Techniques d'évaluation de la force des muscles respiratoires. [Techniques for assessing respiratory muscle strength.]

La faiblesse des muscles respiratoires peut entraîner une dyspnée, un encombrement bronchique et une insuffisance respiratoire potentiellement fatale. L'évaluation de la force musculaire respiratoire s'impose donc dans les affections neuro-musculaires, mais également dans les situations de dyspnée inexpliquée par une première évaluation cardiaque et pulmonaire. À la spirométrie, une faiblesse musculaire est suspectée sur la base de la boucle débit-volume montrant un débit de pointe émoussé et une fin prématurée de l'expiration. Une diminution importante de la capacité vitale en position couchée suggère une paralysie diaphragmatique. La force inspiratoire est mesurée par la pression inspiratoire maximale (PImax) contre une quasi-occlusion des voies aériennes. Ce test relativement difficile est d'interprétation délicate en cas de collaboration insuffisante. La mesure de la pression nasale sniff (SNIP) est une alternative utile, car elle élimine le problème des fuites autour de l'embout buccal et la réalisation du reniflement est facile. De même, la pression trans-diaphragmatique sniff mesure la force du diaphragme au moyen de sondes oesophagienne et gastrique. En cas de collaboration insuffisante, on peut recourir à la stimulation magnétique des nerfs phréniques qui induit une contraction non-volontaire du diaphragme. La force expiratoire est mesurée par la pression expiratoire maximale (PEmax) contre une quasi-occlusion. La force disponible pour tousser est mesurée par la pression gastrique à la toux, ou plus simplement par le débit de pointe à la toux. Chez les patients à risque, la mesure de la force des muscles respiratoires permet d'instaurer à temps une assistance ventilatoire ou à la toux.

Identification of the pathological alterations underlying respiratory failure in myotonic dystrophy transgenic mice

