We gaven hier al informatie mee die wees op de mogelijke betrokkenheid van gliale cellen bij chronische pijn (zie ‘Bewijs voor gliale aktivatie in de hersenen bij chronische pijn’ & ‘Glia, glutamaat-transport en chronische pijn’) maar ook bij neuro-inflammatie (zie ‘Microglia en geheugen’ & ‘Cerebrale inflammatie? TNF-α, Microglia, Bloed-Hersen-Barrière’), vermoeidheid (zie ‘Glia, glutamaat-transport en mentale vermoeidheid’) en M.E.(cvs) (zie ‘Microglia & CVS – Hypothesen & Onderzoek’ & ‘Gliale Cellen, Astrocyten en M.E.’).

Fysio-/kinesitherapeut Jo Nijs en z’n team hebben nu blijkbaar ook deze piste ontdekt. Wellicht in afwachting van de resultaten van hun studie aangaande de epigenetica van het BDNF gen en z’n relevantie voor pijn (zie ook literatuurstudie ‘BDNF – neuroplasticiteit bij neuropathische pijn & centrale sensitisatie’) geven ze hier een overzicht over de research aangaande “afwijkende aktiviteit van glia als mogelijk onderliggend, zelfs etiologisch (oorzakelijk) mechanisme voor centrale sensitisatie (ook voorkomend bij M.E.(cvs); zie ‘Centrale sensitisatie & pijn-behandeling’).

Er volgt ook een opsomming van mogelijke farmacologische behandelingen om deze problematiek aan te pakken maar hun ‘Pain in Motion International Research Group’ blijft dus ook focussen op beweging en inspanningtherapie. Het artikel gaat inderdaad niet per se over M.E.(cvs) maar er wordt niet aangegeven dat een dergelijke (op training gebaseerde) behandeling hiervoor nefast kan zijn (zoals veelvuldig door patiënten wordt aangegeven en door onderzoek wordt benadrukt).

————————-

Expert Opin Ther Targets (2017) 12: 1-10

Sleep disturbances and severe stress as glial activators: key targets for treating central sensitization in chronic pain patients?

Nijs J^1,2,3, Loggia ML⁴, Polli A^1,2, Moens M^5,6, Huysmans E^1,2, Goudman L^1,2,5, Meeus M^1,7,8, Vanderweeën L^1,2,9, Ickmans K^1,3, Clauw D¹⁰

1 Department of physiotherapy, human physiology and anatomy, Pain in Motion International Research Group, Vrije Universiteit Brussel, Brussels, Belgium

2 Department of Physiotherapy, Human Physiology and Anatomy, Faculty of Physical Education & Physiotherapy, Vrije Universiteit Brussel, Brussels, Belgium.

3 Department of Physical Medicine and Physiotherapy, University Hospital Brussels, Brussels, Belgium

4 MGH/HST A. A. Martinos Centre for Biomedical Imaging, Department of Radiology, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Charlestown, MA, USA

5 Department of Neurosurgery and Radiology, University Hospital Brussels, Brussels, Belgium

6 Department of Manual Therapy, Faculty of Medicine and Pharmacy, Vrije Universiteit Brussel, Brussels, Belgium

7 Department of Rehabilitation Sciences and Physiotherapy, Ghent University, Ghent, Belgium

8 Department of Rehabilitation Sciences and Physiotherapy, University of Antwerp, Antwerp, Belgium

9 Private Practice for Spinal Manual Therapy, Schepdaal-Dilbeek, Belgium

10 Chronic Pain and Fatigue Research Centre, University of Michigan, Ann Arbor, USA

Samenvatting

Inleiding: Het mechanisme voor sensitisatie van het centraal zenuwstelsel verklaart gedeeltelijk de chronische pijn die door veel patiënten wordt ervaren maar de etiologische mechanismen van deze dysfunktie van het centraal zenuwstelsel worden niet goed begrepen. Een stijgend aantal studies suggereert dat afwijkende gliale aktivatie deel uitmaakt van het tot stand komen en/of onderhouden van centrale sensitisatie.

Domeinen: Dit overzicht focust op pre-klinisch werk en voornamelijk op de neurobiochemie bestudeerd bij dieren, met beperkte beschikbaarheid van studies bij mensen. Gliale over-aktivatie resuleert in een laag-gradige neuro-inflammatoire toestand, gekenmerkt door hoge waarden BDNF [Jason et al. rapporteerden in ‘Brain derived neurotrophic factor’ is gedaald bij CVS & MS’ over een onverwacht verminderde aanmaak], IL-1β, TNF-α, die op hun beurt de prikkelbaarheid van neuronen van het centraal zenuwstelsel verhogen door mechanismen zoals ‘long-term potentiation’ [LTP, langdurige versterkte communicatie tussen neuronen, resulterend uit hun gelijktijdige stimulatie; draagt in belangrijke mate bij aan chronische pijn] en verhoogde synaptische efficiëntie. Afwijkende gliale aktiviteit bij chronische pijn kan getriggerd zijn geweest door blootstelling aan ernstige stress, en/of slaap-stoornissen, die elk vastgestelde initiërende factoren zijn voor de ontwikkeling van chronische pijn.

Expert-opinie: Mogelijke behandel-paden omvatten meerdere farmacologische opties voor het verminderen van gliale aktiviteit, alsook conservatieve interventies zoals slaap-management, stress-management en inspanning-therapie. De farmacologische opties omvatten propentofylline, minocycline, β-adrenerge receptor antagonisten en cannabidiol. Vooraleer deze bevindingen te vertalen van basis-wetenschap naar klinische settings, zijn studies bij mensen nodig die de geschetste mechanismen verkennen bij patiënten met chronische pijn.

1. Inleiding

Moderne pijn-neurowetenschap heeft het begrijpen van pijn doe vooruitgaan, inclusief de rol van centrale sensitisatie (CS, of centrale hyper-exciteerbaarheid) bij aanwezigheid en amplificatie van (persistente) pijn-ervaringen. CS wordt gedefinieerd als een ‘amplificatie van neurale signalisering binnen het centraal zenuwstelsel die pijn hyper-sensitiviteit opwekt’ en ‘verhoogde responsiviteit van nociceptieve [nociceptie = pijn-waarneming] neuronen in het centraal zenuwstelsel voor normale of laag-drempelige afferente [signalen naar de hersenen] input’. Bij veel patiënten met chronische pijn ontbreekt een duidelijke oorzaak voor de nociceptieve input of ze is niet ernstig genoeg om de ernstige pijn en andere symptomen die door de patient worden ervaren, te verklaren. Bij dergelijke patiënten is CS dikwijls aanwezig en kan het klinisch beeld verklaren. Het is goed vastgesteld dat het mechanisme voor sensitisatie van het centraal zenuwstelsel gedeeltelijk de chronische pijn verklaart, inclusief bij mensen met neuropathische pijn, ‘whiplash’, chronische lage-rug pijn, osteoartritis, hoofdpijn, pijn na kanker-behandeling, fibromyalgie [Price DD, Staud R et al. Enhanced temporal summation of second pain and its central modulation in fibromyalgia patients. Pain. (2002) 99: 49-59], chronische schouder-pijn, Chronische Vermoeidheid Syndroom [Nijs J, Meeus M 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’], Reumatoïde Artritis, enz.

CS beslaat verscheidene gerelateerde dysfunkties binnen het centraal zenuwstelsel, die allemaal bijdragen tot gewijzigde, dikwijls verhoogde responsiviteit voor een waaier aan stimuli zoals mechanische druk, chemische substanties, licht, geluid, koude, warmte, stress en elektriciteit. Dergelijke dysfunkties van het centraal zenuwstelsel omvatten sensitisatie van ruggemerg-neuronen, veranderde sensorische verwerking in het brein met verhoogde hersen-aktiviteit in gebieden die bekend staan om hun betrokkenheid bij het voelen van acute pijn […]), betrokkenheid van meerdere hersenstam-kernen […], gewijzigde brein-neurochemie, slecht funktioneren van dalende anti-nociceptieve mechanismen en verhoogde aktiviteit van door de hersenen georkestreerde nociceptieve faciliterende mechanismen. Deze faciliterende mechanismen houden waarschijnlijk verband met de verhoogde hersen-aktiviteit zoals hierboven beschreven en ze kunnen (verder) worden geaktiveerd door cognitief-emotionele factoren zoals pijn-katastrofering, stress, hypervigilantie, gebrek aan aanvaarding, depressieve gedachten en maladaptieve ziekte-percepties (bv. ervaren onrechtvaardigheid, lage zelf-doeltreffendheid).

CS gaat ook gepaard met een overdreven respons van het centraal zenuwstelsel op nociceptieve of zelfs niet-nociceptieve input, resulterend in pijn die disproportioneel is met de stimulus. CS is dikwijls geassocieerd, niet enkel met ernstige pijn, maar ook met verscheidene andere symptomen zoals slaap-stoornissen en stress-intolerantie. Ondanks ons beter begrijpen van de mechanismen die (hyper-sensitiviteit) symptomen verklaren bij patiënten met chronische pijn, valt er veel te leren over de ontwikkeling van chronische pijn, inclusief de etiologische mechanisme die aan de basis van CS liggen. Waarom ontwikkelen sommige patiënten CS-pijn terwijl dat bij andere niet zo is?

Glia zijn niet-neuronale cellen in het zenuwstelsel. Een subgroep gliale cellen, in het bijzonder microglia en astrocyten, lijken fysiologisch op immuuncellen en kunnen daarom worden gezien als immuun-achtige of immuun-competente cellen. Al te lang hebben neurowetenschappers gefocust op neuronen en de glia verwaarloosd, waarschijnlijk omwille van het feit dat de basis-neurowetenschap historisch ontwikkelde uit methodes om de elektrische signalisering in (tussen) neuronen te monitoren. Toch zijn er veel meer glia dan neuronen en hebben ze een veel hogere cellulaire diversiteit en meer funkties dan neuronen.

Steeds meer pre-klinische studies suggereren dat afwijkende glia-aktivatie het bewerkstelligen en/of onderhouden van CS en persistente pijn kan verklaren [bv. Loggia ML et al. Evidence for brain glial activation in chronic pain patients. Brain: J Neural. (2015) 138: 604-615], en dat slechte slaap en ernstige stress [bv. Wohleb ES et al. Monocyte trafficking to the brain with stress and inflammation: a novel axis of immune-to­ brain communication that influences mood and behavior. Front Neurosci. (2014) 8: 447] elk kunnen resulteren in dergelijke gliale aktivatie. Hier geven we een update over het huidig begrip van de potentiële rol van afwijkende gliale aktiviteit bij het verklaren van (de aanvang van) CS bij patiënten met chronische pijn, samen met ernstige of langdurige stress en slaap-stoornissen als triggers voor afwijkende gliale aktivatie.

Ten slotte worden mogelijke farmacologische en niet-farmacologische behandel-paden voor deze neuro-immune interakties besproken. Deze ‘review’ focust op pre-klinisch werk en voornamelijk op de neurobiochemie bestudeerd bij dieren, waarbij menselijke studies beperkt beschikbaar zijn.

2. Gliale aktivatie, neuro-inflammatie en de etiologie van CS pijn

De 3 voornaamste gliale cel-types zijn microglia, astrocyten en oligodendrocyten. Hoewel oligodendrocyten ook geïmpliceerd bleken bij de ontwikkeling van centrale pijn, zullen we ons hier voornamelijk focussen op de eerste twee glia-klassen, aangezien hun rol bij pijn is meer gevestigd is. Er wordt soms naar microglia gerefereerd als de residente macrofagen in het brein: bij een letsel of infektie worden ze geaktiveerd en werken ze samen om de schade te herstellen en de brein-homeostase te herstellen. Om microglia toe te laten deze belangrijke fysiologische funktie uit te voeren, is het cruciaal dat het geen statische cellen zijn maar eerder een hoge graad van mobiliteit binnen het centraal zenuwstelsel hebben. Hoewel in het verleden auteurs microglia kenmerkten als in ‘rust-toestand’ of ‘geaktiveerde toestand’ vertoevend, accepteren de meeste nu dat microgliale cellen, wanneer ze niet geaktiveerd zijn, in een ‘surveillance’ eerder dan ‘rust’ toestand verkeren. Microglia zijn in feite continu hun processen aan het uitbreiden en terugtrekken om het molekulair en cellulair micro-milieu, inclusief synapsen, in hun nabijheid te scannen.

Daarnaast spelen microglia een cruciale rol bij synaps-vorming, synaps-eliminatie (bv. microglia kunnen hippocampus-synapsen fagocyteren) en verfijning van neuronale circuits met complement [onderdeel van de aangeboren immuun-respons dat antilichamen en fagocyterende cellen ‘complementeert’ (aanvult) in de strijd tegen pathogenen] -proteïnen (C1q en C3) als cruciale mediatoren. Synaps-vorming/-eliminatie is een belangrijk mechanisme voor veel funkties, inclusief leren (‘long-term potentiation’ en langdurige depressie) en bescherming tegen letsels. De REM-slaap is belangrijk bij het selektief elimineren en onderhouden van nieuw gevormde synapsen, wat op z’n beurt bijdraagt tot het leren en consolidatie van het geheugen. De mobiliteit van microglia wordt ook gereguleerd via verschillende manieren van neurotransmissie: verhoogd door glutamaterge neurotransmissie en verlaagd door GABAerge neurotransmissie. Vandaar dat microglia en neuronen bidirectioneel interageren en elkaar constant ‘fine-tunen’.

Na aktivatie transformeren microglia morfologisch van een vertakt (rustend) naar een amoeboïd (fagocyterend) fenotype. Niet elke geaktiveerde microglia vertoont een pro-inflammatoir patroon. Inflammatoire akties van microglia hangen af van het aktivatie-subtype. Het pro-inflammatoire subtype (M1) sekreteert pro-inflammatoire cytokinen (bv. tumor necrose factor α (TNF­α), interleukine-1β (IL-β), IL-6), neurotrofe factoren (bv. ‘brain­derived neurothrophic factor’, BDNF) en vrije radicalen toxisch die zijn voor de omringende cellen. Het anti-inflammatoire subtype (M2) sekreteert anti-inflammatoire cytokinen (bv. IL-10) voor het oplossen van inflammatie en trofe factoren voor het bevorderen van weefsel-genezing. Een dergelijk genereren van inflammatoire responsen wordt gemedieerd via de aktivatie van p38 mitogen-aktiverend kinase (MAPK [‘mitogen activated protein’ (MAP) kinasen reageren op extracellulaire stimuli (mitogenen) en reguleren verscheidene cellulaire aktiviteiten, zoals gen-expressie, celdeling, differentiatie en cel-overleving/apoptose]) in ruggemerg-microglia, ten minste bij mannelijke (maar niet bij vrouwelijke) dieren; dit speelt een centrale rol bij een brede dynamische waaier van neuronale hyper-exciteerbaarheid. M1-M2 polarisatie van microglia heeft ook verschillende effekten op de synaptogenese [ontstaan van synapsen]: M2-microglia stimuleren synaptogenese, terwijl M1-microglia in inflammatoire toestand resulteert in synaps-eliminatie (synaptische ‘stripping’, een mechanisme gelinkt met leer-processen). Er is discussie over het concept M1 versus M2 polarisatie van microglia, aangezien het een continu proces kan betekenen eerder dan verschillende subtypes. Ook het feit dat gliale cellen verschillende dynamieken vertonen en een verschillende mate van aktivatie na een stimulus kan verschillen bij patiënten verklaren, mogelijks zelfs gedeeltelijk waarom sommige mensen chronische pijn ontwikkelen na een gebeurtenis (bv. lichamelijk trauma), terwijl dat bij anderen niet het geval is.

In de acute of sub-acute fasen van een letsel of pijn, speelt gliale aktivatie waarschijnlijk een adaptieve rol, aangezien het weefsel-genezing en herstel begunstigt. Wanneer gliale aktivatie niet verdwijnt, en chronisch wordt, kan het pathogeen worden en leiden tot collaterale schade van nabijgelegen neuronen en andere glia. De resulterende laag-gradige chronische neuro-inflammatie is een onderliggend kenmerk van veel neurologische aandoeningen (zoals majeure depressie, Alzheimer’s, Parkinson’s, schizophrenie, traumatisch hersen-letsel, enz.). Gelijkaardige chronische neuro-inflammatie zou ook betrokken kunnen zijn bij de pathogenese van chronische pijn.

Afwijkende gliale aktiviteit heeft het potentieel CS te initiëren via meerdere mechanismen. Geaktiveerde microglia werden geïdentificeerd als een belangrijke bron voor de synthese en afgifte van BDNF dat verantwoordelijk is voor verhoogde neuronale prikkelbaarheid via het veroorzaken van ontremming in dorsale hoorn neuronen van het ruggemerg. Deze microglia-naar-neuron communicatie omvat niet enkel verzwakking van de pijn-inhiberende werking van gamma­aminoboterzuur (GABA) maar ook van glycine-receptor [één van de meest voorkomende neurotransmissie-inhiberende receptoren in het centraal zenuwstelsel] gemedieerde inhibitie. Verhoogde gliale synthese van BDNF in de nociceptieve mechanismen bij patiënten met CS pijn kan worden beschouwd als een pathofysiologische respons [Nijs J, Meeus M, Versijpt J et al. Brain-derived neurotrophic factor as a driving force behind neuroplasticity in neuropathic and central sensitization pain: a new therapeutic target? Expert Opin Ther Targets. (2015) 19: 565-576].

Gestegen IL-1 gen-expressie in microglia werd gelinkt aan de inductie en het onderhouden van ‘long-term potentiation’ (en bijgevolg met leren, angst en geheugen-processen). Zo ook gaat gliose [verhoogd aantal gliale cellen in een beschadigd gebied van de hersenen; de non-specifieke neuropathologische reaktie van het brein op verschillende neurologische ziekten] vergezeld van TNF-α beschikbaarheid, die op z’n beurt ‘long-term potentiation’ induceert en daardoor versterkte synaptische werkzaamheid en pijn-sensitisatie. ‘Long-term potentiation’ en versterkte synaptische werkzaamheid zijn (deels overlappende) sleutel-mechanismen die aan de basis liggen van verhoogde exciteerbaarheid van centraal zenuwstelsel pijn en de vorming van (maladaptief) pijn-geheugen bij patiënten met chronische pijn en CS, mogelijks gecoördineerd door gliose. Zo aktiveren ook pro-inflammatoire mediatoren, aangemaakt door geaktiveerde microglia tijdens neuro-inflammatie, op directe wijze nabijgelegen neuronen (die receptoren voor deze pro-inflammatoire cytokinen tot expressie brengen) die op hun beurt hyper-exciteerbaar worden.

Hoewel struktureel en funktioneel heel verschillend van microglia werd van astrocyten overtuigend aangetoond dat ze een sleutel-rol spelen in de pathogenese van aanhoudende pijn in dieren-modellen. Astrocyten zijn in staat de aanwezigheid van een aanval, zoals een inflammatoire belasting of zenuw-letsel, te detekteren, waarop ze reageren met hypertrofie en verhoogde expressie van een reeks molekulen die bijdragen tot hyperalgesie [verhoogde pijngevoeligheid] en allodynia [ervaring van pijn bij een gewoonlijk niet-pijnlijke prikkel], zoals het enzyme stikstof-oxide synthase, het pro-inflammatoir cytokine IL-1 en het chemokine CXCL1.

Naast de hierboven uitgelegde mechanismen, zouden andere mechanismen afwijkende gliale aktivatie en CS pijn kunnen linken. Dit omvat de expressie en funktie van de adenosine A1 receptor (A1AR) op microglia [Luongo L et al. The A1 adenosine receptor as a new player in microglia physiology. Glia. (2014) 62: 122-132]. Ca²⁺-influx geïnduceerd door ATP-behandeling en microgliale cellen voorbehandeld met een A1AR agonist [agonist = molekule die bindt op een receptor, deze aktiveert en een biologische respons opwekt], vertonen een lagere capaciteit om spinale [van het ruggemerg] nociceptieve neuronen te faciliteren. Daarnaast zijn er proteinase-geaktiveerde receptoren, een familie van G-proteïne-gekoppelde receptoren [na aktivatie van G-proteïne gebonden receptoren ontstaan er intracellulair zogenaamde ‘second messengers’ die, na een aantal biochemische tussenstappen, zorgen voor de uiteindelijke signaal-overdracht] in neuronen, microglia en astrocyten. Ze worden geaktiveerd door proteasen [eiwit-splitsende enzymen] en initiëren een reeks intracellulaire signalisatie mechanismen die resulteren, niet enkel in sensitisatie van pijn-mechanismen maar ook in de aktivatie van de nucleaire factor NF-κB [transcriptie-factor; regelt genen voor apoptose, viral replicatie, inflammatie en auto-immune ziekten], die belangrijk is voor neurale plasticiteit in het zenuwstelsel, inclusief synaptogenese. Geaktiveerd NF-κB heeft het vermogen de expressie van BDNF in centrale neuronen te verhogen.

Belangrijk: farmacologische ontwrichting van de astrogliale en microgliale funktie, of van de werking van hun produkten, kan nocifencief [gerelateerd met pijn en ongemak] gedrag in dieren reduceren, omkeren of voorkomen. Alles te samen tonen deze studies aan dat astrocyten, net zoals microglia, een belangrijke rol spelen in de pathogenese van persistente pijn bij dieren.

In feite werd bijna al het bewijsmateriaal aangaande het feit dat microglia een belangrijke rol kunnen spelen bij het onderhouden van chronische pijn afgeleid van dieren-modellen. De eerste menselijke studie aangaande gliale aktiviteit gebruikte een gevoelige in vivo merker voor gliale cel aktivatie, gemonitord d.m.v. positron-emissie-tomografie (PET), om aan te tonen dat denervatie van ledematen (n = 7) gliale aktivatie induceert […]. Enkel die ene patient met bilaterale zenuw-beschadiging vertoonde bilaterale microglia-aktivatie in de thalamus, terwijl de andere 6 patiënten slechts contra-laterale [aan de andere kant] aktivatie vertoonden. Een andere studie bij mensen (gebruikmakend van PET magnetische resonantie beeldvorming) identificeerde een patroon consistent met gliale aktivatie in de hersenen bij patiënten met chronische lage-rug pijn, een aandoening waarvan is geweten dat ze gerelateerd is met CS. Andere studies bij mensen (gebruikmakend van cerebrospinaal vocht) ondersteunen ook een mogelijke rol voor wijzigingen qua centrale cytokinen en neurotrofe factoren, consistent met afwijkende gliale aktivatie en gerelateerde neuro-inflammatie, bij een aantal toestanden met chronische pijn, ondanks variërende etiologieën. Vandaar: het beschikbare bewijsmateriaal ondersteunt een associatie tussen afwijkende gliale aktiviteit en neuro-inflammatie bij mensen met chronische pijn, maar direct bewijs dat aantoont dat afwijkende gliale aktiviteit en neuro-inflammatie leiden tot de ontwikkeling van CS bij mensen is nog niet beschikbaar en vereist verder onderzoek.

Als afwijkende gliale aktivatie of gliose de aanvang van CS verklaart, zal de volgende vraag zijn: wat triggert afwijkende gliale aktivatie? Neurowetenschap heeft ons voorzien van een aantal mogelijke antwoorden, inclusief ernstige stress en slaap-stoornissen die voornamelijk het brein als doelwit hebben. In het ruggemerg wordt gliale aktivatie voornamelijk getriggerd door inflammatie van perifeer weefsel of zenuw-beschadiging. In sommige gevallen is afwijkende gliale aktivatie wellicht niet voldoende voor pijn hyper-sensitiviteit, waardoor het nodig is verder te kijken dan door glia getriggerde neuro-inflammatie, naar de gevolgen van dergelijke afwijkende gliale aktivatie en gerelateerde neuro-inflammatie op de morfologie en de funktie van de hersenen.

3. Stress als een trigger voor gliale aktivatie en daaropvolgende morfologische hersen-veranderingen

Stress kan worden gedefinieerd als de continue strijd van levende organismen om te een interne dynamische toestand van evenwicht (homeostase) te behouden. Elke factor, fysiek, psycho­sociaal of emotioneel, die een uitdaging betekent voor de homeostase, wordt gelabeld als een stressor. Hoge waarden voor angst in de periode rond een traumatisch musculoskeletaal letsel voorspelt de ontwikkeling en het onderhouden van matig-tot-ernstige chronische pijn. Ook mishandeling tijdens de kindertijd (inclusief emotioneel misbruik) is niet alleen geassocieerd met een verhoogd risico op chronische (lage-rug) pijn, het houdt ook verband met langdurige CS voor nociceptieve stimuli – zoals wordt gezien in een subgroep van (zeer verzwakte) mensen met chronische lage-rug pijn.

In respons op langdurige stress wordt het lichaam blootgesteld aan hoge concentraties glucocorticoïden. Glucocorticoïden coördineren de expressie van subsets genen die betrokken zijn bij signaal-transductie, neuronale struktuur, dynamiek van vesikels [kleine membraan-blaasjes die kunnen versmelten met het cel-membraan zodat de stof die ze bevatten kan vrijkomen], neurotransmitter-katabolisme, codering van neurotrofe factoren en hun receptoren. Dit samen genomen resulteert stress in een zeer gecoördineerde set wijzigingen qua gen-expressie die aan de basis ligt van neuronale plasticiteit, gliale aktivatie en daaropvolgende neuro-inflammatie met verhoogde IL-1β en IL-6 mRNA expressie. Inderdaad: stress en de resulterende noradrenaline plus glucocorticoïden aktiveren microglia (die α1, α2, β1 en β2-adrenerge en glucocorticoid-receptoren tot expressie brengen), resulterend in neuro-inflammatie (met verhoogde beschikbaarheid van pro-inflammatoire cytokinen zoals IL-1, TNF-α en IL-6) /gliose. Stress aktiveert glia op zo’n manier dat ze transformeren naar het pro-inflammatoir subtype, wat dan CS kan induceren. Lang vooraleer ze geaktiveerd werden, zouden microglia kunnen zijn ‘voorbereid’ door een traumatische gebeurtenis zodat een tweede ‘hit’ (bv. een ander trauma of stress) een overdreven gliale respons induceert (de ‘double-hit’ hypothese zoals beschreven bij andere neuro-inflammatoire aandoeningen).

Het is niet verrassend dat, in respons op stress, microglia in meerdere hersen-gebieden geaktiveerd blijken te worden, inclusief de pre-frontale cortex, de laterale, baso-laterale, centrale en baso-mediale kernen van de amygdala, en in de [delen van de] hippocampus. Deze hersen-gebieden ondergaan morfologische wijzigingen in respons op stress en spelen ook een kardinale rol bij chronische pijn. Microglia zouden, via meerdere mechanismen, inclusief de aanmaak van BDNF [McEwen BS et al. Stress and anxiety: structural plasticity and epigenetic regulation as a consequence of stress. Neuropharmacology. (2012) 62:3-12], dergelijke stress-geïnduceerde morfologische veranderingen in de hersenen en zelfs CS kunnen verklaren. De pro-inflammatoire mediatoren geproduceerd door geaktiveerde microglia tijdens neuro-inflammatie aktiveren op directe wijze receptoren op nabijgelegen neuronen, en induceren hun hyper-exciteerbaarheid.

Verrassend is dat de morfologische brein-veranderingen in respons op chronische stress ietwat plaats-specifiek zijn i.p.v. diffuus, en voornamelijk hypertrofie in de amygdala, en atrofie in de pre-frontale cortex en hippocampus betrokken zijn. Dit kan ten dele gerelateerd zijn met de verdeling van glucocorticoid-receptoren, die wijdverspreid tot expressie komen in de hersenen maar hoge densiteiten hebben in de mediale pre-frontale cortex, en specialiteit hebben in de hippocampus en amygdala. Initiële experimenten betreffende de morfologische wijzigingen in belangrijke hersen-gebieden in respons op chronische stress werden uitgevoerd bij dieren, later bij mensen […]. Deze morfologische veranderingen kunnen worden geïnduceerd door herhaalde blootstelling aan milde stressoren of kortstondige maar intense stress. Het is belangrijk om te benadrukken dat deze stress-geïnduceerde morfologische wijzigingen omkeerbaar kunnen zijn en dus geen weerspiegeling zijn van echte hersen-schade maar eerder van een vorm van plasticiteit. Deze morfologicsche veranderingen zouden hersen-gebieden kunnen beschermen tegen permanente excitotoxische beschadiging [excitotoxicitet = pathologisch proces waarbij zenuwcellen worden beschadigd of gedood door overmatige stimulatie door neurotransmitters] en daarom adaptief kunnen zijn.

4. Slaap als een trigger van gliale aktivatie en neuro-inflammatie

In afwezigheid van andere intrinsieke slaap-aandoeningen en ploegen-arbeid, wordt insomnia [slapeloosheid] gedefinieerd als > 30 min slaap-latentie en/of minuten wakker na aanvang van de slaap > 3 dagen/week gedurende > 6 maanden. Stress, slaap en pijn zijn nauw met elkaar verbonden. Slapeloosheid is zeer prevalent bij patiënten met chronische pijn, waarbij 53-90% van de patiënten met chronische pijn lijden aan een klinische significante mate van slapeloosheid. Dit kan gedeeltelijk worden toegeschreven aan de rol van stress. Ten eerste: dagelijkse levens-stress (bv. piekeren over naar het werk gaan de volgende morgen) kan de slaap verstoren. Ook belangrijke stressvolle levens- en/of traumatische gebeurtenissen zoals natuurrampen, oorlogvoering of een verkeersongeval resulteren in wijzigingen qua slaap-architectuur die slechte slaap weerspiegelen. Meer ontwakingen en verminderde slaap-efficiëntie zijn de meest gevoelige slaap-architectuur variabelen in respons op stress. Ten tweede: slechte slaap (bv. ‘s nachts wakker liggen of de slaap niet kunnen vatten) kan een stressor zijn. Ten derde: de gevolgen van slechte slaap (bv. zich prikkelbaar en vermoeid voelen) resulteren in een uitgesproken verminderd vermogen om om te gaan met de dagdagelijkse stressoren. Om al deze redenen lijkt het logisch dat slaap-management dikwijls wordt opgenomen als onderdeel van stress-management programma’s.

Bij het aanpakken van slaap-problemen in de context van pijn-neurowetenschap, is het belangrijk om te benadrukken dat één enkele nacht van totale slaap-deprivatie bij gezonde mensen veralgemeende hyperalgesie kan induceren en angst verhogen. Deze bevindingen suggereren dat slaap-problemen niet enkel de hyper-exciteerbaarheid van het centraal zenuwstelsel kunnen bestendigen bij patiënten met chronische musculoskeletale maar ook dienen als een initiërende factor. Ons huidig begrip van slaap neuro-immunologie biedt potentiële links tussen slaap-problemen en (de aanvang van) pijn.

Melatonine is een neurohormoon dat cruciaal is voor (diepe) slaap en analgesie. Pre-klinische studies onthulden dat selektieve […] agonisten [binden en aktiveren een receptor] voor de MT2 melatonine-receptor [komt tot expressie in het netvlies; bindt melatonine] analgetische eigenschappen hebben via modulatie van […] dalende anti-nociceptieve systemen, in modellen voor neuropathische pijn.

Andere neurale mechanismen zouden kunnen bijdragen tot de nauwe interaktie tussen chronische pijn en slechte slaap. Terwijl een behoorlijke slaap de immune gezondheid faciliteert, resulteert slaap-deprivatie in laag-gradige inflammatoire responsen. Deze laag-gradige inflammatoire respons als een gevolg van slaap-deprivatie omvat verhoogde waarden van IL-6, prostaglandine-E2 en stikstof-oxide, mogelijks gemedieerd door cerebrale microglia. Zelfs lage waarden inflammatoire cytokinen staan er om bekend de hersen-funktie aan te tasten, wat correleert met observaties van verhoogde sensitiviteit voor pijnlijke stimuli na slaap-beperking. Slaap-apneu, soms gediagnostiseerd bij patiënten met chronische pijn, wordt gekenmerkt door periodieke hypoxie [zuurstof-tekort], wat op z’n beurt hersen-microglia aktiveert in de richting van een geaktiveerde, pro-inflammatoire toestand. Samengevoegd: slaap-ontbering geeft een glia-gemedieerde laag­gradige inflammatoire respons die leidt naar verhoogde gevoeligheid voor pijn, zoals typisch wordt gezien bij mensen die lijden onder chronische pijn.

Het begrijpen dat afwijkende gliale aktivatie of gliose mogelijks de aanvang van CS verklaart, doet de vraag rijzen hoe deze bevindingen te vertalen naar therapeutische doelwitten? Zo ook roept het begrijpen dat afwijkende gliale aktivatie te wijten kan zijn aan chronische stress en/of slaap-stoornissen de vraag op hoe er rekening mee te houden in de klinische praktijk? De studie van de rol van glia bij mensen met chronische pijn en het mechanisme van CS in het bijzonder, staat nog in de kinderschoenen, wat maakt dat het te vroeg is om deze bevindingen naar de klinische praktijk te vertalen. Nadenken over mogelijke therapeutische doelwitten biedt echter nieuwe innovatieve padden voor het experimenteel testen van deze ideeën bij mensen met CS en chronische pijn binnen een research-setting.

5. Behandeling die het potentieel hebben gliale aktiviteit te normaliseren

Farmacologische behandelingen zoals minocycline, een antibioticum, hebben theoretisch het vermogen om afwijkende gliale aktiviteit aan te pakken bij patiënten met CS en chronische pijn. Werk bij dieren heeft aangetoond dat (post-operatieve) minocycline microglia en astrocyten onderdukt, en TNF-α en IL-1β mRNA waarden in de hippocampus reduceert. Ook inhibeert minocycline spinale microgliale aktivatie en verzacht pijn in ratten met experimenteel geïnduceerde diabetes. Een kleine gerandomiseerde klinische proef heeft getoond dat een korte behandeling met minocycline geassocieerd was met een kleine maar statistisch significante vermindering van de pijn bij patiënten met lumbale radiculopathie [pijn veroorzaakt in de lage-rug en heup die uitstraalt naar de dij en het been]. Aangezien dergelijke patiënten verhoogde gliale aktiviteit vertonen, is het mogelijk dat minocycline bij mensen de pijn reduceert via inhibitie van microglia, aangezien het dit doet bij dieren.

Een ander therapeutisch pad omvat voorbehandeling met β­adrenerge receptor antagonisten (bv. propranolol [bloeddruk-verlager]), waarvan werd getoonde dat het microgliale aktivatie reduceert in een dieren-model. In vitro werk toonde dat ketamine [verdovingsmiddel en recreatieve drug] sommige van de inflammatoire responsen van zowel astrocyten en microgliale cellen inhibeerde. Daarnaast remt cannabidiol, een belangrijk niet-psychotomimetisch [zonder de symptomen van psychose, inclusief waanbeelden en/of delirium] bestanddeel van Cannabis sativa [hennep], microgliale aktivatie en daaropvolgende neuro-inflammatie [Gomes FV et al. Decreased glial reactivity could be involved in the antipsychotic-like effect of cannabidiol. Schizophr Res. (2015) 164: 155-163]. Toch dient voor al deze behandeling nog te worden vastgesteld of ze in staat zijn gliale aktiviteit bij mensen te normaliseren en indien dit het geval is: of dergelijke gliale effekten gepaard gaan met analgetische effekten.

Daarnaast werden inhibitoren van cytokine-synthese (die nauw verwant zijn met gliale aktiviteit), inclusief propentofylline [xanthine-derivaat, onderdrukt de produktie van pro-inflammatoire cytokinen, reaktieve zuurstof molekulen en stikstof-oxide], onderzocht op het gebruik als therapeutische agentia voor de behandeling van neuropathische pijn. Menselijke microglia waren minder responsief voor propentofylline-behandeling, wat twijfel deed rijzen omtrent het feit of directe microgliale inhibitie een relevant therapeutisch doelwit is voor patiënten met chronische pijn. Bezorgdheden omtrent de methodologie bij deze studies (duur van de proef, gebruikte dosering, specifieke doelwit-populatie en mogelijke interakties met andere medicijnen en voedsel-inname) beperkten de significantie van deze negatieve studie-uitkomsten.

Ook: bij de hierboven geschetste redenering aangaande de mogelijke rol van afwijkende gliale aktiviteit en neuro-inflammatie met betrekking tot CS werd primair gefocust op de aanvang van CS. Als CS geïnitieerd is en de afwijkende gliale aktiviteit en neuro-inflammatie gedurende enkele maanden of langer aanwezig is, heeft dit waarschijnlijk geresulteerd in neuroplastische veranderingen, inclusief enkele van de eerder besproken wijzigingen qua brein-morfologie of connectiviteit. Wanneer neuroplastische veranderingen reeds gevestigd zijn, kan het aanpakken van afwijkende gliale aktiviteit te laat zijn of op z’n best kan het verdere versnelling van CS bij patiënten met chronische pijn voorkomen, i.p.v. dienst te doen als een nieuwe potentiële behandeling voor chronische pijn. Deze redenering wordt ondersteund door werk bij dieren, dat toont dat – na afbinding van een ruggemerg-zenuw – dorsale hoorn microglia eerst worden geaktiveerd, gevolgd door aktivatie van astrocyten, vergezeld van een daling van microgliale aktiviteit. Vandaar dat het aanpakken van afwijkende gliale aktiviteit een nieuw therapeutisch pad kan zijn voor de preventie van de ontwikkeling, eerder dan de behandeling, van CS en chronische pijn. Een pre-klinische studie gaf positieve uitkomsten wanneer glia-onderdrukkende medicijnen worden toegediend in de vroege post-operatieve fase maar dit idee vereist experimentele testen bij mensen. De mogelijkheid van gliale aktivatie beeldvorming in vivo kan helpen patiënten te identificeren die het meest waarschijnlijk voordeel kunnen halen uit deze therapeutische benadering, en om optimaal behandel-venster, -duur of -dosering te identificeren.

6. Besluit

Een steeds groter wordende hoeveelheid gegevens van research bij dieren ondersteunt het idee van afwijkende gliale aktiviteit als een potentieel onderliggend, zelfs etiologisch, mechanisme voor CS. Dergelijke gliale over-aktivatie resulteert in een laag-gradige neuro-inflammatoire toestand, gekenmerkt door hoge waarden BDNF, IL-1β en TNF-α, wat op z’n beurt de exciteerbaarheid van neuronen van het centraal zenuwstelsel verhoogt via mechanismen zoals ‘long-term potentiation’ en verhoogde synaptische efficiëntie. Andere mechanismen die afwijkende gliale aktiviteit linken met de ontwikkeling van CS omvatten verzwakking van de nociceptieve inhiberende werking van GABA en glycine-receptor gemedieerde inhibitie. Daarnaast zou afwijkende gliale aktiviteit bij chronische pijn worden getriggerd door ernstige stress en/of slaap-stoornissen, die elk initiërende factoren bleken voor de ontwikkeling van chronische pijn. Mogelijke behandel-paden omvatten meerdere farmacologische opties voor het verminderen van gliale aktiviteit, alsook conservatieve interventies zoals slaap-management, stress-management en inspanning-therapie. Vooraleer deze bevindingen te vertalen van basis-wetenschap naar klinische settings, zijn meer studies bij mensen nodig die de geschetste mechanismen bij patiënten met chronische pijn onderzoeken.

Dit werk hier focust op de rol van de glia. Er bestaan nog andere neuro-immune mechanismen. Bijvoorbeeld: naast stress en slaap-problemen, suggereert research bij dieren dat neuro­trauma resulteert in afwijkende gliale aktiviteit. Ook: neuro-inflammatie geobserveerd bij dieren in respons op stress zou niet enkel aan gliale aktivitie kunnen worden toegeschreven: stress induceert ook monocyten-‘trafficking’ [het zich verplaatsen van immuun-cellen] naar de hersenen (bv. van het beenmerg naar de amygdala), resulterend in inflammatie (d.i. IL-1β gemedieerd angstig gedrag). Deze verhoogde monocyten-recrutering naar het brein is een uniek mechanisme waarbij het immuunsysteem communiceert met de hersenen. Daarnaast onthulde onderzoek bij dieren geslacht-verschillen, inclusief een microglia-onafhankelijk mechanisme dat pijn hyper-sensitiviteit medieert. Volgens deze studies zijn microglia niet vereist voor de ontwikkeling van mechanische pijn hyper-sensitiviteit bij vrouwelijke muizen, aangezien ze gelijkaardige niveaus bereiken qua pijn hyper-sensitiviteit via adaptieve immuun-cellen, waarschijnlijk T-lymfocyten. Monocyten-‘trafficking’ zou het gepreferreerd mechanisme kunnen zijn voor het medieren van pijn hyper-sensitiviteit bij vrouwen.

Deze ‘review’ focuste op het verklaren van onderliggende mechanismen voor CS, een mechanisme waarvan is vastgesteld dat het bedraagt aan een brede waaier aan pathologieën. Het is moeilijk bevindingen van veel verschillende of pathologieën, studies op verschillende molekulaire niveaus en van verscheidene types experimenten in één artikel te combineren. Het artikel heeft echter als doel een brug te creëeren tussen pre-klinische en klinische gegevens, om bij te dragen tot translationele inspanningen in dit onderzoekgebied (of ten minste translationeel werk [vertaling wetenschap naar kliniek] in dit gebied te stimuleren).

7. Expert opinie: niet-farmacologische behandel-opties om gliale aktiviteit te normaliseren

We benadrukten de rol van ernstige stress en slaap-stoornissen bij het triggeren van afwijkende gliale aktiviteit, implicerend dat afwijkende gliale aktiviteit niet de oorzaak is maar in plaats daarvan een onderdeel van een lange keten van gebeurtenissen die CS initiëren. Vandaar dat conservatieve interventies zoals stress- en slaap-management gerechtvaardigd lijken.

Binnen het onderzoekgebied van de conservatieve interventies, is inspanning ook een interventie die nuttig is bij veel chronische pijn toestanden en ook zou kunnen werken (ten dele) via gliale mechanismen. Inspanning verhoogt de expressie van ‘glial fibrillary acidic protein’ [GFAP; cytoskeletale component van o.a. astrocyten] in hippocampus-astrocyten, meer specifiek in het ‘stratum radiatum’, een gebied dat talrijke astrocyten bevat en belangrijk is voor leren en geheugen. De verhoogde expressie van de astrocyten-merker ‘glial fibrillary acidic protein’ impliceert dat inspanning resulteert in een substantiële toename qua astrogliaal metabolisme en proteïnen-synthese, consistent met een gezonde cellulaire hypertrofie in respons op verhoogde fysiologische vereisten. Deze notie wordt ondersteund door de geobserveerde wijziging qua morfologie van de astrocyten in respons op inspanning. Deze astrocyten-aktivatie in respons op inspanning kan worden verklaard door de toegenomen aanmaak van groeifactoren zoals ‘nerve growth-factor’, ‘fibroblast growth-factor’, ‘glial cell line-derived neurotrophic factor’ & BDNF in respons op inspanning [bv. Spielman U, Little JP, Klegeris A. Physical activity and exercise attenuate neuro-inflammation in neurological diseases. Brain Res Bull. (2016) 125:19-29] – bv. ‘nerve growth-factor’ en ‘fibroblast growth-factor’ zijn in staat astrocyt-proliferatie te induceren. Astrocyten-aktivatie in respons op inspanning impliceerde versterkte ‘tripartite’ synapsen [funktionele integratie van pre- & post-synaptisch membraan met glia], aangezien astrocyten nodig zijn (en hun morfologie wijzigen) rond gepotentieerde synapsen om neuronale plasticiteit te begeleiden, zoals wordt gezien tijdens ‘long-term potentiation’.

De immuun-modificerende, meer specifiek ‘whole-body’ anti­inflammatoire, effekten van milde fysieke aktiviteit/inspanning zijn goed gekend. Inspanning staat er om bekend de inflammatoire toestand te veranderen en anti-inflammatoir of neuroprotectief te worden bij meerdere neuro-inflammatoire ziekten zoals Multipele Sclerose en Systemische Lupus Erythematosus. Belangrijk: nieuwe research-bevindingen suggereren dat inspanning ook anti-inflammatoire effekten kan hebben op het centraal zenuwstelsel. Meer specifiek: het lijkt plausibel dat inspanning(therapie) de nadelige en niet-specifieke aktivatie van of gliale cellen (gliose) – zoals typisch wordt gezien bij chronische neuro-inflammatie kan verminderen. Op het niveau van de gliale cellen reduceert fysieke aktiviteit/inspanning microgliale proliferatie en triggert het een switch naar een anti-inflammatoir fenotype. Een dergelijke fenotype-verschuiving gaat gepaard met een dramatische verandering qua produktie van cytokinen (d.i. van pro- naar anti-inflammatoir). Dit biedt een plausibele verklaring voor hoe regelmatige en milde inspanning de gliale aktiveit binnen de gezonde perken houdt, wat op z’n beurt zou kunnen bijdragen tot de gedaalde incidentie van hersen-ziekte (gekenmerkt door chronische neuro-inflammatie) bij mensen die regelmatig trainen. Toch is er nog geen bewijsmateriaal beschikbaar dat fysieke aktiviteit/inspanning de gliale aktiviteit in menselijke hersen-gebieden (betrokken bij pijn-integratie en -perceptie) wijzigt en dit impliceert een belangrijke focus voor toekomstige research.

Het blijft onzeker of we deze redenering betreffende anti-neuro-inflammatoire effekten van inspanning-therapie kunnen toepassen op de behandeling van CS bij patiënten met chronische pijn. Eén studie bij muizen ondersteunt dit idee: fysieke training (zwemmen) na zenuw-letsel zorgde voor een omkering van mechanische hyper-sensitiviteit, normaliseerde door zenuw-letsel geïnduceerde ‘nerve growth factor’ en BDNF-expressie in de dorsale wortel ganglia, en zorgde voor een omkering van astrocyten en microglia hyper-aktiviteit in de dorsale hoornen; welke genormaliseerd bleven na het stoppen van de training [Almeida C et al. Exercise therapy normalizes BDNF upregulation and glial hyperactivity in a mouse model of neuropathic pain. Pain. (2015) 156: 504-513]. En andere pre-klinische studie toonde dat langdurige inspanning de vroege, door microglia- en astrocyten gemedieerde hersen-inflammatie na een myocard-infarct normaliseert. Ook de mogelijke anti-neuro-inflammatoire effekten van inspanning-therapie op de behandeling van CS bij patiënten met chronische pijn worden ondersteund door studies die gedaalde pijn-sensitiviteit na inspanning-therapie tonen bij patiënten met chronische pijn. Ten slotte nog een mechanisme waarbij inspanning voordelig kan zijn voor de gliale gezondheid: de stimulatie van gliale ‘heat-shock’ proteïne 72 [Hsp72, zou cellen beschermen tegen cellulaire stress; de ‘heat-shock’ respons is een universeel en essentieel adaptief mechanisme dat cellen toelaat te reageren op een brede waaier van schadelijke condities] expressie. Inspanning induceerde verhoogde neuronale en astrogliale waarden qua ‘heat-shock’ proteïne 72 in normaal ruggemerg-weefsel, wat het funktioneel herstel na experimenteel ruggemerg-letsel faciliteerde. Onderzoek bij dieren informeerde ons dat verhoogde gliale expressie van ‘heat-shock’ proteïne 72 anti-inflammatoire effekten heeft en beschermt tegen astrogliale apoptose.

