The association between body composition and arterial stiffness in peri-pubescent children

The objective of this study was to examine the association between body composition and arterial stiffuess in peri-pubescent boys and girls. Differences in arterial distensibility were measured in 68 children (45 normal weight, 12 overweight, and 11 obese) between the ages of9 to 12 years. Weight classification was based on age and gender-specific body mass index cut-offs, while pubertal maturation was self-reported using Tanner staging. Distensibility was determined using two-dimensional, B-Mode echo Doppler ultrasound to measure changes at the right common carotid artery (CCA) diameter changes, while carotid pulse pressure (cPP) was measured at the left CCA by applanation tonometry. One-way ANOV A analysis revealed significant differences (p<0.001) in all anthropometric measures between the normal weight and overweight children, as well as the normal weight and obese children. Body stature was only higher in obese children compared to normal weight children (p<0.01). No significant differences were found between groups regarding age or Tanner stage. Common carotid artery distensibility showed a significant difference (p<0.01) between normal weight children (0.008 ± 0.002 mmHg-1 ) compared to obese children (0.005 ± 0.002 mmHg-1 ), with a borderline significant difference between the normal and overweight subjects (p=0.06). There was no significant effect for gender between males and females across all independent variables. The strongest determinants of distensibility in children were cPP (r= -0.52, p

The association between blood pressure and vascular characteristics in children

Hypertension is thought to exist in up to five percent of children. A select number of studies have investigated the role elevated blood pressure plays in pediatric atherosclerotic progression. However these studies contain significant methodological flaws and fail to recognize important confounding factors. Therefore, the influence of elevated blood pressure on arterial health in children remains to be clearly understood. The purpose of this study was to investigate the association between blood pressure (BP) and arterial thickness and stiffuess in children. Common carotid artery (CCA) intima-media thickness (IMT) and distensibility (Dist), as well as systemic pulse wave velocity (PWV) were measured in 21 elevated blood pressure (EBP; BP ~ 95th percentile) and 83 normal blood pressure (NBP; BP < 90th percentile) children 11-14 years of age. Both EBP and NBP groups demonstrated BP within the normal clinical range, but EBP showed significantly elevated BP as compared to the NBP group. Independent t-tests failed to show significant differences between the EBP and NBP groups for CCA IMT (0.43 ± 0.05 mm and 0.42 ± 0.06 mm, respectively) and Dist (0.0058 ± 0.0024 mmHg-1 and 0.0064 ± 0.0019 mmHil respectively). In contrast, a significantly elevated PWV (p

ARTERIAL STIFFNESS IN CHILDREN WITH AND WITHOUT DEVELOPMENTAL COORDINATION DISORDER

The purpose of this study was to determine whether children with potential developmental coordination disorder (p-DCD) demonstrate increased arterial stiffness and thickness compared to age and school matched controls (mean age 14.7 yrs). We also assessed whether these measures differed by sex. Compliance, distensibility, and intima-media thickness (IMT) were measured at the common carotid artery for 28 children with p-DCD and 47 controls. ECG-R-wave-toe pulse wave velocity (PWV) was also measured for 29 children with p-DCD and 45 controls. We found that compared to controls males with p-DCD had significantly higher PWV (3.8±0.2 vs. 4.1±0.3, p=0.001) and lower distensibility (0.82± 0.19 vs. 0.70± 0.17, p=0.034) while females showed no significant differences (p=0.523 and p=0.123 respectively). As a result, it is apparent that sex differences exist with respect to arterial health within this population and that children with p-DCD may be more likely to develop cardiovascular disease later in life.

