OXYGENATIE EN SPIERVERMOEIDHEID IN DE VOORARMSPIEREN BIJ PATIËNTEN MET DE MCARDLE ZIEKTE TIJDENS EEN HANDKNIJPTEST

Faculteit Geneeskunde en Gezondheidswetenschappen Opleiding Lichamelijke Opvoeding en Bewegingswetenschappen Academiejaar 2010 – 2011

OXYGENATIE EN SPIERVERMOEIDHEID IN DE VOORARMSPIEREN BIJ PATIËNTEN MET DE MCARDLE ZIEKTE TIJDENS EEN HANDKNIJPTEST Masterproef voorgelegd tot het behalen van de graad van Master in de Lichamelijke Opvoeding en de Bewegingswetenschappen.

Door: Bex Tine en Blancquaert Laura Promotor: prof. dr. J. Bourgois Copromotor en begeleider: dr. J. Boone en drs. B. Celie

II

VOORWOORD Bij het kiezen van een thesisonderwerp kwamen we door onze gezamenlijke interesse voor de wetenschap terecht bij het vakgebied inspanningsfysiologie. Na een korte kennismaking met enkele mogelijke thesistitels bleek het aspect pathologieën ons te boeien. Het schrijven van een voortgangsrapport in 3e bachelor diende als voorbereiding op de masterproef en liet ons voor de eerste maal in de literatuur duiken. De eerste zoektocht doorheen de literatuur leverde ons enkele wetenschappelijke artikels op, die later de leidraad zouden vormen bij onze masterproef. De samenwerking tijdens het schrijven van het voortgangsrapport verliep steeds vlot en de interesse voor het onderwerp groeide bij ons beiden. Bij de start van het nieuwe academiejaar deden er zich enkele problemen voor omtrent ons onderwerp. Omdat we met 2 koppels geïnteresseerd waren in dezelfde thesistitel, werd deze opgedeeld in 2 delen, namelijk een fietsprotocol en een handknijpprotocol. Daar het fietsprotocol niet door het Ethisch Comité werd goedgekeurd, werd er op zoek gegaan naar een alternatief. Na wikken en wegen werd er voor gekozen om, naast mitochondriale myopathie, ook een andere aandoening te onderzoeken, namelijk de ziekte van McArdle. Aangezien geen van beide koppels een voorkeur had, besliste een grassprietje over ons lot: het werd de ziekte van McArdle. De weg naar het eindresultaat was een leerrijk proces vol ervaringen. Niet alleen hebben we uren vertoefd in het inspanningslabo en een patiënt bezocht in Brussel, maar ook snuisteren in de literatuur, gematchte controlepersonen zoeken, data analyseren, grafieken maken en vurig discussiëren vroegen veel van onze tijd. Maar al dit zwoegen heeft geleid tot een eindresultaat waar we fier op zijn. Dit proces was echter onmogelijk zonder de hulp van enkele personen. In de eerste plaats willen we graag alle proefpersonen bedanken. Zonder hun medewerking was het uitvoeren van deze studie niet mogelijk geweest. Ook onze mama‟s en vriendjes hebben met veel enthousiasme deelgenomen aan deze studie en waren doorheen dit proces onze grote steun en toeverlaat. Daarnaast willen we ook prof. dr. J. Bourgois en dr. J. Boone bedanken voor het ondersteunen van onze masterproef en prof. dr. R. Van Coster en prof. dr. J. De Bleecker van UZ Gent voor hun medewerking aan dit onderzoek.

III

Last but not least willen we ook onze begeleider, Bert Celie, graag uitvoerig bedanken. Ondanks de vele zoektochten wanneer Bert weer eens niet te bespeuren was op zijn bureau, het misverstand over de locatie van de tests (UZ of HILO?) en de vele flauwe mopjes tussendoor, was hij toch onze rots in de branding. Zonder zijn goede begeleiding en zijn kritische kijk waren we nooit tot dit mooie resultaat gekomen. Als we terugblikken op het voorbije schooljaar hebben we vastgesteld dat onze goede en eerlijke samenwerking een constante vormde tijdens de realisatie van dit proces, waardoor we elkaar met fierheid volwaardige thesispartners kunnen noemen.

IV

SAMENVATTING Doelstelling: De ziekte van McArdle situeert zich binnen de groep van metabole myopathieën en brengt als voornaamste symptoom inspanningsintolerantie met zich mee. Aan de basis van de ziekte ligt een deficiëntie aan het gen dat codeert voor het enzym myofosforylase. Tot op heden is er geen non-invasieve techniek beschikbaar om deze zeldzame ziekte te screenen. In de eerste plaats was het doel van deze studie nagaan of Near Infrared Spectroscopy (NIRS) een betrouwbaar meetinstrument is om deoxygenatie in de voorarm te meten tijdens een ritmisch dynamische handknijpinspanning. Het tweede doel van deze studie was onderzoeken of de ziekte van McArdle non-invasief gescreend kan worden met behulp van NIRS. Dit door een veranderd deoxy[Hb+Mb]-patroon, gemeten door NIRS, vast te stellen tussen patiënten en controlepersonen tijdens de ritmisch dynamische handknijpinspanning. Onderzoeksmethode: Om de betrouwbaarheid van NIRS na te gaan, voerden 20 gezonde proefpersonen de ritmisch dynamische handknijptest met toenemende intensiteit tweemaal uit en dit tot vrijwillige uitputting. 6 patiënten en 15 gematchte controlepersonen participeerden aan de vergelijkende studie waarbij dezelfde ritmisch dynamische handknijptest werd toegepast. Tijdens deze test werd de deoxygenatie, vastgesteld door ∆(deoxy[Hb+Mb]), gemeten door NIRS. De maximale deoxy[Hb+Mb]-waarden werden relatief uitgedrukt ten opzichte van de grootte van de occlusie amplitude om vergelijken tussen individuen mogelijk te maken. In de vergelijkende studie werd tevens een bloedstaal afgenomen voor en na de test om bloedlactaatconcentraties na te gaan. Resultaten: Voor 50% MVC (maximale willekeurige contractiekracht), 60% MVC en de maximale deoxy[Hb+Mb]-waarden werden significant betrouwbare resultaten gevonden. Voor 20% MVC en 40% MVC werd een trend tot significante betrouwbaarheid gevonden. Wat betreft de vergelijkende studie bleken er geen significante verschillen te zijn tussen patiënten en controlepersonen en dit zowel voor de submaximale als maximale deoxy[Hb+Mb]-waarden.

In

beide

groepen

werd

een

significante

stijging

van

bloedlactaatconcentraties vastgesteld na de test. Conclusie: Uit de test-retest resultaten volgt dat NIRS een betrouwbaar meetinstrument is op de voorarm tijdens het toegepaste protocol. Uit de vergelijkende studie kan besloten worden dat er geen veranderd patroon van O2-extractie door de voorarmspieren tijdens inspanning, vastgesteld door ∆(deoxy[Hb+Mb)]) met behulp van NIRS, gevonden wordt. Hierdoor kan deze techniek onmogelijk gebruikt worden om de ziekte van McArdle te screenen. V

INHOUDSTABEL VOORWOORD ..................................................................................................................... III SAMENVATTING .................................................................................................................. V INHOUDSTABEL .................................................................................................................. VI 1. LITERATUURSTUDIE ...................................................................................................... 1 1.1 Situering............................................................................................................................ 1 1.2 Energievoorziening en –levering in de skeletspier ........................................................... 2 1.2.1 Anaeroob .................................................................................................................... 2 1.2.2 Aeroob........................................................................................................................ 3 1.3 Ziekte van McArdle .......................................................................................................... 5 1.3.1 Definiëring en symptomatologie ................................................................................ 5 1.3.2 Onderliggende mechanismen ..................................................................................... 6 1.3.3 Diagnose .................................................................................................................. 11 1.3.4 Behandeling ............................................................................................................. 13 1.4 Perifere oxygenatie ......................................................................................................... 17 1.4.1 Near Infrared Spectroscopy (NIRS) ......................................................................... 17 1.4.2 Perifere oxygenatie met gebruik van NIRS ............................................................. 18 1.5 McArdle‟s respons op diverse inspanningstests ............................................................. 22 1.6 Hypothese en onderzoeksvraag ...................................................................................... 24 2. METHODIEK .................................................................................................................... 25 2.1 Test-retest betrouwbaarheid ........................................................................................... 25 2.1.1 Proefpersonen .......................................................................................................... 25 2.1.2 Studiedesign ............................................................................................................. 25 2.2 Vergelijkende studie ....................................................................................................... 26 2.2.1 Proefpersonen .......................................................................................................... 26 2.2.2 Studiedesign ............................................................................................................. 27 2.3 Meetinstrumenten ........................................................................................................... 27 2.4 Analyses.......................................................................................................................... 28 2.4.1 Data-analyse ............................................................................................................. 28 2.4.2 Statistische analyse .................................................................................................. 29 VI

3. RESULTATEN ................................................................................................................... 31 3.1 Test-retest betrouwbaarheid ........................................................................................... 31 3.1.1 Maximale willekeurige contractiekracht .................................................................. 31 3.1.2 Amplitude van de occlusies ..................................................................................... 31 3.1.3 Percentuele deoxy[Hb+Mb]-waarden bij submaximale en maximale intensiteiten 33 3.2 Vergelijkende studie ....................................................................................................... 35 3.2.1 Gematchte controlepersonen .................................................................................... 35 3.2.2 MVC en maximaal bereikte intensiteit .................................................................... 35 3.2.3 Amplitude van de occlusies ..................................................................................... 36 3.2.4 Percentuele deoxy[Hb+Mb]-waarden bij submaximale en maximale intensiteiten 37 3.2.5 Bloedlactaatconcentraties......................................................................................... 38 4. DISCUSSIE ......................................................................................................................... 40 4.1 Test-retest betrouwbaarheid ........................................................................................... 40 4.2 Vergelijkende studie ....................................................................................................... 43 4.2.1 Submaximale en maximale percentuele deoxy[Hb+Mb]-waarden .......................... 43 4.2.2 Bloedlactaatconcentraties......................................................................................... 46 4.3 Conclusie ........................................................................................................................ 50 5. BIBLIOGRAFIE ................................................................................................................ 51 6. BIJLAGEN ......................................................................................................................... 58 6.1 Informatiebrief voor deelnemers .................................................................................... 58 6.2 Toestemmingsformulier.................................................................................................. 61

VII

Literatuurstudie

1. LITERATUURSTUDIE 1.1 Situering Metabole myopathieën zijn een groep van erfelijke aandoeningen gekarakteriseerd door een verminderde energieproductie in de skeletspier. Ze zijn het gevolg van een defect aan het glycogeen- of vetmetabolisme. Deze groep van aandoeningen varieert van episodische spierdysfuncties tot geïsoleerde, trage en progressieve vormen en zelfs tot multisystemische, snelle en fatale ziektes (Angelini en Semplicini, 2010). De zeldzame ziekte van McArdle situeert zich binnen de eerste categorie en wordt veroorzaakt door deficiëntie van het enzym myofosforylase. Dit enzym initieert de afbraak van glycogeen in de skeletspier en het gen dat hiervoor verantwoordelijk is, kan door verschillende mutaties aangetast worden (Gordon, 2003). Ten gevolge van dit genetisch defect is er een significante daling van het oxidatief metabolisme (Grassi et al., 2007). De ziekte werd voor het eerst gerapporteerd in 1951 door Brian McArdle. Sindsdien wordt er steeds meer onderzoek gevoerd om onderliggende mechanismen van de aandoening vast te stellen en te verklaren (DiMauro et al., 2002). De mogelijke incidentie van het syndroom is moeilijk te achterhalen, maar kan in bepaalde gebieden ongeveer 1 op 100 000 bedragen. Mannen worden in het algemeen vaker getroffen dan vrouwen (El-Schahawi et al., 1996). De voornaamste symptomen zijn snelle vermoeidheid en verlaagde inspanningstolerantie (Burra et al., 2008). Deze symptomen verdwijnen wanneer de inspanning gestopt wordt. Het syndroom komt meestal tot uiting tijdens de eerste twintig à dertig levensjaren, maar kan zich ook manifesteren op latere leeftijd. Indien het zich voordoet in de kindertijd wordt het gekenmerkt door progressieve zwakheid en vroege dood als gevolg (Gordon, 2003). Vroege diagnose speelt hierbij een belangrijke rol om zo de levenskwaliteit op peil te houden.

1

Literatuurstudie

1.2 Energievoorziening en –levering in de skeletspier De energievoorziening in de spier gebeurt hoofdzakelijk op basis van vier belangrijke substraten, namelijk fosfocreatine, glycogeen, glucose en vrije vetzuren. De productie van ATP wordt uit deze substraten gegenereerd op basis van twee manieren: aeroob en anaeroob (Burra et al., 2008). 1.2.1 Anaeroob In het anaerobe luik gebeurt de energielevering onafhankelijk van zuurstof en wordt deze verkregen uit het fosfageen en glycolytisch systeem. Deze energiewegen spelen voornamelijk een rol bij korte, intensieve inspanningen en bij aanvang van duurinspanningen, daar het aeroob systeem nog niet optimaal werkzaam is. In het fosfageen systeem wordt energie geproduceerd door de reactie van adenosinedifosfaat (ADP), fosfocreatine (PCr) en een H+-molecule met vorming van een ATP-molecule en een vrij creatine-molecule. Deze reactie gaat door in het cytoplasma en wordt gekatalyseerd door het enzyme creatinekinase (CK). Fosfocreatine zorgt hierbij voor een efficiënt transport van energierijke fosfaten tussen de mitochondriën en het cytoplasma van de spiercel (creatine shuttle). Deze vorm van energielevering kent weinig tussenstadia en is hierdoor onmiddellijk beschikbaar. Dit systeem heeft een groot vermogen, maar de capaciteit is beperkt. Het glycolytisch systeem werkt op basis van glucose dat afkomstig is van koolhydraten uit de voeding. Glucose is aanwezig in het bloed en wordt daarenboven opgeslagen in de lever en de spieren onder de vorm van glycogeen. Glycogeen is een polymeer van glucose en dient als reservevoorraad die kan aangesproken worden indien het glucosegehalte in het bloed te laag wordt. In het spierweefsel kan glycogeen met behulp van het enzym myofosforylase omgezet worden tot een derivaat van glucose, namelijk glucose-1-fosfaat. Deze omzetting wordt glycogenolyse genoemd. Glucose-1-fosfaat kan op zijn beurt afgebroken worden tot pyruvaat met een nettowinst van 3 ATP-moleculen. Glucose, rechtstreeks uit het bloed of afkomstig van leverglycogeen, kan tevens afgebroken worden tot pyruvaat, wat slechts 2 ATPmoleculen oplevert. Dit proces is de glycolyse en doet zich voor in het cytoplasma. Pyruvaat kan zowel aeroob als anaeroob verwerkt worden (Tarnopolsky, 2004). Langs de anaerobe weg wordt het verder afgebroken tot melkzuur, wat op zijn beurt dissocieert tot lactaat en H+ (fig. 1) .

2

Literatuurstudie

1.2.2 Aeroob Het aeroob of oxidatief metabolisme is de dominante energiebron voor de skeletspier, waarbij koolhydraten en vetten worden afgebroken met behulp van zuurstof. Dit systeem komt traag op gang. De aerobe afbraak van koolhydraten bereikt zijn maximale capaciteit na 10 minuten, de beta-oxidatie van vetten na 30 minuten. Inspanningen van lange duur worden dus via dit metabolisme voorzien van energie (Tarnopolsky, 2006). De beste indicator van het maximaal vermogen van het aerobe energiesysteem is de maximale zuurstofopname (VO2max). Dit is de grootste hoeveelheid zuurstof die per tijdseenheid kan opgenomen (en verbruikt) worden. VO2max wordt bepaald door 3 verschillende systemen, namelijk op centraal niveau door het pulmonair en cardiovasculair systeem en op perifeer niveau door de skeletspier (Bassett en Howley, 2000). De mitochondriën in de skeletspieren verbruiken O2 bij contracties. Hierdoor verlaagt de intracellulaire PO2 waardoor diffusie van zuurstof uit het bloed kan plaatsvinden en het arterio-veneus O2 verschil toeneemt. Het perifere niveau speelt een determinerende rol bij patiënten met de ziekte van McArdle (Grassi et al., 2007). Het eerste deel van de aerobe afbraak van koolhydraten is gelijklopend met de anaerobe glycolyse. Pyruvaat wordt echter niet omgezet tot melkzuur, maar diffundeert in de mitochondriën. Daar wordt het gedehydrolyseerd wat resulteert in de vorming van acetylcoenzyme A (acetyl-coA). Dit substraat komt terecht in de citroenzuurcyclus of Krebs-cyclus (fig. 1). De snelheid van de Krebs-cyclus wordt bepaald door twee factoren: enerzijds de hoeveelheid instroom van acetyl-coA, anderzijds de concentratie van de intermediairen. Uit de citroenzuurcyclus worden twee nucleotiden gevormd, zijnde nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) en flavine adenine dinucleotide (FADH2). Beide nucleotiden zijn belangrijk bij aanvang van het elektronen transportsysteem. Dit proces is zuurstofafhankelijk en zorgt voor de productie van ATP (Burra et al., 2008). Via deze weg levert de afbraak van één molecule glucose 38 ATP-moleculen op wat beduidend meer is dan de ATP-productie langs anaerobe weg. De capaciteit van de glycolyse is afhankelijk van de hoeveelheid bloedglucose en glycogeen die beschikbaar zijn. Ten slotte ligt een grote hoeveelheid energie opgeslagen onder de vorm van triglyceriden in de adipocyten. Deze triglyceriden kunnen met behulp van het enzym lipase gehydrolyseerd worden tot glycerol en 3 vrije vetzuren (lipolyse). De vrije vetzuren kunnen via het bloed getransporteerd worden naar de actieve spieren waarna ze plasmavetzuren worden genoemd. Daarnaast zijn er ook triglyceriden opgeslagen in de spier onder de vorm van druppels. Er zijn dus twee vormen van vet die tijdens inspanning geoxideerd kunnen worden: plasmavetzuren 3

Literatuurstudie

en intramusculaire triglyceriden (Coyle, 1995). In de mitochondriën worden de vetzuren via beta-oxidatie omgezet in acetyl-coA, wat op zijn beurt terecht komt in de Krebs-cyclus (fig. 1). Het metabolisme van vrije vetzuren levert 138 mol ATP op per mol vrije vetzuren. De verbranding van vetten is onbeperkt in capaciteit, maar is wel afhankelijk van een minimale graad van activiteit van het glucosemetabolisme. Vrije vetzuren worden dus verbrand in „een vuurtje van koolhydraten‟ (Orngreen et al., 2009). Afhankelijk van de beschikbare hoeveelheid glucose worden vetzuren in meer of mindere mate aangesproken (Kelley et al., 1993)

Fig. 1: overzicht van het aeroob energiemetabolisme in de spier (Burra et al., 2008)

Bij patiënten met de ziekte van McArdle is de energielevering verstoord ter hoogte van het glycolytisch systeem, meer bepaald ter hoogte van de glycogenolyse. Hierdoor is zowel de anaerobe als de aerobe energielevering tijdens inspanning gelimiteerd.