————————-

De eerste auteur (Prof. Jo Nijs) drukt in het artikel zijn dankbaarheid uit ten aanzien van psychiater Boudewijn Van Houdenhove (gekend als adept van de psychiatrische school m.b.t. chronische vermoeidheid en als voorstander van cognitieve gedrag therapie en graduele oefen therapie als behandeling voor ‘cvs’) “om hem te motiveren en te inspireren om de rol van stress met betrekking tot chronische pijn te verkennen”. Zeer onthullend!

Jo Nijs geeft ook aan houder te zijn van de ‘Chair exercise immunology and chronic fatigue in health and disease’ opgericht door de Nederlandse ‘Berekuyl Academy/European College for Decongestive Lymphatic Therapy’ (doel: “stimuleren van het wetenschappelijk onderzoek naar de inspanning-immunologie van chronische vermoeidheid”). Een neuroloog die meeschreef aan dit artikel (Maarten Moens; neurochirurg en pijnspecialist, UZ Brussel) geeft aan de ‘Lyrica Independent Investigator Research Award (LIIRA)’ te hebben ontvangen als ook ooit te zijn betaald door Medtronic (bedrijf dat medische technologieaanbiedt, o.a. voor het verlichten van pijn) & Pfizer (farmaceutisch bedrijf dat Lyrica produceert).

We hadden ‘t op deze paginas reeds over PEA (palmitoylethanolamide) – zie ‘Palmitoylethanolamide, een natuurlijk middel tegen neuropathische pijn’ – als mogelijk analgeticum tegen neuropathische (zenuw-) pijn. Veel onderzoek daaromtrent is er nog niet op het gebied van M.E.(cvs). Voor fibromyalgie lijkt  het blijkbaar wel ingeburgerd in sommige landen (Nederland, Italië). Een mede-patient signaleert ons dat het ook in de pijnkliniek van het UZ Gent soms wordt aanbevolen. We bekeken de relevante literatuur en geven hier enkele stukken mee uit een artikel waar melding wordt gemaakt van z’n aktiviteit als immunomodulator met effekt op microglia. Het artikel gaat eigenlijk over de bescherming van de hersenen tegen infekties. We benadrukken hier de stukken betreffende PEA en laten de referenties naar onderzoekwerk aangaande de research naar brein-infekties (vooral dieren-modellen) voor wat het is… Deze lichaam-eigen stof zou bij M.E.(cvs) ook wel es van nut kunnen zijn naar pijn en inflammatie toe (via z’n effekt op microgliale cellen). Research!!??

Voor meer info over ‘glia’: geef de term in op onze zoek-robot.

————————-

Front Cell Neurosci (2014) 22: 138

Strategies to increase the activity of microglia as efficient protectors of the brain against infections

Nau R¹, Ribes S², Djukic M¹, Eiffert H³

1 Department of Neuropathology, University Medical Centre Göttingen Göttingen, Germany; Department of Geriatrics, Evangelisches Krankenhaus Göttingen-Weende Göttingen, Germany

2 Department of Neuropathology, University Medical Centre Göttingen Göttingen, Germany

3 Department of Clinical Microbiology, University Medical Centre Göttingen Göttingen, Germany

Samenvatting

Bij gezonde individuen zijn infekties van het centraal zenuwstelsel (CZS) betrekkelijk zeldzaam. Op basis van het vermogen microgliale cellen om pathogenen te fagocyteren en te doden, en op klinische bevindingen in immuun-gecomprommiteerde patiënten met CZS-infekties, hypothiseren we dat een intacte microgliale funktie cruciaal is om het brein te beschermen tegen infekties. Fagocytose van pathogenen door microgliale cellen kan worden gestimuleerd door agonisten van receptoren van het aangeboren immuunsysteem. Versterking van dit mechanisme om de weerstand van de hersenen tegen infekties te verhogen, houdt het risico in van de inductie van collaterale schade van het zenuw-weefsel. De diversiteit van microgliale cellen opent wegen om sub-populaties verantwoordelijk voor de verdediging tegen pathogenen selektief te stimuleren, zonder de stimulatie van sub-populaties die verantwoordelijk zijn voor collaterale beschadiging van het zenuw-weefsel. Palmitoylethanolamide (PEA), een endogeen lipide, verhoogt fagocytose van bakterieën door microgliale cellen in vitro zonder een meetbaar pro-inflammatoir effekt. Het werd klinisch getest klaarblijkelijk zonder ernstige bijwerkingen. Glatiramer-acetaat verhoogde fagocytose van latex-parels door microglia en monocyten, en dimethyl-fumaraat versterkte de eliminatie van HIV uit geïnfekteerde macrofagen zonder een inductie van de afgifte van pro-inflammatoire stoffen. Daarom lijkt de ontdekking van molekulen die de eliminatie van pathogenen stimuleren zonder collaterale schade aan neuronale strukturen een haalbaar doel. PEA en, zonder beperkingen, glatiramer-acetaat en dimethyl-fumaraat lijken veelbelovende kandidaten.

INLEIDING

[…]

We hypothiseren dat het binnendringen van een pathogeen in het CZS waarschijnlijk niet ongewoon is. Toch worden, in een immunocompetente gastheer, de grote meerderheid aan pathogenen (die mogelijkerwijs het hersen-weefsel bereiken) ofwel geëlimineerd of gecontroleerd in een latente vorm door de immuuncellen van de het hersen-parenchym [funktioneel orgaan-weefsel], m.n. de microgliale cellen.

De immune verdediging van het CZS wordt vergeleken met een middeleeuws kasteel. De bloed/hersenen- en bloed/CSV- [cerebrospinaal vocht] barrières dienen als de buitenmuren. De slotgracht wordt vertegenwoordigd door de CSV-ruimte. De tweede muur wordt vertegenwoordigd door de glia limitans [membraan op de hersenschors dat de migratie van cellen en grote molekulen uit het bloed naar het CZS voorkomt] en residente macrofagen. Binnenin het kasteel (het CZS parenchym) verblijft de ‘koninlijke familie’ van sensitieve neuronen beschermd door (micro)gliale cellen. Er werd bewijs gevonden voor beschermende en herstellende funkties van microgliale cellen in het CZS bij verscheidene neurologische ziekten (Alzheimer’s, beroerte, excitotoxisch hersen-letsel). Men begint de gunstige aspecten van de immuun-respons in het zenuwstelsel te appreciëren en hun potentieel als farmacologische doelwitten wordt verkend. […].

[…] Microglia zijn de meest overvloedige immuun-cellen van het CZS. In hun ‘rust’-toestand, overzien ze continu hun omgeving via zeer mobiele processen. Microglia zijn geen “beruchte schurken die op de loer liggen” in het CZS die er op uit zijn neuronen bij elke gelegenheid te schaden. […] Ze spelen een belangrijke rol bij het elimineren (of minstens controleren van de replicatie) van pathogenen die de hersenen en het ruggemerg zijn binnengedrongen ondanks de ‘vestingwerken’ rondom het zenuw-weefsel.

Bij gezonde individuen vertrouwt de bescherming van het CZS tegen infekties op de integriteit van de bloed/CSV- en bloed/hersenen-barrières, en op de resident fagocyten, in het bijzonder microgliale cellen, en perivasculaire [rond de bloedvaten gelegen] en meningeale [meninges = hersenvliezen] macrofagen.

PATHOFYSIOLOGISCHE ASPECTEN VAN ACUTE OF CHRONISCHE CZS INFEKTIES

[…]

WEERSTAND VAN HET GEZONDE BREIN TEGEN INFEKTIES

[…] Aangezien circulerende leukocyten over het algemeen meerdere uren nodig hebben om naar de centrale zenuw-compartimenten te migreren, is het vermogen van de gastheer om binnengedrongen pathogenen te elimineren in de eerste uren afhankelijk van de plaatselijke immuun-defensie, t.t.z. de aktiviteit van microgliale cellen.

[…]

Microglia maken bij zoogdieren deel uit van het aangeboren immuunsysteem en brengen ‘pattern-recognition receptors’ (PRRs) [patroon-herkeninning receptoren; herkennen molekulaire patronen die tot expressie zijn gekomen bij binnendringende pathogenen] tot expressie die cruciaal zijn voor de herkenning van pathogenen. [bv. ‘Toll-like receptoren’ (TLRs; receptoren op het oppervlak van leukocyten), dienen als PRRs die verschillende microbe-strukturen, de zgn. ‘pathogen-associated molecular patterns (PAMPs)’ herkennen]. […]

De weerstand van het CZS van gezonde individuen tegen infektie […] berust op het vermogen van microgliale cellen en residente macrofagen om pathogenen te fagocyteren en te doden, wat wordt versterkt door de communicatie met circulerende immuun-cellen.

MICROGLIA KUNNEN WORDEN GESTIMULEERD OM BAKTERIEËN EN SCHIMMELS TE FAGOCYTEREN EN TE DODEN

[…] De toename van fagocytose door stimulatie van microgliale cellen via agonisten van receptoren van het aangeboren immuunsysteem gaat gepaard met een afgifte van NO en pro-inflammatoire cytokinen.

[…]

Microglia kunnen worden gestimuleerd door verschillende stoffen om pathogenen in vitro te fagocyteren en te doden. Preliminaire gegevens suggereren dat de toediening van deze molekulen ook de weerstand van het brein tegen infekties kan verhogen. Deze benadering kan echter het risico op de inductie van collaterale schade aan het zenuw-weefsel betekenen.

MICROGLIALE CYTO- EN CHEMOKINE RELEASE HANGT AF VAN DE PRO-INFLAMMATOIRE STIMULUS EN DE SUBGROEP VAN GEAKTIVEERDE MICROGLIALE CELLEN

De microgliale respons na contact met produkten van infektueuze agentia of hun synthetische analogen is niet uniform. […] In vitro en in vivo is de synthese van TNFα geen gemeenschappelijk kenmerk van alle microglia, maar beperkt tot een specifieke subgroep. […]

[…] De verdeling van de subgroepen cellen die cyto- en chemokinen afgeven dient nog te worden bepaald. Onze gegevens tonen echter aan dat data microgliale cellen niet uniform reageren op infektueuze stimuli, maar in staat zijn een genuanceerde reaktie op te zetten.

[…] Voor de immuun-respons van microgliale cellen lijkt het ook van belang welke TLR en welke co-receptor(en) worden gestimuleerd.

Anders dan eerst werd gedacht, toont steeds meer bewijsmateriaal de diversiteit van microgliale cellen. Dit opent de weg naar selektieve stimulatie van sub-populaties die verantwoordelijk zijn voor de verdediging tegen pathogenen zonder stimulatie van sub-populaties die verantwoordelijk zijn voor collaterale beschadiging van het zenuw-weefsel.

DE EFFICIËNTIE VAN MICROGLIA OM CZS-INFEKTIES TE VOORKOMEN HANGT AF VAN SAMENWERKING MET CIRCULERENDE IMMUUN-CELLEN

Microglia en CZS-macrofagen communiceren via meerdere mechanismen met circulerende bloed-cellen: (a) de bi-directionele passage van circulerende cytokinen of pro-inflammatoire pathogeen-molekulen door lekken in de bloed-hersen-barrière […], (b) de aktivatie van endotheliale cellen en perivasculaire macrofagen […], (c) via de nervus vagus. […]

De beschermende werking van microglia tegen infekties hangt sterk af van de communicatie met circulerende granulocyten en monocyten in de eerste uren, vooraleer circulerende leukocyten de hersenen en het CSV binnenkomen. Daarom dragen immunosuppressieve maatregelen die alle of specifieke subgroepen circulerende leukocyten beïnvloeden, waarschijnlijk het risico om ook de microgliale funktie aan te tasten door het verstoren van deze communicatie.

FAGOCYTOSE EN HET DODEN VAN PATHOGENEN DOOR MICROGLIA VEREIST NIET NOODZAKELIJK DE AFGIFTE VAN STIKSTOF-OXIDE OF CYTOKINEN

[…]

Momenteel is het onduidelijk of alle microgliale cellen of slechts een fraktie betrokken bij de fagocytose en inaktivatie van pathogenen. […] Het is aannemelijk dat een subgroep microgliale cellen fagocytische aktiviteit heeft tegen pathogenen. Selektieve stimulatie van de aktiviteit van de subgroep(en) microgliale cellen die pathonenen fagocyteren, lijkt een haalbaar doel voor toekomstige research.

Aangezien de afgifte van NO waarschijnlijk de hoofd-oorzaak is van collaterale schade aan zenuw-weefsel na microgliale aktivatie, is de bevinding dat de eliminatie van pathogenen niet noodzakelijk afhankelijk is van de afgifte van NO bemoedigend voor de zoektocht naar stimulanten die de pathogenen helpen opruimen zonder schade aan het zenuw-weefsel te induceren.

BEHANDELING MET ANTIBIOTICA: REDUCEREN VAN DE AFGIFTE VAN PRO-INFLAMMATOIRE MOLEKULEN OM OVERMATIGE MICROGLIALE AKTIVATIE TE VOORKOMEN

[…] Microgliale cellen gestimuleerd door bakteriële stoffen kunnen neuronen doden in vitro. Reductie van de hoeveelheid pro-inflammatoire/toxische pathogenen-produkten voorkomt over-stimulatie van residente en migrerende immuun-cellen, inclusief microglia, en beschermt het zenuw-weefsel. Daarom blijkt het wenselijk tijdens infektie en behandeling de concentraties pro-inflammatoure produkten van pathogenen laag te houden in het CZS. […]

In de klinische praktijk, hangt een gunstige uitkomst af van het snel opstarten van antibiotica-behandeling. Hoewel veel antibiotica die gewoonlijk worden gebruikt […] lyse van de bakterieën veroorzaken en daaropvolgend release van pro-inflammatorire of cytotoxische molekulen, stopt een snelle antibiotica-behandeling de bakteriële replicatie en de aanmaak van deze stoffen in het CZS. […]

[…]

De reductie van potentieel schadelijke pathogenen-molekulen door een snelle initiatie van een doeltreffende antibiotia-therapie of het kiezen van stoffen die geen grote hoeveelheden pathogenen-produkten afgeven is een beloftevolle strategie ter bescherming tegen over-stimulatie van microgliale cellen en het verminderen van neuronaal letsel.

PLEIOTROPE MOLEKULEN DIE DE MICROGLIALE FUNKTIE INHIBEREN

[pleiotroop = met meerdere effekten op verschillende cel-soorten of verschillende biologische funkties beïnvloedend]

De rol van corticosteroïden bij infekties van het CZS is al tientallen jaren het onderwerp van discussie.

Dexamethason inhibeert de afgifte van TNFα en IL-1β door microglia na blootstelling aan LPS [lipopolysacchariden; aktiveren het immuunsysteem] in vitro. Na toediening van dexamethason werden uitgesproken effekten op de transcriptie gezien in microglia […]. De meerderheid van de genen is gerelateerd met de immuun-funktie. […] Dexamethason reduceerde de densiteit van de cellen dramatisch en vele kregen een rond uitzicht. Microglia behandeld met corticosteroïden vertonen een verminderde migratie-capaciteit […]. Of corticosteroïden ook fagocytose en intracellulaire inaktivatie van pathogenen door microglia inhiberen, dient te worden onderzocht.

[…]

Cytostatica [geneesmiddelen die deling van cellen stoppen] (bv. cyclofosfamide) werken op een waaier aan prolifererende cellen en als immunosuppressiva remmen ze waarschijnlijk ook de proliferatie en werking van microgliale cellen. […]

Het langdurig gebruik van pleiotrope stoffen die de microgliale funktie beïnvloeden, verhoogt het risico op CZS-infekties. […] Corticosteroïden en andere pleiotrope immunosuppressiva zijn wellicht geen ideale agentia voor dit doel omdat ze het vermogen van microglia aantasten om pathogenen op te ruimen. […]

MOLEKULEN DIE FAGOCYTOSE DOOR MICROGLIALE CELLEN STIMULEREN ZONDER EEN INFLAMMATOIRE REAKTIE TE INDUCEREN

Palmitoylethanolamide (PEA) is klein endogeen lipide dat wijdverspreid aanwezig is in cellen, waaronder microglia, weefsels en lichaamsvochten. Het heeft analgetische, anticonvulsieve, neuroprotectieve, antipyretische en anti-inflammatoire eigenschappen. De werking ervan hangt voornamelijk af van de ‘peroxisome proliferator-activated’ receptor (PPAR)α [PPARs, peroxisoom proliferator geaktiveerde receptoren, zijn een groep receptor-eiwitten in de cel-kern die als transcriptie-factoren de expressie van bepaalde genen reguleren] maar het is ook een ligand van de ‘transient receptor potential vanilloid’ (TRPV1 [ionkanaal dat tot expressie komt in nociceptieve neuronen]) en de ‘orphan G-protein coupled receptor GPR55’ [vermeende cannabinoïd receptor] [Esposito E, Cuzzocrea S. Palmitoylethanolamide in homeostatic and traumatic central nervous system injuries. CNS Neurol. Disord. Drug Targets (2013) 12: 55-61]. […].

[…] PEA bleek niet toxisch voor microgliale cellen tot zelfs een concentratie van 1000 nM. Door PEA gemedieerde toename van bakteriële opname door microglia ging niet gepaard met een afgifte van pro-inflammatoire cyto-/chemokinen (TNFα, IL-6, CXCL1), waardoor het risico op vergezellend neuronaal letsel wordt vermeden. […] Meer dan 3.600 patiënten kregen dagelijkse dosissen PEA van 600 tot 1.800 mg en er werden geen nadelige effekten gerapporteerd [Keppel Hesselink JM, de Boer T, Witkamp RF. Palmitoylethanolamide: a natural body-own anti-inflammatory agent, effective and safe against influenza and common cold. Int. J. Inflam. (2013) 151028] Deze eigenschappen illustreren dat PEA een echte immunomodulator is en geen immunosuppressor, en maken het een beloftevol agens om de weerstand van de hersenen tegen infektie te verhogen zonder het risico op het induceren van neuronaal letsel.

Glatiramer-acetaat [immunomodulerend middel] verhoogde ook de fagocytose in vitro: […] het is een willekeurig polymeer van vier aminozuren […] een relatief molekule […] die in tegenstelling to PEA waarschijnlijk moeilijk door bloed/hersen- en bloed/CSV-barrière gaat. Het dient te worden bestudeerd of de glatiramer-acetaat concentraties in het CZS hoog genoeg zijn om de fagocytische aktiviteit van microglia te beïnvloeden.

Dimethyl-fumaraat [immunomodulator en inducer van de anti-oxidante respons] is een kleine lipofiele molekule. […] Lymfocytopenie [gering aantal lymfocyten in het bloed] en eosinofilie [verhoogd aantal eosinofiele granulocyten] zijn frequent voorkomende nevenwerkingen […].

De gegevens omtrent PEA […] onderstrepen dat de zoektocht naar modulators i.p.v. inhibitors van de microgliale aktiviteit beloftevol blijkt.

BESLUIT

Fagocytose van pathogenen door microgliale cellen kan worden gestimuleerd door agonisten van receptoren van het aangeboren immuunsysteem. Het gebruik van dit signalisering-mechanisme om de weerstand van het brein tegen infekties te verhogen, houdt het risico in op de inductie van collaterale schade aan het zenuw-weefsel. Tengevolge de microgliale diversiteit, blijkt het mogelijk molekulen te identificeren die de opname en elimintatie van pathogenen verhoogt, en die kunnen bijdragen tot de bescherming van de hersenen zonder een vergezellend meetbaar pro-inflammatoir effekt. In deze context blijkt PEA, een endogeen lipide dat klinisch werd getest in de jaren 70 en blijkbaar […] zonder ernstige nevenwerkingen, blijkt het meest beloftevol. […]

————————-

Lees ook ‘Palmitoylethanolamide Is a Disease-Modifying Agent in Peripheral Neuropathy: Pain Relief and Neuroprotection Share a PPAR-Alpha-Mediated Mechanism’ door Di Cesare Mannelli L (University of Florence) et al., in Mediators of Inlammation (2013):

Neuropathische syndromen die ontstaan door letsels in het perifeer of centraal zenuwstelsel zijn ontzettend moeilijk te behandelen en de beschikbare medicijnen hebben meestal niet samen anti-hyperalgetische én neuro-restoratieve effekten. N-Palmitoylethanolamine (PEA) heeft anti-nociceptieve effekten in meerdere dieren-modellen en inhibeert perifere inflammatie bij knaagdieren. […] De resultaten [muizen-model met schade aan de heup-zenuw (sciaticus)] suggereren sterk dat PEA direct kan tussenkomen bij veranderingen in het zenuw-weefsel die verantwoordelijk zijn voor pijn. [anti-neuropathische eigenschappen]

Microglia – we hebben het op deze pagina’s al veelvuldig over dit specifiek type of brein-immuuncellen (de “macrofagen van het CZS”) gehad. Een Japanese groep researchers ontwikkelde een techniek om deze aan te maken uit witte bloedcellen uit het bloed zodat ze hun cellulaire eigenschappen bij ziekte kunnen onderzoeken. Ze rapporteren hier over initieel werk dat ze deden bij fibromylagie (niet hetzelfde als M.E.(cvs) maar zoals men weet overlappend).

Wellicht kunnen deze resultaten aanwijzingen geven voor verder onderzoek bij M.E(cvs)…

De met deze technologie gecreëerde microglia van fibromyalgie-patiënten blijken hyper-responsief voor ATP (‘energie-molekule’ maar ook neurotransmitter met een effekt op o.a. microglia) te zijn en meer van het pro-inflammatoir cytokine TNF-α tot expressie te brengen en af te geven (d.w.z. dat ze naburige cellen beïnvloeden). Dit cytokine was ook gelinkt met (subjectieve) pijn en er was een negatief verband met levenskwaliteit. De vraag blijft of de respons op ATP specifiek is voor deze aandoening… Anderzijds werd al gerapporteerd dat een ontoereikende adenosine-trifosfaat (ATP) produktie verband kan houden met de pathofysiologie van M.E.(cvs) door een inadequate ATP-generatie via oxidatieve fosforylatie (zie bv. ‘Oxidatieve fosforylatie na herhaalde inspanning bij CVS’ en ‘Verstoorde werking van pyruvaat-dehydrogenase bij M.E.(cvs)’)

Lees (o.a.) ook ‘Gliale aktivatoren: doelwit voor de behandeling van centrale sensitisatie (chronische pijn)?’.

————————-

Sci Rep. (2017) 7: 11882

Fibromyalgia and microglial TNF-α: Translational research using human blood induced microglia-like cells

Ohgidani M¹, Kato TA², Hosoi M³, Tsuda M⁴, Hayakawa K¹, Hayaki C⁵, Iwaki R³, Sagata N¹, Hashimoto R⁶, Inoue K⁴, Sudo N^3,5, Kanba S¹

1 Department of Neuropsychiatry, Graduate School of Medical Sciences, Kyushu University, Maidashi 3-1-1, Higashi-ku, Fukuoka, 812-8582, Japan

2 Department of Neuropsychiatry, Graduate School of Medical Sciences, Kyushu University, Maidashi 3-1-1, Higashi-ku, Fukuoka, 812-8582, Japan

3 Department of Psychosomatic Medicine, Kyushu University Hospital, Maidashi 3-1-1, Higashi-ku, Fukuoka, 812-8582, Japan

4 Department of Life Innovation, Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Kyushu University, Maidashi 3-1-1, Higashi-ku, Fukuoka, 812-8582, Japan

5 Department of Psychosomatic Medicine, Graduate School of Medical Sciences, Kyushu University, Maidashi 3-1-1, Higashi-ku, Fukuoka, 812-8582, Japan

6 Research Centre for Children’s Mental Development, United Graduate School of Child Development, Osaka University, Yamadaoka 1-1, Suita, Osaka, 565-0871, Japan

Samenvatting

Fibromyalgie is een hardnekkige ziekte die wordt gekenmerkt door chronische oncontroleerbare pijn en psychologisch lijden, en waarvan de oorzaak nog niet werd opgehelderd omwille van de complexe pathologie. Aktivatie van immuun-cellen in de hersenen – microglia genaamd – heeft de aandacht getrokken als een potentieel onderliggend pathologisch mechanisme bij chronische pijn. Technologische en ethische bezwaren hebben echter het vermogen om research met menselijke microglia uit te voeren beperkt. Om deze beperking te overwinnen, hebben we een techniek ontwikkeld om menselijke ‘induced microglia-like’ (iMG) [geïnduceerde mircroglia-achtige] cellen te creëren vertrekkende van menselijke perifeer bloed monocyten. In deze studie creëerden we iMG-cellen van 14 patiënten met fibromyalgie en 10 gezonde individuen, en vergeleken de aktivatie van iMG-cellen tussen de 2 groepen op cellulair niveau. De expressie van tumor necrose factor (TNF)-α was qua mRNA- en proteïne-waarden significant verhoogd in ATP-gestimuleerde iMG-cellen van patiënten met fibromyalgie in vergelijking met cellen van gezonde individuen. Interessant: er was een matige correlatie tussen ATP-geïnduceerde upregulering van de TNF-α expressie en klinische parameters van subjectieve pijn en andere mentale manifestaties van fibromyalgie. Deze bevindingen suggereren dat microglia van patiënten met fibromyalgie hypersensitief zijn voor ATP. TNF-α van microglia kunnen een sleutel-factor zijn die aan de basis ligt van de complexe pathologie van fibromyalgie.

Rapport

Fibromyalgie, een vorm van niet-organische pijn, is een chronische ziekte die ernstige systemische pijn met psychologisch lijden veroorzaakt, resulterend in funktie-beperkingen en een verminderde levenskwaliteit. Het klinisch beeld werd sinds lang gedocumenteerd; toch blijft fibromyalgie tot op heden een hardnekkige ziekte met ongekende etiologie. In een klinische studie die gebruik maakte van fMRI vertoonden patiënten met fibromyalgie hyper-responsiviteit op stimuli t.o.v. gezonde deelnemers. Daarnaast suggereren rapporten dat neuro-inflammatie veroorzaakt door immuun-cellen en inflammatoire cytokinen gerelateerd is met de pathofysiologie van fibromyalgie. Er werd gesuggereerd dat fibromyalgie wordt veroorzaakt door ingewikkelde bio-psycho-sociale factoren met het centraal zenuwstelsel (CZS) als de pathologische basis.

Microglia zijn immuun-cellen in het CZS en zijn gekend voor hun inflammatoire funkties via de afgifte van pro-inflammatoire cytokinen zoals as tumor necrose factor (TNF)-α en interleukine (IL)-1β. Op basis van studies bij knaagdieren rapporteerden we over de abnormaliteiten van microglia als pathologicshe basis van chronische pijn [Tsuda M et al. P2X(4) receptors induced in spinal microglia gate tactile allodynia after nerve injury. Nature. (2003) 424: 778-783 /// Masuda T. et al. Transcription factor IRF5 drives P2X4R(+)-reactive microglia gating neuropathic pain. Nat Commun. (2014) 5: 3771]. Deze knaagdieren-studies wezen op de over-aktivatie van microgliale cellen bij patiënten met chronische pijn, klinische molekulaire gegevens ontbreken echter omwille van ethische en technische kwesties. Zodoende zijn technieken ter ontwikkeling van menselijke microglia-achtige cellen uit niet-hersen weefsels gerechtvaardigd. Er werd gerapporteerd over een techniek om microglia-achtige cellen te induceren uit menselijke pluripotente [die kunnen uitgroeien tot bijna alle celtypes] stamcellen (iPS). De iPS-technologie maakt cel-gebaseerde testen mogelijk in gebieden zoals de embryologie, de farmacologie en de regeneratieve geneeskunde; de iPS-technologie heeft echter enkele beperkingen wat betreft het modelleren van niet-genetische ziekten en vereist veel tijd en uitgaven. Anderzijds hebben we een nieuwe techniek ontwikkeld om microglia-achtige (iMG) cellen te induceren direct uit menselijk perifeer bloed (monocyten) door gebruik te maken van de 2 cytokinen IL-34 en ‘granulocyte macrophage colony stimulating factor’ (GM-CSF) [fungeert als een groeifactor voor witte bloed-cellen, stimuleert stamcellen tot vorming van granulocyten/monocyten], binnen de 2 weken en zonder enige gen-modificiaties. Vergeleken met de iPS-cellen is onze iMG-techniek eenvoudiger en heeft de voordelen van tijd- en kosten-beheersing. Een andere verdienste is dat we iMG-cellen kunnen produceren zonder enige gen-modificatie. Er is vers bloed vereist om iMG-cells te produceren en we kunnen de iMG-cellen nu nog niet stockeren, wat een belangrijke beperking is. We hebben reeds abnormaliteiten bevestigd qua cellulaire responsen van iMG-cellen van patiënten met ziekte van Nasu-Hakola [zeldzame erfelijke aandoening met neurodegeneratie die leidt tot dementie en vroegtijdige dood], wat een gekende primaire microglia ziekte is. Verder hebben we de gen-expressie patronen geanalyseerd van iMG-cellen in de manische en depressieve fase van patiënten met bipolaire aandoeningen, en onthulden fase-afhankelijke microgliale experessie-patronen. Gen-expressie analyse door een andere research-groep legde bloot dat iMG-cellen de meeste gelijkaardige kenmerken vertonen met primaire menselijke microglia in vergelijking met andere cel-types zoals onsterfelijk gemaakte menselijke microglia en menselijke macrofagen. Onze eerdere studies en dit rapport suggereren sterk dat de iMG-techniek een krachtig instrument is voor het analyseren van dynamische molekulaire pathofysiologieën van microglia, niet enkel bij genetische ziekten maar ook niet-organische ziekten (inclusief fibromyalgie en meerdere psychiatrische aandoeningen).

Hier creëerden we iMG-cellen van gezonde vrijwilligers als controle-groep (HC) en patiënten met fibromyalgie [1990 ‘American College of Rheumatology’ klassificatie-criteria; duur van de pijn = 87 (59-146) maand] om de hypothese te testen dat microglia hyperaktief zijn in patiënten met fibromyalgie.

Het is geweten dat extracellulair ATP als een neurotransmitter en/of neuromodulator funktioneert in het CZS en verscheidene fysiologische funkties van microglia moduleert [Illes P, Ribeiro JA. Molecular physiology of P2 receptors in the central nervous system. Eur J Pharmacol. (2004) 483: 5-17]. We rapporteerden eerder een verband tussen chronische pijn en ATP in dieren-modellen [zie Tsuda M et al. hierboven] en ATP bleek geïmpliceerd in het chronische pijn mechanisme [Milligan ED, Watkins LR. Pathological and protective roles of glia in chronic pain. Nat Rev Neurosci. (2009) 10: 23-36]. We vergeleken door ATP uitgelokte responsen in iMG-cellen van gezonde vrijwilligers en patiënten met fibromyalgie. De gen-expressie van TNF-α was significant hoger in iMG-cellen van patiënten met fibromyalgie. Daarnaast bleken de TNF-α proteïne-waarden ook significant hoger in het cultuur-supernatant van iMG-cellen van patiënten met fibromyalgie. In tegenstelling daarmee waren er geen statistisch significante verschillen qua gen-expressie van IL-1β. De proteïne-waarden van IL-1β waren echter significant hoger in het cultuur-supernatant van iMG-cellen van patiënten met fibromyalgie. Daarnaast waren er geen significante verschillen tussen de 2 groepen qua secretie van de pro-inflammatoire cytokinen IL-6 en IL-8, en van het anti-inflammatoir cytokine IL-10. Op basaal niveau lag de TNF-α gen-expressie significant lager in iMG-cellen van patiënten met fibromyalgie. Anderzijds waren er geen significante verschillen qua fagocytische aktiviteit, en gen-expressie van TNF-α en IL-1β tijdens fagocytose [in de hier gebruikte test nemen de cellen latex-parels (als ‘vreemd’ lichaam) op] tussen gezonde vrijwilligers en patiënten met fibromyalgie. Deze resultaten suggereren dat microglia van patiënten met fibromyalgie hyper-responsief zijn voor ATP-stimulatie, wat kan resulteren in verhoogde afgifte van TNF-α in het CZS.

We voerden verder correlationele analyses uit tussen TNF-α gen-expressie in ATP-gestimuleerde iMG-cellen en verscheidene klinische parameters, inclusief de pijn-graad. We vonden een matig positieve correlatie tussen TNF-α expressie en subjectieve pijn-intensiteit [Visuele Analoge Schaal; FM: 79,1 ± 18,2 vs. controle: 5,6 ± 8,8]. De pijn-intensiteit [FM: 7,2 ± 1,7 vs. controle: 0,5 ± 0,8] en pijn-interferentie [‘BPI Interference Scale’; bepaalt de mate waarop pijn interfereert met aktiviteiten, stemming en slaap; FM: 7,1 ± 2,3 vs. controle: 0,3 ± 0,8] waren ook matig positief gecorreleerd met de TNF-α expressie. Fibromyalgie is een ziekte die dikwijls co-morbide is met psychiatrische aandoeningen. In het bijzonder werd een verband tussen fibromyalgie en psychiatrische symptomen zoals depressie en angst gerapporteerd. Hier tonen we een matig positieve correlatie tussen TNF-α expressie en ernst van angst en depressie. In tegenstelling daarmee was IL-1β niet significant gecorreleerd met eender welke klinische score. Anderzijds werd een matig negatieve correlatie geobserveerd tussen TNF-α expressie en levenskwaliteit. Deze bevindingen suggereren de mogelijkheid dat de ernst van de subjectieve pijn, psychiatrische symptomen (depressie en angst) en levenskwaliteit bij patiënten met fibromyalgie gecontroleerd wordt door de waarden van microglia TNF-α. Inderdaad: studies met knaagdieren hebben getoond dat TNF-α een belangrijke factor bij neuropathische pijn is en we toonden eerder aan dat TNF-α pijn-gerelateerd gedrag opwekt wanneer het wordt toegediend in de hersenen van ratten. TNF-α wordt ook beschouwd als een belangrijke factor in psychiatrische aandoeningen zoals depressie. Daarnaast wordt gesuggereerd dat modulatie van microgliaal TNF-α één van de therapeutische doelwitten is bij psychiatrische aandoeningen [Kato TA et al. Neurotransmitters, psychotropic drugs and microglia: clinical implications for psychiatry. Current medicinal chemistry. (2013) 20: 331-344 /// Sato-Kasai M et al. Aripiprazole inhibits polyI: C-induced microglial activation possibly via TRPM7. Schizophr Res. (2016) 178: 35-43]. Fibromyalgie is dikwijls co-morbide met psychiatrische aandoeningen (in het bijzonder depressie) omwille van de gedeelde pathologische karakteristieken.

Dit is de eerste studie die abnormale aktivatie van microglia bij fibromyalgie op cellulair niveau bij mensen suggereert. De huidige gegevens geven een positief verband aan tussen microgliale abnormaliteiten en klinische symptomen van fibromyalgie. Interessant is dat iMG-cellen van fibromyalgie-patiënten hyper-responsiviteit voor extracellulair ATP en verhogingen qua pro-inflammatoir cytokine TNF-α vertonen. IL-1β is een belangrijk pro-inflammatoir cytokine in het proces van microgliale aktivatie via inflammasoom-signalisering [inflammasomen = multi-proteïne molekulaire complexen die een brede waaier aan pathogenen ‘voelen’ en een rol spelen bij de inflammatoire respons]. In de huidige studie is de gen-expressie van IL-1β (mRNA) onveranderd, terwijl de proteïne-concentratie van IL-1β in het supernatant gestegen is. Deze gegevens suggereren dat microgliaal IL-1β geaktiveerd wordt in eerdere stadia vergeleken met TNF-α. Gelijkaardig met iMG-cellen was de TNF-α expressie versterkt door ATP-stimulatie in uit PBMC afgeleide macrofagen. Daarom zou ‘t kunnen dat de versterkte TNF-α expressie door iMG-cellen van patiënten door ATP misschien niet specifiek is voor iMG-cellen. Er dient verder onderzoek te worden uitgevoerd om de responsen op ATP tussen iMG-cellen en uit PBMC afgeleide macrofagen te vergelijken. Anderzijds werd gerapporteerd dat fractalkine ([chemokine] CX3CL1) betrokken is bij chronische pijn [zie ‘Systemische inflammatie & neuro-inflammatie bij fibromyalgie’] alsook ATP. Het zou dus kunnen dat niet enkel ATP maar ook fractalkine iMG-cellen moduleren. Er zijn verdere studies nodig om op te helderen hoe fractalkine iMG-cellen moduleert bij patiënten met fibromyalgie. Daarnaast dient verdere research op te helderen of inflammasoom-gerelateerde molekulen zoals IL-18 en oppervlakte-expressie van HLA-DR, CD80 en CD86 worden gemoduleerd in iMG-cellen van patiënten met fibromyalgie. Van bijzonder belang is dat statistisch matige correlaties worden gezien tussen ATP-geïnduceerde TNF-α expressie en meerdere subjectieve parameters van pijn, depressie, angst en levenskwaliteit. Tot besluit: microgliaal TNF-α kan een mogelijke belangrijke modulerende factor zijn bij fibromyalgie en er is research nodig om een nieuw diagnostisch systeem en therapeutische strategieën aangaande fibromyalgie vast te stellen. We konden het oorzaak/effekt via het huidig studie-ontwerp niet bekrachtigen, dus zijn er prospectieve studies nodig. Bijvoorbeeld: het met verloop van tijd testen, bij verschillende pijn-gradaties in dezelfde patient, kan onthullen of iMG-analyse kan worden gebruikt als een instrument voor de beoordeling van de ernst van de pijn. We geloven dat de iMG-technolgie een nieuw licht werpt op de dynamische molekulaire pathologieën van microglia en op het ontwikkelen van objectieve meet-instrumenten bij een waaier van niet-organische [“zonder lichamelijke oorzaak”] hersen-ziekten [Jammer dat de auteurs deze gedateerde term gebruiken. Het verwijst naar “funktionele” of “psychogene” neurologische aandoeningen waarbij de neurologische symptomen te wijten zouden zijn aan een psychologische dysfunktie i.p.v. een onderliggend neurologisch probleem. Dit is voorbijgestreefd: de consensus is/zou moeten zijn dat non-organische aandoeningen niet onafhankelijk zijn van hersen-processen of brein-funktie.], en verdere studies zijn gerechtvaardigd.

Julia Newton en haar collega’s van de ‘Newcastle University’ rapporteren hier dat PBMCs (type witte bloedcellen in het circulerend bloed) van M.E.(cvs)-patiënten niet in staat zijn om voldoende energie te produceren. Bij bevestiging (bij grotere groepen en andere types cellen) zou dit een indicatie kunnen zijn voor een elematair probleem bij de aandoening.

Ze bestudeerden het oxidatieve fosforylatie systeem (‘elektronentransportketen’, mitochondriaal mechanisme voor de produktie van energie (ATP) en de glycolyse (omzetting van glucose waarbij ook energie vrijkomt) onder basale omstandigheden en onder ‘stress’ (belasting), en concludeerden dat de cellen bij fysiologische stress (lees: hogere nood aan glucose) minder in staat zijn om de cellulaire (mitochondriale) ademhaling op te drijven en zo tegemoet te kunen komen aan de energie-behoeften. Een zoveelste aanwijzing dat er iets mis is met de cellulaire energie-produktie bij M.E.(cvs) – zie referenties/links in de tekst.

Bij de mitochondriale stress test wordt d.m.v. de toevoeging van bepaalde chemische stoffen aan het cultuur-milieu van de cellen enkele parameters gemeten waaruit de ATP-produktie, de reserve-capaciteit, het ‘proton-lek’ (mitochondriale ontkoppeling; diffusie van protonen zodat die niet meer kunnen bijdragen tot de synthese van ATP, de energie gaat verloren als warmte), de niet-mitochondriale respiratie, de maximale respiratie (= reserve-capaciteit + ATP-produktie), de basale respiratie (= ATP-produktie + proton-lek) en de koppeling-efficiëntie (graad waarop nuttige energie wordt gemaakt uit de cellulaire brandstof; mate waarop de mitochondriale systemen op elkaar zijn afgestemd) worden berekend.

Voor de glycolyse stress test worden de cellen ‘behandeld’ (ten einde hen glucose te ontzeggen en zo te ‘dwingen’ andere paden aan te wenden om energie te produceren) om de glycolyse, de glycolytische reserve, de glycolytische capaciteit (som van de eerste 2) en de niet-glycolytische verzuring te berekenen.

Het feit dat PMBCs van M.E.(cvs)-patiënten hun energie-output niet kunnen verhogen om aan de behoeften te voldoen voor routine taken lijkt er op te wijzen dat ze metabool uitgeput zijn. Het is een belangrijke bevinding maar de vraag blijft of dit enkel in deze witte bloedcellen is of ook in andere weefsels voorkomt. Het research-team liet optekenen dat ze ook spiercellen op dezelfde manier wil testen…

————————-

PLoS ONE (2017) 12: e0186802

Cellular bioenergetics is impaired in patients with Chronic Fatigue Syndrome

Cara Tomas (1), Audrey Brown (1), Victoria Strassheim (2,3), Joanna L. Elson (4,5), Julia Newton (1,3), Philip Manning (1)

1 Institute of Cellular Medicine, Newcastle University, Newcastle upon Tyne, United Kingdom

2 Faculty of Medical Sciences, Newcastle University, Newcastle upon Tyne, United Kingdom

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

4 Institute of Genetic Medicine, Newcastle University, Newcastle upon Tyne, United Kingdom

5 Centre for Human Metabolomics, North-West University, Potchefstroom, South Africa

Samenvatting

Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) is een zeer uitputtende ziekte met een ongekende etiologie. Abnormaliteiten qua bio-energetische funktie werden genoemd als een mogelijke oorzaak voor CVS. Er werden preliminaire studies uitgevoerd om cellulaire bio-energetische abnormaliteiten bij CVS-patiënten te onderzoeken. Er werd een reeks testen uitgevoerd op perifeer bloed mononucleaire cellen (PBMCs) van CVS-patiënten en gezonde controles.

Deze experimenten onderzochten cellulaire patronen met betrekking tot de oxidatieve fosforylatie (OX-FOS) en glycolyse. De resultaten toonden consistent lagere metingen van de OX-FOS-parameters in PBMCs van CVS-patiënten vergeleken met gezonde controles. Er werden 7 sleutel-parameters van de OX-FOS berekend: basale respiratie, ATP-produktie, protonen-lek, maximale respiratie, reserve-capaciteit, niet-mitochondriale respiration en koppeling-efficiëntie. Hoewel veel van de parameters verschilden tussen de CVS- en controle-groep, werd maximale respiratie aangeduid als sleutel-parameter met betrekking tot de mitochondriale funktie die verschilde tussen CVS- en controle-PBMCs omwille van de consistentie van de stoornis bij CVS-patiënten die werd gevonden doorheen de studie (p ≤ 0.003). De lagere maximale respiratie in CVS-PBMCs suggereert dat wanneer de cellen fysiologische stress ondervinden, ze minder in staat zijn om hun respiratie te verhogen om te compenseren voor stijgende stress en niet in staat te voldoen aan de cellulaire energie-behoeften. De ontdekte metabole verschillen benadrukken het overmogen van CVS-patient PBMCs om de cellulaire energetische eisen te bevredigen onder basale omstandigheden zowel als wanneer de mitochondrieën onder druk komen te staan tijdens periodes met hoge metabole behoeften.

Inleiding

[…]

Er werd voorgesteld dat abnormaliteiten in de bio-energetische werking de oorzaak kan zijn van de ernstige vermoeidheid die wordt ervaren door CVS-patiënten. Factoren zoals mitochondriale dysfunktie, adenosine-monofosfaat geaktiveerd proteïne-kinase (AMPK [een energie-voelend alarm-proteïne dat een dreigende energie-crisis in de cel voorkomt]) verstoring, oxidatieve stress en skeletspier-cel acidose [‘verzuring’] werden allemaal in verband gebracht met het CVS-fenotype [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 /// Myhill S, Booth NE, McLaren-Howard J. Chronic Fatigue Syndrome and mitochondrial dysfunction. International Journal of Clinical and Experimental Medicine (2009) 2: 1-16 /// Kennedy G, Spence VA et al. Oxidative stress levels are raised in Chronic Fatigue Syndrome and are associated with clinical symptoms. Free Radical Biology and Medicine (2005) 39: 584-9]. Een abnormaal energie-metabolisme werd geïdentificeerd als een belangrijk interesse-gebied in de CVS-research, met een aantal studies die plasma- en serum-metabolomica onderzochten en wijzigingen qua metabolieten toonden, en de hypothese dat CVS een hypometabool syndroom is [Armstrong CW, McGregor NR et al. Metabolic profiling reveals anomalous energy metabolism and oxidative stress pathways in Chronic Fatigue Syndrome patients. Metabolomics (2015) 11: 1626-39 /// Yamano ES et al. Index markers of Chronic Fatigue Syndrome with dysfunction of TCA- and urea-cycles. Scientific Reports (2016) 6 /// Naviaux RN et al. Metabolic features of Chronic Fatigue Syndrome. PNAS (2016) 113 /// Germain AR, Levine SM; Hanson MR. Metabolic profiling of a Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome discovery cohort reveals disturbances in fatty acid and lipid metabolism. Molecular Biosystems (2017) 13: 371-9 /// Fluge OM et al. Metabolic profiling indicates impaired pyruvate dehydrogenase function in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome. Journal of Clinical Investigation (2016) 1].

