Comparative study of human erythrocytes by digital holographic microscopy, confocal microscopy, and impedance volume analyzer.

Red blood cell (RBC) parameters such as morphology, volume, refractive index, and hemoglobin content are of great importance for diagnostic purposes. Existing approaches require complicated calibration procedures and robust cell perturbation. As a result, reference values for normal RBC differ depending on the method used. We present a way for measuring parameters of intact individual RBCs by using digital holographic microscopy (DHM), a new interferometric and label-free technique with nanometric axial sensitivity. The results are compared with values achieved by conventional techniques for RBC of the same donor and previously published figures. A DHM equipped with a laser diode (lambda = 663 nm) was used to record holograms in an off-axis geometry. Measurements of both RBC refractive indices and volumes were achieved via monitoring the quantitative phase map of RBC by means of a sequential perfusion of two isotonic solutions with different refractive indices obtained by the use of Nycodenz (decoupling procedure). Volume of RBCs labeled by membrane dye Dil was analyzed by confocal microscopy. The mean cell volume (MCV), red blood cell distribution width (RDW), and mean cell hemoglobin concentration (MCHC) were also measured with an impedance volume analyzer. DHM yielded RBC refractive index n = 1.418 +/- 0.012, volume 83 +/- 14 fl, MCH = 29.9 pg, and MCHC 362 +/- 40 g/l. Erythrocyte MCV, MCH, and MCHC achieved by an impedance volume analyzer were 82 fl, 28.6 pg, and 349 g/l, respectively. Confocal microscopy yielded 91 +/- 17 fl for RBC volume. In conclusion, DHM in combination with a decoupling procedure allows measuring noninvasively volume, refractive index, and hemoglobin content of single-living RBCs with a high accuracy.

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.

Blunting the response to endotoxin in healthy subjects: effects of various doses of intravenous fish oil.

To test the dose response effect of infused fish oil (FO) rich in n-3 PUFAs on the inflammatory response to endotoxin (LPS) and on membrane incorporation of fatty acids in healthy subjects. Prospective, sequential investigation comparing three different FO doses. Three groups of male subjects aged 26.8 +/- 3.2 years (BMI 22.5 +/- 2.1). One of three FO doses (Omegaven10%) as a slow infusion before LPS: 0.5 g/kg 1 day before LPS, 0.2 g/kg 1 day before, or 0.2 g/kg 2 h before. Temperature, hemodynamic variables, indirect calorimetry and blood samples (TNF-alpha, stress hormones) were collected. After LPS temperature, ACTH and TNF-alpha concentrations increased in the three groups: the responses were significantly blunted (p < 0.0001) compared with the control group of the Pluess et al. trial. Cortisol was unchanged. Lowest plasma ACTH, TNF-alpha and temperature AUC values were observed after a single 0.2 g/kg dose of FO. EPA incorporation into platelet membranes was dose-dependent. Having previously shown that the response to LPS was reproducible, this study shows that three FO doses blunted it to various degrees. The 0.2 g/kg perfusion immediately before LPS was the most efficient in blunting the responses, suggesting LPS capture in addition to the systemic and membrane effects.

Safety and feasibility of NeuroFlo use in eight- to 24-hour ischemic stroke patients.

BACKGROUND: Acute treatment of ischemic stroke patients presenting more than eight-hours after symptom onset remains limited and largely unproven. Partial aortic occlusion using the NeuroFlo catheter can augment cerebral perfusion in animals. We investigated the safety and feasibility of employing this novel catheter to treat ischemic stroke patients eight-hours to 24 h following symptom onset. METHODS: A multicenter, single-arm trial enrolled ischemic stroke patients at nine international academic medical centers. Eligibility included age 18-85 years old, National Institutes of Health stroke scale (NIHSS) score between four and 20, within eight-hours to 24 h after symptom onset, and perfusion-diffusion mismatch confirmed by magnetic resonance imaging. The primary outcome was all adverse events occurring from baseline to 30 days posttreatment. Secondary outcomes included stroke severity on neurological indices through 90 days. This study is registered with ClinicalTrials.gov, number NCT00436592. RESULTS: A total of 26 patients were enrolled. Of these, 25 received treatment (one excluded due to aortic morphology); five (20%) died. Favorable neurological outcome at 90 days (modified Rankin score 0-2 vs. 3-6) was associated with lower baseline NIHSS (P < 0·001) and with longer duration from symptom discovery to treatment. There were no symptomatic intracranial hemorrhages or parenchymal hematomas. Asymptomatic intracranial hemorrhage was visible on computed tomography in 32% and only on microbleed in another 20%. CONCLUSIONS: Partial aortic occlusion using the NeuroFlo catheter, a novel collateral therapeutic strategy, appears safe and feasible in stroke patients eight-hours to 24 h after symptom onset.