Autonomic Cardiovascular Control in Children and Adolescents

This thesis investigated the impact of pubertal maturation and sex on cardiovagal baroreflex sensitivity (BRS) and arterial properties of the common carotid artery (CCA), and the relationship between CCA arterial properties and BRS. This thesis also investigated the effect of orthostatic stress on arterial properties of the CCA and carotid sinus (CS), as well as their impact on BRS in response to orthostatic stress. Children and adolescents between the ages of 8-18 years were examined. To assess pubertal maturation participants were organized into five pubertal groups based on the criteria of Tanner. BRS was assessed by transfer function analysis in the low frequency range (0.05 – 0.15Hz). Pulse pressure (PP) was measured at the CCA (PPCCA) and CS (PPCS) using applanation tonometry, and at the finger (PPFinger) using photoplethysmography. Ultrasound sonography and applanation tonometry were used to determine the distensibility coefficient (DC) at the CCA (DCCCA) and CS (DCCS). A moderate posture stimulus was implemented by passively moving participants into a 50° seated-recumbent (SR) position. The results demonstrated a sex-by-maturation interaction on BRS (p= 0.019). BRS decreased from early- to post-puberty in males (p<0.01), and remained unchanged in females. Females demonstrated greater BRS compared to males post-puberty (p<0.05). CCA distensibility was not affected by sex or maturation and was not related to BRS. PPCS was greater than PPCCA (p<0.001), while PPFinger was greater than both PPCCA (p<0.001) and PPCS (p<0.001). In response to SR, the relative change in PPFinger was significantly different than the relative change in PPCCA (p<0.001) and PPCS (p<0.001), while the relative change between PPCCA and PPCS were not different. Finally, in response to SR there was a significant decrease in DCCS (p=0.001), but not DCCCA. The relative change in BRS in response to SR was significantly correlated to the relative change in DCCS (p=0.004), but not DCCCA. The findings demonstrated an important sex-dependent maturation effect on BRS in children and adolescents that was not explained by CCA distensibility. Also, the CS and CCA responded differently to orthostatic stress. The CS was more suitable to evaluate the effect of arterial distensibility on BRS in response to posture change.

Évaluation des désordres cardiovasculaires chez des souris bêta-thalassémiques

L’hémoglobine est une protéine contenue dans les globules rouges dont la principale fonction est le transport de l’oxygène. Chaque molécule d’hémoglobine est un tétramère constitué de deux paires de globines identiques de type α et β. La β-thalassémie est une maladie génétique hématopoïétique provenant de mutations du gène encodant l'hémoglobine. Ce désordre se caractérise par une diminution ou une absence totale de la synthèse de la chaîne β-globine résultant principalement en une anémie hémolytique sévère ainsi que des complications multisystémiques, telles que la splénomégalie, des déformations osseuses et une dysfonction hépatique et rénale. Actuellement, les transfusions sanguines chroniques représentent le traitement standard des patients β-thalassémiques. Cette thérapie nécessite l’administration conjointe d’un traitement chélateur de fer puisqu’elle entraîne une accumulation pathologique du fer, considéré à ce jour comme la source principale des complications cardiovasculaires de la β-thalassémie. Néanmoins, malgré le traitement efficace de la surcharge de fer transfusionnelle, l’insuffisance cardiaque demeure encore la principale cause de mortalité chez les patients atteints de β-thalassémie. Cette observation indique possiblement la présence d’un mécanisme complémentaire dans le développement de la physiopathologie cardiaque β-thalassémique. L’objectif du présent projet consistait donc à étudier les altérations cardiovasculaires de la β-thalassémie indépendamment de la surcharge de fer transfusionnelle. En utilisant un modèle murin non-transfusé de la β-thalassémie majeure, nous avons d’abord évalué in vivo, par méthode d’imagerie novatrice échographique à haute fréquence, les propriétés hémodynamiques vasculaires. Nos résultats d’index de Pourcelot ainsi que de résistance vasculaire périphérique totale ont démontré une perturbation de l’écoulement microcirculatoire chez les souris β-thalassémiques non-transfusées. Subséquemment, nous avons étudié la fonction endothéliale de régulation du tonus vasculaire de vaisseaux mésentériques isolés. Nos résultats ont révélé un dysfonctionnement de la réponse vasodilatatrice dépendante de l’endothélium chez les souris β-thalassémiques malgré une augmentation de l’expression de l’enzyme de synthèse du monoxyde d’azote ainsi qu’un remodelage de la carotide commune caractérisé par un épaississement de la paroi vasculaire. Finalement, notre étude échocardiographique de la fonction et la morphologie cardiaque a montré, chez les souris β-thalassémiques, le développement d’une hypertrophie et une dysfonction ventriculaire gauche en l’absence de transfusions sanguines chroniques ou de dépôts directs de fer dans le myocarde. L’ensemble des résultats présentés dans le cadre de cette thèse indique la présence d’une pathologie cardiovasculaire chez les souris β-thalassémiques non-transfusés. Nos travaux permettent de proposer un mécanisme de la pathophysiologie cardiovasculaire β-thalassémique, indépendant de la charge de fer transfusionnelle, impliquant les effets compensatoires d’une anémie chronique combinés à une vasculopathie complexe initiée par les érythrocytes endommagés et l’hémolyse intravasculaire.

