ISOLATION, LOCALIZATION, AND CARDIOVASCULAR ACTIVITY OF TACHYKININS FROM THE STOMACH OF THE BOWFIN AMIA-CALVA

The bowfin is an extant representative of an ancient group of ray-finned fish with evolutionary connections to modern teleosts. A peptide with substance P-like immunoreactivity was isolated from an extract of bowfin stomach and its primary structure was established as Ser-Lys-Ser-His-Gln-Phe-Tyr-Gly-Leu-Met-NH2. This amino acid sequence resembles mammalian substance P only in the COOH-terminal region of the peptide. A second tachykinin with neurokinin A-like immunoreactivity isolated from the extract comprises 23 amino acid residues and shows limited structural similarity to mammalian neuropeptide-gamma. A randomly distributed population of cells in the gastric glands of the bowfin were immunostained with an antiserum raised against substance P, but no immunopositive structures were identified in the surface epithelium, lamina propria, or the nerve plexuses of the submucosa. Bolus injections of synthetic bowfin substance P (0.1-10 nmol/kg) into the bulbus arteriosus of unanesthetized bowfin resulted in a significant and dose-dependent rise in vascular resistance and arterial blood pressure (P < 0.01) and a fall in cardiac output (P < 0.05) without change in heart rate. After 5-10 min, arterial pressure and vascular resistance returned to preinjection levels, but cardiac output significantly (P < 0.05) increased over baseline values. The response to the peptide was unaffected by pretreatment of the animals with phentolamine. The study has shown that the stomach of the bowfin synthesizes tachykinins with novel structural features that display cardiovascular activity in this species.

An efficacy and mechanism evaluation study of Levosimendan for the Prevention of Acute oRgan Dysfunction in Sepsis (LeoPARDS): Protocol for a randomized controlled trial

Background

Organ dysfunction consequent to infection (‘severe sepsis’) is the leading cause of admission to an intensive care unit (ICU). In both animal models and early clinical studies the calcium channel sensitizer levosimendan has been demonstrated to have potentially beneficial effects on organ function. The aims of the Levosimendan for the Prevention of Acute oRgan Dysfunction in Sepsis (LeoPARDS) trial are to identify whether a 24-hour infusion of levosimendan will improve organ dysfunction in adults who have septic shock and to establish the safety profile of levosimendan in this group of patients.

This is a multicenter, randomized, double-blind, parallel group, placebo-controlled trial. Adults fulfilling the criteria for systemic inflammatory response syndrome due to infection, and requiring vasopressor therapy, will be eligible for inclusion in the trial. Within 24 hours of meeting these inclusion criteria, patients will be randomized in a 1:1 ratio stratified by the ICU to receive either levosimendan (0.05 to 0.2 μg.kg^-1.min^-1 or placebo for 24 hours in addition to standard care. The primary outcome measure is the mean Sequential Organ Failure Assessment (SOFA) score while in the ICU. Secondary outcomes include: central venous oxygen saturations and cardiac output; incidence and severity of renal failure using the Acute Kidney Injury Network criteria; duration of renal replacement therapy; serum bilirubin; time to liberation from mechanical ventilation; 28-day, hospital, 3 and 6 month survival; ICU and hospital length-of-stay; and days free from catecholamine therapy. Blood and urine samples will be collected on the day of inclusion, at 24 hours, and on days 4 and 6 post-inclusion for investigation of the mechanisms by which levosimendan might improve organ function. Eighty patients will have additional blood samples taken to measure levels of levosimendan and its active metabolites OR-1896 and OR-1855. A total of 516 patients will be recruited from approximately 25 ICUs in the United Kingdom.

This trial will test the efficacy of levosimendan to reduce acute organ dysfunction in adult patients who have septic shock and evaluate its biological mechanisms of action.

Surviving Sepsis Campaign: international guidelines for management of severe sepsis and septic shock: 2008.

