Expected values for steps/day in special populations

Objective To assemble expected values for free-living steps/day in special populations living with chronic illnesses and disabilities. Method Studies identified since 2000 were categorized into similar illnesses and disabilities, capturing the original reference, sample descriptions, descriptions of instruments used (i.e., pedometers, piezoelectric pedometers, accelerometers), number of days worn, and mean and standard deviation of steps/day. Results Sixty unique studies represented: 1) heart and vascular diseases, 2) chronic obstructive lung disease, 3) diabetes and dialysis, 4) breast cancer, 5) neuromuscular diseases, 6) arthritis, joint replacement, and fibromyalgia, 7) disability (including mental retardation/intellectual difficulties), and 8) other special populations. A median steps/day was calculated for each category. Waist-mounted and ankle-mounted instruments were considered separately due to fundamental differences in assessment properties. For waist-mounted instruments, the lowest median values for steps/day are found in disabled older adults (1214 steps/day) followed by people living with COPD (2237 steps/day). The highest values were seen in individuals with Type 1 diabetes (8008 steps/day), mental retardation/intellectual disability (7787 steps/day), and HIV (7545 steps/day). Conclusion This review will be useful to researchers/practitioners who work with individuals living with chronic illness and disability and require such information for surveillance, screening, intervention, and program evaluation purposes. Keywords: Exercise; Walking; Ambulatory monitoring

Emergency department in hospitals, a window of the world : a preliminary comparison between Australia and China

BACKGROUND: This study aimed to make a preliminary comparison of emergency department (ED) presentations between Australia and China. The comparison could provide insights into the health systems and burden of diseases and potentially stimulate discussion about the development of acute health system in China. METHODS: An observational study was performed to compare Australian ED presentations using data obtained from a single adult tertiary-referral teaching hospital in metropolitan Brisbane against Chinese ED presentations using public domain information published in existing Chinese and international medical journals. RESULTS: There are major differences in ED presentations between Australia and China. In 2008, 1) 35.4% of patients arrived at a tertiary teaching hospital ED in Brisbane, Australia by ambulance; 2) 1.7% were treated for poisoning; 3) 1.4% for cerebral vascular disease; 4) 1.7% for cardiac disease; and 5) 42.6% for trauma. The top events diagnosed were mental health problems including general psychiatric examination, psychiatric review, alcohol abuse, and counselling for alcohol abuse, which accounted for 5.5% of all ED presentations. Among ED patients in China, 6.7% arrived at a tertiary teaching hospital by ambulance in Shenyang in 1997; 3.7% were treated for poisoning in Shanxi Zhouzhi County People's Hospital ED in 2006; 14.9% for cerebral vascular diseases at Qinghai People's Hospital ED in 1993-1995; 1.7% for cardiac diseases at the Second People's Hospital ED, Shenzhen Longgang in 1993; and 44.3% for trauma at Shanxi Zhouzhi County People's Hospital ED in 2006. The top events were trauma and poisoning among the young and cerebral infarction in the older population. CONCLUSIONS: Compared with Australian, Chinese ED patients had 1) lower ambulance usage; 2) higher proportion of poisoning; 3) higher proportion of cerebral vascular diseases; 4) similar proportion of cardiac disease; 5) similar proportion of trauma; and 6) little reported mental health problems. Possible explanations for these differences in China include a pay for service pre-hospital care system, lack of public awareness about poisons, inadequate hypertension management, and lack of recognition of mental health problems.

Clinically-indicated replacement versus routine replacement of peripheral venous catheters