Coronary artery disease screening in diabetic patients: how good is guideline adherence?

INTRODUCTION: Diabetic patients are at high risk for coronary artery disease (CAD), which is the leading cause of death in this population. The Swiss Society of Endocrinology-Diabetology (SSED) recommends CAD screening for diabetic patients with > or = 2 additional cardiovascular risk factors (CVRF), by stress echocardiography (SE) or myocardial perfusion imaging (MPI). The aim of this study was to assess the application of these guidelines and the treatment of CVRF in the diabetes outpatient clinics of the five Swiss University Hospitals. METHODS: The study was initiated in Lausanne and the study questionnaires were circulated to the endocrinologists of the five Swiss University Hospitals. Practitioners were asked to include consecutive patients attending the diabetes outpatient clinics over one month. Prevalence of CAD, screening methods for CAD, prevalence of CVRF, biological analyses over the last 6 months and medical therapy were recorded. RESULTS: A total of 302 subjects were included. The mean age was 53 +/- 14 years, 68% had type 2 diabetes, 27% type 1 and 5% other types. Among T2DM with > or = 2 CVRF, 45% were screened for CAD according to SSED guidelines. In T2DM 25% had blood pressure < or = 130/80 mm Hg, 15% a lipid profile within target, 23% HbA1c < or = 7.0%. Overall, 2% achieved all 3 targets. CONCLUSIONS: Only 45% of T2DM with > or = 2 CVRF were screened for CAD according to SSED guidelines and 2% of T2DM had proper control over all CVRF. Efforts are still necessary to improve CAD prevention and screening of diabetic patients in Swiss University Hospitals.

Cost evaluation and comparison of three decision strategies for cardiac revascularization : results of the suspected CAD protocol of the European CMR registry

Background: The public health burden of coronary artery disease (CAD) is important. Perfusion cardiac magnetic resonance (CMR) is generally accepted to detect and monitor CAD. Few studies have so far addressed its costs and costeffectiveness. Objectives: To compare in a large CMR registry the costs of a CMR-guided strategy vs two hypothetical invasive strategies for the diagnosis and the treatment of patients with suspected CAD. Methods: In 3'647 patients with suspected CAD included prospectively in the EuroCMR Registry (59 centers; 18 countries) costs were calculated for diagnostic examinations, revascularizations as well as for complication management over a 1-year follow-up. Patients with ischemia-positive CMR underwent an invasive X-ray coronary angiography (CXA) and revascularization at the discretion of the treating physician (=CMR+CXA strategy). Ischemia was found in 20.9% of patients and 17.4% of them were revascularized. In ischemia-negative patients by CMR, cardiac death and non-fatal myocardial infarctions occurred in 0.38%/y. In a hypothetical invasive arm the costs were calculated for an initial CXA followed by FFR testing in vessels with ≥50% diameter stenoses (=CXA+FFR strategy). To model this hypothetical arm, the same proportion of ischemic patients and outcome was assumed as for the CMR+CXA strategy. The coronary stenosis - FFR relationship reported in the literature was used to derive the proportion of patients with ≥50% diameter stenoses (Psten) in the study cohort. The costs of a CXA-only strategy were also calculated. Calculations were performed from a third payer perspective for the German, UK, Swiss, and US healthcare systems.

Mechanical circulatory support for destination therapy.

Patients with chronic heart failure who are not eligible for heart transplant and whose life expectancy depends mainly on the heart disease may benefit from mechanical circulatory support. Mechanical circulatory support restores adequate cardiac output and organ perfusion and eventually improves patients' clinical condition, quality of life and life expectancy. This treatment is called destination therapy (DT) and we estimate that in Switzerland more than 120 patients per year could benefit from it. In the last 10 years, design of the devices, implantation techniques and prognoses have changed dramatically. The key to successful therapy with a left ventricular assist device is appropriate patient selection, although we are still working on the definition of reliable inclusion and exclusion criteria and optimal timing for surgical implantation. Devices providing best long-term results are continuous flow, rotary or axial blood pumps implanted using minimally invasive techniques on a beating heart. These new devices (Thoratec HeartMate II and HeartWare HVAD) have only a single moving part, and have improved durability with virtually 10 years freedom from mechanical failure. In selected patients, the overall actuarial survival of DT patients is 75% at 1 year and 62% at 2 years, with a clear improvement in quality of life compared with medical management only. Complications include bleeding and infections; their overall incidence is significantly lower than with previous devices and their management is well defined. DT is evolving into an effective and reasonably cost-effective treatment option for a growing population of patients not eligible for heart transplant, showing encouraging survival rates at 2 years and providing clear improvement in quality of life. The future is bright for people suffering from chronic heart failure.

