La communication entre l’équipe de cardiologie et le patient en insuffisance cardiaque en ce qui concerne le pronostic et la préparation de la fin de vie

Dans les stades tardifs de l’insuffisance cardiaque, le pronostic de la maladie est très difficile à établir. Les médecins hésitent à aborder ce sujet en raison de l’incertitude du pronostic et du risque de provoquer des réactions négatives chez les patients. De plus, ce ne sont pas tous les patients qui souhaitent en parler. La présente étude qualitative a pour objectifs d’explorer le type de communication qui devrait être instauré entre le personnel soignant et la personne atteinte d’insuffisance cardiaque en ce qui regarde le pronostic de la maladie et la préparation de la fin de vie ainsi que de proposer de nouvelles ressources facilitant la communication. S'appuyant sur les données recueillies lors d'une entrevue de groupe avec sept des membres de l’équipe de la clinique d’insuffisance cardiaque du Centre hospitalier universitaire de Sherbrooke (CHUS) et sur des entrevues individuelles avec douze patients qui y sont traités, une analyse thématique a permis de connaître le contenu et les modalités de la communication qui répondent le mieux aux besoins des deux partenaires de la communication. Les résultats ont révélé l'importance du concept de disponibilité psychologique du patient pour déterminer avec qui et quand, devraient être abordées le pronostic et la préparation de la fin de vie. En plus de mettre en évidence le rôle que pourrait jouer un psychologue au sein de l'équipe de soignants, l’étude a permis d'élaborer des outils : deux livrets d’information sur le pronostic et la fin de vie en insuffisance cardiaque ainsi qu’une fiche-questionnaire sur les besoins de communication des patients de la clinique.

Effet préventif de la milrinone inhalée chez les patients avec hypertension pulmonaire subissant une chirurgie cardiaque sous circulation extracorporelle : une approche pharmacométrique

La circulation extracorporelle (CEC) est une technique utilisée en chirurgie cardiaque effectuée des milliers de fois chaque jour à travers le monde. L’instabilité hémodynamique associée au sevrage de la CEC difficile constitue la principale cause de mortalité en chirurgie cardiaque et l’hypertension pulmonaire (HP) a été identifiée comme un des facteurs de risque les plus importants. Récemment, une hypothèse a été émise suggérant que l'administration prophylactique (avant la CEC) de la milrinone par inhalation puisse avoir un effet préventif et faciliter le sevrage de la CEC chez les patients atteints d’HP. Toutefois, cette indication et voie d'administration pour la milrinone n'ont pas encore été approuvées par les organismes réglementaires. Jusqu'à présent, la recherche clinique sur la milrinone inhalée s’est principalement concentrée sur l’efficacité hémodynamique et l'innocuité chez les patients cardiaques, bien qu’aucun biomarqueur n’ait encore été établi. La dose la plus appropriée pour l’administration par nébulisation n'a pas été déterminée, de même que la caractérisation des profils pharmacocinétiques (PK) et pharmacodynamiques (PD) suite à l'inhalation. L'objectif de notre recherche consistait à caractériser la relation exposition-réponse de la milrinone inhalée administrée chez les patients subissant une chirurgie cardiaque sous CEC. Une méthode analytique par chromatographie liquide à haute performance couplée à un détecteur ultraviolet (HPLC-UV) a été optimisée et validée pour le dosage de la milrinone plasmatique suite à l’inhalation et s’est avérée sensible et précise. La limite de quantification (LLOQ) était de 1.25 ng/ml avec des valeurs de précision intra- et inter-dosage moyennes (CV%) <8%. Des patients souffrant d’HP pour lesquels une chirurgie cardiaque sous CEC était prévue ont d’abord été recrutés pour une étude pilote (n=12) et, par la suite, pour une étude à plus grande échelle (n=28) où la milrinone (5 mg) était administrée par inhalation pré-CEC. Dans l'étude pilote, nous avons comparé l'exposition systémique de la milrinone peu après son administration avec un nébuliseur pneumatique ou un nébuliseur à tamis vibrant. L’efficacité des nébuliseurs en termes de dose émise et dose inhalée a également été déterminée in vitro. Dans l'étude à plus grande échelle conduite en utilisant exclusivement le nébuliseur à tamis vibrant, la dose inhalée in vivo a été estimée et le profil pharmacocinétique de la milrinone inhalée a été pleinement caractérisé aux niveaux plasmatique et urinaire. Le ratio de la pression artérielle moyenne sur la pression artérielle pulmonaire moyenne (PAm/PAPm) a été choisi comme biomarqueur PD. La relation exposition-réponse de la milrinone a été caractérisée pendant la période d'inhalation en étudiant la relation entre l'aire sous la courbe de l’effet (ASCE) et l’aire sous la courbe des concentrations plasmatiques (ASC) de chacun des patients. Enfin, le ratio PAm/PAPm a été exploré comme un prédicteur potentiel de sortie de CEC difficile dans un modèle de régression logistique. Les expériences in vitro ont démontré que les doses émises étaient similaires pour les nébuliseurs pneumatique (64%) et à tamis vibrant (68%). Cependant, la dose inhalée était 2-3 fois supérieure (46% vs 17%) avec le nébuliseur à tamis vibrant, et ce, en accord avec les concentrations plasmatiques. Chez les patients, en raison des variations au niveau des facteurs liés au circuit et au ventilateur causant une plus grande dose expirée, la dose inhalée a été estimée inférieure (30%) et cela a été confirmé après récupération de la dose de milrinone dans l'urine 24 h (26%). Les concentrations plasmatiques maximales (Cmax: 41-189 ng/ml) et l'ampleur de la réponse maximale ΔRmax-R0 (0-65%) ont été observées à la fin de l'inhalation (10-30 min). Les données obtenues suite aux analyses PK sont en accord avec les données publiées pour la milrinone intraveineuse. Après la période d'inhalation, les ASCE individuelles étaient directement reliées aux ASC (P=0.045). Enfin, notre biomarqueur PD ainsi que la durée de CEC ont été identifiés comme des prédicteurs significatifs de la sortie de CEC difficile. La comparaison des ASC et ASCE correspondantes a fourni des données préliminaires supportant une preuve de concept pour l'utilisation du ratio PAm/PAPm comme biomarqueur PD prometteur et justifie de futures études PK/PD. Nous avons pu démontrer que la variation du ratio PAm/PAPm en réponse à la milrinone inhalée contribue à la prévention de la sortie de CEC difficile.

