M.E.(cvs)-wetenschap

oktober 20, 2018

Rationale voor manuele therapie (massage) bij M.E.(cvs)?

Filed under: Behandeling — mewetenschap @ 5:46 pm
Tags: , , , , , , , , ,

Vele studies omtrent M.E.(cvs) hebben aangetoond dat deconditionering NIET de oorzaak is (argumentatie is terug te vinden op deze pagina’s); het kan wel een gevolg zijn. Patiënten weten ook dat inspanning (oefen-therapie) nefast is en de symptomen doet verergeren. Meer en meer wetenschappers nemen afstand van zij die dit (alsnog) blijven promoten. Gezien de heterogeniteit en de overlap met FM, sluiten wij niet uit dat zachte beweging (manuele therapie – massage, fascia-therapie) nuttig kan zijn voor een subgroep. Onderstaande publicatie beschrijft omstandig wat de redenen voor een dergelijk, eventueel succesvolle therapie zouden kunnen zijn…

Er wordt gewag gemaakt van het feit dat miRNAs (die ontregeld zijn bij FM & CVS/M.E.) reageren op druk-behandelingen, hun gebruik als (kandidaat) merkers verdient verder onderzoek…

De massage-technieken waarover men het heeft zijn of de gebruikelijke, de alternatieve – bv. Chinese TuiNa massage (gewrichtsmanipulaties en oefeningen die de circulatie bevorderen, dislocaties van gewrichten verminderen, de ‘soft tissues’ (weke delen) helen, het zenuwstelsel reguleren en de gewrichtsmobiliteit verbeteren) – of eerder experimentele (bv. zgn. ‘mimetische’ toestellen die elektro-mechanische knie-belasting of cyclische druk belasting – een cilinder die ritmisch drukt op en rolt over een weefsel – nabootsen of het gebruik van ferrogels – gel met magnetische partikels – gecombineerd met externe magneten om massage-achtige compressies – door elongatie en contractie – te verwezenlijken en spieren te laten regenereren)…

————————-

International Journal of Molecular Sciences Vol 19, #9, p 2673 (september 2018)

Unraveling the molecular determinants of manual therapy: An approach to integrative therapeutics for the treatment of Fibromyalgia and Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis

Jose Andres Espejo (1), Maria Garcia-Escudero (2), Elisa Oltra (3,4)

1 School of Experimental Sciences, Universidad Catolica de Valencia San Vicente Martir, 46001 Valencia, Spain

2 School of Physiotherapy, Universidad Catolica de Valencia San Vicente Martir, 46900 Valencia, Spain

3 School of Medicine, Universidad Catolica de Valencia San Vicente Martir, 46001 Valencia, Spain

4 Unidad Mixta CIPF-UCV, Centro de Investigacion Principe Felipe, 46012 Valencia, Spain

Samenvatting

De toepassing van protocollen zonder parameter-standaardisering en geschikte controles heeft er toe geleid dat manuele therapie (MT) en andere op fysiotherapie gebaseerde benaderingen controversiële uitkomsten opleverden. Er is dus urgentie om zorgvuldig standaard-protocollen te definiëren die er voor zorgen dat fysiotherapeutische behandelingen voldoen aan rigoureuze wetenschappelijke vereisten. Een manier waarop dit kan worden bereikt, is door het bestuderen van gen-expressie en fysiologische veranderingen die verband houden met bepaalde, parameter-gecontroleerde behandelingen in dieren-modellen, en deze kennis te vertalen naar behoorlijk ontworpen, objectieve, kwantitatief gemonitorde klinische testen (CTs). We stellen hier een molekulaire fysiotherapie benadering (MPTA) voor die multidisciplinaire teams vereist, om de wetenschappelijke redenen achter de talrijke rapporten, die gezondheid-voordelen toedichten aan MT-behandelingen, bloot te leggen. Het overzicht focust op de identificatie van MT-geïnduceerde fysiologische en molekulaire responsen die zouden kunnen gebruikt worden voor de behandeling van fibromyalgie (FM) & Chronische Vermoeidheid Syndroom/ Myalgische Encefalomyelitis (CVS/M.E.). De systemische effekten die geassocieerd zijn met responsen op mechanische belasting worden bijzonder relevant beschouwd, aangezien ze suggereren dat gedefinieerde, lage-pijn anatomische gebieden kunnen worden geselekteerd voor MT-behandeling en toch globale voordelen opleveren, een aspect dat kan blijken essentieel te zijn voor het behandelen van FM. Daarnaast kan MT zorgen voor spier-conditionering bij sedentaire patiënten zonder krachtige fysieke inspanningen te vragen, wat bijzonder schadelijk is voor CVS/M.E.-patiënten. Zo kan MT een echte optie worden bij geneeskundige programma’s ter verbetering van FM & CVS/M.E.

1. Inleiding

[…] FM & CVS/M.E. vertonen dikwijls overlappende symptomen (FM-patiënten ervaren chronische vermoeidheid en CVS/M.E.-patiënten lijden onder gevoelige spieren en pijn) waardoor sommige auteurs stelden dat ze deel uitmaken van hetzelfde syndroom. Deze hypothese wordt ondersteund een analyse die verhoogd lactaat in ventriculair cerebrospinaal vocht rapporteert bij patiënten met CVS/M.E., FM of beide, t.o.v. gezonde controles [Natelson BH et al. Elevations of Ventricular Lactate Levels Occur in Both Chronic Fatigue Syndrome and Fibromyalgia. Fatigue (2017) 5: 15-20]. Verschillen betreffende een aantal klinisch en biologische parameters (PEM en autonome funktie, hormoon-systeem onevenwicht, gen-expressie & cytokine-profielen, en microRNA (miRNA) waarden in het bloed) suggereren echter dat de onderliggende pathofysiologie van FM & CVS/M.E. verschillen.

Farmacologische behandelingen […]

Niet-farmacologische therapieën […]

Graduele oefen therapie (GOT). FM-patiënten kunnen matige tot forse inspanningen leveren; ze ervaren echter problemen bij het uitvoeren en aanhouden van regimes met zelfs matige intensiteit omwille van verhoogde FM-symptomatologie geassocieerd met inspanning. Er werden ook voordelen van CGT/GOT-therapie voor CVS/M.E.-patiënten gerapporteerd (de PACE-testen) […] Er werden echter ernstige bezorgdheden geopperd omtrent het studie-ontwerp door de wetenschappelijke gemeenschap (ongeschikte definitie, scores die geen significante lange-termijn verbetering van vermoeidheid en lichamelijk funktioneren ondersteunen, …).

[…] Het feit dat inspanning spierpijn induceert en malaise triggert bij CVS/M.E., maakt dat deze optie ongeschikt is voor deze patiënten. Op fysiotherapie gebaseerde behandelingen, zoals manuele therapie (MT), kunnen anderzijds helpen […] door bv. het verhogen van de bloeddoorstroming en/of spier-tonus, zonder enige lichamelijke aktiviteit […]. Ter zelfder tijd kan MT de geest van de patient aanzetten tot relaxatie.

MT-protocollen, zoals de meeste fysiotherapeutische behandelingen, worden tot op heden slecht gedefinieerd maar toch rapporteren sommige CTs voordelen voor massage-therapie. Een systematisch overzicht en meta-analyse van gerandomiseerde klinische testen (RCTs) toonde bv. dat MT (≥ 5 weken) leidt tot verbetering qua pijn, bezorgdheid en depressie bij FM-patiënten [Li YH er al. Massage therapy for fibromyalgia: A systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. PLoS ONE (2014) 9: e89304 /// Yuan SL et al. Effectiveness of different styles of massage therapy in fibromyalgia: A systematic review and meta-analysis. Man Ther. (2015) 20: 257-264]. MT lijkt ook positieve effekten wat betreft de lichamelijke symptomen bij CVS/M.E. te triggeren […] [bv. Field TM et al. Massage therapy effects on depression and somatic symptoms in Chronic Fatigue Syndrome. J. Chronic Fatigue Syndr. (1997) 3: 43-51], wat suggereert dat MT kan worden aangewend voor therapeutische doeleinden (op zichzelf of in combinatie met farmacologische behandeling van symptomen).

Het doel van dit overzicht is om een mogelijke mechanisme-rationale voor de doeltreffende behandeling van FM & CVS/M.E. d.m.v. MT aan te wijzen. Toekomstige MT behandel-protocollen worden verwacht in staat te zijn de symptomen te managen die de dagelijkse aktiviteiten compromitteren en de gezondheid-toestand in het algemeen te verbeteren. Daartoe hebben we een overzicht gemaakt van het beschikbaar pre-klinisch bewijsmateriaal (fysieke behandelingen in dieren-modellen) en molekulaire veranderingen geïdentificeerd die geassocieerd zijn met MT-parameters die enerzijds immune, cognitieve en musculaire dysfunkties kunnen verbeteren en anderzijds pijn kunnen verlichten […].

[…]

2. Molekulaire determinanten van MT: lessen op basis van dieren-modellen en mimetische toestellen

MT omvat een aantal therapieën gebaseerd op de manuele manipulatie van gewrichten en zachte weefsels, met als doel het verlichten van pijn, reduceren van inflammatie, elimineren van spier-contracturen, verhogen van de ‘range of motion’ (ROM [bewegingsbereik]), vergemakkelijken van beweging, enz. en, uiteindelijk, het herstellen van de gezondheid. Het beslaat een diverse reeks technieken zoals massage, stretchen, manipulaties en mobilisaties e.a.

Stretch-protocollen worden veelvuldige gebruikt om spieren/pezen meer flexibel te maken en de ROM van gewrichten te verbeteren of de gezond te behouden. Omwille van ons uiteindelijk doel – de behandeling van de voornaamste symptomen van FM & CVS/M.E. met gestandaardiseerde doeltreffende protocollen – zullen we onze aandacht concentreren op het beschikbaar bewijsmateriaal omtrent passief stretchen [spieren opspannen zonder beweging], gedefinieerd als een MT-procedure die is uitgevoerd door een professionele fysiotherapeut.

De andere variant van MT die in dit overzicht zal worden besproken is massage. Massage werd gedefinieerd als een mechanische manipulatie van lichaamsweefsels met een ritmische druk en wrijven, met als doel het bevorderen van de gezondheid en het welzijn. Het wordt toegepast op zacht weefsels (huid, spieren en bindweefsel), soms met behulp van mechanische of elektrische apparaten. Er zijn verschillende massage-manoeuvres (wrijven, frictie, kneden, druk, percussies & vibraties) met betrekking tot variabelen zoals duur, frequentie, herhalingen of druk. Er werden verschillende voordelen toegeschreven aan verscheidene massage-manoeuvres; bv. massage met matige druk lijkt de vagale tonus te verhogen een ook essentieel te zijn voor het stimuleren van subcutane mechanoreceptoren [sensorische receptoren die reageren op mechanische druk of vervorming] die pijn-verlichtende signalen naar het brein sturen en ontstressende neurochemische stoffen, zoals serotonine en dopamine, afgeven.

MT-behandelingen zijn geassocieerd met mechano-transductie, een algemeen biofysisch proces waardoor cellen in staat zijn hun fysieke omgeving te ‘voelen’ en deze signalen te vertalen naar biochemische signalen, zoals verschuivingen in intracellulaire calcium-concentratie, wijziging van of gen-expressie profielen en de inductie of onderdrukking van signalering-mechanismen die uiteindelijk leiden tot morfologische en/of fysiologische veranderingen, die kunnen leiden tot therapeutische effekten.

Kennis omtrent de parameters die MT-programma’s induceren in behandelde weefsels, op molekulair niveau, zouden daarom moeten toelaten rigoureuze en gestandaardiseerde doeltreffende protocollen (MPTA) te ontwikkelen, die gezondheid-voordelen voor FM-, CVS/M.E. en andere patiënten bieden. Een initiële stap om deze kennis over de MT-behandelde weefsels te verwerven, omvat het evalueren van gen-expressie in gezonde weefsels vóór en na zorgvuldig gedefinieerde procedures.

Er zijn methodologische beperkingen bij deze studies met menselijke individuen die niet enkel om ethische redenen wat betreft staal-name verband houden, maar ook met de toepassing van de techniek (zoals de toepaste belasting, en de frequentie en duur van de sessies). Om deze beperkingen te overwinnen, worden pre-klinische dieren-proeven met mimetische [massage-nabootsende] toestellen uitgevoerd om molekulen of biologische patronen in het doelwit-weefsel te identificeren, om- in optimale omstandigheden – de geïdentificeerde merkers te vertalen naar een test (in een lichaamsvloeistof), ter monitoring in een klinische proef. Met dit doel voor ogen en een focus op bepaalde ziekte-problemen, gingen we over tot het samenvatten van de molekulaire informatie afkomstig van MT-behandelingen in dieren-modellen die relevant kunnen zijn voor de behandeling van FM & CVS/M.E.

[We geven het gedetailleerd/gespecialiseerd overzicht hier niet weer. Bespreking volgt hierna (met verwijzing naar meer relevant onderzoek). Onthoud dat het om proeven bij dieren gaat, dat de modellen experimenteel zijn en slechts lijken op FM of M.E.(cvs), en dat de MT-methodes dikwijls artificieel zijn.]

2.1. De neuro-immune impact van MT

[…]

2.2. Effekten van MT op spier-regeneratie

[…]

2.3. MT impact op pijn-verlichting

[…]

3. De rationale voor het aanwenden van MT om FM- & CVS/M.E.-dysfunkties te behandelen

Een systematisch overzicht en meta-analyse van 9 RCTs [FM] besloot dat MT met een duur van minstens 5 weken voordelige onmiddellijke effekten heeft op het verbeteren van pijn, bezorgdheid en depressie [Li YH er al. (hierboven)]. Hoewel sommige eerdere reviews over het effekt van MT voor de behandeling van FM-symptomen hiermee overéénstemmen, door te besluiten dat MT voordelen biedt voor FM-patiënten, gaven andere negatieve of niet-overtuigende resultaten. Veel van de studies opgenomen in deze overzichten waren echter slechts kwalitatief of het betrof preliminaire piloot-studies, met een klein aantal deelnemers. De auteurs geven als mogelijke verklaring van hun positieve bevindingen dat hun overzicht een groter aantal of RCTs omvatte en dat hun analyse subgroepering gebaseerd op de verschillende duur van de MT in beschouwing nam. Dit versterkt de nood aan MT parameter-standaardisering.

Daarnaast geeft een systematisch overzicht en meta-analyse van 60 hoge-kwaliteit en 7- kwaliteit RCTs aan dat MT op een doeltreffende manier pijn behandelt en dat het ook voordelig is voor de behandeling van angst in de algemene bevolking [Crawford C et al. Evidence for Massage Therapy (EMT) Working Group. The Impact of Massage Therapy on Function in Pain Populations-A Systematic Review and Meta-Analysis of Randomized Controlled Trials: Part I, Patients Experiencing Pain in the General Population. Pain Med. (2016) 17: 1353-1375]. Een andere studie van hetzelfde type [140 studies] claimt dat MT de krachtigste methode is voor het verminderen van DOMS (‘delayed onset muscle soreness’ [zgn. ‘spier-kater’; spier-pijn en -stijfheid die men voelt enkele uren tot dagen na een intensieve fysieke aktiviteit]) en vermoeidheid na inspanning, vergeleken met druk-kledij, elektrostimulatie, stretchen, onderdompeling of cryotherapie. De auteurs zagen een matige afname van de spier-schade merker creatine-kinase (CK) en de inflammatie-merkers interleukine-6 (IL-6) & C-reaktief proteïne.

Aan de andere kant toonde de analyse van quadriceps-biopten van 11 mannelijke vrijwilligers dat MT inflammatie doet dalen na inspanning-geïnduceerde spier-schade door aktivatie van de mechano-transductie [mechanismen waarmee cellen mechanische stimulus (uitrekking, belasting) omzetten naar elektrochemische aktiviteit] signalisering-mechanismen ‘focal adhesion’ kinase (FAK) en extracellulair signaal gereguleerd kinase (ERK) 1/2, wat mitochondriale biogenese signalering induceert en – via het reduceren van de inflammatoire cytokinen TNF-α & IL-6, en de stress-factor Hsp27 [Crane J et al. Massage therapy attenuates inflammatory signaling after exercise-induced muscle damage. Sci. Transl. Med. (2012) 4: 113-119] – veranderingen die voordelig kunnen zijn voor FM- en CVS/M.E.-patiënten [Tsilioni et al. Neuropeptides CRH, SP, HK-1 and Inflammatory Cytokines IL-6 and TNF Are Increased in Serum of Patients with Fibromyalgia Syndrome, Implicating Mast Cells. J. Pharmacol. Exp. Ther. (2016) 356: 664-672; zie ook ‘Mogelijke rol van mest-cellen bij inflammatie in de hypothalamus bij M.E.(cvs)’ /// Patarca R et al. Dysregulated expression of tumor necrosis factor in Chronic Fatigue Syndrome: Interrelations with cellular sources and patterns of soluble immune mediator expression. Clin. Infect. Dis. (1994) 18: S43-S53]. Combinaties van MT en stretchen werden ook bestudeerd en toonden een significante vermindering van vermoeidheid […].

Bij de modellen die werden ontwikkeld om de fysiopathologie van FM & CVS/M.E. te verklaren, lijkt er één, minstens gedeeltelijk, de basis te leggen voor een potentiële impact van MT-behandelingen, niet enkel wat betreft het verlichten van symptomen maar ook het vertragen van de progressie van de ziekte: het neuromusculair belasting model [Rowe PC et al. Neuromuscular strain as a contributor to cognitive and other symptoms in Chronic Fatigue Syndrome: Hypothesis and conceptual model. Front. Physiol. (2013) 4: 115]. Deze auteurs stellen voor dat ‘neuromusculaire belasting’, een nadelige neurale spanning en belasting in spieren, fascia [fascia = bindweefsel rond spieren, botten en gewrichten] en andere zachte weefsels, werkt als een bijdragende factor tot cognitieve en andere symptomen bij CVS [Rowe PC et al. Neuromuscular Strain Increases Symptom Intensity in Chronic Fatigue Syndrome. PLoS ONE (2016) 11: e0159386]. Als het vermogen van het zenuwstelsel om accommoderende veranderingen in lengte te ondergaan, als respons op de gewone lidmaat- en romp-bewegingen, verstoord is door de restrictie van bewegingen, verhoogt de mechanische spanning in de zenuwen, leidend tot neurodynamische dysfunktie, argumenteren deze auteurs. Deze dysfunktie draagt bij tot de pijn en andere symptomen die CVS-patiënten ondervinden, via mechanische sensitisatie processen, gewijzigde nociceptieve signalering en verminderde intra-neurale bloeddoorstroming, nadelige patronen van spier-kracht en -contractie, plus afgifte van inflammatoire neuropeptiden. Ondersteuning voor dit model komt van preliminaire gegevens verkregen uit een longitudinale studie (2 jaar) met 55 CVS-patiënten, die toont dat neuromusculaire beperking courant zijn bij CVS. Daarnaast laten ze zien dat longitudinale belasting op zenuwen en zachte weefsels van de onderste ledematen in staat is de symptoom-intensiteit bij individuen met CVS te verhogen, wat hun model steunt. Als de neuromusculaire belastingen onbehandeld blijven, zal het individu zich aan de verhoogde symptoom-last aanpassen, wat aanleiding geeft tot meer nadelen en centrale sensitisatie. De door de auteurs aanbevolen interventies om symptoom-verergering te vermijden, zijn MT, op inspanning gebaseerde benaderingen of alternatieve therapieën zoals yoga of Tai Chi. In feite rapporteren ze over de klinische verbetering van patiënten d.m.v. MT-benaderingen. Dit model lijkt aan te geven dat een handeling om neurale spanningen los te laten in vroege stadia van de ziekte het meest doeltreffend kan zijn.

Wanneer MT wordt toegepast op zachte en bindweefsels, treden lokale biochemische veranderingen (melkzuur, adenosine-trifosfaat, creatine-fosfaat) op, en de lokale bloed- en lymfe-circulatie van de spieren verhoogt. Ten gevolgde daarvan kunnen lokale nociceptieve [nociceptie = pijn-waarneming] en inflammatoire mediatoren gereabsorbeerd worden. Andere types druk-behandelingen (zoals neuromusculaire tape [zgn. kinesiotape; zorgt voor pijn-demping, druk-vermindering en verbetering van de bloed- & lymfe-circulatie]) die ook de lymfatische en vasculaire flow verhogen, versterken verzwakte spieren, leidden tot de identificatie van miRNAs die door de behandeling veranderden bij een Multipele Sclerose (MS) patient. Interessant: enkele van deze miRNAs bleken ontregeld bij zowel FM- [bv. Cerda-Olmedo G et al. Identification of a microRNA signature for the diagnosis of fibromyalgia. PLoS ONE (2015) 10: e0121903] als CVS/M.E.-patiënten [Brenu EW et al. Cytotoxic lymphocyte microRNAs as prospective biomarkers for Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. J. Affect. Disord. (2012) 141: 261-269], wat suggereert dat druk-behandelingen ook voor hen therapeutisch nut kunnen hebben.

Anderzijds: MT verlicht pijn door de modulatie van serotonine-waarden bij patiënten met CVS/M.E. en FM, waarbij de neurale aktiviteit op segmentaal niveau [segmentale bezenuwing verwijst naar de verdeling van zenuwen in een orgaan of spier, deze zenuwen zijn verbonden met een segment van de ruggegraat] verandert; een gebied dat verantwoordelijk is voor stemming en pijn-perceptie. MT zou kunnen resulteren in de reductie van de H-reflex [Hoffmann’s reflex; respons van de spieren op elektrische stimulatie van sensorische verzels] bij een zelfs lage druk (1,25 kPa), wat wenselijk is voor FM-patiënten, aangezien spinale hyper-exciteerbaarheid geassocieerd is met een reeks chronische pijn syndromen. Myofasciale stretching wordt omgezet naar elektrofysiologische aktiviteit, wat ook pijn en andere symptomen kan reduceren via myofasciale communicatie, en afferente neurale paden die de subcorticale kernen en het limbisch systeem in het brein moduleren. MT doet circulerend cortisol dalen en β-endorfine stijgen na een massage van 30 min, wat de daling qua ervaren vermoeidheid na MT kan verklaren. Het is wenselijk MT-uitkomsten te correleren met de merkers die geassocieerd bleken met parameters van druk en/of stretchen in dieren-modellen, en dit zal de weg banen naar MT-behandelingen bij ziekte. De biomerker-informatie verkregen uit dieren-modellen is nu echter nog schaars en dient nog te worden geëvalueerd in RCTs.

In die zin werd niet enkel de grootte-orde van de belasting bij MT gecontroleerd maar ook het toegepast patroon. Men testte 3 verschillende niveaus van druk in 2 verschillende volgordes (verhogend en verminderend) door gebruik te maken van elektromyografie (om spier-aktiviteit te meten), en vond dat de fysiologische respons van de spier in feite afhankelijk is van het patroon van toegepaste drukken tijdens de massage, aangezien het dalend patroon de elektromyografische metingen veranderde. Deze bevinding is volgens de auteur consistent met een mechanisme waarbij lichte of matige druk de vermeerdering van spinale nociceptieve reflexen (typisch gestegen bij chronische pijn syndromen) reduceert.

Met betrekking tot musculoskeletale deconditionering of spier-atrofie geassocieerd met lange periodes van inaktiviteit (wat dikwijls voorkomt bij CVS/M.E.- en sommige FM-patiënten, bijzonderlijk bij ernstige gevallen), hebben onderzoekers getoond (door het nabootsen van de afwezigheid van belasting [‘unloading’] zoals bij micrograviteit [‘gewichtloosheid’, afwezigheid van zwaartekracht] door 21 dagen ononderbroken bed-rust en hypoxie) dat de meeste miRNAs die ontregeld raken, behoren tot miRNA-families die reageren op mechanische belastingen (mechano-miRs). Interessant is dat sommige van de miRs die geassocieerd zijn met micrograviteit ‘unloading’ ontregeld blijken bij FM- & CVS/M.E.-patiënten [bv. Petty RD et al. MicroRNAs hsa-miR-99b, hsa-miR-330,hsa-miR-126 and hsa-miR-30c: Potential Diagnostic Biomarkers in Natural Killer(NK) Cells of Patients with Chronic Fatigue Syndrome (CFS)/ Myalgic Encephalomyelitis (ME). PLoS ONE (2016) 11: e0150904]; wat suggereert dat MT therapeutische effekten kan hebben via het herstellen van miRNA-waarden in spieren.

Naast de druk-component van MT (die veranderingen in mechano-sensitieve receptoren, mechano-miRs en andere molekulen de gevoelig zijn voor deze fysieke input, of effekten in de immune- en zintuigelijke systemen induceert) omvat MT ook inherent een emotionele component die naar de patient wordt overgebracht d.m.v. mentale relaxatie door het gevoel van aanraking. Een positieve emotionele stimulus, zoals het bekijken van humoristische video’s, bleek slechts 12 h erna de NK cytotoxische aktiviteit te verhogen. In een andere studie toonde een programma van 8 weken met 20-30 min/dag meditatie thuis, 6 dagen/week (‘mindfulness-based stress-reduction’, MBSR), verhoogde dodende aktiviteit van NK-cellen bij individuen die een verbetering meldden. Het strelen van dieren gaf andere reakties dan door druk. Ook lage-druk MT bij te vroeg geboren neonaten induceert een positief effekt wat betreft gewicht-toename en stijging van de vagale tonus. Deze observaties geven aan dat MT-protocollen verschillende effekten voor verschillende individuen kunnen hebben en context-afhankelijk (behandelaar en omgeving) zijn, wat leidt tot heterogene responsen, een beperking voor de experimentele reproduceerbaarheid die moeilijk te controleren lijkt.

Anderzijds is het belangrijk op te merken dat de toestand van centrale sensitiviteit gedefinieerd voor FM en voor de drempel van hyperalgesie of allodynia voor patiënten in het algemeen (d.i. pijn geïnduceerd door aanraking of massage) beperkingen voor MT-behandelingen kunnen betekenen, aangezien bepaalde krachten vereist lijken om molekulaire veranderingen (en dus voordelen) te induceren in dieren-modellen. Via het uitproberen van manuele krachten tussen 0,76 en 4,54 N/cm om hypo-algetische [pijn-verminderende] effekten te verkrijgen, besloot men dat de toegepaste kracht cruciaal was voor pijn-verlichting […]. De intensiteit van de therapeutische krachten zou door FM-patiënten als een ondragelijke pijn kunnen worden ervaren, wat de toepassing beperkt. Aangezien de druk-effekten echter systemisch bleken, met een impact op contra-laterale [aan de andere kant gelegen] onbehandelde ledematen (bij dieren te minste), zou MT kunnen worden geconcentreerd op lage-pijn gebieden en toch globale pijn-reducerende voordelen kunnen geven.

4. Toekomstige richtingen

Het ontwerpen van doeltreffende reproduceerbare MT-behandelingen hangt af van de standaardisering van protocollen door het rigoureus definiëren van druk- en stretch-krachten, de omvang van het behandeld gebied en frequentie van toegepaste bewegingen. De in het protocol ingestelde parameters dienen te worden gerechtvaardigd door gecontroleerde bevindingen. In dit opzicht lijken dieren-experimenten fundamenteel voor het bepalen van de fysiologische en molekulaire veranderingen die met de behandelingen geassocieerd zijn. Om de potentiële voordelen van MT voor de behandeling van FM & CVS/M.E. te identificeren, gaven we een overzicht aangaande de impact die MT kan hebben op spier-regeneratie, zodat gedeconditioneerde of geatrofieerde spieren herstellen, op pijn-verlichting en op de immuun- en neurale systemen. Het bewijsmateriaal verkregen uit dieren-experimenten die gebruik maken van nabootsende toestellen wordt als waardevol maar onvolledig beschouwd. Hoewel de respons op MT-manoeuvres op molekulair niveau duidelijk is – bv. de [immune] tolerantie geassocieerde merker ILT3 [‘immunoglobulin-like transcript’] die nuttig kan zijn bij auto-immune ziekten, lijkt te worden geïnduceerd door behandelingen met matige druk en veel miRNAs reageren op bepaalde druk-belastingen – beperkt de huidge schaarste qua informatie de mogelijke waarde van MT voor bepaalde gezondheid-problemen.

[…] Er is een groeiende interesse in het evalueren van de effekten die fysiotherapie induceert in organismen op molekulair niveau. Dit zal gebeuren via het opzetten van databases gevoed met molekulaire en fysiologische observaties bij dieren en andere experimentele modellen zodat researchers doordachte, op ziekte gerichte MT-gebaseerde CTs zullen kunnen ontwerpen. De resultaten van CTs dienen te worden gebruikt voor de validatie en verfijning van initiële protocollen in voortgezette CTs om eindelijk geoptimaliseerde doeltreffende op fysiotherapie gebaseerde therapeutische programma’s voor bepaalde gezondheid-problemen te ontrafelen. […]

De mogelijke beperking van miRNA-profielen als merkers voor ziekte of als biomerker voor de respons op behandelingen dient te worden vermeld. Toekomstige studies zouden andere niet-coderende RNAs zoals circulaire [gesloten ring] RNAs, piwi RNAs [die interageren met regulerende proteïnen verantwoordelijk voor stamcel differentiatie], kleine nucleolaire RNAs of lange niet-coderende RNAs, alsook mRNA of alternatieve ‘splicing’ profielen geassocieerd met bepaalde zietke-aandoeningen kunnen identificeren, om een completer beeld te krijgen van de fysiologische toestand van weefsels.

Een benadering gelijkaardig met miRDDCR (een op miRNA gebaseerde methode om uitgebreid medicijn/ziekte causale verbanden af te leiden) kan worden opgebouwd om het MT/ziekte verband te onderzoeken, ongeacht biomerker/ziekte verband. Van zodra molekulaire biomerkers voor FM & CVS/M.E. beschikbaar en gevalideerd worden, zal de selektie van molekulaire determinanten om de effekten van MT voor deze patiënten te monitoren makkelijker worden. Het feit dat onbeschadigd spier-weefsel op een vastgelegd fysiotherapie-programma reageert met bepaalde gen-expressie profielen garandeert niet dat beschadigd of ziek weefsel een equivalente respons zal geven. Daarom is het nodig dat de evaluatie van een behandeling dierlijke ziekte-modellen omvat die de ziekte getrouw weergeven. Ondanks het gebrek aan gevalideerde biomerkers voor FM & CVS/M.E. werden slechts enkele dieren-modellen ontwikkeld die kunnen worden gebruikt voor initiële vergelijkingen.

Enkele op MT gebaseerde klinische behandelingen […] gebruiken veel kracht om voorbijgaande lokale inflammatie te induceren, met als uiteindelijk doel het bevorderen van herstel en regeneratie. Hoewel een voordeel van deze benadering tot op heden niet volledig kan worden genegeerd, wordt bij voorkeur de verkenning van MT-protocollen met matige belasting aanbevolen voor de behandeling van FM & CVS/M.E., met de intentie van het ongemak voor de patient te minimaliseren maar toch voor een verbetering van de gezondheid te zorgen. Massages met zacht tot matige druk vermijden daarnaast vermoeidheid na behandeling.

