An analysis of the electrocardiogram QT interval

No reports testing the efficacy of the use of the QT/RR ratio <1/2 for detecting a normal QTc interval were found in the literature. The objective of the present study was to determine if a QT/RR ratio <=1/2 can be considered to be equal to the normal QTc and to compare the QT and QTc measured and calculated clinically and by a computerized electrocardiograph. Ratios (140 QT/RR) of 28 successive electrocardiograms obtained from 28 consecutive patients in a tertiary level teaching hospital were analyzed clinically by 5 independent observers and by a computerized electrocardiograph. The QT/RR ratio provided 56% sensitivity and 78% specificity, with an area under the receiver operator characteristic curve of 75.8% (95%CI: 0.68 to 0.84). The divergence in QT and QTc interval measurements between clinical and computerized evaluation were 0.01 ± 0.03 s (95%CI: 0.04-0.02) and 0.01 ± 0.04 s (95%CI: -0.05-0.03), respectively. The QT and QTc values measured clinically and by a computerized electrocardiograph were similar. The QT/RR ratio <=1/2 was not a satisfactory index for QTc evaluation because it could not predict a normal QTc value.

Effects of age and physical activity on the autonomic control of heart rate in healthy men

The effects of the aging process and an active life-style on the autonomic control of heart rate (HR) were investigated in nine young sedentary (YS, 23 ± 2.4 years), 16 young active (YA, 22 ± 2.1 years), 8 older sedentary (OS, 63 ± 2.4 years) and 8 older active (OA, 61 ± 1.1 years) healthy men. Electrocardiogram was continuously recorded for 15 min at rest and for 4 min in the deep breathing test, with a breath rate of 5 to 6 cycles/min in the supine position. Resting HR and RR intervals were analyzed by time (RMSSD index) and frequency domain methods. The power spectral components are reported in normalized units (nu) at low (LF) and high (HF) frequency, and as the LF/HF ratio. The deep breathing test was analyzed by the respiratory sinus arrhythmia indices: expiration/inspiration ratio (E/I) and inspiration-expiration difference (deltaIE). The active groups had lower HR and higher RMSSD index than the sedentary groups (life-style condition: sedentary vs active, P < 0.05). The older groups showed lower HFnu, higher LFnu and higher LF/HF ratio than the young groups (aging effect: young vs older, P < 0.05). The OS group had a lower E/I ratio (1.16) and deltaIE (9.7 bpm) than the other groups studied (YS: 1.38, 22.4 bpm; YA: 1.40, 21.3 bpm; OA: 1.38, 18.5 bpm). The interaction between aging and life-style effects had a P < 0.05. These results suggest that aging reduces HR variability. However, regular physical activity positively affects vagal activity on the heart and consequently attenuates the effects of aging in the autonomic control of HR.

Assessment of the cardiovascular effects of electroconvulsive therapy in individuals older than 50 years

To evaluate the impact of electroconvulsive therapy on arterial blood pressure, heart rate, heart rate variability, and the occurrence of ischemia or arrhythmias, 38 (18 men) depressive patients free from systemic diseases, 50 to 83 years old (mean: 64.7 ± 8.6) underwent electroconvulsive therapy. All patients were studied with simultaneous 24-h ambulatory blood pressure and Holter monitoring, starting 18 h before and continuing for 3 h after electroconvulsive therapy. Blood pressure, heart rate, heart rate variability, arrhythmias, and ischemic episodes were recorded. Before each session of electroconvulsive therapy, blood pressure and heart rate were in the normal range; supraventricular ectopic beats occurred in all patients and ventricular ectopic beats in 27/38; 2 patients had non-sustained ventricular tachycardia. After shock, systolic, mean and diastolic blood pressure increased 29, 25, and 24% (P < 0.001), respectively, and returned to baseline values within 1 h. Maximum, mean and minimum heart rate increased 56, 52, and 49% (P < 0.001), respectively, followed by a significant decrease within 5 min; heart rate gradually increased again thereafter and remained elevated for 1 h. Analysis of heart rate variability showed increased sympathetic activity during shock with a decrease in both sympathetic and parasympathetic drive afterwards. No serious adverse effects occurred; electroconvulsive therapy did not trigger any malignant arrhythmias or ischemia. In middle-aged and elderly people free from systemic diseases, electroconvulsive therapy caused transitory increases in blood pressure and heart rate and a decrease in heart rate variability but these changes were not associated with serious adverse clinical events.