Evidence for hypothalamic ketone body sensing: impact on food intake and peripheral metabolic responses in mice.

Monocarboxylates have been implicated in the control of energy homeostasis. Among them, the putative role of ketone bodies produced notably during high-fat diet (HFD) has not been thoroughly explored. In this study, we aimed to determine the impact of a specific rise in cerebral ketone bodies on food intake and energy homeostasis regulation. A carotid infusion of ketone bodies was performed on mice to stimulate sensitive brain areas for 6 or 12 h. At each time point, food intake and different markers of energy homeostasis were analyzed to reveal the consequences of cerebral increase in ketone body level detection. First, an increase in food intake appeared over a 12-h period of brain ketone body perfusion. This stimulated food intake was associated with an increased expression of the hypothalamic neuropeptides NPY and AgRP as well as phosphorylated AMPK and is due to ketone bodies sensed by the brain, as blood ketone body levels did not change at that time. In parallel, gluconeogenesis and insulin sensitivity were transiently altered. Indeed, a dysregulation of glucose production and insulin secretion was observed after 6 h of ketone body perfusion, which reversed to normal at 12 h of perfusion. Altogether, these results suggest that an increase in brain ketone body concentration leads to hyperphagia and a transient perturbation of peripheral metabolic homeostasis.

International survey of acute stroke imaging used to make revascularization treatment decisions.

BACKGROUND: To assess the differences across continental regions in terms of stroke imaging obtained for making acute revascularization therapy decisions, and to identify obstacles to participating in randomized trials involving multimodal imaging. METHODS: STroke Imaging Repository (STIR) and Virtual International Stroke Trials Archive (VISTA)-Imaging circulated an online survey through its website, through the websites of national professional societies from multiple countries as well as through email distribution lists from STIR and the above mentioned societies. RESULTS: We received responses from 223 centers (2 from Africa, 38 from Asia, 10 from Australia, 101 from Europe, 4 from Middle East, 55 from North America, 13 from South America). In combination, the sites surveyed administered acute revascularization therapy to a total of 25,326 acute stroke patients in 2012. Seventy-three percent of these patients received intravenous (i.v.) tissue plasminogen activator (tPA), and 27%, endovascular therapy. Vascular imaging was routinely obtained in 79% (152/193) of sites for endovascular therapy decisions, and also as part of standard IV tPA treatment decisions at 46% (92/198) of sites. Modality, availability and use of acute vascular and perfusion imaging before revascularization varied substantially between geographical areas. The main obstacles to participate in randomized trials involving multimodal imaging included: mainly insufficient research support and staff (50%, 79/158) and infrequent use of multimodal imaging (27%, 43/158) . CONCLUSION: There were significant variations among sites and geographical areas in terms of stroke imaging work-up used tomake decisions both for intravenous and endovascular revascularization. Clinical trials using advanced imaging as a selection tool for acute revascularization therapy should address the need for additional resources and technical support, and take into consideration the lack of routine use of such techniques in trial planning.

Nouveaux paramètres d'exploration de la fonction plaquettaire en clinique : thrombose tardive, profilage micro-membranaire et détection de sous-populations cellulaires

Les plaquettes sanguines sont les principaux acteurs de l’hémostase primaire et de la thrombose, deux éléments majeurs de la physiopathologie vasculaire. Plusieurs médicaments régulent les fonctions plaquettaires mais peu de tests sont validés pour suivre leur efficacité en fonction de l’évolution clinique des patients. Mon doctorat a eu pour but de développer de nouvelles approches d’évaluation de la fonction plaquettaire. Deux essais cliniques réalisés sur des patients atteints de syndrome coronarien stable ont constitué la première partie de mon doctorat. La première étude met en évidence la nécessité d'une standardisation des tests biologiques pour la détection de patients répondant moins au clopidogrel, un inhibiteur du récepteur plaquettaire de l'ADP P2Y12. L’étude suivante montre le potentiel thérapeutique, chez ces patients, de l’inhibition conjointe de P2Y12 et du second récepteur plaquettaire de l'ADP P2Y1, sur la fonction plaquettaire. De plus, le suivi en temps réel par vidéomiscroscopie a permis de distinguer des effets précoces et tardifs des antiplaquettaires sur la formation du thrombus en chambre de perfusion. La seconde partie de mon doctorat concerne les microdomaines membranaires de type « lipid rafts » qui tiennent une place fondamentale dans les fonctions cellulaires et plaquettaires. Ainsi plusieurs récepteurs dépendent de ces microdomaines, régulant la fonction plaquettaire et les effets des médicaments antiplaquettaires. Cependant, les techniques d’étude de ces microdomaines sont complexes et peu adaptées aux études cliniques. Profitant de nouvelles sondes fluorescentes sensibles au niveau d’ordre liquide membranaire (OLM), nous avons développé une méthode de mesure de l’OLM par cytométrie de flux spectrale. Grâce à cette approche, nous avons montré que l’activation plaquettaire diminue l’OLM alors qu’il est augmenté chez des patients traités par un inhibiteur de la synthèse du cholestérol ou par le clopidogrel. Nous avons également mis en évidence, en condition de forces de cisaillement élevées correspondant à celles retrouvées au niveau de sténoses artérielles, une sous-population plaquettaire présentant un OLM plus bas. Le passage dans le domaine clinique de ces approches fondamentales qui privilégient l’étude dynamique des plaquettes pourrait permettre d’améliorer le diagnostique et le suivi de traitement de pathologies cardiovasculaires.

