Data on carotid intima-media thickness and lipoprotein subclasses in type 1 diabetes from the Diabetes Control and Complications Trial and the Epidemiology of Diabetes Interventions and Complications (DCCT/EDIC)

Type 1 diabetes (T1DM) is associated with increased risk of macrovascular complications. We examined longitudinal associations of serum conventional lipids and nuclear magnetic resonance (NMR)-determined lipoprotein subclasses with carotid intima-media thickness (IMT) in adults with T1DM (n=455) enrolled in the Diabetes Control and Complications Trial (DCCT). Data on serum lipids and lipoproteins were collected at DCCT baseline (1983-89) and were correlated with common and internal carotid IMT determined by ultrasonography during the observational follow-up of the DCCT, the Epidemiology of Diabetes Interventions and Complications (EDIC) study, at EDIC 'Year 1' (199-1996) and EDIC 'Year 6' (1998-2000). This article contains data on the associations of DCCT baseline lipoprotein profiles (NMR-based VLDL & chylomicrons, IDL/LDL and HDL subclasses and 'conventional' total, LDL-, HDL-, non-HDL-cholesterol and triglycerides) with carotid IMT at EDIC Years 1 and 6, stratified by gender. The data are supplemental to our original research article describing detailed associations of DCCT baseline lipids and lipoprotein profiles with EDIC Year 12 carotid IMT (Basu et al. in press) [1].

Epidemiology and prevention of cardiovascular disease in the Seychelles Islands (Indian Ocean)

This article presents selected findings and lessons from a cardiovascular research and prevention program initiated in 1989 in the Republic of Seychelles, a country in demographic and epidemiological transition. Rapid and sustained aging of the population (e.g., two-fold increase of people aged 30-39 from 1979 to 1995) implies, over the next few decades, further dramatic increase of the burden of chronic diseases, particularly cardiovascular disease (CVD). Epidemiological surveillance shows high age-specific rates of CVD (particularly stroke), high prevalence of peripheral atherosclerosis (plaques in carotid and femoral arteries), high prevalence of classical modifiable risk factors in the adult population (particularly hypertension), and substantial proportions of children with overweight. Stagnant life expectancy in men and an increase in women have been observed over the last two decades; this occurred despite largely improved health services and reduced infant mortality rates, and may reflect the large CVD burden found in middle-aged men (less so in middle-aged women). A national program of prevention of CVD has been initiated since 1991, which includes a mix of interventions to reduce risk factors in the general population and in high-risk individuals. Substantial research to back the prevention program indeed shows, at the moment, epidemiological patterns in Seychelles similar to those observed in Western countries (e.g., an association between peripheral atherosclerosis [as a proxy of CVD] and low density lipoprotein-cholesterol, smoking, diabetes, and [inversely] walking). This clearly supports the view that promotion of healthy lifestyles and control of conventional risk factors should be the main targets for CVD prevention and control.

Cognitive and emotional effects of carotid stenosis.

PRINCIPLES: Patients with carotid artery stenosis (CAS) are at risk of ipsilateral stroke and chronic compromise of cerebral blood flow. It is under debate whether the hypo-perfusion or embolism in CAS is directly related to cognitive impairment. Alternatively, CAS may be a marker for underlying risk factors, which themselves influence cognition. We aimed to determine cognitive performance level and the emotional state of patients with CAS. We hypo-thesised that patients with high grade stenosis, bilateral stenosis, symptomatic patients and/or those with relevant risk factors would suffer impairment of their cognitive performance and emotional state. METHODS: A total of 68 patients with CAS of ≥70% were included in a prospective exploratory study design. All patients underwent structured assessment of executive functions, language, verbal and visual memory, motor speed, anxiety and depression. RESULTS: Significantly more patients with CAS showed cognitive impairments (executive functions, word production, verbal and visual memory, motor speed) and anxiety than expected in a normative sample. Bilateral and symptomatic stenosis was associated with slower processing speed. Cognitive performance and anxiety level were not influenced by the side and the degree of stenosis or the presence of collaterals. Factors associated with less co-gnitive impairment included higher education level, female gender, ambidexterity and treated hypercholesterolemia. CONCLUSIONS: Cognitive impairment and increased level of anxiety are frequent in patients with carotid stenosis. The lack of a correlation between cognitive functioning and degree of stenosis or the presence of collaterals, challenges the view that CAS per se leads to cognitive impairment.

Total aortic arch stenting--hemodynamical impact of carotid artery perfusion.