OBJECTIVE: To provide an update to the original Surviving Sepsis Campaign clinical management guidelines, "Surviving Sepsis Campaign Guidelines for Management of Severe Sepsis and Septic Shock," published in 2004. DESIGN: Modified Delphi method with a consensus conference of 55 international experts, several subsequent meetings of subgroups and key individuals, teleconferences, and electronic-based discussion among subgroups and among the entire committee. This process was conducted independently of any industry funding. METHODS: We used the Grades of Recommendation, Assessment, Development and Evaluation (GRADE) system to guide assessment of quality of evidence from high (A) to very low (D) and to determine the strength of recommendations. A strong recommendation (1) indicates that an intervention's desirable effects clearly outweigh its undesirable effects (risk, burden, cost) or clearly do not. Weak recommendations (2) indicate that the tradeoff between desirable and undesirable effects is less clear. The grade of strong or weak is considered of greater clinical importance than a difference in letter level of quality of evidence. In areas without complete agreement, a formal process of resolution was developed and applied. Recommendations are grouped into those directly targeting severe sepsis, recommendations targeting general care of the critically ill patient that are considered high priority in severe sepsis, and pediatric considerations. RESULTS: Key recommendations, listed by category, include early goal-directed resuscitation of the septic patient during the first 6 hrs after recognition (1C); blood cultures before antibiotic therapy (1C); imaging studies performed promptly to confirm potential source of infection (1C); administration of broad-spectrum antibiotic therapy within 1 hr of diagnosis of septic shock (1B) and severe sepsis without septic shock (1D); reassessment of antibiotic therapy with microbiology and clinical data to narrow coverage, when appropriate (1C); a usual 7-10 days of antibiotic therapy guided by clinical response (1D); source control with attention to the balance of risks and benefits of the chosen method (1C); administration of either crystalloid or colloid fluid resuscitation (1B); fluid challenge to restore mean circulating filling pressure (1C); reduction in rate of fluid administration with rising filing pressures and no improvement in tissue perfusion (1D); vasopressor preference for norepinephrine or dopamine to maintain an initial target of mean arterial pressure > or = 65 mm Hg (1C); dobutamine inotropic therapy when cardiac output remains low despite fluid resuscitation and combined inotropic/vasopressor therapy (1C); stress-dose steroid therapy given only in septic shock after blood pressure is identified to be poorly responsive to fluid and vasopressor therapy (2C); recombinant activated protein C in patients with severe sepsis and clinical assessment of high risk for death (2B except 2C for postoperative patients). In the absence of tissue hypoperfusion, coronary artery disease, or acute hemorrhage, target a hemoglobin of 7-9 g/dL (1B); a low tidal volume (1B) and limitation of inspiratory plateau pressure strategy (1C) for acute lung injury (ALI)/acute respiratory distress syndrome (ARDS); application of at least a minimal amount of positive end-expiratory pressure in acute lung injury (1C); head of bed elevation in mechanically ventilated patients unless contraindicated (1B); avoiding routine use of pulmonary artery catheters in ALI/ARDS (1A); to decrease days of mechanical ventilation and ICU length of stay, a conservative fluid strategy for patients with established ALI/ARDS who are not in shock (1C); protocols for weaning and sedation/analgesia (1B); using either intermittent bolus sedation or continuous infusion sedation with daily interruptions or lightening (1B); avoidance of neuromuscular blockers, if at all possible (1B); institution of glycemic control (1B), targeting a blood glucose < 150 mg/dL after initial stabilization (2C); equivalency of continuous veno-veno hemofiltration or intermittent hemodialysis (2B); prophylaxis for deep vein thrombosis (1A); use of stress ulcer prophylaxis to prevent upper gastrointestinal bleeding using H2 blockers (1A) or proton pump inhibitors (1B); and consideration of limitation of support where appropriate (1D). Recommendations specific to pediatric severe sepsis include greater use of physical examination therapeutic end points (2C); dopamine as the first drug of choice for hypotension (2C); steroids only in children with suspected or proven adrenal insufficiency (2C); and a recommendation against the use of recombinant activated protein C in children (1B). CONCLUSIONS: There was strong agreement among a large cohort of international experts regarding many level 1 recommendations for the best current care of patients with severe sepsis. Evidenced-based recommendations regarding the acute management of sepsis and septic shock are the first step toward improved outcomes for this important group of critically ill patients.

Men and women differ in their cardiovascular responses to affective pictures

Empirical evidence supports the hypothesis that emotional states might contribute to cardiovascular disease and health through multiple pathways. To the extent that the acute cardiovascular response to emotional events plays a role in cardiovascular health and disease, an essential step in order to understand this possible link is to define the hemodynamic response to affective challenges. This was the aim of the present study. We assessed blood pressure (BP), heart rate (HR), stroke volume (SV), cardiac output, and total peripheral resistance (TPR) in response to 13 picture series in 18 men and 19 women (mean age 26) in order to investigate their hemodynamic responses associated with activation of the appetitive and defensive motivational systems underlying emotional experience. The hemodynamic parameters were recorded by finger-cuff photoplethysmography with Finometer™ (FMS Finapres Medical Systems, Amsterdam) and electrocardiography with the Lifeshirt system (VivoMetrics Inc., Ventura, California). Participants rated self-perceived pleasantness and arousal for each series. In men, BP and SV, but not TPR, increased with increasing self-rated arousal both for appetitive and defensive activation, whereas in women these relationships were almost absent, especially, for defensive activation. HR decelerated more in response to negative than positive and neutral pictures, and more so in men than women. These findings indicate striking sex differences. In particular, it is suggested that the sympathetic inotropic effect to the heart increases with increasing self-rated arousal strongly in men but only weakly in women. Regardless of sex differences, the modulation of the cardiovascular response to affective pictures along the dimensions of pleasantness and arousal is primarily myocardial, and the pattern of cardiovascular response is consistent with a configuration of cardiac sympathetic-parasympathetic coactivation. One possible implication of the observed sex differences concerns the link between affective states and cardiovascular health and disease. Men have a higher incidence of cardiovascular diseases than premenopausal women, and exaggerated sympathetic reactivity to emotional events is a potential pathophysiological mechanism. These findings extend current knowledge showing that under several acute behavioral challenges men demonstrate stronger cardiovascular reactivity than women.