4

Literatuurstudie

1.3 Ziekte van McArdle De ziekte van McArdle behoort tot de groep van metabole myopathieën. Deze groep van aandoeningen wordt gekarakteriseerd door storingen aan het glycogeen- of vetmetabolisme, of storingen ter hoogte van de mitochondriale functie. De storingen zijn te wijten aan genmutaties die leiden tot defecten aan de grote metabole wegen van energievoorziening aan de skeletspier (Angelini en Semplicini, 2010). 1.3.1 Definiëring en symptomatologie De ziekte van McArdle, ook wel glycogenose type V genoemd, situeert zich binnen de stoornissen aan het glycogeen metabolisme, meer bepaald ter hoogte van de glycogenolyse (fig. 2). Het

is een zeldzame autosomale

recessieve ziekte wat betekent dat beide ouders drager zijn van een mutatie in hetzelfde gen gelegen

op

een

niet-geslachtsgebonden

chromosoom. De ziekte wordt veroorzaakt door een genetische deficiëntie van het enzym myofosforylase (Gordon, 2003). Dit enzym initieert

de

afbraak

van

glycogeen

(glycogenolyse) in de skeletspier. Ten gevolge van deze deficiëntie kan spierglycogeen niet aangesproken aangewezen substraten,

worden op

de

en aanvoer

voornamelijk

zijn van

glucose

patiënten externe en

vrije

vetzuren (Dorin et al., 1996). Spierglycogeen is echter de belangrijkste energiebron bij het begin van een inspanning en bij inspanningen aan hoge

Fig. 2: Schema van glycogeen metabolisme en glycolyse. Romeinse cijfers refereren naar spierglycogenoses. Type V: myofosforylase deficiëntie (DiMauro en Bruno, 1998).

intensiteit (Vissing et al., 2003; Vorgerd et al., 2010). Naast fosforylase in de spier, bestaan er nog twee andere isoformen van dit enzym, namelijk één in de lever en één in hersenen/hart (Pari et al., 1999). De isoform van fosforylase in de lever is niet defect waardoor leverglycogeen wel op normale wijze afgebroken kan worden. 5

Literatuurstudie

Hetzelfde geldt voor glucose uit het bloed (DiMauro et al., 2002). In tegenstelling tot de skeletspier heeft de hartspier minstens 50% residuele fosforylase activiteit te wijten aan de aanwezigheid van de isoform van dit enzym in de hersenen (Tsujino et al., 2000). Dit volstaat om het normale niveau van de glycolyse te onderhouden. Zodoende rapporteren patiënten met de ziekte van McArdle geen verhoogde incidentie van hartproblemen ten opzichte van gezonde individuen (Orngreen et al., 2009). De aandoening is heterogeen van aard en kan zich op verschillende manieren uiten. Sommige vormen kunnen fataal zijn, terwijl andere minimale en milde symptomen met zich meebrengen. Diagnose wordt bemoeilijkt omwille van het feit dat ook andere aandoeningen geassocieerd kunnen worden met deze symptomen (Gordon, 2003; Burra et al., 2008). De belangrijkste symptomen van de ziekte van McArdle zijn inspanningsintolerantie te wijten aan spierpijn (myalgia) en krampen, stijfheid kort na de inspanning geassocieerd met rhabdomyolyse, snelle spiervermoeidheid en myoglobinurie (Gordon, 2003). Krampen gaan vaak gepaard met lokale zwellingen van de gebruikte spieren en kunnen de spieren aantasten wat resulteert in een verhoogd creatinekinase niveau (Kazemi-Esfarjani et al., 2002). Rhabdomyolyse houdt in dat dwarsgestreept spierweefsel wordt beschadigd waardoor spiereiwitten zoals myoglobine vrijkomen en in de urine terechtkomen. Hierdoor ontstaat donkere urine of myoglobinurie. Rhabdomyolyse en myoglobinurie komt voor bij 50% van de patiënten en kan leiden tot nierfalen (Burra et al., 2008). Een kleine hoeveelheid van de patiënten (± 25%) ontwikkelt een progressieve zwakheid van de proximale spieren, voornamelijk aan de bovenste ledematen (Angelini en Semplicini, 2010; Nadaj-Pakleza et al., 2009). De symptomen worden meestal waargenomen tijdens isometrische inspanningen daar de energie voornamelijk afkomstig is van de anaerobe glycolyse, en tijdens intense aerobe inspanningen waarbij glycogeen het belangrijkste substraat voor de aerobe glycolyse is (DiMauro et al., 2002; Arenas et al., 1993). 1.3.2 Onderliggende mechanismen Het gen dat codeert voor myofosforylase (PYGM gen) ligt op chromosoom 11 en kan door verschillende mutaties aangetast worden waardoor er geen duidelijke genotype-fenotype correlatie bestaat (DiMauro et al., 2002). Mutaties zijn veranderingen in het erfelijk materiaal (DNA of RNA) van een organisme en leiden bij patiënten met de ziekte van McArdle tot vernieling van de structuur van myofosforylase (Gordon, 2003). R49X is de meest voorkomende mutatie bij patiënten uit Amerika en Noord-Europa, maar wordt minder 6

Literatuurstudie

gevonden bij andere etnische groepen (Andreu et al., 1998; DiMauro et al., 2002). Zo goed als alle afwijkende genotypen veroorzaken complete enzymdeficiëntie en dus een volledige blokkade van de glycogeenafbraak in de spier, wat zowel de anaerobe als de aerobe inspanningscapaciteit limiteert. Er bestaan ook patiënten waarbij de myofosforylase activiteit slechts gedeeltelijk verstoord is (Orngreen et al., 2009). Het enzymatisch defect veroorzaakt een verminderde werking van het spiermetabolisme. De onmogelijkheid om glycogeen uit de spier te mobiliseren tijdens inspanning brengt een daling van de pyruvaatproductie met zich mee wat een verminderde instroom van acetyl-coA in de Krebs-cyclus veroorzaakt. Hierop volgend wordt ook het elektronentransportsysteem minder aangesproken wat leidt tot een daling in het zuurstofverbruik (Lewis en Haller, 1986). Ten gevolge van de lage productie van pyruvaat is de Krebs-cyclus in staat om deze productie volledig te verwerken. Hierdoor wordt het anaerobe systeem zelden aangesproken en is er weinig tot geen stijging van lactaat in het bloed tijdens inspanning (Löfberg et al., 2000; Hagberg et al., 1989). Ten gevolge van de onmogelijkheid om glycogeen in de spier af te breken en door de lage beschikbaarheid van extramusculaire brandstoffen, is het oxidatief metabolisme sterk beperkt tijdens de eerste minuten van een inspanning. Hierdoor bedraagt de maximale inspanningscapaciteit tijdens de eerste 5 tot 8 minuten slecht één vierde tot één derde van de normale capaciteit. Na deze initiële periode van inspanning gebeurt de energielevering meer en meer door glucose afkomstig van glycogenolyse

in

de

lever

en

door

vetzuuroxidatie (Orngreen et al., 2009). Dit brengt plots een duidelijke verbetering van de oxidatieve inspanningscapaciteit teweeg die resulteert in een proportionele daling in hartfrequentie wat het zogenaamde „second wind‟ fenomeen wordt genoemd (fig. 3). Omwille hiervan kan inspanning die voorgaand spiervermoeidheid, tachycardie en dyspnoe veroorzaakte beter getolereerd worden (Haller

Fig. 3: Second wind fenomeen bij fietsinspanning aan constant vermogen, weergegeven door de hartfrequentie bij McArdle patiënten (●) en gezonde controles (○) (Orngreen et al., 2009).

7

Literatuurstudie

en Vissing, 2002). Dit second wind fenomeen is pathognomonisch voor de ziekte van McArdle en komt enkel voor bij patiënten met complete deficiëntie van myofosforylase (Orngreen et al., 2009). In de studie van Haller en Vissing (2002) werd gesuggereerd dat verhoogde mobilisatie en opname van glucose afkomstig van de lever kritisch is voor de toename in oxidatieve capaciteit die aan de basis ligt van het second wind fenomeen. Daarnaast kan de geblokkeerde glycogenolyse in de spier echter ook deels gecompenseerd worden door een verbeterde lipolyse en vetoxidatie (Orngreen et al., 2009). Zoals gekend, verklaart het biochemisch gezegde „vet brandt in een vuurtje van koolhydraten‟ dat metabole intermediairen van de glycolyse noodzakelijk zijn om de vetoxidatie aan te wakkeren. Deze intermediairen spelen een rol bij aanvang van de citroenzuurcyclus en dienen tijdig aangevuld te worden (anaplerose). Ten gevolge van het gebrek aan anaplerose van deze glycolytische intermediairen kan de vetoxidatie bij patiënten met de ziekte van McArdle niet verder toenemen. Hoe dan ook, de verhoogde mobilisatie van vet uit de adipocyten en glucose uit de lever kan de geblokkeerde glycogenolyse in de spier niet volledig compenseren (Vissing en Haller, 2003). Verder werd er in de studies van Haller en Vissing (2002) en Vissing en Haller (2003) aangetoond dat ook een tweede second wind uitgelokt kan worden bij patiënten met McArdle. Intraveneuze infusie van glucose ligt aan de basis van dit zogenaamde „second‟ second wind fenomeen, waardoor een tweede daling van de hartfrequentie plaatsvindt. Deze glucosegeïnduceerde second wind is toe te schrijven aan een verdere stijging in de snelheid van oxidatieve fosforylatie wat gepaard gaat met een toegenomen O2-verbruik. Deze stijging is het gevolg van de toename in substraatbeschikbaarheid onder de vorm van glucose. Patiënten met de ziekte van McArdle hebben een verhoogd niveau van het enzym creatinekinase (CK) en een verhoogde ammoniakproductie (NH3) in vergelijking met gezonde individuen. Bij patiënten zijn de twee belangrijkste metabole wegen voor ATP-productie, zijnde oxidatieve fosforylatie (ETS) en anaerobe glycolyse, gelimiteerd door de afwezigheid van glycogenolyse in de spier (Lewis en Haller, 1986). Zodoende worden de creatinekinase en myokinase reacties meer aangesproken in een poging om aan de productie van ATP te voldoen (fig. 4).

8

Literatuurstudie

Fig. 4: Schematische voorstelling van de 4 grote metabole wegen voor ATP-productie en gebruik van ADP en anorganische fosfaat (Pi) bij werkende spieren. Stippellijnen geven de gelimiteerde metabole wegen bij patiënten weer (Lewis et al., 1986).

De creatinekinase reactie (creatinefosfaat systeem) houdt in dat ATP gevormd wordt op basis van PCr, ADP en H+ (ATP + Cr ↔ ADP + PCr + H+). De snelle depletie van fosfocreatine en de accumulatie van Pi in de werkende spieren bij patiënten vormen het bewijs voor de verhoogde creatinekinase reactie (Lewis et al., 1985). Bij de myokinase reactie worden twee moleculen ADP omgezet tot één molecule ATP en één molecule AMP (ADP + ADP ↔ ATP + AMP). Deze reactie is gekoppeld aan de myoadenylaat deaminase reactie waarbij AMP wordt omgezet tot IMP en ammoniak (AMP ↔ IMP + NH3). De verhoogde ammoniakproductie bij patiënten wordt deels verklaard door deze verhoogde deaminase reactie, maar kan ook afkomstig zijn van de deaminatie van aminozuren. Aangezien pyruvaatproductie bij patiënten met de ziekte van McArdle laag is, spelen aminozuren een belangrijke rol bij de activatie van de Krebs-cyclus. Dit enerzijds door productie van het intermediair α-ketoglutaraat en anderzijds door versnelling van de flow van de Krebs-cyclus via omzetting van aminozuren zoals alanine tot pyruvaat (Orngreen et al., 2009). H+ is, naast Pi en ADP, een hydrolyseproduct van ATP. In gezonde spieren accumuleert H+ ten gevolge van de productie van melkzuur, aangezien melkzuur dissocieert tot lactaat en H+. Deze H+-accumulatie gaat gepaard met verzuring van de spieren en is bij gezonde individuen één van de mogelijke oorzaken voor het ontstaan van vermoeidheid. Bij patiënten is er echter zo goed als geen melkzuurproductie waardoor er ook geen pH-daling plaats vindt in de spier (Hagberg et al., 1989). Dit mechanisme is dus niet de oorzaak van vermoeidheid bij patiënten met de ziekte van McArdle (Lewis en Haller, 1986). De Na+K+ pomp (Na+K+-ATPase) beïnvloedt de membraan exciteerbaarheid en de contractiliteit van de spier tijdens inspanning door actief transport van intracellulair natrium en extracellulair kalium. De intracellulaire K+ concentratie is hoger dan deze extracellulair, 9

Literatuurstudie

waardoor passief transport plaatsvindt van kalium uit de cel. Voor Na+ geldt het omgekeerde. De Na+K+ pomp is dus noodzakelijk om K+ terug in de cel en Na+ uit de cel te pompen (Haller et al., 1998). In de studie van Haller et al. (1998) werd aangetoond dat er een lagere concentratie is van Na+K+ pompen in de skeletspier bij patiënten met de ziekte van McArdle. De oorzaak hiervan is nog niet gekend. Deze lage concentratie zorgt voor een daling in K+ opname door de spier en een opstapeling van extracellulair kalium, wat bijdraagt tot de ontwikkeling van vermoeidheid en een daling in amplitude van de EMG-potentialen (Vorgerd et al., 2000). Deze vermoeidheid is toe te schrijven aan de verminderde exciteerbaarheid van het membraan tijdens hoge activatie van de spier. In de studie van Rae et al. (2010) werd de rekrutering van spiervezels bij patiënten vergeleken met controles. Deze studie toonde aan dat McArdle patiënten meer motorische eenheden rekruteren ten opzichte van gezonde individuen tijdens dynamische inspanning aan eenzelfde absoluut vermogen (fig. 5). Dit suggereert dat de contractiliteit van hun spieren lager is in vergelijking met gezonde personen.

Fig. 5: EMG activiteit van de M. quadriceps vastus lateralis bij McArdle patiënten en controles tijdens een fietstest met stijgende intensiteit tot uitputting (Rae et al., 2010).

Insuline vervult een belangrijke functie, namelijk opname van glucose in de werkende spiercel door activatie van GLUT4-transporters. De activiteit van insuline daalt bij hoge spierglycogeen concentraties. Patiënten met de ziekte van McArdle hebben chronisch een hoge hoeveelheid glycogeen opgestapeld in de spier en daardoor ook een hoger risico om in de loop der jaren insuline resistentie te ontwikkelen (Nielsen et al., 2002). Variabiliteit in insulinegevoeligheid kan tevens aan de basis liggen van de heterogeniteit van klinische symptomen bij patiënten (Dorin et al., 1996).

10

Literatuurstudie

1.3.3 Diagnose Diagnose van de ziekte van McArdle is niet voor de hand liggend daar de aandoening met vele andere pathologieën verward kan worden. Met spierpijn als prominent symptoom wordt bij McArdle patiënten vaak een foute diagnose gesteld zoals groeipijnen, reumatische aandoeningen of myositis (Gordon, 2003). Daarnaast worden de symptomen vaak toegewezen aan een slechte fysieke conditie of gebrek aan motivatie (Haller, 2000). Momenteel gebeurt de screening voornamelijk invasief, bijvoorbeeld door metingen van creatinekinase serum en spierbiopsie. Een niet-invasieve techniek die al gebruikt wordt, is de magnetische resonantie spectroscopy (MRS) (Burra et al., 2008). Bij patiënten waarvan vermoed wordt dat ze aan de ziekte van McArdle lijden, kan de bepaling van het creatinekinase serum als initiële test dienen. Wanneer blijkt dat dit niveau tot hoge waarden gestegen is, vormt dit een reden voor verder onderzoek (Gordon, 2003). Spierbiopsie en histochemische analyse van het enzym myofosforylase kan de diagnose bevestigen. Via biopsie kunnen ook subsarcolemmaire glycogeenblaren gedetecteerd worden (fig. 6).

Fig. 6: Subsarcolemmaire glycogeenblaren in spierbiopsie bij patiënten met de ziekte van McArdle (Angelini en Semplicini, 2010).

