Étude de la fonction vasculaire et du remodelage cardiaque avant l’établissement de l’obésité et de la dyslipidémie chez les rats femelles Sprague-Dawley recevant une diète riche en gras

Des lacunes existent au niveau des connaissances concernant les modifications cardiovasculaires manifestées avant l’établissement d’obésité et en absence d’hyperlipidémie. Dans cette optique, la présente étude a testé l'hypothèse générale qui stipule que l’administration d’une diète riche en gras pour une période de 8 semaines chez les rats femelles influence négativement la fonction et le remodelage cardiaque, avant le développement de l’obésité et en absence d’hyperlipidémie et d’hyperglycémie. Afin de répondre à cette problématique, des rats femelles Sprague-Dawley ont été assignés à une diète standard (SD; 12,5% lipides, kcal) ou riche en gras (HF; 42% lipides, kcal) pour une période de 8 semaines. Cette durée était insuffisante pour induire le développement d’une dyslipidémie ou une augmentation significative de la masse corporelle chez les animaux HF(329±14g) comparativement aux rates SD (300±10g). Toutefois, une hypertension artérielle s’est développée chez les rates HF (130±4 vs 108±6 mmHg, p<0,05), accompagnée d’une altération des relaxations aortiques dépendantes de l’endothélium (relaxation maximale : 22±5% versus 53±8%, pour les animaux HF et SD respectivement, p<0,05). L’administration orale chronique de l’antioxydant resvératrol (RES; 20 mg·kg-1·jr-1) a prévenu le développement de ces altérations pathologiques, attestant d’une implication du stress oxydant. Au niveau cardiaque, le RES n’a toutefois pas inhibé le développement de fibrose périvasculaire secondaire à l’administration de la diète riche en gras. Suite à une insulte d’ischémie-reperfusion, la taille (SD : 0,29±0,09 versus HF : 0,32±0,13 cm), l’épaisseur (SD : 0,05±0,02 versus HF : 0,06±0,01 cm) et le contenu en collagène α1 type 1 (SD : 0,21±0,04 versus HF : 0,20±0,04 unités arbitraires/mm2) de la cicatrice du coeur infarci des rats HF étaient comparables au coeur infarci des rats SD. Malgré ces similitudes, le taux de décès était significativement (p<0,05) plus élevé chez les rats HF (56%) comparativement aux rats SD (5%). L’approche par électrophysiologie a démontré que l’administration de la diète riche en gras était associée à une augmentation (p<0,05) du nombre d’extrasystoles ventriculaires induites. Cette élévation de l’incidence était associé à une hyperinnervation sympathique fonctionnelle, tel que démontré par une élévation (p<0,05) de la densité des fibres neurofilament-M (HF : 2830±250 versus SD : 2020±260 μm2/mm2) et de la protéine de l’hydroxylase de la tyrosine. La fonctionnalité des jonctions intercellulaires était également atteinte, caractérisée par une latéralisation et internalisation de connexine 43 ainsi qu’une diminution de l’expression de connexine 40 au niveau des disques intercalaires. Ainsi, avant l’établissement de l’obésité et d’une dyslipidémie, les rats femelles modestement hypertendus présentent un phénotype arythmogénique cardiaque en partie dû à une hyperinnervation sympathique et une expression altérée concomitante de la distribution et de l’expression des jonctions intercellulaires. L’absence de symptômes cliniques d’obésité dans la présente étude ne fournit aucun indice au clinicien quant à la susceptibilité accrue aux arythmies ventriculaires. Ainsi, en présence d’une hypertension artérielle modérée chez un patient non-obèse, une mesure de l’activité sympathique par la quantification des niveaux circulants de catécholamines pourrait être bénéfique afin de détecter les patients à risque de mort subite.