Verworven mitochondriale dysfunktie (bv. post-virale infektie) is ook een research-gebied van belang [o.a. Booth NE, Myhill S, McLaren-Howard J. Mitochondrial dysfunction and the pathophysiology of Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome (ME/CFS). International Journal of Clinical and Experimental Medicine (2012) 5: 208-20 /// Smits B et al. Mitochondrial enzymes discriminate between mitochondrial disorders and Chronic Fatigue Syndrome. Mitochondrion (2011) 11: 735-8]. Mitochondrieën fungeren als het energie-overdracht centrum van de cel en zijn verantwoordelijk voor de produktie van cellulair ATP via respiratie [‘ademhaling’; metabole reakties en processen in de mitochondrieën die de energie uit voedingsstoffen omzetten naar ATP]. Mitochondriale respiratie kan door meerdere factoren worden geïnhibeerd: van cytokine-veranderingen tot oxidatieve stress. Studies omtrent CVS hebben sleutel-indicatoren voor mitochondriale dysfunktie zoals verlaagde aanmaak van ATP [Myhill S, Booth NE, McLaren-Howard J. Targeting mitochondrial dysfunction in the treatment of Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome (ME/CFS) – A clinical audit. International Journal of Clinical and Experimental Medicine (2013) 6: 1-15 /// Castro-Marrero J, Cordero MD et al. Could mitochondrial dysfunction be a differentiating marker between Chronic Fatigue Syndrome and fibromyalgia? Antioxidants and Redox Signaling (2013) 19: 1855-60] en een verstoring van de oxidatieve fosforylatie (OX-FOS [zorgt voor ATP, bron van cellulaire energie; het Ox-Fos systeem omvat meer dan 100 proteïnen, geordend in 5 enzym-complexen in de mitochondrieën]) mechanismen getoond. Bijkomend komen cruciale symptomen die geassocieerd zijn met CVS (zoals vermoeidheid, inspanning-intolerantie en spierpijn) ook voor bij patiënten met primaire mitochondriale ziekten waarvan is geweten dat ze worden veroorzaakt door mitochondriale dysfunktie die het resultaat is van mutaties van het kern- of mitochondriaal DNA (mtDNA) [Newton JL et al. Perceived fatigue is highly prevalent and debilitating in patients with mitochondrial disease. Neuromuscular Disorders. (2015) 25: 563-6]. Er werd gesuggereerd dat mitochondriale dysfunktie voorkwam bij een subgroep van de CVS-populatie. Door een gebrek aan definitief bewijs voor gans de CVS-populatie hebben anderen echter gesuggereerd dat een dergelijk verband niet significant is [o.a. Vermeulen RCW et al. Patients with Chronic Fatigue Syndrome performed worse than controls in a controlled repeated exercise study despite a normal oxidative phosphorylation capacity. Journal of Translational Medicine (2010) 8]. Twee research-groepen hebben onafhankelijk van elkaar getoond dat klinisch gevalideerde pathogene mtDNA-mutaties waarschijnlijk zeer zeldzaam zijn in CVS-groepen [Hanson MR et al. Mitochondrial DNA variants correlate with symptoms in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome. Journal of Translational Medicine (2016) 14 /// Schoeman EM et al. Clinically proven mtDNA mutations are not common in those with Chronic Fatigue Syndrome. BMC Medical Genetics (2017) 18]. Eén studie vond geen enkele klinisch gevalideerde mtDNA-mutatie die voldoende significant heteroplasmie [aanwezigheid van meer dan één type mitochondriaal genoom] vertoont, terwijl de andere er slechts één vond: een LHON (‘Leber hereditary optic neuropathy’ [LHON; mitochondriale neurodegeneratieve ziekte die de oogzenuw aantast]) mutatie. Daarnaast verschillen de sub-klinische waarden van gekende mtDNA-mutaties niet van deze in de algemene bevolking.

De studie hier richtte zich specifiek op het onderzoeken van sleutel-parameters van de mitochondriale funktie, inclusief de twee belangrijkste energie-producerende mechanismen in de cel – glycolyse en OX-FOS. Veranderingen in deze parameters kunnen wijzen op een mitochondriale basis voor CVS, en mechanismen in de etiopathogenese van de ziekte ophelderen en mogelijke doelwitten voor toekomstige studie identificeren.

De doelstelling van deze studie was het detekteren en vaststellen van veranderingen qua mitochondriale funktie en cellulaire energie-profielen (in PBMCs) van patiënten met Chronische Vermoeidheid Syndroom en gezonde controles. PBMCs kunnen relatief makkelijk worden verkregen via bloed-afname en werden gebruikt om systemisch de mitochondriale funktie na te gaan in controles en CVS-patiënten omwille van hun systemische blootstelling.

Abnormale PBMC bio-energetica werden al onderzocht bij andere chronische ziekten zoals obesitas, type-2 diabetes mellitus (T2DM) en Reumatoïde Arthitis. Er werd een hogere basale respiratie en maximale respiratie getoond bij T2DM-patiënten. Zoals CVS-patiënten ervaren patiënten met T2DM dikwijls vermoeidheid. Eerdere research heeft getoond dat maximale respiratie en reserve-capaciteit in PBMCs correleert met lichamelijk funktioneren en kracht [bij obesitas]. De symptomen beschreven in die studie (zoals spierpijn, zwakte en inspanning-intolerantie zijn ook courante symptomen bij CVS-patiënten. Gezien de gelijkenissen qua symptoom-profielen van deze 2 ziekten, hadden we in deze studie tot doel te onderzoeken of er ook PBMC-abnormaliteiten qua bio-energetische funktie bestaan bij CVS.

Methodes

[…] patiënten voldeden aan de Fukuda diagnostische criteria voor CVS […]

Bereiding van PBMCs

[…]

Extracellulaire flux-analyse

[Flux = doorstroming van het ene naar het andere mitochondriale enzyme-complex]

Werking van OX-FOS en glycolyse werden bepaald gebruikmakend van een ‘extracellular flux analyser’ […] De mitochondriale respiratie wordt gemeten via de afname van de zuurstof-concentratie in het test-medium. […] Veranderingen qua zuurstof- en proton-concentratie worden gedetekteerd. De glycolyse in de cellen wordt gemeten via de daling van de protonen-concentratie in het test-medium (ook gekend als ‘extracellular acidification [verzuring] -rate’, ECAR). Zuurstof-verbruik (OCR) werd gebruikt als een indicator voor OX-FOS, terwijl ECAR werd gebruikt als een indicator voor glycolytische omzetitng van glucose naar lactaat.

De OCR en ECAR werden gemeten na de opéénvolgende toevoeging van test-reagentia. Voor de mitochondriale stress test: oligomycine [ATP-synthase inhibitor; zorgt ervoor dat het enzyme ATP-synthase geen ATP meer kan aanmaken], carbonyl-cyanide-4-(trifluoromethoxy)fenylhydrazon (FCCP [ontwricht de ATP-synthese door het wegleiden van protonen zodat deze geen energie kunnen leveren via OX-FOS]), en rotenon [blokkeert het enzyme NADH-dehydrogenase en zodoende de respiratoire keten] en antimycine-A [inhibeert de cellulaire respiratie]. Daaruit werden de basale respiratie, ATP-produktie, proton-lek, maximale respiratie, reserve-capaciteit, niet-mitochondriale respiratie en koppeling-efficiëntie berekend. Voor de glycolyse stress-test: glucose, oligomycine en 2-deoxyglucose [stopt de glycolyse]. Dit liet toe glycolyse, glycolytische capaciteit, glycolytische reserve en niet-glycolytische verzuring te berekenen. […]

Trypaan-blauw

Na toevoeging van [de kleurstof] trypaan-blauw worden dode cellen blauw om dat ze doorlaatbaar zijn voor de kleurstof en levende cellen blijven ongekleurd. Het percentage levende cellen (t.o.v. het totaal aantal cellen) geeft de cel-viabiliteit.

Statistiek

[…]

Resultaten

[…]

Effekt van het invriezen op PBMC-OCR

De afname van bloedstalen van de patiënten gebeurde sporadisch en was onvoorspelbaar, daarom werd het nodig geacht dat de stalen werden ingevroren om ze op hetzelfde moment te kunnen testen en de variatie te niet te doen. Om die reden werden mitochondriale stress testen uitgevoerd op vers geïsoleerde en ingevroren (-80˚C) PBMCs om het effekt na te gaan van het invriezen (omwille van eerdere tegenstrijdige resultaten). […]

Er werden significante verschillen gezien tussen CVS-patiënten en controles voor zowel verse als ingevroren PBMCs voor dezelfde 4 parameters: basale respiratie (p ≤ 0.043), proton-lek (p ≤ 0.013), maximale respiratie (p ≤ 0.003) en reserve-capaciteit (p ≤ 0.012).

Wanneer we verse en ingevroren PBMC-stalen van CVS-patiënten vergeleken, verschilden de basale respiratie (p = 0.006), ATP-produktie (p = 0.003), maximale respiratie (p < 0.001) en reserve-capaciteit (p < 0.001) significant. Ook bij de gezonde controles werden significante verschillen gezien voor basale respiratie (p = 0.008), ATP-produktie (p = 0.047), maximale respiratie (p < 0.001) en reserve-capaciteit (p < 0.001) tussen verse en ingevroren stalen. Er wordt gedacht dat de consistent significante afname qua basale respiratie en maximale respiratie voor de ingevroren stalen t.o.v. de verse PMBCs freshly isolated PBMCs te wijten is aan de stress ten gevolgde het invries-proces.

Effekt van glucose-concentratie op PBMCs

OCR mitochondriale stress testen werden uitgevoerd in medium met laag (1 mM) en hoog (10 mM) glucose, met de bedoeling te kijken of veranderingen qua cellulaire ATP-produktie konden worden gedetekteerd bij deze 2 concentraties. De hypothese was dat inculatie van PBMCs in laag-glucose de cellen van energie-transductie via glycolyse zou sturen in de reichting van het OX-FOS-mechanisme, en zo een toename qua mitochondriale respiratie zou veroorzaken. Deze hypothese voorspelt een hogere zuurstof-consumptie bij laag-glucose t.o.v. van hoog-glucose. Laag-glucose werd aangewend om een natuurlijke stressor (hypoglycemie) na te bootsen die PBMCs in vivo kunnen ondervinden (en die anders is dan de stress van het invriezen, wat niet voorkomt in vivo).

Bij laag-glucose vertoonde de CVS-populatie significant lagere resultaten dan de controles voor 6 van de 7 parameters: basale respiratie (p < 0.001), ATP-produktie (p < 0.001), maximale respiratie (p < 0.001), reserve-capaciteit (p < 0.001), niet-mitochondriale respiratie (p < 0.001) en koppeling-efficiëntie (p < 0.001). Wanneer cellen werden geïncubeerd in hoog-glucose, verschilden CVS- en controle-PBMCs voor 5 van de 7 parameters: basale respiratie (p < 0.001), ATP-produktie (p < 0.001), proton-lek (p = 0.013), maximale respiratie (p < 0.001) en reserve-capaciteit (p < 0.001).

De parameters die significante verschillen vertoonden wanneer de resultaten werden vergeleken tussen laag- en hoog-waren ATP-produktie (p < 0.001), proton-lek (p < 0.001), maximale respiratie (p = 0.025), niet-mitochondriale respiratie (p = 0.004) en koppeling-efficiëntie (p < 0.001). Deze verschillen werden echter enkel in de controle-groep gevonden. De glucose-concentratie had geen enkel effekt op de parameters in de CVS-groep.

[Leeftijd bleek geen verstorende factor voor mitochondriale funktie. Ook geslacht kon worden geëmlimineerd als verstorende factor.]. De duur van het invriezen correleerde niet met de cell-viabiliteit (p = 0.100) of maximale respiratie (p = 0.722) en is dus geen verstorende factor. Zelfs een korte periode invriezen veroorzaakt veranderingen qua OX-FOS-funktie, wat bewijst dat het proces van invriezen/ontdooien deze veranderingen veroorzaakt en niet de duur van het invriezen.

[…]

Glycolytische aktiviteit

De resultaten van een glycolyse stress test met PBMCs vertoonden geen verschillen qua glycolyse tussen de patiënten en controles. Geen enkele van de 5 berekende parameters verschilde significant tussen CVS- en controle-stalen (p ≥ 0.075).

De cel-viabiliteit van verse en ingevroren stalen verschilde niet significant en er was geen significant verschil wat betreft de viabiliteit van de CVS- en controle-stalen, vers noch ingevroren (p ≥ 0.346).

Bespreking

Ondanks de grote aantallen mensen met CVS in de bevolking, blijven de oorzaken er van onverklaard. Dit is de eerste studie die gevallen-controle gebruikt om de mitochondriale funktie te onderzoeken in PBMCs bij CVS. Er werden PBMCs gebruikt in deze preliminaire studie aangezien het toelaat potentiële abnormaliteiten te bekijken op systemsch niveau.

Significant gewijzigde mitochondriale stress test parameters in de CVS-groep t.o.v. de gezonde controle groep suggereren dat CVS-patiënten systemische abnormaliteiten qua energie-overdracht kunnen vertonen, bijzonderlijk wanneer geïsoleerde PBMCs onder mitochondriale stress komen te staan. De lagere reserve-capaciteit die wordt gezien bij CVS-patiënten wijst er op dat hun cellen al hun capaciteit aanwenden onder normale omstandigheden (zonder stress) dan gezonde controles. De verlaagde maximale respiratie suggereert dat de PBMCs van CVS-patiënten niet in staat zijn tot dezelfde mate van respiratie als gezonde controles. De resultaten tonen dat CVS-patiënten hun respiratoire capaciteit slechts met 47% (± 37%) kunnen verhogen (van baseline tot maximaal gestimuleerd door FCCP), wat significant (p < 0.001) lager is dan de 98% (± 32%) toename qua respiratoire capaciteit bereikt door controle-PBMCs. De consistent lagere maximale respiratie in de CVS-groep toont het onvermogen van CVS-patiënten tot dezelfde mate van respiratie als de controle-groep onder cellulaire stress. De lagere reserve-capaciteit suggereert dat wanneer CVS-PBMCs onder stress komen te staan, ze minder in staat zijn hun respiratie te verhogen om te compenseren voor de toegenomen stress waardoor patiënten minder in staat zijn om te voldoen aan de cellulaire energie-vereisten. Er wordt gedacht dat gelijkaardige abnormaliteiten qua reserve-capaciteit bijdragen aan een waaier van andere ziekte-pathologieën zoals hart-ziekte, neurodegeneratieve ziekten bij het ouder-worden en gladde-spiercel sterfte.

Het invries-proces had een significante impact op de cellulaire bio-energetica van PBMCs bij zowel de controle- als de CVS-groep. Vier van de onderzochte parameters vertoonden significante verschillen tussen de verse en ingevroren stalen in beide groepen: basale respiratie, ATP-produktie, maximale respiratie en reserve-capaciteit. De resultaten tonen dat het invries-proces dezelfde invloed op beide groepen had, met dezelfde dalingen van elk van de vermelde parameters. Het invriezen van PBMCs kan talrijke cellulaire wijzigingen veroorzaken die verantwoordelijk zouden kunnen zijn voor de gedaalde OCR die in deze experimenten werd opgetekend. Mogelijke veranderingen veroorzaakt door invriezen omvatten oxidatieve schade, een verlies qua membraan-integriteit door de vorming van ijs-kristallen en wijzingingen in de ion-homeostase.

Hoewel bleek dat invriezen een impact had op bepaalde parameters, werd gezien dat dezelfde parameters significant verschillend waren tussen de controle- en de CVS-groep bij verse en ingevroren stalen. Dit toont aan dat zelfs al zijn de absolute waarden van sommige parameters beïnvloed door het invries-proces, het patroon in beide groepen kan worden gezien en dat daarom verse of ingevroren stalen kunnen worden gebruikt om verschillen te detekteren tussen controles en CVS-patiënten. Voor toekomstige studies waarbij men wil kijken naar de absolute OCR-waarden zouden verse stalen moeten worden gebruikt, voor andere experimenten volstaan echter ingevroren stalen om adequaat de verschillen tussen groepen te tonen cohorts. Er werden ingevroren stalen gebruikt voor de hoge- en lage-glucose experimenten omwille van de sporadische staalnames gedurende een relatief lange periode maar deze bevinding valideert het gebruik van ingevroren stalen voor deze experimenten en suggereert dat het invriezen van stalen het vermogen om groepen te vergelijken niet verandert. Er dient te worden opgemerkt dat tijdens eerdere analyse met ≤ 12 stalen, het moeilijk was om verschillen tussen de 2 groepen te detekteren met ingevroren stalen, daarom is voor een kleiner aantal stalen het gebruik van verse stalen gewenst.

De hypothese was dat PBMC-incubatie in laag-glucose de energie-transductie van cellen van glycolyse zou leiden naar het OX-FOS-mechanisme, wat een toename van de mitochondriale respiratie veroorzaakt. Deze hypothese voorspelt een hogere basale respiratie en maximale respiratie in laag-glucose. Een hogere maximale respiratie in laag-glucose werd enkel gezien in de controle-groep maar niet in de CVS-groep, terwijl de basale respiratie niet significant steeg in om het even welke groep bij lage-glucose omstandigheden. Daarenboven steeg in de controle-groep de ATP-produktie, de niet-mitochondriale respiratie en de koppeling-efficiëntie, en daalde het proton-lek, bij laag-glucose. De CVS-groep vertoonde geen verschillen tussen laag- en hoog-glucose condities voor om het even welke parameter. Dit kan te wijten zijn aan het feit dat de controle-cellen zich beter kunnen aanpassen aan hun omgeving en beschikken over het vermogen om hun ATP-produktie te verhogen via mitochondriale respiratie indien nodig – iets waar de CVS-cellen wellicht niet toe in staat zijn.

Vier van de parameters bleken verschillend tussen de controle- en CVS-groepen bij zowel laag- als hoog-glucose: basale respiratie, ATP-produktie, maximale respiratie en reserve-capaciteit. Dit toont aan dat de verschillen voor deze parameters tussen de 2 groepen die hier werden gezien, kunnen worden gereproduceerd in verschillende glucose-condities en bevestigt het onvermogen van de CVS-PBMCs om hun respiratoire capaciteit te verhogen tot het niveau van de controle-PBMCs zowel bij ‘baseline’ als wanneer ze tot het maximum worden gestimuleerd (door FCCP), zelfs bij laag-glucose wanneer de cellen worden naar ATP-produktie via mitochondriale respirate worden gepusht en weg van de glycolyse als energie-bron. Niet-mitochondriale respiratie en koppeling-efficiëntie verschilden enkel tussen de controle- en CVS-groepen bij laag-glucose, terwijl het proton-lek enkel verschilde bij hoog-glucose.

De koppeling-efficiëntie toonde dat ATP-produktie enkel efficiënter werd in de controle-groep wanneer er stress ontstond door laag-glucose, en niet in de CVS-groep. Er werden verschillen qua koppeling-efficiëntie gezien tussen de controle- en CVS-groepen bij laag-glucose, wat suggereert dat de CVS-cellen reeds aan de maximum efficiënctie zitten wat betreft de aanmaak van ATP wanneer controle-cellen nog in staat zijn die efficiëntie te verhogen en ATP produceren wanneer dit vereist is (bv. bij laag-glucose).

[…] De statistische significante resultaten wijzen op robuste statistische gegevens, ondanks de relatief beperkte grootte van de groepen.

Deze experimenten helpen bij het identificeren van de richting die toekomstige research omtrent cellulaire bio-energetica bij CVS zou moeten nemen voor het detekteren van verschillen betreffende sommige, maar niet alle, parameters van de mitochondriale funktie. Verschillen qua mitochondriale parameters tonen het onvermogen van CVS-PBMCs om het OX-FOS-mechanisme aan te wenden om energie te produceren in dezelfde mate als controle-PBMCs dat doen, zowel onder basale omstandigheden als wanneer ze worden gedwonen tot maximale respiratie. De consistent significante verschillen tussen de 2 groepen bij basale respiratie en maximale respiratie tonen hun belang aan als potentiële merkers voor CVS, een bevinding die kan worden gebruikt om richting te geven aan toekomstig onderzoek omtrent de mitochondriale dysfunktie bij CVS.

In tegenstelling tot eerdere literatuur [zie bv. Armstrong et al. hierboven] die suggereerde dat abnormaliteiten qua PBMC ATP-concentraties kunnen worden veroorzaakt door glycolyse, tonen resultaten van de glycolyse stress test dat glycolyse bij CVS-patiënten niet significant verschilt van de gezonde groep. Dit kan te wijten zijn aan de relatief kleine groepen die in deze studie werden gebruikt. De combinatie van de detektie van significante verschillen in OX-FOS naast het ontbreken van detekteerbare verschillen in glycolyse heeft mogelijks een voorheen ongekend fenotype van CVS-PBMCs blootgelegd, hoewel grotere stalen nodig zullen zijn om dit te bevestigen. Hoewel de belangrijkste beperking van deze studie de grootte van het staal was, resulterend in een minder krachtige analyse (bijzonderlijk voor de vers geïsoleerde controle-groep), dient te worden opgemerkt dat de hier gepresenteerde gegevens enkel preliminaire bevindingen zijn. Grotere stalen en longitudinale afnames zijn nodig om de hier verkregen reulstaten te valideren en te zorgen voor de statistische ‘power’ die vereist is om verschillen in andere parameters te detekteren. Een andere beperking van deze studie is het gebrek aan karakteristieken van de CVS-groep. Demografische, antropometrische en symptoom-gegevens zouden nuttig zijn om te kijken naar links met de mitochondriale abnormaliteiten die in deze studie werden geobserveerd. Het zou interessant zijn om te analyseren of CVS-symptomen – in het bijzonder vermoeidheid-graad – correleerden met de gemeten mitochondriale parameters. Er zouden bijkomende experimenten en technieken kunnen worden gebruikt voor het bepalen van de mitochondriale inhoud en morfologie, mitochondriale funktie in doorlaatbaar-gemaakte cellen en geïsoleerde mitochondrieën, en metingen van het mitochondriaal membraan potentiaal om deze resultaten verder te valideren. Stratificatie van PBMCs op basis van fluorescentie-gektiveerde cel-sortering (FACS) is een techniek die kan worden aangewend om de cel-types PBMCs verder onder te verdelen om te identificeren welke specifieke cel-populaties verantwoordelijk zijn voor de geobserveerde OX-FOS-verschillen. Het is momenteel nog niet geweten of factoren zoals recente aktiviteit en dieet voor de bloed-afname een effekt heeft op PBMC bio-energetica en dit is iets dat dient te worden onderzocht. Het gebruik van sedentaire controles en aktiviteit-monitors zou nuttig zijn om het effket op PBMC bio-energetica te tonen. Deze studie maakte gebruik van PBMCs als een voorspeller voor de systemische mitochondriale funktie maar er zounden andere cel-types kunnen worden gebruikt om te onderzoeken of de hier geoberveerde verschillen kunnen worden gezien in andere weefel-types bij CVS-patiënten.

De resultaten van deze studie weerspiegelen de resultaten gevonden bij T2DM-patiënten (een link tussen een andere ziekte met vermoeidheid als kern-symptoom en OX-FOS-parameters: basale respiratie en maximale respiratie. Dit geeft aan dat de PBMC bio-energetische abnormaliteiten een consistente link met vermoeidheid vertonen, maar of de abnormaliteiten optreden ten gevolge de vermoeidheid of de oorzaak van de ziekte zijn blijft onbekend.

Deze preliminaire research heeft duidelijk statistisch significante verschillen in het bio-energetisch profiel van PBMCs van CVS-patiënten getoond in vergelijking met cellen van gezonde controles. Belangrijk: deze resultaten leggen niet vast of de verschillen qua PBMC energie-mechanismen een oorzaak of gevolg van CVS zijn; deze gegevens impliceren echter duidelijk dat deze cellen een rol kunnen spelen in het ziekte-mechanisme. Verder kan het gerbuik van PBMCs een nieuw en waardevol model zijn voor het ontwerpen van nieuwe therapeutische benaderingen ter behandeling van CVS.

Op deze pagina’s hadden we ’t reeds over ‘MicroRNAs in plasma bij CVS/M.E.’, ‘MicroRNAs: Potentiële diagnostische biomerkers in NK-cellen bij M.E.(cvs)’ & ‘Cytotoxische lymfocyten microRNAs – merkers voor M.E.(cvs)?’. miRNAs beïnvloeden de expressie van genen en dus de aanmaak van proteïnen (aan- of afzetten).

Professor James Baraniuk (‘Georgetown University’) rapporteerde ook al over studies bij veteranen met Golf Oorlog Ziekte (‘Gulf War Illness,’ GWI) (zie ‘Verband hersen-dysfunktie & post-exertionele malaise bij Golf Oorlog Ziekte’) en M.E.(cvs) ‘zie ‘CVS-gerelateerd proteoom in cerebrospinaal vocht’.

In onderstaande studie vergeleken de auteurs miRNA-patronen in ruggemerg-vocht (cerobrespinaal vocht; CSV) bij deze ziekten, voor en na inspanning. Vóór een fiets-inspanning waren de miRNA-waarden bij alle deelnemers hetzelfde; erna waren er significante verschillen. Controles, GWI-veteranen en M.E.(cvs)-patiënten vertoonden afzonderlijke verandering-patronen. Bij M.E.(cvs) waren er bv. 12 miRNAs verlaagd na inspanning. De auteurs lieten noteren dat “deze door inspanning geïnduceerde miRNA-patronen wijzen op andere mechanismen voor post-exertionele malaise, niettegenstaande de overlappende symptomen”.

Opmerking: Baraniuk & Shivapurkar hebben enkele patenten omtrent deze materie op hun naam…

————————-

Scientific Reports 7, Article: 15338 (november 2017)

Exercise-induced changes in cerebrospinal fluid miRNAs in Gulf War Illness, Chronic Fatigue Syndrome and sedentary control subjects

James N. Baraniuk, Narayan Shivapurkar

Division of Rheumatology, Immunology and Allergy, Department of Medicine, Georgetown University, Washington, District of Columbia, United States of America

Samenvatting

Golf Oorlog Ziekte (GWI) en Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) hebben gelijkaardige profielen met pijn, vermoeidheid, cognitieve dysfunktie en exertionele uitputting. Post-exertionele malaise suggereert dat inspanning het funktioneren van het centraal zenuwstelsel verandert. Er werden lumbaal-punkties uitgevoerd bij GWI-, CVS- en controle-individuen na (i) overnacht rust (‘non-exercise’) of (ii) submaximale fiets-inspanning. Inspanning induceerde posturale tachycardie bij een derde van de GWI-individuen (‘Stress Test Activated Reversible Tachycardia’, START). De rest waren ‘Stress Test Originated Phantom Perception’ (STOPP) individuen. MicroRNAs (miRNA) in het cerebrospinaal vocht werden vermenigvuldigd d.m.v. kwantitatieve PCR. De concentratie waren gelijkwaardig voor de ‘non-exercise’ GWI (n = 22), CVS (n = 43) en controle (n = 22) -groepen. Na inspanning vertoonden de START (n = 22) significant lager miR-22-3p dan de controles (n = 15) en STOPP (n = 42), maar hoger miR-9-3p dan STOPP. Alle groepen hadden significant gedaald miR-328 en miR-608 na inspanning vergeleken met de ‘non-exercise’ groepen; dit zouden merkers kunnen worden voor inspanning-effekten op de hersenen. Er waren 6 miRNAs significant verhoogd en 12 verminderd bij START, STOPP en controles na inspanning t.o.v. de ‘non-exercise’ groepen. Bij CVS waren 12 miRNAs verlaagd na inspanning. Ondanks de overlappende symptomen bij CVS, GWI en andere ziekten, duiden door inspanning geïnduceerde miRNA-patronen in het cerebrospinaal vocht op onderscheidende mechanismen voor post-exertionele malaise bij CVS, en de START- en STOPP-fenotypes van GWI.

Inleiding

[intro over CVS en GWI – we focussen ons hier echter zo veel mogelijk op CVS (1994 Center for Disease Control criteria)]

We rapporteerden eerder dat GWI-veteranen kunnen worden onderverdeeld in 2 fenotypes op basis van responsen op de fysiologische stressor van een submaximale inspanning test [Rayhan RU et al. Exercise challenge in Gulf War Illness reveals two subgroups with altered brain structure and function. PLoS One (2013) 8: e63903 – lees dit stuk voor meer uitleg over de STAT- & STOPP-fenotypes van GWI].

Cerebrospinaal vocht [ruggemergvocht, verkregen via lumbaal- of ruggemerg-punktie] werd uitgebreid getest wat micro-RNAs (miRNA), proteomica [Baraniuk JN et al. A Chronic Fatigue Syndrome related proteome in human cerebrospinal fluid. BMC Neurol (2005) 5: 22], metabolomica en andere molekulen om de centrale neurotoxische pathologieën te onderzoeken die werden voorgesteld voor GWI en CVS [Barnden LR et al. Autonomic correlations with MRI are abnormal in the brainstem vasomotor centre in Chronic Fatigue Syndrome. Neuroimage Clin. (2016) 11: 530-7]. miRNAs zijn ca. 22 nucleotide lange, enkel-strengige RNAs overgeschreven van genomisch DNA. Ze vormen het ‘RNA-induced silencing complex’(RISC [een multi-proteïne complex met één streng van een klein interfererend RNA (‘small interfering’ siRNA) of microRNA (miRNA). Het gebruikt het siRNA of miRNA als een patroon voor het herkennen van complementair mRNA. Wanneer het een complementaire streng vindt, aktiveert het RNase.]) en binden op complementaire sequenties in het 3’-onvertaald gebied [‘untranslated region, UTR; RNA-gebied gelegen na de start van de ‘translatie’ dat instaat voor de regulering ervan): beïnvloeden dikwijls de gen-expressie] van mRNAs om translatie te onderdrukken of mRNA-afbraak te bevorderen [Door binding op specifieke plaatsen in het 3’ onvertaald gebied, kunnen miRNAs gen-expressie van meerdere boodschapper-RNAs doen dalen door het inhiberen van de translatie of het direct veroorzaken van degradatie van het transcript.]. miRNAs zorgen op een dynamische manier voor de afstelling van de expressie van de meeste cellulaire proteïnen. Er werd gebruik gemaakt van kwantitative polymerase-ketting-reaktie (QPCR) om miRNAs in het cerebrospinaal vocht te meten.

Onze eerste hypothese was dat CVS, GWI en sedentaire controle -individuen in rust (cvs0, gwi0 & sc0) onderling significante verschillen zouden vertonen qua cerebrospinaal vocht biomerkers. De ‘non-exercise’ groepen rustten overnacht en deden geen inspanningen vóór hun lumbaal-punktie. Er werd voorspeld dat de miRNA-patronen van de ‘non-exercise’ groepen verschillend zouden zijn van andere aandoeningen zoals depressie en fibromyalgie. Ten tweede: de verschillen zouden uitvergroot zijn bij SC, CVS en de via inspanning gedefinieerde START- en STOPP-fenotypes van GWI na inspanning wanneer ze onderling werden vergeleken. Ten derde: verschillen tussen de groepen na inspanning en hun overéénkomstige ‘non-exercise’ vergelijking-groep (SC vs. sc0, CVS vs. cvs0, START vs. gwi0, STOPP vs. gwi0) zouden de effekten van inspanning op het centraal zenuwstelsel en de pathologie van exertionele uitputting vormgeven.

Methodes

Klinische informatie

[…]

GWI en gezonde veteranen, en gezonde, niet-militaire, sedentaire controle (SC) individuen vulden vragenlijsten in aangaande de criteria voor GWI en CVS [‘Chronic Fatigue Syndrome Symptom Severity Questionnaire’], gemeenschappelijke symptomen bij CVS en GWI, levenskwaliteit [SF-36], ‘Generalized Anxiety Disorder’ [veralgemeende angst] screening en ‘Centre for Epidemiologic Studies’ Depressie Schaal scores. Fibromyalgie werd bepaald via pijn plus [‘tenderpoint’-]gevoeligheid (1990 [American College of Rheumatology] criteria). Voor klinische en methodologische details zie Rayhan RU et al. [hierboven]. Alle individuen voerden submaximale fiets-inspanning stress-testen uit op 2 opéénvolgende dagen met ervoor en erna magnetische resonantie beeldvorming, gevolgd door een lumbaal-punktie. De individuen fietsten aan 70% van de leeftijd-voorspelde maximum hartslag gedurende 25 min gevolgd door stapsgewijze toenames van de fiets-weerstand tot 85% van de leeftijd-voorspelde hartslag. De inspanning was vereist om de posturale tachycardie te induceren dat het START-fenotype definieert. […]

Kwantitatieve PCR

[…]

miRNA-selektie

Het eerste niveau van beperking vereistte dat miRNAs detekteerbaar zouden zijn via een PCR-cyclus-drempel (Ct [‘cycle-treshold’; aantal PCR-cycli waarbij het gegenereerd significant boven de ‘background’ komt: op dat punt wordt een detekteerbare hoveelheid van het te amplificeren stuk DNA/RNA gegenereerd. De Ct is omgekeerd evenredig met de oorspronkelijke expressie van het gen: hoe meer van het miRNA aanwezig, hoe minder PCR-cycli nodig om het detekteerbaar te maken]) ≤ 35. miRNAs met Ct > 35 werden bestempeld als “niet-detekteerbaar” en hun Ct werd als 35 ingebracht. Ten tweede: om te worden beschouwd als een bruikbare biomerker, moest een miRNA detekteerbaar zijn met een Ct ≤ 35 bij minstens twee derden van de individuen van een groep.

miRNA-normalisatie en ΔΔCt

[De 2 meest gebruikte methodes om gegevens van kwantitatieve PCR te analyseren zijn absolute en relatieve kwantificatie. De eerste bepaalt het ‘copy-number’ waarbij het PCR-signaal wordt uitgezet op een standaard-curve; de tweede bekijkt het PCR-signaal van het transcript in een groep t.o.v. dat van een ander staal (een controle). De 2(-Delta Delta C(T)) – 2^−ΔΔC_T – methode is een geschikte manier om de relatieve veranderingen in expressie te analyseren. ΔCt = Ct(een doelwit-gen) minus Ct(een referentie-gen); ΔΔCt = ΔCt(een doelwit-gen) minus ΔCt(een referentie-gen) – Δ staat voor verandering/verschil.]

Er werden 4 normalisatie-strategieën en ΔΔCt-berekeningen vergeleken.

N0-analyse (geen ‘normaliser’ [referentie]) gebruikte de volledige set gegevens (alle Ct > 35 ingebracht als 35). De gemiddelde ΔCt werd berekend voor elke groep, daarna werd ΔΔCt bepaald voor elk groepen-paar. […] Voor de andere ‘normalisers’ gebruikten 2 (N2), 3 (N3) en 6 (N6) miRNAs. Voor elk individu werd de ΔCt berekend: het verschil van de N2, N3 of N6 referenties minus de Ct voor elk van de andere miRNAs. […].

De uitkomsten waren: (i) verschillen tussen ‘non-exercise’ groepen (sc0, cvs0 en gwi0), (ii) verschillen tussen groepen na inspanning (SC, START, STOPP, CVS) en (iii) inspanning-geïnduceerde verschillen tussen elke ‘post-exercise’ groep en z’n overéénkomstige ‘non-exercise’ controle-groep. […].

Resultaten

Demografiek

In de CVS-groepen (cvs0, CVS) zaten meer vrouwen en in de GWI-groepen (gwi0, START, STOPP) meer mannen. De levenskwaliteit, vermoeidheid, cognitie, slaap en pijn waren significant verstoord bij de GWI- en CVS-groepen t.o.v. de sedentaire controles. [Baraniuk JN et al. A Chronic Fatigue Syndrome (CFS) severity score based on case designation criteria. Am. J. Transl. Res (2013) 5: 53-68] Fibromyalgie bleek meer prevalent bij CVS en GWI dan controles. De criteria voor GWI, CVS, veralgemeende angst en depressie hebben vermoeidheid, slaap, cognitie en het sympathisch zenuwstelsel als gemeenschappelijke symptomen. […]

‘Normalisers’

[…]

Voor N2 werd miR-489 & miR-490-3p als referentie gebruikt omdat ze (i) werden gedetekteerd in alle individuen met Ct ≤ 35, (ii) overvloedig aanwezig waren in het cerebrospinaal vocht, (iii) kleine varianties (25.2 ± 0.8 & 25.5 ± 0.9, respectievelijk) hadden met een enge reikwijdte voor Ct (minimum 22.8 – maximum 27.8, en minimum 22.3 – maximum 28.1, respectievelijk) en (iv) niet significant verschilden tussen de groepen […].

De N3 was het gemiddelde van miR-489, miR-490-3p & miR-127-3p (29.3 ± 1.2, minimum 24.2, maximum 35). […]

De N6 werd bekomen door toevoeging van miR-124-3p (30.6 ± 1.7), miR-183-3p (31.8 ± 1.0) & miR-433 (29.9 ± 1.5). […].

Alle miRNA-referenties hadden ΔΔCt < 1.0.

N0 selekteerde 31 miRNAs die voldeden aan de de significantie-criteria […]. N2 identificeerde er 21, N3 24 en N6 vond 23 significante miRNAs. De doorsnede van de 4 ‘normalisers’ identificeerde 18 miRNAs met minimum 1 significant verschil tussen de groepen. […] Er was een uitstekende overéénkomst qua grootte-ordes van ΔΔCt tussen de 4 ‘normalisers’. N0 selekteerde 9 bijkomende miRNAs die niet werden gevonden met N2, N3 & N6. Deze werden als vals-positieven beschouwd.

‘Non-exercise’ groepen

Op basis van onze strikte criteria waren geen enkele van de miRNAs significant verschillend bij de ‘non-exercise’ groepen. De ΔCt-waarden voor miR-22-3p waren hoger bij cvs0 dan bij sc0 maar de verschillen bleken niet significant […].

‘Post-exercise’ groepen

miR-22-3p & miR-9-3p waren de enige miRNAs die significant verschilden tussen de ‘post-exercise’ groepen. miR-22-3p bleek een anomalie omwille van het breed Ct-bereik in alle groepen. miR-22-3p was praktisch niet detekteerbaar bij START en dus waren die niveaus bij START significant verminderd in vergelijking met SC en STOPP. De daling bij START maar relatieve toename bij STOPP ondersteunde de aanwezigheid van 2 GWI-fenotypes. Specificiteit en sensitiviteit was 0.76 voor START versus SC (Ct-drempel 29) en START versus STOPP (Ct-drempel 33).

miR-9-3p vertoonde een andere trend. Enkel de START-groep had detekteerbare niveaus (Ct ≤ 35) bij meer dan twee derden van de individuen. Het verschil tussen START en STOPP was klein maar significant. De lage specificiteit en sensitiviteit van 65% bij een Ct-drempel van 33 weerspiegelt de lage niveaus van miR-9-3p in het cerebrospinaal vocht.

miRNAs verhoogd na inspanning vergeleken met ‘non-exercise’ groepen

Inspanning verhoogde de niveaus van meerdere miRNAs in vergelijking met de overéénkomstige ‘non-exercise’ groepen. SC hadden hogere waarden dan sc0 voor miR-22-3p, miR-30d-5p, miR-204-5p, miR-425-3p & miR-99b-5p. De specificiteiten en sensitiviteiten voor miR-204-5p & miR-22-3p waren 0.80 bij drempels van 31 en 32, respectievelijk.

START hadden verhoogde waarden van miR-425-3p & miR-99b-5p in vergelijking met gwi0. miR-370 werd in bijna alle cerebrospinaal vocht stalen gedetekteerd maar enkel START vertoonden een significante stijging t.o.v. ‘non-exercise’ (ΔΔCt = 1.7 ± 2.1 versus gwi0). STOPP vertoonden ook de inspanning-geïnduceerde stijging van miR-99-5p zoals bij SC en START. De specificiteiten en sensitiviteiten voor miR-99b-5p waren ca. 0.75 bij Ct-drempels van 33 voor SC, START en STOPP t.o.v. hun ‘non-exercise’ controls.

Bij CVS waren er geen stijgingingen van miRNA-waarden in vergelijking met cfs0.

miRNAs verlaagd na inspanning vergeleken met ‘non-exercise’ groepen

miR-328 & miR-608 waren significant gedaald door inspanning bij SC, CVS, START en STOPP t.o.v. de ‘non-exercise’ sc0–, cfs0- en gwi0-groepen. Deze miRNAs waren detekteerbaar in bijna alle cerebrospinaal vocht stalen in deze studie. De specificiteiten en sensitiviteiten voor miR-328 varieerden van 0.74 bij Ct = 23 voor SC, 0.84 voor CVS, 0.86 voor STOPP en 0.91 voor START (Ct-drempels van 23 tot 25). De specificiteiten en sensitiviteiten voor miR-608 varieerden van 0.78 tot 0.83 (drempels = 28). Verlaagd miR-328 & miR-608 kan een gevolg zijn van inspanning die alle individuen beïnvloedt ongeacht hun ziekte-status.

miR-let-7i-5p, miR-200a-5p & miR-93-3p waren significant gedaald bij START, STOPP en CVS in vergelijking met hun gwi0 en cvs0 ‘non-exercise’ controles. Ze bleben onveranderd tussen SC en sc0.

CVS onderscheidde zich van de andere groepen op basis van significante dalingen van miR-126-5p, miR-186-3p, miR-19b-3p, miR-92a-3p & miR-505-3p t.o.v. de ‘non-exercise’ cvs0–groep. De specificiteiten en sensitiviteiten waren ca. 0.82 voor miR-328, miR-608 & miR-92a-3p. Het groot aantal door inspanning geïnduceerde dalingen qua miRNAs differentieerde CVS van SC en de GWI-fenotypes.

Geslacht

miRNA-waarden in het cerebrospinaal vocht was voor vrouwen en mannen in de ‘non-exercise’ en de ‘post-exercise’ groepen gelijkwaardig, uitgezonderd voor een significant hogere waarde van miR-9-3p bij START– t.o.v. STOPP-mannen (ΔΔCt = 1.7 ± 1.4).

De enige door inspanning geïnduceerde verandering bij vrouwen was een daling qua miR-328 in de STOPP–groep vergeleken met gwi0 (5.7 ± 0.8). De groepen ‘post-exercise’ SC- en START–vrouwen (n = 3 elk) waren te klein om betekenisvolle verschillen te betekenen.

De ‘post-exercise’ mannelijke controles hadden significant verhoogde miR-204-3p (4.4 ± 2.8), miR-30d-5p (3.4 ± 2.3) & miR-30a-5p (2.9 ± 2.0) t.o.v. ‘non-exercise’ mannen.

miR-328 was gedaald na inspanning bij mannelijke START (7.2 ± 5.4), STOPP (6.9 ± 4.8) en CVS (5.7 ± 3.7) in vergelijking met ‘non-exercise’ mannen. Mannelijke controles hadden een gelijkaardige magnitude-verandering die niet significant was. STOPP-mannen hadden significant verminderd miR-608 (4.6 ± 3.2) & miR-200a-5p (3.7 ± 2.1).

Deze verschillen waren consistent met de algemene groep-effekten.

Bespreking

Dit is de eerste beschrijving van de effekten van inspanning op miRNA-expressie in het cerebrospinaal vocht bij gezonde individuen. Inspanning verminderde miR-328 & miR-608 bij alle individuen, wat een algemeen effekt op het brein suggereert. Inspanning veroorzaakte afzonderlijke patronen van miRNA-veranderingen bij CVS en de START- & STOPP-fenotypes van GWI, wat wijst op significante pathofysiologische verschillen tussen de aandoeningen.

Anders dan onze start-hypothese waren er geen verschillen qua miRNA-waarden tussen de ‘non-exercise’ groepen controle-, CVS- en GWI-individuen. Daarom zijn ‘baseline’ waarden van cerebrospinaal vocht miRNAs wellicht niet bruikbaar voor diagnose van CVS of GWI.

De enige significante verschillen tussen groepen na inspanning waren verminderd miR-22-3p bij START vergeleken met SC en STOPP, en gestegen miR-9-3p bij START vergeleken met STOPP. Deze verschillen tussen START en STOPP ondersteunen onze 2 GWI-fenotypes [zie Rayhan RU et al. hierboven].

De meest opvallende bevindingen waren de veranderingen tussen ‘post-exercise’ groepen en hun overéénkomstige ‘non-exercise’ vergelijking-groepen. SC hadden 5 verhoogde miRNAs na inspanning, vergeleken met 3 voor START, 1 voor STOPP, en geen bij CVS.

[…]

miR-let-7i-5p, miR-93-3p & miR-200a-5p waren significant verminderd na inspanning bij START, STOPP en CVS, maar niet bij SC. Dit was consistent met een kardinale bevinding bij CVS en GWI: het funktioneren mag normaal lijken in rust maar zal verslechteren na een fysiologische stressor. miR-let-7i was gereduceerd in het plasma na inspanning bij atleten [Nielsen S. et al. The miRNA plasma signature in response to acute aerobic exercise and endurance training. PLoS One (2014) 9: e87308]. De expressie van miR-let-7i is gedaald in de pre-frontale cortex van ratten-model voor depressie. IL6 is een doelwit van miR-let-7i en, zoals voorspeld, was dit cytokine significant gestegen in de hersenen van deze ratten. Wanneer deze ratten toegang tot een loop-rad kregen, verhoogde hun miR-let-7i expressie en daalde hun IL6. Modulatie van miR-let-7i en IL-6 kan bijdragen tot inspanning-geïnduceerde voordelen bij ‘inflammatoire’ depressie. miR-let-7i draagt ook bij tot de regulering van acetylcholine’s muscarine en α4β2 nicotine receptoren [mediëren de fysiologische funkties van de neurotransmitter acetylcholine (ACh)], en de epigenetische regulering van acetylcholinesterase [enzyme dat de afbraak van ACh in choline en acetaat katalyseert]. Deze dieren-modellen zijn wellicht niet geschikt voor CVS of GWI omdat menselijke individuen exertionele inspaning na inspanning ontwikkelen en het is onwaarschijnlijk dat ze spontaan hun inspanning-niveau significant zouden verhogen als ze een loop-band kregen [Keller BA, Pryor JL & Giloteaux L. Inability of Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome patients to reproduce VO₂peak indicates functional impairment. J. Transl. Med. (2014) 12: 104].

In de CVS-groep waren 12 miRNAs gereduceerd na inspanning. miR-186-3p was gedaald bij ouder-wordende muizen waar het zich richt op ‘β-site amyloid precursor protein-cleaving enzyme 1’ (BACE1 [beta-secretase-1; enzyme dat van belang is bij de vorming van de myeline-schede van perifere zenuwen]) mRNA. Verminderd miR-186-3p laat verhoogde BACE1 mRNA translatie en splitsing van amyloïde peptiden (dat het risico op hersen-ziekte verhoogt) toe. miR-19b-3p bleek gereduceerd in het serum van patiënten met Alzheimer’s, en had ‘signal transduction and activator of transcription 3’ (STAT3 [een transcriptie-factor]) mRNA als doelwit in een muizen-model. miR-92a-3p bleek verhoogd bij glioblastoma [type hersen-kanker] en richtte zich op BCL2L11 [het proteïne gecodeerd door dit hen behoort tot de BCL-2 familie, die werken als anti- of pro-apoptotische regulatoren] om tumor-apoptose te verminderen. De daling ervan na inspanning kan apoptose bij CVS bevorderen. In endotheliale cellen kwam miR-126-5p sterk tot expressie; waar het vasculair (VCAM), intercellulair (ICAM) en geaktiveerd leukocyten (ALCAM) cel-adhesie molekule boodschapper-RNAs als doelwit heeft en dus trans-endotheliale migratie reduceert. Dit is relevant voor immuun-cel influx in de hersenen en hypothesen van neuro-inflammatie bij CVS-pathogenese.

Neuronen kunnen de bron zijn van miR-124-3p, miR-127-3p, miR-433 & miR-323b-5p. Er was weinig overlap met de miRNAs gesynthetiseerd in astrocyten, oligodendrocyten en microglia.

Het epithelium [‘dekweefsel’] van de plexus chorioideus [gebieden aan de rand van hersen-ventrikels waar hersenvocht wordt aangemaakt] kan een primaire bron zijn van miRNAs in het cerebrospinaal vocht. Epitheel-cellen vormen een ééncellige laag verbonden met ‘tight-junctions’ [membranen van cellen komen samen en vormen een soort barrière zodat substanties verplicht worden de cel binnen te dringen om door het weefsel te raken, zodat er controle is over welke toegelaten worden en welke niet] die de strakke cellulaire barrière rond gefenestreerde capillairen [met fenestraties; kleine openingen, poriën] creëeren. Interferon-gamma en andere mediatoren die opgewekt worden door inspanning, inflammatie en andere stressoren, werken op een directe manier op de plexus chorioideus om barrière-permeabiliteit, plasma proteïnen-transport, proteïne-synthesis en sekretie van nutrienten in het cerebrospinaal vocht te moduleren. miR-328, dat bij alle individuen aanwezig was en daalde na inspanning, bindt op de 3’-onvertaalde gebieden [zie hierboven] van bepaalde boodschapper-RNAs om extracellulaire barrière funkties te moduleren. Plexus chorioideus miRNAs worden verpakt in extracellulaire vesikels en afgegeven in het cerebrospinaal vocht. Doelwitten omvatten subventriculaire neurale stamcellen, rijpe neuronen, astrocyten, oligodendrocyten, microglia, meningeale en centrale immuun-cellen. Blokkage van extracellulaire vesikel sekretie door [epitheel]cellen van de plexus chorioideus verminderden hersen-inflammatie in een muizen-model met lipopolysaccharide-geïnduceerde inflammatie. Plexus chorioideus miRNAs kunnen nieuwe doelwitten zijn om acuut ziekte-gedrag, koorts en chronische pijn bij systemische ziekten te moduleren.