Deze blaren zijn een weergave van glycogeen accumulatie in de spier ten gevolge van deficiëntie aan het enzym myofosforylase (Angelini en Semplicini, 2010). Dit is echter een invasieve methode die pijn veroorzaakt en waarbij slechts een beperkte hoeveelheid weefsel wordt afgenomen. Een biopsie kan vermeden worden door gebruik te maken van moleculaire genetische analyse van het PYGM-gen van geïsoleerd DNA uit leukocyten (El-Schahawi et al., 1996). 11

Literatuurstudie

Daarnaast kan electromyografie (EMG) gebruikt worden om non-specifieke eigenschappen van myopathieën te onthullen. Bij 50% van de patiënten met de ziekte van McArdle is het EMG-signaal in rust abnormaal. In vroege stadia van de ziekte kunnen potentialen met hoge amplitude gevonden worden nog voor spierzwakte en atrofie zich manifesteren. Dit kan verklaard worden door structurele veranderingen van de spiervezels ten gevolge van het ontstaan van subsarcolemmaire vacuoles en/of glycogeenophopingen. In een gevorderd stadium daarentegen kunnen de potentialen een kleinere amplitude hebben en van korte duur zijn (Suzuki et al., 2002). MRS (31P magnetische resonantie spectroscopy) kan, via detectie van signalen van energierijke fosfaatverbindingen, het energiemetabolisme van de spier vaststellen. Evaluatie in rust en tijdens inspanning kan bruikbaar zijn als non-invasieve screeningsmethode voor glycolytische defecten. MRS wordt echter vooral gebruikt als onderzoeksmiddel om veranderingen in ATP, PCr, anorganische fosfaten (Pi) en pH te meten (Burra et al., 2008; Löfberg et al., 2000; Tarnopolsky, 2004). De voorarm ischemische lactaattest wordt traditioneel gebruikt voor het screenen van afwijkingen van het glycogeenmetabolisme (Zaman en De Raedt, 2000; Burra et al., 2008). Hierbij wordt een catheter in de antecubitale ader gebracht waarna een bloedstaal voor aanvang van de inspanning genomen wordt. Vervolgens wordt een bloeddrukmeter rond de bovenarm bevestigd en wordt een inflatie tot 250 mmHg toegepast. De inspanning bestaat uit het openen en sluiten van de vuist gedurende één minuut. Hierna wordt een bloedstaal afgenomen om de hoeveelheid lactaat te meten. Vervolgens wordt de cuff gelost om de bloedcirculatie te herstellen en worden er opnieuw bloedstalen afgenomen na respectievelijk 2 en 3 minuten (Zaman en De Raedt, 2000). Bij gezonde proefpersonen zal het lactaat stijgen van 1,5 mmol/l tot meer dan 2,5 mmol/l zonder stijging in ammoniakconcentratie. Bij patiënten met de ziekte van McArdle doet zich geen stijging in lactaat voor, maar is er wel een verhoogde ammoniakproductie. Het protocol van deze test moet zorgvuldig uitgevoerd worden om foute resultaten te vermijden. De test is bovendien niet zonder complicaties en wordt vaak slecht getolereerd door patiënten die spierpijn en krampen ervaren zowel tijdens als na de test (Gordon, 2003). Omwille van deze reden werd in de studie van KazemiEsfarjani (2002) gezocht naar een alternatief diagnostisch protocol dat beter getolereerd wordt dan de traditionele ischemische voorarmtest. Uit deze studie is gebleken dat een aerobe nietischemische voorarmtest dezelfde diagnostiche power kan opleveren zonder krampen, pijn en letsels te veroorzaken (fig. 7) (Kazemi-Esfarjani et al., 2002). 12

Literatuurstudie

Fig. 7: Lactaatconcentraties voor, tijdens en na de handknijptest bij 7 patiënten met de ziekte van McArdle en 9 controlepersonen. Dit zowel tijdens de traditionele ischemische als de nietischemische voorarmtest (KazemiEsfarjani et al., 2002).

In de studie van Vissing et al. (2003) wordt gesuggereerd dat een eenvoudige fietstest ook als screeningsmiddel kan dienen. Hierbij moeten de patiënten gedurende 20 minuten aan een constant vermogen fietsen waarbij de hartslag geregistreerd wordt. Diagnose kan gebeuren door vaststelling van het second wind fenomeen op basis van een daling in de hartfrequentie na 8 à 10 minuten inspanning. Daar dit fenomeen 100% gevoelig en specifiek is voor de ziekte van McArdle, wordt dit gebruikt om de ziekte te diagnosticeren. Om de diagnose te verbeteren is een meer kwantitatieve aanpak vereist voor het evalueren van de symptomen van inspanningsintolerantie (Haller, 2000). 1.3.4 Behandeling Tot op heden is er nog geen specifieke behandeling voor deze aandoening beschikbaar. Wel werden verschillende strategieën voorgesteld en uitgetest, zoals vormen van medicatie of aanpassingen aan het voedingspatroon, om zo de symptomen van deze zeldzame ziekte te verlichten (Gordon, 2003). De meeste van deze strategieën konden geen significante verbetering aantonen of werden niet getolereerd (Angelini en Semplicini, 2010). Toename van kennis omtrent kinetiek van de energielevering bij de aandoening van McArdle kan onderzoek naar nieuwe behandelingen faciliteren. Eens de diagnose is vastgesteld, zou de ideale behandeling correctie van de enzymdeficiëntie zijn aan de hand van het vervangen van het aangetaste gen. Deze techniek, gentherapie

13

Literatuurstudie

genaamd, werd al succesvol uitgetest op dieren maar veroorzaakt bij mensen nog bijkomende problemen, waardoor hij tot op heden nog niet gebruikt wordt. De huidige behandelingen zijn dus gericht op het reduceren van symptomen die zich uiten bij McArdle patiënten (Haller, 2000). Toedienen van orale glucose verlicht de symptomen bij de start van een inspanning en intraveneuze glucosetoediening heeft een langdurig voordelig effect op inspanningstolerantie bij deze patiënten (Orngreen et al., 2009). Daarnaast is een koolhydratenrijk dieet van belang om het leverglycogeen op peil te houden en de snelheid van de lever glycogenolyse te ondersteunen (Haller, 2000). In de studie van Nielsen et al. (2002) werd echter vastgesteld dat hoge concentraties van spierglycogeen kunnen leiden tot insulineresistentie. Daarenboven kan ook een hoge concentratie van bloedglucose aanleiding geven tot het ontwikkelen van insulineintolerantie waardoor voorzichtigheid bij behandelingen met glucose noodzakelijk is. Aminozuursupplementatie aan de hand van een proteïnerijk dieet werd toegepast om als alternatieve energiebron voor het glycolytisch metabolisme te dienen. Vertakte aminozuren, leucine, isoleucine en valine zijn de belangrijkste aminozuren die door de skeletspier worden afgebroken. Het geven van een oplossing van deze aminozuren voor inspanning toonde geen toename van energie in de spier (MacLean et al., 1998). Toch kan een proteïnerijk dieet van belang zijn voor herstel na rhabdomyolyse (Gordon, 2003; Haller, 2000). Daarnaast werd een vetzuurrijk dieet uitgetest als alternatieve brandstof. Een verhoogde beschikbaarheid van vrije vetzuren zorgde echter niet voor een toename in prestatie van het metabolisme (Andersen, 2009). Daarentegen werd aangetoond dat een verminderde hoeveelheid vrije vetzuren leidde tot nadelige effecten op de prestatie. Deze bevinding bevestigt het belang van deze metabole weg tijdens inspanning bij patiënten (Angelini en Semplicini, 2010). Verder werd orale creatine supplementatie in zowel hoge als lage dosissen toegepast als behandeling. Creatine is een aminozuur dat gevormd wordt in de lever en getransporteerd wordt naar de spieren. Daar wordt het gefosforyleerd via het enzym creatinekinase waardoor het een belangrijk energiereserve is voor ATP productie (PCr + ADP + H+ ↔ ATP + Cr). In een eerste studie van Vorgerd et al. (2000) werd aangetoond dat een lage dosis creatine supplementatie (60 mg/kg) de inspanningscapaciteit verhoogt en spierpijn vermindert. De creatineconcentratie verhoogde in het bloed, maar er vond geen significante stijging van PCr in de spier plaats (Vorgerd et al., 2000). Een dagelijkse supplementatie zorgde echter wel voor een verbetering in spierfunctie. Dit is niet toe te schrijven aan het PCr-niveau of de 14

Literatuurstudie

energiebeschikbaarheid, maar kan het resultaat zijn van de mogelijkheid om de inspanning verder te zetten tot een hoger niveau van energiedepletie (Gordon, 2003; Haller, 2000). In een latere studie van Vorgerd et al. (2002) werd het effect van een hoge dosis creatine supplementatie (150 mg/kg) onderzocht. Hieruit bleek dat een te hoge concentratie geen positief

effect

teweegbracht

en

de

belangrijkste

klinische

symptomen

van

inspanningstolerantie zelfs verergerde (Angelini en Semplicini, 2010). Deze afwezigheid van een positief effect kan te wijten zijn aan het ceiling effect van creatine, wat betekent dat de concentratie van creatine in de spier een plateau kan bereiken en dus niet verder kan stijgen ondanks toegenomen beschikbaarheid (Harris et al., 1992; Persky en Brazeau, 2001). In de studies van Vissing en Haller (2003) en Andersen et al. (2008) werd aangetoond dat het toedienen van orale sucrose kort voor inspanning de inspanningstolerantie langdurig verbetert en de skeletspieren kan beschermen tegen inspannings-geïnduceerde rhabdomyolyse. Vitamine B6 (pyridoxine hydrochloride) is een belangrijke cofactor in het enzymatisch systeem van het aminozuurmetabolisme en is meestal opgeslagen in de skeletspier. Een behandeling met vitamine B6-supplementatie vertoonde geen reductie in frequentie van spierpijn (Angelini en Semplicini, 2010; Haller, 2000). Vaak worden patiënten geadviseerd om te veel en te zware inspanningen te vermijden ter preventie van rhabdomyolyse en spierschade. Aerobe inspanningen kunnen echter mits enkele richtlijnen aangemoedigd worden om de cardiovasculaire fitheid van de patiënt op peil te houden. Door aerobe training wordt de circulatoire capaciteit en dus ook de aanvoer van brandstoffen via het bloed (voornamelijk VVZ en glucose) verhoogd (Arenas et al., 1993; Haller, 2006). Sommige patiënten zijn omwille van de spierpijn fysiek inactief, wat de inspanningsintolerantie verhoogt door verdere vermindering van de gelimiteerde oxidatieve capaciteit (Angelini en Semplicini, 2010; Haller, 2006). Dit laatste is een gevolg van een daling in mitochondriale enzymen (Haller, 2000). De start van de inspanning gebeurt best gradueel en moet tot 10 minuten volgehouden worden om zo het „second wind‟ principe te promoten (Gordon, 2003). Intense isometrische inspanningen en maximale aerobe inspanningen moeten wel vermeden worden (Haller, 2000; DiMauro et al., 2002). Als besluit kan gesteld worden dat de ziekte reeds op verscheidene manieren gediagnosticeerd kan worden, maar een meer kwantitatieve aanpak aangewezen is om de symptomen beter te evalueren. Voor het behandelen van de aandoening werden verscheidene therapieën onderzocht en sommigen deels voordelig bevonden. Toch blijkt gentherapie de enige 15

Literatuurstudie

oplossing te zijn die de ziekte volledig kan tenietdoen. Terwijl deze techniek verder ontrafeld wordt, worden patiënten aangeraden deconditionering evenals intense inspanningen te vermijden (DiMauro et al., 2002).

16

Literatuurstudie

1.4 Perifere oxygenatie Het oxidatief metabolisme is de dominante energiebron voor de skeletspier. De oxygenatie van spieren (perifere oxygenatie) gebeurt door de opname van zuurstof uit het bloed waarna het door de spieren verbruikt wordt. De belangrijkste fysiologische variabelen voor zuurstofverbruik worden uitgedrukt via de Fick-vergelijking: musculair zuurstofverbruik (VO2m) = arterioveneus (a-v) O2-verschil x spierdoorbloeding (Qm). VO2m kan dus op twee manieren beïnvloed worden: enerzijds door veranderingen in de extractie van zuurstof door de spieren

((a-v)

O2-verschil),

anderzijds

door

een

aangepaste

cardiovasculaire

en

vasodilatorische respons ter hoogte van de spier (Qm). Bij inspanning is er een verhoogde vraag naar zuurstof op spierniveau. Deze wordt tegemoet gekomen door een stijging in O2 aanvoer en door een grotere extractie van O2 uit oxyhemoglobine (HbO2) (Ferrari et al., 1997). Het oxidatief metabolisme van de spier kan onderzocht worden door middel van verscheidene optische methoden waarbij het (a-v) O2-verschil ter hoogte van de spier gemeten wordt. Near Infrared Spectroscopy (NIRS) is momenteel een veelgebruikte optische methode die toelaat de oxygenatie en deoxygenatie van de werkende spier te beoordelen (Matsui et al., 1995). 1.4.1 Near Infrared Spectroscopy (NIRS) Near Infrared Spectroscopy is een non-invasieve optische techniek om de oxygenatie van weefsels na te gaan. De techniek is gebaseerd op de mogelijkheid van het near-infrared licht om doorheen biologische weefsels zoals bot, huid en spier te infiltreren. Slechts drie moleculen in het biologisch weefsel kunnen near infrared licht absorberen, namelijk myoglobine (Mb), hemoglobine (Hb) en cytochroom oxidase (Boushel en Piantadosi, 2000). De lichtfotonen hebben een golflengte tussen 700-1000nm, aangezien deze golflengtes het best in staat zijn in het weefsel te penetreren (Mccully en Hamaoka, 2000). De hoeveelheid licht, opgevangen nadat het door de weefsels gestuurd is, hangt dus af van de mate van absorptie door de chromofonen (Mb, Hb en cytochroom oxidase). Er bestaan verscheidene types van NIRS waarvan continuous wavelenght NIRS (NIRcws) de meest toegepaste is. Hierbij wordt een probe gebruikt die zowel een lichtbron als een optische detector bevat. De lichtbron bestaat uit twee diodes die NIR-licht uitzenden met verschillende golflengtes, namelijk 760 nm en 850 nm (Hamaoka et al., 1996). Een derde diode vormt de detector. Het licht van de probe dringt door de huid waarna het spierweefsel bereikt wordt.

17

Literatuurstudie

Daar wordt het licht deels geabsorbeerd en deels verspreid doorheen het weefsel. Een fractie van het verspreide licht keert vervolgens terug door de huid naar de detector. De saturatie van Hb en/of Mb beïnvloedt de absorptie van het licht in het spierweefsel. Wanneer

Hb

en/of

Mb

bijvoorbeeld

gesatureerd zijn met O2, is de absorptie lager bij 760 nm terwijl de absorptie bij 850 nm hoger is (Hamaoka et al., 1996). Aldus verandert de intensiteit van het gedetecteerde licht

afhankelijk

van

de

hoeveelheid

deoxygenatie van Hb en/of Mb (fig. 8). Aan de hand van de Beer-Lambert wet kan de concentratie HbO2 en Hb bepaald worden (Van Beekvelt et al., 2002).

Fig. 8: Absorptiecurves van HbO2 en Hb. De twee gebruikte golflengtes resulteren in een signaal dat gevoelig is voor veranderingen in O 2saturatie (McCully en Hamaoka, 2000).