Autonomic control of cardiorespiratory interactions in fish, amphibians and reptiles

Control of the heart rate and cardiorespiratory interactions (CRI) is predominantly parasympathetic in all jawed vertebrates, with the sympathetic nervous system having some influence in tetrapods. Respiratory sinus arrhythmia (RSA) has been described as a solely mammalian phenomenon but respiration-related beat-to-beat control of the heart has been described in fish and reptiles. Though they are both important, the relative roles of feed-forward central control and peripheral reflexes in generating CRI vary between groups of fishes and probably between other vertebrates. CRI may relate to two locations for the vagal preganglionic neurons (VPN) and in particular cardiac VPN in the brainstem. This has been described in representatives from all vertebrate groups, though the proportion in each location is variable. Air-breathing fishes, amphibians and reptiles breathe discontinuously and the onset of a bout of breathing is characteristically accompanied by an immediate increase in heart rate plus, in the latter two groups, a left-right shunting of blood through the pulmonary circuit. Both the increase in heart rate and opening of a sphincter on the pulmonary artery are due to withdrawal of vagal tone. An increase in heart rate following a meal in snakes is related to withdrawal of vagal tone plus a non-adrenergic-non-cholinergic effect that may be due to humoral factors released by the gut. Histamine is one candidate for this role.

Association of Bartonella spp bacteremia with Chagas cardiomyopathy, endocarditis and arrythmias in patients from South America

Infection with Bartonella spp may cause cardiac arrhythmias, myocarditis and endocarditis in humans. The aim of the present study was to evaluate a possible association between Bartonella spp bacteremia and endocarditis, arrhythmia and Chagas cardiomyopathy in patients from Brazil and Argentina. We screened for the presence of bacterial 16S rRNA in human blood by PCR using oligonucleotides to amplify a 185-bp bacterial DNA fragment. Blood samples were taken from four groups of subjects in Brazil and Argentina: i) control patients without clinical disease, ii) patients with negative blood-culture endocarditis, iii) patients with arrhythmias, and iv) patients with chronic Chagas cardiomyopathy. PCR products were analyzed on 1.5% agarose gel to visualize the 185-bp fragment and then sequenced to confirm the identity of DNA. Sixty of 148 patients (40.5%) with cardiac disease and 1 of 56 subjects (1.8%) from the control group presented positive PCR amplification for Bartonella spp, suggesting a positive association of the bacteria with these diseases. Separate analysis of the four groups showed that the risk of a Brazilian patient with endocarditis being infected with Bartonella was 22 times higher than in the controls. In arrhythmic patients, the prevalence of infection was 45 times higher when compared to the same controls and 40 times higher for patients with Chagas cardiomyopathy. To the best of our knowledge this is the first report of the association between Bartonella spp bacteremia and Chagas disease. The present data may be useful for epidemiological and prevention studies in Brazil and Argentina.

Effects of short-term administration of estradiol on reperfusion arrhythmias in rats of different ages

Little is known about age-related differences in short-term effects of estradiol on ischemia-reperfusion (I/R) insults. The present study was designed to evaluate the effects of short-term treatment with estradiol on reperfusion arrhythmias in isolated hearts of 6-7-week-old and 12-14-month-old female rats. Wistar rats were sham-operated, ovariectomized and treated with vehicle or ovariectomized and treated with 17β-estradiol (E2; 5 µg·100 g-1·day-1) for 4 days. Hearts were perfused by the Langendorff technique. Reperfusion arrhythmias, i.e., ventricular tachycardia and/or ventricular fibrillation, were induced by 15 min of left coronary artery ligation and 30 min of reperfusion. The duration and incidence of I/R arrhythmias were significantly higher in young rats compared to middle-aged rats (arrhythmia severity index: 9.4 ± 1.0 vs 3.0 ± 0.3 arbitrary units, respectively, P < 0.05). In addition, middle-aged rats showed lower heart rate, systolic tension and coronary flow. Four-day E2 treatment caused an increase in uterine weight. Although E2 administration had no significant effect on the duration of I/R arrhythmias in middle-aged rats, it induced a marked reduction in the rhythm disturbances of young rats accompanied by a decrease in heart rate of isolated hearts. Also, this reduction was associated with an increase in QT interval. No significant changes were observed in the QT interval of middle-aged E2-treated rats. These data demonstrate that short-term estradiol treatment protects against I/R arrhythmias in hearts of young female rats. The anti-arrhythmogenic effect of estradiol might be related to a lengthening of the QT interval.