Een belangrijke beperking die dient geminimaliseerd te worden bij het ontwerpen van reproduceerbare, geoptimaliseerde, gestandaardiseerde MT-protocollen gebaseerd op gedefinieerde druk- en stretch-intensiteiten, is de inherent affectieve of emotionele respons geassocieerd met dit type behandeling. Responders op deze affectieve signalen kunnen worden gecontroleerd door het toepassen van MT-protocollen onder de drempel-waarden voor mechanische respons (nep-behandelingen). Placebo responders zullen worden uitgesloten voor CTs die MPTA-gebaseerd zijn, in een poging om respons op mechanische signalen te isoleren van affectieve [stemming] responsen.

Als een manier om het succes van MT te monitoren, naar het opstellen van de criteria voor protocol-optimalisatie in CTs (validatie en verfijning) toe, moet de gezondheid-toestand van de patiënten onder behandeling worden geëvalueerd. Het zou hierbij zeer nuttig zijn methodes in aanmerking te laten komen die minimaal invasief zijn maar ook informatief en sensitief zijn. Deze eisen kunnen misschien worden vervuld door de afname van een kleine hoeveelheid bloed of ander lichaamsvocht om makkelijk veranderingen in biomerker-waarden te bepalen. In het geval van FM & CVS/M.E., complexe ziekten die verscheidene weefsels en systemen aantasten, kunnen EVs [zie ‘Extracellulaire vesikels: potentiële biomerkers voor M.E.(cvs)?] voordelen bieden.

EVs zijn een mengeling van vesikels met verschillende funkties die door alle cel-types worden gesekreteerd. Onder andere een afzonderlijke set vesikels die bepaalde merkers bezit en die ontstaan uit multi-vesiculaire lichaampjes in de cel, de exosomen, trokken speciaal de aandacht omwille van hun inter-cellulaire communicatie funkties. Door het gericht verpakken van bepaalde molekulen, in het bijzonder miRNAs, hebben deze exosomen getoond dat ze ziekte verspreiden en in stand houden. Het feit dat EVs worden afgegeven door alle weefsels in lichaamsvochten biedt het voordeel dat de analyse ervan zal informeren over de toestand van organen en weefsels, wat mogelijks in de toekomst de noodzaak voor traditionele invasieve biopten zal vervangen.

Andere testen in lichaamsvochten waarbij geen EV-isolatie nodig is, zijn ook beschikbaar; bv: in een studie door werden IgA-waarden in het speeksel gebruikt om de effekten te monitoren van 40 min myofasciale inductie [faciliteren van de beweging door manipuleren van het fascia-systeem] door MT na inspanning door gezonde individuen. Speeksel wint aan belang als een niet-invasieve methode voor de diagnose, het voorspellen en de progressie van meerdere ziekten, en het kan een makkelijke manier bieden om de doeltreffendheid van fysiotherapie-protocollen in de toekomst te monitoren.

5. Besluiten

Samengevat kunnen we concluderen dat er een dringende noodzakelijkheid is om MT, en fysiotherapie-protocollen in het algemeen te standaardiseren, controleren en optimaliseren, aangezien de tegenstrijdige resultaten die frequent in de literatuur werden gevonden kunnen voortvloeien uit subjectieve componenten en het gebrek aan precieze parameter-definiëring bij dergelijke procedures. Gen-expressie informatie in verband met gedefinieerde MT-parameters zou als richtlijn kunnen dienen voor een adequaat ontwerp van MT-protocollen die dan getest en verfijnd worden in CTs.

Het potentieel van microRNAs en in het bijzonder mechano-miR profielen als benadering om MT-behandelingen te monitoren kreeg hier bewijskracht. Een vergelijking van resultaten van studies bij dieren-modellen en MT mimetische toestellen, samen met FM- & CVS/M.E. dysfunkties, wijst op plausibele voordelen van MT-behandelingen voor deze patiënten. Verder: MT biedt een veilig alternatief voor fysieke inspanning, mits hyperalgesie en allodynia de toepassing van doeltreffende druk- of stretch-krachten toelaat. Een meer complete visie omtrent molekulaire patronen geassocieerd met ziekte en vooral MT-protocollen is echter nodig om de ontwikkeling van doeltreffende en veilige MT-behandelingen te verzekeren, is vereist.

Advertenties

mei 5, 2018

Aktivatie van AMPK & glucose-opname in M.E.(cvs) spiercellen

Filed under: Behandeling,Celbiologie — mewetenschap @ 7:52 am
Tags: , , , , ,

Onderstaand artikel betreffende AMP-geaktiveerd proteïne-kinase (AMPK) – niet te verwarren met ‘mitogen-activated protein kinase’ (MAPK) – is een vervolg op ‘Abnormale AMPK-aktivatie & glucose-opname in spiercellen bij CVS’. AMPK is een energie-voelend alarm-proteïne dat een dreigende energie-crisis in de cel voorkomt; een nutriënten- en energie-sensor die zorgt voor energie-homeostase. Het is ook betrokken bij de ‘cell danger response’, beschreven door Robert Naviaux: “AMPK optimaliseert de energie-efficiëntie en stimuleert de recyclage van cellulaire materialen bij autofagie (opruimen van beschadigde mitochondrieën). De mechanismen die geaktiveerd worden door AMPK ondersteunen regeneratie en zijn anti-inflammatoir omdat ze beschadigde proteïnen, lipiden, glycanen, RNA en DNA afbreken. AMPK faciliteert de her-synthese van deze macromolekulen via nieuw gesynthetiseerde monomeren en ververste bouwstenen.”.

Ook op te merken (zie ons stuk ‘Potentiële speeksel-biomerkers bij M.E.(cvs)’):“Er werd een een downregulering van ZAG (zink alfa-2-glycoproteïne; een belangrijke regulator van het energie-metabolisme in skelet-spieren) gevonden bij CVS. Dit adipokine (cytokine afgegeven door vet-weefsel) speelt een rol bij aktivatie AMPK, een belangrijke regulator van energie-metabolisme in cellen van menselijke skelet-spieren.”…

In een kort overzicht getiteld ‘Metabolic abnormalities in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis’ (Biochemical Society Transactions; 2018) Laat Prof. Julia Newton optekenen: “Studies die veranderingen qua mitochondriale funktie bij M.E./CVS tonen, dienen omzichtig te worden geïnterpreteerd aangezien de mitochondriale veranderingen te wijten kunnen zijn aan de ontregeling van verdergelegen signalisering-mechanismen, zoals het AMPK-mechanisme, eerder dan een defekt in de mitochondrieën zelf.”

AMPK-aktivatie door metformine bleek al de respons op oxidatieve stress en het mitochondriaal metabolisme te verbeteren in fibromyalgie-fibroblasten (‘Metformin and caloric restriction induce an AMPK-dependent restoration of mitochondrial dysfunction in fibroblasts from Fibromyalgia patients’; Biochimica et Biophysica Acta – Molecular Basis of Disease (2015) 1852: 1257-1267)…

————————-

Bioscience Reports (Pre-print April 2018)

Pharmacological activation of AMPK and glucose uptake in cultured human skeletal muscle cells from patients with M.E./CVS

Audrey E Brown, Beth Dibnah, Emily Fisher, Julia L Newton, Mark Walker

Institute of cellular medicine, Newcastle University, Newcastle upon Tyne, United Kingdom

Samenvatting

Achtergrond Vermoeide skeletspieren en post-exertionele malaise zijn sleutel-symptomen van Myalgische Encefalomyelitis (M.E./CVS). We hebben eerder aangetoond dat AMPK-aktivatie en glucose-opname verstoord zijn in celculturen van menselijke skeletspieren afkomstig van patiënten M.E./CVS in respons op elektrische puls stimulatie, een methode die samentrekking van spiercellen induceert in vitro. Het doel van deze studie was vaststellen of AMPK farmacologisch kan worden geaktiveerd bij M.E./CVS.

Methodes

Primaire skeletspiercel-culturen van M.E./CVS-patiënten en gezonde controles werden behandeld met metformine of ‘compound 991’. De AMPK-aktivatie werd beoordeeld via western-blot en de glucose-opname werd gemeten.

Resultaten Zowel metformine als ‘compound 991’ behandeling verhoogde de AMPK-aktivatie en glucose-opname in culturen van spiercellen significant bij controles en M.E./CVS. De cellulaire ATP-inhoud bleef onveranderd door de behandeling hoewel deze significant verminderd was bij M.E./CVS t.o.v. controles.

Besluiten Farmacologische aktivatie van AMPK kan de glucose-opname in spiercel-culturen van patiënten met M.E./CVS verbeteren. Dit suggereert dat het feit dat elektrische puls stimulatie AMPK in dergelijke spiercel-culturen niet kon aktiveren, te wijten is aan een defekt proximaal aan AMPK. Er is verder werk vereist om het defect af te lijnen en te bepalen of farmacologische aktivatie van AMPK de spier-funktie bij M.E./CVS-patiënten verbetert.

Inleiding

[…]

AMP-geaktiveerd proteïne-kinase (AMPK) is een belangrijke mediator van de skeletspier-respons op inspanning. In respons op een energie-tekort, zoals tijdens spier-contractie, wordt AMPK geaktiveerd, resulterend in het uitschakelen van ATP-verbruikende processen en het opstarten van ATP-genererende processen. In skeletspieren omvat dit een verhoging van de opname van glucose in de spiercellen. We hebben eerder aangetoond dat AMPK-aktivatie verstoord is in celculturen van skeletspieren afkomstig van patiënten met M.E./CVS in respons op elektrische puls stimulatie (EPS), een methode die samentrekking van spiercellen induceert in vitro [Brown AE, Jones DE, Walker M, Newton JL. Abnormalities of AMPK activation and glucose uptake in cultured skeletal muscle cells from individuals with Chronic Fatigue syndrome. PLoS One (2015) 10: e0122982]. Deze abnormale AMPK-aktivatie resulteerde ook in een onvermogen op glucose-opname in de cellen in respons op EPS te verhogen.

AMPK is een heterotrimeer [samengesteld uit 3 verschillende onderdelen] complex van α, β & γ subunits. Er bestaan meerdere isoformen voor elke subunit en sommige isoformen komen tot expressie in een celtype- of weefsel-specifieke manier. AMPK kan allosterisch [verandering (dikwijls door wijziging van de 3-dimensionele vorm) van de aktiviteit van een proteïne/enzyme door de binding van een effector-molekule op een specifieke plaats] worden geaktiveerd, vooral door AMP, of via aktivatie van kinasen [groep enzymen die een fosfaat-groep aanbrengen op een proteïne of andere molekule (fosforylatie)] inclusief lever kinase-B1 (LKB1) en het Ca2+/calmoduline-afhankelijk kinase kinase (CaMKK). AMPK kan ook worden gereguleerd door farmacologische middelen zoals metformine, dat AMPK indirect aktiveert via de inhibitie van de ATP-synthese. Er werd een aantal kleine aktiverende molekulen ontwikkeld die direct op AMPK binden, resulterend in allosterische aktivatie van AMPK.

Het doel van deze studie was om te onderzoeken of AMPK gemodifieerd kan worden door farmacologische behandeling van culturen van menselijke skeletspier-cellen afkomstig van patiënten met M.E./CVS. We gebruikten een indirecte aktivator van AMPK (metformine [medicijn ter behandeling van diabetes type-2]) en een directe aktivator (‘compound 991’ [kleine organische molekule die bindt op AMPK; ontwikkeld door Merck – patent WO2010036613) om AMPK-aktivatie, glucose-opname en ATP-content van spiercellen na te gaan.

Studie-ontwerp en methodes

Studie-individuen

Er werden spier-biopten verkregen van 10 patiënten met de diagnose van Chronische Vermoeidheid Syndroom en 7 gezonde controle-individuen. De groepen warden gematcht voor leeftijd, en omvatten vrouwen en mannen. […] Alle patiënten voldeden aan de Fukuda criteria […]. Niemand vertoonde een neurologisch gebrek op basis van de klinische beoordeling. […]

Reagentia

[…]

Celculturen

[…] Alle experimenten warden uitgevoerd op gedifferentieerde myotubes [zich ontwikkelende skelet-spier-vezels] […].

Western-blotting

[…]

ATP-bepaling

[…]

Glucose-opname

[…]

Statistische analyse

[…]

Resultaten

Effekt van metformine & ‘compound 991’ op AMPK-aktivatie

Skeletspier-cellen van 7 gezonde controles en 8 CVS-individuen werden opgekweekt gedurende 7 dagen om te differentiëren. De cellen werden behandeld met 2 mM metformine gedurende 16 h of 1 μM ‘compound 991’ gedurende 2 uur vóór proteïne-extractie en ‘western blotting’. Metformine-behandeling verhoogde significant de AMPK-aktivatie […] bij controle- (p < 0.01) en CVS- (p < 0.05) myotubes (t.o.v. onbehandeld). De behandeling met ‘compound 991’ had een gelijkaardig effect: significante toename van de AMPK-aktivatie t.o.v. onbehandelde myotubes bij controles en CVS (p < 0.05). De fosforylatie van acetyl-CoA carboxylase [enzyme; AMPK is de voornaamste kinase-regulator van ACC] verhoogde op een dosis-afhankelijke manier in respons op ‘compound 991’.

Effekt van metformine & ‘compound 991’ op glucose-opname

Er kan worden verwacht dat de aktivatie van AMPK leidt tot een toename qua glucose-opname. Metformine-behandeling verhoogde significant de glucose-opname bij controle- en CVS-cellen, en het effekt was vergelijkbaar met dat van insuline. Bij de controles verhoogde metformine de glucose-opname van 632,8 ± 50,4 pmol/mg/min tot 1.014 ± 79,2 pmol/mg/min (p < 0.0005), terwijl bij CVS de glucose-opname steeg van 576,4 ± 26,5 pmol/mg/min tot 715 ± 21,2 pmol/mg/min (p < 0.0005). Behandeling met ‘compound 991’ verhoogde ook de glucose-opname bij concentraties van 0,1 μM & 1 μM bij zowel controle- als CVS-cellen. Bij de controles steeg de glucose-opname van 802,2 ± 59,4 pmol/mg/min tot 963,9 ± 37,9 pmol/mg/min en 1.084,3 ± 44,9 pmol/mg/min (p < 0.05) voor 0.1 μM & 1 μM 991, respectievelijk. ‘Compound 991’ verhoogde de glucose-opname van 633,8 ± 56,8 pmol/mg/min tot 933,7 ± 93,3 pmol/mg/min (p < 0.01) en 913,9 ± 105,7 pmol/mg/min (p < 0.01) voor 0,1 μM & 1 μM, respectievelijk. Voor zowel controle- als CVS-cellen was het effekt van de behandeling met ‘compound 991’ vergelijkbaar met dat van insuline.

Effekt van metformine & ‘compound 991’ op cellulaire ATP-inhoud

Behandeling met metformine of ‘compound 991’ verlaagde de cellulaire ATP-inhoud niet. De ATP-inhoud is echter significant gedaald in spiercel-culturen van CVS-patiënten in vergelijking met controles (p < 0.05), ongeacht de behandeling.

Bespreking

Deze studie toont aan dat AMPK en daaropvolgende ‘downstream’ effekten kunnen worden geaktiveerd door zowel een indirecte (metformine) als directe (‘compound 991’) aktivator van AMPK in skeletspier-cellen van patiënten met M.E./CVS. Dit in tegenstelling met onze eerdere studie van dezelfde spiercel-culturen die toonde dat EPS-gemedieerde contractie niet in staat was AMPK en glucose-opname te aktiveren in skeletspier-cellen van M.E./CVS-patiënten. Deze bevindingen duiden op een signalisering-defekt in de nabijheid van AMPK en er zijn verdere studies aan de gang om de expressie en werking van de belangrijkste proximale signalisering-molekulen te verkennen in M.E./CVS-culturen. Dit is het eerste rapport dat aantoont dat ‘compound 991’ actief is bij menselijke skeletspiercel-culturen. Er werd eerder aangetoond dat ‘compound 991’ de AMPK-aktiviteit en glucose-opname verhoogt in geïsoleerde skeletspieren van ratten. Deze effekten worden te niet gedaan in AMPKα1-/α2 myotubes van ‘knockout’ muizen, wat suggereert dat ‘compound 991’ specifiek werkt via AMPK. Verder bewijsmateriaal voor de specificiteit van ‘compound 991’ van AMPK wordt aangegeven door een screening van ‘compound 991’ tegen een panel proteïne-kinasen in cel-vrije testen. Dit toonde dat ‘compound 991’ AMPK-aktiviteit versterkt terwijl het geen effekt heeft op ‘upstream’ kinasen inclusief LKB1 & CaMKK.

Bewijsmateriaal geeft aan dat AMPK-aktivatie de glucose-opname verhoogt via aktivatie van AS160 [proteïne dat fosforylatie-afhankelijke glucose-opname in spiercellen medieert] en glucose-transporter translocatie naar het cel-membraan. Als onderdeel van ons lopend werk, onderzochten we hoe het zit met de AMPK-gemedieerde glucose-opname (met bijzondere focus op glucose-oxidatie en glycolyse) in de M.E./CVS-culturen. De regulering van AMPK is complex. Naast allosterische aktivatie door de binding van AMP, kan AMPK geaktiveerd worden door upstream kinasen zoals LKB1 & CaMKK. Een verstoorde inspanning-gestimuleerde glucose-opname in spier-specifieke LKB1 ‘knockout’ [gen coderend voor lever kinase-B1 ontbreekt] muizen suggereert dat LKB1 het voornaamste kinase zou kunnen zijn dat betrokken is bij regulering van AMPK bij contractie van skeletspieren. Het verband tussen AMPK en inspanning-tolerantie werd ook aangetoond bij AMPK-‘knockout’ muizen. Een skeletspier-specifiek AMPK-‘knockout’ model toonde een verminderde inspanning-capaciteit (‘voluntary wheel running’ [aktiviteit-meting bij proefdieren, waarbij ze vrij in een rad lopen] en ‘treadmill running to exhaustion’ [inspanning op een loopband tot uitputting]). Verstoorde spier-funktie werd aangegeven door een gedaalde maximale kracht en resistentie tegen vermoeidheid ex vivo [experiment met levend weefsel, buiten het lichaam]. Het is ook duidelijk dat spier-funktie sterk afhankelijk is van de metabole funktie, bijzonderlijk glucose-opname, zoals getoond in GLUT4-‘knockout’ [gen coderend voor glucose-transporter type-4 ontbreekt] muizen. Deze modellen tonen dat wanneer de glucose-opname verstoord is, de gevoeligheid voor vermoeidheid na inspanning versterkt is. Onderzoekers toonden ook dat de maximale kracht-ontwikkeling en het samentrekking-vermogen gedaald waren in deze muizen-modellen. Zoals werd gezien voor onze M.E./CVS skeletspiercel-culturen, in respons op contractie geïnduceerd door EPS, zijn zowel AMPK-aktivatie en glucose-opname verstoord is. We zouden voorspellen dat het ontbreken van een effekt op glucose-opname door EPS de samentrekking van spieren zou kunnen verstoren, leidend tot inspanning-intolerantie. De huidige studie suggereert dat dit onvermogen om AMPK te aktiveren in respons op contractie zou kunnen worden omzeild d.m.v. een farmacologische interventie, en bijdraagt aan het bewijs voor een klinische test aangaande een AMPK-aktivator in M.E./CVS.

Een andere belangrijke bevinding van deze studie is de significante daling qua cellulaire ATP-inhoud in skeletspieren bij M.E./CVS t.o.v. gezonde controles. Deze afname trad op ongeacht de behandeling en werd op 2 afzonderlijke momenten gemeten. Een gereduceede ATP-inhoud werd eerder al gezien bij M.E./CVS-patiënten na inspanning [Wong R et al. Skeletal muscle metabolism in the Chronic Fatigue Syndrome. In vivo assessment by 31P nuclear magnetic resonance spectroscopy. Chest (1992) 102: 1716-1722] en verstoorde ATP-synthese werd ook al vastgesteld bij patiënten in vivo [Vermeulen RC, Kurk RM, Visser FC 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]. De ATP-inhoud beïnvloedt cel-overleving: een met leeftijd gerelateerde afname van de ATP-hoeveelheid in gecultiveerde fibroblasten is gelinkt met een verhoogde gevoeligheid voor cel-dood door necrose. Een andere studie rapporteerde echter verhoogde ATP-waarden in perifeer bloed mononucleaire cellen van patiënten met M.E./CVS [Lawson N et al. Elevated Energy Production in Chronic Fatigue Syndrome Patients. J Nat Sci (2016) 2]. Deze auteurs suggereerden dat vermoeidheid gelinkt zou kunnen zijn met niet-mitochondriale processen die ATP produceren, zoals glycolyse.

Potentiële oorzaken van een reductie qua cellulaire ATP-inhoud omvatten stoornissen van de mitochondriale funktie, een afname van het mitochondriaal membraan potentiaal, of verhoogde produktie van reaktieve zuurstof/stikstof soorten (ROS/RNS). Bewijsmateriaal voor een daling van de mitochondriale funktie in skeletspieren bij M.E./CVS is tegenstrijdig. Sommige studies vonden een verminderde mitochondriale inhoud, maar geen mitochondriale dysfunktie in skeletspier-biopten van M.E./CVS-patiënten vergeleken met gezonde controles [Smits B et al. Mitochondrial enzymes discriminate between mitochondrial disorders and Chronic Fatigue Syndrome. Mitochondrion (2011) 11: 735-738], terwijl anderen metabole abnormaliteiten (consistent met verstoorde mitochondriale werking) identificeerden bij M.E./CVS [Naviaux RK, Naviaux JC et al. Metabolic features of Chronic Fatigue Syndrome. Proc Natl Acad Sci U S A (2016) 113: E5472-5480]. ROS kunnen een belangrijke rol spelen bij het vermogen van skeletspieren om zich aan te passen bij inspanning maar evenzeer kunnen toegenomen ROS de mitochondriale funktie verstoren, de samentrekkingskracht van spieren reduceren en bijdragen tot spier-dysfunktie. Er is enig bewijsmateriaal dat suggereert dat oxidatieve stress mechanismen geaktiveerd zijn in vivo bij M.E./CVS [Kennedy G, Spence VA, McLaren M et al. Oxidative stress levels are raised in Chronic Fatigue Syndrome and are associated with clinical symptoms. Free Radic Biol Med (2005) 39: 584-589] maar, naar ons weten, werd dit niet onderzocht in vitro. Toekomstig werk zal zich moeten focussen op het onderzoeken van de mechanismen die er voor zorgen dat contractie AMPK niet kan aktiveren en op de mitochondriale funktie in skeletspieren.

De belangrijk bevindingen van deze studie zijn dat, ten eerste, farmacologische aktivatie van AMPK de glucose-opname in skeletspiercel-culturen van M.E./CVS-patiënten kan verbeteren en, ten tweede, cellulaire ATP-inhoud significant verminderd is in M.E./CVS spiercel-culturen. De vaststelling dat AMPK op een directe manier werd geaktiveerd door metformine en ‘compound 991’ maar niet via EPS in M.E./CVS culturen duidt op een signalisering-defekt proximaal aan AMPK. Er is verder werk vereist om het defekt af te lijnen en te bepalen of farmacologische aktivatie van AMPK de spier-funktie bij patiënten met M.E./CVS verbetert.

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’)…

juli 7, 2017

Neuromusculaire belasting verhoogt symptoom-intensiteit bij CVS

Filed under: Inspanning — mewetenschap @ 11:08 am
Tags: , , , , , , ,

Onderstaande studie werd gefinancierd d.m.v. een beurs van het ‘Solve ME/CFS Initiative’. Het is een bevestiging van de hypothese (‘Neuromusculaire belasting als bijdrage tot symptomen bij CVS’) waar we het hier al eerder over hadden.

De deelnemers aan onderstaande studie werd gevraagd 15 min. in ruglig het gestrekt been te heffen (‘straight leg raise’, SLR) of (zonder dat ze het zelf wisten) een ‘nep’ beweging die de SLR nabootst maar geen lichamelijke belasting veroorzaakt. Daarbij werd hen gevraagd elke 5 min. het niveau aan te geven van hun vermoeidheid, lichamelijke pijn, duizeligheid en andere symptomen. Na 24 uur werden dezelfde vragen gesteld. Het artikel spreekt voor zich. Het mag duidelijk zijn dat, gezien het feit dat een dergelijke belasting van de onderste ledematen in staat is de symptoom-intensiteit bij CVS-patiënten te verergeren, er heel erg voorzichtig dient te worden omgesprongen met het voorschrijven van inspanning/training als therapie.

————————-

PlosOne (2016) 11: e0159386

Neuromuscular strain increases symptom intensity in Chronic Fatigue Syndrome

Peter C. Rowe (1,*), Kevin R. Fontaine (2), Megan Lauver (1), Samantha E. Jasion (1), Colleen L. Marden (1), Malini Moni (1), Carol B. Thompson (3), Richard L. Violand (4)

1 Department of Pediatrics, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, Maryland, United States of America

2 Department of Health Behavior, University of Alabama at Birmingham School of Public Health, Birmingham, Alabama, United States of America

3 Department of Biostatistics, Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health, Baltimore, Maryland, United States of America

4 Rick Violand, PT LLC, Ellicott City, Maryland, United States of America

Samenvatting

Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) is een complexe, multi-systemische aandoening die invaliderend kan zijn. CVS-symptomen kunnen worden uitgelokt door verhoogde fysieke of cognitieve aktiviteit, en door orthostatische stress. In preliminair werk merkten we op dat bij aangetaste individuen CVS-symptomen ook kunnen worden opgewekt door toepassing van longitudinale neurale en ‘soft-tissue’ [weefsels die andere strukturen en organen verbinden, ondersteunen of omgeven; zoals bv. pezen, ligamenten, huid, vet, spieren, zenuwen en bloedvaten] belasting van de ledematen en de ruggegraat. In de studie hier maten we de responsen op een ‘straight leg raise’ [opheffen van een gestrekt been] neuromusculaire belasting bij individuen met CVS en gezonde controles. We lieten 60 individuen met CVS en 20 gezonde controles ofwel een passieve ‘straight leg raise’ (echte neuromusculaire belasting) in ruglig of een ‘sham’ [nep/valse/geveinsde] ‘straight leg raise’ van 15 minuten uitvoeren (willekeurige toewijzing). De primaire uitkomst-meting was het verschil in symptoom-intensiteit tussen de scores tijdens en 24 uur na het manoeuvre vergeleken met ‘baseline’. Scores voor vermoeidheid, lichamelijke pijn, duizeligheid, concentratie-problemen & hoofdpijn werden individueel gemeten op een 0-10 schaal, en opgeteld om te komen tot een samengestelde symptoom-score. Vergeleken met CVS-individuen in de groep die de ‘sham’ belasting kreeg, rapporteerden de CVS-individuen in de groep met de echte belasting significant meer lichamelijke pijn (P = 0.04) en concentratie-moeilijkheden (P = 0.02), alsook verhoogde samengestelde symptoom-scores (allemaal P = 0.03) tijdens de belasting. Na 24 uur waren de symptoom-intensiteit verschillen significant groter voor de CVS-individuen die de echte belasting ondergingen wat betreft het individueel symptoom duizeligheid (P = 0.001) en voor de samengestelde symptoom-score (P = 0.005). Tijdens en 24 uur na de echte belasting, hadden CVS-individuen significant hogere individuele en samengestelde symptoom-intensiteit veranderingen t.o.v. de gezonde controles. We besluiten dat een longitudinale belasting van de zenuwen en ‘soft-tissues’ van de onderste ledematen in staat is de symptoom-intensiteit bij mensen met CVS te verhogen gedurende 24 uur. Deze bevindingen ondersteunen onze preliminaire observaties omtrent verhoogde mechanische sensitiviteit als mogelijke bijdragende factor voor het uitlokken van symptomen van deze aandoening.

Inleiding

Chronische Vermoeidheid Syndroom (CFS), dikwijls ook Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS) genoemd, is een complexe, multi-systemische aandoening die wordt geassocieerd met een substantiële aantasting van de niveaus van aktiviteit en levenskwaliteit van voor de ziekte. Individuen met CVS vertonen meer symptomen tijdens en na verscheidene fysiologische belastingen, zoals fysieke inspanning, orthostatische stress en cognitieve taken. We rapporteerden dat een andere fysiologische uitdaging – neuromusculaire belasting – ook het potentieel heeft symptomen te verzwaren bij mensen met CVS. In een verkennende studie die blootstelling aan een periode van 12 minuten van progressief toenemende passieve ‘straight leg raise’ (SLR) in ruglig omvatte, vertoonden 2 jonge volwassenen met CVS een uitgesproken stijging qua vermoeidheid, cognitieve dysfunktie, duizeligheid en zicht-vervaging [Rowe PC, Fontaine KR, Violand RL. Neuromuscular strain as a contributor to cognitive and other symptoms in Chronic Fatigue Syndrome. Front Physiol. (2013) 4: 115]. Deze bevindingen werden uitgebreid in een grotere studie, waar 48 adolescenten en jonge volwassenen met CVS significant meer een abnormaal beweging-bereik hadden dan gezonde controles gematcht voor geslacht en mate van gewricht-hypermobiliteit. Bovendien hadden CVS-patiënten – in respons op bewegingen bij een fysiek onderzoek die bijdroegen tot een uitrekkende belasting van het zenuwstelsel en verwante ‘soft-tissues’ – meer kans op het ontwikkelen van abnormale symptomatische responsen op deze individuele manoeuvres/bewegingen en op de globale lichamelijke evaluatie [Rowe PC, Marden CL, Flaherty M, Jasion SE, Cranston EM, Johns AS, et al. Impaired range of motion of limbs and spine in Chronic Fatigue Syndrome. J Pediatrics. 2014; 165: 360-366]. Samen genomen zijn deze observaties consistent met een verminderde werking van het zenuwstelsel en de geassocieerde bindweefsels bij individuen met CVS, en met de hypothese dat verhoogde mechanische gevoeligheid kan bijdragen tot de ontwikkeling en verergering van CVS-symptomen.

Deze studie werd ontworpen voor het verder onderzoek van deze interaktie tussen CVS-symptomen en neuromusculaire belasting. We randomiseerden individuen met CVS en gezonde controles voor een echte passieve ‘straight leg raise’ neuromusculaire belasting of een ‘sham’ neuromusculaire belasting. Onze hypothese was dat de mensen met CVS die werden blootgesteld aan de echte belasting een grotere mate van symptoom-verergering zouden vertonen dan gezonde controles die aan dezelfde belasting werden blootgesteld, en dat de CVS-patiënten blootgesteld aan de echte belasting verhoogde vermoeidheid, lichamelijke pijn, duizeligheid, concentratie-problemen en hoofdpijn zouden rapporteren, alsook een grotere toename qua globale CVS-symptomen tijdens 24 uur na het manoeuvre, in vergelijking met zij die de nep belasting ondergingen.

Methodes

Studie-deelnemers

1994 ‘International Chronic Fatigue Syndrome Study Group’ criteria voor CVS; 16-55 jaar. […] Exclusie-criteria […] breuken, verrekkingen, chirurgie, gekende neuropathie, artritis, […], zwangerschap of ernstige obesitas. Gezonde controles met zelf-gerapporteeerde CVS of fibromyalgie, POTS, NMH, terugkerende syncope of ander gezondheid-aandoeningen die pijn en vermoeidheid veroorzaken, werden uitgesloten.