BACKGROUND: US Centers for Disease Control guidelines recommend replacement of peripheral intravenous (IV) catheters no more frequently than every 72 to 96 hours. Routine replacement is thought to reduce the risk of phlebitis and bloodstream infection. Catheter insertion is an unpleasant experience for patients and replacement may be unnecessary if the catheter remains functional and there are no signs of inflammation. Costs associated with routine replacement may be considerable. This is an update of a review first published in 2010. OBJECTIVES: To assess the effects of removing peripheral IV catheters when clinically indicated compared with removing and re-siting the catheter routinely. SEARCH METHODS: For this update the Cochrane Peripheral Vascular Diseases (PVD) Group Trials Search Co-ordinator searched the PVD Specialised Register (December 2012) and CENTRAL (2012, Issue 11). We also searched MEDLINE (last searched October 2012) and clinical trials registries. SELECTION CRITERIA: Randomised controlled trials that compared routine removal of peripheral IV catheters with removal only when clinically indicated in hospitalised or community dwelling patients receiving continuous or intermittent infusions. DATA COLLECTION AND ANALYSIS: Two review authors independently assessed trial quality and extracted data. MAIN RESULTS: Seven trials with a total of 4895 patients were included in the review. Catheter-related bloodstream infection (CRBSI) was assessed in five trials (4806 patients). There was no significant between group difference in the CRBSI rate (clinically-indicated 1/2365; routine change 2/2441). The risk ratio (RR) was 0.61 but the confidence interval (CI) was wide, creating uncertainty around the estimate (95% CI 0.08 to 4.68; P = 0.64). No difference in phlebitis rates was found whether catheters were changed according to clinical indications or routinely (clinically-indicated 186/2365; 3-day change 166/2441; RR 1.14, 95% CI 0.93 to 1.39). This result was unaffected by whether infusion through the catheter was continuous or intermittent. We also analysed the data by number of device days and again no differences between groups were observed (RR 1.03, 95% CI 0.84 to 1.27; P = 0.75). One trial assessed all-cause bloodstream infection. There was no difference in this outcome between the two groups (clinically-indicated 4/1593 (0.02%); routine change 9/1690 (0.05%); P = 0.21). Cannulation costs were lower by approximately AUD 7.00 in the clinically-indicated group (mean difference (MD) -6.96, 95% CI -9.05 to -4.86; P ≤ 0.00001). AUTHORS' CONCLUSIONS: The review found no evidence to support changing catheters every 72 to 96 hours. Consequently, healthcare organisations may consider changing to a policy whereby catheters are changed only if clinically indicated. This would provide significant cost savings and would spare patients the unnecessary pain of routine re-sites in the absence of clinical indications. To minimise peripheral catheter-related complications, the insertion site should be inspected at each shift change and the catheter removed if signs of inflammation, infiltration, or blockage are present. OBJECTIVES: To assess the effects of removing peripheral IV catheters when clinically indicated compared with removing and re-siting the catheter routinely. SEARCH METHODS: For this update the Cochrane Peripheral Vascular Diseases (PVD) Group Trials Search Co-ordinator searched the PVD Specialised Register (December 2012) and CENTRAL (2012, Issue 11). We also searched MEDLINE (last searched October 2012) and clinical trials registries. SELECTION CRITERIA: Randomised controlled trials that compared routine removal of peripheral IV catheters with removal only when clinically indicated in hospitalised or community dwelling patients receiving continuous or intermittent infusions. DATA COLLECTION AND ANALYSIS: Two review authors independently assessed trial quality and extracted data. MAIN RESULTS: Seven trials with a total of 4895 patients were included in the review. Catheter-related bloodstream infection (CRBSI) was assessed in five trials (4806 patients). There was no significant between group difference in the CRBSI rate (clinically-indicated 1/2365; routine change 2/2441). The risk ratio (RR) was 0.61 but the confidence interval (CI) was wide, creating uncertainty around the estimate (95% CI 0.08 to 4.68; P = 0.64). No difference in phlebitis rates was found whether catheters were changed according to clinical indications or routinely (clinically-indicated 186/2365; 3-day change 166/2441; RR 1.14, 95% CI 0.93 to 1.39). This result was unaffected by whether infusion through the catheter was continuous or intermittent. We also analysed the data by number of device days and again no differences between groups were observed (RR 1.03, 95% CI 0.84 to 1.27; P = 0.75). One trial assessed all-cause bloodstream infection. There was no difference in this outcome between the two groups (clinically-indicated 4/1593 (0.02%); routine change 9/1690 (0.05%); P = 0.21). Cannulation costs were lower by approximately AUD 7.00 in the clinically-indicated group (mean difference (MD) -6.96, 95% CI -9.05 to -4.86; P ≤ 0.00001). AUTHORS' CONCLUSIONS: The review found no evidence to support changing catheters every 72 to 96 hours. Consequently, healthcare organisations may consider changing to a policy whereby catheters are changed only if clinically indicated. This would provide significant cost savings and would spare patients the unnecessary pain of routine re-sites in the absence of clinical indications. To minimise peripheral catheter-related complications, the insertion site should be inspected at each shift change and the catheter removed if signs of inflammation, infiltration, or blockage are present.

VEGF-C and angiopoietins in lymphangiogenesis

Angiogenesis and lymphangiogenesis occur during development as the result of tightly coordinated signalling programs to generate two hierarchically organised vascular systems. All tissues and organs are dependent on a functional blood vasculature for oxygen and nutrients, whereas the lymphatic vasculature functions to collect excess tissue fluid, passing it through lymph nodes for immune surveillance, and returning it to the blood circulation. Effectors that control developmental angiogenesis and lymphangiogenesis are also involved in pathological settings, and therefore potential targets for therapy. Vascular endothelial growth factor (VEGF) and angiopoietin (Ang) growth factors, signalling through endothelial VEGFR and Tie receptors, have been established as key regulators of angiogenic and lymphangiogenic processes in development and disease. In this study, we aimed to obtain a clearer understanding of the vascular effects of stimulation by VEGF-C, Ang1 and Ang2, all known to be involved in lymphangiogenesis. In cell culture models, we found that both intrinsic and microenvironmental regulatory mechanisms are involved in the regulation of endothelial cell phenotypes, and distinct responses to VEGF signalling are induced by specific receptor pathways in different endothelial cell types. Surprisingly, we also found that Ang1 induces sprouting lymphangiogenesis in vivo by a VEGFR-3 dependent mechanism, establishing Ang1 as a novel lymphangiogenic factor. Using inducible transgenic mouse models, we found that VEGF-C-induced lymphatic hyperplasia persisted independently of the growth factor, indicating that short pro-lymphangiogenic therapy could lead to lasting improvements in tissue oedema. While VEGF-C had blood vessel effects in embryos, no angiogenic side effects were observed in adult tissues. Furthermore, inducible transgenic expression of Ang2 during embryonic development confirmed Ang2 as an important regulator of lymphatic remodelling and mural cell contacts. The unexpected similarity of the lymphatic maturation defects caused by excess Ang2 to those observed in Ang2 deficient mice demonstrated that correct doses of Ang2 are crucial for the control of lymphatic development. Unlike Ang1, Ang2 did not induce lymphatic sprouting. Although Ang1 has been shown to be able to substitute for Ang2 during developmental lymphangiogenesis, their lymphatic effects are not identical. These findings further our understanding of the basic mechanisms of angiogenesis and lymphangiogenesis, important for the future development of targeted therapies for vascular diseases such as cancer, inflammation, lymphoedema and ischemia. VEGF-C and Ang1 especially emerged as promising candidates for pro-lymphangiogenic therapy.