Utility of a novel risk score for prediction of ventricular tachycardia and cardiac death in chronic Chagas disease - the SEARCH-RIO study

The SEARCH-RIO study prospectively investigated electrocardiogram (ECG)-derived variables in chronic Chagas disease (CCD) as predictors of cardiac death and new onset ventricular tachycardia (VT). Cardiac arrhythmia is a major cause of death in CCD, and electrical markers may play a significant role in risk stratification. One hundred clinically stable outpatients with CCD were enrolled in this study. They initially underwent a 12-lead resting ECG, signal-averaged ECG, and 24-h ambulatory ECG. Abnormal Q-waves, filtered QRS duration, intraventricular electrical transients (IVET), 24-h standard deviation of normal RR intervals (SDNN), and VT were assessed. Echocardiograms assessed left ventricular ejection fraction. Predictors of cardiac death and new onset VT were identified in a Cox proportional hazard model. During a mean follow-up of 95.3 months, 36 patients had adverse events: 22 new onset VT (mean±SD, 18.4±4‰/year) and 20 deaths (26.4±1.8‰/year). In multivariate analysis, only Q-wave (hazard ratio, HR=6.7; P<0.001), VT (HR=5.3; P<0.001), SDNN<100 ms (HR=4.0; P=0.006), and IVET+ (HR=3.0; P=0.04) were independent predictors of the composite endpoint of cardiac death and new onset VT. A prognostic score was developed by weighting points proportional to beta coefficients and summing-up: Q-wave=2; VT=2; SDNN<100 ms=1; IVET+=1. Receiver operating characteristic curve analysis optimized the cutoff value at >1. In 10,000 bootstraps, the C-statistic of this novel score was non-inferior to a previously validated (Rassi) score (0.89±0.03 and 0.80±0.05, respectively; test for non-inferiority: P<0.001). In CCD, surface ECG-derived variables are predictors of cardiac death and new onset VT.

Transtracheal puncture: a forgotten procedure

Transtracheal puncture has long been known as a safe, low-cost procedure. However, with the advent of bronchoscopy, it has largely been forgotten. Two researchers have suggested the use of α-amylase activity to diagnose salivary aspiration, but the normal values of this enzyme in tracheobronchial secretions are unknown. We aimed to define the normal values of α-amylase activity in tracheobronchial secretions and verify the rate of major complications of transtracheal puncture. From October 2009 to June 2011, we prospectively evaluated 118 patients without clinical or radiological signs of salivary aspiration who underwent transtracheal puncture before bronchoscopy. The patients were sedated with a solution of lidocaine and diazepam until they reached a Ramsay sedation score of 2 or 3. We then cleaned the cervical region and anesthetized the superficial planes with lidocaine. Next, we injected 10 mL of 2% lidocaine into the tracheobronchial tree. Finally, we injected 10 mL of normal saline into the tracheobronchial tree and immediately aspirated the saline with maximum vacuum pressure to collect samples for measurement of the α-amylase level. The α-amylase level mean ± SE, median, and range were 1914 ± 240, 1056, and 24-10,000 IU/L, respectively. No major complications (peripheral desaturation, subcutaneous emphysema, cardiac arrhythmia, or hemoptysis) occurred among 118 patients who underwent this procedure. Transtracheal aspiration is a safe, low-cost procedure. We herein define for the first time the normal α-amylase levels in the tracheobronchial secretions of humans.

Biomarkers, medical treatment and fetal intrapartum surveillance in intrahepatic cholestasis of pregnancy

Intrahepatic cholestasis of pregnancy (ICP) is a pregnancy-specific disorder characterized by maternal pruritus and elevated liver enzymes. It usually begins in the third trimester of pregnancy and resolves spontaneously after delivery. ICP is considered benign for the pregnant woman, but it is associated with an increased risk for unexplained term stillbirth and preterm delivery. There are no specific laboratory markers to diagnose ICP. The diagnosis is currently based on the presence of maternal pruritus and elevated values of alanine aminotransaminases (ALT) and serum bile acids (BA). Recently, ursodeoxycholic acid (UDCA) has been used for treatment. Mechanisms leading to intrauterine fetal death (IUFD) may be multifactorial and are unknown at present. For this thesis, 415 pregnant women with ICP were studied. The aim was to evaluate the value of the liver enzyme glutathione S-transferase alpha (GSTA) as a specific marker of ICP and to assess the effect of maternal UDCA therapy on maternal laboratory values and fetal outcome. The specific markers predisposing the fetus to heart arrhythmia were studied by comparing waveform analysis of fetal electrocardiograms (FECG) during labor in pregnancies complicated by ICP with controls. The levels of maternal GSTA were high and the values correlated with the value of ALT in patients with ICP. UDCA therapy reduced the values of the liver enzymes and alleviated maternal pruritus, but it did not influence maternal hormonal values. Although the newborns experienced an uneventful perinatal outcome, severe ICP was still associated with preterm birth and admission to the neonatal intensive care unit (NICU). There were no significant differences in intrapartum FECG findings between fetuses born to ICP women and controls.