De plexus chorioideus is dysfunktioneel bij de ziekte van Alzheimer. Dit levert de rationale om de rol van de barrière bloed/cerebrospinaal vocht te overwegen bij de cognitieve dysfunktie van CVS en GWI. Er zijn talrijke rapporten over gestegen en gedaalde miRNAs in het cerebrospinaal vocht bij Alzheimer’s maar geen enkele kwam overéén met de patronen van onze groepen hier. miR-let-7i-5p was verhoogd bij de ziekte van Alzheimer maar de waarden waren gelijkwaardig met de de ‘non-exercise’ groepen.

Depressie behoort bij de differentiële diagnose omwille van de gemeenschappelijke diagnostische criteria. Majeure depressie wordt gedefinieerd als “affectieve dysfunktie met droevigheid, afgevlakte emoties en anhedonie als essentiële kenmerken”, gevolgd door secundaire criteria zoals vermoeidheid, cognitieve problemen, slaap-stoornissen en somatische dysfunktie. De vraaglijsten naar depressie beklemtonen echter de somatische symptomen. Klachten omtrent vermoeidheid, slaap en cognitieve dysfunktie zullen de totale scores opdrijven en kunnen leiden tot vals-positieve conclusies van majeure depressie zelfs als anhedonie of affectieve klachten afwezig zijn. Dit is bijzonderlijk problematisch bij CVS en GWI waar deze kenmerken behoren tot de diagnostische criteria. Ten gevolge daarvan waren de ‘Centre for Epidemiology-Depression’ (CESD) scores significant verhoogd voor GWI (78,3%), CVS (64,0%) en controles (25,0%).

Kwantitatieve PCR van miRNAs biedt een objectievere oplossing. miR-16 in het cerebrospinaal vocht was significant lager bij patiënten met majeure depressie dan bij controle-individuen. Dit werd echter niet bevestigd bij een onafhankelijke groep die een verschillende patroon (11 significant verhoogde en 5 gedaalde miRNAs) had. Onze gegevens bevestigden geen enkele van deze bevindingen omdat slechts 3 van de miRNAs gedetekteerd werden met Ct ≤ 35 bij meer dan twee derden van onze ‘non-exercise’ groep. miR-425-3p was significant gereduceerd bij depressie-patiënten en werd gedetekteerd bij ongeveer de helft van alle ‘non-exercise’ individuen. Het was verhoogd na inspanning bij SC, START en STOPP maar niet bij CVS. Het gebrek aan reproduceerbaarheid [bij depressie] benadrukt de noodzaak miRNA-bevindingen onafhanhelijk te verifiëren en ondersteunt onze rationale voor strikte statistische criteria om potentiële miRNA-biomerkers te definiëren.

De pijn en gevoeligheid van GWI-individuen gaf systemische hyperalgesie [verhoogde pijngevoeligheid] aan en suggereerde parallellen met fibromyalgie. Er waren 9 miRNAs virtueel ondetekteerbaar bij 10 vrouwen met fibromyalgie vergeleken met 8 gezonde vrouwelijke controles. miR-99b-5p & miR-29a-3p waren afwezig bij fibromyalgie maar werden gedetekteerd bij meer dan twee derden van onze deelnemers. miR-99b-5p was significant verhoogd na inspanning bij SC, START en STOPP. De andere 7 miRNAs werden gedetekteerd bij minder dan de helft van onze specimen. Dit suggereert dat GWI en CVS verschillen van fibromyalgie.

Beperkingen voor het diagnostisch gebruik van kwantitatieve miRNA-analyse in cerebrospinaal vocht omvatten het opmerkelijk gebrek aan consensus omtrent miRNA-waarden bij controle-individuen. Dit kan worden verholpen d.m.v. standardisatie van reagentia en protocollen, ‘open-source’ delen van studie-uitkomsten en meta-analyse van ruwe gegevens. De opbrengst van geëxtraheerd miRNA en detekteerbaarheid werden verbeterd door het gebruik van 0,5 ml i.p.v. 0,2 ml cerebrospinaal vocht. QPCR zonder Ct ‘cut-offs’ ≤ 35 cycli deed het aantal amplificatie-artefacten [sequenties die niet natuurlijk aanwezig zijn maar het kunstmatig gevolg zijn van de methodologie] dalen. De brede ‘range’ van miR-22-3p Ct-waarden kan te wijten zijn aan commerciële wijzigingen aan de reagentia ontworpen voor het verbeteren van miRNA-detektie. Zeer overvloedige miRNAs die werden gedetekteerd met Ct < 35 bij alle individuen werden gebruikt als ‘normalisers’ […]. Er werd gefocust op miRNAs die werden gedetekteerd bij meer dan twee derden van de individuen per groep die succesvolle biomerker-kandidaten voor gebruik in de algemene populatie kunnen zijn. De leeftijden waren vergelijkbaar tussen de groepen en er waren geen verschillen qua expressie tussen vrouwen en mannen. ‘Next-generation’ sequentie-bepaling is een uitstekend instrument maar heeft zorgvuldige interne standardisatie nodig om net zo gevoelig te zijn als QPCR. Voldoende grote stalen waren essentieel omdat onze initiële bevindingen met ca. een dozijn individuen per groep verschillen tussen START en STOPP na inspanning toonden [Baraniuk JN & Shivapurkar N. Cerebrospinal fluid MicroRNA (miRNA) in CFS and Gulf War Illness (GWI). International Association for Chronic Fatigue Syndrome/Myalgic Encephalomyelitis (IACFSME). Fort Lauderdale, 2016] maar deze verschillen kwamen tenslotte terug naar het gemiddelde naar gelang meer individuen werden geanalyseerd. Dit is bijzonder pertinent voor kleinere studies die de differentiële diagnose van CVS en GWI onderzoeken [bv. Bjersing JL et al. Profile of cerebrospinal microRNAs in fibromyalgia. PLoS One (2013) 8: e78762 /// Brenu EW et al. High-throughput sequencing of plasma microRNA in Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis. PloS One (2014) 9: e102783].

Beperkingen van het test-paradigma omvatten de intensieve aard van de inspanning en MRI-karakterisatie van GWI-individuen om hun fenotypes te bepalen. Er was een lumbaal-punktie vereist voor het verkrijgen van de cerebrospinaal vocht miRNA-biomerkers maar deze procedure is geen contra-indicatie voor het stellen van een objectieve diagnose van. Integendeel: magnetische resonantie beeldvorming met cerebrospinaal vocht QPCR miRNA-profiliering kunnen complementaire instrumenten zijn voor de diagnose van of CVS, GWI en hun subtypes.

Besluiten

De waarden van miRNA in het cerebrospinaal vocht waren gelijkwaardig tussen SC-, CVS- en GWI-individuen die hadden gerust voor inspanning (‘non-exercise’ groepen). De miRNA-waarden waren verschillend van deze die gewijzigd bleken bij depressie, fibromyalgie en Alzheimer’s, wat suggereert dat dit allemaal afzonderlijke ziekten zijn, of dat de gegevens van deze kleinere studies niet konden worden gerepliceerd in deze grotere studie. De miRNA-waarden waren gelijkwaardig tussen de ‘post-exercise’ SC, CVS en GWI-fenotypes (START & STOPP) met uitzondering van miR-22-3p & miR-9-3p die START en STOPP significant onderscheidden. Dit voegt een andere vorm van bewijs toe ter ondersteuning van een neurotoxische pathologie voor GWI en deze 2 GWI-fenotypes. De ‘post-exercise’ waren significant verhoogd (n = 6) of verlaagd (n = 12) t.o.v. de ‘non-exercise’ vergelijking-groepen. miR-328 en miR-608 waren gestegen bij SC, CVS, START en STOPP, en kunnen een globale merker zijn voor de inspanning-stressor op de plexus chorioideus en de hersenen.

CVS had 12 verminderde en 0 vermeerderde miRNAs na inspanning, wat er op wijst dat z’n pathofysiologie en responsen op inspanning uniek zijn in vergelijking met GWI en controless. Ondanks de overlap van symptomen van CVS, GWI en andere ziekten bij de differentiële diagnose, impliceren de afzonderlijke inspanning-geïnduceerde miRNA-patronen in het cerebrospinaal vocht afzonderlijke mechanismen voor post-exertionele malaise bij deze ziekten.

Metaboloom- (analyse van de kleine molekulen die resulteren uit metabole interakties of cellulaire processen) en metabolisme-studies aangaande M.E.(cvs) kwamen hier al aan bod (zie bv. ‘Metabole kenmerken van M.E.(cvs)’, ‘Metabole veranderingen in spieren en hersenen bij CVS’, ‘Cellulaire bio-energetica verstoord bij patiënten met M.E.(cvs)’, ‘Verstoorde werking van pyruvaat-dehydrogenase bij M.E.(cvs)’, ‘Dysfunktie van de TCA- & de ureum-cyclus bij CVS’). Dergelijke studies betreffende fibromyalgie (FM) zijn eerder zeldzaam. De resultaten van onderstaande studie – door researchers van de Univeristeit van de Zuid-Afrikaans provincie North West, in samenwerking met mensen van de Radboud Universiteit (Nijmegen, Nederland) – kunnen aanwijzigingen geven naar wat gemeenschappelijk en wat verschillend is voor beide (overlappende) aandoeningen…

Van de 6 meest belangrijke metabolieten werd nagegaan of hun waarden FM-patiënten konden differentiëren van gezonde controles. Eén van de door de onderzoekers gebruikte modellen suggereerde dat de waarden van slechts 3 metabolieten (creatine, barnsteenzuur – succinaat; gegenereerd in de TCA-cyclus in de mitochondrieën – & taurine) zeer sterk diagnostisch waren voor FM. Correlatie-analyse van door de patiënten gerapporteerde symptomen en de metabolieten gaf ook aan dat creatine en barnsteenzuur bijdragen tot de vermoeidheid en pijn bij FM.

De auteurs waren vooral geïnteresseerd in de neurologische implicaties van hun bevindingen maar het is interessant – gezien de overlap van FM met M.E.(cvs) en studies die wijzen in de richting van een problematische aanmaak van energie bij M.E.(cvs) – dat ook hier problemen met het energie-metabolisme naar voor komen.

Bevestiging is een volgende stap en misschien kunnen er dan vergelijkingen worden gemaakt tussen FM en M.E.(cvs)…

In een piloot-studie bij M.E.(cvs), uitgevoerd door Maureen R. Hanson et al. (‘Cornell University’, New York; gepubliceerd in het tijdschrift Molecular BioSystems) – ‘Metabolic profiling of a Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome discovery cohort reveals disturbances in fatty acid and lipid metabolism’ – werden 74 “differentieel accumulerende metabolieten” gevonden op een totaal van 361 onderzochte (35 significant gewijzigd na statistische correctie). Daarbij meerdere “essentiële energie-gerelateerde molekulen” die theoretisch gelinkt kunnen worden aan het algemeen gebrek aan energie dat wordt gezien bij M.E./CVS. Er werden “enkele mechanismen aangewezen met een hoge impact.”; daaronder het taurine-metabolisme. Verder maakten Niblett SH et al. (Hematologic and urinary excretion anomalies in patients with Chronic Fatigue Syndrome. Exp Biol Med (2007) 232: 1041-1049) al melding van gedaalde urinaire excretie van de TCA-cyclus intermediairen barnsteenzuur (succinaat) en citroenzuur (citraat).

Conclusies omtrent de concrete betekenis van de wijzigingen val elk metaboliet worden hier niet echt getrokken. Het was vooral de bedoeling na te gaan of er (een combinatie van) merkers konden worden gevonden om het stellen van de diagnose te verbeteren.

————————-

BMC Neurology (2017) 17: 88

A diagnostic biomarker profile for fibromyalgia syndrome based on an NMR metabolomics study of selected patients and controls

Bontle G. Malatji (1), Helgard Meyer (2), Shayne Mason (1), Udo F.H. Engelke (3), Ron A. Wevers (3), Mari van Reenen (1) & Carolus J. Reinecke (1)

1 Centre for Human Metabonomics, Faculty of Natural Sciences, North-West University (Potchefstroom Campus), South Africa

2 Department of Family Medicine, Kalafong Hospital, University of Pretoria, South Africa

3 Radboud University Nijmegen Medical Centre, Translational Metabolic Laboratory, Department of Laboratory Medicine, Nijmegen, The Netherlands

Samenvatting

Achtergrond Fibromyalgie (FMS) is een chronische pijn syndroom. Er is onzekerheid over een plausibele pathogenese van de ziekte en het streven naar biomerkers voor een objectieve identificatie van aangetaste individuen blijft voortdurende inspanning vergen. Onze doelstelling was het uitvoeren van een exploratieve metabolomica-studie om (1) het globaal urinair metabolieten-profiel van FMS-patiënten te verhelderen en (2) het potentieel te exploreren van deze metabolieten-informatie om de diagnose van de ziekte te verbeteren.

Methodes We selekteerden patiënten met een medische geschiedenis van persistente FMS (n = 18), die hun recente ziekte-toestand beschreven d.m.v. de ‘Fibromyalgia Impact Questionnaire’ (FIQR) en een klinische vragenlijst (IHCQ [‘in-house clinical questionnaire’]). Er werden 3 controle-groepen gebruikt: eerste-graad familieleden [moeder/vader/zus/broer] van de patiënten (n = 11), leeftijd-gerlateerde individuen zonder aanwijzingen voor FMS of verwante aandoeningen (n = 10) en gezonde jonge (18-22 jaar) individuen (n = 20). Alle individuen waren vrouwen en de onderzochte biologische vloeistof was urine. Correlatie-analyse van de FIQR toonde dat de FMS-patiënten een goed gedefinieerde ziekte-groep voor deze metabolomica-studie vertegenwoordigden. Er werden spectrale analyses van urine uitgevoerd m.b.v. een ¹H nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectrometer […].

Resultaten & discussie Multivariate analyses onderscheidden de 3 controle-groepen en de FMS-patiënten, en er werden significante toenames qua metabolieten gerelateerd met het darm-microbioom (hippuur-, barnsteen- & melkzuur) gezien. We ontwikkelden een algoritme voor de diagnose van FMS bestaande uit 3 metabolieten – barnsteenzuur, taurine & creatine – die een goede diagnostische accuraatheid gaven […] en wat betreft de pijn en vermoeidheid voor de geselekteerde FMS- patiënten groep.

Besluit Onze gegevens en vergelijkende analyses gaven een gewijzigd metabool profiel voor FMS-patiënten aan, dat analytisch detekteerbaar is in hun urine. Validatie-studies kunnen de bewijzen omtrent de urinaire metabolieten steviger onderbouwen en zo bijkomende informatie geven voor een betere objectieve diagnose van FMS.

Achtergrond

FMS is een courant chronische pijn syndroom dat wordt gekenmerkt door wijdverspreide musculo-skeletale pijn, geassocieerd met meerdere andere symptomen zoals cognitieve stoornissen, ontregelde slaap en chronische vermoeidheid. Het ‘American College of Rheumtology’ (ACR) publiceerde voor het eerst criteria voor FMS in 1990; die benadrukten chronische wijdverspreide musculo-skeletale pijn (inclusief pijn in het axiaal skelet [beenderen van het hoofd en de romp]) in aanwezigheid van minimum 11 van 18 specifieke gevoelige punten (‘tender-points’) bij het uitoefenen van een manuele druk van 4 kg/cm².

De 2010 ACR criteria voor FMS worden toegepast via een 2-delige, zelf-rapportering vragenlijst en vereisen geen ‘tender-point’ beoordeling. Het eerste deel beoordeelt de aanwezigheid van pijn op 19 plaatsen op het lichaam (wijdverspreide pijn index) en deel twee meet de symptoom-ernst (score 0-3) van 3 kern-symptomen (slapeloosheid, vermoeidheid en cognitieve stoornissen) en een gemiddelde score (0-3) voor bijkomende somatische symptomen. FMS is de meest courante oorzaak van wijdverspreide en veralgemeende musculo-skeletale pijn en treft 2-8% van de volwassen bevolking met de hoogste prevalentie bij vrouwen tussen 30 en 55 jaar.

FMS wordt gezien als een centrale sensitiviteit syndroom geassocieerd met abnormale pijn-verwerking. Het wordt beschouwd als een “pijn-amplificatie syndroom” geassocieerd met verhoogde gevoeligheid van het zenuwstelsel en verminderde anti-nociceptie, resulterend in de klinische fenomenen van hyperalgesie [verhoogde pijngevoeligheid] en allodynia [ervaring van pijn bij een gewoonlijk niet-pijnlijke prikkel]. Dysfunktie van de centrale mono-aminerge neurotransmissie [gebuikmakend van mono-amine neurotransmitters] waarbij serotonine, norepinefrine, ‘nerve-growth’ factor, substantie-P en andere betrokken zijn, bleek geïmpliceerd bij de pathofysiologie van of FMS. FMS-patiënten vertonen dikwijls co-morbiditeiten met prikkelbare darm syndroom, interstitiële cystitis [chronische, niet-infektueuze inflammatie van de blaas] en stemming-aandoeningen.

In afwezigheid van een objectieve biomerker is de diagnose van FMS gebaseerd op een uitgebreide klinische beoordeling. Vóór 2010 was de diagnose gebaseerd op de 1990 ACR criteria […]. Hoewel de 2010 ACR criteria de ‘tender-points’ niet meer omvatten, blijft een musculo-skeletaal klinisch onderzoek aangewezen om andere oorzaken van wijdverspreide pijn uit te sluiten en ook de oorzaken van de perifere pijn (bv. myofasciale trigger-punten [fascia = bindweefsel-band onder de huid]) te identificeren. Selektief gebruik van laboratorium-testen wordt aangewend om andere oorzaken van wijdverspreide pijn (zoals polymyalgia rheumatica [spier-reuma; syndroom met ontstekingen aan bepaalde groepen spieren – nek, schouders of bekken] en hypothyroïdisme) uit te sluiten.

Het streven naar specifieke en meetbare biomerkers die kunnen helpen bij het objectief identificeren van vatbare individuen, het bevestigen van de diagnose en het versnellen van de behandeling, blijft een continue inspanning bij de research omtrent FMS. De ontwikkeling van ‘high-throughput’ metabole profilering en het bestuderen van het metaboloom bleken bijzonder toepasbaar bij neurologische research waar kleine molekulen belangrijk zijn bij het neurochemisch metabolisme en het spelen van een rol als neurotransmitters, signalisering-modulators en osmolyten [molekulen die bijdragen tot de (regulering van) osmotische druk in cellen en weefsels; spelen een rol bij het behouden van het cel-volume en het vloeistof-evenwicht, beschermen de cellen tegen osmotische stress, droogte, hoog zout-gehalte of hoge temperatuur]. Er wordt algemeen verwacht dat metabolomica profilering-methodes, gelinkt met systeem-biologische benaderingen, zullen opduiken bij goed gedefinieerde metabole fenotypes, en het begrijpen van het brein-metabolisme bij gezondheid en ziekte zullen verbeteren. Enkele metabolomica-studies hebben over fibromyalgie gerapporteerd, waarbij werd gewag gemaakt van potentiële nieuwe inzichten omtrent metabole verstoringen in de hersenen […].

In een piloot-studie (enkel als poster op een ‘Annual Meeting of the Rheumatologic Society of the UK’ (2001) [Richards SCM et al. Muscle metabolites detecte[d in urine in fibromyalgia and Chronic Fatigue Syndrome may suggest ongoing muscle damage]), rapporteerden de onderzoekers dat spier-metabolieten die werden gedetekteerd in de urine van fibromyalgie-patiënten suggestief kunnen zijn voor spier-schade. Hoewel dit niet per definitie een metabolomica-studie is, onthulde hun doelgerichte metabolieten-analyse van urine d.m.v. nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectroscopie, significante waarden van creatine bij FMS-patiënten en gestegen (p < 0.05) urinaire excretie van choline [organische stof die belangrijk is voor de struktuur van cel-membranen en andere membraan-strukturen, en voor neurotransmissie], taurine [zwavel-bevattend organisch zuur met fundamentele biologische rollen waaronder anti-oxidatie, modulatie van calcium-signalisering, enz.], citraat & trimethylamine N-oxide (TMAO [osmolyt]) t.o.v. gematchte controles.

De eerste metabolomica-studie over FMS (2013) [Hackshaw KV et al. A bloodspot-based diagnostic test for fibromyalgia syndrome and related disorders. Analyst. (2013) 138: 4453-62], gebruikte 50 μl op ‘blood-spot’ kaartjes gecollecteerd bloed van FMS-patiënten (n = 14), osteoartritis (OA; n = 15) & Reumatoïde Artritis (RA; n = 12). Via mid-infrarood micro-spectroscopie (IRMS) en andere analyses bleken de RA- & OA-groepen metabool gelijkaardig maar verschillend van het metabolieten-profiel van FMS. De IRMS-benadering kon de metabolieten verantwoordelijk voor de diagnostische spectrale differentiatie niet conclusief identificeren, hoewel veranderingen in tryptofaan [essentieel aminozuur] -katabolisme betrokken bleken.

Een andere metabolomica-benadering voor FMS betrof vloeistof-chromatografie/‘quadrupole-time-of-flight’/massa-spectrometrie (LC/Q-TOF/MS) [uiterst gesofisticeerde scheiding-technieken] met multivariate statistische analyse met als doel het onderscheiden van FMS-patiënten (n = 22) en controles (n = 21) via bloed-plasma analyse [Caboni P et al. Metabolomics analysis and modeling suggest a Lysophosphocholines-PAF receptor interaction in fibromyalgia. PLoS One. (2014) 9: e107626 — Hypothese: oxidatieve fragmentatie van (cel-membraan) lipiden kan overvloedig lysoPCs generen die als PAF-achtige bio-aktivatoren gaan fungeren. (Bij M.E.(cvs) is er ook verhoogde oxidative stress.) Het PAF/PAFr systeem speelt een rol bij het moduleren van pijn-signalisering. PAF = ‘Platelet Activating Factor’ (1-alkyl-2-acetyl-sn-glycero-3-fosfocholine; ‘bloedplaatjes-aktiverende factor’)]. Lysofosfocholinen (lysoPCs [ook: lysofosfatidylcholinen (LPC) of lysolecithinen]), fosfocholine [(sfingo)lipide-molekule; wanneer een cel beschadigd is, bindt het met CRP waardoor fagocytose kan starten] & ceramide [(sfingo)lipide-molekule in het celmembraan waarvan bekend is dat het signalen door kan geven die leiden tot celdood; Naviaux rapporteerde bij M.E.(cvs) gedaalde waarden: ‘Metabole kenmerken van M.E.(cvs)’] domineerden het metabolieten-profiel. De metabolieten die het best FMS-patiënten en controles onderscheidden, werden geïdentificeerd als 1-tetradecanoyl-sn-glycero-3-fosfofoline & 1-hexadecanoyl-sn-glycero-3-fosfocholine – wat suggereert dat lysoPCs potentiële biomerkers voor FMS kunnen zijn.

Naast deze metabolomica-bevindingen verstrekte een overzicht over biomerkers voor FMS bijdragen over genetische en proteoom-studies [Giacomelli C et al. Biomarkers in fibromyalgia: a review. Curr Biomark Find. (2014) 4: 35-41]. Hoewel werd dat getoond dat genetische factoren de voorbestemdheid voor FMS beïnvloeden, werden geen specifieke genen als zijnde betrokken bij deze ziekte bevestigd. Het overzicht lijstte ook meerdere proteïnen van de immuun-respons, cytoskelet-hermodelering en het inflammatoir proces bij FMS op. Hun rol bij FMS is echter nog controversieel.

De beschikbaarheid van biomerkers voor ondubbelzinnige en objectieve diagnose van FMS blijft zodoende moeilijk te bereiken in de klinische praktijk. Toch zouden metabolieten die worden geïdentificeerd als betrokken bij de etiologie en pathogenese van FMS ondertussen kunnen helpen inzicht te verwerven in de verscheidene vormen van FMS en ondersteunende diagnostische test-criteria bieden om algemene diagnostische procedures aan te vullen. We presenteren hier dus de resultaten van een ¹H NMR metabolomica-studie bij FMS. Alle individuen waren vrouwen en leverden urine-stalen in voor de studie. Het onderzoek werd ontworpen als een ongerichte benadering en leverde informatie op over metabolieten met een voorspellend potentieel betreffende het onderscheiden van FMS-patiënten en gezonde jonge controles. De uitkomsten beklemtonen de veelzijdigheid van metabolomica om inzichten te verkrijgen betreffende de ziekte-pathofysiologie om potentiële nieuwe benaderingen te verkrijgen ter aanvulling van bestaande protocollen die worden voorgesteld aan de praktiserende klinicus om FMS vast te stellen en de behandeling ervan te monitoren.

Methodes

Invididuen, fysieke kenmerken, symptomen en klinische profielen

Patiënten eerder gediagnosticeerd met FMS door dezelfde klinische pijn-specialist (praktijk in Pretoria, Zuid-Afrika). […]

Voorbereiding van de stalen en ¹H NMR analyse

NMR uitgevoerd in het ‘Translational Metabolic Laboratory’ van het ‘Radboud University Medical Centre’ in Nijmegen, Nederland. […]

Gegevens en statistische analyse

[…]

Resultaten

Karakeristieken van de FMS-patiënten

Het leeftijd-profiel van de patiënten valt samen met het idee dat FMS ongewoon is bij jonge individuen (< 25-30 jaar) en met de leeftijd stijgt tot een prevalentie-piek bij individuen van middelbare leeftijd, en dan terug afneemt. 88% van onze patiënten had een stabiele relatie met een mannelijke partner, 89% had één of andere dag-invulling of tewerkstelling en hun emotionele ervaring was niet ernstig aangetast door hun ziekte. De pijn-beleving en gebruikte medicatie kwam overéén met wat algemeen wordt voorgeschreven bij FMS. De gemiddelde scores voor de 21 FIQR-vragen [Bennett RM et al. The revised fibromyalgia impact questionnaire (FIQR): validation and psychometric properties. Arthritis Res Ther. (2009) 11: 415] werden vergeleken.

[FIQR-vragenlijst] […] Weinig overlappingen binnen de patiënten-groep met andere FMS-gerelateerde aandoeningen. We concluderen dat de FMS-patiënten een goed gedefinieerde groep vertegenwoordigt.

Genereren van gegevens en selektie van gevallen

[…] Nauwgezette inspectie van de NMR-spectra geeft aan dat er geen onmiddellijk waarneembare kwalitatieve verschillen waren tussen een representatief voorbeeld voor een FMS-patient en iemand uit de jonge controle groep. Dit suggereert dat FMS niet geassocieerd is met onderscheidende metabole afwijkingen (wat anders is dan wordt gezien bij monogenetische aandoeningen zoals aangeboren metabolisme-defekten). […]

Groep-karakteristieken

[Cluster-analyse; het klassificeren of groeperen in ‘clusters’ of klassen grond van de kenmerken, het doel is het vormen van deel-verzamelingen die elk hun eigen gedeelde kenmerken bevatten.] De voornaamste clusters gevormd tussen familieleden en de leeftijd-gematchte groep t.o.v. de FMS-patiënten bleken heterogeen wat betreft de verdeling van de gevallen. In tegenstelling daarmee vormden zich 2 goed definieerde clusters tussen de FMS-patiënten en de jonge controles, suggestief voor kenmerkende verschillen tussen deze 2 groepen.

[Groep-afscheidingen] Er werd een volledige afscheiding bekomen tussen alle 3 de controle-groepen en de FMS-patiënten. […]

Metabolieten-profiel van de FMS-patiënten groep

Er konden 21 metabolieten worden geïdentificeerd en gekwantificeerd uit de NMR-spectra. Daarvan selekteerden we 20 endogene [door het individu geprocudeerde] metabolieten en we namen 2-hydroxy-isoboterzuur [bakterieel afbraak-produkt van voeding-proteïnen] (van exogene oorsprong [ontstaan door het bakterie-gastheer co-metabolisme in de darm]) op […]. De endogene metabolieten omvatten 7 aminozuren (tyrosine, leucine, valine, histidine, alanine, threonine & lysine), 7 metabolieten die direct of indirect geassocieerd zijn met het energie-metabolisme (melkzuur, barnsteenzuur, citroenzuur, 3-hydroxy-isovaleriaanzuur [afbraak-produkt van proteïnen die leucine bevatten], creatine, carnitine & mierezuur), 3 osmolyten (taurine, TMAO & dimethylglycine [derivaat van het aminozuur glycine]), een belangrijk detoxificatie-produkt (hippuurzuur [afbraak-produkt van voeding-proteïnen]), histamine & een N-acetyl-afgeleide (N-acetyl-X [molekule met een acetyl-groep (O=C-CH₃)]). […]

[Na verdere analyse en verfijning van de gegevens omtrent de variabelen die het onderscheid maken tussen FMS-patiënten en controles.] 6 informatieve metabolieten bleken belangrijk: barnsteenzuur, taurine, tyrosine, melkzuur, creatine & trimethylamine N-oxide (TMAO).

Belangrijke endogene metabolieten bij de FMS-patiënten

De lijst omvat dus 21 molekulen […] waarvan er 9 waren die konden gerelateerd worden met fysiologische funkties die geconnecteerd kunnen zijn met FMS.

De neurologische funkties van barnsteenzuur, tyrosine en melkzuur zijn wel-bekend: (respectievelijk) de aërobe mitochondriale energie-regeneratie, een voorloper voor neurotransmitters en een sleutel-metaboliet in de astrocyt-neuron lactaat-shuttle [ANLSH: astrocyten consumeren glucose via de anaërobe glycolyse naar pyruvaat en dan lactaat; dit lactaat wordt afgegeven in de extracellulaire ruimte waarna het wordt opgenomen door de neuronen voor verdere oxidatieve afbraak. M.a.w. neuronen kunnen in bepaalde gevallen lactaat gebruiken voor de energie-produktie.] [Pellerin L et al. Evidence supporting the existence of an activity-dependent astrocyte-neuron lactate shuttle. Dev Neurosci. (1998) 20: 291-9]. Taurine is een β-aminozuur – overvloedig aanwezig in het brein bij zoogdieren – bleek een neurotransmitter te zijn in de substantia nigra (SN [Pigment-houdende kern in de midden-hersenen, die dopamine produceert. De SN wordt ook soms tot de basale ganglia (kernen) gerekend (dit is echter niet algemeen aanvaard). Bij M.E.(cvs) werd verminderde aktivatie van de basale ganglia in verband gebracht met vermoeidheid.]). Er werd op basis van micro-dialyse experimenten bij ratten gesuggereerd dat osmoregulatie [de regulering van de osmotische druk om het vloeistof-evenwicht en de concentratie van elektrolyten (zouten) te behouden] van de niet-synaptische taurine-voorraad van de SN de kwetsbaarheid van cellen van de SN (gezien bij de pathogenese van Parkinson’s) kan beïnvloeden. Voeding-studies suggereren ook dat TMAO betrokken kan zijn in dieet-geïnduceerde variaties in het evenwicht van meerdere osmolyten (inclusief betaine, choline, creatinine & creatine) terwijl van creatine ook werd voorgesteld dat het betrokken is bij pijn ervaren in FMS. Zodoende evalueerden we naderhand de mogelijke diagnostische waarde van deze 6 metabolieten voor FMS. […]

Belangrijke exogene metabolieten bij de FMS-patiënten

Er werd gerapporteerd dat de pijn-intensiteit van patiënten met FMS correleert met de graad van dikke-darm bakteriële overgroei. Deze klinische observatie kan pathogenetische relevantie hebben voor FMS; bakteriële overgroei leidt tot blootstelling van immuun-cellen aan luminale antigenen [bakterieën en voedsel-componenten in de darmholte] en daaruitvolgende immuun-modulatie. Een NMR metabolomica-studie van coeliakie [chronische darm-aandoening door gluten-intolerantie], een multifactoriële immuun-gemedieerde darm-ziekte, suggereerde wijzigingen van het energie-metabolisme – een klinisch kenmerk FMS – terwijl urine-gegevens wezen op wijzigingen van de darm-microbiota. Minimum 3 metabolieten die werden gezien in de urine-stalen van onze FMS-patiënten suggereren verstoringen in hun darm-metaboloom: (1) Hippuurzuur is een normale en belangrijke component van urine en is bij mensen een verhoogd excretie-produkt via onnatuurlijke (detoxificatie) en natuurlijke (gastro-esofagale reflux bij kinderen) bronnen. (2) 2-Hydroxy-isoboterzuur, de meest onderscheidene variabele tussen onze FMS-groep en controles, is kennelijk een afbraak-produkt van darm-microbiotica en bleek statistisch gelinkt met Faecalibacterium prausnitzii [ook één van de bakterie-soorten die verschilden tussen de faecale metagenome profielen van M.E.(cvs) en controles…], een belangrijke commensale bakterie van de menselijke darm-flora (voorgesteld als indicator voor de dynamische basis van gastheer/microbioom symbiose. (3) Melkzuur is een belangrijk tussenprodukt bij veel biochemische processen en is een maatstaf voor zorgwekkende ziekte bij patiënten met een slechte prognose. Het kan endogeen (L-lactaat) of exogeen (D-lactaat) van oorsprong zijn en we stelden voor dat de bepaling van z’n enantiomeren [2 enantiomere molekulen van een verbinding zijn elkaars spiegelbeeld] bij infektueuze aandoeningen een basis kan bieden voor het onderbouwen van de klinische significantie van ziekte-merkers. De aanwezigheid van deze exogene merkers met oorsprong in de darm, geeft verdere indicaties omtrent de verbondenheid tussen stoornissen in darm-microbiële populaties en de metabole gevolgen van het gewijzigd microben/zoogdieren metabool evenwicht die ziekte bij de gastheer beïnvloedt (wat hieronder wordt besproken in de context van FMS).

Een vermeende biosignatuur voor FMS

Een combinatie van 3 selektie-methodes […] werd aangewend om de beste voorspellende metabolieten te identificeren. […] Het beste model was dat op basis van barnsteenzuur, taurine & creatine. […].

Het klassificatie-vermogen van elke model werd bepaald via ‘Receiver Operating Characteristic’ analyse [ROC-analyse is een statistische methode die internationaal gebruikt wordt als toets voor de voorspellende waarde van een variabele of instrument; de ROC-curve is een grafiek van de gevoeligheid tegen de specificiteit]. De waarden van de ‘area under the ROC curve’ (AUC [oppervlakte onder de curve; samenvattende maatstaf die in wezen het gemiddelde maakt van de diagnostische accuraatheid over het spectrum van de test-waarden]) zijn een maatstaf voor hoe goed de combinatie 2 groepen kan onderscheiden. Een AUC = 1 betekent een perfeke test; AUC = 0.90-1 is excellent (hoge sensitiviteit en hoge specificiteit), 0.80-0.90 is goed, 0.70-0.80 is redelijk, 0.60-0.70 is slecht en 0.50-0.60 betekent gefaald. […] [de AUC van het beste model was 0.897]

Correlatie tussen klinisch en metabole indicatoren

D.m.v. statische analyse werden de bivariate relaties tussen FIQR-antwoorden en de 3 endogene variabelen (biosignatuur voor FMS) vergeleken. […] De scores van de 21 FIQR-vragen corresponderen met een gemiddelde gebaseerd op subjectieve zelf-beoordeling […]. De gemiddelde waarden verschilden niet van de gegevens van een referentie-groep […].

[…] De resultaten wijzen op een betekenisvollere relatie tussen de metabolieten van de biosignatuur en klinische symptomen gerelateerd met biochemische verstoringen bij FMS. […] Er was een significant verband tussen creatine en de symptomen pijn en energie (p = 0.024 & 0.003, respectievelijk). Het verband tussen de biosignatuur-componenten met gevoeligheid voor aanraking […] was statistisch niet significant. […]

Bespreking

De resultaten van deze metabolomica-studie leidt tot 3 belangrijke discussie-punten: of FMS een unieke globaal metabool profiel vertoond dat deze zieke kenmerkt, of metabolomica-studies bijdragen tot een objectieve klinische diagnose van FMS en tot darm-microbiële/metabole verstoringen bij FMS.

Aangezien de globale gezondheid-toestand van individuen tot uiting komt in hun metabole status, bestaat het heersend inzicht dat metabolomica-resultaten globale biochemische veranderingen belichamen in een individu bij ziekte en neurologische aandoeningen; dit wordt ondersteund door onze resultaten en 2 andere NMR metabolomica-onderzoeken. Een eerste NMR metabolomica-studie evalueerde de diagnostische accuraatheid van biomerker-profielen bij 3 neurologische aandoeningen: idiopathische intracraniale hypertensie, Multipele Sclerose en cerebrovasculaire ziekte t.o.v. controles met of zonder gecombineerde neurologische ziekten. Het metabolomica-onderzoek bleek verschillen te identificeren qua metaboliet-profielen bij patiënten die lijden aan deze 3 aandoeningen. Een aanverwant besluit werd getrokken uit de tweede NMR metabolomica-studie bij FMS [zie Caboni P et al. hierboven]. Hoewel het een relatief klein aantal patiënten betrof, was de metabolomica-benadering succesvol wat betreft het identificeren van karakteristieke metabole profielen bij FMS-patiënten vergeleken met controles; wat het concept ondersteunt dat het ‘Platelet Activating Factor/Platelet Activating Factor Receptor’ (PAF/PAFr) systeem een rol speelt bij het in moduleren van pijn-signalisering. [zie hierboven] Onze resultaten gaven verder de differentiatie aan van de 3 controle-groepen (familieleden, een leeftijd-gematchte groep en jonge individuen) en de FMS-patiënten. Statistische beoordeling van de uitkomst van een model bevestigde de volledige afscheiding tussen de FMS- en de jonge controle-groepen. De resultaten substantieerden enkele unieke verschillen tussen de globale metabole profielen van de FMS-patiënten en de gezonde jonge controles. De metabolieten die voornamelijk verantwoordelijk zijn voor de differentiatie tussen onze FMS-patiënten en controles omvatten taurine & TMAO, waarvan ook werd gerapporteerd dat ze significant (p < 0.05) verhoogd waren bij FMS-patiënten in een preliminaire NMR studie [zie Richards SCM et al. hierboven]. Daarnaast zagen we verstoord barnsteenzuur, suggestief voor gewijzigd energie-metabolisme bij FMS. Dit resultaat is verbonden met een studie [zie Hackshaw et al. hierboven] waar er relatief verhoogd glucose, het glycolytisch tussen-produkt fosfo-enolpyruvaat, pyruvaat en nicotinamide-adenine-dinucleotide (NAD⁺) werd gezien in bloed van FMS-patiënten [Bij M.E.(cvs) werden ook problemen met de glycolyse gerapporteerd.]. Deze observatie werd eerder gerapporteerd bij patiënten met chronische wijdverspreide pijn. [Mäntyselkä P et al. Glucose regulation and chronic pain at multiple sites. Rheumatology. (2008) 47: 1235-8]

Een gemeenschappelijke draad in metabolomica-studies bij FMS die hier wordt besproken, is de bevestiging van het vermogen van metabolomica om afzonderlijke metabole profielen te identificeren voor FMS-patiënten vergeleken met controles. Sommige metabolieten/biomerkers zouden daarom kunnen bijdragen tot het ziekte-fenotype omwille van een rol in de pathogenese van FMS. De biomerkers die werden onthuld in deze metabolomica-studies leken echter niet metabool nauw verbonden, maar dit kan te wijten zijn aan de multi-factoriële aard van FMS. Het is ook opmerkenswaardig dat de 2 belangrijkste beperkingen van onze eigen en de andere 2 metabolomica-studies de onderzochte FMS-groepen en de gebruikte analytische methodes zijn. De meeste metabolomica-studies worden beperkt door het aantal beschikbare individuen, en daardoor is er uiteindelijk nood aan follow-up validatie-studies met grotere en beter gedefinieerde groepen. Verder: gezien de complexiteit van het menselijk metaboloom en de multi-dimensionele aard van biovloeistoffen en andere biologische stalen die beschikbaar zijn voor metabolomica-studies, kan niet één enkele analyse-technologie de informatie die in deze stalen ligt opgesloten onthullen. Niettemin reiken metabolomica veel verder dan de standaard technieken in de klinische chemie, omdat ze gedetailleerde karakterisatie van metabole fenotypes toelaten en leiden tot, uiteindelijk, de zogenaamde precisie-geneeskunde waarbij kennis van unieke metabole storingen de ziekte-toestand van de individuele patiënten verklaart. Een derde beperking van de huidige studie is het gebruik van de 1990 criteria voor FMS – de patiënten-selektie gebeurde vóór de publicatie van de herziene criteria in 2011. Het gebruik van deze laatste criteria is nu standaard praktijk in onze pijn-kliniek.

Dus: kunnen metabolomica-studies bijdragen tot de vooruitgang omtrent de objectieve klinische diagnose van FMS? De resultaten van de huidige en de 2 andere metabolomica-studies betreffende de ziekte impliceren dat dit het geval is, weliswaar met enkele aanpassingen. De analyses van de bloed-spots van FMS-patiënten leverde informatie via IRMS-technologie (differentiatie van de stalen van FMS-individuen van mensen met RA of OA => nul mis-klassificaties = 100% accuraatheid). De accuraatheid van de metabolomica-benadering was 75% maar het voordeel was het openbaren van een lijst metabolieten die aan de basis kunnen liggen van de geïdentificeerde verschillen. De mogelijke rol van lysoPCs als biomerkers of als bijdragers tot het FMS-fenotype en funktie in de pathogenese van deze aandoening suggereert dat ze potentiële nieuwe ziekte-biomerkers zijn en daardoor een nieuwe benadering openen voor de behandeling van FMS. Evenzo bleek het voorspellend potentieel van de combinatie van barnsteenzuur, taurine & creatine uitstekend voor het onderscheiden van gevallen met FMS en controles (AUC = 90%). De combinatie van creatine en barnsteenzuur vertoonde ook een significante correlatie met de kenmerkende symptomen (pijn en vermoeidheid) van FMS. De inclusie van deze voorspellende informatie omtrent deze 3 metabolieten zou mettertijd deel van de initiële evaluatie van patiënten die vermoedelijk aan de ziekte lijden kunnen uitmaken, in afwachting van validatie van diagnostische merkers voor FMS.

Ten slotte: de betrokkenheid van darm-microbiële/gastheer-metabole verstoringen bij FMS zou significant kunnen bijdragen tot het definiëren van het klinische profiel bij FMS. Brein/darm-interakties zijn cruciaal voor het behouden van de homeostase. Het lijkt er op dat met neuroplasticiteit gerelateerde systemen en neurotransmitter-systemen beïnvloed zijn door de darm/brein-as regulering en verstoorde homeostase kunnen bijdragen tot het risico op ziekte door wijzigingen in het gastro-intestinaal kanaal, centraal zenuwstelsel, autonoom zenuwstelsel en immuunsysteem. De frequent voorkomende co-morbiditeit van fibromyalgie met stress-gerelateerde aandoeningen (zoals Chronische Vermoeidheid Syndroom, prikkelbare darm syndroom en enkele CZS-gerelateerde abnormaliteiten) suggereren dat darm/brein-as regulering minstens een gedeeltelijke gemene deler is voor deze aandoeningen. Deze zienswijze kan mogelijks aan het licht kunnen worden gebracht door gegevens van een follow-up metabolomica-onderzoek met hoge sensitiviteit, zoals d.m.v. op technologieën op basis van massa-spectrometrie.

Besluiten

Een ongerichte ¹H NMR metabolomica-analyse van urine-stalen verkregen bij een groep klinisch goed gedefinieerde vrouwelijke FMS-patiënten zonder psychiatrische co-morbiditeit differentieerde deze van een groep jonge gezonde vrouwen. De aanwezigheid van metabole indicatoren voor verstoringen van het darm-microbioom (hippuur-, 2-hydroxy-isoboter- en melk-zuur) ondersteunen het paradigma dat de regulering van de darm/hersenen-as aangetast is bij stress-gerelateerde aandoeningen, zoals FMS. 3 metabolieten-merkers (taurine, creatine & barnsteenzuur) bleken belangrijk voor de differentiatie van FMS-patiënten en controles, en waren significante indicatoren voor de pijn en vermoeidheid bij FMS. Statistische analsyses leverden bewijs omtrent het goede voorspellend potentieel van een combinatie van deze 3 metabolieten voor FMS bij de huidige patiënten-groep. Follow-up metabolomica-onderzoek op een groter aantal urine-stalen, inclusief die van individuen met een hoog risico op het ontwikkelen van de ziekte, alsook longitudinale studies bij FMS-patiënten tijdens behandeling, zijn noodzakelijk om de hier gepresenteerde bevindingen te valideren en mogelijks effekten te detekteren die grotere statistische ‘power’ vereisen. Deze merkers zouden mettertijd objectieve bijkomende info kunnen bieden om, samen met ‘tender-point’ metingen en FIQR vragenlijsten, FMS te bevestigen.

In onderstaand onderzoek werden bij een kleine groep CVS-patiënten hersengolven geregistreerd (kwantitatieve elektro-encefalografie), en d.m.v. eLORETA werd gekeken naar de oorsprong van de signalen in de hersenschors en de funktionele connectiviteit geanalyseerd (zie ‘Abnormale funktionele connectiviteit (brein in rust) bij CVS’: “Funktionele connectiviteit in rust tussen verschillende hersen-gebieden weerspiegelt de herhaalde co-aktivatie patronen tussen deze gebieden, waarbij ze kunnen dienen als een maat voor de plasticiteit (wijzigingen in neurale mechanismen en synapsen door veranderingen in gedrag, omgeving, neurale processen, denken en emoties – alsook na lichamelijk letsel). Funktionele connectiviteit (iets anders dan anatomische connectiviteit) is de connectiviteit tussen hersen-gebieden die dezelfde funktionele eigenschappen delen. Er werd gesuggereerd dat het een expressie is van het netwerk-gedrag dat aan de basis ligt van cognitieve funkties van hoog niveau.”). LORETA (lage-resolutie elektromagnetische tomografie) is, eenvoudig gezegd een veel preciezere versie van het klassieke EEG dat hersengolven meet.