The influence of OLR1 and PCSK9 gene polymorphisms on ischemic stroke: Evidence from a meta-analysis

It has been reported that both OLR1 and PCSK9 genes are related to various vascular diseases such as atherosclerosis, cardiovascular disease, peripheral artery disease and stroke, in particular ischemic stroke. The prevalence of PCSK9 rs505151 and OLR1 rs11053646 variants in ischemic stroke were 0.005 and 0.116, respectively. However, to date, association between OLR1 rs11053646 and PCSK9 rs505151 polymorphisms and the risk of ischemic stroke remains unclear and inconclusive. Therefore, this first meta-analysis was carried out to clarify the presumed influence of genetic polymorphisms on ischemic stroke, by analyzing the complete coverage of all relevant studies. All eligible case-control and cohort studies that met the search term were retrieved in multiple scientific databases. Data of interest such as demographic data and genotyping methods were extracted from each study, and the meta-analysis was performed using RevMan 5.3 and Metafor R 3.2.1. The pooled odd ratios (ORs) and 95% confidence intervals (CIs) were calculated using both fixed- and random-effect models. A total of seven case-control studies encompassing 1897 ischemic stroke cases and 2119 healthy controls were critically evaluated. Pooled results from the genetic models indicated that OLR1 rs11053646 dominant (OR=1.33. 95%CI:1.11-1.58) and co-dominant models (OR=1.24, 95%CI:1.02-1.51) were significantly associated with ischemic stroke. For PCSK9 rs505151 polymorphism, the OR of co-dominant model (OR=1.36, 95%CI:1.01-1.58) was found to be higher among ischemic stroke patients. In conclusion, the current meta-analysis highlighted that variant allele of OLR1 rs11053646 G>C and PCSK9 rs505151 A>G may contribute to the susceptibility risk of ischemic stroke.

Directional bilateral filters for smoothing fluorescence microscopy images

Images obtained through fluorescence microscopy at low numerical aperture (NA) are noisy and have poor resolution. Images of specimens such as F-actin filaments obtained using confocal or widefield fluorescence microscopes contain directional information and it is important that an image smoothing or filtering technique preserve the directionality. F-actin filaments are widely studied in pathology because the abnormalities in actin dynamics play a key role in diagnosis of cancer, cardiac diseases, vascular diseases, myofibrillar myopathies, neurological disorders, etc. We develop the directional bilateral filter as a means of filtering out the noise in the image without significantly altering the directionality of the F-actin filaments. The bilateral filter is anisotropic to start with, but we add an additional degree of anisotropy by employing an oriented domain kernel for smoothing. The orientation is locally adapted using a structure tensor and the parameters of the bilateral filter are optimized for within the framework of statistical risk minimization. We show that the directional bilateral filter has better denoising performance than the traditional Gaussian bilateral filter and other denoising techniques such as SURE-LET, non-local means, and guided image filtering at various noise levels in terms of peak signal-to-noise ratio (PSNR). We also show quantitative improvements in low NA images of F-actin filaments. (C) 2015 Author(s). All article content, except where otherwise noted, is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported License.

COVALENT LIPOPROTEIN(A) ASSEMBLY: Characterization of Oxidase Activity Responsible for Catalyzing Covalent Lipoprotein(a) Assembly

Lipoprotein(a) (Lp(a)) has been identified as an emerging risk factor for the development of vascular diseases. The Lp(a) particle is assembled in a 2-step process upon secretion of the LDL and apo(a) components from hepatocytes. Work done by the Koschinsky group has identified an oxidase-like activity present in the conditioned medium (CM) harvested from human hepatoma (HepG2), as well as HEK 293 (human endothelian kidney) cells that catalyzes the rate of covalent Lp(a) formation. We have taken a candidate enzyme approach to identifying this oxidase activity. Specifically, we have proposed that the QSOX (Quiescin/sulfhydryl oxidase) is responsible for catalysis of covalent Lp(a) assembly. An oxidase activity assay developed by Dr. Thorpe (University of Delaware) was used to detect QSOX1 in CM harvested from cultured cell lines that catalyze covalent Lp(a) assembly. In addition, the QSOX1 transcript was identified in each cell line and quantified with the use of Real-Time RT-PCR. Quantitative assays of covalent Lp(a) assembly were performed to study some characteristics of the unkwown oxidase activity. First, conditioned medium was dialyzed through a 5 kDa cutoff, as this has previously been shown to reduce the aforementioned oxidase activity. Purified QSOX was then added back to the reaction and the rate of catalysis was observed. The addition of QSOX appeared to enhance the rate of covalent Lp(a) assembly in a dose-dependent manner. Additional covalent Lp(a) assembly assays were performed where various chemicals were added to determine whether Lp(a) assembly was affected. The addition of EDTA did not affect covalent assembly, suggesting that the oxidase activity may not be metallo-dependent. Moreover, dose-dependent addition of Calcium, DTT, Copper and glutathione to dialyzed medium also did not affect the rate of Lp(a) assembly. Taken together, these studies will aid in identifying the nature of the oxidase activity that catalyzes covalent Lp(a) assembly. This will provide us with valuable information on how Lp(a) particles are assembled, and may lead to the development of drugs inhibiting Lp(a) formation.