AbstractMyotonic dystrophy type 1 (DM1), also known as Steinert's disease, is an inherited autosomal dominant disease. DM1 is characterized by myotonia, muscular weakness and atrophy, but it has a multisystemic phenotype. The genetic basis of the disease is the abnormal expansion of CTG repeats in the 3' untranslated region of the DM protein kinase (DMPK) gene on chromosome 19. The size of the expansion correlates to the severity of the disease and the age of onset.Respiratory problems have long been recognized to be a major feature of the disease and are the main factor contributing to mortality ; however the mechanisms are only partly known. The aim of our study is to investigate whether respiratory failure results only from the involvement of the dystrophic process at the level of the respiratory muscles or comes also from abnormalities in the neuronal network that generates and controls the respiratory rhythm. The generation of valid transgenic mice displaying the human DM1 phenotype by the group of Dr. Gourdon provided us a useful tool to analyze the brain stem respiratory neurons, spinal phrenic motoneurons and phrenic nerves. We examined therefore these structures in transgenic mice carrying 350-500 CTGs and displaying a mild form of the disease (DM1 mice). The morphological and morphometric analysis of diaphragm muscle sections revealed a denervation of the end-plates (EPs), characterized by a decrease in size and shape complexity of EPs and a reduction in the density of acetylcholine receptors (AChRs). Also a strong and significant reduction in the number of phrenic unmyelinated fibers was detected, but not in the myelinated fibers. In addition, no pathological changes were detected in the cervical motoneurons and medullary respiratory centers (Panaite et al., 2008). These results suggest that the breathing rhythm is probably not affected in mice expressing a mild form of DM1, but rather the transmission of action potentials at the level of diaphragm NMJs is deficient.Because size of the mutation increases over generations, new transgenic mice were obtained from the mice with 350-500 CTGs, resulting from a large increase of CTG repeat in successive generations, these mice carry more than 1300 CTGs (DMSXL) and display a severe DM1 phenotype (Gomes-Pereira et al., 2007). Before we study the mechanism underlying the respiratory failure in DMSXL mice, we analyzed the peripheral nervous system (PNS) in these mice by electrophysiological, histological and morphometric methods. Our results provide strong evidence that DMSXL mice have motor neuropathy (Panaite et al., 2010, submitted). Therefore the DMSXL mice expressing severe DM1 features represent for us a good tool to investigate, in the future, the physiological, structural and molecular alterations underlying respiratory failure in DM1. Understanding the mechanism of respiratory deficiency will help to better target the therapy of these problems in DM1 patients. In addition our results may, in the future, orientate pharmaceutical and clinical research towards possible development of therapy against respiratory deficits associated with the DM1.RésuméLa dystrophic myotonique type 1 (DM1), aussi dénommée maladie de Steinert, est une maladie héréditaire autosomique dominante. Elle est caractérisée par une myotonie, une faiblesse musculaire avec atrophie et se manifeste aussi par un phénotype multisystémique. La base génétique de la maladie est une expansion anormale de répétitions CTG dans une région non traduite en 3' du gène de la DM protéine kinase (DMPK) sur le chromosome 19. La taille de l'expansion est corrélée avec la sévérité et l'âge d'apparition de DM1.Bien que les problèmes respiratoires soient reconnus depuis longtemps comme une complication de la maladie et soient le principal facteur contribuant à la mortalité, les mécanismes en sont partiellement connus. Le but de notre étude est d'examiner si l'insuffisance respiratoire de la DM1 est dû au processus dystrophique au niveau des muscles respiratoires ou si elle est entraînée aussi par des anomalies dans le réseau neuronal qui génère et contrôle le rythme respiratoire. La production par le groupe du Dr. Gourdon de souris transgéniques de DM1, manifestant le phénotype de DM1 humaine, nous a fourni un outil pour analyser les nerfs phréniques, les neurones des centres respiratoires du tronc cérébral et les motoneurones phréniques. Par conséquence, nous avons examiné ces structures chez des souris transgéniques portant 350-500 CTG et affichant une forme légère de la maladie (souris DM1). L'analyse morphologique et morphométrique des sections du diaphragme a révélé une dénervation des plaques motrices et une diminution de la taille et de la complexité de la membrane postsynaptîque, ainsi qu'une réduction de la densité des récepteurs à l'acétylcholine. Nous avons aussi détecté une réduction significative du nombre de fibres nerveuses non myélinisées mais pas des fibres myélinisées. Par ailleurs, aucun changement pathologique n'a été détecté pour les neurones moteurs médullaires cervicaux et centres respiratoires du tronc cérébral (Panaite et al., 2008). Ces résultats suggèrent que le iythme respiratoire n'est probablement pas affecté chez les souris manifestant une forme légère du DM1, mais plutôt que la transmission des potentiels d'action au niveau des plaques motrices du diaphragme est déficiente.Comme la taille du mutation augmente au fil des générations, de nouvelles souris transgéniques ont été générés par le groupe Gourdon; ces souris ont plus de 1300 CTG (DMSXL) et manifestent un phénotype sévère du DM1 (Gomes-Pereira et al., 2007). Avant d'étudier le mécanisme sous-jacent de l'insuffisance respiratoire chez les souris DMSXL, nous avons analysé le système nerveux périphérique chez ces souris par des méthodes électrophysiologiques, histologiques et morphométriques. Nos résultats fournissent des preuves solides que les souris DMSXL manifestent une neuropathie motrice (Panaite et al., 2010, soumis). Par conséquent, les souris DMSXL représentent pour nous un bon outil pour étudier, à l'avenir, les modifications physiologiques, morphologiques et moléculaires qui sous-tendent l'insuffisance respiratoire du DM1. La connaissance du mécanisme de déficience respiratoire en DM1 aidera à mieux cibler le traitement de ces problèmes aux patients. De plus, nos résultats pourront, à l'avenir, orienter la recherche pharmaceutique et clinique vers le développement de thérapie contre le déficit respiratoire associé à DM1.

PGC1alpha expression is controlled in skeletal muscles by PPARbeta, whose ablation results in fiber-type switching, obesity, and type 2 diabetes.

Mice in which peroxisome proliferator-activated receptor beta (PPARbeta) is selectively ablated in skeletal muscle myocytes were generated to elucidate the role played by PPARbeta signaling in these myocytes. These somatic mutant mice exhibited a muscle fiber-type switching toward lower oxidative capacity that preceded the development of obesity and diabetes, thus demonstrating that PPARbeta is instrumental in myocytes to the maintenance of oxidative fibers and that fiber-type switching is likely to be the cause and not the consequence of these metabolic disorders. We also show that PPARbeta stimulates in myocytes the expression of PGC1alpha, a coactivator of various transcription factors, known to play an important role in slow muscle fiber formation. Moreover, as the PGC1alpha promoter contains a PPAR response element, the effect of PPARbeta on the formation and/or maintenance of slow muscle fibers can be ascribed, at least in part, to a stimulation of PGC1alpha expression at the transcriptional level.

Ultimate test bench for pediatric biventricular assist device based on artificial muscles.