Op basis van de zgn. grafiek-theorie (‘graph-theory’) – in de wiskunde zijn grafieken strukturen die worden gebruikt om paarsgewijze relaties tussen objecten vorm te geven; in deze context bestaat een grafiek uit hoek- (of top-) punten en knooppunten waarvan sommige verbonden zijn door lijnen – werd een voorstelling van de netwerken van elke patient gemaakt. Een ‘small-world’ (kleine wereld) netwerk is een type wiskundige grafiek waarin de meeste knooppunten geen buren van elkaar zijn, maar de buren van een bepaald knooppunt waarschijnlijk buren van elkaar zijn en de meeste knooppunten vanuit elk ander knooppunt kunnen worden bereikt via een klein aantal sprongetjes of stappen. Een ‘small-world’ (kleine wereld) netwerk wordt gedefinieerd als een netwerk waarbij de afstand tussen twee willekeurig gekozen knooppunten (het aantal vereiste stappen, ‘pad-lengte’) evenredig groeit met de logaritme van het aantal knooppunten. De neiging tot groeperen (samen te klitten) van naburige knooppunten, noemt men ‘clusteren’ (korte pad-lengtes, weinig verbindingen).

Bassett DS & Bullmore E verklaarden hierover (in het artikel ‘Small-world brain networks’. The Neuroscientist (2006) 12: 512-523): “Het is een aantrekkelijk model voor het organiseren van anatomische en funktionele netwerken in de hersenen, omdat een ‘small-world’ topologie zowel gesegregeerde/ gespecialiseerde als verspreide/ geïntegreerde informatie-verwerking kan ondersteunen. Bovendien zijn ‘small-world’ netwerken economisch en hebben ze de neiging de kosten van de verbindingen zo laag mogelijk te houden terwijl ze een hoge dynamische complexiteit ondersteunen. […] ‘Small-world’ modellen zijn relevant voor het begrijpen van complexe gedragingen en de veerkracht van hersen-systemen bij een pathologische aanval (ziekte). Het is een krachtige en veelzijdige benadering voor het begrijpen van de struktuur en funktie van menselijke hersen-systemen.”.

De ‘clustering’-coëfficient is (bij grafiek-theorie) een maat voor de mate waarop knooppunten in een grafiek neigen samen te klitten. De globale versie geeft een algemene indicatie van de ‘clustering’ in het netwerk, de lokale geeft een indicatie over hoe ingebed afzonderlijke knooppunten zijn. Deze coëfficient en de pad-lengte zijn eigenschappen van het ‘small-world’ netwerk model. Om na te gaan of netwerken ‘small-world’ of niet zijn, wordt de ‘small-worldness’ index op basis hiervan berekend. Deze SW is een merker voor hoe het efficiënt het brein voor elke deelnemer werkt.

————————-

Neuroregulation Vol. 4, #3-4, 125-137 (2017)

Small-world network analysis of cortical connectivity in Chronic Fatigue Syndrome using quantitative EEG

Mark Alan Zinn, Marcie L. Zinn, Leonard A. Jason

Centre for Community Research, DePaul University, Chicago, Illinois, USA

Samenvatting

Het doel van deze studie was het verkennen van de relatie tussen complexe hersen-netwerken bij mensen met het Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) en hun neurocognitieve stoornissen. Er werd een kwantitatieve EEG (qEEG) opgenomen bij 14 CVS-patiënten en 15 gezonde controles (HCs) bij rust (met gesloten ogen). Er werd exacte lage-resolutie elektromagnetische tomografie (eLORETA) gebruikt om de corticale [van de hersenschors] bronnen in te schatten en een analyse van de funktionele connectiviteit uit te voeren. De ‘grafiek-theorie’ werd aangewend om netwerk-representaties voor elke deelnemer te karakteriseren en de ‘small-worldness’ index – een maatstaf voor het globaal homeostatisch evenwicht tussen lokale en lange-afstand verbondenheid – af te leiden. De resultaten tonen aan dat ‘small-worldness’ voor de delta-band significant lager was voor patiënten met CVS t.o.v. HCs. Daarnaast was de delta ‘small-worldness’ negatief geassocieerd met de score voor neurocognitieve stoornissen op de ‘DePaul Symptom Questionnaire’ (DSQ [zelf-rapportering over 54 symptomen gerelateerd met de CDC criteria van Fukuda, de Canadese Criteria voor M.E./CVS en de CVS Internationale Consensus Criteria; de cognitieve variabele is het samengevoegde gemiddelde van 9 items, zoals o.a.: problemen met het herinneren van dingen, met volgehouden aandacht, met het vinden van woorden of uiten van gedachten, met het begrijpen van zaken, met het focussen op meer dan één ding tegelijk, met visuele aandacht, enz.]). Ten slotte gaf de delta ‘small-worldness’ een groter risico op inefficiëntie van complexe hersen-netwerken voor de CVS-groep aan. Deze resultaten suggereren dat CVS-pathologie funktioneel ontregelend kan zijn voor ‘small-world’ netwerken. De ‘small-world’ karakteristieken zouden op hun beurt kunnen dienen als een neurofysiologische indicator voor het bevestigen van een biologische basis voor de cognitieve symptomen, behandeling-uitkomsten en neurofysiologische status van mensen met CVS.

Inleiding

Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) is een complexe multi-systeem ziekte die wordt gekenmerkt door onverklaarde aanhoudende of terugkerende vermoeidheid, post-exertionele malaise, griep-achtige symptomen en neurocognitieve stoornissen die niet weggaan door rust, en verslechteren door lichamelijke of mentale aktiviteit. Neurocognitieve stoornissen zijn een kenmerkend symptoom van CVS en één van de voornaamste factoren die betrokken zijn bij de etiologie van de aandoening. Ongeveer 90% van de CVS-patiënten rapporteert cognitieve symptomen (‘hersen-mist’) die de gezondheid en levenskwaliteit diepgaand aantast [Ocon AJ. Caught in the thickness of brain fog: Exploring the cognitive symptoms of Chronic Fatigue Syndrome. Frontiers in Physiology (2013) 4: 63]. Een meta-analyse vond cognitieve gebreken bij CVS met betrekking tot geheugen, aandacht en snelheid van informatie-verwerking, bijzonderlijk tijdens taken die volgehouden werk-geheugen vergen [Cockshell SJ & Mathias JL. Cognitive functioning in Chronic Fatigue Syndrome: A meta-analysis. Psychological Medicine (2010) 40: 1253-1267]. Daarnaast vertoonden patiënten in veel studies tragere reaktie-tijden, bijzonderlijk bij toenemende taak-complexiteit. Benjamin Natelson et al. stelden in 1994 al voor dat de meeste geheugen-tekorten die bij de patiënten worden gezien; te wijten zijn aan tragere informatie-verwerking, eerder dan aan stoornissen aangaande opslag/terughaal-mechanismen. Funktionele MRI toonde dat CVS-patiënten tekenen van brein-compensatie vertonen in respons op verbale werk-geheugen taken [Lange et al. Objective evidence of cognitive complaints in Chronic Fatigue Syndrome: a BOLD fMRI study of verbal working memory. Neuroimage (2005) 26: 513-24]. Dit suggereert dat dynamische reorganisatie van hersen-netwerk topologie bij CVS met daaropvolgende verminderde neurale efficiëntie indirect zou kunnen bijdragen tot de cognitieve stoornissen. Zodoende zou het onderzoeken van veranderingen qua globale snelheid van informatie-verwerking in de hersenen en neurale efficiëntie bij CVS het verband tussen corticale hersenschors-ontregeling en cognitieve symptomen kunnen ophelderen.

Kennis betreffende de algemene principes van zelf-organisatie in ‘real-word’ systemen heeft een paradigma-verschuiving in de neurowetenschappen naar voren gebracht: weg van de plaatsbepaling van hersen-responsen, naar een diepgaander begrip van hersen-connectiviteit invloeden op informatie-verwerking efficiëntie [Sporns O. Structure and function of complex brain networks. Dialogues in Clinical Neuroscience (2013) 15: 247-262]. Gedurende de voorbije tien jaar werd in de neuro-wetenschappen grafiek-theoretische analyse steeds meer gebruikt als een kader voor het begrijpen hoe dynamische processen betrokken zijn bij cognitie en gedrag. Deze benadering heeft een aantal duidelijke voordelen die researchers toelaten om: 1) een brede waaier aan variërende netwerk eigenschappen te kwantificeren en te modeleren, 2) het evenwicht van lokale en globale compromissen te karakteriseren die binnen systemen opereren, 3) verzwakte elementen van het systeem en compenserende dynamieken in respons op pathologische processen te onderzoeken, en 4) simultaan verbanden tussen al de netwerk-elementen en een bepaalde cognitieve funktie verklaren. In deze betekenis kan de toepassing van grafiek-theoretische analyse ons begrip aangaande de kern-aspecten van de werking van het brein bij CVS-patiënten uitbreiden.

Complexe netwerken komen veelvuldig voor in de echte wereld (bv. sociale netwerken, luchtvaart-routes, elektriciteit-netten, proteïnen-netwerken) en de hersenen zelf zijn een complex netwerk bestaande uit vele sub-netwerken van verspreide hersen-gebieden die zelfs de meest basale gedragingen opwekken. De gecoördineerde aktiviteit binnen complexe netwerken van het brein geeft aanleiding tot fundamentele aspecten van neurocognitieve domeinen met betrekking tot aandacht, perceptie, geheugen, taal en motorisch verwerking. Er bestaat een homeostatisch evenwicht binnen complexe hersen-netwerken tussen willekeurige neuronale groei processen en aktiviteit-afhankelijke modificatie van deze processen [Minati L et al. From brain topography to brain topology: Relevance of graph theory to functional neuroscience. Neuroreport (2013) 24: 536-543]. Deze toestand kan verklaard worden in termen van ‘spaarzaamheid’; in het systeem is er een continue ‘drive’ om compromissen te onderhandelen betreffende de kost van het ondersteunen en creëeren van adaptief waardevolle funktionele connectiviteit. Het aantal verbindingen in het systeem wordt bepaald door de kost van de ‘bedrading’ [fysieke verbindingen] (biologische energie en bouwstenen) en er zijn evolutionaire redenen om het de vraag naar lange-afstand connecties, die ‘duurder’ zijn, tot een minimum te beperken. Bijzondere compromissen betreffende de topologische eigenschappen van complexe brein-netwerken kunnen daarom dienen als een merker voor specifieke neurobiologische aanpassingen aan CVS. Als afspiegeling voor afwijkende plasticiteit, globale efficiëntie van de informatie-verwerking, enz. kan dit helpen bij de klinische diagnose en zelfs het identificeren van klinische subtypes [Crossley NA et al. The hubs of the human connectome are generally implicated in the anatomy of brain disorders. Brain (2014) 137: 2382-2395].

Het “small-world” netwerk model werd geïntroduceerd in een historische studie door Watts & Strogatz, in 1998 [Collective dynamics of ‘small-world’ networks. Nature, 393: 440-442], waarbij voor het eerst werd aangetoond dat er ‘small-world’ eigenschappen bestaan in het centraal zenuwstelsel. De topologie van ‘small-world’ netwerken wordt gekenmerkt door hoge ‘clustering’ (segregatie) en korte pad-lengtes (integratie), wat een homeostatisch evenwicht tussen lokale en globale verwerking vertegenwoordigt om te voldoen aan tegengestelde vereisten die verwerking-snelheid maximaliseren bij een minimale neurobiologische energie-kost. Segregatie refereert naar de neiging van elementen van naaste buren om zich samen te groeperen [‘cluster’], terwijl integratie refereert naar de hoeveelheid onderlinge verbondenheid en efficiënte informatie-uitwisseling binnen het ganse netwerk. De ‘clustering’-coëfficient is een maat voor funktionele segregatie of lokale verbondenheid, terwijl de karakteristieke pad-lengte een maat is voor funktionele integratie die globale, grootschalige aktivteit en co-aktivatie van neuronale populaties binnen het netwerk beschrijft. De ‘clustering’-coëfficient en de karakteristieke pad-lengte maken de eigenschappen uit van het ‘small-world’ netwerk model. Tesamen zijn ze een indicator voor ‘small-worldness’, een index die het gepast evenwicht tussen funktionele integratie en segregatie van dynamische systeem-organisatie vertegenwoordigt.

Kim et al. [Altered resting-state functional connectivity in women with Chronic Fatigue Syndrome. Psychiatry Research (2015) 234: 292-297] toonden ‘small-world’ abnormaliteit bij CVS aan d.m.v. fMRI in rust (18 vrouwen met CVS en 18 voor leeftijd gematchte vrouwelijke controles). Ze beoordeelden globale efficiëntie, het omgekeerde van de gemiddelde kortste karakteristieke pad-lengte, in relatie tot de funktionele efficiëntie van de informatie-‘flow’ tussen twee gegeven knooppunten in het netwerk. Ze evalueerden ook de lokale efficiëntie die de fouten-tolerantie van het netwerk proportioneel kwantificeert t.o.v. de ‘clustering’-coëfficient. Ze vonden dat globale efficiëntie (integratie) lager was bij CVS in vergelijking met de HC-groep, terwijl er geen verschillen waren qua lokale efficiëntie (segregatie). Een verhoogde vraag naar lange-afstand connecties bij CVS suggereert dat er bijkomende ‘bedrading’-uitgaven zijn voor compenserende systemen die de globale efficiëntie van de informatie-verwerking van het netwerk negatief beïnvloeden. De mate van verstoring van de ‘small-world’ dynamieken was verbonden met de hoeveelheid neurocognitieve stoornissen bij de patiënten en de gecomprommiteerde hersen-processen waren een weerspiegeling van een onderliggende verstoring van de ‘small-world’ tendens. Deze onderzoekers keken echter niet naar ‘small-worldness’. Een globale indicator van het optimaal funktioneren van het brein, en neurale efficiëntie en neurocognitieve verstoring (bv. geheugen, aandacht, vertraagd denken, enz.) zouden een combinatie van de pathologie met de begeleidende zichtbare gedragmatige veranderingen van CVS kunnen vertegenwoordigen.

Kwantitatieve elektro-encefalografie (qEEG) omvat numerieke analyse van lokale potentialen die het resultaat zijn van de optelling van neuronale elektrische aktiviteit welke ontstaat in cel-lichamen en geassocieerde dendrieten van grote populaties synchroon aktieve corticale piramidale neuronen [piramidaal systeem = verzameling axonen die van de hersenschors via het verlengde merg tot in het ruggenmerg lopen]. De elektrische stroompjes zijn afhankelijk van de integriteit van de neurale natrium/kalium & calcium ion-pompen, een afspiegeling van de metabole aktiviteit en maken qEEG tot een nuttig instrument voor de kwantificatie en exploratie van elektrofysiologische correlaten van normale en abnormale neurologische werking. De frequentie, fase en amplitude van de EEG-oscillaties relateren met de specifieke informatie-verwerking die plaatsvindt op een gegeven moment. Cognitieve processen van hogere orde lijken zelfs aan te zetten tot meer precisie aangaande volgehouden neuronale aktiviteit tussen neuronale populaties. qEEG op een milliseconden tijdschaal laat verfijnde detektie van subtiele verschillen qua snelheid en efficiëntie toe […]. Dit is belangrijk gezien het feit dat zelfs de meest basale cognitieve processen afhankelijk zijn van een precieze timing van fase-verbanden die in de hersenen optreden via grote populaties van spontaan gesynchroniseerde neuronen die communiceren over verspreide hersen-gebieden.

Tomografische EEG-methodes (elektrische neuro-beeldvorming [gebaseerd op elektrische aktiviteiten]) gebruiken tegengestelde methodes om de densiteit van bronnen in een drie-diminensionaal hersen-volume accuraat in kaart te brengen, wat toelaat EEG-abnormaliteit in dieper gelegen brein-strukturen te visualiseren. Een groeiend aantal studies wenden elektrische neuro-beeldvorming methodes aan om informatie-verwerking in de hersenen en ‘small-world’ netwerk organisatie in respons op neurologische aandoeningen – inclusief epilepsie, Multipele Sclerose en Alzheimer’s – op te helderen. Wij publiceerden een uitgebreid overzicht over de rol van elektrische neuro-beeldvorming technieken voor het bestuderen van de hersenen bij CVS [Jason LA, Zinn ML & Zinn MA. Myalgic Encephalomyelitis: Symptoms and biomarkers. Current Neuropharmacology (2015) 13: 701-734].

Gebruikmakend van lage-resolutie elektromagnetische tomografie (LORETA) om 17 monozygote tweelingen waarvan één tweeling-helft met CVS te onderzoeken, toonden researchers [Sherlin L, Buchwald D et al. Low-resolution electromagnetic brain tomography (LORETA) of monozygotic twins discordant for Chronic Fatigue Syndrome. NeuroImage (2007) 34: 1438-1442] dat mensen met CVS verhoogde delta-bronnen hadden in diepere strukturen van het limbisch systeem […]. Ze vonden ook hogere theta-bronnen in de cingulate gyrus en rechter superior-frontale gyrus [gyrus = sterk gevouwen deel/’winding’ in de hersenschors]. D.m.v. eLORETA (waarbij de ‘e’ staat voor ‘exact’), vonden wij [Zinn MA, Zinn ML, Montoya JG et al. Cortical hypoactivation during resting EEG suggests central nervous system pathology in patients with Chronic Fatigue Syndrome. Paper presented at the Symposium conducted at the meeting of IACFS/ME 2014 Biennial Conference, San Francisco, CA, USA] significant verhoogde delta-bronnen in een deel van de frontale en limbische lob alsook gedaalde beta-bronnen in de parietale lob bilateraal. Hogere delta-bronnen bleken ook geassocieerd met de gedaalde motivatie-scores van de ‘Multidimensional Fatigue Inventory’, een meting voor vermoeidheid-graad. Verhoogde delta in limbische strukturen is consistent met de bevindingen van Sherlin et al. [zie hierboven], en ritmische veranderingen in deze gebieden kunnen indicatoren zijn voor afgestompte emotionele verwerking bij CVS die mogelijks gerelateerd is met verminderde motivatie en aandacht-tekorten. Interessant is dat symptomen die zich manifesteren bij hersen-pathologie in de mediale pre-frontale cortex, anterieure cingulate en orbito-frontale cortex grotendeels niet worden gededekteerd via de meeste traditionele neuropsychologische testen. Ten slotte: […] Flor-Henry P et al. vonden [EEG source analysis of Chronic Fatigue Syndrome. Psychiatry Res (2010) 181: 155-64] bronnen die globaal gereduceerd waren in de alfa- en beta-banden bij mensen met CVS (delta-band niet onderzocht). Samen tonen de verscheidene qEEG en tomografische EEG onderzoeken die hier worden vermeld een verband tussen EEG en CVS, wat de fundamenten voor deze studie aangeeft.

Wij voerden een eLORETA funktionele connectiviteit analyse uit bij CVS [Zinn ML, Zinn MA & Jason LA. Intrinsic functional hypoconnectivity in core neurocognitive networks suggests central nervous system pathology in patients with Myalgic Encephalomyelitis: A pilot study. Applied Psychophysiology and Biofeedback (2016) 41: 283-300] om drie fundamentele neurocognitieve netwerken te onderzoeken, gebaseerd op het triple netwerk model voor hersen-pathologie [Menon V. Large-scale brain networks and psychopathology: A unifying triple network model. Trends in Cognitive Sciences (2011) 15: 483-506]. Dit model stelt dat er drie primaire grootschalige hersen-netwerken zijn die dynamisch opereren om verschuivingen in opwinding, aandacht en algemene toegang tot cognitieve capaciteiten te reguleren. Het omvat het centraal uitvoerend netwerk, het ‘salience’ netwerk [De ‘salience’ (of ‘saliency’) van iets/iemand is de toestand waarbij het opvalt t.o.v. zijn buren. De detektie ervan wordt beschouwd als een belangrijk aandacht-mechanisme dat het leren en overleven faciliteert, door organismen in staat te stellen hun beperkte waarneming en cognitie te focussen op de meest pertinente beschikbare gegevens.] en het ‘default mode’ [standaard-modus] netwerk [Netwerk van hersen-gebieden die aktief zijn wanneer een individu wakker is en rust. Het is een intern verbonden en anatomisch gedefinieerd brein-systeem dat aktief is wanneer individuen zich focussen op interne taken (dagdromen, zich de toekomst voorstellen, herinneringen ophalen en perspectieven van anderen aftoetsen). Het is negatief gecorreleerd met hersen-systemen die focussen op externe visuele signalen.] en voorspelt dat afwijkende aktiviteit binnen één van deze netwerken een significante impact zal hebben op de andere twee netwerken, resulterend in pathologische toestanden. Er werd bij CVS hypoconnectiviteit gevonden in de delta- en alfa-frequentie-banden tussen knooppunten voor de drie netwerken (vergeleken met gezonde controles). Deze bevinding is consistent met meerdere studies over funktionele connectiviteit (m.b.v. magnetische resonantie) die verminderde connectiviteit rapporteerden waarbij sleutel knooppunten van het ‘salience’ netwerk [Boissoneault et al. Abnormal resting-state functional connectivity in patients with Chronic Fatigue Syndrome: an arterial spin-labeling fMRI study. Magnetic resonance imaging (2016) 34: 603-8 /// Gay CW et al. Abnormal resting-state functional connectivity in patients with Chronic Fatigue Syndrome: results of seed and data-driven analyses Brain connectivity (2016) 6: 48-56 /// Wortinger LA et al. Aberrant resting‐state functional connectivity in the salience network of adolescent Chronic Fatigue Syndrome. PLoS One. (2016) 11: e0159351] betrokken zijn. Ontwrichtingen van het ‘salience’ netwerk kunnen aan de basis liggen van cognitieve symptomen bij CVS, waarbij aandacht voor interne/externe gebeurtenissen en adaptief engagement van systemen verantwoordelijk voor verwerking door het werk-geheugen en uitvoerende controle betrokken zijn. Bovenstaande bevindingen tonen dat funktionele connectiviteit benaderingen inclusief elektrische neuro-beeldvorming methodes beloftevol zijn bij het bestuderen van hersen-dysfunktie bij CVS.

De huidige studie pakte de kwestie aan of fundamentele neurobiologische relaties en adapties aan de basis kunnen liggen van cognitieve symptomen bij CVS. Onze voornaamste hypothese was dat patiënten-netwerken afwijkingen zouden vertonen qua ‘small-world’ netwerk karakteristieken, gemeten via de ‘small-worldness’ index, waardoor een pathologisch onevenwicht zou worden aangetoond dat netwerk-efficiëntie en informatie-verwerking aantast – te wijten aan de compromissen geassocieerd met de adaptieve reconfiguratie van de netwerk-topologie – bij CVS. Gebruikmakend van grafiek-theoretische analyse van ‘small-world’ netwerken met via eLORETA verkregen connectiviteit-gegevens – aangewend voor de verkenning van de link tussen brein-topologie en de cognitieve stoornissen die courant worden gezien bij CVS. Ten tweede poneerden we de hypothese dat veranderingen qua ‘small-worldness’ index geassocieerd zouden zijn met subjectieve niveaus van cognitieve stoornissen te wijten aan maladaptieve reconfiguraties in netwerk-topologie die nodig zijn voor het ondersteunen van efficiënte hersen-verwerkinging bij CVS-patiënten. Ten laatste: de ‘small-worldness’ index werd getest als manier om te kijken naar het risico bij CVS-patiënten vergeleken met HC-deelnemers. Tot op heden is er geen fysiologische merker die het risico voor neurocognitieve stoornissen bij mensen met CVS vertegenwoordigt. Het beschikken over een accurate methode om het risico op cognitieve stoornissen bij CVS te identificeren, zou de bruikbaarheid van deze benadering voor de identificatie van epidemiologische factoren helpen vaststellen.

Methode

Deelnemers

[…] 14 individuen met CVS en 15 gezonde controles, tussen 20 en 80 jaar oud (gemiddeld 43,97 jaar). De effekten van leeftijd werden statistisch aangepast aangezien de gemiddelde leeftijd tussen de groepen significant verschilde en leeftijd een significante factor is bij het EEG . […] De deelnemers met CVS voldeden allemaal aan de Fukuda criteria […].

Procedure

EEG in rust (gesloten ogen) – 5 min via 19 elektrode-lokaties […]. Tijdens de voorbereiding werden de impedanties gemeten en op 5 kΩ gebracht. Daarna kregen de deelnemers hun ruwe EEG-signalen te zien en getraind om artefacten te minimaliseren door het zo goed mogelijk ontspannen van spieren in het voorhoofd, kaken en gezicht terwijl ze de corresponderende veranderingen observeerden. […].

Tijdens de EEG-opname zat elke deelnemer rechtop in een comfortabele zetel in een goed verlichte kamer. Ze kregen de instructie zo goed mogelijk te ontspannen en hun ogen te sluiten tot het einde. […] Procedures voor het verwijderen van artefacten […] Voor elke deelnemer werden de artefact-vrije gegevens dan gefragmenteerd in 2-sec EEG-segmenten. Alle analyses werden beperkt tot de delta (1-3 Hz), alfa-1 (8-10 Hz) & alfa-2 (10-12 Hz) frequentie-banden. […]

Materialen

[…]

De funktionele connectiviteit werd geanalyseerd door gebruik te maken van coherentie, een maatstaf voor de samenhang van fase-verschillen in de verscheidene lokaties. Coherentie wordt geïnterpreteerd als een indicator voor ‘connectiviteit’, die de mate kwantificeert waarin fase-verschillen tussen elektrode-plaatsen (bij EEG) of tussen 2 hersen-gebieden (bij eLORETA) met verloop van tijd stabiel blijven. Het voordeel van eLORETA is dat het een gespecialiseerde meting van funktionele connectiviteit gebruikt die rekening houdt met fysiologische artefacten […].

[…] Om een topografisch zicht van de ganse cortex te verkrijgen, werden de coördinaten van 42 afzonderlijke Brodmann gebieden [Brodmann deelde de cerebrale cortex op in 52 gebieden (areas), die hij elk een latijnse naam gaf – op basis van cel-struktuur en ordening van de cellen van de hersen-schors – en een nummer van BA 1 tot en met BA 52. Het is de standaard aanduiding voor diverse hersengebieden.] […] in de linker en rechter hemisferen (84 in totaal) als ROIs [‘region of interest’ (interessant gebied)] aangeduid. […]

[…] Voor elke deelnemer werd een 84 x 84 coherentie-matrix voor elke frequentie-band opgesteld. De coherentie-matrix bevat de ganse set netwerk-connecties waarbij elk element de coherentie tussen elk paar knooppunten aangeeft. […]

Workflow voor de analyses: opnemen EEG-gegevens => definiëren van ROIs => coherentie-matrixen per individu => grafiek-analyse => statistiek

Grafiek Theoretische Analyse

De coherentie-matrix voor elke frequentie-band van elke deelnemer werd geanalyseerd […] en de ‘small-world’ karakteristieken berekend. De ‘clustering’-coëfficient’ rond een bepaald knooppunt varieert van 0 tot 1 en wordt bepaald door het aantal driehoeken gevormd door dat knoppunt en z’n naburige knooppunten. De karakteristieke pad-lengte wordt gedefinieerd als het gemiddelde kortste pad tussen twee knooppunten (de som van de individuele lengtes). […]. De waarden van de pad-lengten zijn geen fysieke afstanden maar vertegenwoordigen de graad van topologische separatie tussen twee knooppunten. De ‘small-worldness’ wordt als volgt berekend: de verhouding tussen de ‘clustering’-coëfficient en pad-lengte vergeleken met hun waarden voor gelijkwaardige willekeurig gegenereerde grafieken. De ‘small-worldness’ index variabele (SW) werd berekend als een vergelijkende merker voor efficiënt funktioneren van het brein van elke deelnemer.

Statistische Analyse

[…]

Resultaten

[…] De meeste patiënten met CVS waren ouder dan HCs en er werd gecontroleerd voor de potentieel storende factor van de leeftijd in alle modellen. Gezien het feit dat enkele secundaire uitkomsten werden beschouwd als corresponderend met de studie-hypotheses, wordt deze studie als verkennend gezien en de p-waarden als ‘beschrijvend’ beschouwd. […]

De primaire uitkomst was de bepaling of ‘small-world’ netwerk waarden afwijken bij een groep patiënten met CVS. Er werd Analyse van Variantie (ANOVA) uitgevoerd om vast te stellen of de netwerken van CVS-patiënten significant afweken van deze van HCs, na aanpassing voor leeftijd. We deden eerst een globale test […] en deze toonde een significant lagere’ small-worldness’ index waarde voor patiënten met CVS […] t.o.v. HCs […]. Om de verschillen te identificeren tussen ‘small-worldness’ binnen elke frequentie-band, werden follow-up testen uitgevoerd […]. Deze identificeerden SW delta als statistisch verschillend tussen CVS-patiënten en HCs (p = .014) maar de SW alfa-1 en SW alfa-2 waren echter niet significant verschillend (p = .622 & p = .099). Binnen de HC-groep werd een significant verschil gevonden tussen SW delta en SW alfa-1 (p = .001) maar niet tussen SW delta en SW alfa-2 (p = .177). Binnen de CVS-groep was er echter geen significant verschil tussen de SW frequentie-banden (p = .355).

Daarna werden regressie-technieken aangewend om het lineair verband tussen ‘small-world’ netwerk-organisatie (gemeten via SW delta, SW alfa-1 & SW alfa-2 gecombineerd) en neurocognitieve stoornissen te bepalen. Er bleken hiervoor twee modellen geschikt […] en deze vonden dat ‘small-worldness’ significant de scores voor neurocognitieve stoornissen voorspelt […]. De sterke effekt-groottes suggereren dat afwijkingen qua ‘small-worldness’ de neurocognitieve stoornissen beïnvloeden […].

De derde uitkomst van belang was de ontwikkeling van voorspellende modellen […] voor SW (delta, alfa-1 & alfa-2) bij patiënten met CVS. Logistische regressie liet ons op gepaste wijze toe het verband tussen groep-lidmaatschap en ‘small-world’ effekten voor elke frequentie-band aan te geven. Alle modellen werden aangepast voor leeftijd, een potentiële storende factor. Om verschillen tussen de patiënten met CVS in onze studie-groep na te gaan, werden de afwijkende ‘small-world’ waarden (‘small-worldness’ index variabele) in verband gebracht met verhoogd risico bij CVS van SW delta (OR 1.425) maar niet SW alfa-1 (OR 0.702) of SW alfa-2 (OR 0.786). Op basis van deze gegevens was ‘t dus voor de CVS-groep 1.425 keer meer waarschijnlijk dat er afwijkingen op de normale ‘small-worldness’ waren in de delta frequentie-band maar niet in de alfa-1 of alfa-2 band. Het globaal regressie-model was significant bij p = .05.

Bespreking

Naar ons weten is dit de eerste studie die een associatie evalueert tussen ‘small-world’ karakteristieken en cognitieve symptomen bij CVS. Deze bevindingen aangaande wijzigingen qua funktionele connectiviteit suggereren het belang van het toepassen van ‘graph-theory’ bij analyse op connectoom [complete kaart van de neurale verbindingen in de hersenen] -schaal van netwerk-topologie, om subtiele ontwrichtingen te detekteren die het gevolg zijn van CVS. Neurocognitieve stoornissen, gemeten d.m.v. de DSQ cognitieve samengestelde score, bleek negatief geassocieerd met de ‘small-worldness’ index voor de delta-band. Er werden ook verschillen op groep-niveau gevonden maar enkel voor ‘small-worldness’ in de delta-band. Ten slotte: het risico op ‘small-worldness’ afwijkingen in de delta-band is in toenemende mate hoger bij CVS.

‘Small-world’ modellen van de hersen-systemen verkennen het evenwicht tussen sterke ‘clustering’ van lokale systemen met korte pad-lengtes van globale systemen; deze eigenschappen worden als vitaal beschouwd voor de efficiëntie van de informatie-verwerking binnen neurocognitieve netwerken. Dit model benadrukt de morfologische adaptaties (bv. veranderingen qua axonale diameter, witte-hersenstof mechansismen, geleiding-snelheden en energie-transport mechanismen) gestuurd door compromissen/evenwichten en de compensatie die nodig is voor het behoud van de spatiaal-temporale [ruimte/tijd] patronen van de wering van het brein. Er werden verschillen qua verdeling van neurale bronnen gerapporteerd bij CVS in 3 fMRI-studies die de compenserende responsen bij cognitieve taken onderzochten [Caseras X et al. Probing the working memory system in Chronic Fatigue Syndrome: A functional magnetic resonance imaging study using the nback task. Psychosomatic Medicine (2006) 68: 947-955 /// Cook DB, Lange G, et al. Functional neuro-imaging correlates of mental fatigue induced by cognition among Chronic Fatigue Syndrome patients and controls. Neuroimage (2007) 36: 108-22 /// Lange et al. Objective evidence of cognitive complaints in Chronic Fatigue Syndrome: a BOLD fMRI study of verbal working memory. Neuroimage (2005) 26: 513-524]. De bevindingen van onze studie verklaren deze verschillen in termen van eigenaardigheden betreffende deze compromissen, met daaruitvolgende zwakte van de ‘small-worldness’ struktuur, die verantwoordelijk zouden kunnen zijn voor gebrekkige cognitieve funktie bij mensen met CVS.

Ten tweede: er werd gevonden dat ‘small-worldness’ in de delta-band verantwoordelijk was voor de grootste variantie qua cognitieve samengestelde scores […]. Delta is een trage oscillatie die een sleutelrol speelt in de dynamische coördinatie van grootschalige hersenschors-netwerken […]. In het geval van inflammatoire aandoeningen van het centraal zenuwstelsel is de meest prominente verandering qua dynamieken in grootschalige netwerken: het optreden van corticale vertraging (bv. delta-aktiviteit) tijdens het waken. Bovendien kan delta corticale vertraging het resultaat zijn van een daling van de afferente aansturing door witte-stof of subcorticale letsels in dieper gelegen gebieden. Het vinden van abnormale ‘small-worldness’ in delta suggereert dat er gelijkenissen kunnen zijn tussen CVS en Alzheimer’s, Multipele Sclerose en Parkinson’s, waar abnormale delta-bronnen werden gedetekteerd.

Dit is de eerste studie die ‘small-world’ eigenschappen meet bij CVS via de ‘small-worldness’ index. Gebruikmakend van fMRI-gegevens in rust vonden Kim et al. [zie hierboven] dat de funktionele integratie (globale efficiëntie) verminderd was bij CVS en ontregeling van de globale efficiëntie suggereert dat, door minder biologisch ‘dure’ lange-afstand verbindingen, er een bijkomende belasting op het systeem komt wat betreft het bevredigen van tegengestelde vereisten. De ‘kosten’ van chronische gereduceerde funktionele integratie bij CVS omvatten: 1) een verminderd vermogen om snel gespecialiseerde informatie van verspreide hersen-gebieden te combineren, 2) vertraagde informatie-verwerking snelheid door de compenserende responsen en 3) een veralgemeende stoornis in domeinen van de cognitieve funktie. Onze studie vond echter verschillen gebruikmakend van de ‘small-worldness’ index als een verhouding van individuele ‘small-world’ eigenschappen (‘clustering’ & pad-lengtes) – een maatstaf voor zowel globale en lokale eigenschappen – die in het oog springen bij CVS, afhankelijk van de frequentie-band. Dit onderlijnt de noodzaak voor het overwegen van een combinatie van ‘graph-theory’ metingen voor een meer uitgebreid onderzoek van CVS.

Er zijn enkele beperkingen verbonden met de huidige studie. De resultaten van deze studie dienen omzichtig te worden geïnterpreteerd omwille van de beperkte grootte van het staal. Hoewel significante afwijkingen in de gerapporteerde ‘small-worldness’ fenomenen werden gevonden bij mensen met CVS, zijn neurologische aandoeningen constant geassocieerd met diffuse netwerk-wijzigingen. Het was echter niet de bedoeling van deze studie om te rapporteren over de individuele knooppunten, spillen en modules die betrokken zouden kunnen zijn bij de sub-optimale efficiëntie en gebreken qua informatie-verwerking bij CVS. Hoewel de uitkomst van hersen-funktie na individueel falen van een spilpunt wellicht verder zou reiken dan afzonderlijke lokale gebieden, kan toekomstige research een meer uitgebreide inspectie van de sterkte van de spilpunten, distributie en participatie binnen modulaire strukturen omvatten, om interessante gebieden (ROIs) te identificeren die dienen als potentiële doelwitten voor behandeling. Een andere beperking van deze studie was dat het onderzoeken van ‘small-world’ verschillen beperkt werd tot de delta, alfa-1 en alfa-2 frequentie-banden. Frequentie-afhankelijke veranderingen in corticale arrangementen die in andere frequentie-banden (bv. theta, beta) voorkomen, zouden ook verkend kunnen worden. Ten slotte: niet-significante bevindingen in alfa-1 en alfa-2 kunnen een weerspiegeling zijn van deficiëntie in de diagnostische criteria voor CVS, een deficiëntie in de meting zelf, een probleem met de manier waarop de ROIs werden gedefinieerd, en/of niet-verkende niveaus van complex netwerk analyse gebruikmakend van andere ‘graph-theory’ metingen. Funktionele connectiviteit EEG-merkers geassocieerd met neurocognitieve stoornissen en ‘small-worldness’ in andere frequentie-banden zouden in toekomstige studies moeten worden geverifieerd.

Besluiten

De huidige bevindingen ondersteunen het concept dat ‘small-worldness’ gewijzigd is bij CVS. Dit heeft belangrijke implicaties voor dit studie-gebied. Bijvoorbeeld: systeem-afhankelijke koppeling van oscillaties is fundamenteel belangrijk voor de werking van het centraal zenuwstelsel en kan sterk beïnvloed zijn door vertragingen van de geleiding-snelheid en myeline-plasticiteit. Er werden veranderingen in de witte-hersenstof gerapporteerd bij CVS [Puri et al. Regional grey and white matter volumetric changes in Myalgic Encephalomyelitis (Chronic Fatigue Syndrome): A voxel-based morphometry 3 T MRI study. British Journal of Radiology (2012) 85: e270-e273], ook geassocieerd met klinische metingen [Barnden LR et al. A brain MRI study of Chronic Fatigue Syndrome: evidence of brainstem dysfunction and altered homeostasis. NMR Biomed. (2011) 24: 1302-1312], en een toename qua myelinogenese [aanmaak van de myeline-schede rond axonen] die afhankelijk is van de ernst werd ook gevonden [Barnden LR et al. Evidence in Chronic Fatigue Syndrome for severity dependent upregulation of pre-frontal myelination that is independent of anxiety and depression. NMR in Biomedicine (2015) 28: 404-413]. Disruptie van witte-stof zou het verband tussen abnormale eLORETA coherentie-patronen van grootschalige complexe systemen bij CVS kunnen verklaren. Bovendien toont de link tussen cognitieve symptomen en ‘small-worldness’ het fundamenteel belang van timing, stabiliteit en adaptatie van complexe systemen bij CVS, welke gerelateerd kunnen zijn met bevindingen betreffende neuro-inflammatie bij patiënten [Nakatomi et al. Neuroinflammation in patients with Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis: an 11C-(R)-PK11195 PET study. J Nucl Med. (2014) 55: 945-50]. Het begrijpen van netwerk-dynamieken bij CVS in termen van eLORETA coherentie is een belangrijke manier voor het begrijpen van compenserende mechanismen en zou kunnen dienden als een praktisch instrument voor het onderzoeken van grootschalig verlies van cognitieve funktie gerelateerd met adaptieve reconfiguratie van hersen-netwerken. Er is nood aan verder onderzoek dat de aktiviteit-afhankelijke modificaties van brein-connectiviteit bij CVS met disruptie van neurocognitieve processen vormgeeft.

————————-

In Gent, België, leidt Jan Ost – “pionier op het vlak van kwantitatieve EEG analyses en neuromodulatie” – de BRAI3N kliniek (Brain Research centre for Advanced, Innovative, Interdisciplinary and International Neuromodulation). Zijn team deed reeds onderzoek naar de connectiviteit bij fibromyalgie (PLoS One (2017) 12: e0178516: ‘Resting state electrical brain activity and connectivity in fibromyalgia’) maar nog niet bij M.E.(cvs). qEEG onderzoek is in België sinds 2012 door het RIZIV erkend en wordt terugbetaald op voorschrift van een (neuro)psychiater…

BNP (‘brain natriuretic peptide) is een proteïne dat wordt gesekreteerd door de hart-ventrikels (aangemaakt in specifieke cellen van de hartspier), vooral wanneer sprake is van overbelasting van het hart (bv. bij hart-falen, verhoogde weerstand van bloedvaten). BNP corrigeert verhoogde bloeddruk en te veel vocht in de bloedvaten (uitscheiding van water en zout).

Onderstaande studie, geleid door Prof. Julia Newton, geeft aan dat het meten van BNP een middel zou kunnen zijn om CVS-patiënten te identificeren die hart-problemen hebben.

Lees ook ‘Bloedvolume & verminderde hartfunktie bij CVS’…

————————-

Open Heart Vol 4, #2. e000697 (2017)

Elevated brain natriuretic peptide levels in Chronic Fatigue Syndrome associate with cardiac dysfunction: a case control study

Cara Tomas (1), Andreas Finkelmeyer (1,2), Tim Hodgson (2), Laura MacLachlan (1), Guy A MacGowan (1,3), Andrew M Blamire (1,2), Julia L Newton (1,4,*)

(1) Institute of Cellular Medicine, Newcastle University, Newcastle, Newcastle upon Tyne, UK

(2) Newcastle Magnetic Resonance Centre, Newcastle University, Newcastle, Newcastle upon Tyne, UK

(3) Cardiology, Newcastle upon Tyne Hospitals NHS Foundation Trust, Newcastle, Newcastle upon Tyne, UK

(4) CRESTA, Newcastle upon Tyne Hospitals NHS Foundation Trust, Newcastle, Newcastle upon Tyne, UK

Samenvatting

Doelstellingen Het verkennen van de waarden van het ‘brain natriuretic peptide’ (BNP) en onderzoeken hoe deze verband houden met cardiale abnormaliteiten bij Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS).

Methodes Er werden cardiale magnetische resonantie onderzoeken uitgevoerd m.b.v. een 3T Philips Intera Achieva scanner bij deelnemers met CVS (Fukuda) en een groep sedentaire controles die was gematcht voor leeftijd en geslacht. Het BNP in het plasma werd ook gemeten via een enzyme-immuno-assay bij 42 CVS-patiënten en 10 controles.

Resultaten De BNP-waarden waren significant hoger in de CVS-groep vergeleken met de gematchte controles (P = 0.013). Wanneer we de hart-volumes (eind-diastolisch & eind-systolisch) tussen deze met een hoog BNP (> 400 pg/ml) en een laag BNP (< 400 pg/ml) vergeleken, bleken er significant lagere hart-volumes bij een hoger BNP bij zowel eind-systolische en eind-diastolische volumes (P = 0.05). Er waren geen verbanden tussen vermoeidheid-graad, ziekte-duur en BNP-waarden (P = 0.2), wat suggereert dat het onwaarschijnlijk is dat onze bevindingen gerelateerd zijn met deconditionering.

Besluit Deze studie bevestigt een associatie tussen gedaalde hart-volumes en BNP bij CVS. Het ontbreken van een verband met ziekte-duur suggereert dat de bevindingen niet secundair zijn aan deconditionering. Er zijn verdere studies nodig ter verkenning van de bruikbaarheid van BNP als stratificatie-paradigma bij CVS dat gerichte behandelingen kan aangeven.

Inleiding

Studies uitgevoerd gebruikmakend van een waaier aan beoordeling-technieken hebben aangetoond dat Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) geassocieerd is met abnormaliteiten qua hart-funktie. Echocardiografische en impedantie-studies bevestigden verstoorde cardiale contractiliteit [Peckerman A et al. Abnormal impedance cardiography predicts symptom severity in Chronic Fatigue Syndrome. Am J Med Sci (2003) 326: 55-60 /// LaManca JJ, Peckerman A et al. Cardiovascular response during head-up tilt in Chronic Fatigue Syndrome. Clin Physiol (1999) 19: 111-20] en gereduceerde linker ventriculaire funktie. [Newton JL et al. Reduced cardiac volumes in Chronic Fatigue Syndrome associate with plasma volume but not length of disease: a cohort study. Open Heart (2016) e000381] Strukturele cardiale magnetische resonantie (MR) toonde lagere eind-diastolische afmetingen en cardiale output [hoeveelheid bloed die per minuut door het hart wordt voortgestuwd], en MR spectroscopie detekteerde een verstoorde cardiale bio-energetische funktie [Hollingsworth KG et al. Impaired cardiovascular response to standing in Chronic Fatigue Syndrome. Eur J Clin Invest (2010) 40: 608-15 /// Hollingsworth KG et al. Impaired cardiac function in Chronic Fatigue Syndrome measured using magnetic resonance cardiac tagging. J Intern Med (2012) 271: 264-70] met bevindingen die suggestief zijn voor een sub-klinische cardiomyopathie bij ca. een derde van de CVS-groep. De ernst van deze cardiale abnormaliteiten lijkt ook verband te houden met symptoom-ernst maar lijkt niet secundair aan deconditionering. Dit heeft geleid tot de suggestie dat CVS een klein-hart syndroom is [Miwa K, Fujita M. Cardiac function fluctuates during exacerbation and remission in young adults with Chronic Fatigue Syndrome and “small heart”. J Cardiol (2009) 54: 29-35 /// Miwa K, Fujita M. Small heart syndrome in patients with Chronic Fatigue Syndrome. Clin Cardiol (2008) 31: 328-33] met MR-bevindingen die, bij sommige CVS-patiënten, consistent zijn met het beeld van hart-falen.

Het ‘brain natriuretic peptide’ (BNP) is een polypeptide van 32 aminozuren dat wordt gesekreteerd door de hart-ventrikels in respons op overmatige uitrekking van de hart-spier cellen. BNP bleek een nuttig screening- en prognostisch instrument bij patiënten met hart-falen en is typisch verhoogd bij patiënten met linker ventriculaire dysfunktie, met of zonder symptomen.

De fysiologische werking van BNP omvat vermindering qua systemische vasculaire resistentie [weerstand van de bloedvaten] en centrale veneuze druk, alsook een toename van de natriurese [uitscheiding van zouten (natrium) via de urine]. Het netto effekt is een daling van de bloeddruk door de daling van de systemische vasculaire resistentie en dus de ‘after-load’ [de druk waar het hart tegenin moet pompen]. Bijkomend resulteren de werkingen van BNP in een daling van de cardiale output omwille van een globale daling van de centrale veneuze druk en ‘pre-load’ [uitrekking van de hart-spier vóór de contractie; druk waarmee het hart zich vult] ten gevolge een daling van het bloed-volume dat volgt op natriurese en diurese [diurese = aanmaak van urine]. De bruikbaarheid van BNP als diagnostische en prognostische stratificatie-factor bij patiënten met hart-falen werd uitgebreid bestudeerd.

Het doel van deze studie was daarom het meten van BNP-waarden bij patiënten met CVS in vergelijking met controles en bepalen of BNP-waarden geassocieerd zijn met verstoorde cardiale funktie.

Methodes

Individuen

[..] De individuen dienden o.a. normale nier-funktie bloed-testen en een normale BMI te hebben. […] Fukuda diagnose van CVS, uitsluiting indien positief voor een majeure depressie episode (‘Structured Clinical Interview for the Diagnostic and Statistical Manual for Mental Disorders’. De vermoeidheid werd beoordeeld via de ‘Fatigue Impact Scale’.

[…] De controles voldeden aan dezelfde inclusie-/exclusie-criteria als de CVS-deelnemers, en ze waren sedentair […].