Programme d’exercice en douceur basé sur le yoga Bali chez les personnes atteintes d’insuffisance cardiaque : les premiers pas.

L’insuffisance cardiaque (IC) est un problème d’importance grandissante lié à des perturbations des systèmes nerveux autonome, immunitaire, et cardiovasculaire. Ces perturbations contribuent à plusieurs symptômes physiques et psychologiques invalidants. La recherche faite jusqu’ici sur des programmes d’exercice basés sur le yoga a démontré des résultats préliminaires assez prometteurs en IC. Néanmoins, il reste des lacunes à combler dans la littérature face aux populations testées, à la combinaison des mesures physiques et psychologiques, au suivi du traitement à la maison et à la perception des symptômes au quotidien. Ce projet pilote a donc pour objectif de développer un programme d’exercice complémentaire basé sur le yoga adapté aux patients souffrant d’IC, d’en mesurer la faisabilité et l’acceptabilité en plus d’obtenir des données préliminaires quant à l’impact de cette intervention à réduire la symptomatologie physique et psychologique et d’améliorer la qualité de vie (QV) de ces patients. Les deux premiers participants recrutés dans le cadre de l’étude pilote font l’objet de ce mémoire. Ils ont pris part à huit séances hebdomadaires de yoga Bali, couplé de psychoéducation et méditation tous données à l’Institut de Cardiologie de Montréal par une instructrice certifiée dans la méthode BALI. L’élaboration des outils nécessaires au déroulement du programme, y compris le manuel d’enseignement et le DVD, la faisabilité d’une collaboration avec le personnel médical et évidement l’évaluation des effets du programme en soit sur les symptômes physiques et psychologique s sont parmi les sujets abordés. Les résultats, quoique préliminaires, semblent tendre vers une amélioration des corrélats physiologiques liés à l’insuffisance cardiaque, notamment l’activité du système nerveux autonome tel que témoigné par la variabilité de la fréquence cardiaque, et l’inflammation indiqué par le niveau de CRP sanguin.