Ventricular assist devices (VADs) are used in treatment for terminal heart failure or as a bridge to transplantation. We created biVAD using the artificial muscles (AMs) that supports both ventricles at the same time. We developed the test bench (TB) as the in vitro evaluating system to enable the measurement of performance. The biVAD exerts different pressure between left and right ventricle like the heart physiologically does. The heart model based on child's heart was constructed in silicone. This model was fitted with the biVAD. Two pipettes containing water with an ultrasonic sensor placed on top of each and attached to ventricles reproduced the preload and the after load of each ventricle by the real-time measurement of the fluid height variation proportionally to the exerted pressure. The LabVIEW software extrapolated the displaced volume and the pressure generated by each side of our biVAD. The development of a standardized protocol permitted the validation of the TB for in vitro evaluation, measurement of the performances of the AM biVAD herein, and reproducibility of data.

Urinary sphincter based on electronics and artificial muscles

Objectives: The AMS 800TM is the current artificial urinary sphincter (AUS) for incontinence due to intrinsic sphincter deficiency. Despite good clinical results, technical failures inherent to the hydraulic mechanism or urethral ischemic injury contribute to revisions up to 60%. We are developing an electronic AUS, called ARTUS to overcome the rigors of AMS. The objective of this study was to evaluate the technical efficacy and tissue tolerance of the ARTUS system in an animal model.Methods: The ARTUS is composed by three parts: the contractile unit, a series of rings and an integrated microprocessor. The contractile unit is made of Nitinol fibers. The rings are placed around the urethra to control the flow of urine by squeezing the urethra. They work in a sequential alternative mode and are controlled by a microprocessor. In the first phase a three-rings device was used while in the second phase a two-rings ARTUS was used. The device was implanted in 14 sheep divided in two groups of six and eight animals for study purpose. The first group aimed at bladder leak point pressure (BLPP) measurement and validation of the animal model; the second group aimed at verifying mid-term tissue tolerance by explants at twelve weeks. General animal tolerance was also evaluated.Results: The ARTUS system implantation was uneventful. When the system was activated, the BLPP was measured at 1.038±0.044 bar (mean±SD). Urethral tissue analysis did not show significant morphological changes. No infection and no sign of discomfort were noted in animals at 12 weeks.Conclusions: The ARTUS proved to be effective in continence achievement in this study. Histological results support our idea that a sequential alternative mode can avoid urethral atrophy and ischemia. Further technical developments are needed to verify long-term outcome and permit human use.

Isokinetic rotator muscles fatigue in glenohumeral joint instability before and after Latarjet surgery: a pilot prospective study.

We aimed to analyze the changes in isokinetic internal (IR) and external (ER) rotator muscles fatigue (a) in patients with non-operated recurrent anterior instability, and (b) before and after shoulder surgical stabilization with the Bristow-Latarjet procedure. Thirty-seven patients with non-operated unilateral recurrent anterior post-traumatic instability (NG) were compared with 12 healthy subjects [control group (CG)]. Twenty patients with operated recurrent anterior instability group (OG) underwent isokinetic evaluation before and 3, 6, and 21 months after Bristow-Latarjet surgery. IR and ER muscles strength was evaluated with Con-Trex® dynamometer, with subjects seated and at a 45° shoulder abduction angle in scapular plane. IR and ER muscle fatigue was determined after 10 concentric repetitions at 180° · s(-1) through the fatigue index, the percent decrease in performance (DP), and the slope of peak torque decrease. There were no differences in rotator muscles fatigue between NG and CG. In OG, 3 months post-surgery, IR DP of operated shoulder was significantly (P < 0.001) higher than presurgery and 6 and 21 months post-surgery. Rotator muscles fatigability was not associated with recurrent anterior instability. After surgical stabilization, there was a significantly higher IR fatigability in the operated shoulder 3 months post-surgery, followed by recovery evidenced 6 months post-surgery and long-term maintenance over 21 months.

De nouvelles méthodes pour relier le déclenchement des symptômes respiratoires à l'exposition aux moisissures

Un nombre de plus en plus important d'études proposent l'exposition aux moisissures de l'environnement intérieur comme un facteur majeur dans l'apparition de symptômes respiratoires chez l'adulte et dans le développement de l'asthme chez l'enfant. Afin de contrôler l'incidence de telles pathologies dans la population générale, il est indispensable premièrement, de déterminer le niveau d'exposition aux particules fongiques qui déclenche les symptômes et deuxièmement d'identifier un marqueur environnemental associé de manière significative au tableau clinique. La première étude, choisie dans le cadre de cette note, s'inscrit dans le premier volet. Elle explore la relation entre la colonisation par des moisissures des voies aériennes de personnes asthmatiques et la concentration en spores de ces espèces fongiques dans l'air des habitations. La deuxième étude répond à la deuxième problématique en montrant qu'un marqueur environnemental, la fraction de (1-3)-beta-D-glucanes présente à la surface des particules fongiques, est corrélée au tableau des symptômes cliniques.