In klinische setting wordt NIRS gebruikt om cerebrale oxygenatie en doorbloeding, alsook circulatoire en metabole responsen in specifieke patiëntenpopulaties, weer te geven. Daarenboven wordt NIRS steeds meer toegepast om de beschikbaarheid van zuurstof en de metabole responsen tijdens inspanning te beoordelen. Deze relatief nieuwe techniek heeft het grote voordeel non-invasief te zijn. Daarnaast is NIRS gemakkelijk toepasbaar en wordt weinig ruis tijdens inspanning ondervonden. Verder is het mogelijk om temporele en spatiële resolutie waar te nemen. Ten slotte wordt oxygenatie direct en in een afzonderlijke regio gemeten wat de specificiteit verhoogt. Ten gevolge van de absorptie van lichtfotonen door huid en onderhuids vet kunnen zich intraindividuele verschillen voordoen wat in rekening gebracht moet worden bij het interpreteren van het NIRS-signaal. Het standaardiseren van de NIRS-signalen kan dit probleem teniet doen en kan gebeuren door veranderingen relatief ten opzichte van minimale en maximale waarden, gemeten tijdens ischemie, te bepalen (Boushel et al., 2000). 1.4.2 Perifere oxygenatie met gebruik van NIRS NIRS wordt zowel bij cyclische inspanningen (vb. fietsen, lopen, roeien) als bij lokale geïsoleerde contracties gebruikt om de O2-extractie ter hoogte van de spieren tijdens inspanning te kwantificeren en evalueren. Naast het gebruik op de spieren is NIRS ook toepasbaar op andere weefsels zoals cerebraal weefsel en bindweefsel (Boushel et al., 2000). 18

Literatuurstudie

Om het mechanisme van het spiermetabolisme in rust en tijdens inspanning te begrijpen, is er behoefte aan betrouwbare kwantitatieve metingen van het lokale O2-verbruik en de doorbloeding. De reeds gebruikte standaardmethoden voor determinatie van de doorbloeding en het arterioveneus O2-verschil, zoals plethysmografie en bloedgasanalyse, zijn hiertoe niet in staat. Betrouwbare metingen tijdens inspanning zijn tevens noodzakelijk omdat sommige aandoeningen niet herkenbaar zijn in rust, maar zich enkel uiten tijdens inspanning (Van Beekvelt et al., 2002). De test-retest reproduceerbaarheid van NIRS voor het evalueren van veranderingen in cerebrale oxygenatie en doorbloeding werd reeds onder verscheidene experimentele condities aangetoond (Pereira et al., 2007). Significante test-retest correlaties werden eveneens gerapporteerd in de M. erector spinae tijdens statische inspanning en in de M. quadriceps vastus lateralis tijdens een maximaal aantal knie-extensies (Kell et al., 2004; Pereira et al., 2007). NIRS werd reeds toegepast bij verschillende onderzoekspopulaties, zowel bij gezonde individuen als bij patiënten. Bij gezonde personen is NIRS reeds in verscheidene studies (Belardinelli et al., 1995; Chance et al., 1992) gebruikt om de spieroxygenatie van de M. quadriceps te onderzoeken tijdens een fietstest waarbij de belasting progressief stijgt of constant blijft. De studie van Chance et al. (1992) toonde aan dat de snelheid van O2reoxygenatie na inspanning sneller is bij getrainde uithoudingsatleten (roeiers) ten opzichte van sedentaire controles. Daarnaast werden er ook studies op het onderbeen uitgevoerd. In de studie van Boushel et al. (1999) werd de doorbloeding en de oxygenatie in de kuitspier en in het weefsel rond de achillespees simultaan gemeten tijdens een ritmisch dynamische plantaire flexie. Gebruikmakend van NIRS bleek dat er een parallelle stijging is in doorbloeding en een daling in O2-saturatie tijdens inspanning in beide weefsels. Om deze doorbloeding na te gaan werd NIRS vaak toegepast in combinatie met andere visuele technieken (indocyanine green (ICG) en Doppler ultrasound). Een voorbeeld hiervan is de studie van Fadel et al. (2003) waarbij de doorbloeding via Doppler ultrasound gemeten werd. Deze studie toont aan dat, tijdens steadystate metabole condities, veranderingen in weefseloxygenatie gebruikt kunnen worden om sympatische vasoconstrictie (wat gepaard gaat met verandering in doorbloeding) te beoordelen. Verder werd NIRS ook toegepast tijdens tests ter hoogte van de arm. In de studies van Van Beekvelt et al. (2002) en Muthalib et al. (2010) werd de reproduceerbaarheid van NIRS op de voor- en bovenarm onderzocht. Van Beekvelt toonde aan dat het lokale O2-verbruik in de M. 19

Literatuurstudie

flexor digitorum superficialis betrouwbaar gemeten kan worden met NIRS, zowel tijdens rust als bij ritmisch isometrische contracties aan verscheidene intensiteiten (10-90% MVC). In de studie van Muthalib et al. (2010) werd deze test-retest betrouwbaarheid eveneens nagegaan, maar deze keer op de M. biceps brachii. Er werden geen significante verschillen gevonden tussen de drie sessies tijdens zowel continue als ritmisch isometrische contracties wat bevestigt dat NIRS reproduceerbaar is op de voorarm. De experimentele studie van Hampson en Piantadosi (1988) is de eerste toepassing van NIRS om veranderingen in spieroxygenatie tijdens voorarmischemie bij gezonde personen na te gaan. Zij toonden aan dat zuurstof in de spier snel verbruikt wordt tijdens ischemie en tevens snel aangevuld wordt wanneer de musculaire doorbloeding (Qm) opnieuw plaatsvindt (fig. 9). Ook werd het effect van hypoxie op spieroxygenatie tijdens voorarmtests reeds onderzocht in de studie van Jensen-Urstad et al. (1996).

Fig. 9: Respons van de spier tijdens 8 minuten ischemie en daaropvolgend herstel. Grafiek A: signaal van HbO2+MbO2, grafiek B: signaal van Hb+Mb (Hampson en Piantadosi, 1988).

Ten slotte werd NIRS vaak in combinatie met MRS gebruikt om spiermetabolisme en oxygenatie samen te onderzoeken. Hierbij werd aangetoond dat de kinetiek van de reoxygenatie correleert met de regeneratie van fosfocreatine na submaximale inspanning (McCully et al., 1994; Ferrari et al., 1997).

20

Literatuurstudie

Daarnaast kent NIRS ook een klinische relevantie waarbij verscheidene aandoeningen, geassocieerd met een gedaalde weefseloxygenatie, onderzocht kunnen worden. In de studie van McCully et al. (1994) werd vastgesteld dat de snelheid van HbO2 resaturatie na inspanning trager is bij patiënten met een perifere vasculaire aandoening. Verder werd bij patiënten met hartfalen aangetoond dat hun spieren aan een lagere inspanningsintensiteit desatureren in vergelijking met gezonde individuen en ook een vertraagd herstel vertonen na inspanning. Dit wijst op een verminderd hartdebiet en een beperkte doorbloeding naar de werkende spieren bij deze patiënten (Belardinelli et al., 1995; Matsui et al., 1995). NIRS werd tevens toegepast om oxidatieve defecten in metabole myopathieën na te gaan (Bank en Chance, 1994). Bij cytochroom c oxidase deficiëntie werd geen deoxygenatie tijdens inspanningen van de kuitspier gevonden, wat wijst op een te laag gebruik van aangevoerd zuurstof. Patiënten met de ziekte van McArdle situeren zich ook binnen de categorie van metabole myopathieën. NIRS kan dus ook bij deze populatie gebruikt worden om de daling in oxidatieve capaciteit te kwantificeren. Deze voorgaande resultaten tonen aan dat NIRS verschillende patronen van spieroxygenatie kan detecteren bij patiënten met afwijkende niveaus van inspanningstolerantie (Ferrari et al., 1997). Dit suggereert dat NIRS een rol als screeningsmiddel kan hebben bij het beoordelen van de aanwezigheid van circulatoire en metabole aandoeningen (Boushel et al., 2001).

21

Literatuurstudie

1.5 McArdle’s respons op diverse inspanningstests Inspanningstests worden bij patiënten met de ziekte van McArdle vaak gebruikt om hun respons op verscheidene soorten inspanningen na te gaan en onderliggende mechanismen van de aandoening te onderzoeken. Sommige tests bleken ook een screeningswaarde te hebben. Vissing en Haller (2003) hebben experimenteel vastgesteld dat een fietstest als screeningsmiddel kan dienen. De test bestond uit fietsen aan een constant vermogen, overeenkomstig 60 à 70% van de theoretisch voorspelde maximale hartfrequentie (220leeftijd) en dit gedurende 15 minuten. De hartslag en waargenomen vermoeidheid (Borgschaal) werden elke minuut van de inspanning geregistreerd. Uit de resultaten bleek dat de hartslag 35 ± 3 slagen per minuut daalde tussen de 7e en de 15e minuut van de inspanning terwijl

de

hartslag

bij

de

controlegroep progressief toenam (fig. 10). Deze bevinding illustreert de aanwezigheid van het second wind fenomeen wat pathognomisch is voor McArdle patiënten. Hieruit besloten Vissing en Haller (2003) dat een fietstest aan een matig en constant vermogen een specifieke, gevoelige

en

screeningstest is.

eenvoudige

Fig. 10: Hartfrequentie (▲), Borgschaal (o) en vermogen (■) bij patiënten met McArdle tijdens een fietstest (Vissing en Haller, 2003).

Daarnaast werd ook een diagnostische test op de voorarm onderzocht. Oorspronkelijk werd deze test uitgevoerd tijdens ischemie op de voorarm, later werd hier een alternatieve test voor gevonden die geen ischemie vereiste en dus beter getolereerd werd (Kazemi-Esfarjani et al., 2002). In rust, tijdens inspanning en bij herstel werden bloedstalen uit de cubitale vene afgenomen. In deze stalen werd onder meer het lactaat- en ammoniakgehalte vastgesteld. Bij patiënten werden afwijkende concentraties van deze metabole producten gevonden waaruit besloten werd dat deze test als diagnose van de aandoening kan dienen. Bovenstaande studies tonen aan dat er reeds verscheidene inspanningstests bij patiënten met de ziekte van McArdle uitgevoerd worden, maar deze meestal gebruik maken van invasieve methoden. De toepassing van NIRS tijdens inspanningstests kan hiervoor een oplossing bieden. In verscheidene onderzoeken werden inspanningstests in combinatie met NIRS reeds 22

Literatuurstudie

gebruikt om de ziekte van McArdle vast te stellen. Hierbij wordt de verandering in concentratie van zuurstof in het bloed nagegaan om de O2-extractie door de spieren tijdens inspanning te kwantificeren (Pereira et al., 2007). Patiënten met de ziekte van McArdle hebben een verlaagde oxidatieve capaciteit tijdens submaximale inspanning en dus een gedaald zuurstofverbruik. Dit gaat gepaard met een verminderde zuurstofextractie door de spieren uit het bloed. Om de O2-extractie te kwantificeren wordt de verandering in concentratie van zuurstof tussen veneus en arterieel bloed tijdens inspanning nagegaan ((a - v) O2-verschil). De verlaagde zuurstofextractie leidt tot een lagere VO2-piek bij patiënten. In de studie van Grassi et al. (2007) wordt de O2-extractie met NIRS vastgesteld door ∆(deoxy[Hb+Mb]) tussen arterieel en veneus bloed te meten. Deze verandering in ∆(deoxy[Hb+Mb]) dient altijd gekwantificeerd te worden relatief ten opzichte van de maximale verandering in ∆(deoxy[Hb+Mb]) bij arteriële occlusie om storende invloeden van onder andere lichaamsbouw- en samenstelling uit te sluiten. Een stijging van ∆(deoxy[Hb+Mb]) geeft een verhoogde O2-extractie weer. Bij patiënten met de ziekte van McArdle wordt er percentueel een significant (p < 0.05) lagere ∆(deoxy[Hb+Mb]) ten opzichte van de maximale deoxy[Hb+Mb]-waarde vastgesteld bij inspanningen met stijgende belastingsintensiteit (Grassi et al., 2007) (fig. 11).

Fig. 11: Verschil tussen ∆(deoxy[Hb+Mb]) bij controlepopulatie (▲), patiënten met een gedaalde inspanningstolerantie waarbij nog geen diagnose vastgesteld kon worden (▼) en patiënten met McA (o) (Grassi et al., 2007).

De veranderde capaciteit van maximale O2-extractie is gelinkt aan een verbeterde cardiovasculaire respons (verhoogde doorbloeding, hartfrequentie en hartdebiet) tijdens submaximale inspanning (Grassi et al., 2007). Dit kan gezien worden als een compensatiemechanisme voor de gelimiteerde capaciteit van de spieren om O2 te extraheren.

23

Literatuurstudie

1.6 Hypothese en onderzoeksvraag De ziekte van McArdle wordt gekenmerkt door de onmogelijkheid om glycogeen in de spier af te breken. Hierdoor is zowel het aeroob als het anaeroob metabolisme beperkt, wat mogelijk gepaard kan gaan met een veranderde O2-extractie ter hoogte van de spieren ten opzichte van gezonde controlepersonen. NIRS is een vrij recente techniek die capillaire oxygenatie tijdens inspanning kan kwantificeren en evalueren. Door deze techniek tijdens ritmisch dynamische inspanningen toe te passen op de voorarm kan mogelijk de veranderde O2-extractie bij patiënten vastgesteld worden. Als eerste hypothese stellen we dat NIRS bij gezonde individuen een betrouwbaar meetinstrument is op de M. flexor carpi radialis en ulnaris tijdens een ritmisch dynamische handknijptest. Vervolgens stellen we als tweede hypothese dat een veranderd patroon van O2-extractie door de voorarmspieren tijdens inspanning, vastgesteld door ∆(deoxy[Hb+Mb]) met behulp van NIRS, kan gebruikt worden om de ziekte van McArdle te screenen. Door een vergelijkende studie tussen patiënten en gezonde gematchte controlepersonen uit te voeren, wordt deze hypothese getoetst.

24

Methodiek

2. METHODIEK 2.1 Test-retest betrouwbaarheid 2.1.1 Proefpersonen Om de test-retest betrouwbaarheid van NIRS op de M. flexor carpi radialis en ulnaris tijdens het toegepaste protocol te onderzoeken, werden 20 gezonde LO-studenten (Lichamelijke Opvoeding) gerekruteerd, waaronder 12 vrouwen en 8 mannen. Hun gemiddelde (± standaarddeviatie (SD)) leeftijd, lengte en gewicht bedroeg respectievelijk 24.40 ± 7.90 jaar, 172.70 ± 8.16 cm en 66.53 ± 9.49 kg. Geen enkele proefpersoon had gekende gezondheidsproblemen. De studie werd goedgekeurd door het Ethisch Comité van het Universitair Ziekenhuis te Gent. Voor de test werden de subjecten nogmaals ingelicht over het verloop van de test waarna een informed consent getekend werd. 2.1.2 Studiedesign De proefpersonen werden op twee verschillende meetmomenten gevraagd het protocol uit te voeren om de betrouwbaarheid van de NIRS-meting op de voorarm na te gaan. Deze meetmomenten vonden binnen eenzelfde week plaats. Voor

elke

test

werden

enkele

antropometrische

metingen uitgevoerd, namelijk lengte, gewicht en dikte van de huidplooi ter hoogte van de voorarm. Bij het begin van de test werd de maximale willekeurige contractiekracht (MVC) van de proefpersonen bepaald aan de hand van een handgrip dynamometer. De proefpersonen

kregen

hiervoor

drie

afzonderlijke

pogingen, gescheiden door één minuut rust. De personen lagen

in

een

voorkeurshand

comfortabele ontspannen

houding

naast

zich

met (fig.

de 12).

Vervolgens werd een pneumatische cuff rondom de bovenarm bevestigd die gebruikt werd om de arteriële

Fig. 12: Opstelling tijdens de test

occlusie uit te voeren. De probe van het NIRS-toestel werd nauwkeurig en stevig aan de mediale zijde van de voorarm geplaatst ter hoogte van de M. flexor carpi radialis en ulnaris en werd tevens afgeschermd van het daglicht. Om de plaatsing van de probe tussen beide 25

Methodiek

meetmomenten te standaardiseren, werd de locatie op de voorarm gemarkeerd. Na het plaatsen van de instrumenten startte het experiment met een rustperiode waarbij gestreefd werd naar een stabiele basislijn van het deoxy[Hb+Mb]-signaal. Hierna volgde de arteriële occlusie door inflatie van de cuff tot 280 mmHg. Deze druk werd aangehouden tot het deoxy[Hb+Mb]-signaal een plateau bereikte en er dus geen verdere extractie van O2 mogelijk was. Vervolgens werd de cuff gelost en vond er een herstelperiode plaats waarbij de NIRSsignalen terugkeerden tot basislijn waarden. Wanneer deze basislijn opnieuw bereikt werd, startte de inspanningstest. Deze test bestond uit ritmisch dynamische handknijpinspanningen met toenemende intensiteit. Er werd gestart aan een intensiteit die overeenstemt met 20% van de maximale willekeurige contractiekracht (MVC). Dit werd gedurende 2 minuten volgehouden aan een contractiesnelheid van 0.5 Hz (30 contracties per minuut) waarna de personen 1 minuut rust kregen. Om de contractiesnelheid te standaardiseren werd gebruik gemaakt van een metronoom. De intensiteit werd bij elke stap met 10% MVC opgedreven en dit tot vrijwillige uitputting.

2.2 Vergelijkende studie 2.2.1 Proefpersonen Daar de aandoening van zeldzame aard is, participeerden slechts zes patiënten met de ziekte van McArdle in dit onderzoek, waaronder vier mannen (twee broers) en twee vrouwen (zussen). Deze patiënten werden gerekruteerd door de behandelende arts die de ziekte vaststelde aan de hand van een spierbiopsie en medewerking verleende aan dit onderzoek. Van elke patiënt werd de leeftijd, het gewicht en de lengte genoteerd. Hun gemiddelde (± SD) leeftijd, lengte en gewicht bedroeg respectievelijk 37.00 ± 17.57 jaar, 175.95 ± 4.35 cm en 82.58 ± 11.80 kg. Voor elke patiënt werd op zoek gegaan naar drie gematchte controlepersonen op basis van geslacht en leeftijd, en indien mogelijk ook op basis van lengte en gewicht. Deze 18 controlepersonen waren niet sportief of beoefenden geen specifieke activiteit waarbij de voorarmspieren van belang zijn. Alle proefpersonen werden op voorhand geïnformeerd over het doel van de studie . De studie werd goedgekeurd door het Ethisch Comité van het Universitair Ziekenhuis te Gent. Voor de test werden de patiënten en controles nogmaals ingelicht over het verloop van de test waarna een informed consent getekend werd.

26

Methodiek

2.2.2 Studiedesign Een cross-sectioneel observationeel onderzoek werd bij patiënten en controles uitgevoerd om een verschil in respons op de test na te gaan. Afhankelijk van de beschikbaarheid voerden zowel de patiënten als de controles de test eenmaal uit op een afgesproken tijdstip. Het protocol zoals hierboven beschreven (zie 2.1.2 studiedesign) werd door alle proefpersonen uitgevoerd. Voor het starten van de test werd capillair bloed afgenomen om de bloedlactaatconcentraties in rust na te gaan. Ten slotte werd op het einde van de test een tweede bloedstaal afgenomen om de verandering in lactaat na te gaan.

2.3 Meetinstrumenten Bij het uitvoeren van het protocol werd gebruik gemaakt van verschillende materialen, namelijk een huidplooicaliper, een handknijp dynamometer, Near Infrared Spectroscopy (NIRS) en een lactaatmeter. Een skinfold caliper (Harpenden) (fig. 13) werd gebruikt om de dikte van de subcutane vetlaag te meten op vijf verschillende plaatsen, namelijk biceps, triceps, subscapulair, suprailiacaal en ter hoogte van de voorarm waar de NIRS probe geplaatst werd. De dikte van het subcutane vetweefsel moet in rekening gebracht worden daar de penetratiediepte van het NIRS signaal beperkt is tot

Fig. 13: Skinfold caliper (Harpenden)

de helft van de afstand tussen lichtbron en detector. Om de test uit te voeren werd gebruik gemaakt van een handknijp dynamometer

(Saehan).