Angiotensin II favors progression to heart failure in diabetic hearts: role of myocardial fatty acid oxidation downregulation

Purpose: Diabetic myocardium is particularly vulnerable to develop heart failure in response to chronic stress conditions including hypertension or myocardial infarction. We have recently observed that angiotensin II (Ang II)-mediated downregulation of the fatty acid oxidation pathway favors occurrence of heart failure by myocardial accumulation of lipids (lipotoxicity). Because diabetic heart is exposed to high levels of circulating fatty acid, we determined whether insulin resistance favors development of heart failure in mice with Ang II-mediated myocardial remodeling.Methods: To study the combined effect of diabetes and Ang II-induced heart remodeling, we generated leptin-deficient/insulin resistant (Lepob/ob) mice with cardiac targeted overexpression of angiotensinogen (TGAOGN). Left ventricular (LV) failure was indicated by pulmonary congestion (lung weight/tibial length>+2SD of wild-type mice). Myocardial metabolism and function were assessed during in vitro isolated working heart perfusion.Results: Forty-eight percent of TGAOGN mice without insulin resistance exhibited pulmonary congestion at the age of 6 months associated with increased myocardial BNP expression (+375% compared with WT) and reduced LV power (developed pressure x cardiac output; -15%). The proportion of mice presenting heart failure was markedly increased to 71% in TGAOGN mice with insulin resistance (TGAOGN/Lepob/ob). TGAOGN/Lepob/ob mice with heart failure exhibited further increase of BNP compared with failing non-diabetic TGAOGN mice (+146%) and further reduction of cardiac power (-59%). Mice with insulin resistance alone (Lepob/ob) did not exhibit signs of heart failure or LV dysfunction. Myocardial fatty acid oxidation measured during in vitro perfusion was markedly increased in non-failing hearts from Lepob/ob mice (+380% compared with WT) and glucose oxidation decreased (-72%). In contrast, fatty acid and glucose oxidation did not differ from Lepob/ob mice in hearts from TGAOGN/Lepob/ob mice without heart failure. However, both fatty acid and glucose oxidation were markedly decreased (-47% and -48%, respectively, compared with WT/Lepob/+) in failing hearts from TGAOGN/Lepob/ob mice. Reduction of fatty acid oxidation was associated with marked reduction of protein expression of a number of regulatory enzymes implied in fatty acid oxidation.Conclusions: Insulin resistance favors the progression to heart failure during chronic exposure of the myocardium to Ang II. Our results are compatible with a role of Ang II-mediated downregulation of fatty acid oxidation, potentially promoting lipotoxicity.

Acute endotoxemia inhibits microvascular nitric oxide-dependent vasodilation in humans.

Nitric oxide (NO) is crucial for the microvascular homeostasis, but its role played in the microvascular alterations during sepsis remains controversial. We investigated NO-dependent vasodilation in the skin microcirculation and plasma levels of asymmetric dimethylarginine (ADMA), a potent endogenous inhibitor of the NO synthases, in a human model of sepsis. In this double-blind, randomized, crossover study, microvascular NO-dependent (local thermal hyperemia) and NO-independent vasodilation (post-occlusive reactive hyperemia) assessed by laser Doppler imaging, plasma levels of ADMA, and l-arginine were measured in seven healthy obese volunteers, immediately before and 4 h after either a i.v. bolus injection of Escherichia coli endotoxin (LPS; 2 ng/kg) or normal saline (placebo) on two different visits at least 2 weeks apart. LPS caused the expected systemic effects, including increases in heart rate (+43%, P < 0.001), cardiac output (+16%, P < 0.01), and rectal temperature (+1.4°C, P < 0.001), without change in arterial blood pressure. LPS affected neither baseline skin blood flow nor post-occlusive reactive hyperemia but decreased the NO-dependent local thermal hyperemia response, l-arginine, and, to a lesser extent, ADMA plasma levels. The changes in NO-dependent vasodilation were not correlated with the corresponding changes in the plasma levels of ADMA, l-arginine, or the l-arginine/ADMA ratio. Our results show for the first time that experimental endotoxemia in humans causes a specific decrease in endothelial NO-dependent vasodilation in the microcirculation, which cannot be explained by a change in ADMA levels. Microvascular NO deficiency might be responsible for the heterogeneity of tissue perfusion observed in sepsis and could be a therapeutic target.

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.

The cardiovascular hemodynamic responses to various levels of orthostatic stress in children