Évaluation d’activités de transfert de connaissances auprès d’infirmières pour la détection du délirium post-chirurgie cardiaque

La détection du délirium à l’aide d’outils est importante pour pouvoir intervenir le plus rapidement et efficacement possible. Le but de ce projet de recherche est d’évaluer l’efficacité d’une intervention de transfert de connaissances (TC) sur mesure auprès d’infirmières sur le taux d’utilisation conforme d’un outil de détection du délirium (ODD). L’intervention auprès d’infirmières a été basée sur les barrières et facilitateurs à utiliser un tel ODD identifiés par un questionnaire (n=30) et deux groupes de discussion (n=4). Les barrières identifiées par le questionnaire reflétaient un besoin de connaissances et d’amélioration des compétences infirmières. L’une des barrières identifiée à partir des groupes de discussion était le manque de connaissances sur les causes possibles du délirium et les interventions infirmières à privilégier selon ces causes. Les activités de TC retenues étaient une capsule clinique sur les manifestations du délirium évaluées par un ODD et une carte aide-mémoire sur des interventions infirmières possibles. Les taux d’utilisation de l’ODD ont été évalués en pré et post implantation d’une intervention de TC (devis pré-post test) à partir d’une revue de 242 dossiers médicaux de patients (avant n=121 ; après n=121). Aucune différence significative n’a été notée entre les périodes pré et post intervention de TC (p > .99). Une explication réside dans le taux déjà élevé (> 85%) d’utilisation de l’ODD observé avant l’intervention de TC pour deux des trois quarts de travail. L’intervention de TC basée sur les barrières et les facilitateurs a été appréciée par les infirmières et elle pourrait avoir le potentiel de promouvoir une pratique basée sur les résultats probants.

Programme d’exercice en douceur basé sur le yoga Bali chez les personnes atteintes d’insuffisance cardiaque : les premiers pas

L’insuffisance cardiaque (IC) est un problème d’importance grandissante lié à des perturbations des systèmes nerveux autonome, immunitaire, et cardiovasculaire. Ces perturbations contribuent à plusieurs symptômes physiques et psychologiques invalidants. La recherche faite jusqu’ici sur des programmes d’exercice basés sur le yoga a démontré des résultats préliminaires assez prometteurs en IC. Néanmoins, il reste des lacunes à combler dans la littérature face aux populations testées, à la combinaison des mesures physiques et psychologiques, au suivi du traitement à la maison et à la perception des symptômes au quotidien. Ce projet pilote a donc pour objectif de développer un programme d’exercice complémentaire basé sur le yoga adapté aux patients souffrant d’IC, d’en mesurer la faisabilité et l’acceptabilité en plus d’obtenir des données préliminaires quant à l’impact de cette intervention à réduire la symptomatologie physique et psychologique et d’améliorer la qualité de vie (QV) de ces patients. Les deux premiers participants recrutés dans le cadre de l’étude pilote font l’objet de ce mémoire. Ils ont pris part à huit séances hebdomadaires de yoga Bali, couplé de psychoéducation et méditation tous données à l’Institut de Cardiologie de Montréal par une instructrice certifiée dans la méthode BALI. L’élaboration des outils nécessaires au déroulement du programme, y compris le manuel d’enseignement et le DVD, la faisabilité d’une collaboration avec le personnel médical et évidement l’évaluation des effets du programme en soit sur les symptômes physiques et psychologique s sont parmi les sujets abordés. Les résultats, quoique préliminaires, semblent tendre vers une amélioration des corrélats physiologiques liés à l’insuffisance cardiaque, notamment l’activité du système nerveux autonome tel que témoigné par la variabilité de la fréquence cardiaque, et l’inflammation indiqué par le niveau de CRP sanguin.

Évaluation d’activités de transfert de connaissances auprès d’infirmières pour la détection du délirium post-chirurgie cardiaque