The aim of this experimental study is to evaluate the feasibility and the outcome of total endovascular stent implantation in the aortic arch. Indications for this operation-technique would be acute or chronic dissection of the aortic arch (non-A-non-B dissection) or type B dissection with retrograde extension. Four pigs were canulated via the distal abdominal aorta and a retrograde placement of a Djumbodis arch stent (4-9 cm) was controlled by using intravascular ultrasound and intracardiac ultrasound by the inferior cava vein and under radioscopic control. Cerebral perfusion, by using a flow meter placed on one prepared carotid artery, were controlled before, immediate post-procedural (<1 min), and in the early follow-up after aortic arch stent implantation. During the implantation process, especially during balloon inflation and deflation, mean carotid perfusion decreases slightly. A reactive increase of carotid perfusion after stent placements indicates transitory cerebral hypo-perfusion. Non-covered aortic arch stent implantation is technically feasible and could be a potential treatment option in otherwise inoperable arch dissections. The time required for balloon inflation and deflation causes an important risk of cerebral ischemia. The latter can be reduced by transaxillary perfusion.

Regional coronary endothelial function is closely related to local early coronary atherosclerosis in patients with mild coronary artery disease: pilot study.

BACKGROUND: Coronary endothelial function is abnormal in patients with established coronary artery disease and was recently shown by MRI to relate to the severity of luminal stenosis. Recent advances in MRI now allow the noninvasive assessment of both anatomic and functional (endothelial function) changes that previously required invasive studies. We tested the hypothesis that abnormal coronary endothelial function is related to measures of early atherosclerosis such as increased coronary wall thickness. METHODS AND RESULTS: Seventeen arteries in 14 healthy adults and 17 arteries in 14 patients with nonobstructive coronary artery disease were studied. To measure endothelial function, coronary MRI was performed before and during isometric handgrip exercise, an endothelial-dependent stressor, and changes in coronary cross-sectional area and flow were measured. Black blood imaging was performed to quantify coronary wall thickness and indices of arterial remodeling. The mean stress-induced change in cross-sectional area was significantly higher in healthy adults (13.5%±12.8%, mean±SD, n=17) than in those with mildly diseased arteries (-2.2%±6.8%, P<0.0001, n=17). Mean coronary wall thickness was lower in healthy subjects (0.9±0.2 mm) than in patients with coronary artery disease (1.4±0.3 mm, P<0.0001). In contrast to healthy subjects, stress-induced changes in cross-sectional area, a measure of coronary endothelial function, correlated inversely with coronary wall thickness in patients with coronary artery disease (r=-0.73, P=0.0008). CONCLUSIONS: There is an inverse relationship between coronary endothelial function and local coronary wall thickness in patients with coronary artery disease but not in healthy adults. These findings demonstrate that local endothelial-dependent functional changes are related to the extent of early anatomic atherosclerosis in mildly diseased arteries. This combined MRI approach enables the anatomic and functional investigation of early coronary disease.

Endogenous cannabinoid receptor CB1 activation promotes vascular smooth-muscle cell proliferation and neointima formation.

Percutaneous transluminal angioplasty is frequently used in patients with severe arterial narrowing due to atherosclerosis. However, it induces severe arterial injury and an inflammatory response leading to restenosis. Here, we studied a potential activation of the endocannabinoid system and the effect of FA amide hydrolase (FAAH) deficiency, the major enzyme responsible for endocannabinoid anandamide degradation, in arterial injury. We performed carotid balloon injury in atherosclerosis-prone apoE knockout (apoE(-/-)) and apoE(-/-)FAAH(-/-) mice. Anandamide levels were systemically elevated in apoE(-/-) mice after balloon injury. ApoE(-/-)FAAH(-/-) mice had significantly higher baseline anandamide levels and enhanced neointima formation compared with apoE(-/-) controls. The latter effect was inhibited by treatment with CB1 antagonist AM281. Similarly, apoE(-/-) mice treated with AM281 had reduced neointimal areas, reduced lesional vascular smooth-muscle cell (SMC) content, and proliferating cell counts. The lesional macrophage content was unchanged. In vitro proliferation rates were significantly reduced in CB1(-/-) SMCs or when treating apoE(-/-) or apoE(-/-)FAAH(-/-) SMCs with AM281. Macrophage in vitro adhesion and migration were marginally affected by CB1 deficiency. Reendothelialization was not inhibited by treatment with AM281. In conclusion, endogenous CB1 activation contributes to vascular SMC proliferation and neointima formation in response to arterial injury.

Ultra-high-resolution 3D imaging of atherosclerosis in mice with synchrotron differential phase contrast: a proof of concept study.