Dit

is

een

valide

en

betrouwbaar

meetinstrument voor het meten van de handknijpkracht (kg) (Mathiowetz, 2002). De handdynamometer (fig. 14) werd in deze studie gebruikt voor het meten van de maximale handknijpkracht, alsook gedurende het protocol voor het uitvoeren van ritmisch dynamische contracties.

Fig. 14: De handdynamometer (Saehan)

Oxygenatie veranderingen in de M. flexor carpi radialis en ulnaris werden geëvalueerd met behulp van NIRS (oxiplexTS ISS, Champaign, Illinois, USA). In deze studie werd gebruik gemaakt van een draagbare continuous wavelenght Near Infrared Spectroscopy (NIR cws). De optische probe, bestaande uit een lichtbron en detector, werd aangesloten op een persoonlijke computer om de data te kunnen verzamelen en later te analyseren (fig. 15). 27

Methodiek

Fig. 15: Schematische voorstelling van het NIRS-instrument op de voorarm (Van Beekvelt et al., 2002)

Ten slotte werd voor het bepalen van de bloedlactaatconcentraties het capillair bloed geanalyseerd met een lactaatmeter (ANALOX Instruments LTD, London, UK).

2.4 Analyses 2.4.1 Data-analyse Het NIRS-signaal bestaat uit vier verschillende grafieken, namelijk oxy[hemoglobine+ myoglobine], deoxy[Hb+Mb], zuurstofsaturatie en totaal hemoglobine (som van deoxy- en oxy[Hb+Mb]). Deze gegevens werden geïmporteerd in Microsoft Excel waarbij kwantitatieve data verkregen werden. De data van deoxy[Hb+Mb] werden verder geanalyseerd. Eerst werd basislijn 1 (BL1) berekend door het gemiddelde te nemen van de deoxy[Hb+Mb]-waarden 30 seconden voor de start van de occlusie. Dezelfde berekeningen werden uitgevoerd voor het verkrijgen van een gemiddelde 30 seconden waarde voor de plateaufase tijdens arteriële occlusie (AO-plateau) en basislijn 2 na de occlusie (BL2). Het verschil tussen maximale deoxy[Hb+Mb]-waarde tijdens occlusie en basislijn 1 (AO-plateau – BL1) geeft de amplitude van de occlusiestijging weer (AO-amplitude). De gemiddelde maximale deoxy[Hb+Mb]waarde voor elke inspanningsintensiteit werd berekend uit 10 opeenvolgende seconden met de hoogste deoxy[Hb+Mb]-waarden. Het verschil tussen basislijn 2 en deze maximale deoxy[Hb+Mb]-waarde geeft de grootte van de stijging weer per inspanningsintensiteit. De grootte van de stijging tijdens elke intensiteit werd ten slotte relatief ten opzichte van de occlusie amplitude uitgedrukt (deoxy[Hb+Mb]-waarde x% MVC - BL2)/ AO-amplitude) (fig. 16). De percentuele gegevens hierbij verkregen, werden gebruikt voor statistische analyse.

28

Methodiek

Verloop deoxy[Hb+Mb] tijdens protocol

70

20%

30%

40%

50%

60%

70%

Deoxy[Hb+Mb] (µM)

60

Deoxymax

50 AOampl

40

Deoxy[Hb+Mb]

30 20 BL1

BL2

10 0 0

500

1000

Tijd (sec)

1500

2000

Fig. 16: Illustratie van het deoxy[Hb+Mb]-patroon tijdens het protocol

2.4.2 Statistische analyse In de eerste plaats werd nagegaan of er een significant verschil was overheen de 2 meetmomenten aan de hand van een gepaarde T-toets. Dit zowel voor de MVC‟s, amplitude van de occlusies, percentuele submaximale deoxy[Hb+Mb]-waarden en percentuele maximale deoxy[Hb+Mb]-waarden

op

beide

meetmomenten.

Tevens

werd

de

intraclass

correlatiecoëfficiënt (ICC) berekend om de test-retest betrouwbaarheid na te gaan. Landis en Koch stelden categorieën vast voor het evalueren van deze betrouwbaarheid. Zij beschouwden ICC-waarden tussen 0 – 0.20 als gering, tussen 0.21 – 0.40 als tamelijk, tussen 0.41 – 0.60 als matig, tussen 0.61 – 0.80 als aanzienlijk en tussen 0.81 – 1 als (bijna) perfect betrouwbaar. Ten slotte werd met behulp van een lineaire regressie nagegaan of onderhuids vet een voorspellende waarde heeft voor de grootte van de amplitude tijdens occlusie. Bij de vergelijkende studie werd door middel van een T-toets voor niet gepaarde gegevens gekeken of er een statistisch significant verschil was tussen patiënten met de ziekte van McArdle en controlepersonen. Dit zowel voor de antropometrische gegevens (leeftijd, lengte, gewicht en huidplooi voorarm), voor de verkregen parameters uit de data-analyse (maximale en submaximale deoxy[Hb+Mb]-waarden) alsook voor de MVC‟s, occlusie amplitudes en bloedlactaatconcentraties. Met behulp van een lineaire regressie werd ook bij patiënten en controlepersonen nagegaan of onderhuids vet een voorspellende waarde heeft voor de grootte van de amplitude tijdens occlusie. Aan de hand van een variantieanalyse voor herhaalde metingen (Repeated Measures ANOVA) werd voor de bloedlactaatconentratie zowel het

29

Methodiek

interactie-effect als de hoofdeffecten van tijd en groep bekeken om het effect van deze parameters te onderzoeken. Het significantieniveau werd uitgedrukt aan de hand van een p-waarde < 0.05. Alle statistische analyses werden uitgevoerd met SPSS Statistical Software1.

1

SPSS versie 18 (SPSS inc., Chicago, USA)

30

Resultaten

3. RESULTATEN 3.1 Test-retest betrouwbaarheid 3.1.1 Maximale willekeurige contractiekracht Er wordt geen significant verschil gevonden tussen de MVC-waarden van beide meetmomenten (p = 0.188 en t = 1.366). De intraclasscorrelatiecoëfficiënt (ICC) bedraagt 0.89 met een significantie van p < 0.001. Deze ICC-waarde wijst op een goede betrouwbaarheid en dus zijn de MVC-waarden zeer reproduceerbaar over beide meetmomenten (fig. 17).

MVC test-retest 70 n.s. 60

MVC (kg)

50 40 Test 30

Retest 50.15

48.45

20 10 0

Fig. 17: Gemiddelde waarden ± SD voor de maximale willekeurige contractiekracht bij test en retest (n.s. = niet significant verschillend)

3.1.2 Amplitude van de occlusies Er wordt geen significant verschil waargenomen tussen de amplitude van de occlusies bij de twee meetmomenten (t = 0.332 en p = 0.743). Er wordt tevens een zeer hoge betrouwbaarheid gevonden met een ICC van 0.889 (p < 0.001) (fig. 18). De dikte van de huidplooi van de voorarm bedroeg gemiddeld 6.02 ± 2.25 mm. Onderhuids vet ter hoogte van de voorarm blijkt een significante voorspeller te zijn voor de grootte van de amplitude tijdens occlusie. Deze significantie wordt zowel bij de test als de retest teruggevonden (p = 0.001 bij test en p < 0.001 bij retest). Bij de test bedraagt de adjusted R31

Resultaten

square 0.46 en bij de retest 0.47, wat betekent dat 47% van de variantie in amplitude van de occlusie verklaard kan worden door de dikte van de huidplooi op de voorarm. Figuur 19 illustreert dat de amplitude zowel bij test (19a) als bij retest (19b) afneemt naarmate de huidplooi dikker is.

Occlusie amplitude test-retest 70 OA-amplitude deoxy[Hb+Mb] (µM)

n.s. 60 50 40 Test 30

Retest

20 44.77

10

43.98

0

Fig. 18: Gemiddelde waarde ± SD voor de amplitude van de occlusie bij test en retest (n.s. = niet significant verschillend)

100

Onderhuids vet voorspeller van AO-amplitude (retest)

y = -7.743x + 91.348 adjusted R² = 0.46 p = 0.001

80 60 40 20 0 2

4 6 8 10 Huidplooi voorarm (mm)

12

Fig. 19a: Invloed van onderhuids vet op de grootte van de amplitude tijdens occlusie bij test

AO-amplitude deoxy[Hb+Mb] (µM)

AO-amplitude deoxy[Hb+Mb] (µM)

Onderhuids vet voorspeller van AO-amplitude (test)

100

y = -6.1829x + 81.174 adjusted R² = 0.47 p < 0.001

80 60 40 20 0 2

7 Huidplooi voorarm (mm)

12

Fig. 19b: Invloed van onderhuids vet op de grootte van de amplitude tijdens occlusie bij retest

32

Resultaten

3.1.3 Percentuele deoxy[Hb+Mb]-waarden bij submaximale en maximale intensiteiten Er worden geen significante (p > 0.05) verschillen gevonden tussen de twee meetmomenten en dit voor elke intensiteit. Naarmate de intensiteit toeneemt, worden er hogere ICC-waarden gevonden. Enkel bij 30% MVC is de betrouwbaarheid zeer laag (ICC = 0.025 en p = 0.457). Ondanks lage ICC-waarden voor 20% MVC en 40% MVC blijken de p-waarden hier wel een trend tot significantie te vertonen (tabel 1). Voor 50% MVC en 60% MVC worden de enige significante p-waarden (p = 0.017 en p = 0.005) gevonden (tabel 1). Figuur 20 geeft de

Relatieve (%) stijging deoxy[Hb+Mb]

reproduceerbaarheid weer overheen de intensiteiten.

Submaximale percentuele deoxy[Hb+Mb] test-retest n.s.

60 n.s. 50 40 30

* * *

n.s.

n.s. n.s.

Test Retest

20 10 0 20% MVC

30% MVC

40% MVC

50% MVC

60% MVC

Inspanningsintensiteit (% MVC) Fig. 20: Relatieve (%) stijging deoxy[Hb+Mb] overheen de verschillende intensiteiten, zowel voor test als retest (n.s. = niet significant verschillend)

Tabel 1 20% MVC

30% MVC

40% MVC

50% MVC

60% MVC

ICC

0.321

0.025

0.334

0.466

0.553

p-waarde

0.078

0.457

0.069

0.017

0.005

Tabel 1: ICC-waarden en bijhorende p-waarden voor de submaximale inspanningsintensiteiten

Figuur 21 toont aan dat er

geen significant verschil is in percentuele maximale

deoxy[Hb+Mb]-waarde tussen beide meetmomenten (t = 0.106 en p = 0.916). De ICC-waarde bedroeg 0.863 (p < 0.001), wat wijst op een bijna perfecte reproduceerbaarheid (fig. 22).

33

Resultaten

Relatieve (%) stijging deoxy[Hb+Mb]

Maximale percentuele deoxy[Hb+Mb] test-retest 70 n.s.

60 50 40

Test Retest

30 44.86

20

45.08

10 0 Fig. 21: Gemiddelde waarden ± SD voor de maximale relatieve (%) stijging deoxy[Hb+Mb] bij test en

Max. relatieve (%) stijging deoxy[Hb+Mb] retest

retest (n.s. = niet significant verschillend)

Maximale percentuele stijging deoxy[Hb+Mb] test-retest

100 90 80 70 60 50

y = 0.8534x + 6.7967 ICC= 0.863 p < 0.001

40 30 20 10 0 0

20 40 60 Max. relatieve (%) stijging deoxy[Hb+Mb] test

80

100

Fig. 22: Maximale relatieve (%) stijging deoxy[Hb+Mb] tijdens test en retest

Via significante test-retest correlaties werd aangetoond dat NIRS een betrouwbaar meetinstrument is op de voorarm (M. flexor carpi radialis en ulnaris) bij de maximale inspanningsintensiteit tijdens het gebruikte protocol. Voor de submaximale intensiteiten is deze significante betrouwbaarheid enkel terug te vinden bij 50 en 60% MVC. 34

Resultaten

3.2 Vergelijkende studie 3.2.1 Gematchte controlepersonen Bij het zoeken naar controlepersonen werd gestreefd naar een minimale afwijking van de antropometrische gegevens van de overeenkomstige patiënten, namelijk 2% van de lichaamslengte, 5% van het lichaamsgewicht en 3 levensjaren. Van de 18 controlepersonen werden drie personen niet opgenomen in de statistische analyses daar ze uitbijters waren wat betreft deoxy[Hb+Mb]-waarden. Er werden geen significante verschillen gevonden tussen de patiënten en de gematchte controlepersonen (tabel 2). Tabel 2 Leeftijd (p = 0.846)

Lengte (p = 0.969)

Gewicht (p = 0.568)

Huidplooi voorarm (p = 0.615)

Patiënten (6)

37.00 ± 17.57

175.95 ± 4.35

82.58 ± 11.80

8.20 ± 3.60

Controles (15)

35.47 ± 15.55

175.83 ± 9.23

78.77 ± 14.17

7.35 ± 3.36

Tabel 2: Gemiddelde waarden ± SD voor antropometrische gegevens van patiënten en controlepersonen

3.2.2 MVC en maximaal bereikte intensiteit Er blijkt geen significant verschil te zijn (t = 1.291 en p = 0.212) tussen de MVC‟s van patiënten en controlepersonen (fig. 23). De gemiddelde waarden (± SD) bedroegen respectievelijk 43.67 ± 13.72 kg en 50.87 ± 10.66 kg. Indien het geslacht in rekening wordt gebracht, blijft bovenstaande bevinding gelden (mannen: p = 0.156, vrouwen: p = 0.578). De gemiddelde waarden (± SD) van de mannen bedroegen 47.00 ± 16.39 kg voor de patiënten en 56.40 ± 7.57 kg voor de controles. Bij de vrouwen bedroegen deze waarden respectievelijk 37.00 ± 1.41 kg en 39.80 ± 6.26 kg. Patiënten met de ziekte van McArdle bereikten gemiddeld een maximale intensiteit van 58.33 ± 14.72 % MVC. Bij de controlepersonen ligt dit percentage hoger, namelijk 66.00 ± 8.28 % MVC, maar dit verschil blijkt niet significant te zijn (t = 1.53 en p = 0.142).

35

Resultaten

MVC patiënten en controles 70 n.s.

60

MVC (kg)

50 40 Patiënten 30 20

Controles 43.67

50.87

10 0

Fig. 23: Gemiddelde waarden ± SD voor de maximale willekeurige contractiekracht bij patiënten en controlepersonen (n.s. = niet significant verschillend)

3.2.3 Amplitude van de occlusies Bij het vergelijken van de occlusie amplitude tussen en patiënten en controlepersonen blijkt er geen significant verschil te zijn tussen beide groepen (t = 0.885 en p = 0.387). De dikte van de huidplooi van de voorarm bedroeg gemiddeld 8.20 ± 3.60 mm. Onderhuids vet ter hoogte van de voorarm blijkt ook bij patiënten en controlepersonen een significante voorspeller te zijn voor de grootte van de amplitude tijdens occlusie. De adjusted R-square bedraagt 0.43 wat betekent dat 43% van de variantie in amplitude van de occlusie verklaard kan worden door de dikte van de huidplooi op de voorarm. Figuur 24 illustreert deze bevinding, namelijk dat de amplitude afneemt naarmate de huidplooi dikker is. De dikte van de huidplooi ter hoogte van de voorarm blijkt geen significant voorspellende waarde te hebben voor de maximale percentuele deoxy[Hb+Mb]-waarde (adjusted R² = 0.05 en p = 0.828).

36

Resultaten

AO-amplitude deoxy[Hb+Mb] (µM)

160

Onderhuids vet voorspeller van AO-amplitude bij patiënten en controles

140 120 y = -8.9643x + 124.95 Adjusted R² = 0.43 p = 0.001

100 80 60 40 20 0 -20 0

5

10

15

20

-40 Huidplooi voorarm (mm) Fig. 24: Invloed van onderhuids vet op de grootte van de amplitude tijdens occlusie bij patiënten en controlepersonen

3.2.4 Percentuele deoxy[Hb+Mb]-waarden bij submaximale en maximale intensiteiten Voor de submaximale inspanningsintensiteiten tot 50% MVC worden er geen significant verschillende deoxy[Hb+Mb]-waarden gevonden tussen patiënten en controlepersonen (p = 0.953 voor 20%, p = 0.945 voor 30%, p = 0.361 voor 40% en p = 0.847 voor 50% MVC). Bij 60% MVC blijkt er een trend tot significantie te zijn (p = 0.077), maar slechts 3 patiënten bereikten deze intensiteit (fig. 25).

Submaximale percentuele deoxy[Hb+Mb] bij patiënten en controles Relatieve (%) stijging deoxy[Hb+Mb]

70 n.s.

n.s.

50 40

$

n.s.

60

n.s.

30

Patiënten

20

Controles

10 0 20% MVC

30% MVC

40% MVC

50% MVC

60% MVC

Inspanningsintensiteit (% MVC) Fig. 25: Relatieve (%) stijging deoxy[Hb+Mb] bij submaximale intensiteiten voor patiënten en controlepersonen ($p < 0.1 en n.s. = niet significant verschillend)

37

Resultaten

Er wordt eveneens geen significant verschil gevonden tussen patiënten en controlepersonen wat betreft de maximale deoxy[Hb+Mb]-waarde (t = 0.605 en p = 0.552). Bij patiënten bedroeg de gemiddelde percentuele maximale deoxy[Hb+Mb]-waarde (± SD) 45.19 ± 17.53%, bij controlepersonen 50.15 ± 16.76% (fig. 26).