Rôle du tissu adipeux dans l’effet cardioprotecteur du EP 80317, un ligand sélectif du récepteur CD36

Le récepteur CD36 est impliqué dans le transport des acides gras libres non estérifiés (AGNE) au niveau des tissus cardiaque et périphériques. Les dommages tissulaires et la dysfonction cardiaque observés après une ischémie-reperfusion (I/R) du myocarde sont en partie liés à l’internalisation et au métabolisme oxydatif accrus des AGNE dont la concentration sanguine augmente transitoirement après un infarctus du myocarde, contrairement à ce qui est observé chez des souris déficientes en CD36. Nous avons émis l’hypothèse selon laquelle le EP 80317, un ligand synthétique du récepteur CD36, exercerait un effet cardioprotecteur contre les dommages induits par une ischémie transitoire du myocarde. Nos objectifs étaient 1) de vérifier l’effet cardioprotecteur du EP 80317 et 2) de définir son mécanisme, plus précisément de documenter l’effet du traitement sur le métabolisme lipidique. À cette fin, des souris de type sauvage ont été traitées par le EP 80317 (289 nmol/kg) par voie sous-cutanée pendant 14 jours avant d’être soumises à 30 minutes d’ischémie suivant la ligature de l’artère coronaire gauche descendante et de sa reperfusion pendant une période de 6 ou 48 heures. Le cœur et les tissus périphériques (foie, muscle squelettique et dépôts adipeux) ont été prélevés pour déterminer le profil de certains gènes impliqués dans la régulation du métabolisme lipidique. Nos travaux ont montré que l’effet cardioprotecteur d’un traitement préventif par le EP 80317 est associé à une augmentation transitoire du stockage des triglycérides et d’une réduction des AGNE circulants.

Conditionnement de l’endothélium de l’artère pulmonaire par thérapie d’inhalation avant la circulation extracorporelle

La circulation extracorporelle (CEC) déclenche une réaction inflammatoire systémique, un dommage d’ischémie-reperfusion (I-R) et une dysfonction de l’endothélium dans la circulation pulmonaire. L’hypertension pulmonaire (HTP) est la conséquence de cette cascade de réactions. Cette HTP augmente le travail du ventricule droit et peut causer sa dysfonction, un sevrage difficile de la CEC et une augmentation des besoins de vasopresseurs après la chirurgie cardiaque. L’administration de milrinone et d’époprosténol inhalés a démontré une réduction de la dysfonction endothéliale dans l’artère pulmonaire. Le but de ce travail est d’évaluer différents types de nébulisateur pour l’administration de la milrinone et d’évaluer l’effet du traitement préventif de la combinaison de milrinone et époprosténol inhalés sur les résultats postopératoires en chirurgie cardiaque. Deux études ont été conduites. Dans la première, trois groupes de porcelets ont été comparés : (1) groupe milrinone avec nébulisateur ultrasonique ; CEC et reperfusion précédées par 2,5 mg de milrinone inhalée, (2) goupe milrinone avec nébulisateur à simple jet ; CEC et reperfusion précédées par 2,5 mg de milrinone inhalée et (3) groupe contrôle ; CEC et reperfusion sans traitement. Durant la procédure, les paramètres hémodynamiques, biochimiques et hématologiques ont été mesurés. Après sacrifice, la relaxation endothélium dépendante de l’artère pulmonaire à l’acétylcholine et à la bradykinine a été étudiée en chambres d’organe. Nous avons noté une amélioration de la relaxation de l’endothélium à la bradykinine et à l’acétylcholine dans le groupe avec inhalation de milrinone avec le nébulisateur ultrasonique. Dans la deuxième étude, une analyse rétrospective de 60 patients à haut risque chirurgical atteints d’HTP et opérés à l’Institut de Cardiologie de Montréal à été effectuée. Deux groupes ont été comparés : (1) 40 patients ayant reçu la combinaison de milrinone et d’époprosténol inhalés avant la CEC (groupe traitement) et (2) 20 patients avec des caractéristiques préopératoires n’ayant reçu aucun traitement inhalé avant la CEC (groupe contrôle). Nous avons observé que les besoins en support pharmacologique vasoactif était réduit à 12 heures et à 24 heures postopératoires dans le groupe traitement. L’utilisation de la nébulisation ultrasonique a un impact favorable sur l’endothélium de l’artère pulmonaire après la CEC lorsque comparée à la nébulisation standard à simple jet. Le traitement préventif des patients atteints d’HTP avec la combinaison de milrinone et d’époprosténol inhalés avant la CEC est associé avec une diminution importante des besoins de support vasoactif aux soins intensifs dans les 24 premières heures après la chirurgie.