The goal of this study was to investigate the performance of 3D synchrotron differential phase contrast (DPC) imaging for the visualization of both macroscopic and microscopic aspects of atherosclerosis in the mouse vasculature ex vivo. The hearts and aortas of 2 atherosclerotic and 2 wild-type control mice were scanned with DPC imaging with an isotropic resolution of 15 μm. The coronary artery vessel walls were segmented in the DPC datasets to assess their thickness, and histological staining was performed at the level of atherosclerotic plaques. The DPC imaging allowed for the visualization of complex structures such as the coronary arteries and their branches, the thin fibrous cap of atherosclerotic plaques as well as the chordae tendineae. The coronary vessel wall thickness ranged from 37.4 ± 5.6 μm in proximal coronary arteries to 13.6 ± 3.3 μm in distal branches. No consistent differences in coronary vessel wall thickness were detected between the wild-type and atherosclerotic hearts in this proof-of-concept study, although the standard deviation in the atherosclerotic mice was higher in most segments, consistent with the observation of occasional focal vessel wall thickening. Overall, DPC imaging of the cardiovascular system of the mice allowed for a simultaneous detailed 3D morphological assessment of both large structures and microscopic details.

Optimization and validation of a new 3D-US imaging robot to detect, localize and quantify lower limb arterial stenoses

L’athérosclérose est une maladie qui cause, par l’accumulation de plaques lipidiques, le durcissement de la paroi des artères et le rétrécissement de la lumière. Ces lésions sont généralement localisées sur les segments artériels coronariens, carotidiens, aortiques, rénaux, digestifs et périphériques. En ce qui concerne l’atteinte périphérique, celle des membres inférieurs est particulièrement fréquente. En effet, la sévérité de ces lésions artérielles est souvent évaluée par le degré d’une sténose (réduction >50 % du diamètre de la lumière) en angiographie, imagerie par résonnance magnétique (IRM), tomodensitométrie ou échographie. Cependant, pour planifier une intervention chirurgicale, une représentation géométrique artérielle 3D est notamment préférable. Les méthodes d’imagerie par coupe (IRM et tomodensitométrie) sont très performantes pour générer une imagerie tridimensionnelle de bonne qualité mais leurs utilisations sont dispendieuses et invasives pour les patients. L’échographie 3D peut constituer une avenue très prometteuse en imagerie pour la localisation et la quantification des sténoses. Cette modalité d’imagerie offre des avantages distincts tels la commodité, des coûts peu élevés pour un diagnostic non invasif (sans irradiation ni agent de contraste néphrotoxique) et aussi l’option d’analyse en Doppler pour quantifier le flux sanguin. Étant donné que les robots médicaux ont déjà été utilisés avec succès en chirurgie et en orthopédie, notre équipe a conçu un nouveau système robotique d’échographie 3D pour détecter et quantifier les sténoses des membres inférieurs. Avec cette nouvelle technologie, un radiologue fait l’apprentissage manuel au robot d’un balayage échographique du vaisseau concerné. Par la suite, le robot répète à très haute précision la trajectoire apprise, contrôle simultanément le processus d’acquisition d’images échographiques à un pas d’échantillonnage constant et conserve de façon sécuritaire la force appliquée par la sonde sur la peau du patient. Par conséquent, la reconstruction d’une géométrie artérielle 3D des membres inférieurs à partir de ce système pourrait permettre une localisation et une quantification des sténoses à très grande fiabilité. L’objectif de ce projet de recherche consistait donc à valider et optimiser ce système robotisé d’imagerie échographique 3D. La fiabilité d’une géométrie reconstruite en 3D à partir d’un système référentiel robotique dépend beaucoup de la précision du positionnement et de la procédure de calibration. De ce fait, la précision pour le positionnement du bras robotique fut évaluée à travers son espace de travail avec un fantôme spécialement conçu pour simuler la configuration des artères des membres inférieurs (article 1 - chapitre 3). De plus, un fantôme de fils croisés en forme de Z a été conçu pour assurer une calibration précise du système robotique (article 2 - chapitre 4). Ces méthodes optimales ont été utilisées pour valider le système pour l’application clinique et trouver la transformation qui convertit les coordonnées de l’image échographique 2D dans le référentiel cartésien du bras robotisé. À partir de ces résultats, tout objet balayé par le système robotique peut être caractérisé pour une reconstruction 3D adéquate. Des fantômes vasculaires compatibles avec plusieurs modalités d’imagerie ont été utilisés pour simuler différentes représentations artérielles des membres inférieurs (article 2 - chapitre 4, article 3 - chapitre 5). La validation des géométries reconstruites a été effectuée à l`aide d`analyses comparatives. La précision pour localiser et quantifier les sténoses avec ce système robotisé d’imagerie échographique 3D a aussi été déterminée. Ces évaluations ont été réalisées in vivo pour percevoir le potentiel de l’utilisation d’un tel système en clinique (article 3- chapitre 5).