Développement d’un système d’administration de l’anesthésie en boucle fermée

En salle d’opération, les tâches de l’anesthésiste sont nombreuses. Alors que l’utilisation de nouveaux outils technologiques l’informe plus fidèlement sur ce qui se passe pour son patient, ces outils font que ses tâches deviennent plus exigeantes. En vue de diminuer cette charge de travail, nous avons considérer l’administration automatique d’agents anesthésiques en se servant de contrôle en boucle fermée. À cette fin, nous avons développé un système d’administration d’un agent anesthésique (le propofol) visant à maintenir à un niveau optimal la perte de conscience du patient pendant toute la durée d’une chirurgie. Le système comprend un ordinateur, un moniteur d’anesthésie et une pompe de perfusion. L’ordinateur est doté d’un algorithme de contrôle qui, à partir d’un indice (Bispectral IndexTM ou BIS) fournit par le moniteur d’anesthésie détermine le taux d’infusion de l’agent anesthésiant. Au départ, l’anesthésiste choisit une valeur cible pour la variable de contrôle BIS et l’algorithme, basé sur système expert, calcule les doses de perfusion de propofol de sorte que la valeur mesurée de BIS se rapproche le plus possible de la valeur cible établie. Comme interface-utilisateur pour un nouveau moniteur d’anesthésie, quatre sortes d’affichage ont été considérés: purement numérique, purement graphique, un mélange entre graphique et numérique et un affichage graphique intégré (soit bidimensionnel). À partir de 20 scenarios différents où des paramètres normaux et anormaux en anesthésie étaient présentés à des anesthésistes et des résidents, l’étude des temps de réaction, de l’exactitude des réponses et de la convivialité (évaluée par le NASA-TLX) a montré qu’un affichage qui combine des éléments graphiques et numériques était le meilleur choix comme interface du système. Une étude clinique a été réalisée pour comparer le comportement du système d’administration de propofol en boucle fermée comparativement à une anesthésie contrôlée de façon manuelle et conventionnelle où le BIS était aussi utilisé. Suite à l’approbation du comité d’éthique et le consentement de personnes ayant à subir des chirurgies générales et orthopédiques, 40 patients ont été distribués également et aléatoirement soit dans le Groupe contrôle, soit dans le Groupe boucle fermée. Après l’induction manuelle de propofol (1.5 mg/kg), le contrôle en boucle fermée a été déclenché pour maintenir l’anesthésie à une cible de BIS fixée à 45. Dans l’autre groupe, le propofol a été administré à l’aide d’une pompe de perfusion et l’anesthésiste avait aussi à garder manuellement l’indice BIS le plus proche possible de 45. En fonction du BIS mesuré, la performance du contrôle exercé a été définie comme excellente pendant les moments où la valeur du BIS mesurée se situait à ±10% de la valeur cible, bonne si comprise de ±10% à ±20%, faible si comprise de ±20% à ±30% ou inadéquate lorsque >±30%. Dans le Groupe boucle fermée, le système a montré un contrôle excellent durant 55% du temps total de l’intervention, un bon contrôle durant 29% du temps et faible que pendant 9% du temps. Le temps depuis l’arrêt de la perfusion jusqu’à l’extubation est de 9 ± 3.7 min. Dans le Groupe contrôle, un contrôle excellent, bon, et faible a été enregistré durant 33%, 33% et 15% du temps respectivement et les doses ont été changées manuellement par l’anesthésiste en moyenne 9.5±4 fois par h. L’extubation a été accomplie après 11.9 ± 3.3 min de l’arrêt de la perfusion. Dans le Groupe boucle fermée, un contrôle excellent a été obtenu plus longtemps au cours des interventions (P<0.0001) et un contrôle inadéquat moins longtemps (P=0.001) que dans le Groupe contrôle. Le système en boucle fermée d’administration de propofol permet donc de maintenir plus facilement l’anesthésie au voisinage d’une cible choisie que l’administration manuelle.