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

La rigidité artérielle, induite par une calcification des carotides, altère l’homéostasie cérébrale chez la souris

La rigidité artérielle est considérée comme un facteur de risque important pour le développement du déclin cognitif. Toutefois, les effets précis de la rigidité artérielle sur le cerveau sont peu connus et, à ce jour, aucun modèle animal ne permet d’étudier l’effet isolé de ce facteur sur l’homéostasie cérébrale. Dans cette étude, nous avons développé un nouveau modèle de rigidité artérielle qui se base sur la calcification de l’artère carotide chez la souris. Au niveau artériel, ce modèle présente une fragmentation de l’élastine, une augmentation de la distribution du collagène et de l’épaisseur intima-média ainsi qu’une diminution de la compliance et de la distensibilité artérielles démontrant la rigidité artérielle. De plus, le modèle ne présente pas d’augmentation de pression artérielle ni de changement de rayon du lumen indiquant une absence d’hypoperfusion globale et d’anévrisme. Au niveau cérébral, les résultats montrent que la rigidité artérielle induit une augmentation de la pulsatilité du flux sanguin cérébral menant ainsi à une augmentation du stress oxydatif. Ce dernier induit une inflammation cérébrale, détectée par l’activation de la microglie et des astrocytes, induisant ultimement une neurodégénérescence. Ces effets sont surtout observés au niveau de l’hippocampe, la région cruciale pour la mémoire et la cognition. Ainsi, cette étude montre que la rigidité artérielle altère l’homéostasie cérébrale et mérite d’être considérée comme une cible potentielle dans la prévention et le traitement des dysfonctions cognitives chez les personnes âgées.

Dynamic magnetic resonance spectroscopy of phosphate energetics during muscle exercise and recovery

Entailing of phosphorus exchanges in most bio-chemicals as a key factor in disease, increases researcher’s interest to develop the technologies capable of detecting this metabolite. Phosphorus magnetic resonance spectroscopy is able to detect key metabolites in a non-invasive manner. Particularly, it offers the ability to measure the dynamic rate of phosphocreatine(PCr) degeneration through the exercise and recovery. This metric as a valid indication of mitochondrial oxidative metabolism in muscle, differentiate between normal and pathological state. To do magnetic resonance imaging and spectroscopy, clinical research tools provide a wide variety of anatomical and functional contrasts, however they are typically restricted to the tissues containing water or hydrogen atoms and they are still blind to the biochemicals of other atoms of interests. Through this project we intended to obtain the phosphorus spectrum in human body – specificadenerativelly in muscle – using 31P spectroscopy. To do so a double loop RF surface coil, tuned to phosphorus frequency, is designed and fabricated using bench work facilities and then validated through in vitro spectroscopy using 3 Tesla Siemens scanner. We acquired in vitro as well as in vivo phosphorus spectrum in a 100 mM potassium phosphate phantom and human calf muscle in rest-exercise-recovery phase in a 3T MR scanner. The spectrum demonstrates the main constituent in high-energy phosphate metabolism. We also observed the dynamic variation of PCr for five young healthy subjects who performed planter flexions using resistance band during exercise and recovery. The took steps in this project pave the way for future application of spectroscopic quantification of phosphate metabolism in patients affected by carotid artery disease as well as in age-matched control subjects.

Implication des cellules Nestin+ dans le remodelage vasculaire en conditions pathologiques