[…]

Studie-ontwerp

Na het invullen van een aantal ‘baseline’ vragenlijsten en na onderstaande metingen te hebben ondergaan, werden de deelnemers ruglig gepositioneerd in rust gedurende 15 min om de hartslag (HR) en bloeddruk (BP) te stabiliseren. Daarna volgde 15 min echte neuromusculaire belasting of 15 min ‘sham’ test (gerandomiseerd). De HR, BP en symptoom-intensiteit werden elke 5 min beoordeeld tijdens en 5 min na de belasting (echt of nep). 24 uur na het studie-bezoek werden de deelnemers telefonisch gecontacteerd om de mate van hun symptomen aan te geven.

Vragenlijsten bij ‘baseline’

Voor de belasting (echt of nep) werden de deelnemers beoordeeld op hun gezondheid-gerelateerde levenskwaliteit via:

  1. ‘Wellness score’, een deugdelijke en betrouwbare enkelvoudige meting die de respondenten vraagt een cijfer te geven aan hun algemeen gevoel van welzijn gedurende de voorbije maand (0 = dood; 100 = zo goed als een mens zich kan voelen as.
  2. ‘Multidimensional Fatigue Inventory’ (MFI), een schaal met 20 items die vermoeidheid bevraagt. Hogere scores duiden op ergere vermoeidheid.
  3. Symptoom-intensiteit, een subjectief cijfer (0-10: 0 = geen symptomen; 10 = grootste intensiteit) dat de respondent geeft aan de symptomen vermoeidheid, lichamelijke pijn, duizeligheid, concentratie-probelemen en hoofdpijn.
  4. ‘Wood Mental Fatigue Inventory’ (WMFI), een subjectieve schaal voor 9 mentale vermoeidheid symptomen. Hogere scores duiden op slechtere cognitieve prestaties.
  5. ‘Centre for Epidemiologic Studies-Depression Scale’ (CES-D), een vragenlijst met 20 items die een depressieve stemming meet. Hogere scores geven een grotere last qua depressieve symptomen aan.
  6. ‘Beck Anxiety Inventory’ (BAI), een schaal met 21 items (elk item 0-3). Scores van 0-21, 22-36, >36 duiden op erg lage, matige en hoge angst, respectievelijk.

‘Baseline’ onderzoeken

Alle deelnemers ondergingen een ‘tender-point’ onderzoek (gevoeligheid op de 18 plaatsen gespecificeerd in de 1990 ‘American College of Rheumatology’ fibromyalgie klassificatie-criteria). Er werd ook getest voor gewricht-hypermobiliteit (Beighton score-methode).

Belastende en ‘sham’ manoeuvres

Er werd de deelnemers verteld dat het doel van de studie was om de manier te meten waarop een belasting van de zenuwen en spieren van de benen de gebruikelijke CVS-symptomen aantast. Ze (CVS en gezonde controles) werden 1:1 gerandomiseerd in 2 groepen: echte neuromusculaire belasting of een geveinsde belasting (allebei 15 min). Om te verzekeren dat het beweging-bereik voor de groepen gelijkaardig was en om dit beweging-bereik te vergelijken tussen CVS en gezonde controles, ondergingen alle deelnemers een meting van het beweging-bereik bij passieve SLR vóór de studie-procedure. Tijdens deze meting kregen de deelnemers de instructie te melden wanneer ze enige uitrekking van het been voelden, zelfs een lichte: en dit werd beoordeeld als de aanvang van uitrekking. De heup-hoek voor deze stretch-aanvang werd opgetekend, alsook de hoek van het uiterste bereik. Het uiterste bereik werd gedefinieerd als de heup-hoek waarbij de deelnemers aangaven dat ze niet wilden dat het been nog verder werd opgeheven.

Omdat het beweging-bereik varieert, specificeerden we geen vooraf-bepaalde SLR-hoek voor de neuromusculaire belasting, aangezien een bepaalde hoek een onvoldoende belasting zou geven voor mensen met een verhoogd beweging-bereik, en uitermate oncomfortabel zou zijn voor mensen met een beperkt beweging-bereik. Daarom kozen we de midden-weg tussen de ‘stretch’-aanvang en uiterste bereik als de hoek voor de passieve SLR bij de echte neuromusculaire belasting.

Voor de 15 min passieve SLR belasting, ondersteunde het research-personeel passief het niet-dominant been bij de hiel met de heup van de deelnemer in een hoek en de knie in het verlengde van de heup-hoek, halverwege tussen de aanvang van de uitrekking en het eind-bereik. Voor de 15 min ‘sham’ SLR, positioneerde het research-personeel het niet-dominant been in een hoek van 5 graden heup-flexie met opgerolde handdoeken achter de knie en enkel om de neurale belasting en de kans op de ontwikkeling van symptomen te minimaliseren. De deelnemers kregen de instructie niet aktief mee te helpen d.m.v. spier-contractie om de positie van het been te behouden. Irrelevante/onnodige lidmaat-bewegingen werden afgeraden, en conversatie tussen staf-leden en de deelnemer werd beperkt tot enkel de essentiële instructies.

Hartslag en bloeddruk werden gemeten bij ‘baseline’ en elke 5 min […]. Bij ‘baseline’, elke 5 min tijdens het manoeuvre en 5 min nadien, vroeg de research-assistent de deelnemers om hun symptoom-intensiteit (0-10) verbaal te rapporteren. We kozen een verbale respons omdat het opschrijven onpraktisch was (deelnemers in ruglig en dit zou een extra neuromusculaire belasting van de bovenste ledematen hebben betekend, die zou interfereren met het meten van de respons op SLR.

Er werd alle deelnemers gevraagd zich te onthouden van matig-inspannende fysieke aktiviteit in de periode tussen het einde van de test en het follow-up telefoontje 24 uur erna. Na 24 uur werd de deelnemers gevraagd om hun symptoom intensiteit (0-10) op dat moment op te geven, alsook 2 korte vragenlijsten (‘Wellness Score’ & WMFI) te beantwoorden.

Grootte van de studie-groep en randomisatie-procedures

De belangrijkste vergelijking was het verschil qua symptoom-scores tussen individuen met CVS blootgesteld aan de echte neuromusculaire belasting of het nep manoeuvre. We beschouwden een 10% hogere symptoom-score (voor de 5 CVS-symptomen […] tijdens het studie-manoeuvre en 24 uur later als klinisch significant. Een staal-grootte van 30 per groep voor mensen met CVS had 80% ‘power’ om een 10% hogere toename qua symptomen te detekteren bij zij die de echte neuromusculaire belasting ondergingen. We kozen een groep gezonde controles om na te gaan of de impact van de studie-manoeuvres bij de CVS-individuen verschilde van die bij gezonde individuen. Op basis van een ‘pilot’-studie die aantoonde dat er een minimale impact was bij gezonde individuen, schatten we dat 20 gezonde controles zou volstaan. Er werden 2 afzonderlijke randomisatie-sequenties aangehouden: één voor de mensen met CVS en één voor de gezonde controles. […]

Statistische analyse

[…] Om de veranderingen qua individuele symptoom-intensiteit scores van ‘baseline’ naar respons op neuromusculaire belasting te evalueren, berekenden we 2 verandering-scores. Eén gebaseerd op de hoogste symptoom-intensiteit score (gerapporteerd tijdens de echte of ‘sham’ belasting), en de andere op de score 24 uur na de procedure. […]

Resultaten

Deelnemers

80 individuen (60 met CVS en 20 gezonde controles) registreerden voor de studie en ze vervolledigden allemaal het studie-protocol. Slechts 5 individuen in onze studie waren ingeschreven in de pediatrische CVS kliniek of had deelgenomen aan eerdere pediatrische CVS studies aan Johns Hopkins [University School of Medicine]. Er was geen verschil tussen CVS en gezonde controles wat betreft demografische variabelen.

Zoals verwacht rapporteerden individuen met CVS op alle metingen voor levenskwaliteit een significant slechtere funktie dan gezonde controles (P < 0.001). De gemiddelde (± SD) hoek van het middenpunt tussen de aanvang van uitrekking en het eind-bereik voor de SLR was 71 (± 14) graden voor de gezonde controles en 61 (± 17) voor de mensen met CVS (P = 0.02).  […]

De randomisering gaf gelijkaardige resultaten qua demografische, levenskwaliteit- en onderzoek-variabelen voor de belasting- en ‘sham’-groepen voor zowel gezonde controles als CVS-deelnemers.

Primaire uitkomsten

De individuele en samengestelde symptoom-intensiteit scores bij ‘baseline’, na 5, 10 & 15 min belasting, en 5 min & 24 uur nadien: 2 factoren beperkten het vermogen een echte verandering in symptomen te identificeren gebruikmakend van statistisch niet-aangepaste technieken. Ten eerste: vermoeidheid-intensiteit scores waren significant hoger bij ‘baseline’ voor de CVS’ sham’-groep dan de CVS belasting-groep (6,54 [± 1,67] vs. 5,38 [± 2,34]; P = 0.03). Ten tweede: bij de 60 CVS-deelnemers hadden 17% minstens één symptoom-score van 9 of 10 bij ‘baseline’, wat dus hun vermogen beperkte om een toename voor deze symptomen te rapporteren omwille van een plafond-effekt van de 0-10 schaal. Daarom gebruikten we regressie-analyse om de verschillen qua symptoom-intensiteit verandering na aanpassing voor ‘baseline’ waarden te onderzoeken.

Veranderingen qua individuele scores voor symptoom-intensiteit tijdens en 24 uur na het manoeuvre

CVS Belasting vs. Controle Belasting. We bekeken de voornaamste verschillen tussen groepen wat betreft symptoom-intensiteit (de hoogste symptoom-score tijdens de neuromusculaire belasting of na 24 uur minus de ‘baseline’ score). Vergeleken met de gezonde controles blootgesteld aan 15 min SLR, hadden CVS-deelnemers blootgesteld aan dezelfde neuromusculaire belasting een significant grotere gemiddelde verandering qua intensiteit van alle symptomen, aangepast voor ‘baseline’ waarden tijdens het manoeuvre. Bv.: de gemiddelde […] verandering in vermoeidheid-intensiteit was 2,78 punten hoger bij CVS-patiënten dan bij gezonde controles, en de gemiddelde verandering qua lichamelijke pijn was bij hen 2,05 punten hoger bij. Ook 24 uur na het manoeuvre, had de CVS belasting groep een significant grotere verandering qua symptoom-intensiteit vergeleken met de gezonde controles blootgesteld aan de belasting voor alle symptomen uitgezonderd hoofdpijn.

CVS Belasting vs. CVS ‘Sham’. Tijdens het manoeuvre, was het gemiddeld verschil tussen ‘baseline’ en piek symptoom-intensiteit 0,94 punten groter in de CVS belasting groep dan in de CVS ‘sham’-groep voor lichamelijke pijn, en 1,13 punter hoger in de CVS belasting groep voor concentratie-problemen. Het gemiddelde verschil qua vermoeidheid-graad was 0,72 punten hoger in de belasting groep (lichtjes significant). Veranderingen qua duizeligheid-intensiteit of en hoofdpijn verschilden niet tussen de groepen tijdens de belasting.

Ondanks het feit dat er geen verschil was qua duizeligheid tijdens de belasting, hadden de mensen in de CVS belasting groep 24 uur na het manoeuvre gemiddelde scores die 1,75 punten hoger waren. Er waren geen andere veranderingen qua individuele symptoom-intensiteit scores verschillend tussen de groepen 24 uur na het manoeuvre.

Veranderingen qua samengestelde symptoom-intensiteit scores tijdens en 24 uur na de belasting

CVS Belasting vs. Controle Belasting. Het gemiddeld verschil qua verandering van de samengestelde symptoom-score tijdens de belasting was 9,46 punten hoger bij de CVS-deelnemers dan in gezonde controle groep (P < 0.001). Het gemiddeld verschil qua samengestelde symptoom-scores na 24 uur t.o.v. ‘baseline’ was ook hoger (P < 0.001).

CVS Belasting vs. CVS ‘Sham’. CVS belasting deelnemers hadden een significant groter gemiddeld verschil van 3,52 punten voor de samengestelde symptoom-score tijdens de belasting dan CVS-patiënten die werden blootgesteld aan het nep-manoeuvre. Het gemiddeld verschil voor de samengestelde symptoom-score lag 4,30 punten hoger in de CVS belasting groep dan in de CVS ‘sham’-groep 24 uur na de belasting.

Aantal personen met veranderingen qua symptoom-intensiteit scores van ≥ 2 punten tijdens en 24 uur na de belasting

De hoge ‘baseline’ scores van 9 of 10 voor minstens één symptoom bij 17% dan de CVS-individuen betekende een potentieel tot het onderschatten van de grootte-orde van verandering qua symptomen in respons op het manoeuvre omwille van een plafond-effekt. Om dit aan te pakken voerden we ook een post-hoc analyse uit van het deel individuen dat een verhoging van minstens 2 punten voor minstens 1 symptoom, minstens 2 symptomen of minstens 3 symptomen tijdens en 24 uur na de belasting rapporteerde. Een significant hoger deel van de CVS belasting groep had een verhoging van minstens 2 punten qua symptoom-intensiteit voor minstens 1 symptoom (84% vs. 61%; P = 0.04), minstens 2 symptomen (63% vs. 36%; P = 0.04) of minstens 3 symptoms (47% vs. 14%; P = 0.01) t.o.v. de CVS ‘sham’ groep. Het verschil tussen CVS belasting en ‘sham’ was significant 24 uur na de test voor een verandering van minstens 2 punten voor minimum 3 symptomen (44% vs. 18%; P = 0.03).

De gemiddelde (± SD) ‘wellness’ score verschilde niet tussen de CVS belasting en ‘sham’ groepen 24 uur na de belasting [43 (± 18) vs. 48 (± 22); P = 0.40]; zo ook de ‘Wood Mental Fatigue Inventory’ score [17 (± 9) vs. 15 (± 8); P = 0.25].

Secundaire uitkomsten

Verschillen qua hartslag en bloeddruk. De gemiddelde (± SD) systolisch BP was gelijkaardig voor de CVS belasting en sham groepen bij ‘baseline’ [121 (± 14) vs. 116 (± 17); P = 0.22], alsook de diastolische BP [71 (± 8) vs. 71 (± 10); P = 0.80) en de HR [72 (± 12) vs. 71 (± 12); P = 0.84]. Er waren geen verschillen tussen de groepen na 15 min belasting (alle P > 0.10).

Bespreking

De voornaamste bevinding van deze studie is dat een aangehouden longitudinale belasting toegepast op de neurale en zachte weefsels van het been geassocieerd waren met een verhoogde intensiteit van kardinale CVS-symptomen tijdens en tot 24 na het manoeuvre. De mensen met CVS blootgesteld aan een passieve SLR van 15 min hadden een significant grotere intensifiëring van alle symptomen vergeleken met gezonde controles blootgesteld aan dezelfde belasting, en een grotere verslechtering van symptomen dan CVS-individuen blootgesteld aan een geveinsde belasting. Bij de mensen met CVS was het verschil tussen de SLR- en ‘sham’-groepen evident als men de individuele symptomen lichamelijke pijn en verstoorde concentratie voor deze groepen vergeleek, en de gecombineerde symptoom-score. 24 uur na het studie-manoeuvre hadden de CVS-individuen in de belasting groep significant meer duizeligheid en een hogere gecombineerde symptoom-score dan degenen in de CVS ‘sham’ groep. Deze verschillen qua symptoom-intensiteit scores waren relatief bescheiden. De veranderingen qua symptoom-intensiteit waren duidelijker wanneer de toenames van de symptoom-scores van minstens 2 punten werden beoordeeld. Vergeleken met deze van de CVS ‘sham’ groep rapporteerde een significant hogere proportie van de CVS-individuen in de belasting-groep verhogingen van minstens 2 punten voor minstens 1, 2 of 3 symptomen tijdens het studie-manoeuvre (47% vs. 14% voor een verandering van minimum 2 punten voor ten minste 3 symptomen; P = 0.01), en een hoger aantal rapporteerde een toename van minstens 2 punten voor minimum 3 symptomen 24 uur er na (44% vs. 18%; P = 0.03).

Van belang: 24 uur na de test rapporteerden gezonde controles in de belasting-groep meer symptoom-veranderingen van minstens 2 punten voor eender wel symptoom (44% vs 9%), een lichtjes significant verschil. Hoewel de studie niet was ontworpen om statistische vergelijkingen tussen de 2 gezonde controle-groepen uit te voeren, suggereerden de geobserveerde symptoom-veranderingen dat de passieve SLR wellicht een brede fysiologische uitdaging is voor iedereen, maar inspanning, orthostatische stress en cognitieve stress worden veel intenser ervaren door mensen met CVS.

Deze bevindingen complementeren eerdere ‘pilot’-gegevens die een uitgesproken verandering qua vermoeidheid, mentale wazigheid en duizeligheid tijdens een progressieve toename bij 12 min SLR beschrijven [zie Rowe et al. (2013) hierboven]. Onze resultaten zijn ook een uitbreiding van een onderzoek omtrent het beweging-bereik van ledematen en ruggegraat bij 48 adolescenten & jong-volwassenen met CVS, en 48 gezonde controles gematcht voor geslacht en de graad van gewricht-hypermobiliteit. In dat onderzoek beoordeelden we het beweging-bereik in respons op courant-gebruikte technieken bij lichamelijk onderzoek die ook bijdragen tot de verlenging-belasting op het zenuwstelsel en verwante ‘soft-tissues’; met inbegrip van een passieve SLR van slechts enkele seconden lang. Van de 11 onderzochte lidmaat- en ruggegraat-gebieden hadden individuen met CVS een hoger mediaan aantal gebieden met abnormaal beweging-bereik (5 vs. 2, P < 0.001), en ze ontwikkelden meer abnormale symptomatische responsen op testen van het beweging-bereik dan gezonde controles [zie Rowe et al. (2014) hierboven].

Biomechanische en fysiologische overwegingen omtrent SLR

Hoewel de resultaten van deze studie bevestigen dat individuen met CVS een verhoogde gevoeligheid voor SLR hebben in vergelijking met gezonde individuen, zijn de mechanismen voor het omzetten van die neuromusculaire belasting naar verhoogde symptomen onbekend. De strukturele en biochemische responsen van het zenuwstelsel op fysieke stress en verlenging-belasting zijn relevant voor deze discussie. Gedurende de voorbije tientallen jaren hebben researchers de interaktie onderzocht tussen zenuw-mechanica en zenuw-funktie. De normale adaptatie van het zenuwstelsel aan het bereik van ledematen- en romp-beweging in het dagelijks leven omvatten accommoderende veranderingen in lengte en het glijden van de zenuwen in fasciale beddingen [fascia = bindweefsel-band onder de huid]. Bv.: de inhoud van het spinaal kanaal [wervelkanaal = kanaal binnenin de wervelkolom waarin zich ook het ruggenmerg bevindt] (inclusief hersenvliezen [meninges; lopen door tot aan het einde van het ruggemerg] en bloedvaten) moet verlengen om zich aan te passen aan een lengte-verandering van het spinaal kanaal van niet minder dan 5-9 cm, wanneer een persoon zich beweegt van een houding van volledige achterwaartse buiging van de ruggegraat naar volledige voorwaartse buiging. Het ruggemerg, de hersenvliezen en ondersteund vaatstelsel moeten veranderingen in lengte ondergaan om zich aan te passen voor deze verlenging van het kanaal zonder de conductiviteit of andere neurale funktie te wijzigen.

Het is goed bewezen in studies op lijken dat passieve SLR een caudale [naar de onderzijde toe] tractie uitoefent op de perifere zenuwen, ‘dorsal root’ ganglia, lumbosacrale zenuw-wortels, meninges en de sympathische keten van de benen. Er wordt verwacht dat de dicht bezenuwde thoracodorsale [aan de achterkant van de borstkas] fascia dezelfde krachten ondervindt. Bewijsmateriaal afkomstig van menselijke lijken en van experimenten bij dieren suggereren dat SLR ook een uitrekking-belasting over de ganse lengte van het ruggemerg geeft. De caudale verplaatsing van de lumbosacrale [overgang tussen lenden- (lumbale) wervels en bekken- (sacrale) wervels] zenuw-wortels en het ruggemerg bij levende wezens werd bevestigd. Via MRI-technieken identificeerde men een gemiddelde caudale verplaatsing van 3,5 mm van de conus medullaris [op een punt uitlopend onderste deel van het ruggemerg] bij 60° passieve SLR. Van belang: 60° passieve SLR is dezelfde gemiddelde verplaatsing die werd opgenomen voor de CVS-deelnemers in onze studie. Zodoende kon de neurale en ‘soft-tissue’ belasting een gelijkaardige caudale belasting hebben uitgeoefend op het ruggemerg en z’n omhulsels bij onze deelnemers.

Er kunnen 2 verdere fysiologische gevolgen van spanning op het ruggemerg tijdens SLR worden geconcludeerd. Ten eerste: verhoogde mechanische belasting binnen het ruggemerg – die kan worden veroorzaakt door verworven segmentale [van de rugwervels], positionele dysfunkties in de ruggegraat, of via ‘tethering’ [fixerende] of vervormende stressoren die de wervelkolom, dura [dura mater = het harde hersenvlies] en sympathische keten aantasten – zou een longitudinale opspanning van spinale bloedvaten kunnen veroorzaken; het resultaat daarvan is vernauwing van de diameter van het lumen [bloedvat-holte]. Bij dieren-experimenten werd aangetoond dat applicatie van een distractie-belasting op het ruggemerg [distractie speelt een rol bij veel ruggemerg-letsels; hier wordt bedoeld: een agitatie die leidt tot hyper-extensie (uitrekking)] resulteert in zuurstof-tekort in het ruggemerg, met als gevolg progressieve stoornissen van de bloeddoorstroming van het ruggemerg naar mate de belasting stijgt. Researchers hebben de beschikbaarheid van zuurstof voor neuronale mitochondrieën gemeten in een dieren-model voor ‘tethered cord syndrome’ [door uitrekking geïnduceerde funktionele aandoening geassocieerd met het fixatie (‘tethering’) -effekt van niet-elastisch weefsel op het caudaal ruggemerg, waardoor z’n beweging wordt beperkt]. Naar mate de belasting verhoogde was er bewijs voor […] mitochondriale dysfunktie. Japanese onderzoekers toonden aan dat de bloeddoorstroming in de zenuw-wortels gedaald was met gemiddeld 71% vergeleken met ‘baseline’ tijdens intra-operatieve SLR bij mensen met zenuw-wortel compressie te wijten aan uitgestulpte tussenwervel-schijven. Hoewel men zou verwachten dat SLR in onze studie niet ernstig genoeg is om te resulteren in de ischemische verandering die wordt gezien bij distractie of ‘tethered cord’, of bij de gedaalde bloeddoorstroming van de zenuw-wortels die wordt gezien bij ernstige degeneratie van tussenwervel-schijven, geven deze observaties het potentieel aan van passieve SLR belasting als bijdrage tot minstens voorbijgaande veranderingen qua endotheliale stress en voorbijgaande daling van de bloeddoorstroming naar de zenuw-wortels en mogelijks naar ruggmerg-neuronen.

Ten tweede: spanning van de SLR wordt doorgegeven van het epineurium [buitenste laag dicht onregelmatig bindweefsel rondom een perifere zenuw] van de nervus sciaticus [heupzenuw; ontspringt bij de lendenwervels] naar de durale omhulsels van de geassocieerde zenuw-wortels en naar de durale buis in het spinaal kanaal. Mest-cellen liggen verspreid over gans het zenuwstelsel, inclusief de dura. Mest-cellen staan er ook om bekend te degranuleren in respons op uitrekking. De afgifte van histamine, prostaglandinen en andere biologisch aktieve substanties in mest-cellen kan potentieel zowel acute als vertraagde symptomen veroorzaken in respons op SLR. Er werd gehypothiseerd dat mest-cel aktivatie een pathofysiologische factor is bij CVS [Theoharides TC et al. Chronic Fatigue Syndrome, mast cells and tricyclic antidepressants. J Clin Psychopharmacology. (2005) 25: 515-520; zoek ook ‘mest-cellen’ op deze paginas], alsook bij de pathogenese van symptomen in subsets patiënten met posturale tachycardie syndroom en gewricht-hypermobiliteit syndromen, 2 co-morbide aandoeningen met een verhoogde prevalentie bij CVS [Rowe PC et al. Orthostatic intolerance and Chronic Fatigue Syndrome associated with Ehlers-Danlos syndrome. J Pediatr. (1999) 135: 494-499].

Speculaties aangaande de pathofysiologie van verhoogde symptomen in respons op SLR bij CVS

In de context van deze fysiologische correlaten van SLR: waarom zou dit manoeuvre geassocieerd zijn met slechts minimale verstoring bij gezonde individuen maar toch een significante verergering van de symptomen veroorzaken bij mensen met CVS? Theorieën over de pathogenese van CVS-symptomen impliceren verhoogde sensitiviteit van het zenuwstelsel voor fysieke, orthostatische en cognitieve stressoren [Nijs J et al. In the mind or in the brain? Scientific evidence for central sensitisation in Chronic Fatigue Syndrome. Eur J Clin Invest. (2012) 42: 203-212; zie ook: ‘Centrale sensitisatie & pijn-behandeling]. Onder de gehypothiseerde mechanismen voor zenuwstelsel-sensitiviteit: (a) een persistente en abnormale stress-respons op een waaier aan precipiterende en bestendigende omstandigheden, (b) reducties van de cerebrale bloeddoorstroming, een ‘downstream’ effekt dat leidt tot een verhoging van het anaëroob metabolisme, ondersteund door observaties omtrent verhoogd ventriculair lactaat bij CVS-patiënten t.o.v. gezonde of depressieve controles en (c) neuro-inflammatie in respons op infektie, auto-immune inflammatie of andere factoren. In een kleine gecontroleerde studie identificeerden Nakatomi et al. (gebruikmakend van PET-scanning) toegenomen binding van een ligand voor een 18 kDa translocator proteïne (TPSO) dat tot expressie komt op geaktiveerde microglia. Individuen met CVS vertoonden significant meer binding dan gezonde controles in het midden-brein, de pons en thalamus (allemaal P < 0.01); de binding was nauw gecorreleerd met vermoeidheid-graad, cognitieve stoornissen, pijn en metingen van depressie. Hoewel mechanismen voor microgliale aktivatie niet werden onderzocht in de studie van het team rond Nakatomi, zouden meerdere van de voorgestelde mechanismen voor CVS-symptomatologie consistent kunnen zijn met veranderingen in microgliale aktiviteit, inclusief gereduceerde cerebrale bloeddoorstroming, sympathische aktivatie, mest-cel aktivatie of volgehouden immunologische responsen op een initiërende infektie.

In het licht van deze observaties, speculeren we dat de toename qua CVS-symptomen na het opleggen van een normaal-gezien milde mechanische belasting zoals SLR consistent zou kunnen zijn met de aanwezigheid van een niet-meegaand of mechanisch gesensitiseerd zenuwstelsel. Dezelfde belasting wordt goed verdragen door personen met een niet-gesensitiseerd zenuwstelsel. De ontwikkeling van symptomen zoals concentratie-moeilijkheden en lichamelijke pijn binnen 15 min van de aanvang van de neuromusculaire belasting is consistent met SLR die een acute fysiologische respons opwekt, en die waarschijnlijk de autonome tonus of cerebrale bloeddoorstroming aantast. Het aanhouden of opkomen van verhoogde symptomen de 24 uur na de neuromusculaire belasting is analoog met de gen-expressie wijzigingen die werden gerapporteerd in de 24-48 uren na inspanning bij CVS [Light AR et al. Moderate exercise increases expression for sensory, adrenergic and immune genes in Chronic Fatigue Syndrome patients but not in normal subjects. J Pain. (2009) 10: 1099-1112].

Studie-beperkingen

Deze studie biedt een initiële beschrijving van de respons op SLR van mensen met CVS. Er waren meerdere beperkingen. We zijn er van overtuigd dat de CVS-deelnemers in de SLR en ‘sham’ belasting groepen gelijkaardige demografische karakteristieken, ziekte-duur en ernst, en gezondheid-gerelateerde levenskwaliteit hadden. Dit suggereert dat de randomisering succesvol was en dat de resultaten verschillen qua respons op het studie-manoeuvre weerspiegelen i.p.v. verschillen qua ziekte-ernst. Het dient nog te worden bezien of de resultaten die we rapporteren gelijkaardig zouden zijn in andere groepen met CVS, bij mensen met een andere ziekte-duur of individuen met een verschillend niveau qua fysiek funktioneren.

Fibromyalgie is een aandoening met een substantiële overlap met CVS: naar schatting 30-70% van de volwassen met CVS zijn aangetast. Sommigen van onze studie-populatie voldeden aan de criteria voor fibromyalgie maar we hebben niet geprobeerd om deze subset te differentiëren. Omdat de fibromyalgie ‘tender-point’ scores niet verschilden tussen de CVS belasting en ‘sham’ groepen bij ‘baseline’, is het onwaarschijnlijk dat er een onevenwichtige verdeling over de experimentele groepen zou zijn van mensen met fibromyalgie. In toekomstige studies kan de onafhankelijke impact van fibromyalgie worden geëvalueerd door het opnemen van groepen die enkel aan de CVS-criteria voldoen, fibromyalgie zonder CVS, of beide aandoeningen.

De studie was gerandomiseerd maar blindering van de deelnemers voor de graad van SLR was niet mogelijk. De mogelijkheid voor vooringenomen rapportering van symptoom-scores door individuen uit de belasting-groep kan niet worden uitgesloten.

We hebben geen metingen verricht die verder gaan dan de 24 uur dus kunnen we geen definitieve commentaar geven omtrent de duur van de symptoom-verergeringen na het manoeuvre. Niettemin suggereren onze resultaten dat neuromusculaire belasting een mechanisme is voor de generatie van post-exertionele verslechtering van symptomen, wat wordt beschouwd als een definiërend kenmerk van CVS. We hebben ook geen veranderingen van biomerkers gemeten op 24 of 48 uur, maar die zijn belangrijk genoeg om op te nemen in toekomstige studies.

De impact van de neuromusculaire belasting zou onderschat kunnen geweest zijn omdat sommige individuen symptoom-intensiteit scores hadden in het hoogste deel van het 0-10 meetbereik bij ‘baseline’. Zonder een objectieve maatstaf voor vermoeidheid en pijn, vertrouwden we op verbale zelf-rapportering van symptomen als primaire uitkomst. Voor degenen met een hoge ‘baseline’ score van 9 of 10, zou het onmogelijk zijn geweest te meten of symptomen substantieel erger werden na het SLR-manoeuvre. In toekomstige studies zouden mogelijke manieren om dit probleem aan te pakken kunnen zijn: individuen uitsluiten met de hoogste ‘baseline’ symptoom-scores, deelnemers vragen de graad van verbetering of verslechtering van symptomen op een Likert-schaal te rapporteren of het opnemen van een patient en klinicus globale score (die de symptoom-intensiteit scores kan aanvullen) voor klinische impressie van verandering op het einde van het manoeuvre. Gevalideerde metingen voor symptoom-verandering zoals de ‘Fatigue and Energy Scale’ hebben het potentieel een verbeterde methode te bieden voor het meten van verandering na provocatie-manoeuvres.