Évaluation du rôle du récepteur CD36 comme cible thérapeutique potentielle dans le traitement de la maladie cardiaque ischémique

La maladie cardiaque ischémique, la plus commune des maladies qui affectent le cœur, est encore aujourd’hui une importante cause de décès dans les pays industrialisés. Une réponse cardio-métabolique inflammatoire à un changement aigu initié par une modification du métabolisme énergétique du cœur ischémique est accentuée après que l’apport en oxygène ait été rétabli. Parmi les altérations délétères dans le myocarde qui en résultent, sont inclus l’accumulation d’acides gras non estérifiés (AGNE) ainsi que leur oxydation au détriment de l’utilisation du glucose, ce qui amplifie la génération d’espèces réactives de l’oxygène (ROS). Les tissus en périphérie du cœur tel que le tissu adipeux peuvent affecter l’étendue des blessures au myocarde par la relâche en circulation de substances bioactives comme les AGNE et l’adiponectine. Le CD36 est le principal facilitateur de l’entrée d’AGNE dans le cœur et les adipocytes et constitue une importante cible métabolique spécialement lors d’un stress d’ischémie-reperfusion (I/R). Il a été rapporté précédemment par notre groupe qu’un ligand synthétique et sélectif envers le CD36 exerce un effet protecteur puissant sur le système vasculaire. Cependant, aucune étude in vivo n’a rapporté d’effet cardioprotecteur de ligands sélectifs envers le CD36. Ainsi, ce projet visait à évaluer le rôle et possiblement l’effet cardioprotecteur de ligands sélectifs du récepteur CD36 sur la blessure au myocarde en I/R. Des souris CD36+/+ et CD36-/- ont été traitées quotidiennement avec le EP 80317, le CP-3(iv) ou le véhicule pendant 14 jours avant de subir la ligature temporaire de l’artère coronaire antérieure descendante gauche (LAD). Notre première étude a montré que le EP 80317 exerce un effet cardioprotecteur puissant tel que montré par la réduction de la surface des lésions et l’amélioration de la fonction cardiaque in vivo suivant la blessure au myocarde en I/R. De plus, le EP 80317 a réduit l’internalisation totale d’AGNE dans le myocarde, mesurée in vivo par l’imagerie métabolique cardiaque, en accord avec la diminution du niveau circulant d’AGNE. Une réduction de la lipolyse révélée par une perfusion de radiotraceur de palmitate et une augmentation du niveau d’expression de gènes adipogéniques et anti-lipolytiques appuient davantage l’effet du EP 80317 dans la prévention de la mobilisation délétère d’acides gras du tissu adipeux. Notre deuxième étude a investigué le mécanisme cardioprotecteur d’une nouvelle génération de ligands dotés d’une plus grande affinité de liaison envers le CD36. Cette étude a montré que le CP-3(iv) est aussi pourvu d’un puissant effet cardioprotecteur comme le montre la réduction de la taille de l’infarctus et l’amélioration de la fonction cardiaque post-I/R du myocarde qui est fonction d’une signalisation métabolique et anti-oxydante de l’adiponectine. En effet, l’augmentation des principales voies de signalisation régulant la sécrétion de l’adiponectine et des gènes antioxydants a été démontrée dans le tissu adipeux suivant l’I/R du myocarde et un traitement avec le CP-3(iv). L’activation de la protéine kinase B ou Akt dans le myocarde avec la diminution de la génération de ROS et de la signalisation de mort cellulaire appuient davantage le rôle cardioprotecteur du CP-3(iv) dans l’I/R du myocarde. En conclusion, le travail présenté dans cette thèse soutient qu’une signalisation du CD36 par le EP 80317 et le CP-3(iv) pourrait s’avérer être une nouvelle approche thérapeutique dans le traitement de la maladie cardiaque ischémique. Ces ligands synthétiques sélectifs envers le CD36 provoquent un effet salutaire sur le myocarde ischémique par le biais d’une amélioration du profil métabolique dans les premières heures de la reperfusion. Le EP 80317 réduit le niveau délétère d’AGNE et leur internalisation dans le cœur en situation d’excès, tandis que le CP-3(iv) augmente le niveau bénéfique d’adiponectine et son effet cardioprotecteur.