The ability of the cardiovascular system to quickly and efficiently adapt to an orthostatic stress is vital for the human body to function on earth. The way in which the various aspects of the cardiovascular system work together to counteract an orthostatic stress has been previously quantified in the adult population. However, there are still many unknowns surrounding the topic of how the cardiovascular system functions to cope with this same stress in children. The purpose of this study was to describe the cardiovascular hemodynamic adaptations to various levels of orthostatic stress induced using a lower body negative pressure (LBNP) chamber in pre-pubertal boys. A secondary purpose was to determine indices of baroreceptor sensitivity (BRS) at both rest and during low levels of LBNP in this same pediatric sample. Finally, this study aimed to compare the relative responses to LBNP between the children and adults. To complete the study 20 healthy pre-pubertal boys and adult males (9.3 ± 1.1 and 23 ± 1.8 years of age respectively) were recruited and randomly exposed to three levels of LBNP (15, 20 and 25 mmHg). At rest and during the application of the LBNP heart rate (HR), manual and bcat-by-beat systolic (SBP), diastolic (DBP) and mean arterial blood pressure (MAP) were monitored continuously. Aortic diameter was measured at rest and peak aortic blood velocity (PV) was recorded continuously for at least I minute during each baseline and LBNP condition. From the raw data HR, stroke volume (SV), cardiac output (Q), total peripheral resistance (TPR), low frequency baroreceptor sensitivity (LF BRS), high frequency baroreceptor sensitivity (HF BRS) and LFIIIF ratio were calculated. At rest, llR wa'i higher and SBP, SV, Q and LF/HF ratio were lower in the children compared to the adult males (pgJ.05). In response to the increasing LEN!> IIR and TPR increased, and LF BRS. SV and Q decreased in the adult group (pSf).05). while the same levels of LBNP caused an increase in TPR and a decrease in SBP, SV and Q in the children (pSf).05). Although not significant, the LF/HF ratio in the adult group showed an increasing trend in response to increased negative pressure (p=O.088). As for resting BRS, there were no significant differences in LF or HF BRS between the children and the adults despite a tendency for both measures to be 18% lower in the children. Also the LF/HF ratio was almost significantly greater in the adults compared to the children (p=O.057). In addition, a comparison between the relative adult and child responses to LBNP yielded no significant group by level interactions. This result should be taken with caution though, as the low sample size and high measurement variability generated very low statistical power for this analysis. In conclusion, the results of this study suggest that the hemodynamic adaptations to an orthostatic stress were less pronounced in the prepubertal males, most likely due to an underdeveloped autonomic system. These results need to be strengthened by further research before any implications can be derived for health care purposes.

Left ventricular structure in children with developmental coordination disorder

Developmental coordination disorder (p-DCD) is a neuro-developmental disorder featuring impairment in developing motor coordination. This study examined left ventricular mass (LVM) in children with p-DCD (n=63) and controls (n=63). LVM was measured using echocardiography. Body composition was determined using BOD POD and peak oxygen uptake (peak V02) was measured by a progressive exercise test. Height, weight and blood pressure were also measured. LVM was not significantly elevated in p-DCD compared to controls. Peak V02 was lower and SBP, BMI, HR, and BF(%) were significantly higher in p-DCD. They also demonstrated elevated stroke volume (SV), cardiac output (CO), end-diastolic volume, and ventricular diameter in diastole. In regression analyses, p-DCD was a significant predictor of SV and CO after accounting for height, FFM, V02FFM, and sex. These differences in children with p-DCD indicate obesity related changes in the left ventricle and may represent early stages of developing hypertrophy of the left ventricle.

Régulations homéostatiques cardiovasculaires suite à une transfusion par échange avec du sang hyperagrégeant chez le rat

Dans le but de vérifier l’impact d’un changement soudain dans l’agrégation érythrocytaire sur certains paramètres cardiovasculaires, une transfusion par échange sanguin du tiers du volume a été effectuée avec du sang hyperagrégeant chez le rat de souche Brown Norway. La pression caudale, le volume cardiaque systolique, la fraction d’éjection, le débit cardiaque, le rythme cardiaque et la résistance périphérique à l’écoulement sanguin ont été observés non-intrusivement sur 19 jours suite à la transfusion. Les rats ont été sacrifiés plus d’un mois suivant la transfusion et une étude ex vivo de la réponse à deux agents dilatateurs (l’acétylcholine et le nitroprussiate de sodium) a été menée sur les artérioles mésentériques. Des variations des paramètres cardiovasculaires, soit le débit, le volume systolique et la résistance périphérique, ont été remarquées dans les trois premiers jours posttransfusion. Une résistance du muscle vasculaire lisse au monoxyde d’azote a été notée chez les rats transfusés au sang hyperagrégeant alors qu’aucune dysfonction endothéliale n’était apparente en réponse à l’acétylcholine.

Taux quotidiens d’inhalation et paramètres cardio-pulmonaires chez l’humain selon les données publiées en rapport au double marquage des molécules d’eau pour l’analyse du risque