La détection du délirium à l’aide d’outils est importante pour pouvoir intervenir le plus rapidement et efficacement possible. Le but de ce projet de recherche est d’évaluer l’efficacité d’une intervention de transfert de connaissances (TC) sur mesure auprès d’infirmières sur le taux d’utilisation conforme d’un outil de détection du délirium (ODD). L’intervention auprès d’infirmières a été basée sur les barrières et facilitateurs à utiliser un tel ODD identifiés par un questionnaire (n=30) et deux groupes de discussion (n=4). Les barrières identifiées par le questionnaire reflétaient un besoin de connaissances et d’amélioration des compétences infirmières. L’une des barrières identifiée à partir des groupes de discussion était le manque de connaissances sur les causes possibles du délirium et les interventions infirmières à privilégier selon ces causes. Les activités de TC retenues étaient une capsule clinique sur les manifestations du délirium évaluées par un ODD et une carte aide-mémoire sur des interventions infirmières possibles. Les taux d’utilisation de l’ODD ont été évalués en pré et post implantation d’une intervention de TC (devis pré-post test) à partir d’une revue de 242 dossiers médicaux de patients (avant n=121 ; après n=121). Aucune différence significative n’a été notée entre les périodes pré et post intervention de TC (p > .99). Une explication réside dans le taux déjà élevé (> 85%) d’utilisation de l’ODD observé avant l’intervention de TC pour deux des trois quarts de travail. L’intervention de TC basée sur les barrières et les facilitateurs a été appréciée par les infirmières et elle pourrait avoir le potentiel de promouvoir une pratique basée sur les résultats probants.

Genetic determinants of bone density and fracture risk: State of the art and future directions

Context: Osteoporosis is a common, highly heritable condition that causes substantial morbidity and mortality, the etiopathogenesis of which is poorly understood. Genetic studies are making increasingly rapid progress in identifying the genes involved. Evidence Acquisition and Synthesis: In this review, we will summarize the current understanding of the genetics of osteoporosis based on publications from PubMed from the year 1987 onward. Conclusions: Most genes involved in osteoporosis identified to date encode components of known pathways involved in bone synthesis or resorption, but as the field progresses, new pathways are being identified. Only a small proportion of the total genetic variation involved in osteoporosis has been identified, and new approaches will be required to identify most of the remaining genes.

Hematopoietic Stem Cell Development and Transcriptional Regulation

The continuous production of blood cells, a process termed hematopoiesis, is sustained throughout the lifetime of an individual by a relatively small population of cells known as hematopoietic stem cells (HSCs). HSCs are unique cells characterized by their ability to self-renew and give rise to all types of mature blood cells. Given their high proliferative potential, HSCs need to be tightly regulated on the cellular and molecular levels or could otherwise turn malignant. On the other hand, the tight regulatory control of HSC function also translates into difficulties in culturing and expanding HSCs in vitro. In fact, it is currently not possible to maintain or expand HSCs ex vivo without rapid loss of self-renewal. Increased knowledge of the unique features of important HSC niches and of key transcriptional regulatory programs that govern HSC behavior is thus needed. Additional insight in the mechanisms of stem cell formation could enable us to recapitulate the processes of HSC formation and self-renewal/expansion ex vivo with the ultimate goal of creating an unlimited supply of HSCs from e.g. human embryonic stem cells (hESCs) or induced pluripotent stem cells (iPS) to be used in therapy. We thus asked: How are hematopoietic stem cells formed and in what cellular niches does this happen (Papers I, II)? What are the molecular mechanisms that govern hematopoietic stem cell development and differentiation (Papers III, IV)? Importantly, we could show that placenta is a major fetal hematopoietic niche that harbors a large number of HSCs during midgestation (Paper I)(Gekas et al., 2005). In order to address whether the HSCs found in placenta were formed there we utilized the Runx1-LacZ knock-in and Ncx1 knockout mouse models (Paper II). Importantly, we could show that HSCs emerge de novo in the placental vasculature in the absence of circulation (Rhodes et al., 2008). Furthermore, we could identify defined microenvironmental niches within the placenta with distinct roles in hematopoiesis: the large vessels of the chorioallantoic mesenchyme serve as sites of HSC generation whereas the placental labyrinth is a niche supporting HSC expansion (Rhodes et al., 2008). Overall, these studies illustrate the importance of distinct milieus in the emergence and subsequent maturation of HSCs. To ensure proper function of HSCs several regulatory mechanisms are in place. The microenvironment in which HSCs reside provides soluble factors and cell-cell interactions. In the cell-nucleus, these cell-extrinsic cues are interpreted in the context of cell-intrinsic developmental programs which are governed by transcription factors. An essential transcription factor for initiation of hematopoiesis is Scl/Tal1 (stem cell leukemia gene/T-cell acute leukemia gene 1). Loss of Scl results in early embryonic death and total lack of all blood cells, yet deactivation of Scl in the adult does not affect HSC function (Mikkola et al., 2003b. In order to define the temporal window of Scl requirement during fetal hematopoietic development, we deactivated Scl in all hematopoietic lineages shortly after hematopoietic specification in the embryo . Interestingly, maturation, expansion and function of fetal HSCs was unaffected, and, as in the adult, red blood cell and platelet differentiation was impaired (Paper III)(Schlaeger et al., 2005). These findings highlight that, once specified, the hematopoietic fate is stable even in the absence of Scl and is maintained through mechanisms that are distinct from those required for the initial fate choice. As the critical downstream targets of Scl remain unknown, we sought to identify and characterize target genes of Scl (Paper IV). We could identify transcription factor Mef2C (myocyte enhancer factor 2 C) as a novel direct target gene of Scl specifically in the megakaryocyte lineage which largely explains the megakaryocyte defect observed in Scl deficient mice. In addition, we observed an Scl-independent requirement of Mef2C in the B-cell compartment, as loss of Mef2C leads to accelerated B-cell aging (Gekas et al. Submitted). Taken together, these studies identify key extracellular microenvironments and intracellular transcriptional regulators that dictate different stages of HSC development, from emergence to lineage choice to aging.