La protéine de filament intermédiaire Nestin, marqueur de cellules souches neurales, est exprimée dans les cellules vasculaires. Il a été démontré que les cellules de la crosse aortique dérivent de la crête neurale pendant le développement. Des cellules endothéliales exprimant Nestin sont retrouvées dans les capillaires durant l’embryogénèse ainsi que durant la vascularisation de tumeurs cancéreuses. Cette protéine est impliquée dans les mécanismes de prolifération cellulaire. Récemment des cellules Nestin+ ont été identifiées au niveau des cellules du muscle lisse de l’aorte. La régulation de Nestin dans ces cellules, pendant le développement et en conditions pathologiques, est inconnue. Cette thèse porte sur l’analyse de la protéine Nestin dans le remodelage vasculaire en situation diabétique et d’hypertension au niveau des artères carotide et aortique. Nos travaux examinent l’hypothèse que l’expression vasculaire de Nestine joue un rôle dans l’homéostasie durant le vieillissement physiologique et participe au remodelage suite à des stimuli pathologiques. La protéine Nestin est fortement exprimée dans les aortes de rats néonataux et cette expression diminue rapidement avec le développement. Au niveau de l’aorte l’expression de la protéine Nestin est retrouvée dans une sous-population de cellules du muscle lisse et au niveau des cellules endothéliales. L’expression de la protéine Nestin est corrélée avec sa proximité au cœur, une plus grande expression est observée dans l’arche aortique et une faible expression est détectée dans la partie thoracique. Nous avons déterminé qu’en présence de diabète de type I, il y a une perte de l’expression de la protéine Nestin dans la média de l’aorte et de la carotide. Cette perte d’expression représente un évènement précoce dans la pathologie diabétique et précède la dysfonction endothéliale. La diminution de l’expression de la protéine Nestin est également concomitante avec la perte de la capacité proliférative des cellules du muscle lisse. Dans les rats souffrant de diabète de type 1, une réduction significative de la densité des cellules du muscle lisse exprimant la protéine phosphorylée phosphohistone 3, une protéine impliquée dans un cycle cellulaire actif, est observée. De plus, cette réduction est corrélée avec la perte de l’expression de la protéine Nestin. Nous avons également démontré in vitro qu’un traitement hyperglycémique réduit l’expression de Nestin ainsi que la prolifération des cellules du muscle lisse. Enfin, l’utilisation d’un shARN dirigé contre Nestin nous a permis de déterminer l’implication de cette protéine dans la prolifération des cellules du muscle lisse en condition basale caractérisée par la diminution de l’incorporation de [3H] thymidine. Dans le modèle d’hypertension induite par une constriction aortique abdominale surrénale, l’augmentation de la pression sanguine est associée avec l’augmentation de l’expression de la protéine Nestin dans l’artère carotidienne. Une corrélation positive a été observée entre l’expression de la protéine Nestin dans la carotide et la pression artérielle moyenne à laquelle la paroi de la carotide est soumise. De plus, les facteurs de croissance impliqués dans le remodelage vasculaire secondaire à l’hypertension augmentent l’expression de Nestin dans les cellules du muscle lisse isolées des carotides. Puis, la réduction de l’expression de la protéine Nestin via un shARN atténue l’incorporation de [3H] thymidine, associée à la prolifération cellulaire, stimulée par ces facteurs de croissance alors que l’incorporation de [3H] leucine, associée à la synthèse protéique, demeure inchangée. Ces résultats suggèrent que l’augmentation de l’expression de la protéine Nestin, secondaire à l’hypertension, pourrait représenter une réponse adaptative où il y a une augmentation de la croissance des cellules du muscle lisse afin de permettre à la paroi vasculaire de s’ajuster à l’augmentation de la pression sanguine.

Entorn de suport al diagnòstic d'estenosi de caròtida

L’objectiu d’aquest projecte és ampliar la plataforma Starviewer integrant els mòduls necessaris per donar suport al diagnòstic de l’estenosi de caròtida permetent interpretar de forma més fàcil les imatges Angiografia per Ressonància Magnètica (ARM). La plataforma Starviewer és un entorn informàtic que integra funcionalitats bàsiques i avançades pel processament i la visualització d’imatges mèdiques. Està desenvolupat pel Grup d’Informàtica Gràfica de la Universitat de Girona i l’Institut de Diagnòstic per la Imatge (IDI) de l’hospital Dr. Josep Trueta. Una de les limitacions de la plataforma és el no suportar el tractament de lesions del sistema vascular. Per això ens proposem a corregir-ho i ampliar les seves extensions per a poder diagnosticar l’estenosi de caròtida

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.

Estudio piloto de la relación entre el aumento de la velocidad de onda del pulso en arteria carótida común medida por resonancia magnética y los factores de riesgo vasculares clásicos en sujetos con sospecha de lesión cerebrovascular isquémica

Arterial stiffness assessed by carotid-femoral pulse wave velocity (cfPWV) measurement is now well accepted as an independent predictor of vascular mortality and morbidity. However, the value of cfPWV has been considered to be limited for risk classification in patients with several vascular risk factors. Magnetic resonance (MR) allows measurement of PWV between two points, though to date mainly used to study the aorta. To assess the common carotid artery pulse wave velocity by magnetic resonance, determine their association with classical vascular risk factors and ischemic brain injury burden in patients with suspected ischemic cerebrovascular disease