Cortical and autonomic modulation of attentional control /

Whereas the role of the anterior cingulate cortex (ACC) in cognitive control has received considerable attention, much less work has been done on the role of the ACC in autonomic regulation. Its connections through the vagus nerve to the sinoatrial node of the heart are thought to exert modulatory control over cardiovascular arousal. Therefore, ACC is not only responsible for the implementation of cognitive control, but also for the dynamic regulation of cardiovascular activity that characterizes healthy heart rate and adaptive behaviour. However, cognitive control and autonomic regulation are rarely examined together. Moreover, those studies that have examined the role of phasic vagal cardiac control in conjunction with cognitive performance have produced mixed results, finding relations for specific age groups and types of tasks but not consistently. So, while autonomic regulatory control appears to support effective cognitive performance under some conditions, it is not presently clear just what factors contribute to these relations. The goal of the present study was, therefore, to examine the relations between autonomic arousal, neural responsivity, and cognitive performance in the context of a task that required ACC support. Participants completed a primary inhibitory control task with a working memory load embedded. Pre-test cardiovascular measures were obtained, and ontask ERPs associated with response control (N2/P3) and error-related processes (ERN/Pe) were analyzed. Results indicated that response inhibition was unrelated to phasic vagal cardiac control, as indexed by respiratory sinus arrhythmia (RSA). However, higher resting RSA was associated with larger ERN ampUtude for the highest working memory load condition. This finding suggests that those individuals with greater autonomic regulatory control exhibited more robust ACC error-related responses on the most challenging task condition. On the other hand, exploratory analyses with rate pressure product (RPP), a measure of sympathetic arousal, indicated that higher pre-test RPP (i.e., more sympathetic influence) was associated with more errors on "catch" NoGo trials, i.e., NoGo trials that simultaneously followed other NoGo trials, and consequently, reqviired enhanced response control. Higher pre-test RPP was also associated with smaller amplitude ERNs for all three working memory loads and smaller ampUtude P3s for the low and medium working memory load conditions. Thus, higher pretest sympathetic arousal was associated with poorer performance on more demanding "catch" NoGo trials and less robust ACC-related electrocortical responses. The findings firom the present study highlight tiie interdependence of electrocortical and cardiovascular processes. While higher pre-test parasympathetic control seemed to relate to more robust ACC error-related responses, higher pre-test sympathetic arousal resulted in poorer inhibitory control performance and smaller ACC-generated electrocortical responses. Furthermore, these results provide a base from which to explore the relation between ACC and neuro/cardiac responses in older adults who may display greater variance due to the vulnerabihty of these systems to the normal aging process.

Autonomic and Electrophysiological Correlates of Cognitive Control in Aging

This thesis tested a model of neurovisceral integration (Thayer & Lane, 2001) wherein parasympathetic autonomic regulation is considered to play a central role in cognitive control. We asked whether respiratory sinus arrhythmia (RSA), a parasympathetic index, and cardiac workload (rate pressure product, RPP) would influence cognition and whether this would change with age. Cognitive control was measured behaviourally and electrophysiologically through the error-related negativity (ERN) and error positivity (Pe). The ERN and Pe are thought to be generated by the anterior cingulate cortex (ACC), a region involved in regulating cognitive and autonomic control and susceptible to age-related change. In Study 1, older and younger adults completed a working memory Go/NoGo task. Although RSA did not relate to performance, higher pre-task RPP was associated with poorer NoGo performance among older adults. Relations between ERN/Pe and accuracy were indirect and more evident in younger adults. Thus, Study 1 supported the link between cognition and autonomic activity, specifically, cardiac workload in older adults. In Study 2, we included younger adults and manipulated a Stroop task to clarify conditions under which associations between RSA and performance will likely emerge. We varied task parameters to allow for proactive versus reactive strategies, and motivation was increased via financial incentive. Pre-task RSA predicted accuracy when response contingencies required maintenance of a specific item in memory. Thus, RSA was most relevant when performance required proactive control, a metabolically costly strategy that would presumably be more reliant on autonomic flexibility. In Study 3, we included older adults and examined RSA and proactive control in an additive factors framework. We maintained the incentive and measured fitness. Higher pre-task RSA among older adults was associated with greater accuracy when proactive control was needed most. Conversely, performance of young women was consistently associated with fitness. Relations between ERN/Pe and accuracy were modest; however, isolating ACC activity via independent component analysis allowed for more associations with accuracy to emerge in younger adults. Thus, performance in both groups appeared to be differentially dependent on RSA and ACC activation. Altogether, these data are consistent with a neurovisceral integration model in the context of cognitive control.