Analysis of Lipoprotein(a) Catabolism

Elevated plasma concentrations of lipoprotein(a) [Lp(a)] have been identified as an independent risk factor for vascular diseases including coronary heart disease and stroke. In the current study, we have examined the binding and degradation of recombinant forms of apolipoprotein(a) [r-apo(a)], the unique kringle-containing moiety of Lp(a), using a cultured cell model. We found that the incubation of human hepatoma (HepG2) cells with an iodinated 17 kringle-containing (17K) recombinant form of apo(a) resulted in a two-component binding system characterized by a high affinity (Kd = 12 nM), low capacity binding site, and a low affinity (Kd = 249 nM), high capacity binding site. We subsequently determined that the high affinity binding site on HepG2 cells corresponds to the LDL receptor. In the HepG2 cell model, association of apo(a) with the LDL receptor was shown to be dependent on the formation of Lp(a) particles from endogenous LDL. Using an apo(a) mutant incapable of binding to the high affinity site through its inability to form Lp(a) particles (17KΔLBS7,8), we further demonstrated that the LDL receptor does not participate in Lp(a) catabolism. The low affinity binding component observed on HepG2 cells, familial hypercholesterolemia (FH) fibroblasts and human embryonic kidney (HEK) 293 cells may correspond to a member(s) of the plasminogen receptor family, as binding to this site(s) was decreased by the addition of the lysine analogue epsilon-aminocaproic acid. The lysine-dependent nature of the low affinity binding site was further confirmed in HepG2 binding studies utilizing r-apo(a) species with impaired lysine binding ability. We observed a reduction maximum binding capacity for 17K r-apo(a) variants lacking the strong lysine binding site (LBS) in kringle IV type 10 (17KΔAsp) and the very weak LBS in kringle V (17KΔV). Degradation of Lp(a)/apo(a) was found to be mediated exclusively by the low affinity component on both HepG2 cells and FH fibroblasts. Fluorescence confocal microscopy, using the 17K r-apo(a) variant fused to green fluorescent protein, further confirmed that degradation by the low affinity component on HepG2 cells does not proceed by the activity of cellular lysosomes. Taken together, these data suggest a potentially significant route for Lp(a)/apo(a) clearance in vivo.

Evaluation of leukocyte dynamic in mouse retinal circulation with scanning laser ophthalmoloscopy (Video report)

http://bjo.bmj.com/content/suppl/2001/06/20/85.7.DC1 Leukocyte-endothelial cell interactions play an important role in the pathogenesis of various types of retinal vascular diseases, including diabetes, uveitis, and ischemic lesions. Over the last few years, several methods have been devised in which the scanning laser ophthalmoscope (SLO) is used to study leukocyte-endothelial interactions in vivo [1,2]. Previously we reported a noninvasive in vivo leukocyte tracking method using the SLO in rat. In this method, a nontoxic fluorescent agent (6-carboxyfluorescein diacetate, CFDA) was used to label leukocytes in vitro. Leukocyte velocities within the retinal and choroidal circulations were be quantified simultaneously [3]. None of the previous methods has been developed for imaging the murine fundus, mainly due to problems arising from the small size of the mouse eye. However, there are many advantages of using a murine model to study retinal vascular diseases such as enhanced genetic definition, increased range of reagents available for immunological studies and cost reduction. We have developed our SLO method such that we can track leukocytes in the mouse retinal and choroidal circulations.

Automated retinal image quality assessment on the UK Biobank dataset for epidemiological studies

Morphological changes in the retinal vascular network are associated with future risk of many systemic and vascular diseases. However, uncertainty over the presence and nature of some of these associations exists. Analysis of data from large population based studies will help to resolve these uncertainties. The QUARTZ (QUantitative Analysis of Retinal vessel Topology and siZe) retinal image analysis system allows automated processing of large numbers of retinal images. However, an image quality assessment module is needed to achieve full automation. In this paper, we propose such an algorithm, which uses the segmented vessel map to determine the suitability of retinal images for use in the creation of vessel morphometric data suitable for epidemiological studies. This includes an effective 3-dimensional feature set and support vector machine classification. A random subset of 800 retinal images from UK Biobank (a large prospective study of 500,000 middle aged adults; where 68,151 underwent retinal imaging) was used to examine the performance of the image quality algorithm. The algorithm achieved a sensitivity of 95.33% and a specificity of 91.13% for the detection of inadequate images. The strong performance of this image quality algorithm will make rapid automated analysis of vascular morphometry feasible on the entire UK Biobank dataset (and other large retinal datasets), with minimal operator involvement, and at low cost.

Peptides vasoactifs endogènes dans la prolifération accrue des cellules musculaires lisses vasculaires de rats spontanément hypertendus: rôle des facteurs de croissance.