Meting van ‘brain natriuretic peptide’ (BNP)

[…] Enzyme-Immuno-Assay […]

We beschouwden een BNP-waarde van > 400 pg/ml al zijnde consistent met matige tot ernstige hart-ziekte (vooraf gedefinieerd).

Cardiale MR

[…] Cardiale MR cine beeldvorming [MRI-sequenties worden gesynchroniseerd en zo worden met gelijke tussenpauzes talrijke beeldjes van de hart-cyclus geproduceerd. Deze worden aan elkaar geregen tot een filmpje zodat de beweging van de wanden van de ventrikels, kleppen en bloedstromen in het hart en de grote vaten kunnen worden gevisualiseerd.] ter beoordeling van cardiale morfologie, en systolische en diastolische funktie. […].

Statistical analysis

[…] Statistische significantie P < 0.05.

Resultaten

Cardiale MR en BNP-metingen bij 42 patiënten met CVS en 10 sedentaire controles (gematcht voor leeftijd en geslacht). De ziekte-duur van de CVS-patiënten was gemiddeld 13,8 jaar (SD 9,8). […]

De BNP-waarden waren significant hoger in de CVS-groep vergeleken met de gematchte controles. [P = 0.013] Wanneer we de hart-volumes (eind-diastolisch en eind-systolisch) vergeleken tussen degenen met hoge BNP (> 400 pg/ml) en lage BNP (< 400 pg/ml) -waarden, waren er significant lagere cardiale volumes bij deze met hogere BNP-waarden bij zowel eind-systolische als eind-diastolische volumes.

Er waren geen verschillen qua leeftijd, vermoeidheid-graad of ziekte-duur tussen de 2 groepen. Er waren geen verbanden tussen vermoeidheid-graad, ziekte-duur en BNP-waarden (P = 0.2).

Bespreking

Studies bij een waaier aan aandoeningen hebben bevestigd dat BNP de prognose kan voorspellen en personen met hart-falen kan detekteren. Deze studie heeft aangetoond dat bij patiënten met CVS, een groep waarbij eerder veel sub-klinische cardiale abnormaliteiten werden getoond het BNP verhoogd is. Studies hebben ook geconcludeerd dat mensen met CVS verminderde hart-volumes hebben, waarvan de graad geassocieerd is met het plasma-volume. In de huidige studie bleken hogere BNP-waarden ook geassocieerd met kleinere hart-volumes. Het ontbreken van een verband tussen ziekte-duur en BNP-waarden suggereert dat het onwaarschijnlijk is dat onze bevindingen een gevolg zijn van deconditionering.

Het verband dat werd gevonden in deze studie is interessant. Het is mogelijk dat de kleinere hart-volumes die worden gezien bij CVS de verhoogde BNP-waarden veroorzaken. Dit is echter contra-intuïtief en BNP is gewoonlijk een teken van belasting/uitrekking van de ventriculaire hart-wand en volume-‘overload’. In onze studie is de BNP hoger in de groep met kleinere hart-volumes. Een andere verklaring is dat de hogere BNP-waarden diurese (of natriurese) veroorzaken en dat dit de plasma/bloed-volumes vermindert en leidt tot de kleinere hart-volumes. Studies door ons team en anderen hebben lagere plasma-volumes bij CVS aangetoond en studies bij patiënten met orthostatische hypotensie hebben hoge BNP-waarden bij sommige patiënten gerapporteerd [Krishnan B et al. Orthostatic hypotension of unknown cause: unanticipated association with elevated circulating N-terminal brain natriuretic peptide (NT-proBNP). Heart Rhythm (2015) 12: 1287-94], en er werd gesuggereerd dat deze mogelijks oorzakelijk zijn.

We geloven dat meting van het BNP een instrument kan zijn om de 1/3 van de CVS-patiënten te identificeren die in eerdere studies een verstoorde bio-energetische funktie bleken te vertonen. Op die manier kunnen CVS-patiënten mogelijks worden gestratificeerd voor meer gepaste interventies en kan dit research faciliteren die de eigen karakteristieken van een cardiaal fenotype binnen de globale CVS-groep identificeert. We geloven dat deze soort van stratificatie-benadering om specifieke fenotypes te identificeren en doelgerichte interventies te faciliteren, een belangrijpe stap is naar het begrijpen van de heterogene aard van CVS.

Deze studie bevestigt een associatie tussen verminderde hart-volumes en BNP bij CVS. Het ontbreken van een verband met ziekte-duur suggereert dat de bevindingen niet secundair zijn aan deconditionering. Verdere studies zijn vereist om het nut bij CVS te verkennen van BNP als stratificatie-paradigma dat doelgerichte behandelingen aanwijst.

In het artikel ‘Metabolic profiling indicates impaired pyruvate-dehydrogenase function in Myalgic Encephalopathy/ Chronic Fatigue Syndrome’ (zie ‘Verstoorde werking van pyruvaat-dehydrogenase bij M.E.(cvs)’) rapporteerden de Noorse Ritixumab-onderzoekers Øystein Fluge & Olav Mella over een funktionele verstoring van het enzyme pyruvaat-dehydrogenase (PDH) op basis van biochemische veranderingen in het bloed van M.E.(cvs)-patiënten. Hun resultaten sluiten aan bij (gepubliceerd) werk van andere metabolisme-researchers.

Een Noorse arts/professor van de afdeling Medische Biochemie van het Universitair Ziekenhuis van Oslo, goed op de hoogte in zake de biochemische diagnose van pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie, publiceerde een commentaar/kritiek daarop in een landelijk tijdschrift (enkel in het Noors).

Fluge & Mella hebben het eerder over een PDH-inhibitie (suppressie/onderdrukking). Dit kan misschien een gevolg zijn van een andere dysfunktie in het energie-metabolisme. Nu wordt er geargumenteerd dat er geen deficiëntie is. Spreekt men hier over twee verschillende dingen? Het is bij wetenschappelijk onderzoek ook van belang kritiek in acht te nemen en daarom geven wij dit mee. Bij verder onderzoek kan zeker rekening worden gehouden met de aanbevelingen.

De auteur gaf als belangen-conflict aan dat hij een vergoeding heeft ontvangen voor een lezing op een professioneel forum van psychiaters, ondersteund door het farmaceutisch bedrijf Lundbeck.

————————-

Tidsskr Nor Laegeforen. (2017) 137: 23-24

Tenuous link between Chronic Fatigue Syndrome and pyruvate dehydrogenase deficiency

Yngve Thomas Bliksrud

In een studie van het energie-metabolisme bij patiënten met het Chronische Vermoeidheid Syndroom concludeerden onderzoekers verminderde pyruvaat-dehydrogenase aktiviteit bij patiënten, maar de metingen passen niet bij de veranderingen die we zien bij patiënten met primaire genetische pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie.

In een studie gepubliceerd in december 2016 werd een gewijzigd patroon van aminozuren in plasma gevonden bij patiënten met het Chronische Vermoeidheid Syndroom. Bovendien werd veranderde gen-expressie gedetekteerd in witte bloedcellen en veranderde de energie-produktie in spiercellen [zie link in onze inleiding]. De auteurs interpreteren de resultaten als expressie van funktionele remming van het enzyme pyruvaat-dehydrogenase, en ze suggereren een ontregeling van dit enzyme-complex als mogelijke belangrijke factor in de pathogenese van het Chronische Vermoeidheid Syndroom.

Het onderzoek kreeg uitgebreide aandacht in de [Noorse] media en de link met pyruvaat-dehydrogenase werd openbaar gemaakt zonder voorbehoud. In ons laboratorium ontvingen we stalen voor de metabole screening van patiënten met mogelijk vermoeidheid-syndroom. Op basis van mijn ervaring met biochemische diagnose van pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie, wil ik wijzen op gebreken in de studie die moeten aansporen tot een aanzienlijk grotere mate van voorzichtigheid omtrent de conclusies.

Kritiek op methode en interpretatie

In het onderzoek werden aminozuur-concentraties in plasma van 200 patiënten en 102 gezonde controle-personen onderzocht. De onderzoekers vonden significante verschillen tussen de twee groepen maar de betekenis is onduidelijk omdat ze zich niet hebben gebaseerd op de gevestigde diagnose van pyruvate-dehydrogenase deficiëntie en omdat de stalen niet op een gestandaardiseerde manier zijn genomen.

AMINOZUREN-PATROON VOLDOET NIET AAN WAT WIJ ZIEN BIJ PATIËNTEN MET PRIMAIRE PYRUVAAT-DEHYDROGENASE DEFICIËNTIE

Pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie verhoogt de concentratie van pyruvaat in bijvoorbeeld spier- en zenuwcellen. Pyruvaat wordt omgezet in lactaat en het aminozuur alanine. Alanine is het enige aminozuur dat naar verwachting buiten het referentie-gebied valt in plasma en cerbrospinaal vocht bij primaire pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie (één tot twee keer de bovengrens van referentie). Het onderzoek meldde echter een neiging tot lagere alanine-spiegels bij de patiënten. Het is verrassend dat deze opvallende discrepantie niet in het artikel wordt genoemd.

VERKEERDE NORMALISATIE VOOR TESTEN KAN HET VERSCHIL TUSSEN DE GROEPEN VERKLAREN

Een vasten-test wordt sterk aanbevolen bij het bepalen van de plasma-concentratie van aminozuren, omdat de niveaus aanzienlijk variëren met het dieet en ook gedurende de dag tot 10-15%. In de studie worden niet-nuchtere aminozuur-patronen met kleine afwijkingen vergeleken. Het is heel vreemd dat de auteurs geen grotere bedenkingen hebben bij dieet als een verstorende factor wanneer ze zelf hebben aangetoond dat het dieet alleen de groep aminozuren beïnvloedt die argumenteren voor verstoord pyruvaat-dehydrogenase. De studie toonde significante verschillen tussen nuchtere en niet-nuchtere patiënten. De nuchtere patiënten werden daarom uitgesloten van verdere statistische analyse. De auteurs moeten ook duidelijker maken dat een mogelijke verborgen vertekening tussen de patiënten-groep en de controle-groep met betrekking tot voeding en staalname een alternatieve verklaring kan zijn voor de gevonden verschillen. Systematische verschillen in voeding tussen de groepen zijn niet ondenkbaar. […]

WAT MET DE PYRUVAAT/LACTAAT-RATIO EN EEN DIRECTE METING VAN DE PYRUVAAT-DEHYDROGENASE AKTIVITEIT?

De pyruvaat/lactaat-verhouding in het plasma kan patiënten met pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie van andere patiënten met hyperlactacidemie [verhoogd lactaat in het bloed] onderscheiden. Deze ratio heeft daarom een centrale plaats in de biochemische diagnostiek van pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie. In het onderzoek werd de pyruvaat/lactaat-verhouding niet bepaald. Dat is jammer: de verhouding had een belangrijke aanwijzing kunnen geven voor, mogelijk tegen, pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie. Een directe bepaling van de enzyme-aktiviteit in de cellen is ook de sleutel bij de routine-matige diagnostiek van pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie. Het is vreemd dat dit in de studie niet is gedaan in spiercellen die groeien in de aanwezigheid van serum van de patiënt.

SPECIFIEKE LINK MET CHRONISCHE VERMOEIDHEID SYDROOM VEREIST MEERDERE CONTROLE-GROEPEN

In de studie heeft de patiënten-groep een ander expressie-patroon dan de controle-groep met betrekking tot genen geassocieerd met het pyruvaat-dehydrogenase complex. Dit is een interessant resultaat maar de studie biedt geen basis voor het interpreteren van het verschil als specifiek voor het Chronische Vermoeidheid Syndroom.

Volgens de consensus-criteria hebben patiënten een “aanzienlijk verminderd aktiviteiten-niveau” gehad gedurende minimaal zes maanden. Het is bekend dat de expressie van genen geassocieerd met het volledige metabolisme (inclusief pyruvaat-dehydrogenase complex) verandert bij immobilisatie. Spieren groeien en verdwijnen naar gelang het aktiviteit-niveau, daarom zijn er in deze studie verschillende expressie-patronen te verwachten. Vooraleer het expressie-patroon specifiek kan worden gekoppeld aan het Chronische Vermoeidheid Syndroom, moet het niet alleen worden vergeleken met gezonde mensen maar met andere patiënten-groepen die een overeenkomstig verminderd aktiviteiten-niveau ervaren, zoals een beroerte, fracturen, nier-falen of ernstige depressie. In het onderzoek werd ook aangetoond dat in spiercellen in vitro het energie-metabolisme kan veranderen in de aanwezigheid van serum van patiënten met het Chronische Vermoeidheid Syndroom. Het is interessant dat dit experimenteel kan worden aangetoond maar evenmin kan deze waarneming specifiek worden gekoppeld aan het Chronische Vermoeidheid Syndroom. Nogmaals: meer controle-groepen van patiënten met verminderde aktiviteiten-niveaus zijn om andere redenen nodig. De studie laat bijvoorbeeld een verminderde produktie van hoge-energie fosfaten (ATP) in vitro zien. In een muizen-model waarin spiercellen worden gekweekt in aanwezigheid van serum van individuen met spier-atrofie en chronisch nierfalen, neemt de ATP-produktie ook af.

CHRONISCHE VERMOEIDHEID IS NIET TYPISCH VOOR PRIMAIRE GENETISCHE PYRUVAAT-DEHYDROGENASE DEFICIËNTIE

De auteurs suggereren dat pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie een sleutel is in de pathofysiologie van het Chronische Vermoeidheid Syndroom. Chronische vermoeidheid is geen typisch symptoom bij patiënten met primaire genetische pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie, noch ernstig noch mild. Het vereist een opmerking maar wordt met geen woord vermeld.

Pragmatische beoordelingen gevraagd

Onderzoek naar metabole mechanismen voor het Chronische Vermoeidheid Syndroom is interessant, en het grote werk van Fluge en collega’s kan hypotheses genereren die verder onderzoek waard zijn. De auteurs komen echter al heel vroeg vast te zitten bij de opvallende pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie als onderdeel van de pathofysiologie van het Chronische Vermoeidheid Syndroom. Momenteel is het verband tussen bewezen aminozuur-veranderingen en pyruvaat-dehydrogenase deficiëntie te zwak, en de verandering in gen-expressie en energie-metabolisme is te onspecifiek voor een dergelijke harde conclusie.

————————-

De endocrinoloog Emeritus Professor Frank Comhaire (Universitair Ziekenhuis, Gent) staat bekend als specialist op het vlak van de behandeling van mannelijke infertiliteit en ondernemer (het op de markt brengen van testen en complementaire behandelingen). De voorbije jaren ontwikkelde hij ook een interesse voor M.E.(cvs)…

In een artikel getiteld ‘Chronic Fatigue Syndrome (CFS) or “systemic immune disorder” (SID)? (Internal Medicine 2016, 6: 225) rapporteerde hij dat er bewijs voor het feit dat “CVS te wijten” is “aan een systemische immuun-stoornis waarbij oxidatieve, immunologische en epigenetische mechanismen de aktiviteit van pyruvaat-dehydrogenase kinase (PDHK) kunnen verhogen en de pyruvaat-dehydrogenase aktiviteit inhiberen”. Op basis daarvan liet hij een ‘nutriceutical’ (voeding-supplement) testen dat bepaalde organische zuren van algen, vitamine-B1, alfa-liponzuur, acetyl-L-carnitine en oxidoreductase-ubiquinon Q10 bevat. Bij publicatie van een kleine piloot-studie (n = 10; patiënten gediagnosticeerd in Belgische CVS-referentie-centra (!???!)) (‘A Novel Nutriceutical Treatment of Myalgic Encephalitis/Chronic FatigueSyndrome (ME/CFS): “What it is and what it is not”; Internal Medicine 2017, 7:5) bleken er evenveel responders als niet-responders te zijn. Deze laatsten bleken uiteindelijk (na verdere diepgaande screening) aan een andere aandoening dan M.E.(cvs) te leiden. Op het moment van het verschijnen van het artikel was een patent hangende…

Er werd verder meegegeven dat een mogelijke diagnostische methode voor de detektie van deficiënte enzymatische aktiviteit van PDH is: het meten van de concentraties van pyruvaat en acetyl-coenzyme-A in monocyten. “Dit vergt geavanceerde laboratoriumtechnologie”…

Merk op: het tijdschrift Internal Medicine (met slechts een beperkte impact en niet opgenomen in PubMed of Web Of Science) is niet het gerenommeerde Journal of Internal Medicine of het befaamde Annals of Internal Medicine…

Ruimtelijk zicht verwijst naar het vermogen om ruimtelijk gedefinieerde kenmerken te zien of te onderscheiden. De 2 voornaamste metingen voor ruimtelijk zicht zijn scherpte en contrast-gevoeligheid (sensitiviteit).

‘Static visual acuity’ (SVA; statische zicht-scherpte) betreft het vermogen om fijne details, typisch in stilstaande beelden met hoog contrast (bv. zwarte letters op een witte achtergrond op een kaart), te zien. Hierbij meet men enkel het kleinste detail dat kan worden gezien maar niet het vermogen om grotere zaken te zien. Door het meten van het vermogen om objecten van verschillende grootte (d.w.z. met verschillende ruimtelijke frequentie) te zien, biedt contrast-gevoeligheid een uitgebreidere test van het ruimtelijk zicht. Het wordt gemeten door het vinden van het laagste contrast dat nodig is om licht/donker roosters met variërend detail/fijnheid of ruimtelijke frequentie te zien. Ruimtelijke frequentie verwijst naar het aantal licht/donker cycli per graad (c/deg) van de gezichtshoek op het netvlies. De roosters worden gewoonlijk gedefinieerd door variaties in luminantie (licht-intensiteit/helderheid van een oppervlak) van graduele sinusoïdale golven.

De contrast-sensitiviteit-funktie (CSF) geeft de gevoeligheid van een waarnemer weer (d.w.z. 1/contrast-drempel) voor sinusoïdale staaf-roosters met sterk variërende ruimtelijke frequenties. De contrast-sensitiviteit bij volwassenen is het grootst bij intermediaire ruimtelijke frequenties (ongeveer 2 tot 4 c/graad). Lagere en hogere ruimtelijke frequenties vereisen meer contrast om te worden gedetekteerd. De hoogste ruimtelijke frequentie kan enkel worden gezien bij een zeer hoog contrast en komt overéén met het scherpte-niveau van de waarnemer.

Samengevat: bij het testen van de visuele contrast-sensitiviteit (VCS) meet men het vermogen om details te zien bij lage contrast-waarden; het wordt dikwijls gebruikt als een niet-specifieke test van de neurologische funktie. Bij een VCS-test krijgt men een reeks (computer)beelden met steeds verminderend contrast te zien waarbij patronen, vormen of objecten al dan niet kunnen worden geïdentificeerd. Metingen van de VCS zouden betere beoordelingen van visuele (dys)funktie opleveren dan traditionele metingen van de visuele scherpte met hoog-contrast stimuli.

————————-

Vision Vol 2, #1, p 2 (Jan. 2018)

Restricted spatial windows of visibility in Myalgic Encephalomyelitis (ME)

Nadia S. Ahmed, Irene Gottlob, Frank A. Proudlock, Claire V. Hutchinson

Department of Neuroscience, Psychology and Behaviour, College of Life Sciences, University of Leicester, UK

Samenvatting

Myalgische Encefalomyelitis (M.E.) is een slopende aandoening gekenmerkt door uitputtende vermoeidheid. Ze wordt niet goed begrepen en de diagnose is controversieel. Het is daarom zeer belangrijk dat betekenisvolle klinische karakteristieken worden onderzocht. Visuele symptomen bij M.E. vertegenwoordigen een groep afzonderlijke, kwantificeerbare, klinische kenmerken die de diagnose significant kunnen verbeteren en inzicht bieden omtrent de onderliggende pathologie. Het doel van de huidige studie was daarom het verkennen van het effekt van M.E. op het ruimtelijke zicht, gebruikmakend van de ruimtelijke contrast-sensitiviteit funktie. De contrast-sensitiviteit werd bepaald d.m.v. stilstaande luminantie-gedefinieerde sinusoïdale roosters met een bereik qua ruimtelijke frequenties van 5 octaven (0,5 tot 16 c/deg) bij een groep van 19 individuen met M.E. en een groep met 19 gematchte (leeftijd, geslacht) controles. In vergelijking met de controles vertoonde de M.E.-groep een beperkt ruimtelijk contrast-zicht. Dit werd hoofdzakelijk gekenmerkt door een gebrek aan contrast-sensitiviteit bij lagere ruimtelijke frequenties en een smallere band-breedte. Onze bevindingen suggereren dat gebreken qua contrast-sensitiviteit een visuele merker voor M.E. zouden kunnen vertegenwoordigen, en indicatief zijn voor abnormale visuele verwerking op het niveau van de retina [het netvlies] en in de corticale en subcorticale visuele mechanismen.

1. Inleiding

[…] De diagnose [van M.E.] is gebaseerd op het categoriseren van de door patiënten gerapporteerde symptomen en deze te differentiëren van symptomen van andere vermoeidheid-gerelateerde ziekten. Het is een uitsluiting-diagnose omdat er momenteel geen specifieke diagnostische test voor M.E. bestaat. Dit is problematisch omwille van het aantal symptomen die overlappen met andere ziekten en de afhankelijkheid van het feit dat patiënten hun symptomen accuraat rapporteren. Het resultaat is dat men dikwijls een verkeerde diagnose i.p.v. M.E. stelt (bv. depressie). Het is daarom zeer belangrijk dat betekenisvolle klinische kenmerken worden onderzocht.

Visuele symptomen bij M.E. vertegenwoordigen een groep van afzonderlijke, kwantificeerbare, klinische kenmerken die de diagnose significant kunnen verbeteren, inzichten kunnen bieden omtrent de onderliggende pathologie en een behandeling-kandidaat kunnen vertegenwoordigen, waardoor het dagelijks leven van de patiënten zal verbeteren. Courant gerapporteerde visuele symptomen omvatten foto-sensitviteit, moeilijk kunnen focussen op beelden, vervaging van beelden, halo’s rond beelden, slechte diepe-waarneming, pijn aan de ogen, verzwakte visuele aandacht, verhoogde vatbaarheid voor patroon-verblinding en zicht-gerelateerde hoofdpijn [Potaznick W, Kozol N. Ocular manifestations of Chronic Fatigue and Immune Dysfunction Syndrome. Optom. Vis. Sci. (1992) 69: 811-814 /// Leslie S. Chronic Fatigue Syndrome: Optometric clinical presentation and management. J. Behav. Optom. (1997) 8: 155-161 /// Vedelago LJ. Visual dysfunction in Chronic Fatigue Syndrome: Behavioural optometric assessment and management. J. Behav. Optom. (1997) 8: 149-154 /// Hutchinson CV, Maltby J, Badham SP, Jason L. Vision-related symptoms as a clinical feature of Chronic Fatigue Syndrome/Myalgic Encephalomyelitis? Evidence from the DePaul Symptom Questionnaire. Br. J. Ophthalmol. (2014) 98: 144-145 /// Loew S et al. Symptoms of Meares-Irlen/Visual Stress Syndrome in subjects diagnosed with Chronic Fatigue Syndrome. Int. J. Clin. Health Psychol. (2014) 14: 87-92]. Er werd ook een aantal visuele problemen objectief geïdentificeerd via experimentele metingen; deze omvatten verminderde visuele accommodatie [aanpassen van de sterkte van de ooglens om op de gewenste afstand scherp te zien] en slecht binoculair zicht [beide ogen gericht op hetzelfde voorwerp] [Caffery BE et al. The ocular signs and symptoms of Chronic Fatigue Syndrome. J. Am. Optom. Assoc. (1994) 65: 187-191 /// Godts D, Moorkens G, Mathysen DG. Binocular Vision in Chronic Fatigue Syndrome. Am. Orthopt. J. (2016) 66: 92-97], verhoogde vatbaarheid voor patroon-verblinding [Wilson RL et al. Increased vulnerability to pattern-related visual stress in Myalgic Encephalomyelitis. Perception (2015) 44: 1422-1426], niet-accurate oog-bewegingen [Badham SP, Hutchinson CV. Characterising eye movement dysfunction in Myalgic Encephalomyelitis/Chronic Fatigue Syndrome. Graefe’s Arch. Clin. Exp. Ophthalmol. (2013) 251: 2769-2776] en verzwakte visuele aandacht, bijzonderlijk bij taken waar de prestaties steunen op het vermogen een object te detekteren/identificeren en irrelevante visuele afleiders te negeren (selektieve aandacht) [Hutchinson CV, Badham SP. Patterns of abnormal visual attention in Myalgic Encephalomyelitis (ME). Optom. Vis. Sci. (2013) 90: 607-614]. Visuele symptomen zijn een indringend deel van de aandoening, verergeren andere symptomen en tasten het vermogen aan om dagdagelijkse taken uit te voeren. Inderdaad: sommige studies rapporteren dat tot 25% van mensen die lijden aan M.E. minder gaan auto-rijden of er helemaal mee stoppen omwille van zicht-gerelateerde problemen.

Ondanks de gerapporteerde problemen gerelateerd met de waarneming van zelfs elementaire ruimtelijke informatie, blijven de effekten van M.E. op ruimtelijk zicht relatief ononderzocht en niet gekwantificeerd. Het doel van de huidige studie was daarom het verkennen hoe M.E. het ruimtelijk zicht beïnvloedt d.m.v. de ruimtelijke contrast-sensitiviteit funktie. De menselijke contrast-sensitiviteit funktie biedt een meting voor het bereik qua ruimtelijk detail dat zichtbaar (waarneembaar) is voor het visueel systeem en de relatieve sensitiviteit op een stimulus-contrast binnen dit bereik. Veranderingen qua contrast-sensitiviteit zijn goed gedocumenteerd bij ouder-worden en zijn evident bij een waaier aan netvlies-ziekten. Ze zijn ook aanwezig bij neurodegeneratieve ziekten zoals Parkinson’s en bij inflammatoire auto-immune ziekten zoals Multipele Sclerose. Tekorten aan contrast-sensitiviteit kunnen aanwezig zijn zelfs als er geen detekteerbare stoornis qua visuele scherpte is. Ze bieden een gevoelige klinische meting van de visuele funktie en kunnen aanwijzingen geven omtrent abnormale visuele verwerking op het niveau van de retina en in de corticale en subcorticale visuele mechanismen.

In de huidige studie werd contrast-sensitiviteit bepaald via stilstaande luminantie-gedefinieerde sinusoïdale roosters met een bereik qua ruimtelijke frequenties van 5 octaven (0,5 tot 16 c/deg) in een groep ME-patiënten en controles.

2. Materialen & Methodes

2.1. Deelnemers

20 M.E.-patiënten en 20 gematchte (leeftijd, geslacht, opleiding) controles werden gerecruteerd. Eén patient voltooide slechts 2 van de 6 ruimtelijke frequenties in het contrast-sensitiviteit experiment zodat de patient en de gematchte controle uit de analyse werden verwijderd. Alle patiënten hadden een medische diagnose van M.E., bevestigd via de ‘DePaul Symptom Questionnaire’ [ontwikkeld door Prof. Leonard Jason]. […] De deelnemers hadden geen oog-ziekten. De visuele scherpte (éénogig, dichtbij en vooraf) lag voor alle deelnemers binnen het normaal bereik. […] Er waren geen significante verschillen qua gecorrigeerde visuele scherpte tussen patiënten en controles. […]

2.2. Apparaat & Stimuli

De roosters besloegen 6 graden (deg) (horizontaal & verticaal) op een gezicht-afstand van 139 cm en werden gegenereerd op een computer-scherm (75 Hz). […] Monitor: voor precisie-controle van het contrast werd het aantal beschikbare intensiteit-niveaus van 8 op 14 bits gebracht […]. De gemiddelde luminantie [licht-intensiteit/helderheid van een oppervlak in een bepaalde richting] van het scherm was ~44 cd/m² [eenheid = candela per vierkante meter] en de monitor was de enige licht-bron. De totale duur van de stimulus was 853 ms […].

[…]

2.3. Procedure

Metingen van de contrast-drempel werden uitgevoerd over een bereik qua ruimtelijke frequenties van 5 octaven (0,5 tot 16 c/deg) […]. Bij elke test kregen de deelnemers een fixatie-kruis te zien, gevolgd door het rooster, waarna ze de oriëntatie (vertikaal of horizontaal) moesten beoordelen. De deelnemers konden kort oefenen en de test werd uitgevoerd in het donker. […] De contrast-drempels werden omgezet naar contrast-sensitiviteit (1/contrast-drempel).

3. Resultaten

De gemiddelde contrast-sensitiviteit funkties voor elke groep vertoonde het verwachte frequentie-bereik. Globaal was de contrast-sensitiviteit funktie voor de M.E.-groep ietwat gezakt en leek het bereik smaller, suggestief voor een beperkt visibiliteit-venster bij M.E., vergeleken met controles. […] Statistische analyse toonde dat de contrast-sensitiviteit bij de laagste ruimtelijke frequenties (0,5 & 1 c/deg) significant slechter was bij patiënten t.o.v. controles […].

Om het ruimtelijk venster van visibiliteit voor elke groep preciezer te kwantificeren, werd de contrast-sensitiviteit bij elke frequentie omgezet naar relatieve sensitiviteit (dB [deciBel; geen eenheid maar een verhouding op een logaritmische schaal: elke verhoging met 10 decibel betekent een vergroting in vermogen of energie met een factor 10, 20 dB betekent een factor 100, enz.]) […] dit liet toe de laagste en hoogste frequenties voor elke groep te bepalen. […]

[…] [laagste – hoogste frequentie (c/deg): 0.99 – 5.09 (controles); 1.44 – 4.53 (M.E.)]. Statistische analyse toonde dat de laagste frequenties significant hoger waren in de M.E.-groep t.o.v. controles (p < 0.05). Er waren geen verschillen tussen de hoogste frequenties […]. De laagste frequenties in de M.E.-groep droegen bij tot smallere globale band-breedtes (p < 0.05).

4. Bespreking

We toonden hier dat een groep of M.E.-patiënten een beperkt ruimtelijk visibiliteit-venster voor stimulus-contrast vertoonde vergeleken met een controle-groep. Dit was voornamelijk gekarakteriseerd door een tekort qua contrast-sensitiviteit bij lagere ruimtelijke frequenties. Deze bevindingen suggereren dat contrast-sensitiviteit tekorten een visuele merker voor M.E. zouden kunnen zijn en mogelijks indicatief voor abnormale visuele verwerking op het niveau van de retina en in de corticale en subcorticale visuele mechanismen.

De bevindingen die hier worden gepresenteerd dragen bij tot de aangroeiende literatuur die aantoont dat zicht-gerelateerde problemen een meetbare klasse symptomen vertegenwoordigt die courant gerapporteerd worden door patiënten met M.E. Zelf-rapportering studies beklemtoonden reeds het bestaan van M.E.-gerelateerde visuele problemen (troebel zicht, diplopie [dubbelzien], ‘floaters’ [kleine vlekjes die door het zicht-veld drijven], fotofobie, droge/geïrriteerde & vermoeide ogen, brandende ogen en niet-specifieke oog-pijn, slechte controle van de oog-beweging, slechte diepte-perceptie, vlekken/lichtjes & halo’s in het zicht-veld, en zicht-gerelateerde hoofdpijn & migraines). Andere studies onthulden abnormaliteiten van het oog-oppervlak [zie Caffery BE et al. hierboven] en vasculaire pathologie in het oog [Frolov VM, Petrunia AM. Pathology of the organ of vision in Chronic Fatigue Syndrome. Vestnik Oftalmol. (2003) 119: 45-47]. Er is ook bewijs voor significant meer exoforie [scheel-zien], lagere funktionele vergentie [gelijktijdige beweging van beide ogen in tegengestelde richtingen om het binoculair zicht te behouden] (dichtbij en veraf), een verdere convergentie en minder traan-secretie en kortere ‘break-up time’ [maat voor verdamping van de traan-film] bij M.E.-patiënten, in vergelijking met gezonde controles [Mastropasqua L et al. Ocular manifestations in Chronic Fatigue Syndrome. Ann. Ophthalmol. (2000) 32: 219-224], verminderde accommodatie [zie Godts D et al. hierboven], verstoorde anti-saccadische oog-bewegingen [vrijwillige oog-bewegingen gemaakt in de richting tegengesteld aan die waar een stimulus wordt gepresenteerd] en ‘smooth pursuit’ [het staren richten op een soepel bewegend ‘target’] [zie Badham SP et al. hierboven], gebrekkige visuele aandacht […] en verhoogde vatbaarheid voor patroon-gerelateerde visuele stress.

Hoewel we in de huidige studie het verband tussen vatbaarheid voor migraine en contrast-sensitiviteit niet direct bekeken, valt op te merken dat enkele andere studies een relatie vonden tussen migraine en contrast-sensitiviteit tekorten. Van speciaal belang voor de hier gerapporteerde contrast-sensitiviteit gebreken is een studie die een contrast-sensitiviteit tekort vond bij lage ruimtelijke frequenties in een groep mensen met migraine t.o.v. controles. Het is goed gedocumenteerd dat mensen met M.E. sommige visuele patronen oncomfortabel vinden en een verhoogde vatbarheid voor fotosensitiviteit en migraine rapporteren. Toekomstige studies die het verband onderzoeken tussen zicht-gerelateerde hoofdpijn en migraines bij M.E. en tekorten qua contrast-sensitiviteit zijn van belang en kunnen inzicht bieden omtrent de effekten van M.E. op de neurofysiologie van het visueel systeem.

Onze bevindingen vertonen gelijkenis met contrast-sensitiviteit tekorten die werden gerapporteerd bij Multipele Sclerose (MS). MS is een inflammatoire, neurodegeneratieve auto-immuun ziekte. Zoals mensen met M.E., vertonen MS-patiënten een brede waaier aan visuele symptomen. Ontsteking van de oogzenuw is courant [bij MS] samen met meldingen over zicht-verlies, verstoord kleuren-zicht, pijnlijke ogen, troebel zicht en visuele vermoeidheid. Een aantal studies onderzocht contrast-sensitiviteit bij MS en hoewel de ruimtelijke frequentie specificiteit van de studies varieert, is er overéénkomst aangaande het feit dat slechte contrast-sensitiviteit geassocieerd is met de aandoening. MS en M.E. delen fenomenologische en neuro-immune kenmerken. De aanvang van M.E. werd in verband gebracht met infekties en auto-immune aandoeningen en, zoals MS-patiënten, vertonen mensen met M.E. een reeks immune abnormaliteiten die wijzen op ontregeling van het immuunsysteem. Tekorten qua contrast-sensitiviteit kunnen, naast het feit dat ze een mogelijke klinische merker voor M.E. vertegenwoordigen, ook gewicht geven aan de notie dat M.E., zoals MS, een aandoening van het auto-immuun systeem is.

Er zijn enkele kanttekeningen te maken met betrekking tot het klinisch nut van het type contrast-sensitiviteit testen dat in de huidige studie werd gebruikt. Het meten van de volledige ruimtelijke frequentie afhankelijke contrast-sensitiviteit funktie d.m.v. traditionele psychofysische technieken – wat we deden in de huidige studie – is typisch zeer tijd-verslindend, met als resultaat dat de klinische bruikbaarheid van dit type test-methode beperkt is. Contrast-sensitiviteit kan ook worden bepaald d.m.v. letter-kaarten waar het contrast van grote letters afneemt voor elke horizontale lijn. De meest courant gebruikte contrast-letter-kaart is die van Pelli-Robson. Pelli-Robson kaarten bieden niet zo’n gevoelige meting van de contrast-sensitiviteit als traditionele psychofysische contrast-drempel procedures, maar ze hebben het voordeel dat ze veel sneller en makkelijker af te nemen zijn in een klinische omgeving. Verder is het moeilijk de ruimtelijke frequenties van contrast-letter-kaarten te kwantificeren omdat de letter-identificatie afhangt van de samenstellende ruimtelijke frequenties die de drempel bereiken. De vraag blijft daarom of ze een voldoende gevoelige meting van de contrast-sensitiviteit kunnen betekenen om tekorten in de vroege fases van de ziekte te identificeren en of ze kleine veranderingen qua contrast-sensitiviteit met verloop van tijd (vóór en na behandeling) kunnen detekteren. We deden follow-up met de Pelli-Robson kaart (omtrent de hier gerapporteerde ruimtelijke frequentie specifieke contrast-sensitiviteit tekorten) en vonden dat onze M.E.-groep goed presteerde en op een zelfde niveau als controles.

Wat betreft de klinische waarde van het bepalen van contrast-sensitiviteit bij M.E., zijn de psychofysische methodes die we hier hebben gebruikt waarschijnlijk te tijd-verslindend en de Pelli-Robson Test is niet voldoende gevoelig. Ontwikkelingen met betrekking tot Bayesiaanse procedures [Bayesiaanse statistiek is een benaderingswijze die veel wordt gebruikt in de medische statistiek. De Bayesiaanse methodiek is gebaseerd op de stelling van Bayes die kwantificeert wat de nieuwe a posteriori onzekerheden zijn, gegeven een verzameling van a priori onzekerheden en nieuwe gegevens. Met behulp van de stelling van Bayes kunnen verschillende bronnen van informatie worden gecombineerd.] die een snelle meting van de contrast-sensitiviteit funktie bieden, zijn in deze context beloftevol. Deze procedures bleken goed overéén te komen met contrast-sensitiviteit funkties bepaald d.m.v. conventionele psychofysische methodes (zoals in de huidige studie aangewend) bij normaal en klinisch zicht. Dergelijke procedures werden succesvol geïmplementeerd voor het meten van contrast-sensitiviteit bij amblyopie [‘lui oog’]. Ze werden ook gesuggereerd als een middel om de contrast-sensitiviteit funkties te meten bij patiënten met verminderd zicht.

Eén beperking van onze studie betreft ons M.E.-staal. Onze visuele test-protocollen vereisen een zorgvuldig gecalibreerde uitrusting. Zodoende konden we enkel M.E.-patiënten testen die in staat waren om zich te verplaatsen nar de universiteit om aan de studie deel te nemen. Hoewel de deelnemers in onze studie significant waren aangetast door M.E., konden we de contrast-sensitiviteit in de ernstig zieken, bv. degenen die bedlegerig zijn, niet meten. Onze bevindingen betekenen daarom dus waarschijnlijk een ondervertegenwoordiging van de gebreken in deze groep.

Samengevat: omdat er nog geen oorzaak van M.E. werd vastgesteld, er geen doorslaggevende testen zijn om de aanwezigheid ervan vast te stellen en geen definitieve uiterlijke tekenen die de aandoening van andere onderscheiden, moeten klinici vertrouwen op de zelf-percepties en -rapporteringen van de patiënten. Het identificeren van afzonderlijke klinische kenmerken van M.E. is een belangrijke kwestie. We rapporteren hier tekorten qua contrast-sensitiviteit in een groep ME-patiënten. We stellen voor dat deze bevindingen, samen met andere visuele problemen die worden ervaren door mensen met M.E., implicaties kunnen hebben voor de diagnose inzichten kunnen bieden omtrent de etiologie. Ze geven ook aanleiding tot een aantal belangrijke vragen die verdere studie rechtvaardigen.

Enkele van de onderzoekers die onderstaande studie uitvoerden, rapporteerden eerder over een verminderde diversiteit en gewijzigde samenstelling van het darm-microbioom (geheel van microben/bakterieën) bij M.E.(cvs) – zie Giloteaux L et al. Reduced diversity and altered composition of the gut microbiome in individuals with Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome. Microbiome (2016) 4: 30. Daar kondigden ze aan dat ze ook willen kijken naar virussen en schimmels in de darm, om te bekijken of één of een combinatie van meerdere, samen met bakterieën, de ziekte kunnen veroorzaken of er toe bijdragen. Hier melden ze nu dat ze een kleine vermindering vonden van de diversiteit van eukaryoten (cellen met een echte kern die het DNA bevat en door een membraan omlijnd is – prokaryoten = bakterieën) – schimmels en andere ééncelligen – maar dat ze geen specifieke konden identificeren die geassocieerd zijn met M.E.(cvs)…

————————-

PeerJ (2018) 6: e4282

Eukaryotes in the gut microbiota in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome

Mandarano AH¹, Giloteaux L¹, Keller BA², Levine SM¹, Hanson MR¹

1 Department of Molecular Biology & Genetics, Cornell University, Ithaca, NY, United States of America

2 Department of Exercise & Sport Sciences, Ithaca College, Ithaca, NY, United States of America

Samenvatting

Patiënten met Myalgische Encefalomyelitis/ Chronische Vermoeidheid Syndroom (M.E./CVS) lijden dikwijls onder gastro-intestinale symptomen velen krijgen de diagnose prikkelbare darm syndroom (IBS). Eerdere studies, ook door ons laboratorium uitgevoerd, hebben aangetoond dat de bakteriële samenstelling in de darm bij M.E./CVS veranderd is en minder divers in vergelijking met gezonde individuen. Patiënten vertonen verhoogde biomerkers voor inflammatie en lekke-darm syndroom. Om de dysbiose [dysbakteriose; microbieel onevenwicht] verder te onderzoeken in het M.E./CVS darm-microbioom, onderzochten we de eukaryoten aanwezig in de darm van 49 individuen met M.E./CVS en 39 gezonde controles karakteriseren. D.m.v. 18S rRNA sequentie-bepaling, hebben we eukaryoten geïdentificeerd in stoelgang-stalen van 17 gezonde individuen en 17 M.E./CVS-patiënten. Onze analyse toont een kleine, niet-significante daling aan qua eukaryote diversiteit bij M.E./CVS-patiënten t.o.v. gezonde individuen. Daarnaast vertonen M.E./CVS-patiënten een niet-significante toename van de verhouding van de schimmel-stammen Basidiomycota/Ascomycota, wat consistent is met aanhoudende inflammatie in M.E./CVS. We konden geen specifieke eukaryote taxa [taxonomische groepen; organismen die samen een éénheid vormen] identificeren die geassocieerd zijn met M.E./CVS.

INLEIDING

[…]

In een onderzoek omtrent het darm-microbioom bij het M.E./CVS, gebuikte ons laboratorium 16S ribosomaal RNA sequentie-bepaling om een afname van de algemene diversiteit van darm-prokaryoten aan te tonen bij patiënten met M.E./CVS t.o.v. gezonde controles [zie onze inleiding: Giloteaux et al. (2016)]. De patiënten vertoonden verminderde aanwezigheid van meerdere anti-inflammatoire soorten en verhoogd voorkomen van meerdere pro-inflammatoire soorten bakterieën. Specifiek: soorten behorend tot de [bakterie-stam] Firmicutes bleken gereduceerd en de Proteobacteria waren toegenomen bij M.E./CVS-patiënten. Bepalingen van bloed-merkers voor inflammatie onthulden significant gestegen lipopolysaccharide (LPS), LPS-bindend proteïne (LBP) en oplosbaar CD14 (sCD14). Eerdere studies van de M.E./CVS darm-microbiota die zowel culturen en ‘high-throughput’ sequentie-bepaling methodes gebruikten, hebben verschillen getoond qua bakteriële samenstelling tussen patiënten en gezonde controles [o.a. Armstrong CW, McGregor NR, Butt HL et al. The association of fecal microbiota and fecal, blood serum and urine metabolites in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome. Metabolomics (2017) 13: 8 /// Navaneetharaja et al. A role for the intestinal microbiota and virome in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome (ME/CFS)? Journal of Clinical Medicine (2016) 5: 55 /// Shukla et al. Changes in gut and plasma microbiome following exercise challenge in myalgic encephalomyelitis/chronic fatigue syndrome (ME/CFS) PLoS ONE (2015) 10: e0145543]. Bewijs voor verhoogde darm-doorlaatbaarheid correlerend met inflammatoire merkers en gastro-intestinaal ongemak werd ook al aangetoond bij M.E./CVS-patiënten via IgA- en IgM-responsen op LPS [Maes M et al.]. Werk door top M.E./CVS klinici [Nagy-Szakal D et al. Fecal metagenomic profiles in subgroups of patients with Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome. Microbiome (2017) 5: 44] identificeerde verder verschillen qua bakteriële samenstelling in de darm bij patiënten met M.E./CVS met en zonder IBS vergeleken met gezonde controles. Meerdere studies hebben bakterie-therapie of behandeling met orale probiotica gedocumenteerd als verlichtend voor M.E./CVS-symptomen of hebben symptomen gelinkt met bakteriële samenstelling [o.a. Borody TJ et al. The GI microbiome and its role in Chronic Fatigue Syndrome: a summary of bacteriotherapy. Journal of the Australasian College of Nutritional and Environmental Medicine (2012) 31: 3-8 /// Rao et al. A randomized, double-blind, placebo-controlled pilot study of a probiotic in emotional symptoms of Chronic Fatigue Syndrome. Gut Pathogens (2009) 1: 6 (zie ‘Effekt van supplementering met melkzuur-producerende bakterieën bij CVS’) /// Wallis A, Butt H et al. Support for the microgenderome: associations in a human clinical population. Scientific Reports (2016) 6: 19171].

Aangezien de significante rol van het darm-microbioom voor de gezondheid duidelijker is geworden, heeft de meeste research zich gefocust op prokaryote darm-‘bewoners’. De darm-microbiota bestaan echter ook uit populaties van eukaryoten en virussen. Eukaryoten in de darm omvatten protozoa [ééncellige micro-organismen met o.a. amoeben, zweepdiertjes, enz.] en schimmels, die commensaal [onschadelijk voor het gastheer-organisme] of pathogeen kunnen zijn. Blastocystis bv., historisch gelinkt met meerdere ziekten, staat bekend aanwezig te zijn bij mensen. Eukaryoten interageren met de prokaryoten aanwezig in de darm en de prokaryote samenstelling kan de pathogeniteit van eukaryoten beïnvloeden. In sommige gevallen zijn darm-eukaryoten enkel pathogeen wanneer het immuunsysteem aangetast is. Eukaryoten in de darmen vertonen beperkte gelijkenissen bij gezonde individuen.

Wijzigingen qua darm-eukaryoten werden gelinkt met auto-immuun ziekten, obesitas, allergieën, inflammatoire darm-ziekten (IBD) en diabetes. Bij IBD is er bewijs voor verhoogde antilichamen tegen Saccharomyces cerevisiae [in de volksmond bier- of bakkers-gist] en eukaryote dysbiose, wat werd gelinkt met inflammatie. Pathogeniteit van het protozoön Entamoeba hystolytica wordt beïnvloed door inflammatie, en protozoa-infekties kunnen ook de afgifte induceren van IgE en inflammatoire cytokinen.