Biometal muscles to restore contractile function of weak heart

Objectives: Existing VADs are single-ventricle pumps needing anticoagulation. We developed a bi-ventricular external assist device that partially reproduces the physiological muscle function of the heart. This artificial muscle could wrap the heart and improve its contractile force.Methods: The device has a carbon fiber skeleton fitting a 30-40kg patient's heart, to which a Nitinol based artificial muscle is connected. The artificial muscle wraps both ventricles. The Nitinol fibers are woven on a Kevlar mesh surrounding each ventricle. The fibers are electrically driven with a dedicated control unit developed for this purpose. We assessed hemodynamic performances of this device using a previously described dedicated bench test. Volume ejected and pressure gradient have been measured with afterload ranging from 10 to 50mmHg.Results: With an afterload of 50mmHg the system has an ejection fraction of 4% on the right side and 5% on the left side. The system is able to generate a systolic ejection of 2.2mL on the right side and 3.25mL on the left side. With an afterload of 25mmHg the results are reduced of about 20%. The activation frequency can reach 80/minute resulting in a total volume displacement of 176mL/minute on the right side and 260mL/minute on the left side.Conclusions: These preliminary studies confirmed the possibility of improving the ejection fraction of a failing heart using artificial muscle for external cardiac compression avoiding anticoagulation therapy. This device could be helpful in weaning cardio-pulmonary bypass and/or for short-term cardio-circulatory support in pediatric population with cardiac failure.

Esotropie précoce: résultats à long terme d'une série de 82 cas opérés par myopexie rétro-équatoriale et recul simultané des deux muscles droits médiaux avant l'âge de 24 mois [Early-onset esotropia operated before the age of 24 months: long-term results of Cüpper's retropexy combined with simultaneous recession of both medial recti]

BACKGROUND: When and how to operate an early-onset esotropia (onset before 6 months of age) is still controversial. We conducted a retrospective study of such patients operated before the age of 24 months. PATIENTS AND METHODS: 82 patients were operated by one surgeon (GK) and followed by the same team. At 5 years post-operation, evaluation criteria included the residual angle of deviation, visual acuity (Birkhäuser Nr 505, 5 m) and binocularity (Lang stereotest I, Bagolini glasses). RESULTS: At 5 years, the residual angle was excellent (0 degrees to + 5 degrees ) in 67 % good, (>+5 degrees to +10 degrees or 0 to -5 degrees ) in 23 %, and poor (>+10 degrees or <-5 degrees ) in 10 %. During the 5 years of follow-up the rate of reoperation was 9.7 %. Isoacuity was obtained in 62 %, slight amblyopia (2 lines of interocular difference) was present in 32 %, and average amblyopia (> 3 lines of interocular difference) was noted in 6 %. Simultaneous perception was present in 53 %, whereas one eye was suppressed or results were undetermined in 47 %. No patient demonstrated stereoscopy using the Lang's stereotest I. CONCLUSION: The results from our study demonstrate that early surgery of early-onset esotropia has a favourable outcome on both visual acuity and the residual angle of strabismus. Simultaneous perception was achieved in 53 %. These figures are comparable to the results of the ELISSS multicentric study.

Exposition aux endotoxines : effets protecteurs contre les allergies mais augmentation des problèmes respiratoires chroniques et aigus

Les endotoxines aéroportées sont connues pour provoquer des inflammations des voies respiratoires et une altération des fonctions pulmonaires. De très nombreuses études ont montré que les professions où l'on manipule de la matière organique (manipulation de déchets, élevage d'animaux, cultures maraîchères et céréalières, transformation d'aliments, etc...) sont sujettes à une exposition professionnelle aux endotoxines très élevée. Ce qui génère l'apparition de divers problèmes de santé, notamment des problèmes respiratoires. Paradoxalement, plusieurs études récentes, en particulier sur des éleveurs, ont montré que l'exposition aux endotoxines pouvait avoir des effets bénéfiques pour la santé en prévenant les allergies et les maladies atopiques. De plus, il a été démontré que les enfants ayant passé leurs premières années de vie dans des exploitations agricoles avec des animaux ont une probabilité moindre de développer des allergies à l'âge adulte. L'article original et la revue bibliographique analysés dans cette note traitent de cette dualité des effets sur la santé d'une exposition prolongée aux endotoxines. [Auteur]