L’objectif de cette étude est de déterminer certains paramètres respiratoires et cardiovasculaires chez des sujets de tous âges pour utilisation, à titre d’intrants physiologiques, en modélisation toxicocinétique et en analyse du risque toxique. La base de données utilisée est tirée de la littérature. Il s’agit de mesures portant sur la dépense d’énergie quotidienne de base et la dépense d’énergie quotidienne de totale obtenues, l’une par calorimétrie indirecte, l’autre par double marquage isotopique des molécules d’eau. Selon le type d’unité retenu, les valeurs les plus élevées au 99e centile des taux quotidiens d’inhalation sont obtenues chez des adolescentes et des femmes âgées de 11 à 55 ans souffrant d’embonpoint ou d’obésité, durant leur 36e semaine de grossesse (47,31 m³/jour), ainsi que chez des garçons de poids corporel normal âgés de 2,6 à moins de 6 mois (1,138 m³/kg-jour) et de 10 à moins de 16,5 ans (22,29 m³/m²-jour). Chez les enfants et les adolescents de poids corporel normal âgés de 5 à moins de 16.5 ans, les valeurs pour l’écart entre le 2,5e au 99e centile sont généralement plus élevées que celles obtenues chez les sujets plus âgés : taux de ventilation minute, 0,132 à 0,774 L/kg-min ou 4,42 à 21,69 L/m²-min versus 0,076 à 0,461 L/kg-min ou 2,80 à 16,99 L/m²-min; taux de ventilation alvéolaire, 0,093 à 0,553 L/kg-min ou 3,09 à 15,53 L/m²-min versus 0,047 à 0,312 L/kg-min ou 1,73 à 11,63 L/m²-min; débit cardiaque, 0,065 à 0,330 L/kg-min ou 2,17 à 9,46 L/m²-min versus 0,045 à 0,201 L/kg-min ou 1,63 à 7,24 L/m²-min; ratio de ventilation-perfusion, 1,12 à 2,16 versus 0,78 à 2,40. Il faut conclure que les apports inhalés en polluants, exprimés en ug/kg-min ou ug/m²-min sont plus élevés chez les enfants que chez les sujets plus âgés pour des concentrations d’exposition comparables. D’autres données montrent qu’il en est de même pour les apports inhalés par unité de poids corporel chez les femmes enceintes et les femmes qui allaitent par rapport à des sujets males d’âge comparable. L’ensemble des résultats obtenus suggère notamment que les valeurs des NOAELH de Santé Canada pourraient être abaissées par un facteur de 2,6 par utilisation du 99e centile le plus élevé des taux quotidiens d’inhalation chez les enfants; le taux de ventilation minute de 20,83 L/min approximé pour une journée de travail de 8 heures peut être considéré comme étant conservateur ; par contre, l’utilisation du taux quotidien d’inhalation de 0,286 m³/kg-jour (c.-à-d. 20 m³/jour pour un adulte de poids corporel de 70 kg) est inappropriée en analyse et gestion du risque lorsqu’appliquée à l’ensemble de la population.

Caractéristiques et origine fonctionnelle des propriétés fréquentielles du noeud auriculoventriculaire

Le nœud auriculoventriculaire (AV) joue un rôle vital dans le cœur normal et pathologique. Il connecte les oreillettes aux ventricules et, grâce à sa conduction lente, génère un délai entre les contractions auriculaire et ventriculaire permettant d’optimiser le pompage sanguin. Sa conduction lente et sa longue période réfractaire font du nœud AV un filtre d’impulsions auriculaires lors de tachyarythmies assurant ainsi une fréquence ventriculaire plus lente favorable au débit cardiaque. L’optimisation de ce filtrage est une cible dans le traitement de ces arythmies. Malgré ce rôle vital et de nombreuses études, le nœud AV demeure l’objet de plusieurs controverses qui en rendent la compréhension laborieuse. Nos études expérimentales sur des préparations isolées de cœurs de lapin visent à apporter des solutions à certains des problèmes qui limitent la compréhension des propriétés fréquentielles du nœud AV. Le premier problème concerne la définition de la propriété de récupération nodale. On s’accorde généralement sur la dépendance du temps de conduction nodale (intervalle auriculo-Hissien, AH) du temps de récupération qui le précède mais un débat presque centenaire persiste sur la façon de mesurer ce temps de récupération. Selon que l’on utilise à cette fin la longueur du cycle auriculaire (AA) ou l’intervalle His-auriculaire précédent (HA), la même réponse nodale montre des caractéristiques différentes, un paradoxe à ce jour inexpliqué. Le temps de conduction nodale augmente aussi avec le degré et la durée d'une fréquence rapide, un phénomène appelé fatigue. Or, les caractéristiques de la fatigue mesurée varient avec l’indice de récupération utilisé (AA vs. HA). De plus, une troisième propriété appelée facilitation qui entraîne un raccourcissement du temps de conduction diffère aussi avec l’indice de récupération utilisé. Pour établir l’origine de ce problème, nous avons déterminé les différences entre les courbes de récupération (AH compilé en fonction du AA ou HA) pour 30 états fonctionnels nodaux différents. Ces conditions étaient obtenues à l’aide de protocoles permettant la variation du cycle de base (BCL) et du cycle prétest (PTCL), deux paramètres connus pour altérer la fonction nodale. Nous