Levosimendaanin vaikutusmekanismi ja nykyinen merkitys sydämen vajaatoiminnan hoidossa

Sydämen vajaatoiminta on erilaisista sydän- ja verisuonisairauksista aiheutuva monimuotoinen oireyhtymä, johon sairastuneiden ja kuolleiden potilaiden määrä on yhä suuri. Sen patofysiologiaan voi kuulua muun muassa sympaattisen hermoston ja reniini-angiotensiini-aldosteroni–järjestelmän aktiivisuutta, huonosti supistuva vasen kammio, sydämen uudelleenmuokkautumista, muutoksia [Ca2+]i:n säätelyssä, kardiomyosyyttien apoptoosia sekä systeeminen tulehdustila. Johonkin osaan sairauden patofysiologiasta eivät nykyiset lääkehoidot riittävästi vaikuta. Klassiset inotroopit lisäävät sydämen supistusvireyttä kasvattamalla solunsisäistä Ca2+-pitoisuutta, mutta ne lisäävät rytmihäiriöriskiä, sydämen hapenkulutusta sekä heikentävät ennustetta. Levosimendaani, kalsiumherkistäjä, lisää sydämen supistusvoimaa [Ca2+]i:ta kohottamatta herkistämällä sydänlihaksen kalsiumin vaikutuksille. Lisäksi levosimendaani avaa sarkolemmaalisia ja mitokondriaalisia K+-kanavia, jotka välittävät vasodilataatiota ja kardioprotektiota. Suurilla annoksilla levosimendaani on selektiivinen PDE3-estäjä. Levosimendaania suositellaan äkillisesti pahentuneen sydämen vajaatoiminnan hoitoon, mutta muitakin lupaavia indikaatioita sille on keksitty. Esimerkiksi kroonisesti annosteltu oraalinen levosimendaani on suojannut kardiovaskulaarijärjestelmää ja parantanut selviytymistä in vivo. Erikoistyössä selvitettiin kroonisesti annostellun oraalisen levosimendaanin, valsartaanin ja näiden kombinaatioterapian vaikutuksia selviytymiseen, verenpaineeseen sekä sydämen hypertrofioitumiseen Dahlin suolaherkillä (Dahl/Rapp) rotilla. Levosimendaanin suojavaikutus ilmeni vähäisempänä kuolleisuutena, mutta ero ei ollut tilastollisesti merkitsevä kontrolliryhmään nähden. Kombinaatioterapia suojasi rottia kardiovaskulaarikuolleisuudelta ja vähensi todennäköisesti verenpaineesta riippuvaisesti sydämen hypertofioitumista niin sydän/kehonpaino–suhteen kuin ultraäänitutkimuksenkin perusteella arvioituna paremmin kuin kumpikaan lääke monoterapiana. Lääkekombinaatio alensi additiivisesti hypertensiota kaikissa mittauspisteissä. Sydämen systolista toimintaa levosimendaani kohensi vain vähäisesti. Dahl/Rapp-rotille kehittyikin pääosin hypertension indusoimaa diastolista sydämen vajaatoimintaa kohonneen IVRT-arvon perusteella. Levosimendaani sekä monoterapiana että kombinaatioterapiana valsartaanin kanssa vähensi sydämen diastolista vajaatoimintaa.