Contribuant à la pathophysiologie des maladies vasculaires comme dans le cas de l’hypertension, le remodelage vasculaire est associé à une altération de la croissance des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) (prolifération, taille, etc.). Or la prolifération des CMLV est augmentée par les peptides vasoactifs tels que l’angiotensine II (AngII) et l’endothéline-1 (ET-1). Ces peptides étant surexprimés lors de l’hypertension, cette étude fut entreprise pour déterminer leur contribution endogène ainsi que celles du facteur de croissance épidermique (EGF), du facteur de croissance insulinique (IGF-1) et du facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF) à la prolifération accrue des CMLV et aux mécanismes sous-jacents. Des CMLV A-10 et des CMLV de rats WKY et SHR âgés de 12 semaines ont été utilisées pour cette étude. La prolifération cellulaire fut déterminée par incorporation de [3H]thymidine. La phosphorylation de ERK 1/2 et du récepteur de EGF fut déterminée par immunobuvardage. Les CMLV de SHR, comparées à celles de WKY, ont montré une prolifération accrue qui fut atténuée par le losartan, un antagoniste du récepteur AT1 de l’AngII et par le BQ-123 et le BQ-788, antagonistes des récepteurs ETA et ETB de l’ET-1. La prolifération accrue des CMLV de SHR fut ramenée à celle des WKY par les inhibiteurs des récepteurs au PDGF (AG-1295), au IGF-1 (AG-1024) et au EGF (AG-1478). La phosphorylation du récepteur au EGF, accrue dans les CMLV de rats SHR comparée à celle des WKY, fut atténuée par le losartan, le BQ-123, le BQ-788 et l’AG-1478, mais ne fut pas atténuée par l’AG-1295 et l’AG-1024. De plus, la phosphorylation accrue de ERK 1/2 dans les CMLV de rats SHR fut atténuée par le losartan, le BQ-123, le BQ-788 et les inhibiteurs des récepteurs aux facteurs de croissance. Parallèlement, le rôle de la transactivation de EGF-R dans la prolifération accrue induite par AngII et ET-1 fut aussi examiné dans les CMLV A-10. L’augmentation, induite par AngII et ET-1, de la prolifération et de la phosphorylation de ERK 1/2 dans les CMLV A-10 fut ramenée au niveau contrôle par AG-1478. Ces données suggèrent que les peptides vasoactifs endogènes induisent la prolifération accrue des CMLV par la signalisation des MAP kinases résultant de la transactivation de EGF-R.

Cardiologie nucléaire du 21ième siècle : nouveautés et réalités

Les maladies cardio-vasculaires demeurent une cause majeure de mortalité et morbidité dans les sociétés développées. La recherche de déterminants prédictifs d’évènements vasculaires représente toujours un enjeu d’actualité face aux coûts croissants des dépenses reliées aux soins médicaux et à l’élargissement des populations concernées, notamment face à l’occidentalisation des pays émergeants comme l’Inde, le Brésil et la Chine. La cardiologie nucléaire occupe depuis trente ans, une place essentielle dans l’arsenal des méthodes diagnostiques et pronostiques des cardiopathies. De plus, de nouvelles percées permettront de dépister d’une façon plus précoce et précise, la maladie athérosclérotique cardiaque et périphérique chez les populations atteintes ainsi qu’en prévention primaire. Nous présenterons dans cette thèse, deux approches nouvelles de la cardiologie nucléaire. La dysfonction endothéliale est considérée comme le signal pathologique le plus précoce de l’athérosclérose. Les facteurs de risques cardiovasculaires traditionnels atteignent la fonction endothéliale et peuvent initier le processus d’athérosclérose même en l’absence de lésion endothéliale physique. La quantification de la fonction endothéliale coronarienne comporte donc un intérêt certain comme biomarqueur précoce de la maladie coronarienne. La pléthysmographie isotopique, méthodologie développée lors de ce cycle d’étude, permet de quantifier la fonction endothéliale périphérique, cette dernière étant corrélée à la fonction endothéliale coronarienne. Cette méthodologie est démontrée dans le premier manuscrit (Harel et. al., Physiol Meas., 2007). L’utilisation d’un radiomarquage des érythrocytes permet la mesure du flot artériel au niveau du membre supérieur pendant la réalisation d’une hyperémie réactive locale. Cette nouvelle procédure a été validée en comparaison à la pléthysmographie par jauge de contrainte sur une cohorte de 26 patients. Elle a démontré une excellente reproductibilité (coefficient de corrélation intra-classe = 0.89). De plus, la mesure du flot artérielle pendant la réaction hyperémique corrélait avec les mesure réalisées par la méthode de référence (r=0.87). Le deuxième manuscrit expose les bases de la spectroscopie infrarouge comme méthodologie de mesure du flot artériel et quantification de la réaction hyperémique (Harel et. al., Physiol Meas., 2008). Cette étude utilisa un protocole de triples mesures simultanées à l’aide de la pléthysmographie par jauge de contrainte, radio-isotopique et par spectroscopie infrarouge. La technique par spectroscopie fut démontrée précise et reproductible quant à la mesure des flots artériels au niveau de l’avant-bras. Cette nouvelle procédure a présenté des avantages indéniables quant à la diminution d’artéfact et à sa facilité d’utilisation. Le second volet de ma thèse porte sur l’analyse du synchronisme de contraction cardiaque. En effet, plus de 30% des patients recevant une thérapie de resynchronisation ne démontre pas d’amélioration clinique. De plus, ce taux de non-réponse est encore plus élevé lors de l’utilisation de critères morphologiques de réponse à la resynchronisation (réduction du volume télésystolique). Il existe donc un besoin urgent de développer une méthodologie de mesure fiable et précise de la dynamique cardiaque. Le troisième manuscrit expose les bases d’une nouvelle technique radio-isotopique permettant la quantification de la fraction d’éjection du ventricule gauche (Harel et. al. J Nucl Cardiol., 2007). L’étude portant sur 202 patients a démontré une excellente corrélation (r=0.84) avec la méthode de référence (ventriculographie planaire). La comparaison avec le logiciel QBS (Cedar-Sinai) démontrait un écart type du biais inférieur (7.44% vs 9.36%). De plus, le biais dans la mesure ne démontrait pas de corrélation avec la magnitude du paramètre pour notre méthodologie, contrairement au logiciel alterne. Le quatrième manuscrit portait sur la quantification de l’asynchronisme intra-ventriculaire gauche (Harel et. al. J Nucl Cardiol, 2008). Un nouveau paramètre tridimensionnel (CHI: contraction homogeneity index) (médiane 73.8% ; IQ 58.7% - 84.9%) permis d’intégrer les composantes d’amplitude et du synchronisme de la contraction ventriculaire. La validation de ce paramètre fut effectuée par comparaison avec la déviation standard de l’histogramme de phase (SDΦ) (médiane 28.2º ; IQ 17.5º - 46.8º) obtenu par la ventriculographie planaire lors d’une étude portant sur 235 patients. Ces quatre manuscrits, déjà publiés dans la littérature scientifique spécialisée, résument une fraction des travaux de recherche que nous avons effectués durant les trois dernières années. Ces travaux s’inscrivent dans deux axes majeurs de développement de la cardiologie du 21ième siècle.

