pogingen om het te begrijpen [Higgins N, Pickard J, Lever A. What do lumbar puncture and jugular venoplasty say about a connection between Chronic Fatigue Syndrome and idiopathic intracranial hypertension? EJMINT 2014: 1448000223].

Bovendien zou het vastleggen van het Chronische Vermoeidheid Syndroom als een stoornis van de intracraniale druk waarschijnlijk een stimulans zijn om te onderzoeken of bij andere vormen van slechte gezondheid, onafhankelijk van vermoeidheid maar gekenmerkt door medisch onverklaarde symptomen, een abnormale intracraniale druk aan de basis kan liggen. Dit is al begonnen met betrekking tot sommige hoofdpijn-syndromen. Het Chronische Vermoeidheid Syndroom heeft dezelfde aanpak nodig.

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

Medical Hypotheses (Pre-print april 2018)

Can cerebrospinal fluid diversion be beneficial in the treatment of Chronic Fatigue Syndrome?

Peter Wostyn (a), Peter Paul De Deyn (b,c,d)

a Department of Psychiatry, PC Sint-Amandus, Beernem, Belgium

b Department of Biomedical Sciences, Laboratory of Neurochemistry and Behavior, Institute Born-Bunge, University of Antwerp, Belgium

c Department of Neurology and Alzheimer Research Centre, University of Groningen and University Medical Centre Groningen, The Netherlands

d Department of Neurology and Memory Clinic, Middelheim General Hospital (ZNA), Antwerp, Belgium

Higgins et al. [zie hierboven] hebben de druk van het cerebrospinaal vocht (CSV) gemeten via een lumbaal-punktie bij 20 patiënten met de diagnose Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS), waarbij hoofdpijn een prominent symptoom was. De CSV-druk bleek meer dan 20 cm H2O te bedragen bij 5 patiënten, waaronder 3 met een druk van 25 cm H2O of meer (die het nieuw label idiopathische intracraniale hypertensie (IIH) kregen. De resterende 15 patiënten hadden een CSV-druk tussen 12 en 20 cm H2O. Zelfs nog belangrijker: de auteurs vonden dat, wanneer de intracraniale druk werd verminderd d.m.v. onttrekking van CSV, 17 patiënten (85%) een verbetering van de symptomen, inclusief vermoeidheid rapporteerden – velen onder hen hadden dan een normale CSV-druk. De auteurs suggereerden dat onvolledige vormen van IIH, met een gemiddelde CSV-druk die veel lager is dan het complete syndroom, zich kan manifesteren als CVS.

Als mogelijke verklaring voor de symptomatische verbetering na CSV-drainage, speculeren we dat glymfatische dysfunktie verantwoordelijk zou kunnen zijn voor ten minste enkele CVS-gevallen, en dat het afnemen van CSV de stagnatie van het glymfatisch transport zou kunnen deblokkeren. Het glymfatisch systeem [of glymfatisch opruiming mechanisme, of paravasculair systeem] is een recent ontdekt brein-overspannend perivasculair [rondom de bloedvaten] netwerk waarlangs een groot deel van het sub-arachnoïdale [de arachnoidea mater is één van de drie hersenvliezen, tussen de andere twee: de meer oppervlakkige dura mater en de diepere pia mater] CSV recirculeert door het brein-parenchym [funktioneel orgaan-weefsel], waardoor het opruimen van interstitieel [rond/tussen de cellen] afval wordt vergemakkelijkt. Interessant: bewijsmateriaal geeft aan dat uitgezette perivasculaire ruimtes de plaats zou kunnen zijn waar chemische processen vermoeidheid opwekken bij patiënten met Multipele Sclerose [Conforti R et al. Dilated perivascular spaces and fatigue: is there a link? Magnetic resonance retrospective 3Tesla study. Neuroradiology (2016) 58: 859-66]. Bovendien worden kleine letsels, die suggestief zijn voor de betrokkenheid van de perivasculaire ruimte, dikwijls gezien op MRI-scans van CVS-patiënten [Hyde B et al. Magnetic Resonance in the diagnosis of ME/CFS: a review. In: The clinical and scientific basis of ME/CFS. Ontario: The Nightingale Research Foundation (1992) Chapter 48, 425-31]. Er werd eerder gepostuleerd dat verstoringen van het CSV en lymfatische drainage mechanismen een rol spelen bij CVS [Perrin RN. Lymphatic drainage of the neuraxis in Chronic Fatigue Syndrome: a hypothetical model for the cranial rhythmic impulse. J Am Osteopath Assoc (2007) 107: 218-24]. Dergelijke verstoringen zouden verantwoordelijk kunnen zijn voor een verstoorde drainage van interstitieel vocht, wat opstapeling van toxische stoffen in het centraal zenuwstelsel veroorzaakt, en we speculeren dat CSV-omleiding voordelig kan zijn voor minstens enkele CVS-patiënten, door het begunstigen van de opruiming van afval en het herstellen van de glymfatische flow.