Evaluation du systeme nerveux autonome dans l'hypertension arterielle essentielle

L’analyse spectrale de la fréquence cardiaque, de la pression artérielle systolique, de la pression artérielle diastolique ainsi que de la respiration par la transformée de Fourier rapide, est considérée comme une technique non invasive pour la détermination de l’activité du système nerveux autonome (SNA). Dans une population de sujets normaux volontaires, nous avons obtenu à l’état basal, des oscillations de basses fréquences (0,05-0,15Hz) reliées au système nerveux sympathique autonome et des oscillations de hautes fréquences (0,2Hz) représentant sur les intervalles entre chaque ondes R de l’électrocardiogramme (RR), l’arythmie sinusale respiratoire correspondant à une activité vagale. Nous avons comparé les tests de stimulation du système nerveux sympathique autonome déclenché par le passage de la position de repos (en décubitus dorsal), à la position orthostatique volontaire et le passage de la position de repos à la position orthostatique avec la table basculante à 60o. Nous avons également comparé un groupe normotendu à un groupe hypertendu qui a été soumis au passage du repos à l’orthostation volontaire et pour lesquels nous avons évalué la sensibilité du baroréflexe et la réponse sympathique par la mesure des catécholamines circulantes. Dans un groupe de sujets ayant une hypertension artérielle essentielle, nous avons évalué l’effet de la thérapie hypotensive, par le Trandolapril qui est un Inhibiteur de l’enzyme de conversion (IEC) de l`angiotensine. Dans ce groupe hypertendu, nous avons procédé, en plus de la stimulation sympathique par l’orthostation volontaire, à un exercice isométrique de trois minutes à 30 % de la force maximale. Nous avons également complété notre évaluation par la mesure de la densité de récepteurs ß2 adrénergiques sur lymphocytes et par la mesure des indices de contractilité à l’aide de l’échocardiographie en M mode. Les résultats ont montré, dans les groupes normaux volontaires, dans les deux types de stimulation du système nerveux sympathique par la position orthostatique, une augmentation significative des catécholamines plasmatiques avec une augmentation de la fréquence cardiaque et des basses fréquences de RR, confirmant ainsi que l’on est en état de stimulation sympathique. On observe en même temps une diminution significative des hautes fréquences de RR, suggérant un retrait vagal lors de cette stimulation. On a observé au test de la table basculante six cas d’hypotension orthostatique. On a comparé la position orthostatique volontaire entre le groupe de sujets normaux et le groupe de sujets hypertendus. L’analyse spectrale croisée de RR et de la pression artérielle systolique a permis d’évaluer dans l’hypertension artérielle (HTA), essentielle une sensibilité du baroréflexe atténuée, accompagnée d’une réactivité vagale réduite en présence d’une activité et d’une réactivité sympathique augmentées suggérant une altération sympathovagale dans l’HTA. Dans le groupe de sujets hypertendus traités (Trandolapril 2mg/jour), nous avons identifié un groupe de répondeurs au traitement par le Trandolapril et un groupe de non répondeurs à ce type de thérapie anti-hypertensive. Le groupe répondeur avait un profil hyper-adrénergique avec une hyper-réactivité sympathique, une fréquence cardiaque et des pressions artérielles diastolique et systolique plus élevées au repos. Dans le groupe total traité au Trandolapril, la densité des récepteurs ß2 adrénergiques a doublé, après thérapie, alors que la réactivité des basses fréquences obtenues à l’analyse spectrale a augmenté. Nous avons montré dans notre étude qu’un IECA a pu inhiber le mécanisme facilitateur de l’angII sur les terminaisons nerveuses sympathiques et a permis ainsi de réduire l’hyperactivité sympathique et le mécanisme de « down regulation » des récepteurs ß2 adrénergiques rendant ainsi l’expression de l’influence du SNA post synaptique plus efficace. Dans l’ensemble de nos protocoles cliniques, par l’utilisation de l’analyse spectrale des signaux RR, de la pression artérielle systolique,de la pression artérielle diastolique et de la respiration, nous avons montré que cette technique non invasive permet de décrire et de mieux comprendre les mécanismes physiologiques, physiopathologiques et pharmacologiques reliés au système nerveux autonome et à l’hypertension artérielle essentielle.

Endothelin-1 and H2O2-induced signaling in vascular smooth muscle cells : modulation by CaMKII and Nitric oxide