Étude de la relation entre les conformations et la signalisation des 7TMRs

L’interaction d’un ligand avec un récepteur à sept domaines transmembranaires (7TMR) couplé aux protéines G, mène à l’adoption de différentes conformations par le récepteur. Ces diverses conformations pourraient expliquer l’activation différentielle des voies de signalisation. Or, le lien entre la conformation et l’activité du récepteur n’est pas tout à fait claire. Selon les modèles classiques pharmacologiques, comme le modèle du complexe ternaire, il n’existe qu’un nombre limité de conformations qu’un récepteur peut adopter. Afin d’établir un lien entre la structure et la fonction des récepteurs, nous avons choisi dans un premier temps, le récepteur de chimiokine CXCR4 comme récepteur modèle. Ce dernier, est une cible thérapeutique prometteuse, impliqué dans l’entrée du VIH-1 dans les cellules cibles et dans la dissémination de métastases cancéreuses. Grâce au transfert d’énergie par résonance de bioluminescence (BRET) nous pouvons détecter les changements conformationnels des homodimères constitutifs de CXCR4 dans les cellules vivantes. En conséquence, nous avons mesuré les conformations de mutants de CXCR4 dont les mutations affecteraient sa fonction. Nous montrons que la capacité des mutants à activer la protéine Galphai est altérée suite au traitement avec l’agoniste SDF-1. Notamment, ces mutations altèrent la conformation du récepteur à l’état basal ainsi que la réponse conformationnelle induite suite au traitement avec l’agoniste SDF-1, l’agoniste partiel AMD3100 ou l’agoniste inverse TC14012. Ainsi, différentes conformations de CXCR4 peuvent donner lieu à une activation similaire de la protéine G, ce qui implique une flexibilité des récepteurs actifs qui ne peut pas être expliquée par le modèle du complexe ternaire (Berchiche et al. 2007). Également, nous nous sommes intéressés au récepteur de chimiokine CCR2, exprimé à la surface des cellules immunitaires. Il joue un rôle important dans l’inflammation et dans des pathologies inflammatoires telles que l’asthme. CCR2 forme des homodimères constitutifs et possède différents ligands naturels dont la redondance fonctionnelle a été suggérée. Nous avons étudié le lien entre les conformations et les activations d’effecteurs (fonctions) de CCR2. Notre hypothèse est que les différents ligands naturels induisent différentes conformations du récepteur menant à différentes fonctions. Nous montrons que les réponses de CCR2 aux différents ligands ne sont pas redondantes au niveau pharmacologique et que les chimiokines CCL8, CCL7 et CCL13 (MCP-2 à MCP-4) sont des agonistes partiels de CCR2, du moins dans les systèmes que nous avons étudiés. Ainsi, l’absence de redondance fonctionnelle parmi les chimiokines liant le même récepteur, ne résulterait pas de mécanismes complexes de régulation in vivo, mais ferait partie de leurs propriétés pharmacologiques intrinsèques (Berchiche et al. 2011). Enfin, nous nous sommes intéressés au récepteur de chimiokine CXCR7. Récemment identifié, CXCR7 est le deuxième récepteur cible de la chimiokine SDF-1. Cette chimiokine a été considérée comme étant capable d’interagir uniquement avec le récepteur CXCR4. Notamment, CXCR4 et CXCR7 possèdent un patron d’expression semblable dans les tissus. Nous avons évalué l’effet de l’AMD3100, ligand synthétique de CXCR4, sur la conformation et la signalisation de CXCR7. Nos résultats montrent qu’AMD3100, tout comme SDF-1, lie CXCR7 et augmente la liaison de SDF-1 à CXCR7. Grâce au BRET, nous montrons aussi qu’AMD3100 seul est un agoniste de CXCR7 et qu’il est un modulateur allostérique positif de la liaison de SDF-1 à CXCR7. Aussi, nous montrons pour la première fois le recrutement de la beta-arrestine 2 à CXCR7 en réponse à un agoniste. L’AMD3100 est un ligand de CXCR4 et de CXCR7 avec des effets opposés, ce qui appelle à la prudence lors de l’utilisation de cette molécule pour l’étude des voies de signalisation impliquant SDF-1 (Kalatskaya et al. 2009). En conclusion, nos travaux amènent des évidences qu’il existe plusieurs conformations actives des récepteurs et appuient les modèles de structure-activité des récepteurs qui prennent en considération leur flexibilité conformationnelle.