In een studie met gerandomiseerde toewijzing tot de fysiologische belasting, zijn elke gemeten verschillen tussen de CVS belasting en ‘sham’ groepen waarschijnlijk gerelateerd met het studie-manoeuvre. De randomisering zou de kans hebben verminderd van uitgesproken variabiliteit in de mate van orthostatische stress, lichamelijke inspanning of cognitieve stress in de 24 uur na het studie-bezoek. In afwezigheid van een aktiviteit-meting kunnen we echter een bepaalde invloed van deze factoren op de 24-uur symptoom-scores niet uitsluiten.

Individuen met CVS kunnen een verstoord beweging-bereik en mechano-sensitiviteit in gebieden buiten de onderste ledematen hebben, waardoor het SLR-manoeuvre misschien onvoldoende was om symptomen uit te lokken. Voor deze studie werd een eenvoudige neuromusculaire belasting geselekteerd die gemeenzaam is voor de meeste klinici, als een manier om het concept van mechanische belasting te introduceren. Toekomstige studies aangaande het fenomeen dat we hebben gezien kunnen verschillende plaatsen voor neuromusculaire belasting of strukturele differentiatie-manoeuvres toevoegen die de neurale van de myofasciale bronnen van de symptomen beter kunnen onderscheiden. Er kunnen methodes worden opgenomen om het manoeuvre te verfijnen en de weefsel-specificiteit te verhogen: de toevoeging van cervicale flexie [buiging halswervels] of enkel dorsiflexie [naar achter buigen van hand/voet] terwijl het been in de SLR-positie word gehouden. Een rapportering van symptoom-toename of -afname samen met gewricht-beweging op lokaties buiten de bevestiging-punten van de belaste spieren zou zenuw-betrokkenheid eerder dan spier-betrokkenheid impliceren.

Implicaties en toekomstige richtingen

Onze bevindingen hebben praktische implicaties voor het begrijpen van waarom inspanning en de aktiviteiten van het dagelijks leven in staat zijn of CVS-symptomen uit te lokken. Als een eenvoudige en relatief korte passieve SLR-belasting symptomen kan uitlokken, dan zou langdurige of overmatige belastingen buiten het gebruikelijk beweging-bereik in het dagelijks leven worden gevolgd door een gelijkaardige verslechtering. Een courante positie die de heup-hoek van een SLR-manoeuvre benadert, is lang zitten; zoals kan optreden bij het in bed liggen met kussens om de ruggegraat te ondersteunen of bij zitten met het rechter-been gestrekt en de armen uitgestoken tijdens het auto-rijden. Van elk van deze houdingen kan worden verwacht dat ze mechanische spanning toevoegen aan het zenuwstelsel. Dergelijke spanning zou kunnen worden verhoogd door dorsiflexie van de enkel of strekken van voet/tenen. Verder kunnen sommige slaap- of achterovergeleunde houdingen de CVS-symptomen doen toenemen, ondanks het feit dat ze lijken op rust- en herstel-houdingen. Net zoals bij een persoon met beperkte maar symptoom-vrije SLR die met grote passen wandelt of loopt, repetitieve uitrekking-belastingen van de ledematen of ruggegraat makkelijk CVS-symptomen kunnen induceren. Staan in kousen of platte schoenen verhoogt op dezelfde manier de mechanische spanning in zenuw-weefsels. De aanwezigheid van dergelijke genuanceerde maar grondige middelen voor het genereren van symptomen heeft praktische implicaties voor de zorg voor patiënten. Er kan worden verwacht dat de mensen met meer uitgesproken beperkingen van het beweging-bereik of sterkere symptomatische responsen op longitudinale belasting van de zenuwen en ‘soft-tissues’ het moeilijker hebben om inspanning te verdragen. Het is redelijk om te hypothiseren dat het behandelen van deze gebieden van beweging-beperking – vooraleer over te gaan tot meer inspannende aktiviteiten – de mogelijkheid van CVS-patiënten om graduele inspanning te verdragen zou kunnen verbeteren. Consistent met deze hypothese is dat bij volwassenen met een verwante aandoening, fibromyalgie, een gerandomiseerde proef betreffende neurale [neurodynamische] mobilisatie [manipulaties bedoeld om het dynamische evenwicht tussen de beweging van neurale weefsels en omliggende te herstellen] als behandeling verbeteringen qua pijn, vermoeidheid en nadelige neurale spanning heeft aangetoond. Er zijn verdere studies vereist om de prevalentie, risico-factoren en impact van neuromusculaire belasting bij CVS beter te begrijpen, en de optimale methodes voor het herstellen van de normale funktie van de patiënten.

november 19, 2016

Inspanning-geïnduceerde mitochondriale dysfunktie

Filed under: Celbiologie,Inspanning — mewetenschap @ 8:02 am
Tags: , , , , , ,

Onderstaand literatuur-overzicht, geschreven door een professor/arts met een post-graduaat inspanning-geneeskunde -hij is o.a. directeur van het ‘Human Performance Laboratory’ van de univeristeit van Belgrado; zijn research focust op de fysiologische responsen op maximale en sub-maximale inspanning – handelt niet zo zeer over M.E.(cvs) maar geeft o.i. wel aanwijzingen over wat er mogelijks gebeurt in de mitochondrieën wanneer mensen met deze aandoening zich inspannen (oefenen/trainen) in een mate die hun grenzen overschrijdt. Het bevestigt naar onze mening dat oefen-therapie die niet om maat is van de patient wel degelijk nog meer schade kan aanrichten en dus niet is aangewezen. Een duidelijke boodschap naar de dames en heren kine-/fysiotherapeuten! De auteur geeft ook enkele behandel-strategieën mee om schade aan de mitochondrieën te voorkomen/herstellen…

Lees – onder andere – ook: ‘M.E.(cvs) als Mitochondriale Ziekte’, ‘Verder onderzoek van mitochondriale funktie in spieren bij M.E.(cvs)’, ‘Mitochondriale dysfunktie – Differentiërende merker tussen CVS & FM?’, …

————————-

Clinical Science (2016) 130: 1407-16

Exercise-induced mitochondrial dysfunction: A myth or reality?

Sergej M. Ostojic

Faculty of Sport and Physical Education, University of Novi Sad, Serbia School of Medicine, University of Belgrade, Serbia

Samenvatting

De voordelige effekten van lichamelijke aktiviteit op mitochondriale gezondheid – waarbij regelmatige inspanning de kwaliteit en de kwantiteit van de mitochondrieën verbetert in de normale gezonde populatie – zijn goed onderbouwd in de wetenschappelijke literatuur, alsook bij cardiometabole en neurodegeneratieve aandoeningen, en ouder-worden. Meerder studies stelden echter vragen bij dit paradigma, suggererend dat extreem zware of uitputtende inspanning mitochondriale stoornissen bevordert die permanente schade kunnen toebrengen aan de werking ervan bij gezondheid en ziekte. Inspanning-geïnduceerde mitochondriale dysfunktie (‘exercise-induced mitochondrial dysfunction’, EIMD) zou een bepalende factor kunnen zijn voor negatieve gevolgen van uitputtende inspanning, als pathofysiologisch substraat van hart-abnormaliteiten, Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) of spier-degeneratie. Hier geven we een overzicht van de mogelijke factoren die negatieve effekten van uitputtende inspanning op de mitochondriale funktie en struktuur mediëren, en opperen we alternatieve oplossingen voor het management van EIMD.

Inleiding

Mitochondrieën worden al lang erkend als een sleutel-element van cellulaire levensvatbaarheid; het organel bleek betrokken bij een overvloed aan fundamentele levensprocessen. Het zijn de voornaamste cellulaire energie-bronnen (oxidatieve fosforylatie), belangrijke regulatoren van de redox-produktie en -signalisering, modulatoren van de calcium-homeostase, haem-biosynthese en gebruik van aminozuren, en belangrijke spelers bij de controle van stress-responsen en apoptotische cel-dood. Het behouden van de mitochondriale werking lijkt de belangrijkste determinant te zijn voor een lange levensduur, terwijl een dysfunktie myopathieën, neurodegeneratieve en cardiometabole aandoeningen, kanker en veroudering vergezelt of triggert. Het organel wordt zo een belangrijk doelwit voor verschillende farmacologische en niet-farmacologische interventies om mitochondriale dysfunktie aan te pakken, waarbij inspanning dikwijls gesuggereerd wordt als de te kiezen therapie. Veel studies hebben gerapporteerd over voordelige effekten van lichamelijke inspanning op mitochondriale inhoud en funktie, waarbij regelmatige inspanning tekenen en symptomen van mitochondriale dusfunktie bij veroudering, diabetes en hersen-aandoening verlicht. Meerdere studies stelden echter vraagtekens bij dit paradigma, suggererend dat extreem zware of langdurige inspanning eigenlijk mitochondriale stoornissen zou induceren die de werking permanent zouden aantasten. Een groep van de ‘University of Cape Town Medical School’ rapporteerden over een geval van een klaarblijkelijk gezonde top-atleet die een onomkeerbare mitochondriale dysfunktie ontwikkelde na jaren van uitputtende training. [St Clair Gibson et al. Exercise-induced mitochondrial dysfunction in an elite athlete. Clin. J. Sport Med. (1998) 8: 52-55] Daarnaast suggereerden meerdere studies bij knaagdieren dat uitputtende inspanning een inhibitie van mitochondriale fosforylatie-aktiviteit zou kunnen induceren en moeilijk te herstellen mtDNA-deleties en cel-dood. Het lijkt er op dat inspanning de mitochondriale struktuur en werking sterk aantast, maar toch blijft de richting en de graad van verandering open voor discussie. In dit artikel zal ik mogelijke factoren die de negatieve effekten van inspanning op mitochondriale funktie mediëren bespreken en alternatieve oplossingen voor het managen van inspanning-geïnduceerde mitochondriale schade naar voor brengen.

Voordelige effekten van inspanning op mitochondriale funktie

Eén van de klassieke responsen op inspanning is een verhoogd aantal en betere funktie van mitochondrieën, waarbij een verbeterde kwaliteit en kwantiteit nauw verband houdt met meerdere positieve gezondheid-effekten die worden gerapporteerd na training. Na de voorbijgaande daling qua mitochondriale prestaties die worden gezien onmiddellijk na een inspanning, verhoogt de mitochondriale biogenese – met gunstige veranderingen qua mitochondriaal volume en aantal [na 7 à 10 dagen 2u/dag fiets-training bij gezonde mensen!]. De organellen vermeerderen in grootte en densiteit, het verbruik van mitochondriale brandstof verschuift naar een toegenomen verbruik van lipiden en de capaciteit qua mitochondriale enzymen breidt uit [7 weken uithouding-training door gezonde mensen!]. Bijgevolg verhogen de oxidatieve capaciteit en de inspanning-prestaties. Het lijkt dat regelmatige inspanning een positieve invloed heeft op de expressie van PGC-1α [‘peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator 1-α’; lid van een familie van transcriptie co-aktivatoren die een centrale rol speelt bij de regulering van het cellulair energie-metabolisme], een belangrijke regulator van de mitochondriale biogenese en funktie. Uithouding-training lijkt hiervoor bijzonder doeltreffend: zelfs een enkele aërobe inspanning van 60 min induceert wijzigingen qua gen-expressie die de mitochondrieën in inspannende en niet- inspannende spieren van gezonde mannen positief beïnvloedt. Gunstige mitochondriale aanpassingen na regelmatige inspanningen werden ook gerapporteerd bij patiënten met verschillende aandoeningen [diabetes en Alzheimer’s & Parkinson’s] of ouder-wordenden [4-6 sessies/week van 30-40 min, gedurende 12 weken]. Na regelmatige aërobe inspanning verbetert zelfs de funktie van ernstig beschadigde mitochondrieën [mitochondriale myopathie]. Er is echter veel minder geweten over het dosis-respons verband tussen gunstige mitochondriale veranderingen en de intensiteit/volume inspanning. Meerdere studies brachten zeer intensieve inspanning naar voor als een doeltreffend model voor het verbeteren van de mitochondriale biogenese en funktie. Aan de andere kant rapporteerde een studie dat PGC-1α mRNA-expressie negatief gecorreleerd was met inspanning-intensiteit [Mille-Hamard L et al. Transcriptional modulation of mitochondria biogenesis pathway at and above critical speed in mice. Mol. Cell. (2015) Biochem. 405: 223-232], wat suggereert dat de transcriptie-aktiviteit van de mitochondriale biogenese signalisering-cascade gevoelig is voor inspanning-intensiteit. Optimalisatie van de inspanning-belasting kan van cruciaal belang zijn voor specifieke mitochondriale aanpassingen, maar of verschillende intensiteiten biologisch verschillende mechanismen betrokken bij ‘acclimatisatie aan inspanning’ opleveren, blijft momenteel nog onbekend.

Mitochondriale dysfunktie geïnduceerd door inspanning

De term ‘dysfunktionele mitochondrieën’ wordt veel gebruikt in de cel-biologie, bio-energetische research en klinische geneeskunde. De precieze definitie is echter nogal moeilijk, en hangt af van het feit of dysfunktie bepaald dient te worden via geïsoleerde organellen, intacte cellen of in vivo, en welke biomerkers (klinische of experimentele) beschikbaar zijn voor de beoordeling van mitochondriale prestaties. Gewoonlijk wordt mitochondriale dysfunktie gedefinieerd als een verstoord vermogen van de mitochondrieën om ATP – de belangrijkste energie-drager in de cel – aan te maken, op de juiste manier in respons op energie-behoeften, hoewel abnormaliteit bij andere processen die worden bestuurd door mitochondrieën ook mitochondriale dysfunktie kunnen worden genoemd. Diagnostische strategieën voor mitochondriale aandoeningen/dysfunktie vereisen een multi-disciplinaire evaluatie, en steunen op een combinatie van klinische observaties, laboratorium-testen, beeldvorming van de hersenen en skeletspier-biopten, waarbij momenteel niet één enkele ‘golden standard’ test beschikbaar is om de diagnose van mitochondriale dysfunktie te stellen. Mitochondriale dysfunktie treedt vroeg op en werkt oorzakelijk bij veel ziekten en aandoeningen, waarbij meerdere factoren werden geïdentificeerd die de aandoening induceren, en het energie-metabolisme of vorming van vrije radikalen in het lichaam storen [statinen, sertraline, antibiotica]. Het begrijpen van de etiologie zou kunnen helpen bij de identificatie van kwetsbaarheid-eigenschappen en het vermijden van uitlokkende stoffen, inclusief verschillende medicijnen en toxische agentia of andere tegen mitochondrieën gerichte beschadigende interventies. Er is speculatie dat excessieve uithouding-training schadelijk kan zijn voor verscheidene biologische systemen en subcellulaire strukturen [O’Keefe JH et al. Potential adverse cardiovascular effects from excessive endurance exercise. Mayo Clin. Proc. (2012) 87: 587-595], waarbij mitochondriale dysfunktie een rol zou kunnen spelen [Feng Z et al. Mitochondrial dynamic remodeling in strenuous exercise-induced muscle and mitochondrial dysfunction: regulatory effects of hydroxytyrosol. Free Radical Biol. Med. (2011) 50: 1437-1446].

Ernstige modificaties van de mitochondriale struktuur in het myocard [hartspier(weefsel)] van honden onderworpen aan uitputtende inspanning werden al in 1966 gerapporteerd: frequent geobserveerde reuzen-mitochondrieën […] en ontwrichting van de cristae [instulpingen van het binnenste membraan in een mitochondrium]. De jaren daarna evalueerden andere onderzoekers de fijne struktuur van hart- en skeletspier na uitputtende inspanning in een reeks studies uitgevoerd bij ratten en mensen. De auteurs rapporteerden mitochondriale zwelling bij de ratten die ca. 450 h waren onderworpen aan uitputtend zwemmen, waarbij de veranderingen grotendeels normaliseerden door een herstel-periode van 15-18 h. Enkele mitochondrieën waren echter erg gezwollen en hadden verstoorde en gedegenereerde cristae (het meest prominent in myocardiale mitochondrieën), waarbij de metabole capaciteit van de dysfunktionele organellen op een nadelige manier leek te zijn veranderd na langdurige ernstige inspanning. Deze observaties suggereren dat uitputtende inspanning de mitochondriale funktie en/of struktuur sterk kan aantasten, ten minste in een bepaald gebied of weefsel. Anderen [Gohil K et al. Effects of training and exhaustive exercise on the mitochondrial oxidative capacity of brown adipose tissue. Biosci. Rep. (1984) 4: 987-993] bevestigden bovenstaande bevindingen: ze rapporteerden een inspanning-geïnduceerde afname van de mitochondriale aktiviteit in bruin vet-weefsel [vet-cellen met een grote hoeveelheid mitochondrieën] van ratten onderworpen aan een slopende loop-test, waarbij mitochondriale oxidatieve mechanismen meer gestresseerd waren bij ongetrainde ratten t.o.v. getrainde. De laatste 20 jaar rapporteerden meerdere studies gelijkaardige schadelijke effekten van extreem zware inspanning op mitochondriale prestaties, met permanente of langdurige inspanning-geïnduceerde mitochondriale dysfunktie (EIMD) die werd gevonden in de hersenen, skeletspieren, hart, lever en bloedcellen van knaagdieren en mensen [Bijvoorbeeld: Rasmussen UF et al. The effect of high-intensity exhaustive exercise studied in isolated mitochondria from human skeletal muscle. Pflugers Arch. (2001) 443: 180-187 /// Hsu TG et al. Leukocyte mitochondria alterations after aerobic exercise in trained human subjects. Med. Sci. Sports Exerc. (2002) 34: 438-442 /// Tuan TC et al. Deleterious effects of short-term, high-intensity exercise on immune function: evidence from leucocyte mitochondrial alterations and apoptosis. Br. J. Sports Med. (2008) 42: 11-15 /// Layec G et al. Impact of age on exercise-induced ATP supply during supramaximal plantar flexion in humans. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. (2015) 309: R378-R388 /// Layec G et al. Effects of exercise-induced intracellular acidosis on the phosphocreatine recovery kinetics: a 31P MRS study in three muscle groups in humans. NMR Biomed. (2013) 26: 1403-1411].

Uitputtende inspanning lijkt verschillende merkers voor mitochondriale gezondheid negatief te beïnvloeden, inclusief een verstoring van de aktiviteit en/of expressie van mitochondriale enzymen (cyclo-oxygenase, citraat-synthase, malondialdehyde), met mitochondrieën gerelateerde groei-factoren (PGC-1α, MAP (‘mitogen-activated protein’) -kinase [reageert op extracellulaire stimuli (mitogenen) en reguleert verscheidene cellulaire aktiviteiten, zoals gen-expressie, celdeling, differentiatie en cel-overleving/apoptose], BDNF), meer mtDNA-deleties [ontbrekende stukken in het mitochondriaal DNA], expressie van mitochondriale apoptotische factoren (DRPs [‘dynamin-related proteins’; betrokken bij mitochondriale splitsing], transcriptie-factor A [aktivator van mtDNA-transcriptie, verpakt mtDNA in DNA/proteïne-aggregaten (mitochondriale nucleoïden)]), een daling van het mitochondriaal membraan-potentiaal (ΔΨmt [het spanning-verschil tussen het buitenste en binnenste membraan]) en verhoogde aanmaak van mitochondriale reaktieve oxidatieve soorten (ROS). Anderzijds is het moeilijk om meerdere biomerkers voor de mitochondriale funktie in studies bij mensen te interpreteren: een daling qua leucocyten mitochondriaal trifunktioneel proteïne (mtMTP [enzyme op het binnenste mitochondriaal membraan dat 3 van de 4 stappen van de vetzuur-afbraak katalyseert]) of een toename van het NAD(P)H-oxidase [katalyseert de produktie van super-oxide] systeem van spier-mitochondrieën duidt niet noodzakelijk op mitochondriale schade na uitputtende inspanning. Tenslotte induceert een krachtige inspanning ernstige ultrastrukturele veranderingen in het organel, inclusief een onevenwichtige mitochondriale distributie […], en een hoge prevalentie van grote en gezwollen mitochondrieën met dense matrixen en ruwe of abnormale cristae. EIMD komt voor bij zowel mannen als vrouwen die verschillende vormen van inspanning tot uitputting krijgen te verwerken (bv. lopen, fietsen, zwemmen), bij zowel acute als chronische inspanning-modellen. Er zijn momenteel geen duidelijke richtlijnen betreffende diagnostische criteria voor EIMD. Het lijkt er op dat de ernst (en geïmpliceerde onomkeerbaarheid) van dit fenomeen een belangrijk aspect is dat zou moeten worden aangewend om het onderscheid te maken tussen voorbijgaande afname qua mitochondriale prestaties en ernstiger EIMD. Dit kan verband houden met cruciale veranderingen in het mtDNA of nucleair DNA (nDNA) (bv. grote deleties geïnduceerd door uitputtende inspanning) die de gen-expressie op het niveau van de transcriptie en/of translatie permanent wijzigen. Een extreme produktie van mitochondriale ROS en stikstof-soorten tijdens uitputtende inspanning lijkt inspanning-gerelateerde DNA-schade te induceren [Neubauer O et al. Exercise-induced DNA damage: is there a relationship with inflammatory responses? Exerc. Immunol. Rev. (2008) 14: 51-72], wat mtDNA bijzonder vatbaar maakt voor oxidatieve stress en een pathofysiologisch doelwit voor EIMD. mtDNA lijkt een veel hogere mutatie-graad te hebben in vergelijking met nDNA, aangezien het makkelijk wordt blootgesteld aan ROS-schade terwijl de beschermende histonen [histoon-proteïnen = kleine eiwitten met een hoog aantal positief geladen aminozuren die aan negatief geladen DNA binden; een nucleosoom is een complex van DNA en histoon-eiwitten dat de gen-expressie regelt] en andere DNA-herstel-mechanismen ontbreken. Daarom zou het monitoren van mtDNA-deleties in specifieke gebieden […] en wijzigingen in genetische profielen na inspanning (d.m.v. ‘hoge-resolutie digitale profilering’) kunnen worden gebruikt als nieuw instrument om de ernst en de progressie van EIMD te evalueren. Hoewel ROS-gemedieerde mtDNA-wijzigingen EIMD kunnen induceren, zouden ook andere mechanismen verantwoordelijk kunnen zijn. […]

Verhoogde produktie van ROS en reaktieve stikstof-soorten (RNS) tijdens lichamelijke inspanning treedt op ten gevolge zuurstof-afhankelijke bio-energetica in de mitochondrieën, waarbij de elektronen-transport-keten en mitochondriale xanthine-oxidase [ROS-genererend enzyme] aktiviteit de voornaamste bronnen zijn. Een andere inspanning-gerelateerde bron van ROS is de inflammatoire respons op weefsel-letsels (zoals die worden geïnduceerd door achteréénvolgende spier-contracties) met aktivatie van neutrofielen en macrofagen-infiltratie. Hyperthermie, dehydratatie en osmotische stress werden ook geïdentificeerd als onconventionele bronnen van ROS gegenereerd tijdens inspanning, waarbij de effekten van inspanning op ROS-produktie intensiteit-afhankelijk lijkt te zijn. Hoewel matige inspanning de mitochondrieën-gerelateerde ROS-aanmaak in evenwicht blijkt te houden en gunstige ROS-geassocieerde aanpassingen induceert, stimuleert uitputtende of langdurige inspanning een over-produktie van ROS. Vandaar: te veel ROS kan subcellulaire bio-molekulen, zoals lipiden, proteïnen & DNA beschadigen [Powers SK & Jackson MJ. Exercise-induced oxidative stress: cellular mechanisms and impact on muscle force production. Physiol. Rev. (2008) 88: 1243-1276], en de mitochondriale funktie erg in gevaar brengen, leidend tot EIMD.

Hoewel EIMD bij alle leeftijden voorkomt, lijkt het er op dat een gevorderde leeftijd een voorbestemmende factor kan zijn voor EIMD. Ouder-worden per se induceert diepgaande veranderingen qua mitochondriale vorm en funktie, inclusief DNA-deleties, verhoogde oxidatieve stress en verstoorde mitochondriale bio-energetica. Bij blootstelling aan krachtige inspanning, lijkt het dat oudere individuen makkelijker mitochondriale dysfunktie en versneld verval ontwikkelen. Onderzoekers evalueerden de effekten van zware inspanning in skeletspieren van muizen van 2 maand (jonge groep) en 24 maand (oude groep), onderworpen aan 5 dagen inspanning (rennen in een gemotoriseerde loopband tot uitputting). Deze uitputtende inspanning resulteerde bij oudere muizen in een daling van zowel fusie- en splitsing- (respectievelijk mitofusine-2 & DNM1L) proteïnen [mitochondrieën ondergaan verlenging, fusie en splitsing; wat de recyclage van membranen toelaat en het herwinnen van onbeschadigd mtDNA om de mitochondriale funktie te behouden] die zouden kunnen bijdragen tot wijziging van mitochondriale morfologie, en verminderde PGC-1α nucleaire translocatie [verplaatsing naar de cel-kern]. Verder was er een 69% toename qua interleukine-1β (een belangrijke mediator van de inflammatoire respons) in de oude groep, terwijl uitputtende inspanning deze biomerker niet beïnvloedde in jonge muizen. De auteurs concludeerden dat uitputtende inspanning in verouderende spieren mitochondriale schade verergert en dat het een ongeschikte manier van inspannen is voor het behandelen van veroudering en ouderdom-gerelateerde mitochondriale ziekten.

Een andere factor die de vatbaarheid voor EIMD zou kunnen bepalen, is de voorafgaande training-status. EIMD treft zowel getrainde als ongetrainde individuen maar toch lijkt dit fenomeen frequenter bij over-getrainde mensen, wat een dosis-respons voor EIMD suggereert. Herhaalde blootstelling aan extreem zware of langdurige inspanning-aktiviteit kan bij vatbare individuen mitochondriale schade induceren die met verloop van tijd accumuleert, en uiteindelijk chronisch wordt en niet meer te herstellen, met lange-termijn implicaties voor inspanning-prestaties en gezondheid [St Clair Gibson A et al. Chronic exercise activity and the fatigued athlete myopathic syndrome (FAMS). Int. SportMed. J. (2000) 1: 1-7]. Er werd tot hier toe echter geen duidelijke blootstelling-respons verband tussen uitputtende inspanning-belasting (bv. frequentie, intensiteit, duur en type inspanning) en EIMD beschreven. Inspanning-intensiteit zou echter een cruciale rol kunnen spelen bij de etiolgie van EIMD, aangezien de expressie van het stress-proteïne ‘heat-shock’ proteïne (Hsp70) – dat de mitochondriale funktie mee reguleert – afhankelijk is van inspanning-intensiteit [Milne KJ & Noble EG. Exercise-induced elevation of Hsp70 is intensity dependent. J. Appl. Physiol. (2002) 93, 561-568]. Tenslotte blijkt EIMD weefsel-specifieke responsen te vertonen, waarbij myocardiale mitochondrieën het meest te lijden hebben van uitputtende inspanning, in vergelijking met die van de de hersenen, lever of skeletspieren. Dit zou te wijten kunnen zijn aan het hoger zuurstof-verbruik per milligram proteïnen in hart-mitochondrieën en de daaruitvolgende hyper-produktie van organel-beschadigende ROS.

Mogelijke gevolgen van EIMD voor de gezondheid

Hoewel regelmatige fysieke aktiviteit gezondheid-risico’s voor vele ziekten vermindert, hebben studies gedocumenteerd dat uitputtende inspanning – zelfs bij gezonde individuen – een waaier aan gevaren voor de gezondheid oplevert; een feit dat bezorgdheid opwekte omtrent de schadelijke gevolgen van dergelijke inspanning. Naast andere mogelijke factoren, zou EIMD een belangrijke factor kunnen zijn voor de negatieve resultaten van uitputtende inspanning, omwille van het feit dat het een pathofysiologisch substraat is voor hart-abnormaliteiten, chronische vermoeidheid en over-training syndroom of spier-degeneratie. Er werd [bij ratten] aangetoond dat belastende inspanning biochemische veranderingen in myocardiale mitochondrieën (bv. verminderde mitochondriale accumulatie van Ca2+) kan opleveren die de hart-funktie nadelig kan beïnvloeden na opéénvolgende uitputtende inspanningen. Anderen vonden opgezwollen mitochondrieën in cardiomyocyten van uitgeputte ratten, met mogelijke hart-ritme-verstorende veranderingen […]. Chinese researchers evalueerden door inspanning geïnduceerde hart-letsels bij ratten na herhaalde uitputtende inspanning. Er werd ook geschreven over significante mitochondriale veranderingen, vergezeld door ischemische wijzigingen, cellulaire schade aan het cytoskeleton en ‘gap-junctions’ [eiwit-kanalen die het cytoplasma van naburige cellen met elkaar verbinden, waardoor ionen en ‘boodschapper-molekulen’ kunnen stromen], en weefsel-fibrose in het cardiaal geleiding-systeem, waarbij de mitochondriale stoornissen hart-ritme-stoornissen induceren. Er werd ook gerapporteerd over dysfunktionele mitochondrieën-gerelateerde cardiale stress bij ratten die werden gedwongen 3 h te zwemmen, inclusief een ontregeling van het matrix metalloproteinase-systeem [matrix-metalloproteïnasen of MMPs zijn enzymen die in staat zijn de extracellulaire matrix (bindweefsel) af te breken], verhoogde nitro-oxidatieve stress en sporadische fragmentatie van de myocard-struktuur. Klinisch relevante stoornissen van de haemodynamiek (bv. verhoogd eind-systolisch volume, verminderde ejectie-fractie, gestoorde samentrekbaarheid en mechano-energetica van het linker-ventrikel na inspanning) gingen samen met histologische veranderingen. Er zijn ons geen studies bij mensen bekend die EIMD linken met cardiale dysfunktie maar sommige hart-ritme-stoornissen bij atleten zouden een mitochondriale oorsprong kunnen hebben en op mitochondrieën gerichte anti-oxidanten kunnen een nieuwe anti-arythmische behandeling zijn [Yang KC et al. Mitochondria and arrhythmias. Free Radical Biol. Med. (2014) 71: 351-361].

Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS), een complexe medische aandoening met aanhoudende post-exertionele malaise, wijdverspreide musculoskeletale pijn, en mentale en fysieke uitputting die niet substantieel verbetert door rust, is een aandoening met onbekende etiologie, die wereldwijd tot 5% van de algemene bevolking treft. Meerdere studies suggereren dat mitochondriale dysfunktie betrokken is bij de pathofysiologie van CVS [Myhill S, Booth NE & McLaren-Howard J]. Daarnaast kan langdurige zware inspanning CVS induceren bij atleten of uitputting aanzwengelen bij CVS-patiënten [Staud R et al. Evidence for sensitized fatigue pathways in patients with Chronic Fatigue Syndrome. Pain (2015) 156: 750-759], wat suggereert dat EIMD een co-factor zou kunnen zijn die CVS triggert. Over-training is een andere aandoening die gerelateerd kan zijn met EIMD. Over-training wordt gewoonlijk beschreven als een langdurige excessieve belasting met ontoereikend herstel die gepaard gaat met verminderde prestaties. De diagnose blijft moeilijk te stellen en omwille van de ongekende oorzaak zo ook het management. Een bepalend artikel door St Clair Gibson et al. [zie hierboven] beschreef meerdere gevallen van mitochondriale pathologie in schijnbaar gezonde maar over-trainde top-atleten, met schadelijke veranderingen qua skeletspier-struktuur en -funktie geassocieerd met vele jaren excessieve training en competitie. De auteurs suggereerden dat de spier-regeneratie na uitputtende inspanning wel eens niet eindig zou kunnen zijn en dat die, wanneer die wordt overschreden, over-training en verslechtering van de atletische prestaties initieert. Anderen [Wang X et al. Mitochondrial dysfunction-associated OPA1 cleavage contributes to muscle degeneration: preventative effect of hydroxytyrosol acetate. Cell Death Dis. (2014) 5, e1521] suggereerden daarom ook dat mitochondriale dysfunktie kan bijdragen tot de ontwikkeling van spier-aandoeningen, inclusief wegkwijnen van spieren, spier-atrofie en -degeneratie. Vorming van ROS en oxidatieve stress in de skeletspieren zijn cruciaal voor mitochondriale dysfunktie die wordt gekenmerkt door downregulering van OPA1 (een belangrijk proteïne bij de regulering van fusie en her-modelering van het mitochondriaal binnenste membraan) en verlies van myosine zware-keten proteïne [‘myosin heavy chains’, MyHC; van belang bij spier-samentrekking], dat uiteindelijk leidt tot significante morfologie-wijzigingen in myotubes [zich ontwikkelende skelet-spier-vezels] en spiercel-degeneratie. De rol van mitochondrieën bij spier-beschadigende inspanning werd bevestigd via een andere proef [zie Feng Z et al. hierboven] – waarbij door krachtige inspanning geïnduceerde spier-dysfunktie gepaard ging met verhoogde mitochondriale splitsing, gestegen merkers voor spier-atrofie […] en cel-autofagie triggerede. Interessant is dat in deze studie meer mitochondriale splisting in beschadigde myocyten na zware inspanning (geëvalueerd via een toename van DRP1 [‘dynamin-related protein 1’, enzyme dat zorgt voor de splisting in 2 dochter-mitochondrieën]) gelijkaardig was met de DRP1-respons in skeletspieren na een dieet met een hoog vet-gehalte [muizen], wat misschien suggestief is voor een gelijkaardig mechanisme van mitochondriale dysfunktie in een inspanning-geïnduceerd model en obesitas. Ondanks het beperkt begrip aangaande mechanismen verantwoordelijk voor met mitochondrieën gerelateerde spier-aandoeningen, zou EIMD echter verder moeten worden onderzocht als een mogelijk pathogene factor voor myocyten-schade in vivo. Hoewel EIMD meer voorkomt in skeletspieren, rapporteerden andere onderzoekers dat uitputtende inspanning ook mitochondriale dysfunktie in de hersenen bevordert [bij muizen], waarschijnlijk omwille van inspanning-geïnduceerde inhibitie van de BDNF-produktie in de frontale cortex. Dit kan de cognitieve stoornissen verklaren die worden gezien bij CVS en over-training syndroom. Er zijn echter meer studies nodig om een link tussen EIMD en gevolgen voor de gezondheid van uitputtende inspanning bij atleten en de klinische populaties op lange-termijn vast te stellen.

Management-strategieën voor EIMD

Naast inspanning-interventies, die waarschijnlijk het sleutel-element vertegenwoordigen bij de preventie van en het omgaan met dysfunktionele mitochondrieën, kunnen wellicht meerdere op mitochondrieën gerichte agentia worden overwogen om EIMD te overwinnen of minstens te verminderen. Het ondersteunen van mitochondriale bio-energetica en het helpen herstellen van mtDNA na uitputtende inspanning, en het behouden van een hoog anti-oxidant vermogen om toxische ROS in het organel op te ruimen, zijn mogelijke behandel-opties voor mitochondriale dysfunktie geïnduceerd door extreem zware of langdurige inspanning. Anti-oxidanten en verwante ‘nutraceuticals’ worden alom besproken in de klinische en voeding-literatuur. Er zijn echter slechts een beperkt aantal studies die de doeltreffendheid van op mitochondrieën gerichte interventies bij EIMD evalueerden d.m.v. organel-specifieke biomerkers. De beschermende effekten van salidroside, een molekule uit de plant Rhodiola rosea op mitochondriale dysfunktie en cardiomyocyten-beschadiging (geïnduceerd door een uitputtend zwem-inspanning) bij ratten werd gëevalueerd. Toediening van salidroside (100-300 mg/kg per dag gedurende 2 weken) verminderde myocard-letsels en ultrastrukturele mitochondriale misvormingen, bewaarde de mitochondriale respiratoire funktie, en ging onaangepaste gen-expressie van PGC-1α en nucleaire respiratoire factoren (NRF-1 & NRF-2) [regelen cel-groei en nucleaire genen die vereist zijn voor de cellurlaire ademhaling] tegen, vergeleken met de controle-groep die een placebo kreeg. In een andere studie rapporteerden over de beschermende effekten van hydroxytyrosol, een natuurlijk polyfenol uit olijven, bij spier- en mitochondriale dysfunktie (geïnduceerd door krachtige inspanning) in ratten. Behandeling met hydroxytyrosol (25 mg/kg per dag gedurende 8 weken) inhibeerde de toename van autofagie en mitochondriale splitsing, en de afname van PGC-1α expressie geïnduceerd door excessieve inspanning. Daarnaast versterkte hydroxytyrosol mitochondriale fusie en aktiviteiten van mitochondriaal complex-I & -II. Een studie onderzocht de effekten van Galdieria sulphuraria microalgen op EIMD opgewekt door acute krachtige inspanning (6 h zwemmen) bij ratten. Behandeling met G. sulphuraria (10 g/kg per dag gedurende 10 dagen) verminderde de door inspanning toegenomen protiëne-carbonyl inhoud, een indicator voor oxidatieve schade, in mitochondrieën van het hart en de spieren van ratten na zware inspanning. Daarnaast werden gunstige effekten gerapporteerd van oraal quercetine (100 mg/kg per dag gedurende 4 weken) op myocardiale mitochondriale oxidatieve stress en dysfunktie bij muizen onderworpen aan zware inspanning; waarschijnlijk door z’n anti-oxidatief effekt en aconitase [enzyme dat citraat naar isocitraat omzet; inhibitie ervan vermindert de cellulaire energie-voorraad] -aktivatie, wat een beloftevolle strategie voor EIMD door dit natuurlijk flavonoïd benadrukt. Een Chinees team meldde gunstige effekten van een mitochondriale cocktail van nutriënten (α-liponzuur, acetyl-L-carnitine, biotine, nicotinamide, riboflavine, pyridoxine, creatine, coenzyme-Q10, resveratrol & taurine) op de mitochondriale gezondheid bij ratten na uitputtende inspanning. Supplementering met nutriënten verhoogde de proteïnen-expressie van mitochondriaal complex-I, -II & -III, mtDNA-aantal en transcriptie-factoren betrokken bij mitochondriale biogenese en funktie in skeletspieren. Dezelfde groep rapporteerde gelijkaardige resultaten met een combinatie van nutriënten gericht op mitochondrieën (α-liponzuur, creatine, B-vitaminen, polyfenolen) die verbetering van complex-V en aktiviteit van een FAD-bindend flavoproteïne enzyme brachten, en versterking van de aktiviteiten van complex-I & -IV in lever-mitochondrieën van ratten die gedurende 4-weken werden onderworpen aan krachtige inspanning. Deze 2 studies suggereren dat supplementering met een multi-component nutriënten-preparaat EIMD kan verminderen, hoewel de bijdrage van elk nutrient onbekend blijft. Aan de andere kant rapporteerden bleek een L-arginine-rijk dieet (2%) geen significante impact te hebben op courante mtDNA-deleties in spier- en lever-mitochondrieën van ratten na uitputtende inspanning. Er zijn geen studies beschikbaar betreffende andere op mitochondrieën gerichte nutraceuticals bij EIMD, inclusief kleine anti-oxidante molekulen (bv. mitoquinon [MitoQ of MitoQ10], mito-tocopherol [MitoVitE; “beschermt mitochondrieën tegen oxidatieve stress via inhibitie van lipiden-peroxidatie”], mito-apocynin [Mito-Apo; “beschermt tegen oxidatieve schade en glia-gemedieerde inflammatie”]) en molekulaire waterstof, die werden ontworpen om zich op te stapelen in de mitochondrieën in vivo [Ostojic SM. Targeting molecular hydrogen to mitochondria: barriers and gateways. Pharmacol. Res. (2015) 94, 51-53]. Daarom zijn verdere studies vereist om alle op mitochondrieën gerichte interventies voor EIMD – inclusief nieuwe behandelingen (bv. ketogeen dieet, sirtuinen [klasse van HDACs – histoon-deacetylasen, enzymen die acetyl-groepen (O=C-CH3) verwijderen; van belang bij de vertaling van RNA], protopanaxadiol [molekule uit ginseng]) [Rai PK et al. Potential compounds for the treatment of mitochondrial disease. Br. Med. Bull. (2015) 116: 5-18] – te evalueren.

Een ander controversieel aspect van het eventueel gebruik van anti-oxidanten bij EIMD dient ook te worden besproken. Er is steeds meer bewijsmateriaal dat eerder schadelijke effekten van supplementering met anti-oxidanten bij training suggereert, waarbij een hoge dosis anti-oxidanten nadelig zou kunnen interfereren met belangrijke door ROS gemedieerde fysiologische processen (zoals proteïne-signalisering, mitochondriale biogenese of vasodilatie. Er werden negatieve uitkomsten van supplementering met anti-oxidanten gevonden bij fietsers, trialeten, marathon-loper, kayakers en ongetrainde individuen die verschillende anti-oxidanten – zowel water- als vet-oplosbare – kregen toegediend. Aangezien het potentieel voor langdurende schade van supplementering met anti-oxidanten bestaat, dient het gebruik van hoge dosissen anti-oxidanten bij EIMD misschien te worden beperkt tot dat er ‘evidence-based’ richtlijnen zijn.

Besluit

Mitochondrieën kunnen zichzelf doeltreffend beschermen tegen de accumulatie van externe en interne stress via verscheidene mechanismen. Wanneer de bescherming-mechanismen echter uitgeput raken door of gewijzigd omwille van repetitieve herhaalde inspanning en onvoldoende herstel na inspanning, kan EIMD ontstaan. Hoewel er geen studie bestaat die de mitochondriale gezondheid (en herstel na inspanning) op lange termijn volgde na één enkele sessie uitputtende inspanning, is het zeer onwaarschijnlijk dat één enkelvoudige inspanning tot onherstelbare mitochondriale stoornissen leidt – ten minste bij ongetrainde individuen. Frequente uitputtende inspanningen laten mitochondrieën echter misschien wel niet toe zich volledig te herstellen van inspanning-stress, en ernstige DNA-deleties en ultrastrukturele schade (voornaamste merkers voor EIMD) te repareren. Hypothetisch gezien kan uitputtende inspanning een regelmatige mitochondriale levenscyclus – bestaande uit ca. 5 fusie/splitsing-cycli per uur per mitochondrion – in gevaar brengen, leidend tot langdurige slechte mitochondriale prestaties en gevolgen voor de gezondheid. Dit literatuur-overzicht identificeerde mogelijke verbanden tussen uitputtende inspanning en mitochondriale dysfunktie bij mensen; de bevindingen waren echter beperkt tot ‘cross-sectionele’ studies [analyse van gegevens van een populatie op één specifiek tijdstip] (geen longitudinale effekt-studies), waarbij de definitie van uitputtende inspanning soms onduidelijk is. Er zijn in vivo inspanning-studies nodig bij klinische en atletische populaties die de drempel – die moet worden overschreden om het organel onomkeerbaar te beschadigen – beschrijven.

Klinische Perspectieven

Extreem zware of uitputtende inspanning bevordert mitochondriale stoornissen die de werking ervan permanent kunnen beschadigen. Inspanning-geïnduceerde mitochondriale dysfunktie kan een belangrijke factor zijn voor hart-abnormaliteiten, chronische vermoeidheid en over-training syndroom, of spier-degeneratie bij atleten. Het ondersteunen van mitochondriale bio-energetica en het helpen om mitochondriaal DNA te herstellen na uitputtende inspanning, en het behouden van een optimaal anti-oxidant vermogen om toxische reaktieve zuurstof-soorten in het organel op te ruimen, omvat mogelijke behandel-opties voor inspanning-geïnduceerde mitochondriale dysfunktie.

oktober 6, 2016

Verband tussen biomerkers met levenskwaliteit en stressoren bij M.E.(cvs)

Filed under: Celbiologie,Diagnostiek — mewetenschap @ 6:28 am
Tags: , , , , ,

Onderstaand artikel is een verderzetting van het werk door de Franse onderzoeksgroep rond Prof. dr Jammes (fysioloog). Zie: ‘Infektie vóór CVS: oxidante status, kalium-uitstroom en spier-prikkelbaarheid bij inspanning’, ‘CVS * Oxidatieve Stress en Hsp bij inspanning’ & ‘Oxidatieve stress’.

Voor info betreffende CD26: lees ‘Neuropeptide-Y en CD-26’ & ‘‘Natural Killer’ Cel Funktie & Dipeptidyl Peptidase IV/CD26 – biomerkers voor CVS?’.

————————-

Journal of Translational Medicine (2016) 14: 251

Association of biomarkers with health-related quality of life and history of stressors in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome patients

Emmanuel Fenouillet (1,2), Aude Vigouroux (3), Jean Guillaume Steinberg (1), Alexandre Chagvardieff (4), Frederique Retornaz (5), Regis Guieu (1), Yves Jammes (1,6)

1 DS-ACI UMR MD2, Faculty of Medicine, Aix-Marseille University

2 CNRS, Institut des Sciences Biologiques

3 Clinical Respiratory Physiology Laboratory, Nord Hospital

4 Emergency Unit, Nord Hospital

5 Internal Medicine Department, European Hospital

6 Clinical Respiratory Physiology Laboratory, Nord Hospital

Samenvatting

Achtergrond Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS) is een courante invaliderende aandoening met een intense vermoeidheid, verminderde fysieke aktiviteit en gedaalde levenskwaliteit. Er zijn geen biologische merkers voor het syndroom. De etiologie is onbekend en de pathogenese lijkt multi-factorieel. Verscheidene stressoren, inclusief intense lichamelijke aktiviteit, ernstige infektie en emotionele stress worden gerapporteerd in de medische geschiedenis van M.E./CVS-patiënten; wat de vraag doet rijzen of de fysiologische en biologische abnormaliteiten die gewoonlijk bij deze patiënten worden gevonden indicatief zouden kunnen zijn voor de etiologie en/of gedaalde levenskwaliteit.

Methodes Er werden 36 patiënten en 11 voor leeftijd gematchte gezonde controles gerecruteerd. De volgende variabelen werden hier bestudeerd: (1) spier-vermoeidheid tijdens inspanning werd onderzocht via het monitoren van de ‘compound muscle action potential’ (‘M-wave’) [ook ‘evoked compound muscle-potential’; een zenuw wordt elektrisch gestimuleerd en de opgewekte respons kan worden gemeten; een manier om perifere spier-vermoeidheid bij inspanning te meten]; (2) de overmatige oxidatieve stress-respons op inspanning werd gemeten via 2 plasma-merkers (thiobarbituurzuur reaktieve substanties: TBARS [bepaling van de lipiden-peroxidatie]; gereduceerd ascorbinezuur: RAA [vitamine-C]); (3) een potentiële inflammatoire component werd bekeken via de expressie van CD26 [aktivatie-merker dipeptidyl-peptidase-IV (DPP-IV of DPP-4); een trans-membraan glycoproteïne en enzyme dat polypeptiden, inclusief chemokinen en neuropeptiden, splitst] op perifeer bloed mononucleaire cellen; (4) verminderde levenskwaliteit werd beoordeeld gebruikmakend van de ‘London Handicap Scale’ (LHS) en de ‘Medical Outcome Study Short Form-36’ (SF-36). De medische voorgeschiedenis van elke patient, met inbegrip van de aanwezigheid van stressoren zoals intens sporten, ernstige acute infektie en/of ernstige emotionele stress, werd gedocumenteerd.

Resultaten We zagen dat: (1) er opvallende verschillen waren tussen de patiënten en de controles wat betreft 3 biologische variabelen: ‘M-wave’ na inspanning, TBARS-variaties & CD26-expressie in rust; (2) elk van deze 3 variabelen correleerde met de andere 2; (3) abnormaliteiten van de biomerkers geassocieerd met gezondheid-gerelateerde levenskwaliteit: de LHS-score was negatief gecorreleerd met de inspanning-geïnduceerde TBARS-toename en positief gecorreleerd met CD26-expressie, terwijl de pijn-component van de SF-36 negatief was gecorreleerd met CD26-expressie; (4) de TBARS-toename en de afname qua ‘M-wave’ waren het grootst, en het niveau van de CD26-expressie het laagst bij patiënten die infektueuze stressoren ondergingen.

Besluit Bij M.E./CVS-patiënten zijn ernstige veranderingen van de spier-exciteerbaarheid, de redox-toestand, alsook het niveau van de CD26-expressie gecorreleerd met een uitgesproken verstoring van de levenskwaliteit. Ze zijn bijzonder significant wanneer infektueuze stressoren werden gerapporteerd in de medische voorgeschiedenis.

Achtergrond

[…] De definities van M.E./CVS gebruiken geen biologische merkers. […]

Sporten induceert een matige oxidatieve stress bij gezonde individuen terwijl bij M.E./CVS-patiënten een sterke door inspanning geïnduceerde produktie van reaktieve zuurstof soorten (ROS) wordt gevonden [o.a. Jammes Y et al. Chronic Fatigue Syndrome combines increased exercise-induced oxidative stress and reduced cytokine and Hsp responses. J Intern Med. (2009) 266: 196-206 /// Fulle S et al. Specific correlations between muscle oxidative stress and Chronic Fatigue Syndrome: a working hypothesis. J Muscle Res Cell Motil. (2007) 28: 355-62 /// Moorkens G et al. Antioxidant status and lipoprotein peroxidation in Chronic Fatigue Syndrome. Life Sci. (2001) 68: 2037-49]. De anti-oxidante respons is ook veranderd in rust, zoals wordt aangetoond door een verhoogde waarde qua thiobarbituurzuur reaktieve substanties (TBARS: een merker voor lipiden-peroxidatie) en een gedaalde concentratie gereduceerd ascorbinezuur (RAA: een endogeen anti-oxidant). Omdat de gestegen ROS-aanmaak de spier-exciteerbaarheid aantast, zou de verhoogde redox-stress bij M.E./CVS kunnen bijdragen tot de spier-vermoeidheid (welke werd aangetoond via een verandering van ‘compound evoked muscle action potential’, ‘M-wave’) [Jammes Y et al. Chronic Fatigue Syndrome: assessment of increased oxidative stress and altered muscle excitability in response to incremental exercise. J Int Med. (2005) 257: 299-310].

De significante ontregeling van het immuunsysteem die wordt gevonden bij M.E./CVS-patiënten combineerde verhoogde waarden pro-inflammatoire cytokinen (bv. interleukine-1, tumor necrose factor-α), een ‘natural killer’ cel cytokine-produktie en mitogen-geaktiveerd proteïne-kinase [MAP-kinase reageert op extracellulaire stimuli (mitogenen) en reguleert verscheidene cellulaire aktiviteiten, zoals gen-expressie, celdeling, differentiatie en cel-overleving/apoptose.] [bv. Brenu EW, Staines DR, Klimas NG et al. Immunological abnormalities as potential biomarkers in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. J Transl Med. (2011) 9: 81 /// Staines D et al. ERK1/2, MEK 1/2 and p38 downstream signaling molecules impaired in CD56(dim)CD16(bright)CD16(dim/-) natural killer cells in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis patients. J Transl Med. (2016) 14: 97]. Een studie identificeerde ook een verband tussen immune abnormaliteiten en de ernst van M.E./CVS-symptomen & een veranderde levenskwaliteit [Hardcastle SL, Brenu EW, Johnston S, Nguyen T, Huth T, Ramos S, Staines D, Marshall-Gradisnik S. Longitunical analysis of immune abnormalities in varying severities of Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. J Transl Med. (2015) 13: 299]. Deze immunologische abnormaliteiten omvatten ook verminderde expressie van de T-cel aktivatie-merker CD26 op perifeer bloed mononucleaire cellen (PBMC) [Fletcher MA, Zeng XR, Maher K, Levis S, Hurwitz B, Antoni M, Broderick G, Klimas NG. Biomarkers in Chronic Fatigue Syndrome: evaluation of natural killer cell function and dipeptidyl peptidase IV/CD26. PLoS One (2010) 5: e10817]. Deze observatie, samen met de meldingen dat CD26-expressie verhoogd is bij patiënten met fibromyalgie [Guieu R et al. High cell surface CD26-associated activities and low plasma adenosine concentration in fibromyalgia. Ann Rheum Dis. (2012) 71: 1427-8] of metabool syndroom, geeft aan dat veranderingen qua CD26-expressie aanwezig zijn bij sommige musculaire aandoeningen.

Naast T-cel aktivatie en inflammatie-controle, zou CD26 ook betrokken kunnen zijn bij M.E./CVS door zijn endoproteolytische aktiviteit [splitsing van de peptide-verbindingen binnen in proteïnen] die de circulerende waarden van verscheidene effectoren betrokken bij angst, chronische pijn en spier-metabolisme controleren. Zodoende zou CD26 stemming, pijn en spier-componenten van M.E./CVS kunnen beïnvloeden. De daling qua CD26-expressie bij M.E./CVS zou ook geassocieerd kunnen zijn met een gewijzigde redox-toestand.

Bij het zoeken naar hulp bij de diagnose van M.E./CVS, werd in studies gezocht naar een correlatie tussen symptomen (gemonitord via analoge vermoeidheid-schalen) en merkers, in het bijzonder, voor oxidatieve stress en immuniteit [McGregor NR et al. Blood parameters indicative of oxidative stress are associated with symptom expression in Chronic Fatigue Syndrome. Redox Rep. (2000) 5:35-44 /// Vecchiet J et al. Relationship between musculoskeletal symptoms and blood markers of oxidative stress in patients with Chronic Fatigue Syndrome. Neurosci Lett. (2003) 335:151-4 /// Kennedy G, Spence VA et al. Oxidative stress levels are raised in Chronic Fatigue Syndrome and are associated with clinical symptoms. Free Radic Biol Med. (2005) 39:584-9]. Andere studies rapporteerden een verandering van de gezondheid-gerelateerde levenskwaliteit bij M.E./CVS-patiënten maar onderzochten het verband met biologische veranderingen niet.

Zoals hierboven aangegeven zijn de huidige definities voor M.E./CVS gebaseerd op symptomen en gebruikt men geen biomerkers. Dit werpt de vraag op of mensen met M.E./CVS enige biologische abnormaliteiten delen. Als dat zo is, dan zouden de bij deze patiënten gevonden fysiologische en biologische abnormaliteiten diagnostische merkers kunnen worden.

Methodes

Patiënten

[…] 36 M.E./CVS-patiënten en 11 voor leeftijd gematchte gezonde controles. De M.E./CVS-patiënten (gemiddelde leeftijd: 41 ± 6 jaar; gemiddeld gewicht: 66 ± 3 kg; 22 vrouwen) […] voldeden aan de criteria gedefinieerd door het ‘Institute of Medicine’: (1) ernstige chronische vermoeidheid gedurende > 6 opéénvolgende maanden (36/36); (2) een verslechtering van de ziekte na verhoogde fysieke of cognitieve aktiviteit (36/36); (3) problemen met korte-termijn geheugen of concentratie (36/36), (4) spierpijn (24/36); (5) niet-verfrissende slaap (21/36). In de meeste gevallen begon de M.E./CVS plots (30/36), dikwijls met een griep-achtige ziekte (28/36). Uitsluitende diagnoses: medische en psychiatrische oorzaken van aanhoudende vermoeidheid.

De gegevens van de M.E./CVS-patiënten werden vergeleken met deze van een voor leeftijd gematchte controle-groep (leeftijd: 48 ± 5 jaar; gewicht: 71 ± 4 kg; 6 vrouwen; dezelfde socio-economische klasse. […]

Gezien hun medische voorgeschiedenis werden patiënten retrospectief in 4 groepen opgedeeld: (1) patiënten die rapporteren intens aan sport te hebben gedaan (> 6 h/week) (n = 10), (2) patiënten die rapporteren de diagnose van een ernstige acute infektie (peritonitis, sepsis, vogel-griep, …) te hebben gekregen (3-7 maand vóór de aanvang van M.E./CVS (n = 7), (3) patiënten die rapporteren ernstige emotionele stress (moeilijke echtscheiding, sterfte van een kind, …) te hebben ondervonden (n = 11) of (4) patiënten met een combinatie van ernstige infektie en emotionele stress (n = 8).

[…]

Resultaten

Biochemische variabelen en spier-exciteerbaarheid in rust en bij VO2max

Er werden significante biochemische verschillen gezien tussen M.E./CVS-patiënten en controles in rust: de RAA/TBARS verhouding en de expressie van CD26 op PBMCs was lager bij de patiënten.

De inspanning-geïnduceerde veranderingen van de ‘M-wave’ amplitude (Δ‘M-wave’) waren significant hoger bij de patiënten dan bij controles. Er werd enkel bij de patiënten een significante toename gevonden qua TBARS na inspanning. Omdat de duur van de of inspanning-test (10-12 min) onder de tijd ligt die nodig is voor de synthese en expressie van CD26, onderzochten we niet bij alle patiënten of de fiets-inspanning de CD26-expressie kon beïnvloeden (we bekeken de situatie bij 10 patiënten en vonden geen verschillen).

De gegevens verkregen in rust en bij VO2max tonen dat de redox-toestand, CD26-expressie en spier-exciteerbaarheid veranderd waren bij M.E./CVS. Wanneer we onderzochten of deze karakteristieken geassocieerd zijn, vonden we (1) een negatieve correlatie tussen Δ‘M-wave’ en ΔTBARS, (2) een positieve correlatie tussen Δ‘M-wave’ en CD26-expressie, en (3) een negatieve correlatie tussen ΔTBARS en CD26-expressie. We vonden geen correlatie in rust tussen TBARS, RAA/TBARS-verhouding en CD26-expressie.

Verband tussen biologische merkers en gezondheid-gerelateerde levenskwaliteit

De scores van gezondheid-gerelateerde levenskwaliteit werden bij de patiënten uitgezet t.o.v. de ΔTBARS-waarde of de CD26-expressie. De LHS-score was negatief gecorreleerd met ΔTBARS en positief gecorreleerd met CD26-expressie. De pijn-component van de SF-36 vragenlijst was negatief gecorreleerd met CD26-expressie.

Verband tussen biologische merkers en stressoren

Bij opdeling van de 4 groepen naar gelang hun medische geschiedenis, zagen we dat: (1) de ‘M-wave’ significant gereduceerd bleek wanneer infektie en omgeving-stressoren werden gecombineerd; (2) ΔTBARS-waarden en CD26-expressie uitgesproken waren veranderd bij patiënten die een ernstige infektie hadden, ongeacht de aanwezigheid van ernstige emotionele stress; (3) de LHS-score uitgesproken laag was bij patiënten die een ernstige infektie hadden ongeacht de aanwezigheid van ernstige emotionele stress, terwijl de score voor de pijn-component van SF-36 enkel hoog was bij een combinatie van infektie en emotionele stressoren. Deze resultaten ondersteunen het belang van infektueuze stressoren bij deze variabelen.

Bespreking

Bij M.E./CVS-patiënten vonden we dat (1) de veranderingen qua ‘M-wave’ amplitude na inspanning, de wijzigingen in de redox-toestand geïnduceerd door spier-inspanning en de CD26-expressie gecorreleerd zijn; (2) de LHS-score gecorreleerd was met de wijzigingen in de redox-toestand geïnduceerd door inspanning en CD26-expressie; (3) de pijn-component van de MOS SF-36 gecorreleerd was met de CD26-expressie. Deze variabelen waren voornamelijk veranderd bij patiënten met een geschiedenis van infektueuze ziekte.

De oxidatieve stress wijst op een onevenwicht tussen pro- en anti-oxidante toestand, in de richting van het eerste. Bij gezonde individuen is een dergelijke situatie courant in skelet-spieren na inspanning omdat de anti-oxidante verdediging in spieren zwak is. Bij M.E./CVS-patiënten blijken – uit dit werk en dat van anderen – verhoogde waarden van bloed-merkers voor oxidatieve stress (hier TBARS) en een verlaagde anti-oxidante verdediging (hier RAA); een situatie die oxidatieve stress bevordert, en eventueel de membraan-exciteerbaarheid van de spieren aantast. De correlatie die hier werd gevonden tussen het niveau oxidatieve stress en de ‘M-wave’ verandering is consistent met deze gegevens.

Ons werk rapporteert ook de correlatie van de redox-merkers met LHS-score voor levenskwaliteit. Dit verband is in overéénstemming met studies die de impact onderzochten van een veranderde oxidante/anti-oxidante status bij M.E./CVS en vonden dat de bloed-waarden in rust van malondialdehyde [merker voor oxidatieve stress] [zie McGregor NR et al. hierboven] en TBARS [zie Vecchiet J et al. hierboven] geassocieerd zijn met variaties qua cognitieve symptomen en slaap-stoornissen, terwijl de totale symptoom-score, gewricht-pijn en post-exertionele malaise gecorreleerd zijn met de isoprostaan-waarden [zie Kennedy G, Spence VA et al. hierboven].

Wat betreft CD26 vonden we dat de expressie gedaald was bij M.E./CVS-patiënten. Deze observatie ondersteunt een rapport [zie Fletcher et al. hierboven] maar contrasteert met een studie bij M.E./CVS-patiënten die werden onderzocht na een infektie met Giardia [darm-parasiet]. De CD26 protease-aktiviteit controleert de circulerende waarden van meerdere mediatoren voor pijn en stemming. Omdat stemming-wijzigingen en spierpijn dikwijls voorkomen bij M.E./CVS, werden de concentraties van CD26-peptide substraten bekeken bij patiënten, en er werden discrepante besluiten bereikt wat betreft Neuropeptide-Y en Substantie-P [Broderick G, Klimas NG et al. Plasma neuropeptide Y: a biomarker for symptom severity in Chronic Fatigue Syndrome. Behav Brain Funct. (2010) 6: 76 /// Evengard B et al. Chronic Fatigue Syndrome differs from fibromyalgia. No evidence for elevated substance P levels in cerebrospinal fluid of patients with Chronic Fatigue Syndrome. Pain (1998) 78: 153-5]. Hier vonden we dat de scores die de levenskwaliteit weerspiegelen gecorreleerd zijn met CD26-expressie. Dit resultaat is in overéénstemming met de observaties dat spierpijn dikwijls werd gemeld door onze patiënten (24/36), met een impact op hun levenskwaliteit-scores. We zagen ook dat de CD26-expressie daalde, wat kan leiden tot stijging van de circulerende pro-nociceptieve [pijn-gevoeligheid verhogende] peptiden en spierpijn bevorderen.