Nox2 B-loop peptide, Nox2ds, specifically inhibits the NADPH oxidase Nox2

In recent years, reactive oxygen species (ROS) derived from the vascular isoforms of NADPH oxidase, Nox1, Nox2, and Nox4, have been implicated in many cardiovascular pathologies. As a result, the selective inhibition of these isoforms is an area of intense current investigation. In this study, we postulated that Nox2ds, a peptidic inhibitor that mimics a sequence in the cytosolic B-loop of Nox2, would inhibit ROS production by the Nox2-. but not the Noxl- and Nox4-oxidase systems. To test our hypothesis, the inhibitory activity of Nox2ds was assessed in cell-free assays using reconstituted systems expressing the Nox2-, canonical or hybrid Nox1- or Nox4-oxidase. Our findings demonstrate that Nox2ds, but not its scrambled control, potently inhibited superoxide (O(2)(center dot-)) production in the Nox2 cell-free system, as assessed by the cytochrome c assay. Electron paramagnetic resonance confirmed that Nox2ds inhibits O(2)(center dot-) production by Nox2 oxidase. In contrast, Nox2ds did not inhibit ROS production by either Nox1- or Nox4-oxidase. These findings demonstrate that Nox2ds is a selective inhibitor of Nox2-oxidase and support its utility to elucidate the role of Nox2 in organ pathophysiology and its potential as a therapeutic agent. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

Effects of isoproterenol treatment for 7 days on inflammatory mediators in the rat aorta

The aim of the present study was to evaluate the effect of overstimulation of beta-adrenoceptors on vascular inflammatory mediators. Wistar rats were treated with the beta-adrenoceptor agonist isoproterenol (0.3 mg(.)kg(-1.)day(-1) sc) or vehicle (control) for 7 days. At the end of treatment, the right carotid artery was catheterized for arterial and left ventricular (LV) hemodynamic evaluation. Isoproterenol treatment increased LV weight but did not change hemodynamic parameters. Aortic mRNA and protein expression were quantified by real-time RT-PCR and Western blot analysis, respectively. Isoproterenol enhanced aortic mRNA and protein expression of IL-1 beta (124% and 125%) and IL-6 (231% and 40%) compared with controls but did not change TNF-alpha expression. The nuclear-to-cytoplasmatic protein expression ration of the NF-beta B p65 subunit was increased by isoproterenol treatment (51%); in addition, it reduced the cytoplasmatic expression of I kappa B-alpha (52%) in aortas. An electrophoretic mobility shift assay was performed using the aorta, and increased NF-kappa B DNA binding (31%) was observed in isoproterenol-treated rats compared with controls (P < 0.05). Isoproterenol treatment increased phenylephrine-induced contraction in aortic rigs (P < 0.05), which was significantly reduced by superoxide dismutase (150 U/ml) and sodium salicylate (5 mM). Cotreatment with thalidomide (150 mg(.)kg(-1.)day(-1) for 7 days) also reduced hyperreactivity to phenylephrine induced by isoproterenol. In conclusion, overstimulation of beta-adrenoceptors increased proinflammatory cytokines and upregulated NF-kappa B in the rat aorta. Moreover, local oxidative stress and the proinflammatory state seem to play key roles in the altered vascular reactivity of the rat aorta induced by chronic beta-adrenergic stimulation.

Alboserpin, a Factor Xa Inhibitor from the Mosquito Vector of Yellow Fever, Binds Heparin and Membrane Phospholipids and Exhibits Antithrombotic Activity

The molecular mechanism of factor Xa (FXa) inhibition by Alboserpin, the major salivary gland anticoagulant from the mosquito and yellow fever vector Aedes albopictus, has been characterized. cDNA of Alboserpin predicts a 45-kDa protein that belongs to the serpin family of protease inhibitors. Recombinant Alboserpin displays stoichiometric, competitive, reversible and tight binding to FXa (picomolar range). Binding is highly specific and is not detectable for FX, catalytic site-blocked FXa, thrombin, and 12 other enzymes. Alboserpin displays high affinity binding to heparin (K(D) similar to 20 nM), but no change in FXa inhibition was observed in the presence of the cofactor, implying that bridging mechanisms did not take place. Notably, Alboserpin was also found to interact with phosphatidylcholine and phosphatidylethanolamine but not with phosphatidylserine. Further, annexin V (in the absence of Ca(2+)) or heparin outcompetes Alboserpin for binding to phospholipid vesicles, suggesting a common binding site. Consistent with its activity, Alboserpin blocks prothrombinase activity and increases both prothrombin time and activated partial thromboplastin time in vitro or ex vivo. Furthermore, Alboserpin prevents thrombus formation provoked by ferric chloride injury of the carotid artery and increases bleeding in a dose-dependent manner. Alboserpin emerges as an atypical serpin that targets FXa and displays unique phospholipid specificity. It conceivably uses heparin and phosphatidylcholine/phosphatidylethanolamine as anchors to increase protein localization and effective concentration at sites of injury, cell activation, or inflammation.