Examen de la mémoire épisodique dans le trouble cognitif léger : effet modérateur des comorbidités vasculaires

Le fardeau vasculaire (présence de maladies vasculaires et/ou cérébrovasculaires) est associé à une augmentation des troubles cognitifs chez les personnes âgées, ainsi qu’à un plus haut risque de démence vasculaire (DV) et de démence de type Alzheimer (DTA). Un nombre restreint de travaux a porté sur l’impact du fardeau vasculaire sur la cognition des personnes avec trouble cognitif léger (TCL). Pourtant, les personnes avec TCL représentent une population d’intérêt puisqu’elles sont à haut risque d’évoluer vers une démence. Cette thèse comprend trois articles de revue qui visent à exposer les connaissances entourant la santé vasculaire et la cognition des personnes âgées et trois articles empiriques (Chapitres 5, 6, 7). La première étude empirique traite de l’impact du fardeau vasculaire sur la cognition des personnes TCL et a comme objectif de spécifier quelles fonctions cognitives sont affectées par le fardeau vasculaire et dans quelle mesure le fardeau vasculaire influence l’hétérogénéité des TCL (Chapitre 5). Dans le cadre de la deuxième étude, nous avons examiné l’intégrité des processus stratégiques et non stratégiques de mémorisation des TCL avec et sans fardeau vasculaire, afin d’évaluer si ces processus diffèrent quantitativement et qualitativement entre ces deux groupes (Chapitre 6). Enfin, dans la troisième étude nous avons évalué les capacités d’association (binding) ainsi que la résistance à l’interférence des personnes TCL, les liens entre ces processus mnésiques et différents marqueurs cérébraux en plus des facteurs permettant de prédire l’évolution vers une démence (Chapitre 7). Les résultats présentés dans cette thèse appuient l’hypothèse selon laquelle le fardeau vasculaire influence le profil cognitif des TCL. Dans un premier temps, nous avons montré que le fardeau vasculaire est associé à une atteinte exécutive plus importante chez les TCL (Chapitre 5). De plus, nos résultats suggèrent que le fardeau vasculaire influence la classification clinique de ces derniers, puisque ceux dont le fardeau est élevé répondent davantage aux critères de TCL amnestique domaine multiple (trouble de mémoire plus au moins un autre déficit cognitif) tandis que ceux sans fardeau répondent davantage aux critères de TCL amnestique domaine unique (trouble isolé de la mémoire). Dans un deuxième temps, nous avons montré des différences dans la nature des processus mnésiques atteints chez les TCL avec et sans fardeau vasculaire (Chapitre 6). Alors que les premiers présentent une atteinte prédominante des processus stratégiques de mémorisation, les seconds présentent une atteinte des processus stratégiques et non stratégiques de mémorisation. Lorsque seuls les résultats des TCL ayant évolué vers une démence sont analysés, le patron d’atteinte est similaire puisque les TCL vasculaires sont quantitativement moins touchés que les TCL non-vasculaires au niveau des processus non-stratégiques de mémorisation. Enfin, tant les TCL qui progressent vers une démence que les TCL qui restent stables après un suivi de trois ans éprouvent tous des difficultés de mémoire associative et sont sensibles à l’interférence proactive (Chapitre 7). De plus, le fardeau vasculaire est associé à la sensibilité à l’interférence alors que le volume hippocampique est associé aux difficultés de mémoire associative. Enfin, nos résultats indiquent que les TCL qui éprouvent des difficultés de mémoire associative sont plus à risque d’évoluer vers une démence que les TCL ne présentant pas ces mêmes difficultés. De façon globale, les résultats de cette thèse révèlent que le fardeau vasculaire joue un rôle important dans l’hétérogénéité des TCL.