Twee studies onderzochten de CD26-expressie in een context van redox-wijzigingen. Bij acute lymfoblastische leukemie [een vorm van ‘bloedkanker’] is het CD26-niveau gecorreleerd met de aktiviteiten van myeloperoxidase [enzyme dat helpt om ROS te elimineren], glutathion-s-transferase [beschermt cellen tegen oxidatieve schade] en xanthine-oxidase [ROS-genererend enzyme]. Bovendien werd aangetoond dat een langdurig verlies van CD26-expressie de capaciteit verhoogt om te beschermen tegen de oxidatieve stress [in cardiomyocyten van ratten]. Het lage CD26-expressie niveau dat hier werd gerapporteerd bij M.E./CVS kan daarom een adaptieve respons vormen op het chronisch redox-onevenwicht dat wordt gevonden bij M.E./CVS-patiënten; deze hypothese wordt ondersteund door de correlatie die we vonden tussen de CD26-aktiviteit en de redox-toestand.

Ten slotte: wanneer patiënten werden gesorteerd op basis van de aanwezigheid van infektie/ intense lichamelijke aktiviteit/ emotionele stress, zagen we dat de individuen die episode(s) ernstige infektie rapporteerden, waarden voor biomerkers en scores voor levenskwaliteit hadden die meer gewijzigd bleken t.o.v. deze gemeten bij patiënten die geen ernstige infekties hadden vermeld. Deze resultaten ondersteunen verder de rol van infektueuze stressoren bij M.E./CVS.

We geloven dat deze studie 3 beperkingen heeft: (1) we kwantificeerden de emotionele stress niet correct omdat slechts de aanwezigheid van één belangrijke stressvolle levensgebeurtenis werd beschouwd; (2) om het effekt van CD26-aktiviteit op z’n peptide-substraten te bekijken, ondernamen we metingen van de circulerende waarden van Neuropeptide-Y en Substantie-P bij de patiënten maar we detekteerden geen correlatie met het CD26-expressie niveau, wat kan worden verklaard door het feit dat slechts plaatselijke concentraties van pijn- en stemming-mediatoren in vivo werken en het onmogelijk is ze in situ te bepalen; (3) zoals in eerdere M.E./CVS-studies was de bevinding van een gewijzigd redox-evenwicht bij onze individuen enkel gebaseerd op metingen van TBARS (een kwantificatie van de waarden van membraan-lipoperoxiden resulterend uit een overmatige ROS-produktie) en van gereduceerd ascorbinezuur (een belangrijke plasma anti-oxidant). Zodoende kan de werkelijke verbetering van intracellulaire ROS-produktie bij M.E./CVS niet worden geëvalueerd; ten eerste omdat er spier-biopten nodig zouden zijn en ten tweede omdat er een tegengewicht wordt gevormd door de intracellulaire anti-oxidanten die in de huidige studie niet werden onderzocht.

Besluit

In overéénkomst met een rapport dat stelt dat patiënten met ernstige M.E./CVS met verloop van tijd verschillen van mensen met matige M.E./CVS en significante immune abnormaliteiten vertonen, geven onze resultaten aan dat de simultane monitoring van de spier-funktie, redox-respons en CD26-expressie zouden kunnen bijdragen, samen met gezondheidtoestand-schalen, tot het identificeren van M.E./CVS en het beoordelen van de ernst ervan. Deze resultaten zouden ook kunnen helpen bij het maken van het onderscheid tussen M.E./CVS en fibromyalgie, omdat de CD26-aktiviteit op PBMCs stijgt bij fibromyalgie terwijl deze daalt bij M M.E./CVS-patiënten.

december 23, 2015

Inspanning-mimetica

Filed under: Behandeling — mewetenschap @ 2:23 pm
Tags: , , , , ,

Inspanning-mimetica zijn molekulen die de effekten van inspanning op het metabolisme zouden nabootsen. Ze worden voorgesteld om een veralgemeende zwakte-toestand (spier-atrofie, bloed-armoede, ondervoeding enz.) te behandelen (vooral bij kanker). Inspanning verbetert het spier-fenotype maar de meeste patiënten blijven sedentair. Omdat patiënten chronische vermoeidheid en co-morbiditeiten vertonen die de inspanning-tolerantie verminderen zouden medicijnen die inspanning nabootsen nuttig kunnen zijn voor mensen die niet in staat zijn tot lichamelijke aktiviteit. In de literatuur vinden wij geen suggesties naar het gebruik bij M.E.(cvs) toe maar het lijkt ons nuttig dit te bekijken. Researchers zouden behandelingen kunnen onderzoeken die doeltreffend zijn naar spier-fenotype toe maar ze dienen natuurlijk ook te verdragen zijn want sommige inspanning-mimetica vertonen ernstige bijwerkingen.

In het stuk ‘Abnormale AMPK-aktivatie & glucose-opname in spiercellen bij CVS’ hadden we het over het werk van Julia Newton en medewerkers. Deze rapporteerden over een spier-abnormaliteit bij M.E.(cvs) gerelateerd met AMPK een proteïne-complex dat onder normale fysiologische omstandigheden geaktiveerd wordt tijdens spier-samentrekking. Ze maakten ook gewag van mogelijk onderzoek naar potentiële therapieën. Uit onderstaand artikel blijkt ook dat een inspanning-mimeticum de aktiviteit van AMPK kan stimuleren…

————————-

Journal of Pharmacovigilance 3: e138 (2015)

Will exercise mimetics hold promise?

Dario Coletti1,2 & Sergio Adamo1

1Department of Anatomical, Histological, Forensic and Orthopedic Sciences, Histology and Medical Embryology Section, Sapienza University of Rome, Italy

2Department of Biological Adaptation and Ageing, Pierre et Marie Curie University, Paris 6, France

Skelet-spieren staan reeds lang bekend als doelwit van meerdere groei-factoren en hormonen (IGFs [insuline-achtige groei-factoren], steroïden, schildklier- en hypofyse-hormonen), die dikwijls spier-ontwikkeling en homeostase reguleren. Een dergelijke complexe hormonale regulering is niet verrassend als men de vele diverse funkties die spieren uitoefenen in overweging neemt: kracht-ontwikkeling, regulering van de lichaamstemperatuur en metabole opslag (door de proteïne-inhoud). Aktieve spieren zijn verantwoordelijk voor meer dan 90% van het totaal energie-verbruik door het lichaam. De zienswijze dat spieren een bron zijn van meerdere hormonen maakt skelet-spieren de grootste endocriene klier van het lichaam en waarschijnlijk de meest complexe, omwille van het aantal (honderden) peptiden die het secretoom [geheel van eiwitten uitgescheiden door een cel] vormen.

Een nieuwe kijk op de spier bij inspanning als endocrien orgaan

Enkele spier-produkten (myokinen [cytokinen afgegeven door spiercellen in respons op inspanning]) hebben een paracriene funktie, het reguleren van spier-massa (myostatine [negatieve regulator van de spier-massa], IL-4, IL-6). Andere, zoals IL-8, irisine [het -controversieel- “inspanning-hormoon”] en BDNF, moduleren het vet-weefsel metabolisme, of bv. IL-6 en bijkomende myokinen staan bekend om hun werking op de lever, beenderen, immune en vasculaire systemen. Dit geeft aan dat skelet-spieren, die sterk gevasculariseerd zijn, in staat zijn meerdere doelwitten te beïnvloeden via of endocriene mechanismen. Inderdaad: de endocriene funkties van skelet-spieren werd reeds lang vermoed op basis van klinische bevindingen: alle abnormaliteiten die het metabool syndroom [een chronisch stofwisselingsprobleem] kenmerken, zijn verbonden met een gebrek aan lichamelijke aktiviteit, net zoals een verhoogd risico op kanker, cardiovasculaire ziekten en osteoporose. Zodoende reguleren spieren inderdaad het metabolisme van veel afgelegen weefsels via myokinen. De molekulaire identiteit van de myokinen, hun signalisering naar weefsels toe, de metabole responsen opgewekt door dergelijke signalen, dragen allemaal bij tot een complex metabool netwerk dat wordt onderzocht op molekulair en fysiologisch niveau.

Inspanning-mimetica: mogelijke toepassingen en verkeerd gebruik

Het idee om door het myokine-netwerk als doelwit te kiezen men de signalen opgewekt door spieren bij inspanning kan nabootsen, is de rationale voor een nieuwe familie medicijnen, de inspanning-mimetica [Matsakas A, Narkar VA. Endurance exercise mimetics in skeletal muscle. Curr Sports Med Rep (2010) 9: 227-232 /// Vina J, Sanchis-Gomar F, Martinez-Bello V, Gomez-Cabrera MC. Exercise acts as a drug; the pharmacological benefits of exercise. Br J Pharmacol (2012) 167: 1-12]. Inspanning-mimetica zijn een heterogene groep molekulen die de capaciteit hebben mechanismen te induceren die fysiologisch geaktiveerd worden door inspanning, en zo uithouding stimuleren en spier-atrofie voorkomen. [Brault JJ, Jespersen JG, Goldberg AL. Peroxisome proliferator-activated receptor gamma co-activator 1alpha or 1beta over-expression inhibits muscle protein degradation, induction of ubiquitin ligases and disuse atrophy. J Biol Chem. (2010) 285:19460-19471 /// Tadaishi M, Miura S, Kai Y, Kawasaki E, Koshinaka K et al. Effect of exercise intensity and AICAR on isoform-specific expressions of murine skeletal muscle PGC-1a mRNA: a role of ß2-adrenergic receptor activation. Am J Physiol Endocrinol Metab (2011) 300: E341-349 /// Fan W, Atkins AR, Yu RT, Downes M, Evans RM. Road to exercise mimetics: targeting nuclear receptors in skeletal muscle. J Mol Endocrinol (2013) 51: T87-87T100] Onder andere GW1516 (ook bekend als GW501516 [aktivator, receptor-agonist van PPARβ/δ (nucleaire hormoon-receptor) = onveilig doping-produkt ‘Endurobol’]) of AICAR [5-amino-imidazol-4-carboxamide ribonucleotide; een AMP-analoog dat de aktiviteit van AMPK kan stimuleren; het verhoogt de metabole aktiviteit van weefsels door het wijzigen van de spier-samenstelling] zijn aktivatoren van AMPK, PPARs [peroxisoom proliferator geaktiveerde receptoren; groep van receptor-eiwitten in de kern die als transcriptie-factoren de expressie van bepaalde genen reguleren] en PGC-1 [‘proliferator-activated receptor gamma co-activator 1-alpha’; lid van een familie van transcriptie co-aktivatoren die een centrale rol speelt bij de regulering van het cellulair energie-metabolisme; stimuleert mitochondriale biogenese], een complex van effector-proteïnen, transcriptie-factoren en co-aktivatoren. Dit mechanisme leidt uiteindelijk tot de aktivatie van mitochondriogenese en spier oxidatief metabolisme, zoals dat zou gebeuren in respons op een verhoogde AMP/ATP-ratio, die fysiologisch volgt op inspanning en energie-consumptie. Opmerkenswaardig: inspanning-mimetica zoals GW1516 bleken bio-aktief bij mensen [Sprecher DL, Massien C, Pearce G, Billin AN, Perlstein I et al. Triglyceride: High-Density Lipoprotein Cholesterol Effects in Healthy Subjects Administered a Peroxisome Proliferator Activated Receptor d Agonist. Arterioscler Thromb Vasc Biol (2007) 27: 359-365], wat een voor de hand liggende toepassing voor deze medicijnen suggereert. Ook het anti-oxidant resveratrol bleek synergie te vertonen met inspanning, met een positieve invloed op spier-prestaties, mitochondriogenese en insuline-gevoeligheid; het werking-mechanisme, dat blijkbaar verder strekt dan zijn anti-oxidant effekt, is echter nog onduidelijk [Mankowski RT, Anton SD, Buford TW, Leeuwenburgh C. Dietary Antioxidants as Modifiers of Physiologic Adaptations to Exercise. Med Sci Sports Exerc. (2015)].

Aangezien inspanning-mimetica myofibers [myofiber = meerkernige spiercel] meer energie-efficiënt en vermoeidheid-resistent maken via het verminderen van glycogeen-afhankelijkheid en het verhogen van de vetzuur-oxidatie, werden veel mogelijke toepassingen voorgesteld naar pathologie toe, inclusief de farmacologische behandeling van met kanker en diabetes geassocieerde cachexie [veralgemeende zwakte-toestand] en sarcopenie [verlies aan spier-massa en -funktie] [Lenhard JM, Lancaster ME, Paulik MA, Weiel JE, Binz JG et al. The RXR agonist LG100268 causes hepatomegaly, improves glycaemic control and decreases cardiovascular risk and cachexia in diabetic mice suffering from pancreatic beta-cell dysfunction. Diabetologia (1999) 42: 545-554 /// Moresi V, Pigna E, Aulino P, Berardi E, Rossi E et al. (2013) Mechanisms underlying exercise-mediated rescue of cachexia. Eur J Transl Myol (2013) 23: 14-15].

Bij de mogelijke toepassingen voor de algemene populatie, zouden inspanning-mimetica kunnen worden gebruikt om veel gevolgen van inaktviteit te wijden aan veroudering, verminderde zwaartekracht, gedwongen immobilisatie of levensstijl te vermijden; daarbij horen de ontwikkeling van insuline-resistentie, vet-accumulatie, metabool syndroom, type-2 diabetes (allemaal aandoeningen met hoge sociale kosten). Er dient te worden aangestipt dat, hoewel GW1516 synergetisch was met inspanning en uithouding induceerde bij muizen, het de gen-expressie in spieren verhoogde zonder de uithouding significant te veranderen wanneer het werd toegediend aan sedentaire muizen. Andersom bleek AICAR metabole gen-expressie te induceren en uithouding te versterken bij sedentaire muizen [Narkar VA, Downes M, Yu RT, Embler E, Wang YX et al. AMPK and PPARdelta agonists are exercise mimetics. Cell (2008) 134: 405-415]. Het gebruik van “inspanning-pillen” als respons op het steeds ernstiger wordend probleem van lichamelijke inaktiviteit werd elders bediscussieerd en becommentarieerd, en de capaciteit van inspanning-mimetica om inspanning volledig na te bootsen werd in vraag gesteld [Warden SJ, Fuchs RK. Are “exercise pills” the answer to the growing problem of physical inactivity? Br J Sports Med (2008) 42: 862-863 /// Rantzau C, Christopher M, Alford FP. Contrasting effects of exercise, AICAR and increased fatty acid supply on in vivo and skeletal muscle glucose metabolism. J Appl Physiol (2008) 104: 363-370]. Het is evident dat de toxiciteiten van de verscheidene inspanning-mimetica ernstig moeten worden genomen en over nagedacht in de context van een therapeutische indicatie.

Als versterkers van fysieke prestaties, zullen behandelingen met inspanning-mimetica worden beschouwd als doping in de sport. Inderdaad: AICAR amplificeerde bij muizen de normale respons op inspanning en induceerde grotere uithouding, wat het de bezorgdheid over misbruik door atleten oproept. Bijzonderlijk bij marathon-lopen, fietsen en lange-afstand zwemmen zou er een groot effekt kunnen zijn. Er zijn echter testen beschikbaar voor het detekteren van GW1516 en AICAR, en hun metabole neven-produkten.

Hard werken of pillen slikken?

Inspanning-mimetica zouden de ideale behandeling kunnen zijn voor patiënten die geen toegang hebben tot of moeten stoppen met uithouding-training-programma’s (omwille van allerlei omstandigheden). Daarnaast zouden inspanning-mimetica kunnen worden gebruikt om specifieke metabole mechanismen, die gewijzigd zijn bij sommige spier-pathologieën of bij aandoeningen gelinkt met ouder-worden of gedwongen immobiliteit, te targetten. Er is een potentieel voor klinisch gebruik van inspanning-mimetica: GW1516 en AICAR kunnen effekten hebben op het suiker- en lipiden-metabolisme, en zodoende metabool syndroom behandelen of vertragen. GW1516 kan de respons op zelfs matige inspanning versterken, terwijl AICAR zou kunnen worden gebruikt wanneer geen inspanning mogelijk is.

Lichamelijke inspanning heeft echter systemische effekten en het is zeer onwaarschijnlijk dat één enkele molekule of mechanisme de complexiteit van inspanning-effekten op het organisme kan nabootsen. Het gebruik van inspanning-mimetica voor orgaan-falen, zoals COPD (dat minder sterk gekenmerkt wordt door spier-verlies dan kanker) blijft dan ook speculatief. Zelfs al kunnen we algemene inspanning-mimetica effekten gemedieerd door selektieve spier-stimulatie niet uitsluiten, ontbreekt dergelijk bewijs en de impact van inspanning-mimetica op verschillende organen dient te worden opgehelderd. De research dient te worden voortgezet om het complex netwerk van de myokinen en hun werking-mechanismen te karakteriseren, en op molekulair niveau de spier-respons op inspanning te verduidelijken. Farmacologisch onderzoek zou bovendien moeten streven naar de ontwikkeling van nieuwe molekulen die in staat zijn te interfereren met deze complexe mechanismen met minimale toxiciteit, met als belangrijke doelwitten het verminderen van de sociale kosten van het metabool syndroom en bijdragen aan kanker-preventie.

————————-

In een review-artikel (‘Utilizing small nutrient compounds as enhancers of exercise-induced mitochondrial biogenesis’) in het tijdschrift ‘Frontiers in physiology’ (2015; 6: 296) bespreken Britse onderzoekers farmaceutische stoffen en kleine bio-aktieve voedingstoffen waarvan wordt beweerd dat ze inspanning-responsieve signalisering-mechansimen in skelet-spieren zouden kunnen versterken.

Volgens hen kan het hierboven vermelde GW501516 niet echt als een inspanning-mimeticum worden gezien maar in het beste geval als een inspanning-‘enhancer’ want het verhoogde de uithouding-capaciteit enkel wanneer het werd gecombineerd met inspanning (bij muizen). Het zou ook aanleiding tot kanker kunnen geven. Het gebruik van AICAR (werd ook getest bij muizen) in vivo blijkt twijfelachtig. Al bij al zijn er nogal wat vragen rond de haalbaarheid van een echt inspanning-mimeticum.

Volgens de Britten is het gebruik van ‘functional foods’ of kleine bio-aktieve ingrediënten om inspanning-responsieve netwerken te beïnvloeden wel beloftevol. Ze bespreken Groene Thee Extracten (GTEs; een klasse polyfenolische flavonoïden waarvan epigallocatechine-gallaat (EGCG) de krachtigste werking zou hebben), caffeïne (induceert de aktivatie van AMPK), epicatechinen (flavonoïden uit cacao), de polyfenolen resveratrol & quercetine, en het gebruik van ‘branch-chain’ aminozuren (BCAA, ‘vertakte’ aminozuren zoals leucine, isoleucine & valine; stimuleren PGC-1α & SIRT1 gen-expressie). Deze molekulen dienen te worden gezien als inspanning-versterkers, niet als -mimetica. Onderzoek vereist!

Lees ook ‘Mogelijke therapeutische interventies voor mitochondriale dysfunktie’, over interventies om sarcopenie te reduceren.

augustus 9, 2015

Belast rechtopstaan bij vrouwelijke CVS-patiënten

Filed under: Inspanning — mewetenschap @ 7:13 am
Tags: , , , ,

Eén van de belangrijkste moeilijkheden die M.E.(cvs)-patiënten ondervinden, is rechtopstaan (orthostase), en in het bijzonder stilstaan. Dit geeft aanleiding tot symptomen zoals duizeligheid, veranderd zicht, misselijkheid, vermoeidheid, hoofdpijn of zweten. Deze ‘orthostatische intolerantie’ kan verschillende oorzaken hebben; onderstaande studie heeft het over een gebrek aan uithouding-vermogen in de spieren van de romp bij rechtopstaan.

Bij vrouwen met M.E.(cvs) was het zgn. ‘timed-loaded standing’ significant minder dan bij vrouwen met osteoporose (die ook problemen met staan hebben) en gezonde vrouwen. Bij de ‘timed-loaded standing’ test wordt gemeten hoe lang een persoon een halter van 1 kg in elke hand met gestrekte armen voor zich kan houden of. Dit bepaalt de combinatie van het uithouding-vermogen van de romp en armen, en is bedoeld om de prestaties van de romp tijdens dagelijkse aktiviteiten te bevorderen.

De auteurs merken op dat de problemen met staan en fysieke aktiviteit gelijkaardig zijn bij M.E.(cvs) en osteoporose – beide hebben problemen om hun ruggegraat vertikaal te houden. Nijs en enkele medewerkers hebben eerder het spier-herstel van de bovenste ledematen onderzocht – spieren die zeer frequent bij dagelijkse aktiviteiten worden gebruikt (haar kammen en wassen, strijken, koken. Na een inspanning van 18 maximale contracties en een herstel-fase van 45 min., was het spier-herstel significant trager bij M.E.(cvs)-patiënten t.o.v. gezonde mensen. Intrigerend was dat dit slechts het geval bleek voor patiënten die ook voldeden aan de criteria voor fibromyalgie (Ickmans K, Meeus M, De Kooning M, Lambrecht L, Nijs J. Recovery of upper limb muscle function in Chronic Fatigue Syndrome with and without fibromyalgia. Eur J Clin Invest. (2014) 44: 153-59), d.w.z. zij die ook een hoge mate aan “wijd-verspreide pijn” hebben. Aangezien veel M.E.(cvs)-patiënten in deze categorie zitten, zou de test een eenvoudige manier kunnen zijn om op een objectieve manier de spier-problemen te meten. Nijs et al. vonden eerder al dat het spier-herstel in de bovenste ledematen niet vertraagd was bij gelijkaardig experiment met Multipele Sclerose patiënten, wat het nog meer fascinerend maakt.

Relatief simpele onderzoeken (uithouding-vermogen van de spieren in de romp en armen, of wijzigingen in de kracht van de opper-armen) kunnen potentieel belangrijke klinische informatie opleveren over de biomechanische zwakte bij M.E.(cvs). Spier-vermoeidbaarheid en zwakte – dikwijls in respons op lichte inspanning – zijn een karakteristiek kenmerk van M.E.(cvs), en spier-krampen, fasciculaties (‘twitching’; kleine spiertrekkingen) en extreme spier-gevoeligheid worden courant geconstateerd. Toch wordt er weinig over gesproken in de literatuur en gezondheid-professionals negeren het grotendeels. Klinisch onderzoek van de aangetaste spieren bij M.E.(cvs) zou routinematig moeten gebeuren!

Jan Eyskens, de eerste auteur van dit artikel, is een kinesist verbonden aan het Universitair Ziekenhuis Antwerpen en heeft een praktijk in Wilrijk & Gent (www.bewegingspraktijk.be). In 2011 publiceerde hij, samen met enkele huisartsen (T. Declercq, H. Stuer, S. Heytens, S. Blancke) en een psycholoog (R. Rogiers) in het tijdschrift Huisarts Nu (2010) ‘De Behandeling van CVS in de Eerste Lijn – Uitdaging of verplicht nummer? over het ‘veldenmodel’ voor artsen, waarbij 3 horizontale assen – biologische/internistische elementen, neuro/psychiatrische elementen én houding/bewegingsgebonden elementen en 3 vertikale assen – voorbestemmende factoren, onderhoudende factoren en klachten/verwikkelingen – negen velden creëren die bij intake door de arts samen met de patient kunnen worden ingevuld en besproken. Dit wordt gepromoot door een Associatie van Bewegingsconsulenten (www.beweging.org). Het is duidelijk dat met hierbij refereert naar het adagio van de psychologische lobby: cognitieve gedragstherapie…

————————-

Journal of Rehabilitation Research & Development Vol 52, #1, p. 21-30 (Juni 2015)

Timed loaded standing in female Chronic Fatigue Syndrome compared with other populations

Jan B Eyskens (1), Jo Nijs (2), Kristiaan D’Août (3), Alain Sand (4), Kristien Wouters (5,6), Greta Moorkens(6)

1 Department of Internal Medicine, Antwerp University Hospital, Antwerp, Belgium

2 Pain in Motion Research Group; Departments of Human Physiology and Physiotherapy, Vrije Universiteit Brussel, Brussels, Belgium; and Department of Physical Medicine and Physiotherapy, University Hospital Brussels, Brussels, Belgium

3 Department of Musculoskeletal Biology, Institute of Ageing and Chronic Disease, University of Liverpool, Liverpool, UK; Department of Biology, University of Antwerp, Antwerp, Belgium

4 Nuclear Medicine, AZ Jan Palfijn, Ghent, Belgium

5 Department of Scientific Coordination and Biostatistics, Antwerp University Hospital, Antwerp, Belgium

6 Faculty of Medicine and Health Science, University of Antwerp, Antwerp, Belgium

Samenvatting

Patiënten met het Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) hebben gelijkaardige moeilijkheden met staan en zitten als patiënten met osteoporose. De bedoeling van deze studie was het vergelijken van het gecombineerde romp en arm uithouding-vermogen bij vrouwen met CVS (n = 72), vrouwen met osteoporose (n = 30), niet-geïnvalideerde vrouwen (n = 55) en vrouwen uit niet-geïndustrialiseerde landen (n = 58) d.m.v. de ‘timed loaded standing’ (TLS) test. TLS meet hoe lang een persoon een halter van 1 kg in elke hand voor zich kan houden met gestrekte armen. TLS was hoger in de geïndustrialiseerde, niet-geïnvalideerde populatie dan in de niet-geïndustrialiseerde studie-populatie (p < 0.001) en bij patiënten met osteoporose (p = 0.002). TLS was lager bij patiënten met CVS dan bij niet-geïnvalideerde controles (p < 0.001). Na aanpassing voor leeftijd, lengte en gewicht, was de gecombineerde romp en arm uithouding was zelfs lager bij CVS dan bij osteoporose-patiënten van ouder dan 25 jaar (p < 0.001). Bij CVS was TLS lager dan in de niet-geïndustrialiseerde groep (p = 0.02). Aangezien enkel vrouwen werden bestudeerd, is de externe validiteit [toepasbaarheid op een nieuwe/algemene populatie] van de resultaten beperkt tot volwassen vrouwelijke patiënten met CVS. TLS onthulde een specifieke biomechanische zwakte bij CVS-patiënten waarmee rekening kan worden gehouden bij het aanvangen van een revalidatie-programma. We stellen voor dat het beïnvloeden van de kwaliteit, i.p.v. de kwantiteit, van beweging kan worden gebruikt bij de revalidatie.

INLEIDING

[…]

Chronische pijn en vermoeidheid vormen de kern-elementen van de medische klachten, die dikwijls als idiopathisch worden beschreven. […] Er werden lichamelijke en psychologische oorzaken voorgesteld om deze klachten te begrijpen. De meeste mensen met chronische pijn en vermoeidheid zien hun aandoening als lichamelijk van aard en staan weigerachtig tegenover psychologische theorieën […].

De hoeveelheid lichamelijke aktiviteit uitgevoerd tijdens het dagelijks leven bij CVS is lager dan bij niet-geïnvalideerde controles en lijkt te correleren met symptoom-ernst en variabiliteit. Een systematisch review van de literatuur gaf geen definitief besluit in betrekking tot fysiologische inspanning capaciteit bij patiënten met CVS. [Nijs J, Aelbrecht S, Meeus M, Van Oosterwijck J, Zinzen E, Clarys P. Tired of being inactive: A systematic literature review of physical activity, physiological exercise capacity and muscle strength in patients with Chronic Fatigue Syndrome. Disabil Rehabil. (2011) 33: 1493-1500; zie ‘Overzicht: Lichamelijke aktiviteit, fysiologische inspanning-capaciteit & spier-kracht] Lagere dagelijkse lichamelijke aktiviteit impliceert dat patiënten met CVS moeilijkheden zouden kunnen ervaren met bepaalde aktiviteiten zoals gedurende een langere tijd rechtopstaan. Voor mensen is rechtop zijn (staan of zitten) gedurende een lange, ononderbroken periode niet bestemd voor hoe ons lichaam is gebouwd. Wanneer een arbeid-taak dient te worden uitgevoerd, moet het aktieve, musculair gedeelte van de ruggegraat funktioneren op een manier die niet overéénstemt met niet-roterende recutering van ‘motor-units’ [motor-unit = een motor-neuron en alle spier-vezels die het bezenuwt; motor-unit recrutering verwijst naar de aktivatie van motor-units om een toename van samentrekking-kracht in een spier te bekomen; met rotatie van motor-units wordt bedoeld dat de contractie alterneert tussen aktiviteit en rust].

Patiënten met CVS rapporteren moeilijkheden met langdurig rechtopstaan, soms zelfs na slechts enkele minuten. Toch ontbreken studies die het vermogen onderzoeken van patiënten met CVS om rechtop te blijven. Dit is verrassend omdat veel dagelijkse aktiviteiten spier-uithouding van de romp vereisen om een rechtopstaande houding toe te laten, dikwijls gecombineerd met opper-arm bewegingen.

Onderzoekers gebruikten ‘timed loaded standing’ (TLS), een meting voor gecombineerde romp en arm uithouding in een populatie van vrouwen met osteoporose met gelijkaardige lichamelijke klachten. Vrouwen met osteoporose vertonen ook uitgesproken evenwicht-problemen in vergelijking met vrouwen zonder osteoporose. Ze vonden matig sterke en statistisch significante correlaties tussen TLS en 16 op 18 parameters voor fysieke stoornissen en funktie bij vrouwen met osteoporose met gekende breuken. Funktionele reikwijdte, stap-tempo, de Fysieke Funktie Subschaal van de ‘Medical Outcomes Study Short Form 36’, schouder-flexie kracht en wandel-afstand over 6 min. waren het sterkst geassocieerd met TLS tijd.

Wij gebruikten TLS bij CVS (n = 72) en vergeleken de resultaten met niet-geïnvalideerde controles (n = 55) en patiënten met osteoporose (n = 30) zonder gekende breuken. Leven in een geïndustrialiseerd land zou andere capaciteiten en vaardigheden kunnen vergen dan leven in een context zonder moderne hulpmiddelen – die bijna allemaal op elektriciteit werken – die worden gebruikt om het leven, en vooral arbeid, te vergemakkelijken. Dus testten we mensen in een omgeving die tientallen jaren of generaties lang niet veel is veranderd, niet-geïndustrialiseerde gemeenschappen (n = 58; 40 Afrikaanse en 18 Indiaanse). Deze populaties leven in landelijke, landbouw-gemeenschappen waar voeding en leven-stijl (trager ritme, geen elektriciteit, wandelen als transport, enz.) verschillen van geïndustrialiseerde gemeenschappen. We hebben in het totaal metingen uitgevoerd bij 215 deelnemers. De studie had als doelstelling te onderzoeken of TLS bij vrouwen met CVS verschilt van niet-geïnvalideerde controles, niet-geïndustrialiseerde populaties en patiënten met osteoporose.

METHODES

‘Timed Loaded Standing’ Test

TLS meet de tijd (in seconden) die een persoon kan staan terwijl zij/hij een halter van 1 kg in elke hand houdt met de armen onder een hoek van 90°, ellebogen gestrekt en polsen in neutrale stand. De TLS test is een meting van de fysieke prestatie voor gecombineerde romp en arm uithouding, als simulatie voor de funktionele prestatie van de romp bij dagelijkse aktiviteiten – waarvan de meeste vereisen dat de romp rechtop en stabiel blijft terwijl de bovenste ledematen worden gebruikt. Er werd aangetoond dat TLS betrouwbare gegevens genereert […] bij vrouwen met osteoporose. […]

Deelnemers en Populaties

Er werden metingen gedaan bij 215 individuen, verdeeld in 4 populaties. De CVS-populatie bestond uit 72 vrouwelijke patiënten en werd vergeleken met 55 vrouwelijke niet-geïnvalideerde controles en 30 vrouwelijke patiënten met osteoporose zonder gekende breuken. De studie-groep uit niet-geïndustrialiseerde landen bestond uit 40 Afrikaanse en 18 Indiaanse vrouwen.