Relatieve (%) stijging deoxy[Hb+Mb]

Maximale percentuele deoxy[Hb+Mb] bij patiënten en controles 70 n.s.

60 50 40

Patiënten Controles

30 20

45.19

50.15

10 0 Fig. 26: Gemiddelde waarden ± SD voor de maximale relatieve (%) stijging deoxy[Hb+Mb] bij patiënten en controlepersonen (n.s. = niet significant verschillend)

3.2.5 Bloedlactaatconcentraties Er wordt geen significant interactie-effect gevonden (p = 0.378 en F = 0.816) wat betekent dat de stijging van de bloedlactaatconcentraties overheen de tijd niet afhankelijk is van de groep (patiënten versus controles). Zowel bij patiënten als bij controlepersonen wordt een significante stijging van de bloedlactaatconcentraties gevonden overheen de tijd (p < 0.001 en F = 39.317). Voor de test bedroeg de bloedlactaatconcentratie bij patiënten 1.79 ± 0.27 mmol/l, na de test 3.17 ± 0.62 mmol/l. De concentraties van het bloedlactaat bij controlepersonen voor en na de test bedroegen respectievelijk 2.27 ± 1.07 mmol/l en 4.10 ± 1.15 mmol/l (fig. 27). Bij het vergelijken van de groepen werd een trend tot significantie gevonden (p = 0.096 en F = 3.082) wat betekent dat controlepersonen zowel voor als na de test hogere bloedlactaatconcentraties hebben.

38

Resultaten

Lactaatwaarden pre-post bij patiënten en controles 5,5 5

***

4,5 Lactaat (mmol/l)

4

***

3,5 3

Pre

2,5 3,17

1,5 1

Post

4,10

2

2,27

1,79

0,5 0 patiënten

controles

Fig. 27: Gemiddelde waarden ± SD voor de bloedlactaatconcentraties voor en na de test bij patiënten en controles (***p < 0.001)

In figuur 28 wordt de toename in bloedlactaatconcentraties (postlactaat – prelactaat) bij patiënten en controlepersonen vergeleken. Dit verschil in toename blijkt niet significant te zijn met een p-waarde van 0.378.

Toename in lactaatconcentraties bij patiënten en controles 3,5 3 Lactaattoename (mmol/l)

n.s. 2,5 2 Patiënten 1,5

Controles

1 0,5 1.38

1.84

0 Fig. 28: Gemiddelde waarden ± SD voor de toename in bloedlactaatconcentraties bij patiënten en controlepersonen (n.s. = niet significant verschillend)

39

Discussie

4. DISCUSSIE 4.1 Test-retest betrouwbaarheid Deze studie is het eerste onderzoek dat de betrouwbaarheid van NIRS op de M. flexor carpi radialis en ulnaris tijdens ritmisch dynamische inspanningen nagaat. De resultaten tonen dat er geen significante verschillen werden gevonden tussen de maximale relatieve stijging (%) in deoxy[Hb+Mb] overheen beide meetmomenten, en dit zowel tijdens submaximale als maximale inspanningsintensiteiten. Voor de maximale intensiteit en inspanningen aan 50% en 60% MVC werden tevens significante ICC-waarden gevonden, wat suggereert dat de reproduceerbaarheid over de twee meetmomenten goed is. De submaximale intensiteiten (20% - 40%) blijken gevoeliger te zijn voor intra-individuele verschillen waardoor de betrouwbaarheid lager is (fig. 20). In de studie van Muthalib et al. (2010) werden gelijkaardige resultaten vastgesteld op de M. biceps brachii tijdens herhaalde isometrische contracties over drie testsessies. Hierbij werd een grotere variantiecoëfficiënt gevonden bij inspanning aan 30% MVC ten opzichte van maximale inspanning (100% MVC). Een mogelijke verklaring hiervoor is de invloed van intensiteit van de inspanning op de heterogeniteit van O2-extractie en O2-aanvoer. Bij submaximale inspanning spelen beide parameters een rol, terwijl bij maximale inspanning de O2-extractie de primaire factor is (Muthalib et al., 2010). Daar er bij patiënten neveneffecten kunnen optreden na inspanning aan maximale intensiteit, is enige voorzichtigheid noodzakelijk. Wanneer NIRS wordt toegepast bij patiëntenpopulaties kan het aldus noodzakelijk zijn de afweging te maken tussen intensiteit en betrouwbaarheid. Aangezien deze studie werd uitgevoerd op een kleine spiergroep ter hoogte van de voorarm, is maximale uitputting wel mogelijk zonder ernstige nevenwerkingen. Dit in tegenstelling tot protocols bestaande uit grootmotorische taken (vb. fietsen). Een mogelijke verklaring voor de lage ICC-waarden bij 20% en 30% MVC is gewenning aan het gebruikte materiaal en het toegepaste protocol. Aan het begin van de eerste testafname traden vaak kleine fouten (vb. foutief ritme, foute inschatting van nodige kracht bij lage intensiteit) op die verdwenen naarmate het protocol vorderde. Bij de tweede testafname was het protocol reeds gekend, waardoor deze fouten niet meer gemaakt werden. In de studie van Van Beekvelt et al. (2002) werd de betrouwbaarheid op de M. flexor digitorum superficialis gedurende 3 verschillende dagen tijdens ritmisch isometrische handknijptests onderzocht. Tijdens deze test nam de intensiteit progressief toe (10% - 90% 40

Discussie

MVC). Hierbij werden geen significante verschillen gevonden in musculair zuurstofverbruik (VO2m) overheen de verschillende dagen, met uitzondering van de hoogste intensiteit. Deze resultaten zijn bijgevolg tegenstrijdig met de bevindingen van deze studie en de studie van Muthalib et al. (2010). Het dient echter opgemerkt te worden dat het protocol in de studie van Van Beekvelt et al. (2002) drie opeenvolgende dagen uitgevoerd werd en dit steeds tot uitputting. Hierdoor kan vermoeidheid overheen de sessies een rol spelen. Naarmate de onderzochte spier meer vermoeid is, kunnen minder spiervezels gerekruteerd worden. Bij lage intensiteit zal de vermoeidheid van de vorige sessie echter minder invloed hebben dan bij hoge intensiteit, wat een verklaring kan zijn voor de tegenstrijdige bevindingen bij de hoogste intensiteit. Aangezien beide meetmomenten in huidige studie door een week gescheiden zijn, kan vermoeidheid uit de eerste sessie geen effect hebben op de tweede sessie. Een tweede opmerkelijk punt in de studie van Van Beekvelt et al. (2002) is de arteriële occlusie die slechts 45 seconden werd uitgevoerd. Arteriële occlusie brengt lokale hypoxie met zich mee daar de spierdoorbloeding (Qm) tijdelijk afwezig is. Uit de Fick-vergelijking volgt dat VO2m tijdens deze occlusie louter afhankelijk is van de O2-extractie. Een tijdspanne van 45 seconden is te kort om de maximale deoxy[Hb+Mb]-waarde als maat voor maximale O2-extractie te determineren. De grootte van de maximale deoxy[Hb+Mb]-waarde en de duur om deze te bereiken zijn individueel verschillend. In het toegepaste protocol zijn de maximale deoxy[Hb+Mb]-waarden per individu bijgevolg niet gekend, waardoor de waarden niet relatief uitgedrukt kunnen worden en vergelijken tussen personen onmogelijk wordt. In huidig onderzoek vond ook een arteriële occlusie plaats, maar deze werd pas beëindigd nadat een plateaufase van het deoxy-signaal bereikt werd. Door het bereiken van de maximale deoxy[Hb+Mb]-waarde kan de extractie bij verschillende intensiteiten aldus percentueel uitgedrukt worden. Op die manier is vergelijken tussen individuen onderling wel mogelijk en wordt tevens de storende invloed van de dikte van de huidplooi op de grootte van de occlusie amplitude teniet gedaan. Deze arteriële occlusie tot plateaufase werd reeds toegepast in de studie van Grassi et al. (2007) waarbij de oxygenatie in de M. vastus lateralis geëvalueerd werd met behulp van NIRS. Muthalib et al. (2010) maakten in hun studie geen gebruik van een arteriële occlusie. Om vergelijking tussen individuen toch mogelijk te maken, bestudeerden ze de O2-saturatie in plaats van de deoxy[Hb+Mb]-waarden daar deze saturatie percentueel uitgedrukt wordt. Als besluit kan gesteld worden dat NIRS bij gezonde individuen een betrouwbaar meetinstrument is op de M. flexor carpi radialis en ulnaris om deoxy[Hb+Mb]-waarden, als

41

Discussie

maat voor O2-extractie, tijdens een ritmisch dynamische handknijptest te meten. Toch dient opgemerkt te worden dat al deze onderzoeken gebeurd zijn op gezonde individuen. Verder onderzoek is nodig om deze reproduceerbaarheid ook bij pathologische condities terug te vinden.

42

Discussie

4.2 Vergelijkende studie 4.2.1 Submaximale en maximale percentuele deoxy[Hb+Mb]-waarden Ondanks de zeldzaamheid van de ziekte van McArdle, hebben toch 6 patiënten geparticipeerd aan deze studie. Naar analogie van de studie van Grassi et al. (2007) werden meerdere (drie) controlepersonen gezocht voor elke patiënt. De impact van individuele verschillen in deoxy[Hb+Mb]-waarden, die kunnen leiden tot vertekende resultaten, wordt hierdoor beperkt. Op die manier wordt zowel de statistische power als de betrouwbaarheid van de data verhoogd. Zowel de MVC‟s als de occlusie amplitudes bleken niet significant te verschillen tussen patiënten en controlepersonen. Aangezien de dikte van de huidplooi ter hoogte van de voorarm een voorspellende waarde heeft voor de amplitude van de occlusie, is de relatieve (%) uitdrukking van de deoxy[Hb+Mb]-waarden ten opzichte van de occlusie amplitude een groot voordeel in deze studie. Op die manier wordt de storende invloed van de huidplooi teniet gedaan. De dikte van de huidplooi heeft geen voorspellende waarde voor de maximale percentuele deoxy[Hb+Mb]-waarden, wat deze bevinding bevestigt. Bij patiënten met de ziekte van McArdle werden geen significante verschillen ten opzichte van gezonde controlepersonen gevonden wat betreft de submaximale en maximale percentuele deoxy[Hb+Mb]-waarde afkomstig van het NIRS-signaal. Bij 60% MVC werd wel een trend tot significantie gevonden. Slechts 3 patiënten bereikten deze intensiteit, waardoor deze gegevens niet representatief zijn en conclusies trekken moeilijk is. Uit deze resultaten kan besloten worden dat er geen veranderd patroon van O2-extractie door de voorarmspieren tijdens inspanning, vastgesteld door Δ(deoxy[Hb+Mb]) met behulp van NIRS, gevonden wordt. Hierdoor kan deze techniek onmogelijk gebruikt worden om de ziekte van McArdle te screenen. In de studie van Grassi et al. (2007) werden echter tegenstrijdige resultaten gevonden. Bij de maximale inspanningsintensiteit werd er bij patiënten wel een verlaagde maximale percentuele deoxy[Hb+Mb]-waarde, wat een maat is voor een verminderde O2extractie, vastgesteld (fig. 29). Hieruit besloten Grassi et al. (2007) dat NIRS een noninvasieve techniek is om de verminderde capaciteit van O2-extractie in de skeletspier te detecteren en te kwantificeren. Er dient echter opgemerkt te worden dat beide studies enkele cruciale verschillen vertonen.

43

Discussie

Fig. 29: Gemiddelde maximale percentuele Δ(deoxy[Hb+Mb])-waarden tijdens een fietsprotocol voor de verschillende groepen (MM = Mitochondriale Myopathie, McA = McArdle patiënten, P-ctrl = patiënten met een gedaalde inspanningstolerantie waarbij nog geen diagnose vastgesteld kon worden, ctrl = gezonde controlepersonen) (Grassi et al., 2007).

In de eerste plaats werd er in de studie van Grassi et al. (2007) gebruik gemaakt van een grootmotorische taak, namelijk fietsen. Dit in tegenstelling tot de kleinmotorische handknijptest die in deze studie werd toegepast. Fietsen brengt een grotere algemene belasting met zich mee aangezien er meerdere grote spiergroepen geactiveerd worden. Hierdoor ligt het energieverbruik bij deze taak hoger en zullen meerdere energiebronnen aangesproken moeten worden om de mitochondriën van energie te voorzien in vergelijking met de handknijptest. Patiënten met de ziekte van McArdle kunnen echter geen spierglycogeen gebruiken, terwijl dit bij gezonde personen een belangrijke energiebron is daar deze direct beschikbaar is. Omwille van deze reden is spierglycogeen van belang bij het begin van een inspanning voor het het op gang brengen van de Krebs-cyclus. Om aan de energiebehoefte tijdens een fietstest te voldoen, zal het door een gebrek aan spierglycogeen voor patiënten bijgevolg noodzakelijk zijn om zowel bloedglucose als andere energiebronnen (zoals leverglycogeen) aan te spreken. Bloedglucose wordt opgenomen in de spieren na activatie van GLUT4-transporters, wat uitgelokt wordt door spiercontracties en insuline. Tijdens inspanning liggen spiercontracties bijgevolg aan de basis van de glucoseopname. Zowel deze bloedglucose als de andere energiebronnen zijn nodig om voldoende pyruvaat te produceren zodat deze na omzetting tot acetyl-coenzyme A in de mitochondriën gebracht kunnen worden voor activatie van de Krebscyclus. Bij een handknijptest worden kleinere spiergroepen unilateraal geactiveerd. Hierdoor zullen deze andere energiebronnen mogelijk een beperkte rol spelen aangezien bloedglucose volstaat om voldoende acetylcoenzyme A te produceren zodat de Krebs-cyclus op gang komt (hogere ratio pyruvaat/mitochondriën). Bij de handknijptest zal het verschil in deoxygenatie tussen patiënten en controlepersonen dus minder tot uiting komen aangezien bloedglucose voldoende energie voorziet. Door de hogere hoeveelheid geactiveerde spiergroepen bij een fietstest voldoet bloedglucose niet (lage ratio pyruvaat/mitochondriën) waardoor patiënten 44

Discussie

vermoedelijk meer beroep doen op leverglycogeen. Deze energiebron is in tegenstelling tot spierglycogeen echter niet direct beschikbaar waardoor het verschil in deoxygenatie tussen patiënten en controlepersonen bij een handknijptest minder tot uiting komt in vergelijking met een fietstest. Een tweede verschil tussen beide studies is het toegepaste protocol. In beide studies werd gebruik gemaakt van een progressief stijgende inspanning, maar deze werd op verschillende wijze opgebouwd. In de studie van Grassi et al. (2007) werd de inspanning gestart met 6 minuten fietsen aan een constant vermogen (25 – 50 Watt). Hierna nam de intensiteit elke minuut toe met 10 – 25 Watt, afhankelijk van de fysieke fitheid van de proefpersonen en dit tot vrijwillige uitputting. In het protocol van huidige studie werd de ritmisch dynamische inspanning begonnen aan 20% MVC en dit gedurende 2 minuten. Hierna kregen de proefpersonen 1 minuut rust vooraleer de inspanning opnieuw startte aan een hogere intensiteit (+ 10% MVC) en dit opnieuw gedurende 2 minuten. Dit protocol werd uitgevoerd tot vrijwillige uitputting. Het invoeren van rustperiodes kan bij patiënten echter nadelig zijn aangezien het second wind fenomeen hierdoor gecounterd wordt. Het tekort aan intramusculaire brandstoffen (spierglycogeen) beperkt bij patiënten het op gang brengen van de Krebs-cyclus tijdens inspanning, wat de oorzaak vormt voor het ontstaan van de second wind. Aangezien bloedglucose tijdens het handknijpprotocol volstaat om de Krebs-cyclus van bij het begin te activeren, komt dit fenomeen niet tot uiting. In de studie van Grassi et al. (2007) kan deze second wind wel een rol spelen. Uit de resultaten blijkt dit fenomeen niet op te treden, aangezien patiënten deze test minder lang volhouden in vergelijking met controlepersonen. Een mogelijke reden hiervoor is dat de inspanningsintensiteit reeds te hoog opgelopen is op het moment dat het second wind fenomeen zich manifesteert. Tenslotte werd in beide studies gebruik gemaakt van het NIRS instrument om spieroxygenatie na te gaan. Aangezien de studies verschillende tests hanteren, wordt het instrument ook op een andere spiergroep geplaatst. In huidige studie werd de NIRS probe ter hoogte van de voorarm geplaatst op de M. flexor carpi radialis en ulnaris. In de studie van Grassi et al. (2007) werd de oxygenatie van de M. quadriceps vastus lateralis nagegaan. In beide studies werd voor de inspanning een arteriële occlusie uitgevoerd om de onderzochte spier in lokale hypoxie te brengen. De amplitude van de occlusie alsook de respons op de inspanning, kan mogelijk beïnvloed worden door de onderzochte spier. In beide studies wordt de respons echter percentueel ten opzicht van de occlusie uitgedrukt, waardoor dit niet aan de basis kan liggen van de tegenstrijdige resultaten. 45