M.E./CVS bleek gelinkt met een mogelijk eukaryoot pathogeen. In het bijzonder: giardiase [darm-infektie veroorzaakt door de parasiet Giardia lamblia] bleek geïmpliceerd met uitbraken van M.E./CVS in Nieuw-Zeeland in 1984 en Californië in 1985. Na een uitbraak van giardiase in Noorwegen in 2004, ontwikkelden minstens 5% van de geïnfekteerden met M.E./CVS [Naess et al. Chronic Fatigue Syndrome after Giardia enteritis: clinical characteristics, disability and long-term sickness absence. BMC Gastroenterology (2012) 12: 13]. Er werd een link tussen M.E./CVS en een protozoale infektie zoals Blastocystis of Dientamoeba gesuggereerd. Een onderzoek naar Candida albicans in stoelgang-stalen vond verhoogde aanwezigheid bij M.E./CVS-patiënten tijdens de acute fase van de ziekte versus remissie [Evengard et al. Increased number of Candida albicans in the faecal microflora of Chronic Fatigue Syndrome patients during the acute phase of illness. Scandinavian Journal of Gastroenterology (2007) 42: 1514-1515]. Een studie op basis van cultuur-methoden onderzocht de totale gist aanwezigheid in stoelgang-stalen bij M.E./CVS en vond een niet-significante afname in vergelijking met gezonde individuen [Armstrong CW, McGregor NR, Butt HL et al. The association of fecal microbiota and fecal, blood serum and urine metabolites in Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome. Metabolomics (2017) 13: 8]

Studies van eukaryoten in de darm bleven beperkt, gedeeltelijk door de beschikbare methodes en databases. Eukaryoten kunnen worden geïdentificeerd via de variabele gebieden van hun 18S-rRNA gen [18S ribosomaal RNA] net zoals prokaryoten kunnen worden geïdentificeerd door 16S sequentie-bepaling [16S ribosomaal RNA; onderdeel van ribosomen (plaatsen waar de proteïne-synthese geschiedt); de genen die er voor coderen worden gebruikt om evolutie en verwantschap van organismen te bestuderen, omwille van de trage (genetische) evolutie in dit gebied]. Op basis van eerdere bevindingen van dysbiose en inflammatie bij M.E./CVS, poneerden we hypothese dat de eukaryote gemeenschap in de darm gewijzigd zou kunnen zijn bij M.E./CVS, en bijkomende aanwijzingen zou kunnen bieden en potentiële diagnostische merkers voor deze ziekte. Om de samenstelling van darm-eukaryoten te karakteriseren en een mogelijke link tussen darm-eukaryoten en M.E./CVS te onderzoeken, wilden we de eukaryoten identificeren aanwezig in de darm van M.E./CVS-patiënten en gezonde individuen. Om dit te bewerkstelligen, gingen we over tot amplificatie en sequentie-bepaling van het V9-gebied [één van de hyper-variable gebieden] van het 18S-rRNA gen bij patiënten en gezonde controles, en analyseerden we de resultaten wat betreft verschillen qua taxa en diversiteit.

MATERIALEN & METHODES

Individuen en verzameling van stalen

[…] Fukuda criteria […]. Stoelgang-stalen werden thuis verzameld en gekoeld bewaard […].

DNA-extractie & 18S amplificatie

[…]

Sequentie-analyse

[…]

Analyse van de veelheid aan taxa

[…]

Diversiteit-vergelijkingen

[…]

RESULTATEN

Populatie

DNA-extractie uit stoelgang van 49 M.E./CVS-patiënten en 39 gezonde individuen. Na amplificatie van het 18S rRNA gen, sequentie-bepaling en verwerking, gingen we over tot identificatie van eukaryote sequenties bij 17 patiënten met M.E./CVS en 17 gezonde individuen voor verdere analyse. Bij de gezonden waren 16 vrouwen en 1 man, terwijl er bij de M.E./CVS-populatie 13 vrouwen en 4 mannen waren. De gemiddelde leeftijd was gelijkaardig […]. De BMI was bijna identiek […]. 11 van de 17 M.E./CVS-patiënten meldde gastro-intestinale symptomen (6 op 17 bij de gezonde individuen). ‘Bell Disability Scale’ [ook ‘CFIDS disability scale’ genaamd; een symptoom-schaal gecreëerd door dokter David Bell] scores van 15 patiënten lagen tussen 10 & 50 (op 100).

Resultaten van de sequentie-bepaling en keuze van de ‘Operational Taxonomic Units’ (OTUs)

[‘OTU’ refereert naar clusters van organismen gegroepeerd op basis van DNA-sequentie gelijkenis van een specifiek merker-gen]

[…]

Geïdentificeerde taxa

Gemiddeld waren de schimmels de meest voorkomende taxa in onze populatie (32,1%). Binnen de schimmels kwam het fylum [bakteriële stam] Ascomycota het meest voor (17,3%), gevolgd door Basidiomycota (13,3%) & Zygomycota (0,9%). Gemiddeld 0,7% waren schimmels van een ander fylum of bleken niet klassificeerbaar (gegroepeerd als ‘andere schimmels’). Een klein aan OTUs werd geklassificeerd als Stramenopiles (6,6%) en 1 M.E./CVS-patient droeg 0,8% Excavata. Gemiddeld 61,4% van de OTUs per individu bleef ongeklassificeerd op elk niveau (‘onbekend’). […]

[verdere onderverdeling beschikbaar]

Specifieke darm-eukaryoten taxa bij M.E./CVS-patiënten zijn niet significant verschillend van gezonde controles

We gebruikten de volledige data-set voor vergelijking van het voorkomen van de taxa. Een taxum werd echter pas beschouwd als aanwezig in een individueel staal als het werd vertegenwoordigd door min. 5 OTUs […]. De samenstelling van de eukaryote micro-organismen was relatief uniek per individu. Desondanks droegen (onder de geïdentificeerde OTUs) de meeste individuen een meerderheid van schimmel-soorten. Verschillen qua hoeveelheden specifieke eukaryoten tussen M.E./CVS-individuen en gezonde individuen bleken niet statistisch significant op elk taxonomisch niveau.

Globaal gezien hadden de gezonde controles ietsje minder schimmels t.o.v. de M.E./CVS-patiënten (30,6% vs. 33,6%). Op fylum-niveau waren er minder Ascomycota bij de M.E./CVS-patiënten (22,6% vs 11,9%). Dit werd weerspiegeld in een corresponderende toename van het schimmel-fylum Basidiomycota bij de M.E./CVS-patiënten (7,8% vs. 18,7%). Er was daarom een niet-significante toename van de verhouding Basidiomycota op Ascomycota bij de patiënten (0,3 vs. 1,6). Het schimmel-fylum Zygomycota was ook verhoogd bij M.E./CVS (0% vs. 1.8%) maar dit werd voornamelijk bepaald door slechts 2 patiënten. Op dezelfde manier was een toename qua Stramenopiles van 0,2% (controles) naar 12,9% (M.E./CVS) voornamelijk te wijten aan meer Blastocystis bij 2 patiënten. Eén M.E./CVS-patient had een klein deel (0,8%) Excavata (geklassificeerd bij de orde Neobodonida).

Binnen de Ascomycota lag het overwegend verschil op orde-niveau: de relatieve hoeveelheid Saccharomycetales was gedaald bij de M.E./CVS-patiënten (22,5% vs. 11%). Binnen de Basidiomycota droeg een aantal stijgingen qua relatieve hoeveelheid toe tot de globale hogere hoeveelheid. De hoeveelheid van de klasse Agaricomycetes was gestegen bij de M.E./CVS-patiënten (6,9% vs. 15,3%). Dit omvatte toenames van de ordes Agaricales (0,5% vs. 6%), Boletales (0% vs. 6%) & Polyporales (0% to 0,14%). De Basidiomycota klasse Tremellomycetes was ook verhoogd bij M.E./CVS-patiënten, globaal genomen (0,3% vs. 2,6%). Dit was te wijten aan de onbekende Tremellomycetes (0,0% vs. 2,5%) & Cystofilobasidiales (0% to 0,08%). Interessant is dat een klein deel van de OTUs geïdentificeerd werden als Tremellales bij gezonde individuen (0,3%) maar er werden er geen geïdentificeerd bij de M.E./CVS-patiënten. M.E./CVS-patiënten hadden ook meer Malasseziales (0,2% vs. 0,9%) maar deze orde werd enkel vastgesteld bij 1 gezond individu en 1 M.E./CVS-patient. De Basidiomycota ordes Sporidiobolales & Ustilaginales waren enkel aanwezig bij gezonde controles en dit in zeer geringe hoeveelheden (0,1% & 0,2% respectievelijk). In beide gevallen werden deze lage hoeveelheden bepaald door één enkel individu. De toename qua Zygomycota bij M.E./CVS-patiënten was te wijten aan lichte stijgingen Entomophthorales (0% vs 0,1%) & Mucorales (0% vs. 1,7%), te wijten aan telkens één enkele patient.

Naast een toename qua Blastocystis hadden M.E./CVS-patiënten een hogere gemiddelde hoeveelheid van de Stramenopile ordes Pleurosigma (0,1% vs. 0,2%), Eustigmatales (0% vs. 1,2%) & Peronosporales (0,1% vs. 1,7%). Ten slotte hadden M.E./CVS-patiënten lagere gemiddeldes van onbekende OTUs. […]

Darm eukaryote diversiteit bij M.E.//CVS verschilt niet van gezonde controles

Om de diversiteit bij M.E./CVS-patiënten te evalueren in vergelijking met gezonde individuen, maakten we gebruik van berekeningen van de alfa- & beta-diversiteit [aantal taxa binnen één enkel microbieel ecosysteem: hoeveel verschillende soorten worden er in een staal gedetekteerd? (alfa) – diversiteit in een gemeenschap van micro-organismen over verschillende omgevingen; verschil in taxonomische veelheid tussen verschillende stalen: hoe verschillend is de samenstelling van één staal tot een ander? (beta)]. Dit liet ons toe 11 M.E./CVS-patiënten en 10 gezonde controles voor de analyse op te nemen. De karakteristieken van deze subpopulaties waren gelijkaardig aan die van de ganse populatie. De 10 gezonde individuen hadden een gemiddelde leeftijd van 43,6 ± 13,6 en een gemiddelde BMI van 27,7 ± 5,2; terwijl de 11 M.E./CVS-patiënten een gemiddelde leeftijd van 54 ± 11,6 en een gemiddelde BMI van 26,2 ± 4,9 hadden. Er waren 9 vrouwen en 1 man bij de gezonde controle groep, en 7 vrouwen en 4 mannen and in de patiënten-groep. Slecht 3 gezonde individuen rapporteerden gastro-intestinale symptomen, t.o.v. 8 M.E./CVS-patiënten.

[…] Hoewel er een kleine afname qua fylogenetische diversiteit (controles 6,7 ± 2,1 vs. M.E./CVS-patiënten 6,0 ± 2,4), was , bleek deze niet statistisch significant (p = 0.58). We berekenden ook op meerdere andere manieren de diversiteit, en het aantal geobserveerde soorten [controles 18,1 + 6,9 vs. M.E./CVS-patiënten 14,1 + 7,8 (p = 0.25)]. Opnieuw bleken deze waarden niet statistisch significant verschillend voor alfa-diversiteit, ondanks de consistent lagere gemiddelde waarden bij M.E./CVS-patiënten t.o.v. gezonde controles.

We evalueerden ook de beta-diversiteit in onze populatie. […]. Geen enkele berekening onthulde clustering van individuen op basis van ziekte, of op basis van de bijkomende variabelen (gegevens niet getoond).

BESPREKING

Vergeleken met studies over prokaryoten in het menselijk darm-microbioom, zijn de studies aangaande eukaryoten in de darm beperkt. Veel van de rapporten over darm-eukaryoten gebruiken andere methodes dan ‘high throughput’ sequentie-bepaling. Ons doel was de karakterisatie van eukaryoten in de darm van M.E./CVS-patiënten die eerder waren getest qua bakteriële samenstelling, en de eukaryote diversiteit en samenstelling vergelijken met gezonde individuen. Veel van de in onze populatie geobserveerde taxa werden in eerdere studies geïdentificeerd in de darm en in sommige gevallen waren ze geassocieerd met ziekte.

Schimmels behorend tot de Ascomycota, Basidiomycota & Zygomycota fyla werden eerder in de darm geobserveerd. Saccharomycetales zijn courant geïdentificeerde Ascomycota in de menselijke darm en werden ook in onze populatie gezien. Malessiziales, leden van de Basidiomycota, waren aanwezig bij 1 gezonde controle en 1 M.E./CVS-patient, en werden eerdere gevonden in faeces-stalen en geassocieerd met IBD. Mucorales, leden van de Zygomycota, worden courant geïdentificeerd en kunnen infekties bij mensen veroorzaken, bijzonderlijk wanneer het immuunsysteem gecompromitteerd is. We identificeerden Mucorales bij 1 M.E./CVS-patient, maar waren niet in staat deze OTU verder te klassificeren. Een andere Zygomycota orde, Entomophthorales, was aanwezig in lage hoeveelheden bij 1 M.E./CVS-patient, die melding maakte van gastro-intestinale symptomen. Soorten van de Entomophthorales zijn ook in staat infekties bij mensen te veroorzaken.

Er wordt gedacht dat Blastocystis de voornaamste, zo niet de enige, Stramenopile aanwezig zijn in de menselijke darm. We zagen Blastocystis bij 3 M.E./CVS-patiënten, en deze omvatten de meerderheid van de OTUs in 2 van deze patiënten. Deze relatief lage incidentie van Blastocystis is verrassend in vergelijking met andere studies van menselijke darm-eukaryoten. Interessant is dat alle 3 de M.E./CVS-patiënten met detekteerbare Blastocystis gastro-intestinale symptome meldden.

De uitdagingen geassocieerd met de karakterisatie van eukaryoten in het menselijk darm-microbioom omvatten hun geringe aanwezigheid en diversiteit, alsook de invloed van gastheer- en dieet-DNA. DNA behorend tot eukaryote micro-organismen is slechts een beperkte component van dat het totaal geïsoleerd uit faeces-stalen, wat het aantal eukaryote ‘reads’ [een ‘read’ is het resultaat van een sequentie-bepaling (volgorde van de base-paren of nucletioden)] van hoge kwaliteit beperkt. Hoewel de door ons geconsulteerde database het mogelijk maakt eukaryoten te identificeren gebaseerd op de 18S rRNA hyper-variable gebieden, suggereert het gebrek aan identificatie van de ‘reads’ in onze studie dat 18S databases nog onvolledig zijn. Diepgaande klassificatie kan onmogelijk blijken, bij het gebruik van het 18S rRNA gen – bijzonderlijk voor schimmels. Om die reden kan sequentie-bepaling van de interne ‘spacers’, die worden gevonden tussen eukaryote rRNA genen in, voordelig zijn ter verbetering van de identificatie van schimmels tot op het niveau van de soort. Eukaryote identificatie is ook een uitdaging omwille van de veranderende en complexe taxonomische klassificatie-systemen.

Eerdere studies van menselijke darm eukaryoten stootten op gelijkaardige moeilijkheden. Onderzoekers rapporteerden lage sequentie-veelheid, maar toonden ook dat een ‘sequence-depth’ [het aantal ‘reads’ dat een bepaald nucleotide bevat] van 150 sequenties van het 18S rRNA gen toereikend was om maximale diversiteit in menselijke faeces-stalen te bereiken. Verder toonden ze een brede waaier aan unieke eukaryote gemeenschappen van het ene individu naar het andere. Dit droeg waarschijnlijk bij tot de verschillen in rapporten van menselijke darm-eukaryoten en maakt vergelijkingen van de veelheid aan taxa tussen groepen individuen een uitdaging.

Het fylum Basidiomycota wordt beïnvloed door dieet, aangezien het eetbare paddenstoelen omvat binnen de orde Agaricales, die courant werden geïdentificeerd bij onze individuen. Ook de hoeveelheden Saccharomycetales kunnen beïnvloed worden door het dieet. Hoewel onze gegevens een hoog niveau Saccharomycetales tonen, zoals eerder al werd getoond, zagen we geen grote hoeveelheden Candida soorten binnen deze orde (gegevens niet getoond). Dit kan te wijten zijn aan een onvermogen om vele van de Saccharomycetales verder dan op orde-niveau te klassificeren, alsook aan de moeilijkheid om Saccharomyces en Candida van elkaar te onderscheiden. We zagen weinig Blastocystis in onze gegevens-set, wat een courant commensaal organisme in de menselijke darm is, en we identificeerden geen Dientamoeba of Nematodes die anderen hebben gevonden. Deze limieten kunnen te wijten zijn aan de gebruikte primers of de DNA-extractie methode, die misschien niet in staat was bepaalde cellen of sporen te lyseren.

Interessant: we observeerden een verschuiving qua relatieve hoeveelheden Ascomycota en Basidiomycota maar deze veranderingen waren niet statistisch significant. Ascomycota en Basidiomycota bleken eerder al omgekeerd met elkaar gecorreleerd. Dit is consistent met onze resultaten, in de zin dat M.E./CVS-patiënten afgenomen Ascomycota en toegenomen Basidiomycota vertonen. Verder toonden onderzoekers aan dat de verhouding Basidiomycota op Ascomycota statistisch significant toegenomen was in patiënten met IBD tijdens opstoten, maar terugkeerde naar waarden die worden gezien bij gezonde controles wanneer patiënten in remissie gingen; wat een link suggereert tussen deze verhouding en inflammatie. Een bijkomende studie met patiënten met de ziekte van Crohn onthulde ook toegenomen Basidiomycota en afgenomen Ascomycota in vergelijking met gezonde individuen. Zodoende is stijging van deze verhouding bij M.E./CVS versus gezonde individuen consistent met een inflammatoire toestand bij de patiënten. We kunnen echter de invloed van een verschillend dieet op deze verhoudingen niet uitsluiten.

Aangezien we eerder een daling qua prokaryote diversiteit en bakteriële dysbiose bij M.E./CVS-patiënten hebben getoond, zouden we significante wijzigingen qua diversiteit en eukaryote hoeveelheden bij de patiënten [zie Giloteaux et al. hierboven] kunnen hebben verwacht. Hoewel niet significant, toonden we een kleine afname qua eukaryote diversiteit bij M.E./CVS-patiënten vergeleken met gezonde controles aan. Eukaryoten in het darm-microbioom bleken te correleren met prokaryoten. Correlaties tussen bakteriële en eukaryote diversiteit in de darm zijn inconsistent, net zoals rapporten over veranderingen qua eukaryote diversiteit bij inflammatoire ziekte. Toegenomen diversiteit van eukaryoten bleek geassocieerd bij Crohn’s in 2 afzonderlijke studies. Omgekeerd: er werd gedaalde schimmel-diversiteit aangetoond bij patiënten met ulceratieve colitis [pathologische intestinale aandoening] vergeleken met gezonde individuen of patiënten in remissie. Ook werd getoond dat pediatrische patiënten met IBD verminderde schimmel-diversiteit vertonen.

BESLUITEN

Onze resultaten tonen aan dat de M.E./CVS darm-eukaryote samenstelling consistent is met een inflammatoire toestand. Onder de eukaryoten die we identificeerden, was er niet één specifieke darm-eukaryoot geassocieerd met M.E./CVS. M.E./CVS-patiënten vertoonden echter een gestegen verhouding van gemiddelde hoeveelheden Basidiomycota op Ascomycota, wat eerder werd gelinkt met inflammatie bij IBD. Bijkomend: M.E./CVS-patiënten hadden een niet-significante daling qua darm-eukaryote diversiteit. Onze studie toont de uitdaging betreffende het vergelijken van eukaryote microbiota tussen een patiënten- en controle-groep omwille van moeilijkheden omtrent extractie van of nucleïnezuur en identificatie van sequenties, de invloed van externe factoren zoals dieet, alsook de grote individuele variatie tussen eukaryote taxonomische eenheden aan, zelfs binnen een groep. Ondanks deze uitdagingen, hebben bevindingen de rol van eukaryoten in het darm-ecosysteem, ook bij ziekte, benadrukt. Gezien het eerder bewijsmateriaal dat een link suggereert tussen M.E./CVS en pathogene eukaryoten, is karakterisatie van darm-eukaryoten bij of M.E./CVS-patiënten en gezonde controles waardevol, zelfs al had de populatie een beperkte grootte. Onze gegevens zijn consistent met de inflammatoire toestand in de darm die in eerdere studies over het M.E./CVS bakterieel microbioom werd gedocumenteerd. Een belangrijke kwestie bij toekomstige research is bepalen wat inflammatie bij M.E./CVS veroorzaakt.

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

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

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

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

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

————————-

Med Hypotheses (2018) 110: 150-154

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

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

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

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

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

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

5 Department of Neurosurgery, ZNA Middelheim, Antwerp, Belgium

6 Clinical Electromyography Laboratory, University Hospitals UZ Leuven, Belgium

Samenvatting

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

Inleiding

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

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

Neurologische klachten

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

Neurologische symptomen

Bewijsmateriaal heeft aangetoond dat FMP detekteerbare neurologische abnormaliteiten vertonen.

Sensorische stoornissen

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

Spierkracht

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

‘Small-fibre’ neuropathie

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

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

Axonale betrokkenheid

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

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

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

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

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

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

FMP reageren op medicijnen die worden gebruikt voor perifere neuropathische pijn

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

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

Idiopathische intracraniale hypertensie (IICH)

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

Radiculaire pijn

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

Gezichtspijn

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

Cognitieve dysfunktie

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

Zwaarlijvigheid

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

Idiopathische normale druk hydrocefalie (INPH)

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

Pijn

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

Volume grijze-stof

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

Urinaire incontinentie

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

Manier van gaan

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

Symptomatische Tarlov cysten (STC)

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

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

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

Aanvang

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

Chronische pijn

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

Rol van de bloed-zenuw-barrière (BNB)

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

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

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

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

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

Besluiten

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

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

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

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

Telomeren zijn de repetitieve sequenties die de uiteinden van chromosomen beschermen en de genomische integriteit helpen bewaren. Menselijke chromosomen worden begrensd en gestabiliseerd door telomeren. Ze bestaan uit meerdere duizenden copieën van een hexameer (6 nucleotiden) sequentie (TTAGGG)_n ondersteund door een complex van DNA-bindende proteïnen en enzymes. Telomeren zorgen er voor dat de chromosoom-uiteiden worden herkend als beschadigd DNA waarbij herstel van de dubbele streng nodig is. Telomeren worden wel eens vergeleken met de plastic tip aan het uiteinde van een schoenveter: ze voorkomen degradatie en ‘uitrafeling’ van chromosomen. Telomeren variëren in lengte tussen chromosoom en individuen. Ze verkorten met elk cel-deling omdat de zeer repetitieve DNA-sequenties niet efficient worden gecopieerd (het zgn. ‘end replication problem’), wat leidt tot een progressief verlies van de gemiddelde telomeer-lengte (15 tot > 60 baseparen per jaar). De mate van telomeer-slijtage is het hoogst gedurende de eerste levensjaren maar stijgt ook na de leeftijd van 50 jaar.

De telomeer-lengte werd eerder al gelinkt met fibromyalgie-pijn (‘Pain is associated with short leukocyte telomere length in women with fibromyalgia’. J Pain (2012) 13: 959-69).

De groep die onderstaande studie uitvoerde, publiceerde in 2016 al een samenvatting van de resultaten die ze hadden voorgesteld op de Experimental Biology Meeting dat jaar (‘Telomere length analysis in Chronic Fatigue Syndrome’ in The FASEB Journal 30). Nu dus een uitgebreid artikel.

————————-

Journal of Translational Medicine Vol 16, #1, p 44 (februari 2018)

Association of Chronic Fatigue Syndrome with premature telomere attrition

Mangalathu S. Rajeevan (1), Janna Murray (1,2), Lisa Oakley (1,3), Jin-Mann S. Lin (1), Elizabeth R. Unger (1)

1 Division of High-Consequence Pathogens & Pathology, Centres for Disease Control and Prevention, Atlanta, USA

2 Influenza Division, Centres for Disease Control and Prevention, Atlanta, USA

3 College of Public Health and Human Services, Oregon State University, Corvallis, USA

Samenvatting

Achtergrond Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS), ook bekend als Myalgische Encefalomyelitis (M.E.), is een ernstig invaliderende aandoening met onbekende etiologie. De symptomen en risico-factoren van M.E./CVS delen kenmerken met de versnelde veroudering die geïmpliceerd is bij meerdere ziekten. Gebruikmakend van telomeer-lengte als merker, werd deze studie uitgevoerd om de hypothese te testen dat M.E./CVS geassocieerd is met versnelde veroudering.

Methodes Gegevens van de deelnemers (n = 639) kwamen van de follow-up van de Georgia CVS-studie. De deelnemers werden geklassificeerd – gebruikmakend van de 1994 ‘CFS Research Case Definition’ met op vragenlijsten gebaseerde subschaal drempels voor vermoeidheid, funktioneren en symptomen – in 4 ziekte-groepen: CVS als aan alle criteria werd voldaan (n = 64), CVS-X als CVS met uitsluitende aandoeningen (n = 77), ISF (onvoldoende symptomen/vermoeidheid) als slechts aan enkele criteria werd voldaan ongeacht uitsluitende aandoeningen (n = 302) en NF (niet-vermoeid) als niet aan de criteria werd voldaan en er geen uitsluitende aandoeningen waren (n = 196). De relatieve telomeer-lengte (T/S-ratio) [de verhouding van telomeer PCR-signaal (T) op het PCR-signaal van een ‘single copy’ gen (S); deze is proportioneel met de gemiddelde telomeer-lengte per cel en wordt uitgedrukt t.o.v. de T/S-ratio van een referentie-DNA] werd gemeten gebruikmakend van DNA uit vol bloed en ‘real-time’ PCR. Er werden algemene lineaire modellen gebruikt om het verband te bepalen tussen ziekte-groepen of T/S-verhouding en demografische gegevens, biologische metingen en co-variabelen (significantie p < 0.05).

Resultaten De gemiddelde T/S-ratio verschilde significant per ziekte-groep (p = 0.0017); de T/S-ratios bij CVS (0.90 ± 0.03) en ISF (0.94 ± 0.02) waren elk significant lager dan voor NF (1.06 ± 0.04). Verschillen qua T/S-verhouding bij de ziekte-groepen bleven significant na aanpassing voor co-variabelen (leeftijd, geslacht, ‘body-mass-index’, lende/heup-verhouding, post-exertionele malaise en opleidingsniveau). De telomeer-lengte was 635, 254 & 424 baseparen korter bij CVS, CVS-X & ISF, respectievelijk, t.o.v. van NF. Deze kortere telomeer-lengte vertaalt zich in ruw-weg 10,1-20,5, 4,0-8,2 & 6,6-13,7 jaar bijkomende veroudering bij CVS, CVS-X & ISF t.o.v. NF, respectievelijk. Verder toonden analyses op basis van leeftijd en geslacht aan dat de associatie van of M.E./CVS met korte telomeren grotendeels wordt bepaald door vrouwelijke individuen van minder dan 45 jaar.

Besluiten Deze studie vond een significant verband tussen M.E./CVS en vroegtijdige telomeer-slijtage die grotendeels wordt bepaald door vrouwelijke individuen van minder dan 45 jaar oud. Onze resultaten geven aan dat M.E./CVS kan worden opgenomen in de lijst van aandoeningen die geassocieerd zijn met versnelde veroudering. Er is verder werk vereist om de funktionele betekenis van die versnelde veroudering bij M.E./CVS te evalueren.

Achtergrond

[…]. De symptomen en risico-factoren voor M.E./CVS hebben kenmerken die gemeenschappelijk zijn met deze voor versnelde veroudering/vroegtijdige immunosenescentie [de geleidelijke verslechtering van het immuunsysteem veroorzaakt door natuurlijk ouder-worden]. Versnelde veroudering bleek betrokken bij meerdere ziekten en slechte gezondheid-resultaten, en telomeer-lengte is een alom gebruikte merker van versnelde veroudering.

Telomeren zijn meerdere duizenden ‘repeats’ van TTAGGG nucleotide-sequenties die de uiteinden van lineaire chromosomen begrenzen. Telomeren verkorten tijdens elke serie cel-replicatie […] en zodoende weerspiegelt telomeer-lengte de replicatie-geschiedenis van cellen en bepaalt ze de levensduur van cellen. Omwille van de graduele erosie van telomeren bij elke cel-deling, is leeftijd de sterkste voorspeller van de telomeer-lengte van een individu. Meerdere rapporten geven echter geslacht-verschillen aan: voor leeftijd aangepaste telomeer-lengte van leukocyten bleek langer bij volwassen vrouwen dan mannen. Daarnaast is er ook een impact op telomeer-lengte door andere genetische, epigenetische, fysiologische en omgeving-factoren. Deze factoren dragen bij tot de variabiliteit van zowel de absolute telomeer-lengte en de mate van telomeer-verkorting bij individuen. Chronische inflammatie en oxidatieve stress kunnen telomeer-slijtage verhogen, wat mogelijks de associatie van versnelde telomeer-verkorting bij ziekte verklaart [metabole & inflammatoire ziekten, psychiatrische aandoeningen, kanker]. We hypothiseren dat M.E./CVS geassocieerd is met versnelde veroudering en dat kortere telomeren kunnen dienen als een merker voor dit verband. We testten onze hypothese betreffende telomeer-lengte gebruikmakend van DNA uit vol bloed met de klemtoon op een aantal demografische, metabole en ‘allostatic load’ variabelen [Allostatische belasting is een term uit de psychosomatiek: opéénstapeling van ontregelde fysiologische regelsystemen waardoor de soepelheid van de adaptatie afneemt; een vorm van slijtage; ook: een slechte stress-reaktie, in plaats van je evenwicht te bewaren gaan de stresshormonen je psychisch en lichamelijk ondermijnen. Meten van de ‘allostatic load’ = verzamelen van informatie over fysiologische aktiviteit van meerdere belangrijke regelsystemen zoals de HPA-as en het sympathisch zenuwstelsel, zowel als het cardiovasculair systeem, het immuunsysteem en metabole processen] die waarschijnlijk een invloed hebben op de associatie tussen M.E./CVS-status en telomeer-lengte. Onze resultaten tonen significante telomeer-verkorting aan bij individuen met M.E./CVS en andere vermoeidheid-groepen in de globale studie-groep, waarbij analyses significante vroegtijdige telomeer-erosie bij vermoeide vrouwelijke deelnemers jonger dan 45 jaar onthulden. Deze bevindingen ondersteunen de opname van het model van vroegtijdige en versnelde immunosenescentie in toekomstige studies naar de M.E./CVS-pathofysiologie.

Methodes

Gegevens-bronnen & studie-groep

De gegevens kwamen uit de ‘follow-up’ fase van een 2-ledige populatie-gebaseerde longitudinale studie van CVS en vermoeiende ziekte in Georgia (V.S.) […].

De huidige analyse focuste op gegevens van de klinische evaluatie van deze fase; deze omvatte een gedetailleerde medische anamnese, lichamelijk onderzoek, laboratorium-testen en psychiatrische evaluatie […]. De deelnemers vulden een aantal vragenlijsten in, waaronder de ‘Multidimensional Fatigue Inventory’ (MFI-20), de ‘Short Form Health Survey’ (SF-36 v2) en de ‘CDC Symptom Inventory’ (SI). […] De hartslag (bpm), systolische & diastolische bloeddruk (mmHg), lengte, gewicht, en buik- & heup-omtrekken werden gemeten […]. De afgeleide parameters ‘body-mass-index’ (BMI) en lende/heup-ratio (WHR) werden berekend [BMI = gewicht/lengte² (kg/m²)]; [WHR = buik/heup (cm/cm)]. De analyse omvatte biologische metingen zoals HDL-cholesterol (mg/dl), triglyceriden (mg/dl), nuchtere glucose (mg/dl), insuline (µIU/ml), C-reactief proteïne (CRP, mg/dl) en albumine (g/dl).

Diagnose CVS: voldoen aan de 1994 internationale research-definitie. Individuen met onverklaarde chronische ziekte met onvoldoende symptomen/vermoeidheid om te voldoen aan alle CVS-criteria werden geklassificeerd in de ‘insufficient symptoms/fatigue’ (ISF) groep. Individuen die aan geen enkele van de CVS-criteria voldeden, werden gegroepeerd als niet-vermoeide (NF) controles. Daarnaast werden de deelnemers in elke groep onderverdeeld in met of zonder uitsluitende medische/psychiatrische aandoeningen. Van de 751 deelnemers die klinisch werden geëvalueerd, voldeden er 71 aan alle CVS-criteria zonder uitsluitende aandoeningen (CVS-groep), 78 voldeden aan alle CVS-criteria maar met uitsluitende aandoeningen (CVS-X groep), 340 voldeden aan de criteria voor ISF ongeacht uitsluitende aandoeningen, 212 voldeden aan de criteria voor NF controles zonder uitsluitende aandoeningen, 47 voldeden aan de criteria voor NF met uitsluitingen en 3 deelnemers werden geklassificeerd als “onbeslist” omwille van onvolledige informatie. […] Uiteindelijk bleven er 639 deelnemers in de 4 ziekte-groepen: 64 CVS, 77 CVS-X, 302 ISF (met en zonder uitsluitende aandoeningen) en 196 NF zonder uitsluitende aandoeningen.

Bepaling van relatieve telomeer-lengte (T/S-ratio)

De relatieve telomeer-lengte werd gemeten op basis van een alom gebruikt ‘real-time’ PCR protocol […]. De bepaling maakt gebruik van telomeer-specifieke ‘primers’ en hun vermogen om een signaal te genereren dat proportioneel is met de totale opgetelde lengte van alle telomeren in de cel. Dit telomeer-signaal wordt uitgedrukt t.o.v. het signaal dat ontstaat door de amplificatie van het ‘single copy’ gen [gen dat slechts met één enkele kopie in het hele genoom voorkomt] 36B4 [éénvoudig uitgedrukt: een referentie-gen] […]. De verhouding van het telomeer (T) -signaal op het ‘single copy’ gen (S) -signaal (de T/S-verhouding) is proportioneel met de gemiddelde telomeer-lengte per cel. Deze verhouding wordt uitgedrukt t.o.v. een referentie-DNA (K562 DNA) waaraan een T/S-ratio van 1,0 wordt toegekend.

[…] De T/S-verhouding kan op 2 manieren worden berekend […]; we gebruikten hier T/S-ratios bekomen via de standaard-curve methode […]. Voorafgaandelijk evalueerden we de reproduceerbaarheid en valideerden we de resultaten [t.o.v. een andere methode]. De T/S-ratios bleken zeer sterk reproduceerbaar […]. Er werd op meerdere niveaus een kwaliteit-controle van de bepaling uitgevoerd, inclusief. […]

Statistische analyses

[…] Er werden ook leeftijd- en geslacht-analyses uitgevoerd om te onderzoeken hoe deze demografische variabelen het verband tussen CVS-status en T/S-ratio beïnvloeden. […] We maakten een schatting van het aantal jaren bijkomende veroudering op basis van een literatuur-waarde voor telomeer-slijtage van 31-63 bp/jaar […].

Resultaten

[…] Het studie-staal (n = 639) bestond voornamelijk uit vrouwen (75%), blanken (76%), levend in een landelijk gebied (50%), met een jaarlijks inkomen van meer dan 40.000 $ (71%), met een gemiddelde leeftijd van 48 jaar […] en een gemiddelde BMI van 28 ± 0,21 kg/m². Het staal werd opgedeeld in 4 ziekte-groepen: CVS-X (12%), CVS (10%), ISF (47%) & NF (31%). De groepen verschilden niet qua gemiddelde leeftijd en ziekte-duur maar verschilden significant qua metingen van abdominale obesitas (BMI & WHR), geslacht, ras, opleiding, inkomen en PEM [post-exertionele malaise].

We bekeken ook associaties met de ziekte-groepen: biologische metingen zoals telomeer-lengte, metabole variabelen en ‘allostatic load’. De globale T/S-ratio varieerde van 0,269 tot 4,138 (gemiddelde: 0,98; mediaan: 0,917). De gemiddelde telomeer-lengte verschilde significant per ziekte-groep (p = 0.0017); de T/S-ratio bij CVS (0,90 ± 0,03) & ISF (0,94 ± 0,02) lagen elk significant lager dan de NF groep (1,06 ± 0,04). De triglyceriden-concentratie, een maatstaf voor metabool syndroom [chronisch stofwisselingsprobleem met abdominale (centrale) obesitas + hypertensie + verhoogd nuchter bloed-glucose + hoge triglyceriden in het bloed + lage hoge-densiteit lipoproteïnen (HDL)], was significant verschillend voor de ziekte-groepen, maar andere metingen opgenomen bij zowel metabool syndroom en ‘allostatic load’ (HDL, systolische & diastolische bloeddruk en nuchtere glucose) verschilden niet significant. Bij de metingen die specifiek zijn voor ‘allostatic load’, vertoonden hartslag, insuline & CRP significante verschillen, waarbij de gemiddelde CRP-waarde bij CVS-X & CVS 93% hoger lag dan in de NF groep.

Wat betreft bepalingen van de bivariate associaties tussen T/S-ratio en demografische, metabole en ‘allostatic load’ variabelen, zagen we een significant omgekeerd verband van telomeer-lengte met de leeftijd (p = 0.0009.), metingen m.b.t. abdominale obesitas [BMI (p = 0.0145), WHR (p = 0.0149)] & PEM (p = 0.0153). De telomeer-lengte was ook significant geassocieerd met opleidingsniveau (p = 0.0288). De telomeer-lengte was niet statistisch significant gerelateerd met enige andere demografische of biologische meting, hoewel associaties met CRP (p = 0.0789) en nuchtere glucose (p = 0.0625) bijna statistisch significant waren.

We controleerden de associatie van gemiddelde telomeer-lengte met ziekte-groepen voor eerder gedefinieerde co-variabelen: leeftijd, BMI, WHR, PEM en opleidingsniveau. Geslacht werd ook opgenomen omwille van het significant verband met CVS. De gemiddelde telomeer-lengte verschillen tussen alle vermoeidheid-groepen (CVS, CVS-X, ISF) en de niet-vermoeide groep bleven significant (p < 0.01) vóór en na controle op co-variabelen. Op basis van de aangepaste groep-gemiddelden was de telomeer-lengte 635, 254 & 424 bp korter bij CVS, CVS-X & ISF, respectievelijk, vergelen met de NF groep. Deze kortere telomeer-lengte vertaalt zich in ruw-weg 10,1-20,5, 4,0-8,2 & 6,6-13,7 jaar bijkomende veroudering […].

De significante negatieve lineaire correlatie tussen telomeer-lengte en leeftijd in de globale studie-groep werd bepaald door de statistisch significante relatie onder de NF. Bij de NF in hun twintiger of dertiger jaren was de telomeer-lengte het langst. Bij NF gaf de trend een verkorting van 42 bp/jaar aan, terwijl het bij de andere groepen niet significant was (CVS 17 bp/jaar, CVS-X 22 bp/jaar & ISF 8,5 bp/jaar). De significante associatie van telomeer-lengte met ziekte-groepen was beperkt tot deelnemers van < 45 jaar (n = 216). Bij hen waren de telomeren 932 bp (CVS), 767 bp (CVS-X) & 966 bp (ISF) korter t.o.v. NF; ruw-weg 14,8-30,1, 12,2-24,7 & 15,3-31,8 jaar bijkomende veroudering of […].

Hoewel er geen associatie was tussen telomeer-lengte en geslacht in de globale studie-groep, werd het verwachte man/vrouw-verschil gezien in de NF groep: de telomeren waren 713 bp langer bij vrouwen (n = 133; T/S-ratio 1,116) dan mannen (n = 63; T/S-ratio 0,9476). Analyses op basis van geslacht toonden dat het significant verband van telomeer-lengte met ziekte-groepen was beperkt tot vrouwen (n = 477). Onder de vrouwelijke deelnemers waren de telomeren in de CVS-groep (n = 58) 957 bp korter (p < 0.001) t.o.v. de NF groep (n = 133). T.o.v. de NF was het verschil 690 bp bij CVS-X (n = 64; p = 0.003) & 711 bp bij ISF (n = 222; p < 0.001), respectievelijk. Ter ondersteuning van dit geslacht-specifiek effekt, bleek uit een analyse van alle mannelijke deelnemers (n = 99) geen significant verschil qua telomeer-lengte voor CVS, CVS-X & ISF t.o.v. NF (n = 63).

Hoewel in alle analyses de gemiddelde telomeer-lengte voor alle ziekte-groepen consistent lager was dan voor de NF groep, werd het grootste verschil gezien in de groep vrouwen jonger dan 45 (n = 175). De mate van telomeer-verkorting bij vrouwen jonger dan 45 was 1.130 bp voor CVS, 1.007 bp bij CVS-X & 1.154 bp bij ISF (t.o.v. NF); […] Bij de vrouwen van minder dan 45 jaar oud, hadden 95% van deze met CVS (21/22) telomeren die korter waren dan de gemiddelde telomeer-lengte (T/S-ratio = 1,2324) of die van de NF (p = 0.0092).

Bespreking

Naar ons weten is dit de eerste studie die telomeer-ersoie aantoont bij patiënten met M.E./CVS, die significant bleef vóór en na controle op leeftijd, geslacht, obesitas (BMI, WHR), PEM en opleidingsniveau. Bovendien toonden analyses op basis van leeftijd en geslacht dat deze associatie van korte telomeren bij M.E./CVS grotendeels wordt bepaald door vrouwelijke individuen jonger 45 jaar. Overéénkomstig met studies in de algemene bevolking vertoonde onze studie-groep een omgekeerd verband van telomeer-lengte met leeftijd maar, interessant, de associatie was slechts statistisch significant bij NF deelnemers. Het leeftijd-gerelateerd verschil qua telomeer-lengte was meer uitgesproken voor het 40^ste levensjaar, en analyse gaf aan dat het significant verband van telomeer-lengte met vermoeidheid-groepen was beperkt tot deelnemers jonger dan 45. Gelijkaardig met de bevindingen van deze studie, vonden andere researchers dat vroegtijdige telomeer-slijtage meer significant was bij met Lupus Erythematosus en Reumatoïde Artritis van jonger dan 40-45.

Globaal gezien, en in overéénkomst met studies van de algemene bevolking, waren telomeren significant langer bij vrouwen in vergelijking met mannen in de NF groep. Dit geslacht-gerelateerd verschil in telomeer-lengte werd echter niet gezien bij de vermoeidheid-groepen (CVS, CVS-X & ISF). Wanneer de analyse van telomeer-lengte per ziekte werd gestratificeerd per geslacht, was de telomeer-verkorting met betrekking tot NF individuen enkel significant bij vrouwen. De telomeer-lengte bleef echter zonder significant verschil bij mannelijke deelnemers in de analyse die alle mannen met CVS, CVS-X en ISF combineerde in één groep t.o.v. NF; dit impliceert dat het onwaarschijnlijk is dat het geslacht-specifiek effekt te wijten is aan een verschil van de grootte van de stalen. Er werd voorgesteld dat in de algemene bevolking het hormoon oestrogeen een rol speelt bij het behouden van lange telomeren en langere levensduur bij vrouwen t.o.v. mannen (door het stimuleren van telomerase [enzyme dat de chromosoom-uiteinden herstelt] in specifieke doelwit-cellen of via het verminderen van de belasting van oxidatieve stress te wijten aan een effekt van oestrogeen op reaktieve zuurstof-soorten (ROS). Er werd gerapporteerd over lage oestrogeen-waarden geassocieerd met korte telomeren bij vrouwen. CVS heeft een hogere prevalentie bij vrouwen en gynecologische factoren zoals vroege menopauze en hysterectomie bleken geassocieerd met CVS [Boneva RS, Lin JM, Unger ER. Early menopause and other gynecologic risk indicators for Chronic Fatigue Syndrome in women. Menopause. (2015) 22: 826-34]. Deze bevindingen, tesamen met onze observatie van korte telomeren bij vrouwelijke individuen jonger dan 45 met CVS, CVS-X & ISF, suggereren de nood aan verdere studies aangaande de dynamiek van telomeer-lengte in relatie met leeftijd, geslachtshormonen, gynecologische voorgeschiedenis en de aanvang van CVS.

Er werd voor een brede waaier aan chronische ziekten gerapporteerd dat gestegen waarden qua inflammatoire merkers  – zoals CRP en cytokines zoals interferon-γ (IFN-γ), tumor necrose factor α (TNF- α), interleukine-1 & -6 (IL-1, IL-6) – geassocieerd zijn met ziekte-progressie, slechte levenskwaliteit en slechte therapeutische uitkomsten. Deze rapporten omvatten diabetes, chronische obstructieve pulmonaire ziekte, nier-falen, psychiatrische/neurologische aandoeningen, cardiovasculaire ziekte en andere chronische/auto-immune/infektueuze ziekten, inclusief M.E./CVS. Er werd ook vesnelde verkorting van telomeren gemeld bij van veel van deze chronische/auto-immune ziekten. In de meeste gevallen werden inflammatie en telomeer-verkorting afzonderlijk bestudeerd en een oorzakelijk verband tussen deze 2 processen die optreden in dezelfde cellen moet nog worden opgehelderd; hoewel werd voorgesteld dat zowel telomeer-verkorting als inflammatie kunnen betrokken bij een bidirectioneel oorzaak-gevolg relatie. Telomeer-slijtage kan werken als een sterke inducerende factor voor pro-inflammatoire cytokinen in verschillende cel-types tijdens het verouderen (een fenomeen genaamd senescentie-geassocieerde secretorische fenotypes, SASP [karakteristieke eigenschap van of senescente cellen; omvat inflammatoire cytokinen, groei-factoren & proteasen]) of chronische inflammatie kan telomeer/telomerase-dysfunktie veroorzaken op een directe manier via de aanmaak van ROS die resulteert in beschadigd telomeer-DNA. Beide mogelijkheden zouden de eerder gerapporteerde omgekeerde relatie van telomeer-lengte met oxidatieve stress en IL-6 (een component van SASP) kunnen verklaren bij individuen met depressie. Het is interessant op te merken dat senescentie-merkers zoals IL-6 en p16^INK4a geassocieerd bleken met een verhoogd risico op het ontwikkelen van kanker-vermoeidheid syndroom na cytotoxische chemotherapie. Eliminatie van senescente cellen in een dier-model voor chemotherapie-geïnduceerde vermoeidheid herstelde de normale fysieke aktiviteit bijna volledig. Het feit dat de incidentie van ernstige vermoeidheid bij borst-kanker patiënten correleerde met de hoogste p16^INK4a waarden suggereert dat een verhoogde totale belasting door senescente cellen vermoeidheid kan veroorzaken [vooral onderzocht bij kanker]. We vonden significante associatie van M.E./CVS met hogere CRP-waarden, en een marginaal verband van hogere CRP-waarden met kortere telomeren in onze studie. Een gelijkaardige omgekeerde maar sterkere associatie van CRP en telomeer-lengte werd gerapporteerd in verband met het risico op cardiovasculaire ziekte en obesitas. Het is aannemelijk dat pro-inflammatoire cytokinen de produktie van CRP zouden stimuleren, wat dan weer zou bijdragen tot telomeer-verkorting door oxidatieve stress. In combinatie met deze eerdere studies, suggereren onze observaties dat chronische inflammatie en/of oxidatieve stress kan bijdragen tot versnelde telomeer-verkorting of vice versa bij minstens een subgroep van individuen met M.E./CVS. Bovendien kunnen leeftijd-gerelateerde fundamentele en translationele studies beloftevolle paden aanwijzen om het risico te bepalen en therapeutische benaderingen te beoordelen die gebruikmaken van een nieuwe klasse senolytische medicijnen [eenvoudig gezegd: die ouderdom-ziekten vertragen, voorkomen, verlichten of omkeren] die zich richten op senescente cellen, om de symptomen van M.E./CVS te verlichten [dasatinib (middel tegen leukemie), quercetine, fisetine (natuurlijk flavonoïde), piperlongumine (stof uit een peper-plant met mogelijke anti-kanker eigenschappen), navitoclax (ABT263; anti-kanker geneesmiddel) en selektieve BCL-X_L inhibitoren].