Chronische Vermoeidheid Syndroom Populatie

Een arts (Dr Greta Moorkens) van de Polikliniek Algemene Interne Geneeskunde van het Antwerps Universitair Ziekenhuis, recruteerde CVS-patiënten die voldeden aan de ‘Centres for Disease Control’ criteria (1994). Deze groep omvatte 72 volwassen Belgische niet-zwangere vrouwen (gemiddelde leeftijd 41 jaar, tussen 20-56), zonder psychologische co-morbiditeit.

[…]

RESULTATEN

Overzicht van de Resultaten

[…]

Vergelijking van de 4 Populaties Eén per Eén

Niet-geïnvalideerde Controles uit Geïndustrialiseerde Landen vs. Mensen uit Niet-Geïndustrialiseerde Landen

TLS, gewicht, lengte en lichaamsoppervlakte waren significant lager in de niet-geïndustrialiseerde populaties dan in de niet-geïnvalideerde controles. Na toepassing van een lineair regressie-model om de TLS tussen deze 2 te vergelijken, na aanpassing voor leeftijd, lengte en gewicht: TLS in de geïndustrialiseerde niet-geïnvalideerde populatie was hoger dan in de niet-geïndustrialiseerde studie-populatie (p < 0.001).

Niet-geïnvalideerde Controles vs. Osteoporose-patiënten

[…] significant langere TLS bij niet-geïnvalideerde controles dan bij patiënten met osteoporose (p = 0.002).

Osteoporose-patiënten zonder Vertebrale Fracturen vs. Personen uit Niet-Geïndustrialiseerde Landen

[…] geen significant verschil qua TLS.

CVS-patiënten vs. Niet-geïnvalideerde Controles in een Geïndustrialiseerde Populatie

TLS was significant lager bij CVS-patiënten dan bij niet-geïnvalideerde controles (p < 0.001) […] na aanpassing voor leeftijd, lengte en gewicht.

CVS-patiënten vs. Osteoporose-patiënten

TLS was significant lager bij CVS-patiënten dan bij osteoporose-patiënten […] na aanpassing voor leeftijd, lengte en gewicht nog meer uitgesproken (p < 0.001).

CVS-patiënten vs. Niet-Geïndustrialiseerde Populatie

[…] TLS was significant lager CVS-patiënten dan in een niet-geïndustrialiseerde populatie (p < 0.001). […] na aanpassing voor leeftijd, lengte en gewicht bleef dat zo (p = 0.02).

BESPREKING

Wat betreft rechtopstaan en lichamelijk aktiviteit, hebben CVS-patiënten gelijkaardige problemen als patiënten met osteoporose: het is moeilijk voor beide om de ruggegraat vertikaal te houden. Vrouwen met osteoporose met vertebrale breuken die bevestigen dat ze rug-moeheid hebben bij het staan en werken met de armen voor het lichaam, zitten rustend en rust-periodes inplannen omwille van rug-moeheid of pijn, hadden significant lagere TLS-tijden […].

Dit is de eerste studie aangaande het testen van gecombineerde romp en arm uithouding in verscheidene studie-populaties, inclusief CVS. De TLS-test onthulde een specifieke biomechanische zwakte bij CVS-patiënten. Deze zwakte wordt duidelijk bij het vergelijken van TLS bij CVS met de andere populaties. TLS bij CVS was veel korter dan bij patiënten met osteoporose die meer dan 25 jaar ouder waren.

[…]

De klachten van patiënten met CVS kunnen worden begrepen in relatie tot de korte TLS en hun klaarblijkelijke zwakte om hun ruggegraten recht te houden, in het bijzonder voor een langere tijd, of het nu zittend of staand of wandelend is.

De klachten van CVS-patiënten over verminderde inspanning-capaciteit en de ervaring meer kracht te moeten leveren bij inspanning, kan worden gelinkt met het feit dat er minder spierkracht werd gevonden bij CVS. Zowel deconditionering [ten onrechte; zie o.m. ‘Verminderde zuurstof-extractie tijdens een cardiopulmonaire inspanning test bij CVS’ en elders] als centrale factoren werden geopperd als voor deze musculaire zwakte bij CVS. [Adepten van de psychosomatische school zoals Wessely, Sharpe, White, Fulcher, etc. blijven dit beweren en propageren cognitieve gedragstherapie en graduele oefentherapie als ‘dé’ behandel-strategie – met weinig oog voor de échte noden van de patient.]

Patiënten met CVS zijn niet enkel zwakker vanuit een musculair standpunt maar vertonen ook een onvermogen om een gewenst aktiviteit-niveau aan te houden. [Black CD, McCully KK. Time-course of exercise induced alterations in daily activity in Chronic Fatigue Syndrome. Dyn Med (2005) 4: 10] Het stappen bij CVS-patiënten vertoont abnormaliteiten in vergelijking met sedentaire controles [Boda WL, Natelson BH, Sisto SA, Tapp WN. Gait abnor-malities in Chronic Fatigue Syndrome. J Neurol Sci. (1995) 131: 156-61]. De fysiologische kostprijs van wandelen bij CVS is groter dan in niet-geïnvalideerde individuen [Paul L, Rafferty D, Marshal R. Physiological cost of walking in those with Chronic Fatigue Syndrome (CFS): A case-control study. Disabil Rehabil. (2009) 31: 1598-1604]. Tijdens het wandelen op een loopband werd een subtiele abnormaliteit in vagale aktiviteit opgemerkt die ten dele de post-exertionele verslechtering van de symptomen zou kunnen verklaren [Cordero DL, Sisto SA, Tapp WN, LaManca JJ, Pareja JG, Natelson BH. Decreased vagal power during treadmill walking in patients with Chronic Fatigue Syndrome. Clin Auton Res. (1996) 6: 329-33]. De aërobe ‘power’ van vrouwelijke patiënten met CVS geeft een laag-normaal fitness-niveau aan zonder cardiopulmonaire abnormaliteit. CVS-patiënten zijn zwakker dan sedentaire en depressieve controles maar ook net zo on-fit als sedentaire controles.

Wat betreft arbeid-status bleef de meerderheid van de deelnemers funktioneel aangetast en werkloos bij follow-up.

In een review over dit onderwerp schreven Nijs et al. het volgende: “Patiënten met CVS presteren minder lichamelijke aktiviteit tijdens het dagelijks leven en hebben minder piek isometrische spierkracht vergeleken met gezonde sedentaire controle-individuen.”. Dat overzicht besloot dat de beschikbare gegevens wijzen op een verminderde fysiologische inspanning-capaciteit bij CVS. [Toch lijken deze mensen te blijven inzetten op graduele oefentherapie…]

Het vergelijken van onze gegevens met eerdere bevindingen is onmogelijk omdat eerdere studies op het gebied van studies over lichamelijke prestaties bij CVS andere metingen met minder ecologische validiteit [mate waarin de onderzoek-resultaten overéénkomen met de dagelijkse praktijk] hebben gebruikt, zoals spierkracht en inspanning-testen. Verdere research kan ons helpen de fundamenten van deze bevindingen te begrijpen. Er kan daarom worden overwogen om, van bij het allereerste begin van de revalidatie, het lage uithouding-vermogen van CVS-patiënten, bij het weerstaan van de zwaartekracht bij rechtopstaan, in overweging te nemen.

Ten slotte moeten enkele methodologische kwesties aangaande deze studie worden vermeld. Aangezien enkel vrouwen werden bestudeerd, blijft de externe validiteit van de resultaten beperkt tot volwassen vrouwelijke patiënten met CVS. Er werd geen rekening gehouden met enkele parameters van de deelnemers, zoals menopausale status, opleiding-niveau en intelligentie. En zoals gewoonlijk zijn longitudinale gegevens vereist om de stabiliteit van deze bevindingen te onderzoeken bij een aandoening zoals CVS, die wordt gekenmerkt door grote schommelingen qua gezondheid-status.

De grootte van het staal van deze studie had voldoende ‘power’ en er werd een meting gebruikt met bewezen validiteit voor het meten van romp en arm uithouding. Er werd aangetoond dat de TLS-test betrouwbare gegevens genereert maar zijn echte validiteit dient nog te worden onderzocht, inclusief vergelijking met een gouden standaard.

BESLUITEN

Vrouwen met CVS hebben een lagere uithouding van romp en arm spieren dan niet-geïnvalideerde controles, niet-geïndustrialiseerde populaties en osteoporose-patiënten. De TLS-test kan bruikbaar zijn voor het bepalen van het lage uithouding-vermogen van romp en arm bij vrouwen met CVS. Verdere studie van de aard en etiologie daarvan is aangewezen. Daarnaast zijn studies nodig die onderzoeken of specifieke inspanning-interventies in staat zijn de specifieke zwakte die hier werd gevonden kunnen herstellen.

juni 27, 2015

Computer-model voor inspanning-intolerantie bij M.E.(cvs)

Filed under: Celbiologie — mewetenschap @ 7:26 am
Tags: , , , , , , ,

Onderstaande studie is géén onderzoek in vitro (in proefbuizen of petrischalen, in een lab) of in vivo (bij mensen, in een kliniek) maar ‘in silico’: via computer-simulatie. Een goed gekend metabool model dat verklaart wat er gebeurt met de mitochondrieën in skelet-spieren tijdens inspanning werd met enkele processen – accumulatie van lactaat en afbraak van purinen (met purinen – adenine (A) of guanine (G) – wordt hier bedoeld: één van de 2 types nucleotiden, stikstof-basen waaruit nucleïnezuren zijn opgebouwd) uitgebreid, omwille van bevindingen over verminderde ATP-aanmaak en piek zuurstofopname bij M.E.(cvs) die duiden op problemen met aërobe energie-produktie. Een gedaalde anaërobe drempel (overgang van aëroob naar anaëroob metabolisme; waar lactaat begint te accumuleren en aanleiding geeft tot verzuring van de spieren), verhoogde verzuring en het feit dat meer tijd nodig is om de zuurtegraad te herstellen, suggereert dat de anaërobe cel-ademhaling (minder efficiënte manier om energie te produceren) probeert te compenseren voor een gebrekkige aërobe cel-ademhaling.

De onderzoekers keken op basis van het model naar (enzyme-)reakties in de mitochondrieën bij ernstige M.E.(cvs) – waarbij de mitochondriale capaciteit fel was gereduceerd – en gezonde controles. Dan onderzochten ze wat er gebeurt bij 3 soorten inspanning: 30 seconden of intensieve inspanning, één uur milde inspanning en één uur milde inspanning verspreid over 2 dagen. Dan keken ze of de modellen overéénkomen met wat studies suggereren wat er gebeurt bij M.E.(cvs). Het kwam overéén. De simulaties geven aan dat bij M.E.(cvs) de ATP- concentraties kritisch lage waarden bereiken tijdens intensieve inspanning en dat de verzuring van de spieren verhoogt.

Meerdere studies geven aan dat de aanmaak van ATP ca. 65% is bij M.E.(cvs). Dit model suggereert dat gereduceerde mitochondriale capaciteit dit probleem kan veroorzaken, alsook de verhoogde acidose (abnormale verzuring; zie ‘Geen herstel van acidose na herhaalde inspanning bij CVS’) en lactaat-accumulatie. (Het eerste is problematisch, lactaat niet direct want dat wordt aangemaakt om de cel te beschermen tegen verzuring.).

Gezonde mensen kunnen de hoeveelheid ATP tijdens inspanning bewaren zodat hun mitochondrieën beschermd blijven. Het model geeft echter aan dat het minimum ATP bij inspanning door M.E.(cvs)-patiënten, significant lager is en wellicht zelfs tot cel-dood kan leiden. Deze bevinding wordt ondersteund door een studie van Sarah Myhill, die verhoogde waarden voor cel-vrij DNA vond. Wanneer de mitochondriale capaciteit van een cel uitgeput raakt (de vraag naar ATP overtreft de toevoer), spreekt de cel zijn reserves aan. De omzetting van 2 ADP-molekulen naar 1 ATP en 1 AMP, levert een beetje energie (ATP) op maar: het vermindert de totale adenine-voorraad in de cel (ATP & ADP). Het model geeft aan dat de gezonde controles inspanning konden leveren zonder purine-verlies terwijl personen met dysfunktie van de mitochondrieën significant purine-nucleotiden verloren.

Het model suggereert dat de verhoogde acidose bij M.E.(cvs) zorgt voor accumulatie van lactaat en verhoging van lactaat-efflux uit de cel. In het echt zou het nog erger kunnen zijn. De acidose en lactaat-accumulatie die worden gevonden bij M.E.(cvs)-studies liggen significant hoger dan bij het model.

De verminderde adenine-voorraad betekent dat spiercellen na inspanning meer tijd zullen nodig hebben om naar normale waarden terug te keren. Het model voorspelde dat 3 tot 5 maal langer zou duren tot dat de ATP-waarden in de spieren van M.E.(cvs)-patiënten weer normaal zouden zijn na inspanning. Het model voorspelde ook dat ze makkelijker van heel korte, intense inspanningen zouden herstellen. Een bijkomende inspanning vóór herstel zou dit herstel substantieel verlengen. ATP-uitputting is dus een mogelijke reden voor de post-exertionele malaise en het zou kunnen verklaren waarom een bijkomende fiets-test een dag na een eerste veel slechtere resultaten geeft. Daarnaast komen nog de mogelijke gevolgen van verhoogde cel-dood bij inspanning, ontregeling van het sympathisch zenuwstelsel en het immuunsysteem (niet opgenomen in het model).

Het blijft een (theoretisch) model maar het geeft toch aan dat mitochondrieën een belangrijke rol spelen bij M.E.(cvs).

————————-

Biophysical Chemistry 202: 21-31 [Pre-print april 2015]

In silico analysis of exercise intolerance in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome

Lengert N, Drossel B

‘Institute for Condensed Matter Physics’, Technische Universiteit Darmstadt, Duitsland

Samenvatting

Post-exertionele malaise wordt courant vastgesteld bij patiënten met Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom maar het mechanisme wordt nog niet goed begrepen. Een verminderde capaciteit voor mitochondriale ATP-synthese is geassocieerd met de pathogenese van CVS en wordt verondersteld een belangrijke bijdrage te bieden aan de inspanning-intolerantie van CVS-patiënten. Om het verband tussen een verminderde mitochondriale capaciteit en inspanning-intolerantie aan te tonen, presenteren we een model dat de dynamiek van metabolieten in skelet-spieren tijdens inspanning en herstel simuleert. CVS-simulaties bewijzen kritiek lage ATP-waarden, waarbij een verhoogde mate aan cel-dood zou worden verwacht. Om de energie-aanvoer te stabiliseren bij lage ATP-concentraties is de totale adenine-nucleotide voorraad substantieel gereduceerd, wat een langere herstel-tijd veroorzaakt – zelfs zonder andere factoren, zoals immunologische ontregelingen en oxidatieve stress, in overweging te nemen. Herhaalde inspanningen verergeren deze situatie aanzienlijk. Verder bewijzen CVS-simulaties een verhoogde acidose en lactaat-accumulatie die consistent is met experimentele observaties.

1. Inleiding

Myalgische Encefalomyelitis, ook Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) genoemd, wordt gekenmerkt door een persistente uitputtende vermoeidheid en een waaier andere symptomen met een nog niet geïdentificeerde pathogenese. Aangezien er geen eenvoudige en ondubbelzinnige diagnostische testen bestaan en CVS-patiënten er dikwijls niet ziek uitzien, werd het meestal als een psychosociale aandoening behandeld. Maar publicaties hebben herhaaldelijk aangetoond dat er bewijs is voor lichamelijke abnormaliteiten die een complexe organische dysfunktie aangeven. Cognitieve gedrag-therapie graduele inspanning, die dikwijls worden aangewend om depressie te behandelen, bleken ondoeltreffend of zelfs schadelijk voor or CVS-patiënten. Verergering van de symptomen, zelfs na minimale inspanning, is een courant kenmerkpost-exertionele malaise (PEM) genaamd – bij CVS-patiënten, en omvat verhoogde vermoeidheid, spierpijn, hoofdpijn, misselijkheid en fysieke zwakte. Post-exertionele malaise bleek gelinkt met een verhoogde oxidatieve stress en met immunologische en adrenerge ontregelingen [zie referenties bij de bespreking] die voortduurden tot 48 h na inspanning. Oxidatieve stress wordt niet enkel geïnduceerd na inspanning maar er werd aangetoond dat deze ook aanwezig in rust en geassocieerd is met CVS-symptomen.

Zelfs al wordt PEM enkel als een optioneel symptoom beschouwd bij de Fukuda et al. criteria voor CVS, werd het als een vereiste opgenomen bij latere CVS-definities. De her-definitie door het ‘Institute of Medicine’ van de ‘National Academies’ ziet PEM als het tweede meest essentieel symptoom […].

Om de courant geobserveerde inspanning-intolerantie bij CVS-patiënten verder te onderzoeken, werden studies aangaande de prestaties tijdens inspanning uitgevoerd: deze rapporteerden dat de maximale piek arbeid, piek O2-opname en de aërobe ATP-synthese significant lager waren bij CVS-patiënten vergeleken met controles [zie ookMetabole veranderingen in spieren en hersenen bij CVS’, ‘M.E.(cvs) als Mitochondriale Ziekte’ & ‘CVS & de regulering van het energie-metabolisme]. In andere studies was er geen duidelijk onderscheid tussen de groepen tijdens de inspanning-test. Een tweede test, herhaald na 24 uur, resulteerde echter in een doorslaggevende differentiatie [lees het werk door Van Ness JM et al. op deze pagina’s; o.a. ‘Dubbele fietstest], consistent met de verslechtering van de medische toestand door post-exertionele malaise. Verder werd een verhoogde verzuring, verminderde anaërobe drempel en verlengd pH-herstel gerapporteerd [zie ook ‘Verder onderzoek van mitochondriale funktie in spieren bij M.E.(cvs)], wat een compenserende upregulering van anaërobe ATP-synthese suggereert.

De gedaalde aërobe ATP-synthese geeft een deficiëntie van de mitochondriale oxidatieve fosforylatie [zorgt voor ATP, bron van cellulaire energie] aan, die gerelateerd zou kunnen zijn met observaties van ongewone mitochondriale DNA-deleties bij CVS-patiënten [Zhang C et al. Unusual pattern of mitochondrial DNA deletions in skeletal muscle of an adult human with Chronic Fatigue Syndrome. Hum. Mol. Genet. (1995) 4: 751-754]. Er is ook preliminair bewijs voor veranderingen in gen-transcripten die de mitochondriale funkties aantasten na Epstein-Barr virus infektie [Vernon SD, Whistler T, Cameron, B, Hickie IB, Reeves WC, Lloyd A: Preliminary evidence of mitochondrial dysfunction associated with post-infective fatigue after acute infection with Epstein Barr Virus. BMC Infect Dis (2006) 6: 15], wat geassocieerd is met de pathogenese van CVS, hoewel er geen doorslaggevend bewijs is voor de identificatie van één enkel virus als trigger voor CVS. Niettemin beklemtoont de rapportering van de aanvang van CVS na een virale infektie, de rol van ontregelde immunologische responsen op virussen bij de pathogenese van CVS.

[…]

Om de effekten van een verminderde mitochondriale capaciteit op de inspanning-respons aan te tonen en de herstel-tijd bij CVS-patiënten te voorspellen, presenteren we een model om de metaboliet-concentraties tijdens hoge-intensiteit inspanning te simuleren. Het model is gebaseerd op een bestaand model voor oxidatieve fosforylatie en glycolyse in skelet-spieren. Er werd aangetoond dat het oorspronkelijk model een gelijkaardig kwalitatief verloop vertoont als experimentele observaties. Bovendien bleken andere hierop gebaseerde modellen consistent met experimentele gegevens […]. Maar nog geen enkel model werd getest tegenover literatuur-gegevens van meerdere onafhankelijke metingen na hoge-intensiteit inspanning. Bovendien werden de afbraak en het daaropvolgend verlies van purine-nucleotiden niet eerder overwogen, daarom kunnen de vermelde modellen de verhoogde vermoeidheid en verlengde herstel-tijd na onderbroken trainingen of hoge-intensiteit inspanning niet verklaren.

Door het origineel model uit te breiden, nemen we ook de lactaat-accumulatie, een meer gedetailleerde omschrijving van acidose en de purine-nucleotide afbraak tijdens inspanning en de synthese tijdens herstel op. Zodoende waren we in staat onderzoek te verrichten naar de mechanismen die de inspanning-respons beïnvloeden en te tonen dat de herstel-duur verlengd is bij CVS-patiënten, bijzonderlijk bij scenario’s met herhaalde inspanning. Daarenboven demonstreren voorspellingen door het model aan hoe een gereduceerde mitochondriale capaciteit alleen, zonder overweging van andere pathologische factoren, volstaat om sommige van de belangrijkste symptomen van PEM veroorzaakt door lage ATP-waarden tijdens herstel, daaropvolgende sterkere apoptose en verhoogde verzuring van spier-weefsel na inspanning, te verklaren.

2. Methodes

Uitbreiding van een model voor oxidatieve fosforylatie en glycolyse d.m.v. computer-simulaties […]. Het model beslaat 2 compartimenten: het cytosol [intra-cellulaire vloeistof] en de mitochondriale matrix, afgescheiden door het binnenste mitochondriaal membraan met specifieke enzymen […]. Het buitenste mitochondriaal membraan en de ruimte tussen de membranen werd niet opgenomen. […]

[We laten de mathematische achtergrond van het model hier voor de specialisten.]

2.1. Intra-mitochondriale reakties

2.2. Extra-mitochondriale reakties

2.3. Een gedetailleerde simulatie van de pH kinetiek

2.4. ATP-consumptie tijdesn inspanning en parallele aktivatie

2.5. Model voor CVS tijdens inspanning

[…] Om de inspanning-respons bij CVS met die van gezonde controles te vergelijken, voerden we simulaties uit waarbij de reaktie-snelheden gerelateerd met oxidatieve fosforylatie waren gedaald door vermenigvuldiging met een factor tussen 0,6 en 1,0 – waarbij 1,0 correspondeert met gezonde controles en 0,6 met een zeer ernstige deficiëntie.

3. Resultaten

[…]

3.1. Herstel-tijden voor verscheidene inspanning-scenario’s

[…] 3 soorten inspanning: 30 sec intensief, 1 uur matig & 2 matige inspanningen van een uur met een interval van 24h. […] Het herstel van ATP naar de waarden bij rust was bij CVS met een mitochondriale capaciteit van 70% van de gezonde groep aanzienlijk langer. Ons model voorspelt dat een lange milde inspanning leidt tot een herstel van 49h (17h langer dan bij een korte intensieve inspanning bij CVS). Voor controles is dit omgekeerd: het herstel is 10,3h na een korte intensieve inspanning en 4,5h na 1 uur milde inspanning; zij bereiken de lage ATP-concentraties waar verlies van purine-nucleotiden onvermijdelijk is, bij matige inspanning niet. Het zeer lage ATP-minimum bij CVS (onder 50% van de waarde in rust) zou waarschijnlijk leiden tot cel-schade en er voor zorgen dat de CVS-patiënten de kracht in het 30 sec scenario niet zouden kunnen volhouden. De simulatie van herhaalde inspanning toont dat als er geen lange herstel-periode in acht wordt genomen, dit leidt tot cumulatieve effekten waarbij de PEM-symptomen worden versterkt.

3.2. Vergelijking van de simulaties voor gezonde individuen met experimentele gegevens

[…]. Er is een goede overéénkomst tussen experimenteel vastgestelde metaboliet-concentraties (30 sec); de bredere variatie is waarschijnlijk te wijten aan een verschillende lichaamsbouw en inspanning-intensiteit. […] De ATP-concentratie daalt en de concentraties van ADP, AMP stijgen continu tijdens inspanning omdat de totale ATP-synthese het ATP-verbruik niet volledig kan bijbenen. […] De sterke anaërobe glycolyse leidt tot een dalende pH tijdens inspanning. […] De verzuring na inspanning en de herstel-tijd (ca. 6 min tot pH 6,9) komen goed overéén met de metingen. […]

3.3. Dynamiek van het herstel na inspanning

[…] Wanneer, bij inspanning, de vraag naar ATP de toevoer overstijgt, zet het enzyme adenylaat-kinase 2 molekulen ADP om naar 1 ATP en AMP, waardoor de ATP/ADP ratio stabiel blijft. […]. Er wordt 1 H+ geabsorbeerd waardoor de verzuring wordt tegengegaan maar de afbraak-produkten inosine, hypoxanthine en ten slotte urinzeuur stijgen. Dit tijdelijk voordeel – essentieel voor overleving – reduceert echter de adenine-nucleotide voorraad; het herstel daarvan kan uren of dagen vergen (72h bij atleten). Bij het origineel model (Korzeniewski et al.), gaat het herstel sneller omdat de purine-nucleotide afbraak niet wordt meegenomen […] . Ons uitgebreid model neemt het purine-nucleotide verlies wel in overweging (9% van de ATP-concentratie in rust bij gezonde controles […]). Na 10h is de ATP-concentratie hersteld tot 97% van de waarden in rust (synthese van 0,6% van de totale adenine-nucleotide voorraad per uur). De experimenteel geobserveerde synthese ligt tussen 0,3 en 1,0% per uur.

3.4. Inspanning-respons en traag herstel bij CVS

We voerden simulaties uit met verschillende ernst qua CVS door het verminderen van de snelheid van de mitochondriale reakties tot 60% van de controle-waarde (op basis van experimentele observaties). […] De gereduceerde capaciteit qua aërobe ATP-synthese leidt tot een veel lagere minimum ATP-concentratie tijdens inspanning. […] Eén van de redenen voor een verminder kracht-output is de gedaalde ATP/ADP-ratio, die leidt tot een minder doeltreffende omzetting van ATP naar ADP. […] Het stabiliseren van de ATP/ADP-ratio heeft het nadelige effekt dat dit een aanzienlijk hogere AMP-concentratie oplevert bij CVS-simulaties vergeleken met controles. Deze veroorzaakt dan een verhoogd verlies qua purine-nucleotiden, wat leidt tot een lager ATP hoger ADP & AMP na inspanning. Een feedback-inhibitie van belangrijke of enzymen veroorzaakt een langere herstel-tijd van de totale adenine-nucleotide voorraad. Er is 31,9h rust nodig om de the ATP-concentratie terug te brengen tot 97% van de waarde in rust (CVS-factor 0,7) en tot 45h is voor nog ernstiger CVS. […] Dit mechanisme zou één van de redenen kunnen zijn voor post-exertionele malaise (houdt typisch enkele dagen aan na inspanning die verder gaat dan de energie-grenzen) bij CVS. Het vertraagd herstel werd ook geobserveerd bij CVS-patiënten via meting van de kracht geleverd via maximum vrijwillige contracties: er waren significante verschillen met de initiële kracht tot 24h na inspanning [Behan WM et al. Demonstration of delayed recovery from fatiguing exercise in Chronic Fatigue Syndrome. Eur. J. Neurol. (1999) 6: 63-69].

3.5. Acidose tijdens inspanning

De CVS-simulaties geven verhoogde acidose tijdens inspanning aan: maximaal pH-verschil t.o.v controles = 0,056 en een lichtjes langer pH-herstel; wat samenvalt met de experimentele observaties [bv. Arnold D et al. Excessive intracellular acidosis of skeletal muscle on exercise in a patient with a post-viral exhaustion/fatigue syndrome: a 31P nuclear magnetic resonance study. Lancet (1984) 323: 1367-1369]. Ten gevolge de lagere pH waren de accumulatie van lactaat en de lactaat-efflux tijdens herstel verhoogd tot respectievelijk 15% en 20% t.o.v. controles. […]. Het verband tussen geaccumuleerd lactaat en de pH bleek ongeveer lineair tijdens herstel na inspanning [in experimenten]. Ons model reproduceert deze gepubliceerde lineariteit […].

4. Besluiten

We presenteerden een deterministisch model [met vaststaande wetmatigheden] gebaseerd op de reaktie-vergelijkingen voor de relevante reakties en processen om de metaboliet-concentraties te simuleren tijdens inspanning in skelet-spieren, en waren in staat experimenteel geobserveerde dynamieken tijdens en na een hoge-intensiteit inspanning van 30 sec te reproduceren. Via simulatie van een gereduceerde mitochondriale ATP-synthese bij CVS-patiënten, leidt het model naar voorspellingen over de herstel-duur na inspanning en toont het aan dat lange milde inspanningen meer uitputtend zijn dan korte intensieve inspanningen – in tegenstelling met de resultaten voor gezonde controles. Verder werd aangetoond dat ATP kritiek lage concentraties bereikt tijdens hoge-intensiteit inspanning bij CVS-simulaties en de verzuring in spier-weefsel verhoogt vergeleken met controle-simulaties.

Parallele aktivatie van ATP-consumptie en -synthese werd gebruikt om de spier-stimulatie te modelleren. Zelfs al is dit een simplistische benadering om een complex en nog niet begrepen mechanisme te beschrijven, is er bewijs voor een parallele aktivatie in vivo.

De verminderde mitochondriale capaciteit bij CVS resulteert in een verhoogde acidose en lactaat-accumulatie, die niet zo uitgesproken was als werd gerapporteerd [zie bv. Lane RJM, Barrett MC, Taylor DJ, Kemp GJ, Lodi R. ‘Heterogeneity in Chronic Fatigue Syndrome: evidence from magnetic resonance spectroscopy of muscle’ (Neuromusc. Disord. (1998) 8: 204-209: “Sommige CVS-patiënten vertonen verstoorde mitochondriale oxidatieve fosforylatie.”]. Dit kan ten dele worden verklaard door de experimentele opzet van herhaalde inspanningen [zie ‘ Geen herstel van acidose na herhaalde inspanning bij CVS] en de heterogeniteit van de CVS-groep, waar sommigen mogelijks een verschillende parallelle aktivatie-dynamiek met een hogere aktivatie van de glycolyse vertonen.

Bij het onderzoeken van de mitochondrieën in neutrofielen van CVS-patiënten werden 2 subgroepen gerapporteerd, die werden gedifferentieerd door de manier waarop de mitochondriale deficiëntie wordt gecompenseerd [werk S. Myhill en medewerkers]. Er werd voorgesteld dat één van de groepen de lagere aërobe ATP-synthese compenseert door het upreguleren van de glycolyse; de andere leek echter een alternatief mechanisme te gebruiken, waarschijnlijk door de afbraak van purine-nucleotiden te verhogen. Ons model reproduceert de kenmerken van beide groepen en de verhouding tussen beide compenserende mechanismen kan worden veranderd door het modificeren van de aktivatie-dynamiek van de glycolyse en het reaktie-verloop van de purine-nucleotide afbraak. In de voorgestelde simulaties werden de corresponderende parameters echter bepaald door experimentele waarden van gezonde individuen.