Relation entre la structure et la fonction des artères cérébrales dans l’athérosclérose : impact des traitements cardioprotecteurs

Thèse réalisée en cotutelle avec Dre Christine Des Rosiers

Lymphatic vessel function in atherosclerosis

L'athérosclérose est une maladie inflammatoire chronique caractérisée par l'accumulation de cholestérol dans la paroi artérielle et associée à une réponse immunitaire anormale dans laquelle les macrophages jouent un rôle important. Récemment, il a été démontré que les vaisseaux lymphatiques jouent un rôle primordial dans le transport inverse du cholestérol (Martel et al. JCI 2013). L’objectif global de mon stage de maîtrise a été de mieux caractériser la dysfonction lymphatique associée à l’athérosclérose, en étudiant de plus près l’origine physiologique et temporelle de ce mauvais fonctionnement. Notre approche a été d’étudier, depuis l’initiation de l’athérosclérose jusqu’à la progression d’une lésion athérosclérotique tardive, la physiologie des deux constituants principaux qui forment les vaisseaux lymphatiques : les capillaires et collecteurs lymphatiques. En utilisant comme modèle principal des souris Ldlr-/-; hApoB100+/+, nous avons pu démontrer que la dysfonction lymphatique est présente avant même l’apparition de l’athérosclérose, et que cette dysfonction est principalement associée avec un défaut au niveau des vaisseaux collecteurs, limitant ainsi le transport de la lymphe des tissus périphériques vers le sang. De plus, nous avons démontré pour la première fois l’expression du récepteur au LDL par les cellules endothéliales lymphatiques. Nos travaux subséquents démontrent que ce défaut de propulsion de la lymphe pourrait être attribuable à l’absence du récepteur au LDL, et que la dysfonction lymphatique observée précocement dans l’athérosclérose peut être limitée par des injections systémiques de VEGF (vascular endothelial growth factor) –C. Ces résultats suggèrent que la caractérisation fonctionnelle de la capacité de pompage des vaisseaux collecteurs serait une condition préalable à la compréhension de l'interaction entre la fonction du système lymphatique et la progression de l'athérosclérose. Ultimement, nos travaux nous ont amené à considérer de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles dans la prévention et le traitement de l’athérosclérose.

Uso de la matriz extracelular como material para ingeniería de tejidos

Introducción: La evaluación de injertos vasculares de submucosa de intestino delgado para la regeneración de vasos sanguíneos ha producido una permeabilidad variable (0-100%) que ha sido concurrente con la variabilidad en las técnicas de fabricación. Metodología: Investigamos los efectos de fabricación en permeabilidad y regeneración en un diseño experimental de 22factorial que combino: 1) preservación (P) o remoción (R) de la capa estratum compactum del intestino, y 2) deshidratada (D) o hidratada (H), dentro de cuatro grupos de estudio (PD, RD, PH, RH). Los injertos fueron implantados en las Arterias Carótidas de porcinos (ID 4.5mm, N=4, 7d). Permeabilidad, trombogenicidad, reacción inflamatoria, vascularización, infiltración de fibroblastos, perfil de polarización de macrófagos y fuerza tensil biaxial fueron evaluadas. Resultados: Todos los injertos PD permanecieron permeables (4/4), pero tuvieron escasa vascularización e infiltración de fibroblastos. El grupo RD permaneció permeable (4/4), presentó una extensa vascularización e infiltración de fibroblastos, y el mayor número del fenotipo de macrófagos (M2) asociado a regeneración. El grupo RH presentó menor permeabilidad (3/4), una extensa vascularización e infiltración de fibroblastos, y un perfil dominante de M2. El grupo PH presentó el menor grado de permeabilidad, y a pesar de mayor infiltración celular que PD, exhibió un fenotipo de macrófagos dominante adverso. La elasticidad de los injertos R evolucionó de una manera similar a las Carótidas nativas (particularmente RD, mientras que los injertos P mantuvieron su rigidez inicial. Discusión: Concluimos que los parámetros de fabricación afectan drásticamente los resultados, siendo los injertos RD los que arrojaron mejores resultados.