Cardiovascular effects of a medetomidine constant rate infusion at different dose levels in anaesthetized dogs

Les effets cardiovasculaires des alpha-2 agonistes, particulièrement importants chez les chiens, limitent leur utilisation en pratique vétérinaire. La perfusion à débit constant (PDC) de ces drogues, comme la médétomidine (MED) permettrait un contrôle plus précis de ces effets. Les effets hémodynamiques de plusieurs doses de MED en PDC ont été évalués chez le chien. Lors de cette étude prospective, réalisée en double aveugle, 24 chiens en santé, ont reçu de façon aléatoire une des 6 doses de MED PDC (4 chiens par groupe). Les chiens ont été ventilés mécaniquement pendant une anesthésie minimale standardisée avec de l’isoflurane dans de l’oxygène. Une dose de charge (DC) de médétomidine a été administrée aux doses de 0.2, 0.5, 1.0, 1.7, 4.0 ou 12.0 µg/kg pendant 10 minutes, après laquelle la MED PDC a été injectée à une dose identique à celle de la DC pendant 60 minutes. L’isoflurane a été administré seul pendant une heure après l’administration d’une combinaison d’ISO et de MED PDC pendant 70 minutes. La fréquence cardiaque (FC), la pression artérielle moyenne (PAM) et l’index du débit cardiaque (IC) ont été mesurés. Des prélèvements sanguins ont permis d’évaluer le profil pharmacocinétique. D’après ces études, les effets hémodynamiques de la MED PDC pendant une anesthésie à l’isoflurane ont été doses-dépendants. L’IC a diminué progressivement alors que la dose de MED augmentait avec: 14.9 (12.7), 21.7 (17.9), 27.1 (13.2), 44.2 (9.7), 47.9 (8.1), and 61.2 (14.1) % respectivement. Les quatre doses les plus basses n’ont provoqué que des changements minimes et transitoires de la FC, de la PAM et de l’IC. La pharmacocinétique apparaît clairement dose-dépendante. De nouvelles expériences seront nécessaires afin d’étudier l’utilisation clinique de la MED PDC.

Effet de la température sur l’absorption tissulaire et systémique de l’oxaliplatine administrée par voie intrapéritonéale chez l’animal

Depuis 20 ans, certains patients porteurs d’une carcinose péritonéale sont traités par une chirurgie de cytoréduction combinée avec une chimiohyperthermie intrapéritonéale (CHIP). Bien que l’oxaliplatine (OX) soit couramment utilisée lors de CHIP, une telle utilisation chez l’humain n’est supportée que par des études de phase II et il n’y a pas d’études précliniques caractérisant les propriétés de l’OX dans le contexte d’administration intrapéritonéale. L’objectif de ce projet de maîtrise est d’étudier l’effet de la température sur l’absorption tissulaire et systémique de l’OX administrée par voie intrapéritonéale chez le rat. Nous avons procédé à une perfusion intrapéritonéale de 3 différentes doses d’OX à 3 différentes températures pendant 25 minutes chez une total 35 rats Sprague-Dawley, puis effectué le dosage des concentrations d’OX dans différents compartiments. Nous avons observé une augmentation linéaire (p<0,05) entre la dose d’OX administrée et sa concentration dans tous les compartiments (péritoine, mésentère, sang portal et systémique). De plus, avec l’augmentation de la température de perfusion, nous avons observé une augmentation de la concentration d’OX dans le péritoine mais une diminution de sa concentration dans les compartiments systémique et portal (p<0,05). Ces résultats démontrent donc que la dose et l’hyperthermie augmentent indépendamment la pénétration tissulaire de l’OX et que l’hyperthermie limite son absorption systémique. Ces observations suggèrent que l’hyperthermie pourrait réduire la toxicité systémique de l’OX. Pour connaître la cinétique de l’OX, des études subséquentes doivent être faites.

Recherche sur les effets de l'analgésie périopératoire optimale (RAPO) sur la douleur et la fonction après chirurgie de la main

Essai cinique randomisé

Régulation de la fonction plaquettaire par un aptamère dirigé contre le domaine A1 du facteur Von-Willebrand

Drs Dandachli and Arzamendi contributed equally to this work.