L’endothéline-1 (ET-1) est un peptide vasoactif extrêmement puissant qui possède une forte activité mitogénique dans les cellules du muscle lisse vasculaire (VSMCs). Il a été démontré que l’ET-1 est impliquée dans plusieurs maladies cardio-vasculaires, comme l’athérosclérose, l'hypertension, la resténose après l'angioplastie, l’insuffisance cardiaque et l'arythmie. L’ET-1 exerce ses effets via plusieurs voies de signalisation qui incluent le Ca2+, les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPKs) y compris les kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2) et la voie de la phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K)/protein kinase B (PKB). Plusieurs études ont démontré que les dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) peuvent jouer un rôle important dans la signalisation d’ERK1/2 et de PKB induite par plusieurs facteurs de croissance et hormones. Nous avons précédemment montré que l'ET-1 produit des ROS qui agissent comme médiateur de la signalisation cellulaire induite par l’ET-1. Le peroxyde d’hydrogène (H2O2), une molécule qui appartient à la famille des ROS, peut activer les voies de la MAPK et de la PKB dans les VSMCs. Par ailleurs, nos résultats suggèrent également que le Ca2+ et la calmoduline (CaM) sont essentiels pour la phosphorylation d’ERK1/2, de p38 et de PKB induite par le H2O2 dans les VSMCs. La Ca2+/CaM-dependent protein kinases II (CaMKII) est une sérine/thréonine protéine kinase multifonctionnelle activée par le Ca2+/CaM. Il a été montré que la CaMKII est impliquée dans les voies de signalisation induite par le H2O2 dans les cellules endothéliales. Cependant, le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de la proline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2) induite par l’ET-1 et le H2O2, de même que son rôle dans l’effet hypertrophique et prolifératif de l’ET-1 dans les VSMCs demeure inexploré. Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule vasoactive impliquée dans la régulation de plusieurs réponses hormonales. Le NO peut moduler la signalisation contrôlant la croissance cellulaire induite par plusieurs agonistes d’où son rôle protecteur dans le système vasculaire. Des études ont montré que le NO peut inhiber la voie de Ras/Raf/ERK1/2 et la voie de PKB induite par le facteur de croissance endothélial (EGF) et l’angiotensine II (Ang II). Beaucoup d’autres travaux ont mis en évidence un cross-talk entre les voies de signalisation activées par l’ET-1 et le NO. La capacité du NO à inhiber la signalisation intracellulaire induite par l’ET-1 dans les VSMCs demeure inconnue. Le travail présenté dans cette thèse vise à déterminer le rôle du système Ca2+-CaM-CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 et le H2O2 ainsi que son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire induites par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également testé le rôle du NO dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 ainsi que la synthèse protéique induite par l’ET-1. Dans la première partie de notre étude, nous avons examiné le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs en utilisant trois approches différentes i.e. l'usage d'inhibiteurs pharmacologiques, un peptide auto-inhibiteur de la CaMKII (CaMKII AIP) et la technique de siRNA. Nous avons démontré que la CaMKII est impliquée dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Des études précédentes ont montré à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques comme le KN-93 que l'Ang II et les agents induisant une augmentation de la concentration en Ca2+ intracellulaire comme l’ionomycine, provoquent la phosphorylation d’ERK1/2 via la CaM dans les VSMCs. Cependant, en utilisant différentes approches, nos études ont montré pour la première fois une implication de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également rapporté pour la première fois, un rôle crucial de la CaMKII dans la pathophysiologie vasculaire associée à l’ET-1 puisque l’activation de la CaMKII joue un rôle important dans l’hypertrophie et la croissance cellulaire. Dans la deuxième partie, à la lumière des études précédentes qui montraient que les ROS agissent comme médiateurs de la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs, nous avons examiné si la CaMKII est également impliquée dans l’activation des voies d’ERK1/2 et de PKB induite par le H2O2. En utilisant des approches pharmacologiques et moléculaires, nous avons montré, comme pour l’ET-1, que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par le H2O2. Nous avons précédemment montré que la transactivation du récepteur de type I de l’insulin-like growth factor (IGF-1R) est nécessaire à l’activation de PKB induite par le H2O2. Pour cette raison, nous avons examiné l'effet de l'inhibition de la CaMKII par l’inhibiteur pharmacologique ou par le knock-down de la CaMKII sur la phosphorylation d’IGF-1R induite par le H2O2. Les résultats démontrent que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et d’IGF-1R induite par le H2O2. Dans la troisième partie de notre étude, nous avons également examiné le mécanisme moléculaire par lequel le NO exerce ses effets anti-mitogéniques et anti-hypertrophiques dans la signalisation induite par l’ET-1. En testant l'effet de deux différents donneurs de NO (S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP), sodium nitroprusside (SNP)) et un inhibiteur de NO synthase, le N (G)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1, nous avons observé que le NO a un effet inhibiteur sur la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Par ailleurs, le 8-Br-GMPc, un analogue du GMPc, a un effet similaire à celui des deux donneurs du NO, tandis que l’oxadiazole quinoxaline (ODQ), un inhibiteur de la guanylate cyclase soluble, inverse l'effet inhibiteur du NO. Nous concluons que le NO diminue la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 d’une manière dépendante du GMPc. Le NO inhibe aussi les effets hypertrophiques de l’ET-1 puisque le traitement avec le SNAP diminue la synthèse des protéines induite par l’ET-1. En résumé, les études présentées dans cette thèse démontrent que l’ET-1 et le H2O2 sont des activateurs de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 dans les VSMCs et que la CaMKII s’avère nécessaire pour ce processus, en agissant en amont de l’activation de IGF-1R induite par le H2O2 dans les VSMCs. Elles montrent également que le NO inhibe la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1. Enfin, nos travaux suggèrent aussi que l’activation de la CaMKII stimule la synthèse des protéines et de l’ADN induites par l’ET-1 alors que le NO inhibe la synthèse des protéines induite par ET-1. Mots clés: Endothéline ; Peroxyde d'hydrogène ; CaMKII ; Monoxyde d’azote ; Système vasculaire ; PKB; ERK1/2; IGF-1R; Hypertrophie.