Sydämen hypertrofian ja kroonisen vajaatoiminnan farmakologinen hoito

Sydämen krooninen vajaatoiminta on merkittävä maailmanlaajuinen ongelma. Se on erilaisten sydän- ja verisuonisairauksien aiheuttama monimuotoinen oireyhtymä. Sydämen vasemman kammion hypertrofia eli sydämen seinämien paksuuntuminen on yksi keskeinen tekijä, joka voi olla sydämen vajaatoiminnan taustalla. Kohonnut verenpaine on yleisin syy, joka johtaa sydänlihaksen paksuuntumiseen. Tämä johtaa sydämen pumppaustoiminnan häiriintymiseen, erilaisten neurohormonaalisten mekanismien aktivaatioon ja edelleen sydämen vajaatoimintaan. Sydämen vajaatoiminnan neurohormonaalisista mekanismeista tärkeimmät ovat reniini-angiotensiini-aldosteroni-järjestelmän ja sympaattisen hermoston aktivaatio, sydämen rakenteiden uudelleenmuovautuminen, sydänlihassolujen apoptoosi ja systeeminen tulehdustila. Sydämen hypertrofiaa ja sen syntymistä pyritään estämään kohonneen verenpaineen lääkehoidolla. Reniini-angiotensiini-aldosteronijärjestelmällä on keskeinen merkitys sydämen vajaatoiminnassa. Sydämen vajaatoiminnan ennusteeseen vaikuttavista lääkeaineista angiotensiinikonvertasin estäjät (ACEestäjät) ovat säilyttäneet johtoasemansa jo vuosikymmenten ajan. Angiotensiinireseptoreiden salpaajien (AT1-salpaajien) odotettiin syrjäyttävän ACE-estäjät sydämen vajaatoiminnan hoidossa, mutta toistaiseksi niitä pidetään vain vaihtoehtoisina lääkkeinä. Sympaattisen hermoston aktivaatiota vähentävät β-salpaajat ovat vakiinnuttaneet asemansa toiseksi tärkeimpänä lääkeryhmänä. Diureetit ovat paljon käytetty lääkeaineryhmä sydämen vajaatoiminnan hoidossa, mutta niistä ainoastaan aldosteroniantagonisteilla on tutkitusti ennustetta parantavaa vaikutusta. Kroonisen vajaatoiminnan hoidossa käytetään edelleen myös digoksiinia. Tulevaisuudessa sydämen vajaatoiminnan ennusteeseen vaikuttavia lääkeaineita voivat olla reniinin estäjät, neutraaliendopeptidaasin estäjät, vasopressiinin antagonistit tai inflammatroisiin sytokiineihin vaikuttavat molekyylit. Erikoistyön kokeellisessa osiossa tarkoituksena oli tutkia sydämen hypertrofian kehittymistä vatsa-aortta kuristetuilla rotilla ja kalsiumherkistäjä levosimendaanin sekä AT1-salpaaja valsartaanin vaikutuksia hypertrofian kehittymiseen. Kokeellisessa osiossa arvioitiin myös sydämen hypertrofian ja vajaatoiminnan jyrsijämallina käytetyn vatsa-aortan kuristuksen (koarktaation) toimivuutta ja vaikutuksia ultraäänen avulla määritettyihin kardiovaskulaarisiin parametreihin. Vatsa-aortta kuristettiin munuaisvaltimoiden yläpuolelta. Kuristus saa aikaan verenpaineen kohoamisen ja sydämen työtaakan lisääntymisen. Pitkittyessään tila johtaa sydänlihaksen hypertrofiaan ja vajaatoimintaan. 64 eläintä jaettiin ryhmiin, siten että jokaiseen ryhmään tuli kahdeksan eläintä. Ryhmistä kolmelle annettiin lääkeaineena levosimendaania kolmella eri päiväannoksella (0,01 mg/kg; 0,10 mg/kg; 1,00 mg/kg) ja kolmelle valsartaania kolmella eri päiväannoksella (0,10 mg/kg; 1,00 mg/kg; 10,00 mg/kg) juomaveden mukana. Lääkitys aloitettiin leikkauksen jälkeen ja jatkettiin kahdeksan viikon ajan. Kardiovaskulaariset parametrit, kuten isovolumetrinen relaksaatioaika (IVRT), vasemman kammion läpimitta systolessa ja diastolessa sekä seinämäpaksuudet, ejektiofraktio (EF), supistuvuusosuus (FS), minuuttitilavuus (CO) ja iskutilavuus (SV) määritettiin kahdeksan viikon kuluttua leikkauksesta ultraäänitutkimuksen avulla. Lisäksi määritettiin eläinten sydämen paino suhteessa ruumiin painoon. Tuloksia verrattiin ilman lääkehoitoa olleeseen koarktaatioryhmään. Eläinmallin toimivuutta arvioitiin vertaamalla koarktaatioryhmän tuloksia sham-operoidun ryhmän tuloksiin. Levosimendaanilla havaittiin työssä sydämen systolista toimintaa parantava vaikutus. Tämä näkyi tendenssinä parantaa ejektiofraktioita ja vasemman kammion supistuvuusosuuksia. Sydämen diastoliseen toimintaan ei kummallakaan lääkeaineella ollut merkittävää vaikutusta. Diastolista toimintaa arvioitiin isovolumetrisen relaksaatioajan muutoksilla. Sydämen hypertrofian kehittymiseen ei kummallakaan lääkeaineella ollut merkittävää vaikutusta. Eläinmallin todettiin mallintavan hyvin sydämen hypetrofiaa ihmisellä, mutta ei niinkään sydämen vajaatoimintaa.