PKC-dependent activation of p46/p54 JNKs during ischemic preconditioning in conscious rabbits.

A conscious rabbit model was used to study the effect of ischemic preconditioning (PC) on stress-activated kinases [c-Jun NH(2)-terminal kinases (JNKs) and p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK)] in an environment free of surgical trauma and attending external stress. Ischemic PC (6 cycles of 4-min ischemia/4-min reperfusion) induced significant activation of protein kinase C (PKC)-epsilon in the particulate fraction, which was associated with activation of p46 JNK in the nuclear fraction and p54 JNK in the cytosolic fraction; all of these changes were completely abolised by the PKC inhibitor chelerythrine. Selective enhancement of PKC-epsilon activity in adult rabbit cardiac myocytes resulted in enhanced activity of p46/p54 JNKs, providing direct in vitro evidence that PKC-epsilon is coupled to both kinases. Studies in rabbits showed that the activation of p46 JNK occurred during ischemia, whereas that of p54 JNK occurred after reperfusion. A single 4-min period of ischemia induced a robust activation of the p38 MAPK cascade, which, however, was attenuated after 5 min of reperfusion and disappeared after six cycles of 4-min ischemia/reperfusion. Overexpression of PKC-epsilon in cardiac myocytes failed to increase the p38 MAPK activity. These results demonstrate that ischemic PC activates p46 and p54 JNKs via a PKC-epsilon-dependent signaling pathway and that there are important differences between p46 and p54 JNKs with respect to the subcellular compartment (cytosolic vs. nuclear) and the mechanism (ischemia vs. reperfusion) of their activation after ischemic PC.

The reactions of specific neuron types to intestinal ischemia in the guinea pig enteric nervous system

Damage following ischemia and reperfusion (I/R) is common in the intestine and can be caused during abdominal surgery, in several disease states and following intestinal transplantation. Most studies have concentrated on damage to the mucosa, although published evidence also points to effects on neurons. Moreover, alterations of neuronally controlled functions of the intestine persist after I/R. The present study was designed to investigate the time course of damage to neurons and the selectivity of the effect of I/R damage for specific types of enteric neurons. A branch of the superior mesenteric artery supplying the distal ileum of anesthetised guinea pigs was occluded for 1 h and the animals were allowed to recover for 2 h to 4 weeks before tissue was taken for the immunohistochemical localization of markers of specific neuron types in tissues from sham and I/R animals. The dendrites of neurons with nitric oxide synthase (NOS) immunoreactivity, which are inhibitory motor neurons and interneurons, were distorted and swollen by 24 h after I/R and remained enlarged up to 28 days. The total neuron profile areas (cell body plus dendrites) increased by 25%, but the sizes of cell bodies did not change significantly. Neurons of type II morphology (intrinsic primary afferent neurons), revealed by NeuN immunoreactivity, were transiently reduced in cell size, at 24 h and 7 days. These neurons also showed signs of minor cell surface blebbing. Calretinin neurons, many of which are excitatory motor neurons, were unaffected. Thus, this study revealed a selective damage to NOS neurons that was observed at 24 h and persisted up to 4 weeks, without a significant change in the relative numbers of NOS neurons.