Modulation de la néovascularisation post-ischémique en présence de facteurs de risque cardiovasculaire

L’athérosclérose est la principale cause d’infarctus du myocarde, de mort subite d’origine cardiaque, d’accidents vasculaires cérébraux et d’ischémie des membres inférieurs. Celle-ci cause près de la moitié des décès dans les pays industrialisés. Lorsque les obstructions artérielles athérosclérotiques sont tellement importantes que les techniques de revascularisation directe ne peuvent être effectuées avec succès, la sévérité de l’ischémie tissulaire résiduelle dépendra de l’habilité de l’organisme à développer spontanément de nouveaux vaisseaux sanguins (néovascularisation). La néovascularisation postnatale est le résultat de deux phénomènes : la formation de nouveaux vaisseaux à partir de la vasculature existante (angiogenèse) et la formation de vaisseaux à partir de cellules souches progénitrices (vasculogenèse). Notre laboratoire a démontré que plusieurs facteurs de risque associés aux maladies cardiovasculaires (tabagisme, vieillissement, hypercholestérolémie) diminuaient également la réponse angiogénique suite à une ischémie. Cependant, les mécanismes précis impliqués dans cette physiopathologie sont encore inconnus. Un point commun à tous ces facteurs de risque cardiovasculaire est l’augmentation du stress oxydant. Ainsi, le présent ouvrage visait à élucider l’influence de différents facteurs de risque cardiovasculaire et du stress oxydant sur la néovascularisation. Nos résultats démontrent que l’exposition à la fumée de cigarette et le vieillissement sont associés à une diminution de la néovascularisation en réponse à l’ischémie, et que ceci est au moins en partie causé par une augmentation du stress oxydant. De plus, nous démontrons que les acides gras dérivés de la diète peuvent affecter la réponse à l’ischémie tissulaire. La première étude du projet de recherche visait à évaluer l’impact de l’exposition à la fumée de cigarette sur la néovascularisation post-ischémique, et l’effet d’une thérapie antioxydante. L’exposition à la fumée de cigarette a été associée à une réduction significative de la récupération du flot sanguin et de la densité des vaisseaux dans les muscles ischémiques. Cependant, une récupération complète de la néovascularisation a été démontrée chez les souris exposées à la fumée de cigarette et traitées au probucol ou aux vitamines antioxydantes. Nous avons démontré qu’une thérapie antioxydante administrée aux souris exposées à la fumée de cigarette était associée à une réduction significative des niveaux de stress oxydant dans le plasma et dans les muscles ischémiques. De plus, les cellules endothéliales progénitrices (EPCs) exposées à de l’extrait de fumée de cigarette in vitro présentent une diminution significative de leur activité angiogénique (migration, adhésion et incorporation dans les tissus ischémiques) qui a été complètement récupérée par le probucol et les vitamines antioxydantes. La deuxième étude avait pour but d’investiguer le rôle potentiel de la NADPH oxydase (Nox2) pour la modulation de la néovascularisation post-ischémique dans le contexte du vieillissement. Nous avons trouvé que l’expression de la Nox2 est augmentée par le vieillissement dans les muscles ischémiques des souris contrôles. Ceci est associé à une réduction significative de la récupération du flot sanguin après l’ischémie chez les vieilles souris contrôles comparées aux jeunes. Nous avons aussi démontré que la densité des capillaires et des artérioles est significativement réduite dans les muscles ischémiques des animaux vieillissants alors que les niveaux de stress oxydant sont augmentés. La déficience en Nox2 réduit les niveaux de stress oxydant dans les tissus ischémiques et améliore la récupération du flot sanguin et la densité vasculaire chez les animaux vieillissants. Nous avons aussi démontré que l’activité fonctionnelle des EPCs (migration et adhésion à des cellules endothéliales matures) est significativement diminuée chez les souris vieillissantes comparée aux jeunes. Cependant, la déficience en Nox2 est associée à une récupération de l’activité fonctionnelle des EPCs chez les animaux vieillissants. Nous avons également démontré une augmentation pathologique du stress oxydant dans les EPCs isolées d’animaux vieillissants. Cette augmentation de stress oxydant dans les EPCs n’est pas présente chez les animaux déficients en Nox2. La troisième étude du projet de recherche a investigué l’effet des acides gras dérivés de la diète sur la néovascularisation postnatale. Pour ce faire, les souris ont reçu une diète comprenant 20% d’huile de maïs (riche en oméga-6) ou 20% d’huile de poisson (riche en oméga-3). Nos résultats démontrent qu’une diète riche en oméga-3 améliore la néovascularisation post-ischémique au niveau macro-vasculaire, micro-vasculaire et clinique comparée à une diète riche en oméga-6. Cette augmentation de la néovascularisation postnatale est associée à une réduction du ratio cholestérol total/cholestérol HDL dans le sérum et à une amélioration de la voie VEGF/NO dans les tissus ischémiques. De plus, une diète riche en acides gras oméga-3 est associée à une augmentation du nombre d’EPCs au niveau central (moelle osseuse) et périphérique (rate). Nous démontrons aussi que l’activité fonctionnelle des EPCs (migration et incorporation dans des tubules de cellules endothéliales matures) est améliorée et que le niveau de stress oxydant dans les EPCs est réduit par la diète riche en oméga-3. En conclusion, nos études ont permis de déterminer l’impact de différents facteurs de risque cardiovasculaire (tabagisme et vieillissement) et des acides gras dérivés de la diète (oméga-3) sur la néovascularisation post-ischémique. Nous avons aussi identifié plusieurs mécanismes qui sont impliqués dans cette physiopathologie. Globalement, nos études devraient contribuer à mieux comprendre l’effet du tabagisme, du vieillissement, des oméga-3, et du stress oxydant sur l’évolution des maladies vasculaires ischémiques.