avons pu établir que pour chaque état fonctionnel, la forme de la courbe de récupération et le niveau de fatigue étaient les mêmes pour les deux indices de récupération. Ceci s’applique aussi aux données obtenues à des BCL et PTCL égaux comme dans les protocoles de stimulation prématurée conventionnels couramment utilisés. Nos résultats ont établi pour la première fois que les propriétés nodales de récupération et de fatigue sont indépendantes de l’indice de récupération utilisé. Nos données montrent aussi que les différences entre les courbes de récupération en fonction de l’indice utilisé proviennent d’effets associés aux variations du PTCL. Notre deuxième étude établit à partir des mêmes données pourquoi les variations du PTCL altèrent différemment les courbes de récupération selon l’indice utilisé. Nous avons démontré que ces différences augmentaient en proportion directe avec l’augmentation du temps de conduction au battement prétest. Cette augmentation cause un déplacement systématique de la courbe construite avec l’intervalle AA vers la droite et de celle construite avec l’intervalle HA vers la gauche. Ce résultat met en évidence l’importance de tenir compte des changements du temps de conduction prétest dans l’évaluation de la fonction nodale, un paramètre négligé dans la plupart des études. Ce résultat montre aussi que chacun des deux indices a des limites dans sa capacité d’évaluer le temps de récupération nodale réel lorsque le temps de conduction prétest varie. Lorsque ces limites sont ignorées, comme c’est habituellement le cas, elles entraînent un biais dans l’évaluation des effets de fatigue et de facilitation. Une autre grande difficulté dans l’évaluation des propriétés fréquentielles du nœud AV concerne son état réfractaire. Deux indices sont utilisés pour évaluer la durée de la période réfractaire nodale. Le premier est la période réfractaire efficace (ERPN) définie comme l’intervalle AA le plus long qui n’est pas conduit par le nœud. Le deuxième est la période réfractaire fonctionnelle (FRPN) qui correspond à l’intervalle minimum entre deux activations mesurées à la sortie du nœud. Paradoxalement et pour des raisons obscures, l’ERPN augmente alors que la FRPN diminue avec l’augmentation de la fréquence cardiaque. De plus, ces effets varient grandement avec les sujets, les espèces et l’âge. À partir des mêmes données que pour les deux autres études, nous avons cherché dans la troisième étude l’origine des variations fréquentielles de l’ERPN et de la FRPN. Le raccourcissement du BCL prolonge l’ERPN mais n’affecte pas la FRPN. L’allongement de l’ERPN provient principalement d’un allongement du temps de conduction prétest. Un PTCL court en comparaison avec un BCL court allonge encore plus substantiellement le temps de conduction prétest mais raccourcit en même temps l’intervalle His-auriculaire, ces deux effets opposés s’additionnent pour produire un allongement net de l’ERPN. Le raccourcissement de l’intervalle His-auriculaire par le PTCL court est aussi entièrement responsable pour le raccourcissement de la FRPN. Nous avons aussi établi que, lorsque la composante du temps de conduction prétest est retirée de l’ERPN, un lien linéaire existe entre la FRPN et l’ERPN à cause de leur dépendance commune de l’intervalle His-auriculaire. Le raccourcissement combiné du BCL et du PTCL produit des effets nets prévisibles à partir de leurs effets individuels. Ces effets reproduisent ceux obtenus lors de protocoles prématurés conventionnels. Ces observations supportent un nouveau schème fonctionnel des variations fréquentielles de l’ERPN et de la FRPN à partir des effets distincts du BCL et du PTCL. Elles établissent aussi un nouveau lien entre les variations fréquentielles de l’ERPN et de la FRPN. En conclusion, la modulation fréquentielle de la fonction du nœud AV provient de la combinaison d’effets concurrents cumulatifs liés au cycle de base et non-cumulatifs liés au cycle prétest. Ces effets peuvent être interprétés de façon consistante indépendamment de l’indice de récupération en tenant compte des changements du temps de conduction au battement prétest. Les effets fréquentiels disparates sur l’ERPN et la FRPN sont aussi grandement liés aux changements du temps de conduction prétest. Lorsque l’analyse tient compte de ce facteur, l’ERPN et la FRPN montrent des variations parallèles fortement liées à celles de l’intervalle His-auriculaire. Le nouveau schème fonctionnel des propriétés fréquentielles du nœud AV supporté par nos données aidera à mieux cibler les études sur les mécanismes cellulaires contrôlant la modulation fréquentielle nodale. Nos données pourraient aider à l’interprétation et au contrôle des réponses nodales diverses associées aux tachyarythmies supraventriculaires et à leur traitement pharmacologique. En bref, nos travaux supportent une compréhension factuelle améliorée du comportement fréquentiel du nœud AV, un domaine aux applications multiples en rythmologie cardiaque.