Nonequilibrium arrhythmic states and transitions in a mathematical model for diffuse fibrosis in human cardiac tissue

We present a comprehensive numerical study of spiral-and scroll-wave dynamics in a state-of-the-art mathematical model for human ventricular tissue with fiber rotation, transmural heterogeneity, myocytes, and fibroblasts. Our mathematical model introduces fibroblasts randomly, to mimic diffuse fibrosis, in the ten Tusscher-Noble-Noble-Panfilov (TNNP) model for human ventricular tissue; the passive fibroblasts in our model do not exhibit an action potential in the absence of coupling with myocytes; and we allow for a coupling between nearby myocytes and fibroblasts. Our study of a single myocyte-fibroblast (MF) composite, with a single myocyte coupled to N-f fibroblasts via a gap-junctional conductance G(gap), reveals five qualitatively different responses for this composite. Our investigations of two-dimensional domains with a random distribution of fibroblasts in a myocyte background reveal that, as the percentage P-f of fibroblasts increases, the conduction velocity of a plane wave decreases until there is conduction failure. If we consider spiral-wave dynamics in such a medium we find, in two dimensions, a variety of nonequilibrium states, temporally periodic, quasiperiodic, chaotic, and quiescent, and an intricate sequence of transitions between them; we also study the analogous sequence of transitions for three-dimensional scroll waves in a three-dimensional version of our mathematical model that includes both fiber rotation and transmural heterogeneity. We thus elucidate random-fibrosis-induced nonequilibrium transitions, which lead to conduction block for spiral waves in two dimensions and scroll waves in three dimensions. We explore possible experimental implications of our mathematical and numerical studies for plane-, spiral-, and scroll-wave dynamics in cardiac tissue with fibrosis.

Spiral-Wave Dynamics in a Mathematical Model of Human Ventricular Tissue with Myocytes and Fibroblasts

Cardiac fibroblasts, when coupled functionally with myocytes, can modulate the electrophysiological properties of cardiac tissue. We present systematic numerical studies of such modulation of electrophysiological properties in mathematical models for (a) single myocyte-fibroblast (MF) units and (b) two-dimensional (2D) arrays of such units; our models build on earlier ones and allow for zero-, one-, and two-sided MF couplings. Our studies of MF units elucidate the dependence of the action-potential (AP) morphology on parameters such as E-f, the fibroblast resting-membrane potential, the fibroblast conductance G(f), and the MF gap-junctional coupling G(gap). Furthermore, we find that our MF composite can show autorhythmic and oscillatory behaviors in addition to an excitable response. Our 2D studies use (a) both homogeneous and inhomogeneous distributions of fibroblasts, (b) various ranges for parameters such as G(gap), G(f), and E-f, and (c) intercellular couplings that can be zero-sided, one-sided, and two-sided connections of fibroblasts with myocytes. We show, in particular, that the plane-wave conduction velocity CV decreases as a function of G(gap), for zero-sided and one-sided couplings; however, for two-sided coupling, CV decreases initially and then increases as a function of G(gap), and, eventually, we observe that conduction failure occurs for low values of G(gap). In our homogeneous studies, we find that the rotation speed and stability of a spiral wave can be controlled either by controlling G(gap) or E-f. Our studies with fibroblast inhomogeneities show that a spiral wave can get anchored to a local fibroblast inhomogeneity. We also study the efficacy of a low-amplitude control scheme, which has been suggested for the control of spiral-wave turbulence in mathematical models for cardiac tissue, in our MF model both with and without heterogeneities.