De mitochondriale funktie neemt ook af met de leeftijd, voornamelijk onder de vorm van verstoorde ATP-produktie en verhoogde aanmaak van ROS, welke beiden geassocieerd zijn met chronische ziekten. Hoewel details van de potentiële wisselwerking tussen telomeer-verkorting en mitochondriale dysfunktie onbekend zijn, bleken veel chronische ziekten zoals metabole, cardiovasculaire en neurodegeneratieve ziekten, diabetes, stemming- en andere psychologische aandoeningen met aangetoonde telomeer-verkorting ook geassocieerd met mitochondriale dysfunktie en oxidatieve stress die DNA-schade kunnen veroorzaken. Metaboloom-bevindingen [Levine SM, Hanson MR et al. Metabolic profiling of a Myalgic Encephalopathy/ Chronic Fatigue Syndrome discovery cohort reveals disturbances in fatty acid and lipid metabolism. Mol BioSyst. (2017) 13: 371-9 /// Naviaux RK et al. Metabolic features of Chronic Fatigue Syndrome. Proc Natl Acad Sci USA. (2016) 113: E5472-80] suggereren dat M.E./CVS een hypometabool syndroom is dat verband kan houden met mitochondriale dysfunktie. Deze studies vonden ook dat de metabolomica van M.E./CVS geslacht-specifiek zijn [Fluge O, Mella O et al. Metabolic profiling indicates impaired pyruvate dehydrogenase function in Myalgic Encephalopathy/ Chronic Fatigue Syndrome. JCI Insight (2016) 1: e89376]. Bijkomende studies die het verband onderzoeken tussen een geslacht-specifieke hypometabole toestand en telomeer-slijtage zouden kunnen helpen bij het begrijpen van de pathofysiologie van M.E./CVS.

Er zijn meerdere sterktes verbonden aan deze exploratieve studie aangaande de associatie van telomeer-lengte met CVS. Deze omvatten een relatief grote globale studie-groep (n = 639) bestaande uit deelnemers gegroepeerd in 4 ziekte-toestanden (CVS, CVS-X, ISF & NF), controle van ziekte-status en telomeer-lengte met een aantal demografische en biologische metingen, en validatie van de qPCR-methode wat betreft reproduceerbaarheid en overéénkomst met [een andere] methode. De studie heeft ook zwaktes, inclusief het ‘cross-sectioneel’ ontwerp en onvermogen de ziekte-duur & gebruikte medicatie te evalueren of controleren. De qPCR-methode levert slechts globale gemiddelde telemeer-lengte op en herkent de individuele korte telomeren niet of biedt geen info over de mate van pathologisch kritieke korte telomeren. In deze zin is de diagnostische bruikbaarheid van de bepaling van de telomeer-lengte d.m.v. qPCR beperkt maar het is vergelijkbaar met andere methodes wat betreft accuraatheid voor associatie-studies van telomeer-lengte met ziekten. Een verdere beperking van onze bepaling is dat we DNA uit vol-bloed (dat lymfocyten, monocyten en granulocyten bevat) gebruikten. Zodoende vertegenwoordigt de hier vastgestelde telomeer-lengte enkel de gemiddelde telomeer-lengte van de verschillende bloedcel-types i.p.v. bloedcel-type specifieke of de telomeer-lengte verdeling van verschillende chromosomen in een bepaald cel-type.

Besluit

Deze studie toont een significant verband van M.E./CVS met vroegtijdige telomeer-slijtage, grotendeels bepaald door vrouwelijke individuen van minder dan 45 jaar oud. Onze resultaten dienen onafhankelijk te worden gerepliceerd bij een grote groep en met methodes die een verbeterde diagnostische waarde qua kunnen bijdragen aan de meting van telomeer-lengte. Deze observatie van kortere telomeren tesamen met meldingen van laag- of hoog-gradige inflammatie gemedieerd door pro-inflammatoire cytokinen en metabool verval/mitochondriale dysfunktie biedt op meerdere vlakken ondersteuning om M.E./CVS op te nemen in de lijst van aandoeningen geassocieerd met versnelde veroudering die getriggerd zou kunnen worden door genetische, epigenetische, infektueuze, stress of andere omgeving-factoren. Er is verder werk nodig om de funktionele betekenis te evalueren, en de specifieke bijdrage van genetische, epigenetische en omgeving-factoren aan versnelde ouder-worden bij M.E./CVS.

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

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

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

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

————————-

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

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

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

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

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

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

Samenvatting

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

Inleiding

[…]

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

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

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

Patiënten & methodes

[…]

Deelnemers

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

Staal-afname & -verwerking

[…] 12 h vasten. […]

Isolatie van EVs

[…]

EV-karakterisatie

Proteïnen-kwantificatie en ‘western blot’ analyse

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

[…]

‘Nanoparticle-tracking’ analyse (NTA)

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

[…]

‘Lateral flow’ immuno-test

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

Statistische analyse

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

Resultaten & bespreking

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

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

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

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

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

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

Detektie van EVs die het tetraspanine CD9 tot expressie brengen

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

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

Besluiten

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

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 A^2,3, Boone J^1,4, Delesie L², Tobback E^2,3, Seneca S⁵, De Paepe B⁶, Vogelaers D^2,3, Van Coster RN⁶, Bourgois JG^1,4

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’)…

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.

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

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

————————-

Medical Hypotheses (2017) 105: 6-9

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

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

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

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

c University of Cambridge, UK

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

Samenvatting

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

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

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

Inleiding

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

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

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

Idiopathische intracraniale hypertensie

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

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

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

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

Chronische Vermoeidheid Syndroom

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

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

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

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

Observaties aangaande epidemiologie van IIH en het Chronische Vermoeidheid Syndroom

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

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

Verzoening van de epidemiologische observaties

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

Hypothese om het Chronische Vermoeidheid Syndroom te linken met IIH

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

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

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

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

Implicaties voor Chronische Vermoeidheid Syndroom en IIH

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

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

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

Medical Hypotheses (Pre-print april 2018)

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

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

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

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

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

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

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

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

————————-

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

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

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

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

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

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

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

————————-

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

Brief aan de uitgever

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

————————-

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

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

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

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

Samenvatting

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

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

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

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

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

Inleiding

[…]

Oorsprong en evolutie van PEM

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

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

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

Alternatieve perspectieven

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

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

Research: hiaten en mogelijkheden

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

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

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

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

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

Methodes

Recrutering van individuen

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

Bevraging

[…] online enquête […]

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

Statistische analyse

[…]

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

[…]

Resultaten

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

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

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

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

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

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

Bespreking

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

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

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

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

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

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

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

Klinische implicaties

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

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

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

Het ‘Institute of Medicine’ rapport onderstreepte specifiek de urgentie om een eenvoudige, praktische medische voorgeschiedenis, vragenlijst of lichamelijk onderzoek items te ontwikkelen die aan bed kunnen worden gebruikt om snel en accuraat de diagnose M.E./CVS te stellen. Deze triade karakteristieken – oorzakelijke factoren, aantal/type symptomen en tijdsverloop – kan nu worden toegepast om klinici te helpen bij de identificatie van PEM en, zodoende, te assisteren bij de diagnose van M.E./CVS. Voor situaties waar klinici niet in staat zijn een duidelijke voorgeschiedenis van een patient op te tekenen, kunnen ze de patient vragen om een dagboek van triggers en symptoom-patronen bij de houden om te helpen de zaken op te helderen. Tegelijkertijd kunnen onze resultaten worden gecombineerd met deze van andere researchers om formele instrumenten te produceren om de aanwezigheid van PEM met zekerheid te stellen. Na toepassing van de bevindingen van de ‘Workwell Foundation’, kwalificeerden slechts 42% van onze individuen voor hun ‘4-symptom PEM’ schema. Een andere set symptomen, misschien vergezeld van ernst-graden, zou nodig kunnen blijken om PEM bij meer patiënten te detekteren. In tegenstelling daarmee: overéénkomstig met hun cijfers van 100% en 81% hadden bijna al onze individuen (84%) problemen om binnen de 24 uur te herstellen. Om de validiteit en betrouwbaarheid te bepalen, zouden gegenereerde instrumenten getest kunnen worden t.o.v. objectieve metingen van PEM (zoals de 2-dagen herhaalde cardiopulmonaire inspanning test [Snell CR, Stevens SR, Davenport TE, Van Ness JM. Discriminative validity of metabolic and workload measurements for identifying people with Chronic Fatigue Syndrome. Phys Ther. (2013) 93: 1484-92 /// Vermeulen RC, Kurk RM, Visser FC, Sluiter W, Scholte HR. Patients with Chronic Fatigue Syndrome performed worse than controls in a controlled repeated exercise study despite a normal oxidative phosphorylation capacity. J Transl Med. (2010) 8: 93 /// Keller BA, Pryor JL, Giloteaux L. Inability of Myalgic Encephalomyelitis/ Chronic Fatigue Syndrome patients to reproduce VO₂ peak indicates functional impairment. J Transl Med. (2014) 12: 104]) of t.o.v. individuen die geverifieerd werden als M.E./CVS door meerdere ervaren klinici.

Research-implicaties

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

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

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

Beperkingen

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

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

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

Besluit

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

In het stuk ‘Overzicht – Vermoeidheid, autonome dysfunktie & slaap-ritme’ bespraken we een ‘review’ door een Japans team dat gewag maakt over een “rol van slaap en circadiaans ritme bij vermoeidheid-herstel”. Daarin komt ook de diurnale (de dagelijkse cyclus, het slaap/waak-ritme volgende) sympathische aktiviteit aan bod.

We hadden het hier ook reeds over enkele (van de vele) lichaam-systemen gelinkt aan et circadiaans (dag-nacht) ritme, de cyclus van ca. 24 uur die biochemische, fysiologische of gedrag-processen van levende wezens bepaalt, de biologische klok…

Onderstaande studie door een Spaans team (geleid door Prof. Dr José Alegre-Martin, een lid van EUROMENE (‘European ME Network’; een non-profit research-organisatie) betreft een onderzoek omtrent de circadiaanse patronen van rust en aktiviteit, in relatie tot de huid-temperatuur. Er worden (weerom, zie bv. ‘Nervus vagus infektie hypothese voor CVS’) suggesties gedaan naar een betrokkenheid van een dysfunktie van het autonoom zenuwstelsel bij M.E.(cvs).

————————-

PLoS One Vol 13, #6, p e0198106 (juni 2018)

Circadian rhythm abnormalities and autonomic dysfunction in patients with Chronic Fatigue Syndrome/ Myalgic Encephalomyelitis

Trinitat Cambras (1), Jesus Castro-Marrero (2), Maria Cleofe Zaragoza (2,3), Antoni Diez-Noguera (1), Jose Alegre (2)

1 Chronobiology Group, Department of Physiology and Biochemistry, Faculty of Pharmacy and Food Sciences, Universitat de Barcelona, Barcelona, Spain

2 CFS/ME Unit, Vall d’Hebron University Hospital Research Institute, Universitat Autonoma de Barcelona, Barcelona, Spain

3 Clinical Research Department, Laboratorios Viñas [farmaceutisch bedrijf], Barcelona, Spain

Samenvatting

Patiënten met Chronische Vermoeidheid Syndroom/ Myalgische Encefalomyelitis (CVS/M.E.) vertonen dikwijls autonome symptomen die geassocieerd kunnen zijn met een hypothalamus-dysfunktie. Deze studie had als doel het verkennen van circadiaans ritme patronen bij rust en aktiviteit, en ‘distal skin temperature’ (DST), en hun verband met zelf-gerapporteerde uitkomst-metingen, bij CVS/M.E.-patiënten en gezonde controles, op 2 verschillende tijdstippen. Er werden 10 vrouwen die voldeden aan de 1994 CDC/Fukuda definitie én de 2003 Canadese criteria voor CVS/M.E. opgenomen in de studie, samen met 10 gezonde controles gematcht voor leeftijd, geslacht en BMI. Er werden zelf-gerapporteerde metingen gebruikt om vermoeidheid, slaap-kwaliteit, angst en depressie, autonome funktie en met gezondheid gerelateerde levenskwaliteit te beoordelen. We gebruikten een actigraaf [toestel om de rust/aktiviteit cycli te monitoren] om aktiviteit, DST en licht-intensiteit te registreren, met een interval van één minuut over 7 opéénvolgende dagen. Er werden slaap-variabelen verkregen via actigrafische analyse en een subjectief slaap-dagboek. De circadiaanse variabelen en de spectrale analyse van de ritmes werden berekend. Er werd lineaire regressie analyse aangewend om het verband tussen de ritmische variabelen en klinische kenmerken te evalueren. De registraties gebeurden in de winter en in de zomer.

De resultaten toonden geen verschillen qua ritme-stabiliteit, slaap-latentie of aantal ontwakingen tussen de groepen (gemeten d.m.v. de actigraaf). De dagelijkse aktiviteit, de relatieve amplitude en de stabiliteit van het aktiviteit-ritme was echter lager bij CVS/M.E.-patiënten dan bij controles. De DST was gevoelig voor omgeving-temperatuur en vertoonde lagere nachtelijke waarden bij de CVS/M.E.-patiënten t.o.v. de controles (enkel tijdens de winter.) Een spectrale analyse toonde geen verschillen qua fase of amplitude voor het 24h-ritme, maar de ‘power’ van de tweede harmoniek (12h), onthulde verschillen tussen de groepen (de controles vertoonden na de lunch een aktiviteit-dip een een DST-piek, terwijl dat niet zo was voor de CVS/M.E.-patiënten) en correleerde met de klinische kenmerken. Deze bevindingen suggereren dat bij CVS/M.E. de circadiaanse regulering van de vasodilatie-responsen in huid een rol kunnen spelen.

Inleiding

[…]

De etiologie van CVS/M.E. blijft onduidelijk. Hoewel de spier-funktie bij deze aandoening veranderd is, is er nu steeds meer literatuur die autonome dysfunktie met ontregeling van de hypothalamus-hypofyse-bijnier in verband brengt.

Bovendien zijn slaap-stoornissen en slapeloosheid zeer courant, met een patroon van rusteloosheid en moeilijkheden om in slaap te vallen en te blijven slapen. Er wordt ook een hoog percentage dutjes geconstateerd, gerelateerd met strategieën om de pijn te verzachten of als compensatie voor het gebrek aan slaap ‘s nachts.

Circadiaanse ritmes staan op de voorgrond bij de regulering van veel fysiologische processen die cruciaal zijn voor de gezondheid. Er worden bij patiënten met CVS/M.E. aanwijzingen gezien voor verstoringen van het circadiaans ritme maar er werden nog geen duidelijke resultaten dienaangaande gevonden. Er werden bv. variaties qua amplitude en fase van het ritme van de interne lichaam-temperatuur bij kinderen en adolescenten gevonden, maar andere researchers vonden geen verschillen in de ritmische manifestaties. Andere studies suggereren een ontkoppeling van het lichaam-temperatuur ritme en de mate van melatonine-sekretie bij CVS/M.E.-patiënten; hoewel ze niet besluiten of dit endogeen is of te wijten aan verschillen qua levensstijl van de patiënten. Dit alles suggereert dat de circadiaanse ritmes bij deze patiënten dient te worden onderzocht, in het bijzonder aangezien het evenwicht tussen het sympathisch en parasympathisch zenuwstelsel, indicatief voor de autonome funktie, hoofdzakelijk wordt gereguleerd door circadiaanse controle van de supra-chiasmatische kernen [kleine groepen neuronen in de hypothalamus; belangrijke schakelfactor bij het bioritme].

Actigrafie is een gevalideerd, niet-invasief en objectief instrument voor het bestuderen van circadiaanse patronen onder natuurlijke omstandigheden, waarbij individuen hun normale routine volgen in hun vertrouwde omgeving. De aktiviteit die wordt gedetekteerd met de accelerometer [toestel dat de versnelling van het lichaam meet] correleert goed met de parameters verkregen uit polysomnografie, zoals slaap-efficiëntie en -fragmentatie. Actigrafie-rapporten bij CVS/M.E. illustreren op een objectieve manier de voor de aandoening kenmerkende daling van de aktiviteit, met een lagere aktivititeit overdag bij CVS/M.E.-patiënten t.o.v. gezonde controles [Tryon WW et al. Chronic Fatigue Syndrome impairs circadian rhythm of activity level. Physiol Behav. (2004) 82: 849-853].

Naast aktiviteit wordt ook de dagelijkse variatie qua ‘Distal Skin Temperature’ (DST) [temperatuur gemeten aan handen of voeten] alom gebruikt als meting voor het circadiaanse ritme. Deze variabele vertegenwoordigt een zeer robuust ritmisch patroon met een circadiaans profiel dat praktisch het omgekeerde is van de centrale temperatuur [kern-temperatuur, temperatuur van romp/organen]. De DST-waarde verhoogt ‘s nachts; is laag overdag, hoewel ze ook verhoogt tijdens slaap gedurende de dag. In feite zijn slaap-patronen meer geassocieerd met de toename van de perifere temperatuur dan met de nachtelijke verlaging van de centrale temperatuur. Aangezien de DST op een indirecte manier de mate van huid-vasodilatatie [verwijding van de bloedvaten] weerspiegelt, zou die aangewend kunnen worden als een indicator voor autonome dysfunktie, een belangrijke component bij de pathofysiologie van CVS/M.E. We hypothiseerden dat gewijzigde variabelen van het circadiaans ritme kunnen bijdragen tot het risico op CVS/M.E.

De doelstellingen van de huidige studie zijn dus: 1) evalueren van mogelijke ontwrichtingen van de autonome funktie bij een Spaanse CVS/M.E.-groep via het bestuderen van de circadiaanse profielen van rust/aktiviteit, DST en blootstelling aan licht; en 2) bepalen of wijzigingen in circadiaanse ritmes correleren met een verergering van de klinische symptomen. Aangezien de omgeving-temperatuur zou kunnen interfereren met de resultaten, voerden we het experiment uit in de winter en de zomer.

Materialen en methodes

Deelnemers

[…] 10 vrouwen met CVS/M.E. en 10 niet-vermoeide gezonde controles gematcht voor leeftijd (48,7 ± 2,8 jaar), geslacht en BMI (25,07 ± 0,97 kg/m²) […]. De patiënten werden in de studie opgenomen als ze voldeden aan de 1994 CDC/Fukuda-definitie en de 2003 Canadese criteria voor CVS/M.E. […]

De deelnemers werden onderworpen aan strikte exclusie-criteria […]: eerdere of huidige diagnose van een auto-immune aandoening, Multipele Sclerose, psychose, majeure depressie, hart-ziekte, hematologische aandoeningen, infektie-ziekten, sleep-apneu of schildklier-gerelateerde aandoeningen; zwangerschap of borstvoeding; roken; sterke hormoon-gerelateerde medicijnen; en symptomen van CVS/M.E. die niet overéénkomen met de hier gebruikte CVS/M.E.-criteria.

De gemiddelde ziekte-duur in de CVS/M.E.-groep was 8,4 ± 2,6 jaar. […] De medicatie van de patiënten werd niet gestopt tijdens de studie, aangezien dit ongetwijfeld de circadiaanse ritmes zou hebben gewijzigd. […] Geen van de deelnemers nam melatonine of slaapmiddelen gedurende de studie.

[…]

Ethische verklaring

[…]

Algemene procedure

[…] Er werd de deelnemers gevraagd continu (gedurende 7 dagen; uitgezonderd bij het douchen of zwemmen) een draagbaar apparaatje, een actigraaf, aan de pols van de niet-dominante arm te dragen. Dit toestelletje verzamelde gegevens over bewegingsaktiviteit (accelerometer), huid-temperatuur (°C) en licht-intensiteit (lux) met een interval van één minuut. […] Er werd ook gevraagd elke 10 min. de temperatuur van hun omgeving te registreren, gedurende de dag en ‘s nachts, d.m.v. een temperatuur-sensor. […] Er werd de individuen ook gevraagd een slaap-dagboek bij te houden (informatie over het tijdstip wanneer ze naar bed gingen, tijdstippen van de aanvang en einde van de slaap, mogelijke dutjes en periodes van wakker-zijn tijdens de geplande slaap-episode). De perceptie van slaperigheid en stemming werd geëvalueerd d.m.v zelf-rapportering op 3 tijdstippen (9:00 am, 3:00 pm & 9:00 pm; ‘Karolinska Sleepiness Scale’ (KSS). […]

Metingen

[…] Veranderingen qua vermoeidheid-perceptie, slaap-stoornissen, angst en depressie, autonome symptomen en gezondheid-gerelateerde levenskwaliteit werden beoordeeld d.m.v. zelf-rapportering vragenlijsten […].

Vermoeidheid-perceptie

Vermoeidheid werd gemeten via de ‘Fatigue Impact Scale’ (FIS-40): een vragenlijst met 40 items; 3 sub-schalen omtrent het ervaren effekt van vermoeidheid: cognitieve (10 items), fysieke (10 items) & psychosociale (20 items) funkties – met telkens een score van 0 (geen vermoeidheid) tot 4 (ernstige vermoeidheid). […]

Slaap-kwaliteit

Slaap-stoornissen werden bepaald via de ‘Pittsburg Sleep Quality Index’ (PSQI; 19 items). Daarbij worden scores gegeven voor elk van de 7 componenten van slaap-kwaliteit: subjectieve slaap-kwaliteit, slaap-latentie, duur van de slaap, gewoonlijke slaap-efficiëntie, slaap-verstoringen, gebruik van slaap-medicatie en dysfunktie tijdens de dag. Elke component krijgt een score van 0 tot 3 (0 = geen slaap-problemen & 3 = ernstige slaap-problemen). […].

Angst en depressie

‘Hospital Anxiety and Depression Scale’ (HADS) […].

Autonome funktie

Alle deelnemers kregen de ‘Composite Autonomic Symptom Scale’ (COMPASS-31) voorgeschoteld: een vragenlijst met 31 items die is ontworpen om de frequentie en ernst van autonome symptomen te bepalen, gegroepeerd in 6 domeinen: orthostatische intolerantie, vasomotorische [bloedvat-vernauwende of -verwijdende], secretomotorische [inductie van klieren tot afgifte van een substantie], gastro-intestinale, blaas- en pupillomotor [veranderingen van oog-pupil] systemen. […].

‘Short Form 36-item Health Survey’ (SF-36)

Bepaling van de gezondheid-gerelateerde levenskwaliteit. Vragenlijst met 36 items aangaande lichamelijk en mentaal funktioneren. […].

Beoordeling van de slaap

De slaap werd gemeten via actigrafie en slaap-dagboeken. Het eerste leverde een schatting van de gemiddelde slaap-latentie (gedefinieerd als de tijd tussen het naar bed gaan en het tijdstip van slaap-aanvang), slaap-aanvang, periodes van wakker-zijn, totale slaaptijd en ‘wake after sleep-onset’ (WASO [totale tijd dat men wakker ligt, tussen het moment van in slaap vallen en de laatste keer wakker worden; weerspiegeling van de slaap-fragmentatie]), slaap-efficiëntie (gedefinieerd als het percentage van de totale slaap-tijd/totale tijd in bed) en aantal ontwakingen. […]. Aangezien de CVS/M.E.-patiënten meldden dat ze langer in bed lagen zonder te slapen dan de gezonde controles, werd de aanvang van de slaap geschat d.m.v. de tijd dat de lichten werden gedoofd (licht-intensiteit gemeten via actigrafie) […].

Gegevens-analyse

Actigrafie-gegevens: aktiviteit, huid-temperatuur & licht-intensiteit […] De ritmische variabelen mesor [‘midline estimating statistic of rhythm’; gemiddelde waarde gebaseerd op de verdeling van waarden over de cycli van het circadiaans ritme], amplitude, acrofase [tijdsperiode in een cyclus (circadiaans patroon of ander biologisch ritme) tijdens dewelke de cyclus piekt] werden bepaald door de gegevens uit te zetten op een 24h cosinusoïdale curve [golflijn-grafiek]. Voor elke variabele (aktiviteit, DST en licht) berekenden we dus de gemiddelde 24-uur waarde, de fase van het ritme (acrofase) en de amplitude van het aangepast 24h-ritme. […]

Om de tijdstippen te bepalen waar de verschillen in aktiviteit en temperatuur significant waren, werd de curve (1440 min = 24h) voor elk individu per 2h het gemiddelde berekend. […]

Om het patroon van de golf van de 24h te bestuderen, werd een spectrale analyse uitgevoerd. Deze toont de voornaamste terugkerende intervallen (harmonieken) die het 24h-ritme vormgeven. Een wiskundige analyse van de dagelijkse gegevens voor elk individu leverde de fase en de ‘power content’. […] Hoe hoger de ‘power’ van een harmoniek, hoe relevanter voor het patroon.

[…]

Resultaten

Deelnemers en klinische karakteristieken

Er werden geen verschillen gevonden wat betreft leeftijd of BMI. Met betrekking tot de klinische kenmerken beoordeeld via zelf-rapportering waren er statistisch significante verschillen tussen de groepen wat betreft de globale scores en op de meeste sub-schalen van de FIS-40, COMPASS-31, SF-36 & PSQI. […]

Omgeving-factoren: licht en temperatuur

Licht en temperatuur werden gemeten per seizoen. Daarom analyseerden we deze 2 factoren om verschillen tussen de groepen te beoordelen. Er werden geen verschillen gevonden qua gemiddelde omgeving-temperatuur, noch wat betreft de laagste nachtelijke waarden. Enkel in de winter tussen 12:00 am & 6:00 pm maten gezonde controles hogere omgeving-temperaturen dan patiënten (22°C vs. 19°C). […]

[…]

Subjectieve slaperigheid en stemming

De waarden voor het subjectief humeur en de slaperigheid, gemeten op 3 tijdstippen, verschilden. Een statistische bewerking voor seizoen en tijdstip gaf aan dat stemming altijd lager was bij CVS/M.E. (p = 0.009). Er bleek meer slaperigheid bij CVS/M.E.-patiënten (p = 0.001). Er werden geen globale effekten per seizoen of tijdstip van de dag gedetekteerd, hoewel post-hoc testen aangaven dat gezonde controles (HC) een beter humeur vertoonden in de zomer dan in de winter (p = 0.043). De globale analyse gaf aan dat de slaperigheid hoger was bij de CVS/M.E.-patiënten (p = 0.001), terwijl de stemming lager was CVS/M.E. (p = 0.009). […]

Slaap-dagboek

De CVS/M.E.-patiënten en de HC rapporteerden verschillende slaap-patronen. HC meldden in slaap te vallen na gemiddeld 8 min, terwijl dat mensen met CVS/M.E. rapporteerden 1 tot 3 uren in bed te liggen vooraleer in slaap te vallen (gemiddelde subjectieve latentie: 93 ± 25 min). Hoewel de tijd in bed verschilde, was dit niet het geval voor subjectieve slaap-tijd. In de winter gaven de HC geen dutjes aan, terwijl meerdere CVS/M.E.-patiënten dat wel deden […].CVS/M.E.-patiënten doen gemiddeld 1,5 uur dutjes […]. […]

Slaap-parameters gemeten via de actigraaf

Om de slaap-efficiëntie te bestuderen via actigrafie, definieerden we de tijd in bed op basis van merkers: de eerste, slaap-aanvang, viel samen met het doven van de lichten (gemeten d.m.v. de actigraaf) en de tweede, slaap-beëindiging, wanneer de lichten aan gingen. Op basis van deze tijdstippen geven de resultaten aan dat CVS/M.E.-patiënten meer tijd in bed spendeerden maar dat hun slaap-efficiëntie minder was en ze vertoonden meer ontwakingen. De WASO verschilde tussen de groepen maar wanneer dit werd gedefinieerd per uur slaap werden geen verschillen gevonden (p = 0.06).

Circadiaanse analyse van de actigrafische metingen (aktiviteit en DST)

De dubbele uitgezette actogrammen [grafische weerave van de aktiviteit] van de individuen toonden geen verschillen tussen werkdagen en weekend. De dagelijkse profielen van aktiviteit en huid-temperatuur geven verschillen tussen de groepen en de seizoenen aan.

De analyse van de circadiaanse variabelen geeft aan dat bij aktiviteit, de gemiddelde waarden significant hoger waren bij HC, zoals ook de maximum waarden gedurende de dag. Wat betreft huid-temperatuur, waren de maximum nachtelijke waarden lager bij CVS/M.E. tijdens de winter (p = 0.02).

Segmenten-analyse

[…] Tijdens de winter vertoonden HC meer aktiviteit dan CVS/M.E.-individuen tussen 8:00 am & 10:00 am, en tussen 8:00 pm & 12:00 am (p < 0.05). Tijdens de zomer lag de aktiviteit hoger bij HC tussen 05:00 & 10:00 am, en tussen 4:00 & 6:00 pm. De temperatuur lag hoger bij HC tussen 12:00 & 2:00 AM, 4:0 & 6:00 am, en 8:00 & 10:00 am. Tijdens de zomer verschilde de huid-temperatuur niet voor geen enkel segment.

Spectrale analyse

Om het 24h-patroon van de 2 groepen te vergelijken, beoordeelden we de ‘power-content’ van de verschillende harmonieken [zie ‘Gegevens-analyse’] van het spectrum. De ‘power’ en de fases van de eerste 3 harmonieken van het spectrum werden vergeleken. De belangrijkste resultaten waren dat de ‘power’ van H2 (de ‘power’ van het 12h-ritme) hoger was bij HC (p < 0.05) voor temperatuur- en aktiviteit-profiel, en dat de fases van deze harmoniek ook verschilden tussen de groepen. Het karakteristiek ritmisch patroon van beide groepen kan dus worden gereconstrueerd via een model met 2 harmonieken, dat makkelijke het vergelijken van de profielen toelaat.

Correlaties tussen ritmische variabelen en uitkomst-metingen

Om mogelijke verbanden tussen variabelen te onderzoeken, voerden we een correlatie-analyse tussen de ritmische variabelen en de uitkomst-metingen (klinische kenmerken) uit, inclusief de correlaties voor elk domein van de vragenlijsten. […] Bij beschouwing van alle waarden (zomer en winter, voor beide groepen), waren de ritmische variabelen die het best correleerden met de meeste van de klinische kenmerken: de gemiddelde waarde, R_cos [relatieve amplitude], IV [intra-dagelijkse variabiliteit], PV [variantie] & P2 [correlatie-coëfficient] voor aktiviteit; P2 voor temperatuur. In alle gevallen correleerden ze negatief met FIS-40, HADS, COMPASS-31, PSQI en positief met SF-36. Wanneer de analyse afzonderlijk werd uitgevoerd voor de beide seizoenen werden bepaalde verschillen gezien. Tijdens de winter, voor alle deelnemers: a) met betrekking tot aktiviteit correleerde de gemiddelde aktiviteit negatief met FIS-4, PSQI, COMPASS-31 (globaal en alle domeinen uitgezonder vasomotor en secretomotor) en positief met SF-36. […] Tijdens de zomer waren aktiviteit, R_cos & IV de variabelen die correleerden met de klinische kenmerken. […]

Bespreking

Deze studie levert het eerste bewijs dat het circadiaans profiel veranderd is bij CVS/M.E.-patiënten en dat dit ritmisch patroon, gemeten via de manifestatie van de tweede harmoniek van het ‘power’-spectrum, een indicator voor deze aandoening kan zijn. Eén van de beperkingen bij deze verkennende studie is de beperkte grootte van de groepen; deze waren echter goed gedefinieerd, op basis van de beoordeling van de klinische kenmerken door een CVS/M.E.-specialist en de antwoorden op de psychologische en welzijn-vragenlijsten, en kunnen daarom worden als representatief worden beschouwd. Bovendien is dit het eerste rapport dat circadiaanse variabelen en hun correlatie met klinische karakteristieken bestudeert en dat op 2 verschillende tijdstippen in het jaar. Het feit dat de studie bij dezelfde individuen plaatsvond in de zomer en de winter, liet ons toe de variabelen te registreren die relevant waren voor de groep, en circadiaanse variabelen te detekteren die gemaskeerd geweest zou kunnen zijn door verschillende omgeving-factoren tijdens de 2 seizoenen.

Alle deelnemers aan de huidige studie hielden relatief regelmatige slaap-gewoontes aan, met weinig variatie tussen weekends en weekdagen. De gerapporteerde slaapschema’s in de slaap-dagboeken gaven echter aan dat de CVS/M.E.-groep langer in bed bleef, waarschijnlijk ten gevolge hun vermoeidheid; dit compliceerde de bepaling van de slaap-tijd via actigrafie. Daarom bleek, bij het aanwenden van actigrafie, her licht aan/uit patroon voor elk individu zeer nuttig voor het vergelijken van het slaap-patroon. Wat betreft het licht-patroon: hoewel de CVS/M.E.-groep meer slaap-stoornissen rapporteerde, bleken er voor andere variabelen zoals latentie, fragmentatie van de rust/aktiviteit-cyclus en stabiliteit geen significant verschil. Deze bevindingen beklemtonen het belang van het gebruik van de registratie van de licht-blootstelling in slaap-studies bij deze patiënten.

Een daling van het aktiviteiten-niveau is een kardinaal kenmerk van veel definities voor CVS/M.E., wat een substantiële reductie of verstoring van het vermogen om dagelijkse aktiviteiten uit te voeren oplevert. Er werd een vermindering qua aktiviteiten-niveau van ten minste 50% onder de niveaus van voor de ziekte gerapporteerd. Gebruikmakend van actigrafie bleken de aktiviteiten-niveaus overdag lager bij patiënten dan bij controles, zoals reeds werd gerapporteerd [zie Tryon WW et al. hierboven]. Onze resultaten bevestigen deze verschillen en voegen toe dat tussen 12h & 14h de aktiviteit niet verschilde. Aangezien werd gemeld dat graduele inspanning symptomen en dagdagelijkse aktiviteiten verbetert bij CVS/M.E.-patiënten [iets wat door patiënten en veel wetenschappers wordt gecontesteerd], suggereren we dat het bepalen van het tijdstip van de dag waar aktigrafie de hoogste aktiviteit toont, het beste moment kan helpen aangeven waarop patiënten hun aktiviteiten zouden kunnen plannen.

De distale huid-temperatuur vertoont praktisch een omgekeerde curve wat betreft aktiviteit. Het DST-profiel is goed beschreven: de hoogste waarden ‘s nachts en de laagste overdag, maar met een secundaire piek in de namiddag (piek bij dutje of post-lunch piek). Bovendien vertoont de DST in de late avond (tussen 7:00 pm & 9:00 pm) minimum waarden die corresponderen met de ‘wake maintenance zone’ [een slaap-fenomeen waarbij iemand, na een langdurige periode van wakker-blijven, zich tijdelijk niet meer slaperig voelt, waardoor het dikwijls moeilijk wordt om in slaap te vallen] aan het begin van de nacht. Bij onze CVS/M.E.-groep wordt deze daling niet gezien. Veranderingen qua ‘wake maintenance zone’ werden in verband gebracht met ouder-worden, een bevinding die de verslechtering van de patiënten bekrachtigt en het belang versterkt van het bestuderen van het ganse dag-profiel van de variabelen.

We zagen ook dat CVS/M.E.-patiënten lagere DST-waarden vertoonden ‘s nachts. Deze bevinding bevestigt die van andere studies die hebben getoond dat de kern-temperatuur van het lichaam hoger is ‘s nachts bij adolescenten met CVS/M.E. en ondersteunt het idee van een hypothetische autonome ontregeling die vasculaire dynamische veranderingen linkt met CVS/M.E. De vasoconstrictie-respons [vernauwen van de bloedvaten] op koude is inderdaad verzwakt bij CVS/M.E.-patiënten, wat verslechtering van de sympathische responsen en verstoringen van de warmte-regeling bij deze aandoening suggereert. Andere studies hebben echter geen verschillen qua ritme van de kern-temperatuur gevonden bij CVS/M.E.-patiënten, maar eerder een ontwrichting van de verwachte correlatie tussen de timing van de aanvang van de melatonine-afgifte en lichaam-temperatuur acrofase, suggestief voor een dissociatie van de circadiaanse regulering [Williams G et al. Dissociation of body-temperature and melatonin secretion circadian rhythms in patients with Chronic Fatigue Syndrome. Clin Physiol. (1996) 16: 327-337]. Dit verschil in DST werd niet gezien tijdens de zomer, aangezien de huid-temperatuur hoog was in beide groepen. Dit kan te wijten zijn aan het mogelijke maskerend effekt van de hoge omgeving-temperatuur op dat tijdstip van het jaar. Deze bevinding beklemtoont de noodzaak om de omgeving-temperatuur en DST gelijktijdig te registreren, en om het seizoen aan te geven waarin de actigrafische metingen worden uitgevoerd. De aktiviteit veranderde ook met de seizoenen: HC vertoonden lage waarden inde zomer dan in de winter, maar het profiel bleef voor beide groepen behouden.

Ondanks het verschil tussen de 2 groepen wat betreft tijd-in-bed en tewerkstelling-status (wat waarschijnlijk de mate van routines tijdens de dag reduceert, en circadiaanse en slaap-patronen wijzigt), werden geen verschillen gevonden wat betreft de acrofase van het 24h-ritme, noch voor aktiviteit of temperatuur. Studies aangaande menselijke circadiaanse ritmes hebben getoond dat bij een normaal 24h-ritme, het circadiaans patroon niet uitsluitend sinusoidaal is, maar ook gemodelleerd door een 12h-component, en dat post-lunch variaties gelinkt zijn met de menselijke fysiologie. De post-lunch component manifesteert zich als een dip in de aktiviteit en een piek van de DST, wat duidelijker blijkt als individuen dutjes doen, en dit weerspiegelt zich is in de ‘power’ van de tweede harmoniek van het spectrum. […] Het is opmerkenswaardig dat CVS/M.E.-patiënten een verschillend spectrum vertonen dan de HC, wat voornamelijk werd gekenmerkt door een minder manifeste tweede harmoniek. Anders dan de controles vertoonden CVS/M.E.-patiënten geen duidelijke toename van de post-lunch temperatuur. Deze bevinding is interessant omdat enkele patiënten rapporteerden dat ze op sommige dagen dutjes doen terwijl HC dat niet deden.

De slaap/waak-cyclus en thermoregulering zijn sterk inter-gerelateerd aangezien mensen de neiging hebben om naar bed te gaan wanneer de kern-temperatuur daalt, omwille van het warmte-verlies en de toename van de distale huid-temperatuur. Aangezien slaap, in om ‘t even welke circadiaanse fase, vasodilatatie voornamelijk in de distale huid-gebieden induceert, kan het gebrek aan een post-lunch DST-verhoging een ontregeling van dit mechanisme bij deze patiënten aangeven. Er dient te worden opgemerkt dat het net in de post-lunch periode (wanneer de temperatuur-waarden bij CVS/M.E.-patiënten positief correleren met aktiviteit) is: iets dat niet voorvalt bij HC.

Aangezien variaties in het circadiaans ritme in perifere weefsels voornamelijk te wijten zijn aan het evenwicht tussen sympattische en parasympathische systemen, zouden we kunnen nagaan of er een onevenwicht tussen deze systemen is bij CVS/M.E., misschien door een sympathische hyper-aktivatie [Wyller VB et al. Abnormal Thermoregulatory Responses in Adolescents With Chronic Fatigue Syndrome: Relation to clinical symptoms. Pediatrics (2007) 120: e129-e137]. De aktiviteit van het sympathisch systeem in de huid lijkt een cruciale rol te spelen in de regulering van de bloeddoorstroming aldaar; dus: de lagere waarden van de DST ’s nachts en de uren na de lunch bij CVS/M.E.-patiënten kan duiden op een abnormale thermoregulering die een nuttige biomerker voor de diagnose kan zijn.

Onze resultaten toonden ook dat CVS/M.E.-patiënten aan een lagere licht-intensiteit waren blootgesteld tijdens de dag dan HC. CVS/M.E.-patiënten hebben melding gemaakt van abnormale licht-gevoeligheid als symptoom van abnormale visuele intolerantie voor licht, of fotofobie. Het is echter nodig te onderzoeken of blootstelling aan lage licht-intensiteit vrijwillig is of te wijten aan het feit dat individuen meer binnen blijven. Licht is een belangrijke factor voor de synchronisatie van het circadiaans ritme en kan ook een impact hebben op humeur en cognitie. Dus zou lage licht-intensiteit overdag de slaap kunnen veranderen tijdens de daaropvolgende nacht en kunnen bijdragen tot de verergering van CVS/M.E.-symptomen. Hoewel helder-licht fototherapie bij deze patiënten niet heilzaam bleek, hebben enkele studies bij vrouwen met fibromyalgie aangegeven dat helder licht ‘s morgens de pijn-gevoeligheid verbetert; wat suggereert dat licht-therapie een aanvaarbare aanvullende benadering kan zijn die verder onderzoek verdient.

Hoewel onze studie duidelijk verschillende circadiaanse patronen bij CVS/M.E.-patiënten aangeeft die autonome dysfunktie kunnen suggereren, dienen bepaalde beperkingen te worden overwogen. De eerste is de noodzakelijkerwijs empirische benadering; naar ons weten hebben slechts weinig rapporten circadiaanse ritmes bestudeerd via actigrafie om gelijktijdig aktiviteit, huid-temperatuur en licht-blootstelling bij CVS/M.E.-patiënten te meten, en geen enkele heeft de ultradiane struktuur [ultradiane ritmes zijn terugkerende periodes of cycli die worden herhaald over een 24h circadiaanse dag] van het dagelijks profiel van deze variabelen geanalyseerd. Dit verplichtte ons de verschillende variabelen te onderzoeken die aanwijzingen kunnen geven voor de diagnose en misschien een beeld schetsen van de prognose nadien. Omwille van het laag aantal deelnemers kunnen we bovendien de resultaten niet extrapoleren naar de ganse CVS/M.E.-populatie; studies bij ernstig zieke CVS/M.E.-individuen zijn nu dringend vereist.

Hoewel actigrafie door de ‘American Association of Sleep Medicine’ als een objectieve methode voor het beoordelen van met het circadiaans ritme geassocieerde slaap/waak-aandoeningen wordt beschouwd en sterk gecorreleerd is met polysomnografie, is het verder niet altijd accuraat voor het onderscheiden van periodes waar men nog wakker is van slaap-periodes. Het licht-patroon dient ook tegenover de actigrafische registraties worden gesteld, zoals we in deze studie deden.

Circadiaanse ritmes besturen veel fysiologische funkties (inclusief de slaap/waak-cyclus, alertheid/moeheid, lichaam-temperatuur, thermoregulerende veranderingen van de bloeddoorstroming van de huid of intellectuele prestaties) en hun verkeerde afstemming ervan kan een gezondheid-risico. Onze studie beklemtoont het belang van het gebruiken van een objectieve meting zoals actigrafie naast zelf-beoordelingen, om een ‘circadiaanse signatuur’ in subgroepen CVS/M.E.-individuen vast te leggen.

De huidige studie is de eerste die patient-gerapporteerde uitkomst-metingen correleert met ritmische variabelen. Belangrijk is dat sommige van de circadiaanse variabelen correleerde met klinische metingen, wat de objectieve waarde van actigrafie voor de diagnose aangeeft. De variabelen die negatief gecorreleerd waren met FIS-40 & HADS, en positief met SF-36 kunnen worden beschouwd als goede indicatoren van de gezondheid-toestand van de patient: bijvoorbeeld het gemiddelde, de relatieve amplitude en de intra-dagelijkse variabiliteit in het geval van aktiviteit, of de nachtelijke waarde van de huid-temperatuur in de winter. Interessant is dat de ‘power’ van het 12h-ritme, van beide variabelen [aktiviteit & temperatuur], sterk correleerde met de klinische karakteristieken. De gevolgen van de gebruikte variabele om circadiaanse ritmes te meten, kunnen echter niet worden genegeerd. Zoals werd gezien, wees het circadiaans ritme van de aktiviteit op groep-verschillen ongeacht het seizoen, maar de huid-temperatuur (gezien het een variabele is die gevoelig is voor de omgeving-temperatuur) was niet geschikt in geval van een hoge omgeving-temperatuur (zoals in de zomer voorkomt).

Het moet nog worden uitgeklaard of veranderingen van de circadiaanse klok al dan niet een kenmerk van CVS/M.E. zijn, maar het is het waard te benadrukken dat een eerdere studie een verband vond tussen het NPAS2 gen [coderend voor een transcriptie-factor betrokken bij circadiaanse ritmes] en wijzigingen in de circadiaanse regulering bij CVS/M.E. [Smith AK et al. Convergent genomic studies identify association of GRIK2 and NPAS2 with Chronic Fatigue Syndrome. Neuropsychobiology (2011) 64: 183-194]. De identificatie van polymorfismen in de molekulaire klok genen en de kenmerken van veranderingen in het circadiaans ritme kunnen nuttig zijn bij CVS/M.E., daardoor is het circadiaans systeem een mogelijk therapeutisch doelwit om de levenskwaliteit van deze patiënten te verbeteren. Het herstellen van het rust/aktiviteit-ritme en de temperatuur zijn waarschijnlijk niet enkel passieve weerspiegelingen van de klinische evolutie maar spelen ook een aktieve rol bij herstel van deze patiënten.

Onderzoek naar de relatie tussen de klinische symptomen en chronobiologische effekten bij CVS/M.E. zal waarschijnlijk helpen bij het stellen van de diagnose en ons begrip van de pathofysiologie van de aandoening vergroten.

Besluiten

Deze studie biedt belangrijke informatie aangaande de mechanismen die betrokken zijn bij dysautonomie vanuit een chronobiologisch perspectief. Het verband tussen circadiaanse ritmes en energie-metabolisme (circadiaanse metabolomica) begint nog maar pas een licht te werpen op de mechanismen die aan de basis liggen van circadiaans gedrag en fysiologie, en er valt nog veel te leren uit experimenten van de soort dat hier wordt beschreven. Verdere studies die gebruik maken van actigrafie als een niet-invasief instrument (inclusief huid-temperatuur en analyse van blootstelling aan helder licht) zijn nodig om circadiaanse ontwrichtingen bij verschillende subtypes CVS/M.E.-individuen (waaronder ook ernstig zieken – aan huis gebonden en bedlegerige patiënten) te evalueren. Deze bevindingen suggereren nieuwe mogelijke strategieën voor het management en gedragsmatige interventies om ritme-verstoringen bij deze populatie te voorkomen. De opportuniteit om niet-invasieve, objectieve biomerkers te ontdekken, om beter fysiologische tijd [De vooruitgang in de ontwikkeling van een organisme kan worden gezien als een biologische klok die fysiologische tijd (‘physiological time’) meet. Deze gaat snel als het warm is en traag als het koud is.] te voorspellen en nieuwe inzichten betreffende gepersonaliseerde geneeskunde te ontwikkelen, zijn belangrijke gebieden waarbij circadiaanse metabolomica experimenten waarschijnlijk zeer waardevol kunnen zijn voor CVS/M.E. in de nabije toekomst. Deze experimenten zullen wellicht een belangrijke relevantie hebben op de therapeutische toepassingen van de circadiaanse ritmes voor deze aandoening.