Implication de l'aldostérone dans les changements hémodynamiques de la grossesse

La grossesse s’accompagne d’importantes modifications hormonales et hémodynamiques. Parmi celles-ci, le système rénine-angiotensine-aldostérone (SRAA) est activé très tôt durant la grossesse. De plus, cette augmentation du SRAA est accompagnée d’élévations du débit cardiaque et du volume plasmatique ainsi que des baisses paradoxales de la pression artérielle et de la résistance vasculaire périphérique. Ceci suggère que la grossesse induit un remaniement des réponses physiologiques normales au SRAA. Une résistance vasculaire à l’action des vasopresseurs est également observée durant la gestation. Ce phénomène serait causé par la modification de la fonction des canaux calciques et potassiques. De plus, il serait possiblement dû à la participation de la Na+/K+-ATPase, par son influence sur le potentiel membranaire des cellules des muscles lisses vasculaires (VSMC). La présence des récepteurs minéralocorticoïdes (MR) dans les VSMC laisse croire que l’aldostérone peut influencer le tonus vasculaire par des effets génomiques et non-génomiques. Compte tenu des connaissances actuelles, nous avons émis l’hypothèse que l’augmentation des taux sériques d’aldostérone durant la grossesse est responsable des changements hémodynamiques observés et que ces effets sont causés par l’activation des MR. Des rates gestantes ont été traitées avec du canrénoate de potassium (20 mg/kg•jr), un antagoniste des MR, durant la dernière semaine de gestation (sur 3). Sur des anneaux aortiques dénudés de leur endothélium, nous avons mesuré les réponses contractiles à la phényléphrine (PhE) et au KCl en présence d’un bloqueur des canaux calciques dépendants du voltage (VDCC), la nifédipine, et d’activateurs des canaux potassiques à large conductance (BKCa) et ceux dépendants de l’ATP (KATP), respectivement le NS-1619 et la cromakalim. Les réponses à la PhE et au KCl sont réduites à partir du 17e jour de gestation et le traitement au canrénoate augmente ces réponses dans tous les groupes. Les modulateurs de canaux ioniques atténuent les réponses à la PhE et au KCl. Cependant, le canrénoate modifie aussi les effets des modulateurs sur les aortes. Aucun effet ou une baisse des réponses est observable chez les rates non gestantes, tandis qu’une hausse de leur effet inhibiteur est notée chez les rates gestantes. Ces effets du canrénoate font croire que l’aldostérone participe à l’adaptation de la réactivité vasculaire durant la grossesse. Par ailleurs, le potentiel membranaire des VSMC pourrait être affecté dans la gestation. Pour vérifier cette hypothèse, nous avons évalué l’activité de la Na+/K+-ATPase, impliquée dans le contrôle du potentiel membranaire. Nos résultats démontrent que l’activité de la pompe est inhibée à partir du 19e jour de gestation. Cet effet est renversé par le canrénoate. Toutefois, comme le renversement de l’inhibition de la pompe est également présent chez les rates gestantes traitées avec du PST 2238, un antagoniste de l’ouabaïne sur la Na+/K+-ATPase, et que le canrénoate agit également comme agoniste partiel de la pompe, nous croyons que la diminution d’activité associée à la gestation est liée à une inhibition de la Na+/K+-ATPase par des stéroïdes cardiotoniques plutôt qu’à un effet des minéralocorticoïdes. L’augmention d’activité de la pompe liée au canrénoate s’accompagne d’une diminution de l’expression de la sous-unité α1, suggérant que la sous-unité α2 est responsable des variations de contractilité de l’aorte, puisque son expression n’est pas modifiée par le canrénoate. Les effets de la diminution de l’expression de la sous-unité α1, influencée par la signalisation du MR, restent à être déterminés. Néanmoins, nos résultats montrent que les modifications d’activité de la Na+/K+-ATPase influencent l’activité des canaux potassiques et que la pompe pourraient être un des éléments primordiaux dans le contrôle de la réactivité vasculaire durant la grossesse. Comme le canrénoate modifie la réactivité vasculaire, nous voulions déterminer ses impacts sur la pression artérielle. Des rates gestantes ont été traitées avec du canrénoate (20 ou 60 mg/kg•jr) et les paramètres hémodynamiques ont été évalués par radiotélémétrie. Aucune modification de la pression artérielle, du rythme cardiaque et de la pression pulsée ne sont mesurées chez les rates recevant le traitement. Toutefois, des augmentations de l’osmolalité, des taux sériques d’aldostérone et de corticostérone ainsi que de l’activité rénine plasmatique sont observées chez les animaux recevant 60 mg/kg•jr. Le canrénoate bloque donc le rétrocontrôle du SRAA. Par contre, les MR ne sont pas les principaux responsables du contrôle de la pression artérielle durant la grossesse. En conclusion, nous avons démontré que le traitement des rates au canrénoate influence la réactivité vasculaire de l’aorte durant la gestation. Cet effet est causé par la modification de l’activité de certains canaux ioniques (VDCC, BKCa et KATP). De plus, le canrénoate renverse l’inhibition de la Na+/K+-ATPase observée durant la gestation. Finalement, les actions locales de cet antagoniste des MR sur les vaisseaux sanguins ne se répercutent pas sur l’effet systémique global et aucune modification de la pression artérielle n’est observée. D’autres études seront toutefois nécessaires pour déterminer les voies de signalisation par lesquelles l’aldostérone module les réponses des canaux ioniques dans les VSMC.

Mechanism and Prediction of Post-Operative Atrial Fibrillation Based on Atrial Electrograms