Een belangrijk verschil tussen de simulaties voor gezonde controles en CVS-patiënten was de minimum ATP-concentratie tijdens inspanning: deze daalde onder 50% van de concentratie in rust voor een arbeid hoger dan 2,45 ATP/sec in de CVS-simulaties. Waarden onder 55% van die in rust werden niet gemeten na hoge-intensiteit inspanning door gezonde individuen. Zelfs als de minimum ATP-concentratie nog goed boven de Km-waarde [maat voor de affiniteit van een enzym voor z’n substraat] voor de meeste van de ATP-afhankelijke enzymen ligt, bleek een tijdelijke 3-voudige reductie van ATP de kans op cel-dood immens te verhogen. CVS-patiënten zouden dus waarschijnlijk niet in staat zijn de kracht-output aan te houden, en de verhoogde necrose zou de symptomen van post-exertionele malaise kunnen versterken. De hoeveelheid cel-vrij DNA in plasma, dat vrijkomt bij necrose, was tot 3,5 maal de normale referentie-waarde verhoogd bij CVS-patiënten, wat een bevestiging is voor een verhoogde cel-dood [Myhill S et al. Mitochondrial dysfunction and the pathophysiology of Myalgic Encephalomyelitis/Chronic Fatigue Syndrome (ME/CFS). Int. J. Clin. Exp. Med. (2012) 5: 208]. De hoeveelheid cel-vrij DNA was sterk omgekeerd gecorreleerd met de capaciteit voor oxidatieve fosforylatie, wat aangeeft dat de hogere cel-dood frequentie het resultaat kan zijn van ATP-concentraties die onder de drempel dalen bij inspanning. Dit effekt zou de herstel-tijd vertragen, die (zoals onze simulaties tonen) al vertraagd is.

Andere factoren die bijdragen tot de verminderde efficiëntie voor herstel zijn immunologische en adrenerge ontregelingen [zie ‘Matige Inspanning verhoogt Expressie van Sensorische, Adrenerge en Immuun Genen bij CVS & Expressie van metaboliet-detekterende, adrenerge & immune genen na inspanning (CVS, FM, MS)], waarbij de complexe wisselwerking met door inspanning geïnduceerde veranderingen van het metabolisme nog niet goed wordt begrepen. Ook oxidatieve stress bleek verhoogd na inspanning [Jammes Y, Steinberg JG, Mambrini O, Brégeon F, Delliaux S. Chronic Fatigue Syndrome: assessment of increased oxidative stress and altered muscle excitability in response to incremental exercise. J Int Med (2005) 257:299-310; zie ook ‘Oxidatieve stress] alsook in rust [zie o.a. Fulle et al. Specific oxidative alterations in vastus lateralis muscle of patients with the diagnosis of Chronic Fatigue Syndrome. Free Radic Biol Med (2000) 29: 1252-9; zie ook: ‘Specifieke correlaties tussen oxidatieve stress in de spieren en CVS /// Kennedy G, Spence VA, McLaren M, Hill A, Underwood C, Belch JJF. Oxidative stress levels are raised in Chronic Fatigue Syndrome and are associated with clinical symptoms. Free Radic Biol Med (2005) 39(5):584-589; zie ook: ‘Oxidatieve stress], wat verband houdt met de oxidatieve fosforylatie capaciteit, aangezien de reductie van belangrijke anti-oxidanten zoals ubiquinol [coenzyme-Q10], coenzyme-c [aktieve coenzyme-vorm van foliumzuur] en NADH afhankelijk is van de mitochondriale ademhaling.

Een mogelijkheid ter verkorting van de herstel-tijd is het versterken van de synthese [van adenine-nucleotiden] door het verhogen van de concentratie van D-ribose [Adenine nucleotide synthesis in exercising and endurance-trained skeletal muscle. Am. J. Physiol. (1991) 261: C342-C347], wat ook nuttig bleek als supplementering voor CVS-patiënten [Teitelbaum JE et al. The use of d-ribose in Chronic Fatigue Syndrome and fibromyalgia: a pilot study. J. Altern. Complement. Med. (2006) 12: 857-86]. Maar langdurige behandeling met D-ribose heeft waarschijnlijk nadelen omwille van zijn snelle glycatie [niet-enzymatische glycosylatie; binden van suiker-molekulen] van proteïnen, wat betrokken is bij fysiologische neurodegeneratieve ziekten [D-ribose geeft aanleiding tot de vorming van ‘advanced glycation end products’ (AGEs); sommige zijn betrokkenen bij cardiovasculaire, Alzheimer’s, kanker, perifere neuropathie]. Zolang dat de pathogenese van CVS onduidelijk blijft, is een redelijke therapeutische benadering het meten van belangrijke co-factoren bij mitochondriale ademhaling (ubiquinol, NAD, L-carnitine en andere) en het aanbieden van individuele supplementen [75,76].

Tot besluit: het voorgestelde model is in staat om meerdere onafhankelijke experimentele observaties te reproduceren en helpt om het onderliggend mechanisme voor inspanning-intolerantie bij CVS te begrijpen door rekening te houden met een verminderde mitochondriale capaciteit. Het mechanisme voor herstel na inspanning kan worden onderzocht door het opnemen in het model van de afbraak van purine-nucleotiden en verlies tijdens inspanning. Ten gevolge de dynamiek van het systeem tijdens inspanning, neemt de ATP-concentratie af tot een zeer laag minimum en het verlies aan purine-nucleotiden stijgt, wat een langere herstel-tijd veroorzaakt en de ernst van de post-exertionele malaise verhoogt.

mei 1, 2015

Abnormale AMPK-aktivatie & glucose-opname in spiercellen bij CVS

Filed under: Celbiologie,Inspanning — mewetenschap @ 7:24 am
Tags: , , , , , ,

Een onderzoeksteam van de ‘Newcastle University’ o.l.v. Prof. Julia Newton toont hier aan dat er iets ‘mis’ is met het spierweefsel zelf bij M.E.(cvs). Bij inspanning reageren de spiercellen van patiënten duidelijk helemaal anders dan die van gezonde controles. De resultaten zetten grote vraagtekens bij de bewering als zou de ziekte een psychologische aandoening zijn want de gevonden (lange-termijn) veranderingen in de spieren blijven bestaan bij in vitro (in proefbuizen) onderzoek. In een proefbuis is er bv. geen “bewegingsangst”.

De researchers suggereren dat het zou kunnen gaan om een (epi)genetische wijziging, dat de gen-expressie in deze cellen is veranderd. Er wordt niet gespeculeerd over wat de oorzaak van een (epi)genetisch mechanisme zou zijn. Bij aankondiging van de preliminaire bevindingen van dit onderzoek (enkele jaren voor publicatie), meldde Newton dat spier-weefsel van M.E.(cvs) een abnormale lacaat-accumulatie in respons op inspanning (in vitro) vertoont en dat dit consistent is met de bevindingen van haar MRI-studie (Journal of Internal Medicine 267 (2010) 394-401. Abnormalities in pH-handling by peripheral muscle and potential regulation by the autonomic nervous system in Chronic Fatigue Syndrome; zie ‘Abnormale zuur-verwerking in spieren bij CVS’). Hier wordt echter niks gezegd over lactaat-waarden…

Uit een biopt van een spier aan de voorzijde van het dijbeen werden skelet-spier-cellen geïsoleerd. Er werd elektrische puls stimulatie (EPS) toegepast om een inspanning te simuleren – daarbij worden myotubes (zich ontwikkelende skelet-spier-vezels met een buisvormig uitzicht; bij myogenese – de vorming van spier-weefsel – worden spier-vezels gevormd door fusie van myoblasten (voorlopers van spier-cellen) tot meer-kernige vezels, de myotubes) in cultuur gezet en contracties geïnduceerd – en het effekt op de cellen zelf bekeken. Dit gebeurt allemaal onder dezelfde gestandaardiseerde omstandigheden, zodat verschillen de wijzigingen bij patiënten t.o.v. controles weerspiegelen.

De voornaamste bevindingen: (a) AMPK (AMP-geaktiveerd kinase, een energie-voelend alarm-proteïne dat een dreigende energie-crisis in de cel voorkomt) en glucose-opname (belangrijk voor energie-produktie) verhoogde niet bij M.E.(cvs); (b) De secretie van interleukine-6 (cytokine betrokken bij inflammatie; bij inspanning door spieren geproduceerd om herstel te bevorderen – ‘p38 MAPK-induced nuclear factor-kappaB activity is required for skeletal muscle differentiation: role of interleukin-6’. Molecular biology of the Cell (2004) 15: 2013-26), was significant verminderd bij in M.E.(cvs); (c) De expressie van myogenine (dat ontwikkeling en herstel van skelet-spieren coördineert) was hoger bij M.E.(cvs), zelfs zonder ‘inspanning’.

Het feit dat de de cel-culturen van M.E.(cvs) niet in staat bleken de opname van glucose te verhogen in respons op ‘inspanning’ weerspiegelt waarschijnlijk de verstoorde aktivatie van AMPK, een complex enzyme. Alle levende cellen moeten een hoge verhouding ATP/ADP aanhouden, als ze willen overleven. In gezonde cellen wordt ADP en fosfaat omgezet naar normale waarden ATP (‘opladen’); anderzijds verkrijgen cellulaire processen hun energie door het omzetten van ATP naar ADP en fosfaat (‘ontladen’). Deze processen worden in evenwicht gehouden door gesofisticeerde regulerende systemen. Het AMPK-systeem speelt een belangrijke rol als sensor voor de cellulaire energie-status. Zoals de auteurs aangeven: het gebrek aan aktivatie van AMPK tijdens ‘inspanning’ in spiercellen bij M.E.(cvs) duidt op een abnormaliteit op het niveau van AMPK of in andere regulerende enzymen.

————————-

PLOS One (April 2015)

Abnormalities of AMPK Activation and Glucose Uptake in Cultured Skeletal Muscle Cells from Individuals with Chronic Fatigue Syndrome

Audrey E. Brown (1), David E. Jones (1,2), Mark Walker (1,2), Julia L. Newton (2,3)

1 Institute of Cellular Medicine, William Leech Building, Medical School, Newcastle University, Newcastle upon Tyne, United Kingdom

2 Newcastle Hospitals, NHS Foundation Trust, Newcastle upon Tyne, United Kingdom

3 Institute for Ageing and Health, Campus for Ageing and Vitality, Newcastle University, Newcastle upon Tyne, United Kingdom

Samenvatting

Achtergrond Post-exertionele spier-vermoeidheid is een sleutel-kenmerk bij Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS). Er werden abnormaliteiten in de werking van skelet-spieren geïdentificeerd bij sommige maar niet alle patiënten met CVS. Om te proberen de mogelijke verstorende factoren te beperken die zouden kunnen bijdragen tot deze klinische heterogeniteit, ontwikkelden we een nieuw in vitro systeem dat vergelijking van AMP-kinase (AMPK) aktivatie en metabole responsen op inspanning in gecultiveerde skelet-spier-cellen van CVS-patiënten en controle-individuen toelaat.

Methodes Er werden culturen van skelet-spier-cellen opgezet van 10 individuen met CVS en 7 voor leeftijd gematchte controles, waarop elektrische puls stimulatie (EPS) werd toegepast gedurende 24h en werd onderzocht op veranderingen geassocieerd met inspanning.

Resultaten In de basale toestand, vertoonden CVS-culturen verhoogde myogenine-expressie maar gedaalde IL-6 secretie tijdens differentiatie, vergeleken met de controle-culturen. Controle-culturen onderworpen aan 16h EPS vertoonden een significante toename van AMPK-fosforylatie en glucose-opname vergeleken met ongestimuleerde cellen. In tegenstelling daarmee vertoonden CVS-culturen geen toename qua AMPK-fosforylatie of glucose-opname na 16h EPS. De glucose-opname bleef echter responsief op insuline in de CVS-cellen, wat wijst op een inspanning-gerelateerd defekt. De IL-6 secretie in respons op EPS was significant gereduceerd bij CVS vergeleken met controle-culturen op alle gemeten tijdstippen.

Besluit EPS is een doeltreffend model voor het opwekken van spier-contractie en de metabole veranderingen die gepaard gaan met inspanning in gecultiveerde skelet-spier-cellen. We vonden 4 belangrijke verschillen in gecultiveerde skelet-spier-cellen van individuen met CVS: verhoogde myogenine-expressie in de basale toestand, verstoorde aktivatie van AMPK, verstoorde stimulatie van glucose-opname en verminderde afgifte van IL-6. Het vinden van deze verschillen in gecultiveerde skelet-spier-cellen van CVS-individuen wijst op een genetisch/epigenetisch mechanisme, en biedt een systeem om nieuwe therapeutische doelwitten te identificeren.

Inleiding

[…]

Vermoeide skelet-spieren zijn een sleutel-kenmerk bij CVS en studies wijzen op spier-funktie abnormaliteiten bij mensen met CVS [Loss of capacity to recover from acidosis on repeat exercise in Chronic Fatigue Syndrome: a case-control study. European Journal of Clinical Investigation (2012) 42:186-94; zie ‘ Geen herstel van acidose na herhaalde inspanning bij CVS] met gelijkaardige bevindingen als bij met vermoeidheid geassocieerde chronische ziekten. Gebruikmakend van nieuwe magnetische resonantie spectroscopie technieken voor spieren, hebben studies aangetoond dat als CVS-patiënten zich inspannen, sommigen grote hoeveelheden zuur in hun spieren genereren en moeilijkheden hebben dit te verwijderen na het beeïndigen van de inspanning. De respons op inspanning bij CVS-patiënten is echter heterogeen (wisselend engagement en een variabele metabole respons). Dus: hoewel er enig bewijs is voor een spier-specifiek defekt, werd er geen scherp-omlijnde, consistente abnormaliteit gevonden. Om dit aan te pakken, hebben we een inspanning-systeem ontworpen om de metabole respons van skelet-spier-cellen in vitro te onderzoeken. Op die manier waren we in staat de spier-cel funktie te bestuderen onder gestandaardiseerde omstandigheden (waarbij de effekten kunnen worden vermeden van mogelijke storende factoren die in vivo kunnen optreden, en het engagement en respons op inspanning kunnen beïnvloeden).

Er werd een aantal artikels gepubliceerd waarin de ontwikkeling van een methode voor het induceren van contracties in skelet-spier-cellen d.m.v. elektrische puls stimulatie (EPS) wordt beschreven. Er werd in skelet-spier myotubes van muizen getoond dat EPS de sarcomeer-montage kan versnellen via de inductie van verhogingen van Ca2+ in de cellen. [De eiwitten die een rol spelen bij samentrekking zijn opgebouwd uit actine- en myosine-molekulen en liggen binnen de spiervezels in bundeltjes gerangschikt (de myofibrillen). Deze bundels vertonen in de lengte-doorsnede een dwarsgestreept patroon. De strepen noemen we Z-lijnen. De dwarse streping ontstaat door de regelmatige opbouw van de myofibrillen: actine- en myosine-filamenten wisselen elkaar af. Binnen een myofibril noemen we de afstand van een Z-lijn tot een volgende Z-lijn een sarcomeer.] In dit model bleek EPS ook AMP-kinase (AMPK) te aktiveren, glucose-transport te verhogen en de afgifte van chemokinen (inclusief IL-6) te versterken. EPS werd ook beschreven in menselijke primaire skelet-spier-myotubes. Verhoogde sarcomeer-montage, AMPK-aktivatie, gestegen glycolyse en glucose-opname, en verhoogde chemokine-expressie zijn de sleutel-kenmerken van dit model. Deze gegevens wijzen er op dat EPS een geschikt model is voor het onderzoeken van inspanning-gerelateerde responsen in gecultiveerde cellen.

In de huidige studie was het doel elektrische puls stimulatie te gebruiken om de spier-funktie te onderzoeken gebruikmakend van gecultiveerde skelet-spier-cellen van patiënten met CVS en gezonde controles. De spier-cel-culturen zijn afgeleid van de satelliet-cellen [endogene stamcellen in de skelet-spieren die verantwoordelijk zijn voor het intrinsieke regeneratie-vermogen van de spieren] geïsoleerd uit een spier-biopt. De geïsoleerde cellen vormen eerst éénkernige myoblasten en kunnen dan worden gedifferentieerd in meer-kernige myotubes die de sleutel-kenmerken van rijpe spier-cellen vertonen. Aantrekkelijk bij het gebruik van spier-cel-culturen is dat ze worden blootgesteld aan gestandaardiseerde condities, zodat de verschillen die opduiken tussen CVS en controle, de veranderingen in de gecultiveerde cellen zullen weerspiegelen. Veranderingen die dan waarschijnlijk een epigenetische/genetische basis hebben.

Ontwerp en Methodes

Individuen

Er werden spier-biopten verkregen van 10 patiënten met de diagnose van Chronische Vermoeidheid Syndroom [Fukuda criteria] en 7 gezonde controles. De groepen waren gematcht voor leeftijd en omvatten mannen en vrouwen. […]

[…]

Resultaten

Karakterisatie van de differentiatie-capaciteit van skelet-spier-cellen

De hoeveelheid desmine-positieve cellen – percentage van het totaal aantal cellen […]. Er waren geen significante verschillen tussen controles en CVS (88,9 ± 7,8% vs 90,7 ± 9,2%, p = 0.5003). [desmine = spier-specifiek proteïne]

[…] Hoewel er geen statistische verschillen waren qua lengte en diameter [van de spiercellen; 7 dagen na initiatie van de differentiatie], was het oppervlak significant gereduceerd bij CVS t.o.v. controles (P < 0.0001). Er was geen verschil qua aantal myotubes op dat tijdstip. […].

De differentiatie-capaciteit van de gecultiveerde skelet-spier-cellen werd bepaald […] analyse voor myogenine (MYOG) expressie en IL-6 release in het cultuur-medium. MYOG is een regulerende factor bij myogenese die vereist is voor de differentiatie [proces waarbij een cel verandert van het één cel-type naar een ander] naar het finaal stadium van myotubes, terwijl IL-6 een cytokine is dat wordt geproduceerd door skelet-spieren en een rol kan spelen bij spier-cel proliferatie [cel-groei] en differentiatie. MYOG expressie […] vertoonde geen verschillen 24h na initiatie van de differentiatie maar na 72h en 7 dagen was de MYOG expressie significant verhoogd bij CVS t.o.v. controles (telkens p < 0.0001). De meting van IL-6 afgifte was vergelijkbaar na 24h en 72h maar na 7 dagen was de IL-6 release significant gedaald bij CVS vergeleken met controles (p < 0.05).

Ontwikkeling van inspanning cel-cultuur systeem

Er werd elektrische puls stimulatie (EPS) gebruikt om contractie van gecultiveerde myotubes te induceren. […] AMP-geaktiveerd proteïne kinase (AMPK) is een cellulaire energie-sensor die wordt geaktiveerd door een lage energie-status, zoals bij inspanning. Aktivatie van AMPK wordt bepaald m.b.v. specifieke antilichamen. In controle-culturen bleek de fosforylatie te stijgen bij EPS en was deze significant verhoogd na 16h (p = 0.006). In tegenstelling daarmee vertoonden CVS-culturen (onderworpen aan hetzelfde EPS-protocol) geen aktivatie van AMPK. De expressie van de ‘heavy chain’ van het proteïne myosine [van belang bij spier-samentrekking] bleek onveranderd door EPS bij controles of CVS […].

De cytotoxische effekten van het EPS-protocol werden bepaald door het meten van de afgifte van lactaat-dehydrogenase (LDH) in het medium. […] Er waren geen statistische verschillen tussen de 2 groepen.

[…]

Het effekt van inspanning en insuline op glucose-opname

Contractie verhoogt de opname van glucose in de spier-cellen op een insuline-onafhankelijke manier; daarom werd het effekt van het EPS-protocol op het glucose-metabolisme onderzocht via het meten van de opname van 2-deoxyglucose in de cellen in afwezigheid van insuline. Bij controle-cellen onder non-EPS condities was de insuline-gestimuleerde glucose-opname 1,3 maal verhoogde t.o.v. basale waarden (447,1 ± 25,3 pmol/min/mg vs 333,5 ± 20,2 pmol/min/mg, p < 0.0005). Na 16h EPS, verhoogde de glucose-opname tot 550,4 ± 35,9 pmol/min/mg (p < 0.0001 vs basaal), terwijl insuline een bijkomend effekt gaf in combinatie met EPS (verhoging tot 746,1 ± 70,9 pmol/min/mg (p < 0.005 vs enkel insuline). Bij non-EPS en EPS condities was de insuline-gestimuleerde glucose-opname in de CVS-culturen significant verhoogd (beide p < 0.0005). 16h EPS verhoogde de glucose-opname in aan- of afwezigheid van insuline niet, wat er op wijst dat de CVS-culturen niet in staat waren de glucose-opname in respons op inspanning te verhogen. Dit is consistent met de afwezigheid van AMPK-aktivatie. Zowel de basale als de insuline-gestimuleerde glucose-opname waren significant verhoogd bij CVS t.o.v. controles (p = 0.001 en p<0.05). Dit verandert echter niets aan de bevinding dat CVS niet in staat waren de glucose-opname in respons op EPS te verhogen, aangezien een toename qua glucose-opname werd gezien in aanwezigheid van insuline, wat er op wijst dat de cellen niet maximaal gestimuleerd waren in de basale toestand.

IL-6 secretie na spier-contractie

Skelet-spieren produceren IL-6 in respons op samentrekking. Controle-cellen vertoonden geen veranderingen qua IL-6 secretie na 4h EPS maar die was wel significant verhoogd na 24h (p < 0.001, vs ongestimuleerd). In de CVS-groep vertoonde de IL-6 secretie hetzelfde patroon maar de afgifte was op alle tijdstippen significant gedaald t.o.v. controles (p < 0.05 vs controle). Dit weerspiegelt de verminderde basale IL-6 afgifte die eerder werd geobserveerd.

Bespreking

We hebben elektrische puls stimulatie gebruikt om kern-aspecten van het inspanning-fenotype te genereren in gecultiveerde menselijke skelet-spier-cellen. We toonden dat EPS van gecultiveerde spier-cellen van gezonde controle-individuen resulteerde in de aktivatie van AMPK en myotube-contractie, karakteristieke kenmerken van inspanning-leverende spieren. Met dit inspanning-model vonden we 2 defekten in gecultiveerde skelet-spier-cellen van individuen met CVS: verstoorde aktivatie van AMPK en verzwakte stimulatie van glucose-opname. Interessant is dat de glucose-opname in respons op insuline normaal was in de CVS-culturen, wat wijst op een specifiek inspanning-gerelateerd defekt. De CVS- en controle-culturen werden onder identieke omstandigheden bestudeerd, wat het zeer waarschijnlijk maakt dat de defekten in de CVS-culturen een epigenetische en/of genetische basis hebben.

De afgifte van IL-6 was vergelijkbaar met controles tot 72h na initiatie van de differentiatie maar was significant gedaald op dag 7 bij de CVS myotube-culturen (vóór en tijdens contractie). Eerdere studies hebben geen verschil aangetoond qua circulerend IL-6 in rust of na een sub-maximale inspanning bij patiënten met CVS. Circulerend IL-6 weerspiegelt echter waarschijnlijk de release door meerdere weefsels. De studie die we hier beschrijven is de eerste die IL-6 onderzoekt dat specifiek door skelet-spier-cellen wordt afgegeven bij patiënten met CVS. Het belang van deze verminderde afgifte van IL-6 in een later stadium van de of spier-cel differentiatie is niet duidelijk. Acute blootstelling van spier-cellen aan IL-6 en andere pro-inflammatoire cytokinen zoals tumor necrose factor alfa (TNFα) bleek eerder een rol bij myogenese in skelet-spieren te spelen. Er werd aangetoond dat behandeling van muis myoblasten gedurende 24h met TNFα in combinatie met IL-6 myoblast-proliferatie bevordert. IL-6 bleek ook belangrijk bij in satelliet-cel proliferatie in vivo bij muizen […].

MYOG gen-expressie was significant verhoogd op 72h en 7 dagen na initiatie van differentiatie in de CVS-culturen vergeleken met controles. MYOG is een myogene regulerende factor die een kritieke rol speelt bij myoblast-differentiatie en is een merker voor terminale differentiatie. MYOG expressie neigt te stijgen gedurende de differentiatie, met een piek op 72-96h na initiatie. Verhoogde MYOG expressie bleek geassocieerd met verhoogde afgifte van het IL-6 en versterkte myotube-vorming in gecultiveerde muizen spier-cellen. In de huidige studie was de verhoogde MYOG expressie geassocieerd met een vermindering van de afgifte van IL-6 7 dagen na initiatie van de differentiatie in de CVS-culturen. Belangrijk: zowel controle- als CVS-culturen differentieerden gedurende een zelfde tijdspanne en onder gestandaardiseerde condities vóór de EPS-studies. MYOG expressie bleek betrokken bij de inspanning-capaciteit van skelet-spieren. Een muizen-model voor myogenine-depletie toonde een verhoogde inspanning-capaciteit […]. Muizen zonder het MYOG gen hadden een verhoogde aërobe capaciteit […]. Het is daarom mogelijk dat verhoogde myogenine-expressie een negatieve impact heeft op inspanning-capaciteit. Consistent met onze bevindingen toonde een vroegere studie aan dat – in een muizen-model met over-expressie van myogenine – verhoogde myogenine-expressie geassocieerd was met een kleiner myofiber-oppervlak. [myobiber = cylindrische, meer-kernige cel opgebouwd uit talrijke myofibrillen die samentrekken als ze wordt gestimuleerd]

Het gebrek aan aktivatie van AMPK tijdens EPS in spier-cellen van CVS-patiënten wijst op een spier-abnormaliteit op het niveau van, of upstream van, AMPK. AMPK is een proteïne-complex samengesteld uit een katalytische α-subunit en regulerende β- en γ-subunits. Onder normale fysiologische omstandigheden wordt AMPK geaktiveerd tijdens spier-contractie. Processen – zoals spier-contractie – die de AMP:ATP verhouding verhogen, bevorderen fosforylatie van AMPK […] door de binding van AMP (of ADP) op de γ subunit van AMPK. Upstream van AMPK fosforyleert lever kinase-B1 (LKB1) AMPK in de most cel-types. Het Ca2+/calmoduline-afhankelijk kinase kinase (CaMKK) kan in sommige cellen ook AMPK fosforyleren op een Ca2+-afhankelijke manier. […]. Deze kinasen upstream van AMPK vereisen verder onderzoek in onze groep CVS-individuen en de beschikbaarheid van ons in vitro spier-systeem zal een snel onderzoek naar potentiële therapieën en klinische testen toelaten.

Er is bewijsmateriaal dat suggereert dat IL-6 AMPK aktiveert. In skelet-spieren van muizen zonder IL-6 was – na 60 min inspanning – de fosforylatie van AMPK significant gereduceerd vergeleken met controles. Deze studie toonde ook dat incubatie van spieren van muizen met IL-6 direct AMPK-fosforylatie verhoogde. Er werd ook voorgesteld dat IL-6 AMPK aktiveert door het verhogen van cAMP en de AMP:ATP ratio. Het precieze mechanisme dat hierbij betrokken is, is echter nog onbekend. Bij mensen werd aangetoond dat de afgifte van IL-6 door been-spieren significant correleert met AMPK-aktiviteit tijdens een inspanning op een fiets-ergometer. Of verminderde afgifte van IL-6 door de CVS spier-culturen bijdraagt tot de verstoorde aktivatie van AMPK vergt verder onderzoek. Er is echter ook bewijsmateriaal dat suggereert dat AMPK de afgifte van IL-6 door skelet-spieren kan reguleren.

Elektrische puls stimulatie biedt een in vitro systeem dat pre-klinische testen toelaat met molekulen die de biochemische abnormaliteiten die worden gezien zouden kunnen manipuleren. Het bestuderen van deze gebieden van het metabool mechanisme die verstoord zijn bij patiënten met CVS en hoe deze farmacologische zouden kunnen worden gemanipuleerd, geeft opportuniteiten om snel, bestaande of nieuwe therapieën in klinische trials te kunnen testen bij CVS. Naast dit pre-klinisch experimenteel systeem dat ons toelaat beter de fysiologische basis van CVS te begrijpen, zou het een kans kunnen zijn om de pathogenese van vermoeidheid in ander met vermoeidheid geassocieerde chronische ziekten te exploreren. Terwijl éénlagige culturen een goed model zijn voor het bestuderen van de respons op inspanning in vitro, is een mogelijke beperking van het model dat bij 2D culturen de myotubes niet volledig in dezelfde richting liggen. Een manier om dit aan te pakken, is het ontwikkelen van een 3D cel-cultuur-systeem. […]

Studies suggereren dat graduele oefen therapie (GOT) voordelen heeft voor patiënten met CVS, hoewel deze klein zijn. CVS-patiënten voelen dikwijls dat inspanning hun symptomen integendeel verergert. Onze MRS-studies suggereerden dat er minstens 2 spier-fenotypes zijn voor de ganse op symptomen gebaseerde diagnostische klassificatie van CVS. Dit kan, gedeeltelijk, het beperkt nut voor GOT verklaren. We geloven dat de resultaten van de huidige studie verder de mogelijkheid van een perifere component voor CVS benadrukken, alsook de noodzaak om de spier-fenotypes van CVS te karakteriseren, vooraleer inspanning voor te schrijven. Er is verder werk vereist om de biochemische abnormaliteiten in spieren bij CVS en de impact die inspanning daarop kan hebben, te begrijpen.

Tot besluit: ‘alternating frequency’ EPS [afwisseling van pulsen met hoge en lage frequentie] is een doeltreffend model voor het opwekken van spier-contractie en de metabole veranderingen geassocieerd met inspanning. De verstoorde AMPK-aktivatie en glucose-opname in respons op EPS wijzen in de richting van een primaire abnormaliteit in de spieren van CVS-patiënten. De mechanismen betrokken bij de aktivatie van of AMPK bij mensen met CVS en met vermoeidheid geassocieerde chronische ziekten vereisen verder onderzoek.

————————-

Er worden enkele aanwijzingen gegeven voor welke kinasen upstream van AMPK men zou kunnen onderzoeken.

Ons lijkt Nucleaire factor-kappaB (NF-κB) – waar we al meermaals op deze paginas naar verwezen – ook hier een belangrijke rol te spelen. Uit de samenvatting van ‘Regulation of IkappaB kinase and NF-kappaB in contracting adult rat skeletal muscle’ (Am J Physiol Cell Physiol. (2005) 289: C794-801):

>>Nucleaire factor-kappaB (NF-κB) is een transcriptie-factor met belangrijke rollen bij het reguleren van aangeboren immuniteit en inflammatoire responsen. NF-κB wordt geaktiveerd door de fosforylatie van zijn inhibitor, IkappaB, door het IkappaB-kinase (IKK) complex. Fysieke inspanning veroorzaakt wijzigingen in de gen-expressie van skelet-spieren, toch blijven de betrokken signalisering-cascades en transcriptie-factoren grotendeels onbekend. […]. [bij ratten] Inspanning resulteerde in tot tweevoudige stijging qua IKKalfa/beta-fosforylatie in spieren. […]. Bijkomende kinasen die worden geaktiveerd door inspanning omvatten p38, ‘extracellular-signal regulated protein kinase’ [ERK] en ‘AMP-activated protein kinase’ [AMPK]. De resultaten suggereren dat deze kinasen de aktivatie van IKK en NF-κB kunenn beïnvloeden tijdens inspanning. 5-aminoimidazole-4-carboxamide-1-beta-D-ribofuranoside, een aktivator van AMPK, had geen effekt op IKK noch NF-κB aktiviteit. […]<<

Volgende pagina »

Maak een gratis website of blog op WordPress.com.