————————-

Dr. Peter Wostyn is de aanvrager van een patent met betrekking tot de behandeling van het Chronische Vermoeidheid Syndroom d.m.v. procedures die het cerebrospinaal vocht omleiden. Wellicht betreft dit implanteerbare pomp-apparaatjes…

Naast een lumbaal-punktie, suggereren Higgins, Pickard & Lever ‘venous sinus stenting’: het plaatsen van een ‘stent’ in de cerebrale veneuze sinussen (veneuze kanalen tussen de lagen van het harde membraan rond het brein die bloed krijgen van interne en and externe aders van de hersenen, hersenvocht ontvangen van de sub-arachnoïdale ruimte en voornamelijk uitmonden in de interne hals-ader) of ‘jugular venoplasty’ (openen van vernauwde bloedvaten door ballondilatatie, hier van de hals-aders – die voeren het bloed van hoofd terug naar het hart) om de intracraniale druk te verlagen. Natuurlijk veel invasiever dan ‘osteopathie’…

april 21, 2018

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

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

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

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

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

————————-

Appl Spectrosc. (2018) [pre-print]

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

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

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

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

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

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

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

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

Samenvatting

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

Inleiding

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

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

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

Methodes

Deelnemers

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

Diagnostisch beslissingmaking-proces voor Onverklaarde Abnormale Vermoeidheid

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

‘Incremental Cyclic Contraction Protocol’ (ICCP)

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

Metingen en analyse van de gegevens

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

Analyses van skeletspier[biopt]en en huid-fibroblasten

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

Microscopische evaluatie van skeletspier[biopten]

[…]

Funktionele evaluatie van de oxidatieve fosforylatie (OXPHOS)

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

Immuno- en fluorescente kleuring van gecultiveerde huid-fibroblasten

[…]

Sequentie-bepaling van het volledig mitochondriaal genoom

[…]

Statistische Analyse

[…]

Resultaten & bespreking

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

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

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

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

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

Besluit

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

————————-

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

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

april 6, 2018

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

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

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

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

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

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

————————-

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

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

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

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

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

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

Samenvatting

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

Inleiding

[…]

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

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

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

Patiënten & methodes

[…]

Deelnemers

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

Staal-afname & -verwerking

[…] 12 h vasten. […]

Isolatie van EVs

[…]

EV-karakterisatie

Proteïnen-kwantificatie en ‘western blot’ analyse

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

[…]

‘Nanoparticle-tracking’ analyse (NTA)

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

[…]

‘Lateral flow’ immuno-test

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

Statistische analyse

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

Resultaten & bespreking

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

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

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

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

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

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

Detektie van EVs die het tetraspanine CD9 tot expressie brengen

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

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

Besluiten

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

maart 10, 2018

Fibromyalgie: idiopathische cerebrospinale druk ontregeling hypothese

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

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

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

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

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

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

————————-

Med Hypotheses (2018) 110: 150-154

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

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

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

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

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

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

5 Department of Neurosurgery, ZNA Middelheim, Antwerp, Belgium

6 Clinical Electromyography Laboratory, University Hospitals UZ Leuven, Belgium

Samenvatting

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

Inleiding

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

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

Neurologische klachten

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

Neurologische symptomen

Bewijsmateriaal heeft aangetoond dat FMP detekteerbare neurologische abnormaliteiten vertonen.

Sensorische stoornissen

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

Spierkracht

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

‘Small-fibre’ neuropathie

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

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

Axonale betrokkenheid

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

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

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

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

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

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

FMP reageren op medicijnen die worden gebruikt voor perifere neuropathische pijn

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

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

Idiopathische intracraniale hypertensie (IICH)

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

Radiculaire pijn

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

Gezichtspijn

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

Cognitieve dysfunktie

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

Zwaarlijvigheid

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

Idiopathische normale druk hydrocefalie (INPH)

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

Pijn

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

Volume grijze-stof

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

Urinaire incontinentie

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

Manier van gaan

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

Symptomatische Tarlov cysten (STC)

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

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

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

Aanvang

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

Chronische pijn

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

Rol van de bloed-zenuw-barrière (BNB)

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

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

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

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

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

Besluiten

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

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

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

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

Volgende pagina »

Maak een gratis website of blog op WordPress.com.