Renal ischemia in rats: Mitochondria function and laser autofluorescence

Ischemia-reperfusion injury is the major cause of organ dysfunction or even nonfunction following transplantation. It can attenuate the long-term survival of transplanted organs. To evaluate the severity of renal ischemia injury determined by histology, we applied laser(442 nm and 532 nm) induced fluorescence (LIF), mitochondria respiration, and membrane swelling to evaluate 28 Wistar rats that underwent left kidney warm ischemia for 20, 40, 60, or 80 minutes. LIF performed before ischemia (control) was repeated at 20, 40, 60, and 80 minutes thereafter. We harvested left kidney tissue samples immediately after LIF determination for histology and mitochondrial analyses: state 3 and 4 respiration, respiration control rate (RCR), and membrane swelling. The association of optic spectroscopy with histological damage showed: LIF, 442 nm (r(2) = 0.39, P < .001) and 532 nm, (r(2) = 0.18, P = .003); reflecting laser/fluorescence-induced, 442 nm (r(2) = 0.20, P = .002) and 532 nm (r(2) = 0.004, P = .67). The associations between mitochondria function and tissue damage were: state 3 respiration (r(2) = 0.43, P = .0004), state 4 respiration (r(2) = 0.03, P = 0.38), RCR (r(2) = 0.28, P = .007), and membrane swelling (r(2) = 0.02, P = .43). The intensity of fluorescence emitted by tissue excited by laser, especially at a wave length of 442 nm, was determined in real time. Mitochondrial state 3 respiration and respiratory control ratio also exhibited good correlations with the grade of ischemic tissue damage.

Does the Choice of the Halogenated Anesthetic Influence Renal Function during Hemorrhagic Shock and Resuscitation?

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Efeitos renais e sobre a concentração do hormônio antidiurético pelo uso de dexmedetomidina em cães anestesiados e submetidos à isquemia renal

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Insuficiência renal aguda pela hemodiluição acentuada na extracopórea

Pós-graduação em Bases Gerais da Cirurgia - FMB

Efeito do módulo de inativação leucocitária (LIM) na distribuição de 99mTc-granulócitos em porcos submetidos à circulação extracorpórea e à isquemia-reperfusão de coração e pulmões

Pós-graduação em Bases Gerais da Cirurgia - FMB

Antioxidant treatment protects against matrix metalloproteinase activation and cardiomyocyte injury during acute pulmonary thromboembolism

Increased reactive oxygen species (ROS) promote matrix metalloproteinase (MMP) activities and may underlie cardiomyocyte injury and the degradation of cardiac troponin I (cTI) during acute pulmonary thromboembolism (APT). We examined whether pretreatment or therapy with tempol (a ROS scavenger) prevents MMP activation and cardiomyocyte injury of APT. Anesthetized sheep received tempol infusion (1.0 mg kg(-1) min(-1), i.v.) or saline starting 30 min before or 30 min after APT (autologous blood clots). Control animals received saline. Hemodynamic measurements were performed. MMPs were studied in the right ventricle (RV) by gelatin zymography, fluorimetric activity assay, and in situ zymography. The ROS levels were determined in the RV and cTI were measured in serum samples. APT increased the pulmonary arterial pressure and pulmonary vascular resistance by 146 and 164 %, respectively. Pretreatment or therapy with tempol attenuated these increases. While APT increased RV + dP/dt (max), tempol infusions had no effects. APT increased RV MMP-9 (but not MMP-2) levels. In line with these findings, APT increased RV MMP activities, and this finding was confirmed by in situ zymography. APT increased the RV ROS levels and tempol infusion, before or after APT, and blunted APT-induced increases in MMP-9 levels, MMP activities, in situ MMP activities, and ROS levels in the RV. cTI concentrations increased after APT, and tempol attenuated these increases. RV oxidative stress after APT increases the RV MMP activities, leading to the degradation of sarcomeric proteins, including cTI. Antioxidant treatment may prevent MMP activation and protect against cardiomyocyte injury after APT.

