Bactericidal/permeability-increasing protein attenuates systemic inflammation and acute lung injury in porcine lower limb ischemia-reperfusion injury.

OBJECTIVE: To investigate the role of recombinant bactericidal/permeability-increasing protein (rBPI21) in the attenuation of the sepsis syndrome and acute lung injury associated with lower limb ischemia-reperfusion (I/R) injury. SUMMARY BACKGROUND DATA: Gut-derived endotoxin has been implicated in the conversion of the sterile inflammatory response to a lethal sepsis syndrome after lower torso I/R injury. rBPI21 is a novel antiendotoxin therapy with proven benefit in sepsis. METHODS: Anesthetized ventilated swine underwent midline laparotomy and bilateral external iliac artery occlusion for 2 hours followed by 2.5 hours of reperfusion. Two groups (n = 6 per group) were randomized to receive, by intravenous infusion over 30 minutes, at the start of reperfusion, either thaumatin, a control-protein preparation, at 2 mg/kg body weight, or rBPI21 at 2 mg/kg body weight. A control group (n = 6) underwent laparotomy without further treatment and was administered thaumatin at 2 mg/kg body weight after 2 hours of anesthesia. Blood from a carotid artery cannula was taken every half-hour for arterial blood gas analysis. Plasma was separated and stored at -70 degrees C for later determination of plasma tumor necrosis factor (TNF)-alpha, interleukin (IL)-6 by bioassay, and IL-8 by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), as a markers of systemic inflammation. Plasma endotoxin concentration was measured using ELISA. Lung tissue wet-to-dry weight ratio and myeloperoxidase concentration were used as markers of edema and neutrophil sequestration, respectively. Bronchoalveolar lavage protein concentration was measured by the bicinclinoic acid method as a measure of capillary-alveolar protein leak. The alveolar-arterial gradient was measured; a large gradient indicated impaired oxygen transport and hence lung injury. RESULTS: Bilateral hind limb I/R injury increased significantly intestinal mucosal acidosis, intestinal permeability, portal endotoxemia, plasma IL-6 concentrations, circulating phagocytic cell priming and pulmonary leukosequestration, edema, capillary-alveolar protein leak, and impaired gas exchange. Conversely, pigs treated with rBPI21 2 mg/kg at the onset of reperfusion had significantly reduced intestinal mucosal acidosis, portal endotoxin concentrations, and circulating phagocytic cell priming and had significantly less pulmonary edema, leukosequestration, and respiratory failure. CONCLUSIONS: Endotoxin transmigration across a hyperpermeable gut barrier, phagocytic cell priming, and cytokinemia are key events of I/R injury, sepsis, and pulmonary dysfunction. This study shows that rBPI21 ameliorates these adverse effects and may provide a novel therapeutic approach for prevention of I/R-associated sepsis syndrome.

The effect of a segmental, localized lower limb cooling protocol on muscular strength and balance

The human neuromuscular system is susceptible to changes within the thermal environment. Cold extrinsic temperatures can significantly reduce muscle and nervous system function and communication, which can have consequences for motor performance. A repeated measures design protocol exposed participants to a 12°C cold water immersion (CWI) up to the ankle, knee, and hip to determine the effect that reduced skin and muscle temperature had on balance and strength task execution. Although a linear reduction in the ability to perform balance tasks was seen from the control condition through to the hip CWI, results from the study indicated a significant reduction in dynamic balance (Star Excursion Balance Test reach distance) performance from only the hip CWI (P<0.05). This reduced performance could have been due to an increase in joint stiffness, increased agonist-antagonist co-contraction, and/or reduced isokinetic muscular strength. Reduced physical performance due to cold temperature could negatively impact outdoor recreational athletics.

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

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