Discussie

In de studie van Grassi et al. (2007) werd bij patiënten met de ziekte van McArdle een gelimiteerde capaciteit van O2-extractie door de spieren vastgesteld. Er werd reeds in verscheidene studies (Tarnopolsky, 2004; Lewis en Haller, 1986) aangetoond dat deze beperking bij patiënten met een metabole myopathie gecompenseerd kan worden door een verhoogde doorbloeding en bijgevolg ook een verhoogde O2-aanvoer naar de spieren. Dit compensatiemechanisme is gebaseerd op de wet van Fick. Volgens deze wet kan het musculair zuurstofverbruik (VO2m) bepaald worden door 2 determinanten, namelijk het arterioveneus (a-v) O2-verschil en de spierdoorbloeding (Qm). In de studie van Grassi et al. (2007) werd dit compensatiemechanisme indirect aangetoond. Figuur 30 illustreert deze verhoogde cardiovasculaire respons die gepaard gaat met een verminderde maximale patiënten

deoxy[Hb+Mb]-waarde met

zowel

bij

mitochondriale

myopathie als patiënten met de ziekte van McArdle. In huidig onderzoek werd deze doorbloeding niet gemeten, waardoor de invloed van de cardiovasculaire respons niet in rekening gebracht kan worden. Verder

onderzoek

waarbij

zowel

de

doorbloeding als het arterioveneus (a-v) O2verschil geregistreerd wordt, is aangewezen om meer informatie te genereren omtrent de zuurstofkinetiek bij patiënten met de ziekte

Fig. 30: Individuele waarden voor de cardiovasculaire respons (indirect gemeten) uitgezet ten opzichte van de maximale deoxy[Hb+Mb]-waarde bij patiënten met MM en McA. Gemiddelde waarden voor P-CTRL en CTRL zijn ook weergegeven (Grassi et al., 2007).

van McArdle. 4.2.2 Bloedlactaatconcentraties In huidige studie werden ook bloedstalen afgenomen voor en na de handknijptest waaruit de lactaatconcentraties bepaald werden. Hierbij werd zowel bij patiënten als bij controlepersonen een significante verhoging van de bloedlactaatconcentraties gevonden na de test. Er blijkt geen significant verschillende toename in lactaatconcentraties te zijn tussen de patiënten en controlepersonen. Deze bevindingen zijn zeer verrassend en werden nog nooit eerder in de literatuur vastgesteld (Grassi et al., 2007; Zaman en De Raedt, 2000). Om deze opvallende bevinding te verklaren wordt hierna een mogelijke hypothese aangebracht. Grassi et al. (2007) 46

Discussie

vonden bij patiënten met de ziekte van McArdle geen significante stijging in bloedlactaatconcentraties na de fietstest. Een mogelijke verklaring hiervoor is dat de patiënten een grootmotorische taak uitvoeren waarbij meerdere grote spiergroepen worden aangesproken die elk een verschillende oxidatieve capaciteit hebben. Deze spieren verbruiken allemaal glucose, rechtstreeks uit het bloed of afkomstig van leverglycogeen, en breken dit af tot pyruvaat. Dit pyruvaat wordt vervolgens verwerkt in de Krebs-cyclus. Per spier is er bijgevolg een beperkte hoeveelheid instroom van pyruvaat waardoor de Krebs-cyclus deze (bijna) volledig kan verwerken en er geen omzetting naar lactaat is (lage ratio pyruvaat/mitochondriën). De verlaagde maximale deoxy[Hb+Mb]-waarden in de studie van Grassi et al. (2007) bevestigen eveneens deze beperkte hoeveelheid instroom van pyruvaat in de Krebs-cyclus. In de studie van Zaman en De Raedt (2000) werd een ischemische lactaattest uitgevoerd. In deze studie voerden patiënten een ritmisch dynamische inspanning uit bestaande uit het openen en sluiten van de vuist. In tegenstelling tot het protocol in huidige studie, werd de inspanning in de studie van Zaman en De Raedt (2000) uitgevoerd tijdens inflatie van de cuff boven arteriële bloeddruk. Omwille van deze reden kan er geen bloedtoevoer naar de voorarm plaatsvinden waardoor externe substraten niet aangevoerd en verbruikt kunnen worden. Hierdoor is de instroom van pyruvaat in de Krebs-cyclus beperkt waardoor logischerwijs geen lactaatvorming mogelijk is. Daar de ischemische lactaattest het gebruik van spierglycogeen verplicht, want aanvoer van externe substraten via het bloed is onmogelijk, heeft deze test een hoge diagnostische waarde. Door het veroorzaken van nadelen (vb. pijn) wordt deze test echter nauwelijks toegepast. In huidige studie wordt slechts een kleine spiergroep onderzocht en kunnen tijdens inspanning wel externe substraten aangevoerd worden. Deze externe substraten

(voornamelijk

bloedglucose)

kunnen

volledig

benut

worden

door

de

voorarmspieren waardoor er een grotere productie van pyruvaat per spier kan plaatsvinden. De combinatie van deze factoren vormt een mogelijke verklaring voor de gevonden lactaatstijging bij het gebruikte protocol van deze studie. In de studie van Haller en Vissing (2002) werden eveneens lactaatconcentraties in het bloed na inspanning bij patiënten onderzocht. Patiënten voerden in deze studie een fietstest uit gedurende 40 minuten. Na een initiële periode van 6 tot 8 minuten werd de belasting verlaagd om het second wind fenomeen uit te lokken. Hierna nam de belasting opnieuw progressief toe. Na 25 minuten vond een glucose infusie plaats tot het einde van de inspanning. Figuur 31 illustreert het verloop van de bloedlactaatconcentraties per individu overheen het protocol. 47

Discussie

Bij de start van het second wind fenomeen wordt een lactaatstijging gevonden ten gevolge van een verhoogde beschikbaarheid van glucose-afkomstig pyruvaat. Na glucose-infusie is er een verdere toename in lactaat. Dit toont aan dat de beschikbaarheid van substraten (vb. na het nuttigen van een maaltijd) een stijging in lactaat kan veroorzaken. Toch dient opgemerkt te worden dat glucose-infusie nadelige effecten kan teweegbrengen. Aangezien patiënten glucose niet kunnen opslaan als spierglycogeen (spier-is-vol-hypothese), kan een overmaat aan glucose niet volledig verwerkt worden. Dit kan op zijn beurt leiden tot insulineresistentie (Nielsen et al., 2002).

Fig. 31: Veneuze lactaatwaarden in rust en overheen 3 momenten tijdens een continue fietstest. De symbolen stellen 9 verschillende patiënten voor waarbij ▲ een patiënt voorstelt met partiële myofosforylase deficiëntie (Haller en Vissing, 2002).

Een ander nadelig effect dat patiënten met de ziekte van McArdle kunnen ondervinden, is het ophopen van vocht ter hoogte van de werkende spieren ten gevolge van creatine. Zowel het fosfocreatinesysteem als spierglycogeen spelen bij de start van een inspanning een grote rol daar beiden direct beschikbaar zijn. Het fosfocreatinesysteem wordt zowel bij patiënten als gezonde personen altijd als eerste energiebron aangesproken. Aangezien dit systeem slechts energie levert voor enkele seconden en de inspanningen in huidig protocol van langere duur zijn, heeft dit systeem geen invloed op de resultaten (deoxy[Hb+Mb])-waarden en lactaatconcentraties) en de mogelijke verklaringen in huidig onderzoek. Daar patiënten geen spierglycogeen kunnen benutten, zullen ze wel trachten in grotere mate beroep te doen op het fosfocreatinesysteem (fig. 32) (Grassi et al., 2010). Creatine wordt hierbij uit het bloed in de spier getrokken om daar gefosforyleerd te worden. Samen met creatine wordt echter ook water in de spier opgenomen wat kan leiden tot vochtophoping en lokale zwellingen. Deze

48

Discussie

nadelige effecten kunnen nog meer tot uiting komen wanneer creatine gesupplementeerd wordt waardoor deze supplementatie niet als behandeling gebruikt kan worden.

Fig 32.: Percentuele daling ten opzichte van de rustwaarde voor fosfocreatine concentratie ([PCr]) in de skeletspier tijdens fietsinspanning. MM = Mitochondriale Myopathie, McA = McArdle patiënten, CTRLa = gezonde ongetrainde controlepersonen aan eenzelfde absolute belasting, CTRLr = gezonde ongetrainde controlepersonen aan eenzelfde relatieve belasting (Grassi et al., 2010).

Als besluit kan gesteld worden dat NIRS niet gebruikt kan worden om de ziekte van McArdle te screenen aangezien er geen veranderd patroon van O2-extractie door de voorarmspieren tijdens inspanning, vastgesteld door Δ(deoxy[Hb + Mb]), gevonden wordt.

49

Discussie

4.3 Conclusie Metabole myopathieën zijn een groep van erfelijke aandoeningen gekarakteriseerd door een verminderde energieproductie in de skeletspier. De ziekte van McArdle behoort tot deze groep en situeert zich binnen stoornissen aan het glycogeen metabolisme. De ziekte wordt veroorzaakt door een genetische deficiëntie van het enzym myofosforylase (Gordon, 2003). Dit enzym initieert de afbraak van glycogeen (glycogenolyse) in de skeletspier. Ten gevolge van deze deficiëntie kan spierglycogeen niet aangesproken worden waardoor patiënten aangewezen zijn op de aanvoer van externe substraten, wat een significante daling van het oxidatief metabolisme veroorzaakt (Grassi et al., 2007; Dorin et al., 1996). Het diagnosticeren van de ziekte is niet eenduidig aangezien de voornaamste symptomen, namelijk spierkrampen en inspanningsintolerantie, gelinkt kunnen worden aan andere pathologieën of aan een slechte fysieke conditie (Haller, 2000). Het gebrek aan een non-invasief screeningsmiddel lag aan de basis van het ontstaan van huidig onderzoek. Aangezien NIRS een veelgebruikte non-invasieve optische techniek is om deoxy[Hb+Mb]-waarden, als maat voor O2-extractie, te kwantificeren, was de opzet van deze studie om NIRS als screeningsmiddel voor de ziekte van McArdle te hanteren. Grassi et al. (2007) pasten deze techniek reeds toe om de ziekte te screenen tijdens een fietstest, maar deze grootmotorische taak brengt bij patiënten vaak nadelige gevolgen met zich mee. Omwille van deze reden wordt in deze studie gebruik gemaakt van een kleinmotorische taak, namelijk een ritmisch dynamische handknijptest. Alvorens deze studie uitgevoerd kon worden, was het noodzakelijk om de betrouwbaarheid van het NIRS instrument op de onderzochte spier tijdens het toegepaste protocol vast te stellen. De betrouwbaarheid van NIRS op de voor- en bovenarm werd reeds in verscheidene studies vastgesteld (Muthalib et al., 2010; Van Beekvelt et al., 2002) en deze betrouwbaarheid werd in huidige studie op de M. flexor carpi radialis en ulnaris bevestigd. Bij het toepassen van het protocol bij patiënten werd er geen veranderd deoxy[Hb+Mb]patroon vastgesteld ten opzichte van gezonde controlepersonen, waardoor deze techniek niet bruikbaar is om de ziekte van McArdle te screenen. Toch heeft deze studie kunnen bijdragen tot nieuwe inzichten omtrent de energievoorziening en lactaatkinetiek bij patiënten. Om deze factoren verder te kunnen blootleggen, zou het meten van spierdoorbloeding en EMGsignalen een meerwaarde kunnen vormen bij verder onderzoek. Dit om een gedetailleerder beeld te krijgen van het musculair zuurstofverbruik tijdens inspanning bij patiënten met de ziekte van McArdle. 50

Bibliografie

5. BIBLIOGRAFIE Andersen, S.T., Haller, R.G., Vissing, J. (2008). Effect of oral sucrose shortly before exercise on work capacity in McArdle‟s disease. Arch Neurol, 65(6), 786-789 Andersen, S., Jeppesen, T., Taivassalo, T., et al. (2009). Effect of changes in fat availability on exercise capacity in McArdle disease. Arch Neurol, 66(6), 762-766 Andreu, A.L., Bruno, C., Gamez, J., et al. (1998). Molecular genetic analysis of McArdle‟s disease in Spanisch patients. Neurology, 51, 260-262 Angelini, C., Semplicini, C. (2010). Metabolic myopathies: the challenge of new treatments. Current Opinion in Pharmacology, 10, 338-345 Arenas, J., Martin, M.A., Andreu, A.L. Glycogen storage disease type V. Bank, W., Chance, B. (1994). An oxidative defect in metabolic myopathies: diagnosis by noninvasive tissue oximetry. Ann Neurol, 36(6), 830-837 Bassett, R., Howley, T. (2000). Limiting factors for maximum oxygen uptake and determinants of endurance performance. Med Sci Sports Exerc, 32(01), 70-84 Belardinelli, R., Barstow, T.J., Porszasz, J., et al. (1995). Skeletal muscle oxygenation during constant work rate exercise. Med Sci Sports Exerc, 27(4), 512-519 Belardinelli, R., Barstow, T.J., Nguyen, P., et al. (1997). Skeletal muscle oxygenation and oxygen uptake kinetics following constant work rate exercise in chronic congestive heart failure. Am J Cardiol, 80, 1319-1324 Binzoni, T., Cooper, C., Wittekind, A., et al. (2010). A new method to measure local oxygen consumption in human skeletal muscle during dynamic exercise using near-infrared spectroscopy. Physiol Meas, 31, 1257-1269 Boushel, R., Pott, R., Madsen, P., et al. (1998). Muscle metabolism from near infrared spectroscopy during rhythmic handgrip in humans. Eur J Appl Physiol, 79, 41-48 Boushel, R., Piantadosi, C.A. (2000). Near-infrared spectroscopy for monitoring muscle oxygenation. Acta Physiol Scand, 168, 615-622 51

Bibliografie

Boushel, R., Langberg, H., Green, S., et al. (2000). Blood flow and oxygenation in peritendinous tissue and calf muscle during dynamic exercise in humans. Journal of Physiology, 524(1), 305-313 Boushel, R., Langberg, H., Olesen, J., et al. (2001). Monitoring tissue oxygen availability with near infrared spectroscopy (NIRS) in health and disease. Scand J Med Sci Sports, 11, 213-222 Burra, M., Roos, J., Ostör, A. (2008). Metabolic myopathies: a guide and update for clinicians. Current Opinion in Rheumatology, 20, 639-647 Chance, B., Dait, M.T., Zhang, C., et al. (1992). Recovery from exercise-induced desaturation in the quadriceps muscles of elite competitive rowers. Am J Physiol, 262, 766-775 Coyle, E. (1995). Substrate utilization during exercise in active people. Am J Clin Nutr, 61(suppl), 968S-79S De Blasi, R.A., Cope, M., Elwell, C., et al. (1993). Noninvasive measurement of human forearm oxygen consumption by near infrared spectroscopy. Eur J Appl, 67(1), 20-25 De Blasi, R.A., Ferrari, M., Natali, A., et al. (1994). Noninvasive measurement of forearm blood flow and oxygen consumption by near-infrared spectroscopy. J Appl Physiol, 76(3), 1388-1393 DiMauro, S., Bruno, C. (1998). Glycogen storage diseases of muscle. Neurology, 11(5), 477484 DiMauro, S., Lamperti, C. (2001). Muscle glycogenoses. Muscle Nerve, 24, 984–999 DiMauro, S., Andreu, A.L., Bruno, C., et al. (2002). Myophosphorylase deficiency (Glycogenosis type V; McArdle disease). Current Molecular Medicine, 2, 189-196 Dorin, R.I., Field, J.C., Boyle, P.J., et al. (1996). Insulin resistance limits glucose utilization and exercise tolerance in myophosphorylase deficiency and NIDDM. J Appl Physiol, 81, 1273-1278

52

Bibliografie

El-Schahawi, M., Tsujino, S., Shanske, S., et al. (1996). Diagnosis of McArdle‟s disease by molecular genetic analysis of blood. Neurology, 47, 579-580 Fadel, P.J., Keller, D.M., Watanabe, H., et al. (2004). Noninvasive assessment of sympathetic vasoconstriction in human and rodent skeletal muscle using near-infrared spectroscopy and Doppler ultrasound. J Appl Physiol, 96, 1323-1330 Ferrari, M., Binzoni, T., Quaresima, V. (1997). Oxidative metabolism in muscle. Phil Trans R Soc Lond, 352, 667-683 Gordon, N. (2003). Glycogenosis type V or McArdle‟s disease. Developmental Medicine & Child Neurology, 45, 640-644 Grassi, B., Poole, D., Richardson, R., et al. (1996). Muscle O2 uptake kinetics in humans: implications for metabolic control. J Appl Physiol, 80(3), 988-998 Grassi, B., Quaresima, V., Marconi, C., et al. (1999). Blood lactate accumulation and muscle deoxygenation during incremental exercise. J Appl Physiol, 87, 348-355 Grassi, B., Marzorati, M., Lanfranconi, F., et al. (2007). Impaired oxygen extraction in metabolic myopathies: detection and quantification by near-infrared spectroscopy. Muscle Nerve, 35, 510–20 Grassi, B., Porcelli, S., Marzorati, M., et al. (2009). Metabolic myopathies: functional evaluation by analysis of oxygen uptake kinetics. Med Sci Sports Exerc, 41(12), 2120-2127 Grassi, B., Porcelli, S., Salvadego, D., et al. (2010). Slow VO2 kinetics during moderateintensity exercise as markers of lower metabolic stability and lower exercise tolerance. Eur J Appl Physiol Hagberg, J., King, D., Rogers, M., et al. (1990). Exercise and recovery ventilatory and VO2 responses of patients with McArdle‟s disease. J Appl Physiol, 68(4), 1393-1398 Haller, R.G., Clausen, T., Vissing, J. (1998). Reduced levels of skeletal muscle Na+K+ATPase in McArdle disease. Neurology, 50, 37-40 Haller, R.G. (2000). Treatment of McArdle disease. Arch Neurol, 57, 923-924 53