Caractéristiques et origine fonctionnelle des propriétés fréquentielles du noeud auriculoventriculaire

Le nœud auriculoventriculaire (AV) joue un rôle vital dans le cœur normal et pathologique. Il connecte les oreillettes aux ventricules et, grâce à sa conduction lente, génère un délai entre les contractions auriculaire et ventriculaire permettant d’optimiser le pompage sanguin. Sa conduction lente et sa longue période réfractaire font du nœud AV un filtre d’impulsions auriculaires lors de tachyarythmies assurant ainsi une fréquence ventriculaire plus lente favorable au débit cardiaque. L’optimisation de ce filtrage est une cible dans le traitement de ces arythmies. Malgré ce rôle vital et de nombreuses études, le nœud AV demeure l’objet de plusieurs controverses qui en rendent la compréhension laborieuse. Nos études expérimentales sur des préparations isolées de cœurs de lapin visent à apporter des solutions à certains des problèmes qui limitent la compréhension des propriétés fréquentielles du nœud AV. Le premier problème concerne la définition de la propriété de récupération nodale. On s’accorde généralement sur la dépendance du temps de conduction nodale (intervalle auriculo-Hissien, AH) du temps de récupération qui le précède mais un débat presque centenaire persiste sur la façon de mesurer ce temps de récupération. Selon que l’on utilise à cette fin la longueur du cycle auriculaire (AA) ou l’intervalle His-auriculaire précédent (HA), la même réponse nodale montre des caractéristiques différentes, un paradoxe à ce jour inexpliqué. Le temps de conduction nodale augmente aussi avec le degré et la durée d'une fréquence rapide, un phénomène appelé fatigue. Or, les caractéristiques de la fatigue mesurée varient avec l’indice de récupération utilisé (AA vs. HA). De plus, une troisième propriété appelée facilitation qui entraîne un raccourcissement du temps de conduction diffère aussi avec l’indice de récupération utilisé. Pour établir l’origine de ce problème, nous avons déterminé les différences entre les courbes de récupération (AH compilé en fonction du AA ou HA) pour 30 états fonctionnels nodaux différents. Ces conditions étaient obtenues à l’aide de protocoles permettant la variation du cycle de base (BCL) et du cycle prétest (PTCL), deux paramètres connus pour altérer la fonction nodale. Nous avons pu établir que pour chaque état fonctionnel, la forme de la courbe de récupération et le niveau de fatigue étaient les mêmes pour les deux indices de récupération. Ceci s’applique aussi aux données obtenues à des BCL et PTCL égaux comme dans les protocoles de stimulation prématurée conventionnels couramment utilisés. Nos résultats ont établi pour la première fois que les propriétés nodales de récupération et de fatigue sont indépendantes de l’indice de récupération utilisé. Nos données montrent aussi que les différences entre les courbes de récupération en fonction de l’indice utilisé proviennent d’effets associés aux variations du PTCL. Notre deuxième étude établit à partir des mêmes données pourquoi les variations du PTCL altèrent différemment les courbes de récupération selon l’indice utilisé. Nous avons démontré que ces différences augmentaient en proportion directe avec l’augmentation du temps de conduction au battement prétest. Cette augmentation cause un déplacement systématique de la courbe construite avec l’intervalle AA vers la droite et de celle construite avec l’intervalle HA vers la gauche. Ce résultat met en évidence l’importance de tenir compte des changements du temps de conduction prétest dans l’évaluation de la fonction nodale, un paramètre négligé dans la plupart des études. Ce résultat montre aussi que chacun des deux indices a des limites dans sa capacité d’évaluer le temps de récupération nodale réel lorsque le temps de conduction prétest varie. Lorsque ces limites sont ignorées, comme c’est habituellement le cas, elles entraînent un biais dans l’évaluation des effets de fatigue et de facilitation. Une autre grande difficulté dans l’évaluation des propriétés fréquentielles du nœud AV concerne son état réfractaire. Deux indices sont utilisés pour évaluer la durée de la période réfractaire nodale. Le premier est la période réfractaire efficace (ERPN) définie comme l’intervalle AA le plus long qui n’est pas conduit par le nœud. Le deuxième est la période réfractaire fonctionnelle (FRPN) qui correspond à l’intervalle minimum entre deux activations mesurées à la sortie du nœud. Paradoxalement et pour des raisons obscures, l’ERPN augmente alors que la FRPN diminue avec l’augmentation de la fréquence cardiaque. De plus, ces effets varient grandement avec les sujets, les espèces et l’âge. À partir des mêmes données que pour les deux autres études, nous avons cherché dans la troisième étude l’origine des variations fréquentielles de l’ERPN et de la FRPN. Le raccourcissement du BCL prolonge l’ERPN mais n’affecte pas la FRPN. L’allongement de l’ERPN provient principalement d’un allongement du temps de conduction prétest. Un PTCL court en comparaison avec un BCL court allonge encore plus substantiellement le temps de conduction prétest mais raccourcit en même temps l’intervalle His-auriculaire, ces deux effets opposés s’additionnent pour produire un allongement net de l’ERPN. Le raccourcissement de l’intervalle His-auriculaire par le PTCL court est aussi entièrement responsable pour le raccourcissement de la FRPN. Nous avons aussi établi que, lorsque la composante du temps de conduction prétest est retirée de l’ERPN, un lien linéaire existe entre la FRPN et l’ERPN à cause de leur dépendance commune de l’intervalle His-auriculaire. Le raccourcissement combiné du BCL et du PTCL produit des effets nets prévisibles à partir de leurs effets individuels. Ces effets reproduisent ceux obtenus lors de protocoles prématurés conventionnels. Ces observations supportent un nouveau schème fonctionnel des variations fréquentielles de l’ERPN et de la FRPN à partir des effets distincts du BCL et du PTCL. Elles établissent aussi un nouveau lien entre les variations fréquentielles de l’ERPN et de la FRPN. En conclusion, la modulation fréquentielle de la fonction du nœud AV provient de la combinaison d’effets concurrents cumulatifs liés au cycle de base et non-cumulatifs liés au cycle prétest. Ces effets peuvent être interprétés de façon consistante indépendamment de l’indice de récupération en tenant compte des changements du temps de conduction au battement prétest. Les effets fréquentiels disparates sur l’ERPN et la FRPN sont aussi grandement liés aux changements du temps de conduction prétest. Lorsque l’analyse tient compte de ce facteur, l’ERPN et la FRPN montrent des variations parallèles fortement liées à celles de l’intervalle His-auriculaire. Le nouveau schème fonctionnel des propriétés fréquentielles du nœud AV supporté par nos données aidera à mieux cibler les études sur les mécanismes cellulaires contrôlant la modulation fréquentielle nodale. Nos données pourraient aider à l’interprétation et au contrôle des réponses nodales diverses associées aux tachyarythmies supraventriculaires et à leur traitement pharmacologique. En bref, nos travaux supportent une compréhension factuelle améliorée du comportement fréquentiel du nœud AV, un domaine aux applications multiples en rythmologie cardiaque.