Turbulent states and their transitions in mathematical models for ventricular tissue: The effects of random interstitial fibroblasts

We study the dynamical behaviors of two types of spiral-and scroll-wave turbulence states, respectively, in two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) mathematical models, of human, ventricular, myocyte cells that are attached to randomly distributed interstitial fibroblasts; these turbulence states are promoted by (a) the steep slope of the action-potential-duration-restitution (APDR) plot or (b) early afterdepolarizations (EADs). Our single-cell study shows that (1) the myocyte-fibroblast (MF) coupling G(j) and (2) the number N-f of fibroblasts in an MF unit lower the steepness of the APDR slope and eliminate the EAD behaviors of myocytes; we explore the pacing dependence of such EAD suppression. In our 2D simulations, we observe that a spiral-turbulence (ST) state evolves into a state with a single, rotating spiral (RS) if either (a) G(j) is large or (b) the maximum possible number of fibroblasts per myocyte N-f(max) is large. We also observe that the minimum value of G(j), for the transition from the ST to the RS state, decreases as N-f(max) increases. We find that, for the steep-APDR-induced ST state, once the MF coupling suppresses ST, the rotation period of a spiral in the RS state increases as (1) G(j) increases, with fixed N-f(max), and (2) N-f(max) increases, with fixed G(j). We obtain the boundary between ST and RS stability regions in the N-f(max)-G(j) plane. In particular, for low values of N-f(max), the value of G(j), at the ST-RS boundary, depends on the realization of the randomly distributed fibroblasts; this dependence decreases as N-f(max) increases. Our 3D studies show a similar transition from scroll-wave turbulence to a single, rotating, scroll-wave state because of the MF coupling. We examine the experimental implications of our study and propose that the suppression (a) of the steep slope of the APDR or (b) EADs can eliminate spiral-and scroll-wave turbulence in heterogeneous cardiac tissue, which has randomly distributed fibroblasts.

A Computational Study of the Factors Influencing the PVC-Triggering Ability of a Cluster of Early Afterdepolarization-Capable Myocytes

Premature ventricular complexes (PVCs), which are abnormal impulse propagations in cardiac tissue, can develop because of various reasons including early afterdepolarizations (EADs). We show how a cluster of EAD-generating cells (EAD clump) can lead to PVCs in a model of cardiac tissue, and also investigate the factors that assist such clumps in triggering PVCs. In particular, we study, through computer simulations, the effects of the following factors on the PVC-triggering ability of an EAD clump: (1) the repolarization reserve (RR) of the EAD cells; (2) the size of the EAD clump; (3) the coupling strength between the EAD cells in the clump; and (4) the presence of fibroblasts in the EAD clump. We find that, although a low value of RR is necessary to generate EADs and hence PVCs, a very low value of RR leads to low-amplitude EAD oscillations that decay with time and do not lead to PVCs. We demonstrate that a certain threshold size of the EAD clump, or a reduction in the coupling strength between the EAD cells, in the clump, is required to trigger PVCs. We illustrate how randomly distributed inexcitable obstacles, which we use to model collagen deposits, affect PVC-triggering by an EAD clump. We show that the gap-junctional coupling of fibroblasts with myocytes can either assist or impede the PVC-triggering ability of an EAD clump, depending on the resting membrane potential of the fibroblasts and the coupling strength between the myocyte and fibroblasts. We also find that the triggering of PVCs by an EAD clump depends sensitively on factors like the pacing cycle length and the distribution pattern of the fibroblasts.