Bibliografie

Haller, R.G., Vissing, J. (2002). Spontaneous “second wind” and glucose-induced second “second wind” in McArdles disease. Arch Neurol, 59, 1395-1402 Haller, R.G., Wyrick, P., Taivassola, T., et al. (2006). Aerobic conditioning: An effective therapy in McArdle‟s disease. Ann Neurol, 59, 922-928 Hamaoka, T., Iwane, H., Shimomitsu, T., et al. (1996). Noninvasive measures of oxidative metabolism on working human muscles by near-infrared spectroscopy. J Appl Physiol, 81(3), 1410-1417 Hampson, N.B., Piantadosi, C.A. (1988). Near infrared monitoring of human skeletal muscle oxygenation during forearm ischemia. J Appl Physiol, 64(6), 2449-2457 Harris, R.C., Söderlund, K., Hultman, E. (1992). Elevation of creatine in resting and exercised muscle of normal subjects by creatine supplementation. Clin Sci (Lond), 83(3), 367-374 Homma, S., Eda, H., Ogasawara, S., et al. (1996). Near-infrared estimation of O2 supply and consumption in forearm muscles working at varying intensity. J Appl Physiol, 80(4), 12791284 Jensen-Urstad, M., Hallbäck, I., Sahlin, K. (1995). Effect of hypoxia on muscle oxygenation and metabolism during arm exercise in humans. Clin Physiol, 15(1), 27-37 Kazemi-Esfarjani, P., Skomorowska, E., Jensen, T.D., et al. (2002). A nonischemic forearm exercise test for McArdle disease. Ann Neurol, 52, 153-159 Kell, R.T., Farag, M., Bhambhani, Y. (2004). Reliability of erector spinae oxygenation and blood volume responses using near-infrared spectroscopy in healthy males. Eur J Appl Physiol, 91, 499-507 Kelley, D., Mokan, M., Simoneau, J., et al. (1993). Interaction between glucose and free fatty acid metabolism in human skeletal muscle. The Journal of clinical Investigation, 92, 91-98 Langberg, H., Bülow, J., Kjer, M. (1998). Blood flow in the peritendinous space of the human Achilles tendon during exercise. Acta Physiol Scand, 163, 149-153

54

Bibliografie

Lewis, S.F., Haller, R.G., Cook, J.D., et al. (1985). Muscle fatigue in McArdle‟s disease studied by P-NMR: effect of glucose infusion. J Appl Physiol, 59(6), 1991-1994 Lewis, S.F., Haller, R.G. (1986). The pathophysiology of McArdle‟s disease: clues to regulation in exercise and fatigue. J Appl Physiol, 61(2), 391-401

Löfberg, M., Lindholm, H., Näveri, H., et al. (2001). ATP, phosphocreatine and lactate in exercising muscle in mitochondrial disease and McArdle‟s disease. Neuromuscular Disorders, 11, 370-375 MacLean, D., Vissing, J., Vissing, S.F., et al. (1998). Oral branched-chain amino acids do not improve exercise capacity in McArdle disease. Neurology, 51, 1456-1459 Martinuzzi, A., Sartori, E., Fanin, M., et al. (2003). Phenotype modulators in myophosphorylase deficiency. Ann Neurol, 53, 497-502 Mathiowetz ,V. (2002). Comparison of Rolyan and Jamar dynamometers for measuring grip strength. Occup Therapy International, 9(3), 201-209 Matsui, S., Tamura, N., Hirakawa, T., et al. (1995). Assessment of working skeletal muscle oxygenation in patients with chronic heart failure. Am Heart J, 129, 690-695 McCully, K.K., Iotti, S., Kendrick, K., et al. (1994). Simultaneous in vivo measurements of HbO2 saturation and PCr kinetics after exercise in normal humans. J Appl Physiol, 77(1), 5-10 McCully, K.K., Hamaoka, T. (2000). Near-infrared spectroscopy: What can it tell us about oxygen saturation in skeletal muscle? American College of Sports Medicine, 28(3), 123-127 McCully, K.K. (2002). Near infrared spectroscopy in the evaluation of skeletal muscle disease. Muscle Nerve, 25, 629-631 Meinck, H., Goebel, H., Rumpf, et al. (1982). The forearm ischemic word test – hazardous to McArdle patients? J Neurol Neurosurg Psychiatry, 45, 1144-1146 Muthalib, M., Millet, G.Y., Quaresima, V., et al. (2010). Reliability of near-infrared spectroscopy for measuring biceps brachii oxygenation during sustained and repeated isometric contractions. Journal of Biomedical Optics, 15(1), 1-8 55

Bibliografie

Nadaj-Pakleza, A.A., Vincitorio, C.M., Laforêt, P., et al. (2009). Permanent muscle weakness in McArdle disease. Muscle Nerve, 40, 350-357 Nielsen, J.N., Vissing, J., Wojtaszewski, J.F.P., et al. (2002). Decreased insulin action in skeletal muscle from patients with McArdle‟s disease. Am J Physiol Endocrinol Metab, 282, 1267-1275 Orngreen, M., Jeppesen, T., Andersen, T., et al. (2009). Fat metabolism during exercise in patients with McArdle disease. Neurology, 72, 718-724 Pari, G., Crerar, M., Nalbantoglu, J., et al. (1999). Myophosphorylase gene transfer in McArdle's disease myoblasts in vitro. Neurology, 53, 1352-1354 Pereira, M., Gomes, P., Bhambhani, Y. (2007). A brief review of the use of Near Infrared Spectroscopy with particular interest in resistance exercise. Sports Med, 37(7), 615-624 Persky, A., Brazeau, G. (2001). Clinical pharmacology of the dietary supplement creatine monohydrate. Pharmacol Rev, 53(2), 161-176 Rae, D.E., Noakes, T.D., San Juan, A.F., et al. (2010). Excessive skeletal muscle recruitment during strenuous exercise in McArdle patients. Eur J Appl Physiol, 110, 1047-1055 Shin, Y.S. (2006). Glycogen storage disease: clinical, biochemical, and molecular heterogeneity. Semin Pediatr Neurol, 13, 115-120 Suzuki, S., Sato, H., Nogawa, S., et al. (2002). Early electromyographic findings in asymptomatic siblings with McArdle‟s disease. Eur Neurol, 47, 245-246 Tarnopolsky, M., Stevens, L., Macdonald, J.R., et al. (2003). Diagnostic utility af a modified forearm ischemic exercise test and technical issues relevant to exercise testing. Muscle Nerve, 27, 359-366 Tarnopolsky, M. (2004). Exercise testing as a diagnostic entity in mitochondrial myopathies. Mitochondrion, 4, 529-542 Tsujino, S., Nonaka, I., DiMauro, S. (2000). Glycogen Storage Myopathies. Neurologic clinics, 18(1), 125-130

56

Bibliografie

Van Beekvelt, M.C.P., Colier, W.N.J.M., Wevers, R.A., et al. (2001). Performance of nearinfrared spectroscopy in measuring local O2 consumption and blood flow in skeletal muscle. J Appl Physiol, 90, 511-519 Van Beekvelt, M.C.P., van Engelen, B.G.M., Wevers, R.A., et al. (2002). In vivo quantitative near-infrared spectroscopy in skeletal muscle during incremental isometric handgrip exercise. Clin Physiol & Func Im, 22, 210-217 Van Beekvelt, M.C.P., van Engelen, B.G.M., Wevers, R.A., et al. (2002). Quantitative nearinfrared spectroscopy in human skeletal muscle. Methodological issues and clinical application. Neuromuscular disorders, 12(7-8), 1-176 Vissing, J., Haller, R.G. (2003). The effect of oral sucrose on exercise tolerance in patients with McArdle‟s disease. N Engl J Med, 349, 2503-2509 Vissing, J., Haller, R.G. (2003). A diagnostic cycle test for McArdle‟s Disease. American Neurological Association, 54, 539-542 Vorgerd, M., Kubisch, C., Burwinkel, B., et al. (1998). Mutation analysis in myophosphorylase deficiency (McArdle‟s disease). Ann Neurol, 43, 326-331 Vorgerd, M., Grehl, T., Jäger, M., et al. (2000). Creatine therapy in myophosphorylase deficiency (McArdle Disease). Arch Neurol, 57, 956-963 Vorgerd, M., Zange, J., Kley, R., et al. (2002). Effect of high-dose creatine therapy on symptoms of exercise intolerance in McArdle disease. Arch Neurol, 59, 97-101 Zaman, Z., De Raedt, S. (2000). Ischemic exercise testing in suspected McArdle disease. Clinical Chemistry, 46(8), 1198-1199

57

Bijlagen

6. BIJLAGEN 6.1 Informatiebrief voor deelnemers

FACULTEIT GENEESKUNDE EN GEZONDHEIDSWETENSCHAPPEN Vakgroep Bewegings- en Sportwetenschappen

Bert Celie Prof. Dr. Jan Bourgois

Informatiebrief voor deelnemers aan studies

Titel van de studie: Oxygenatie en spiervermoeidheid tijdens een maximaal inspanningsprotocol bij patiënten met mitochondriale myopathie en Mcardle.

Doel van de studie: Ontwikkeling van een niet-invasieve screeningsmethode voor mensen met de spierziekte mitochondriale myopathie. Door middel van prestatie op een inspanningstest worden mensen gescreend of ze al dan niet deze aandoening zouden hebben.

Beschrijving van de studie: Deel 1: Lichaamsafmetingen Lichaamsgrootte Lichaamsgewicht Lichaamsvetpercentage (10 huidplooien methode: Op 10 vaste plaatsen(subscapillair, abdominaal,…) op het lichaam worden huidplooien gemeten. Door deze afmetingen in een formule te plaatsen, wordt het vetpercentage berekend.)

Deel 2: Bij het tweede deel wordt er eveneens een inspanningstest uitgevoerd, maar in dit geval is het een handknijptest, die veel minder algemene vermoeidheid induceert dan een fietstest. Eerst wordt met een handknijptoestel de maximale handknijpkracht (MVC) gemeten. Daarna is er alvorens de test echt begint eveneens een arteriële occlusie van de voorarm. Na een tien minuten lange pauze begint het echte protocol met stijgende belastingsintensiteit. Dit bestaat uit een periode van 2 minuten waar cyclisch contractie met relaxatie wordt afgewisseld op het tempo van een metronoom (1 seconde contractie- 1 seconde relaxatie). Het begint aan 30%

58

Bijlagen

van de MVC. Na de twee minuten is er één minuut rust alvorens weer twee minuten cyclisch te contraheren aan 40% MVC. Zo neemt de belastingsintensiteit gradueel toe. Bij deze test was er registratie van: Doorbloeding en zuurstof extractie: De Near infrared Spectroscopy (NIRS) registreert via infrarood straling de doorbloeding en de hoeveelheid zuurstof in het bloed. Het is nietinvasief en doet dus geen pijn. De probe zal op de voorarm bevestigd worden tijdens deze test.

NOOT: Verwittig onmiddellijk de proefleiders wanneer je je slecht voelt, of wanneer je een pauze nodig hebt. Als proefpersoon mag je op elk ogenblik de proeven onderbreken en elke verdere deelname stop zetten. De gegevens van deze studie worden enkel voor wetenschappelijke doeleinden gebruikt. De proefpersoon heeft hierin steeds inzage. Alle testen zullen doorgaan in het sportmedisch centrum in P2 in het UZ te Gent.

Wat wordt verwacht van de deelnemer? Voor het welslagen van de studie, is het uitermate belangrijk dat we uw toestemming krijgen om de nodige gegevens te verzamelen en te verwerken en dat u volledig meewerkt met de onderzoeker en dat u zijn/haar instructies nauwlettend opvolgt.

Deelname en beëindiging: De deelname aan deze studie vindt plaats op vrijwillige basis. U kan weigeren om deel te nemen aan de studie, en u kunt zich op elk ogenblik terugtrekken uit de studie zonder dat u hiervoor een reden moet opgeven en zonder dat dit op enigerlei wijze een invloed zal hebben op uw verdere relatie en/of behandeling met de onderzoeker en/of de behandelende arts. Als u wenst deel te nemen, vragen wij u onderstaand toestemmingsformulier te ondertekenen. De duur van deel 1 van het onderzoek bedraagt ongeveer 50 minuten. De duur van deel 2 bedraagt ongeveer 30 minuten.

Risico‟s en voordelen: Mogelijke risico‟s van de proeven zijn lichte spierstijfheid van de bovenste ledematen ten gevolge van de inspanning. U hebt het recht op elk ogenblik vragen te stellen over de mogelijke en/of gekende risico‟s van deze studie. Als er in het verloop van de studie gegevens aan het licht komen die een invloed zouden kunnen hebben op uw bereidheid om te blijven deelnemen aan deze studie, zult u daarvan op de hoogte worden gebracht. Deze studie werd goedgekeurd door een onafhankelijke Commissie voor Medische Ethiek verbonden aan het UZ Gent. In geen geval dient u de goedkeuring door de Commissie voor Medische Ethiek te beschouwen als een aanzet tot deelname aan deze studie. Op korte termijn is het enige voordeel dat er misschien een screening kan plaatsvinden zonder invasieve methodes(geen afname van een spierbiopt) of zware fietsinspanningstesten, maar 59

Bijlagen

op lange termijn zou dit onderzoek kunnen contribueren aan de ontwikkeling van nieuwe methodes om de ernst van deze aandoening te verminderen.

Kosten: Uw deelname aan deze studie brengt geen extra kosten mee voor U.

Vertrouwelijkheid: In overeenstemming met de Belgische wet van 8 december 1992 en de Belgische wet van 22 augustus 2002, zal u persoonlijke levenssfeer worden gerespecteerd en zal u toegang krijgen tot de verzamelde gegevens. Elk onjuist gegeven kan op uw verzoek verbeterd worden. Vertegenwoordigers van de opdrachtgever, auditoren, de Commissie voor Medische Ethiek en de bevoegde overheden hebben rechtstreeks toegang tot Uw dossiers om de procedures van de studie en/of de gegevens te controleren, zonder de vertrouwelijkheid te schenden. Dit kan enkel binnen de grenzen die door de betreffende wetten zijn toegestaan. Door het toestemmingsformulier, na voorafgaande uitleg, te ondertekenen stemt U in met deze toegang. Als u akkoord gaat om aan deze studie deel te nemen, zullen uw persoonlijke gegevens tijdens deze studie worden verzameld en gecodeerd (hierbij kan men uw gegevens nog terug koppelen naar uw persoonlijk dossier). Verslagen waarin U wordt geïdentificeerd, zullen niet openlijk beschikbaar zijn. Als de resultaten van de studie worden gepubliceerd, zal uw identiteit vertrouwelijke informatie blijven. Wij garanderen u ook dat persoonlijke gegevens verworven in dit onderzoek niet doorgespeeld worden naar de „sportwereld‟ waar deze gegevens zouden gebruikt kunnen worden voor selectie. Dit gebeurt voor alle duidelijkheid niet. Gegevens worden louter voor wetenschappelijk onderzoek gebruikt.

Contactpersoon: Als U aanvullende informatie wenst over de studie of over uw rechten en plichten, kunt U in de loop van de studie op elk ogenblik contact opnemen met: Bert Celie, [email protected], 09/264.86.84, 0494/19.84.23 Prof. Dr. Jan bourgois, [email protected], 09/264.62.97

60

Bijlagen

6.2 Toestemmingsformulier Toestemmingsformulier Ik, _________________________________________ heb het document “Informatiebrief voor deelnemers aan studies met als voettekst “Informed consent (versie 1) 15/12/2010 pagina 1 tot en met 4 gelezen en er een kopij van gekregen. Ik stem in met de inhoud van het document en stem ook in deel te nemen aan deze studie. Belangrijk binnen deze studie is om eerlijk te antwoorden op volgende vragen: Zijn er ooit inspanningsgebonden klachten geweest van bewustzijnsverlies (syncope)? _________________________________________________________________

Ik heb een kopij gekregen van dit ondertekende en gedateerde formulier voor “Toestemmingsformulier”. Ik heb uitleg gekregen over de aard en het doel van de studie en over wat men van mij verwacht. Ik heb uitleg gekregen over de mogelijke risico‟s en voordelen van de studie. Men heeft me de gelegenheid en voldoende tijd gegeven om vragen te stellen over de studie, en ik heb op al mijn vragen een bevredigend antwoord gekregen. Ik stem ermee in om volledig samen te werken met de toeziende onderzoekers. Ik ben me ervan bewust dat deze studie werd goedgekeurd door een onafhankelijke Commissie voor Medische Ethiek verbonden aan het UZ Gent. Deze goedkeuring was in geen geval de aanzet om te beslissen om deel te nemen aan deze studie. Ik mag me op elk ogenblik uit de studie terugtrekken zonder een reden voor deze beslissing op te geven en zonder dat dit op enigerlei wijze een invloed zal hebben op mijn verdere relatie met de onderzoekers. Ik begrijp dat auditors, vertegenwoordigers van de opdrachtgever, de Commissie voor Medische Ethiek of bevoegde overheden, mijn gegevens mogelijk willen inspecteren om de verzamelde informatie te controleren. Door dit document te ondertekenen, geef ik toestemming voor deze controle. Bovendien ben ik op de hoogte dat bepaalde gegevens doorgegeven worden aan de opdrachtgever. Ik geef hiervoor mijn toestemming, zelfs indien dit betekent dat mijn gegevens doorgegeven worden aan een land buiten de Europese Unie. Ten alle tijden zal mijn privacy gerespecteerd worden. .

61

Bijlagen

Ik ben bereid op vrijwillige basis deel te nemen aan deze studie.

Naam van de vrijwilliger:

_________________________________________

Datum:

_________________________________________

Handtekening:

Ik bevestig dat ik de aard en het doel van de studie heb uitgelegd aan de bovenvermelde vrijwilliger. De vrijwilliger stemde toe om deel te nemen door zijn/haar persoonlijk gedateerde handtekening te plaatsen.

Naam van de persoon die voorafgaande uitleg heeft gegeven:

Datum:

_________________________________________

_________________________________________

Handtekening:

62