Automaticité dans le coeur ischémique : analyse de bifurcation d’un modèle mathématique de cellule ventriculaire humaine

L’ischémie aigüe (restriction de la perfusion suite à l’infarctus du myocarde) induit des changements majeurs des propriétés électrophysiologique du tissu ventriculaire. Dans la zone ischémique, on observe une augmentation du potassium extracellulaire qui provoque l’élévation du potentiel membranaire et induit un "courant de lésion" circulant entre la zone affectée et saine. Le manque d’oxygène modifie le métabolisme des cellules et diminue la production d’ATP, ce qui entraîne l’ouverture de canaux potassique ATP-dépendant. La tachycardie, la fibrillation ventriculaire et la mort subite sont des conséquences possibles de l’ischémie. Cependant les mécanismes responsables de ces complications ne sont pas clairement établis. La création de foyer ectopique (automaticité), constitue une hypothèse intéressante expliquant la création de ses arythmies. Nous étudions l’effet de l’ischémie sur l’automaticité à l’aide d’un modèle mathématique de la cellule ventriculaire humaine (Ten Tusscher, 2006) et d’une analyse exhaustive des bifurcations en fonction de trois paramètres : la concentration de potassium extracellulaire, le "courant de lésion" et l’ouverture de canaux potassiques ATP-dépendant. Dans ce modèle, nous trouvons que seule la présence du courant de lésion peut entrainer une activité automatique. Les changements de potassium extracellulaire et du courant potassique ATP-dépendant altèrent toutefois la structure de bifurcation.