Late remote ischemic preconditioning in children undergoing cardiopulmonary bypass: A randomized controlled trial

Objective: Cardiopulmonary bypass is associated with ischemia-reperfusion injury to multiple organs. We aimed to evaluate whether remote ischemic preconditioning performed the day before surgery for congenital heart disease with cardiopulmonary bypass attenuates the postoperative inflammatory response and myocardial dysfunction. Methods: This was a prospective, randomized, single-blind, controlled trial. Children allocated to remote ischemic preconditioning underwent 4 periods of 5 minutes of lower limb ischemia by a blood pressure cuff intercalated with 5 minutes of reperfusion. Blood samples were collected 4, 12, 24, and 48 hours after cardiopulmonary bypass to evaluate nuclear factor kappa B activation in leukocytes by quantification of mRNA of I kappa B alpha by real-time quantitative polymerase chain reaction and for interleukin-8 and 10 plasma concentration measurements by enzyme-linked immunosorbent assay. Myocardial dysfunction was assessed by N-terminal pro-B-type natriuretic peptide and cardiac troponin I plasma concentrations, measured by chemiluminescence, and clinical parameters of low cardiac output syndrome. Results: Twelve children were allocated to remote ischemic preconditioning, and 10 children were allocated to the control group. Demographic data and Risk Adjustment for Congenital Heart Surgery 1 classification were comparable in both groups. Remote ischemic preconditioning group had lower postoperative values of N-terminal pro-B-type natriuretic peptide, but cardiac troponin I levels were not significantly different between groups. Interleukin-8 and 10 concentrations and I kappa B alpha gene expression were similar in both groups. Postoperative morbidity was similar in both groups; there were no postoperative deaths in either group. Conclusions: Late remote ischemic preconditioning did not provide clinically relevant cardioprotection to children undergoing cardiopulmonary bypass. (J Thorac Cardiovasc Surg 2012;144:178-83)

Impact of exercise training on redox signaling in cardiovascular diseases

Reactive oxygen and nitrogen species regulate a wide array of signaling pathways that governs cardiovascular physiology. However, oxidant stress resulting from disrupted redox signaling has an adverse impact on the pathogenesis and progression of cardiovascular diseases. In this review, we address how redox signaling and oxidant stress affect the pathophysiology of cardiovascular diseases such as ischemia-reperfusion injury, hypertension and heart failure. We also summarize the benefits of exercise training in tackling the hyperactivation of cellular oxidases and mitochondrial dysfunction seen in cardiovascular diseases

Assessment of endothelium and inflammatory response at the onset of reperfusion injury in hand surgery

Background Activation of the endothelium, complement activation and generation of cytokines are known events during ischemia-reperfusion (I/R) that mediate tissue injury. Our aim was to elucidate their respective participation at the onset of the reperfusion phase. Tourniquet application in hand surgery causes short-term ischemia, followed by reperfusion and was therefore used as the model in this study. Methods Ten patients were included in the study after obtaining informed consent. A tourniquet was placed on the upper arm and inflated to 250 mmHg for 116 ± 16 min, during which the surgery was performed. Venous blood and tissue samples from the surgical area were taken at baseline as well as 0, 2, and 10 min after reperfusion and analyzed for the following parameters: Endothelial integrity and/or activation were analyzed by measuring heparan sulfate and syndecan-1 in serum, and vWF, heparan sulfate proteoglycan as well as CD31on tissue. Complement activation was determined by C3a and C4d levels in plasma, levels of C1-inhibitor in serum, and IgG, IgM, C3b/c, and C4b/c deposition on tissue. Cytokines and growth factors IL-5, IL-6, IL-7, IL-8, IL-10, IL-17, G-CSF, GM-CSF, MCP-1, TNFα, VEGF, and PDGF bb were measured in the serum. Finally, CK-MM levels were determined in plasma as a measure for muscle necrosis. Results Markers for endothelial activation and/or integrity as well as complement activation showed no significant changes until 10 min reperfusion. Among the measured cytokines, IL-6, IL-7, IL-17, TNFα, GM-CSF, VEGF, and PDGF bb were significantly increased at 10 min reperfusion with respect to baseline. CK-MM showed a rise from baseline at the onset of reperfusion (p < 0.001) and dropped again at 2 min (p < 0.01) reperfusion, suggesting ischemic muscle damage. Conclusions In this clinical model of I/R injury no damage to the endothelium, antibody deposition or complement activation were observed during early reperfusion. However, an increase of pro-inflammatory cytokines and growth factors was shown, suggesting a contribution of these molecules in the early stages of I/R injury.