La fibrillation auriculaire (FA) est une arythmie touchant les oreillettes. En FA, la contraction auriculaire est rapide et irrégulière. Le remplissage des ventricules devient incomplet, ce qui réduit le débit cardiaque. La FA peut entraîner des palpitations, des évanouissements, des douleurs thoraciques ou l’insuffisance cardiaque. Elle augmente aussi le risque d'accident vasculaire. Le pontage coronarien est une intervention chirurgicale réalisée pour restaurer le flux sanguin dans les cas de maladie coronarienne sévère. 10% à 65% des patients qui n'ont jamais subi de FA, en sont victime le plus souvent lors du deuxième ou troisième jour postopératoire. La FA est particulièrement fréquente après une chirurgie de la valve mitrale, survenant alors dans environ 64% des patients. L'apparition de la FA postopératoire est associée à une augmentation de la morbidité, de la durée et des coûts d'hospitalisation. Les mécanismes responsables de la FA postopératoire ne sont pas bien compris. L'identification des patients à haut risque de FA après un pontage coronarien serait utile pour sa prévention. Le présent projet est basé sur l'analyse d’électrogrammes cardiaques enregistrées chez les patients après pontage un aorte-coronaire. Le premier objectif de la recherche est d'étudier si les enregistrements affichent des changements typiques avant l'apparition de la FA. Le deuxième objectif est d'identifier des facteurs prédictifs permettant d’identifier les patients qui vont développer une FA. Les enregistrements ont été réalisés par l'équipe du Dr Pierre Pagé sur 137 patients traités par pontage coronarien. Trois électrodes unipolaires ont été suturées sur l'épicarde des oreillettes pour enregistrer en continu pendant les 4 premiers jours postopératoires. La première tâche était de développer un algorithme pour détecter et distinguer les activations auriculaires et ventriculaires sur chaque canal, et pour combiner les activations des trois canaux appartenant à un même événement cardiaque. L'algorithme a été développé et optimisé sur un premier ensemble de marqueurs, et sa performance évaluée sur un second ensemble. Un logiciel de validation a été développé pour préparer ces deux ensembles et pour corriger les détections sur tous les enregistrements qui ont été utilisés plus tard dans les analyses. Il a été complété par des outils pour former, étiqueter et valider les battements sinusaux normaux, les activations auriculaires et ventriculaires prématurées (PAA, PVA), ainsi que les épisodes d'arythmie. Les données cliniques préopératoires ont ensuite été analysées pour établir le risque préopératoire de FA. L’âge, le niveau de créatinine sérique et un diagnostic d'infarctus du myocarde se sont révélés être les plus importants facteurs de prédiction. Bien que le niveau du risque préopératoire puisse dans une certaine mesure prédire qui développera la FA, il n'était pas corrélé avec le temps de l'apparition de la FA postopératoire. Pour l'ensemble des patients ayant eu au moins un épisode de FA d’une durée de 10 minutes ou plus, les deux heures précédant la première FA prolongée ont été analysées. Cette première FA prolongée était toujours déclenchée par un PAA dont l’origine était le plus souvent sur l'oreillette gauche. Cependant, au cours des deux heures pré-FA, la distribution des PAA et de la fraction de ceux-ci provenant de l'oreillette gauche était large et inhomogène parmi les patients. Le nombre de PAA, la durée des arythmies transitoires, le rythme cardiaque sinusal, la portion basse fréquence de la variabilité du rythme cardiaque (LF portion) montraient des changements significatifs dans la dernière heure avant le début de la FA. La dernière étape consistait à comparer les patients avec et sans FA prolongée pour trouver des facteurs permettant de discriminer les deux groupes. Cinq types de modèles de régression logistique ont été comparés. Ils avaient une sensibilité, une spécificité et une courbe opérateur-receveur similaires, et tous avaient un niveau de prédiction des patients sans FA très faible. Une méthode de moyenne glissante a été proposée pour améliorer la discrimination, surtout pour les patients sans FA. Deux modèles ont été retenus, sélectionnés sur les critères de robustesse, de précision, et d’applicabilité. Autour 70% patients sans FA et 75% de patients avec FA ont été correctement identifiés dans la dernière heure avant la FA. Le taux de PAA, la fraction des PAA initiés dans l'oreillette gauche, le pNN50, le temps de conduction auriculo-ventriculaire, et la corrélation entre ce dernier et le rythme cardiaque étaient les variables de prédiction communes à ces deux modèles.

Comparaison des réponses physiologiques lors d’un exercice incrémental maximal sur vélo immergé et sur terrain sec : aspects biomécaniques, cardiopulmonaires et hémodynamiques.

L’exercice en immersion dans l'eau peut générer des réponses hémodynamiques et cardiorespiratoires différentes à celles de l’exercice sur terraine sec. Cependant, aucune étude n’a comparé ces réponses sur vélo aquatique (VA) à celles sur vélo sur terrain sec (VS) à une même puissance mécanique externe (Pext). À cet égard, le premier travail de cette thèse visait, d’abord, à trouver les équivalences de Pext lors du pédalage sur VA en immersion à la poitrine par rapport au VS au laboratoire, en considérant que cela restait non déterminé à ce jour. Une équation de mécanique des fluides fut utilisée pour calculer la force déployée pour le système de pédalage (pales, leviers, pédales) et des jambes à chaque tour de pédale. Ensuite, cette force totale a été multipliée par la vitesse de pédalage pour estimer la Pext sur VA. Ayant trouvé les équivalences de Pext sur VA et VS, nous nous sommes fixés comme objectif dans la deuxième étude de comparer les réponses hémodynamiques et cardiorespiratoires lors d'un exercice maximal progressif sur VS par rapport au VA à une même Pext. Les résultats ont montré que le VO2 (p<0.0001) et la différence artério-veineuse (C(a-v)O2) (p<0.0001) étaient diminués lors de l’exercice sur VA comparativement à celui sur VS. Parmi les variables hémodynamiques, le volume d’éjection systolique (VES) (p˂0.05) et le débit cardiaque (Qc) (p˂0.05) étaient plus élevés sur VA. En plus, on nota une diminution significative de la fréquence cardiaque (FC) (p˂0.05). Étant donné qu’à une même Pext les réponses physiologiques sont différentes sur VA par rapport à celles sur VS, nous avons effectué une troisième étude pour établir la relation entre les différentes expressions de l'intensité relative de l'exercice (% du VO2max,% de la FCmax,% du VO2 de réserve (% de VO2R) et % de la FC réserve (% FCR)). Les résultats ont démontré que la relation % FCR vs % VO2R était la plus corrélée (régression linéaire) et la plus proche de la ligne d’identité. Ces résultats pourraient aider à mieux prescrire et contrôler l’intensité de l'exercice sur VA pour des sujets sains. Finalement, une dernière étude comparant la réactivation parasympathique après un exercice maximal incrémental effectué sur VA et VS en immersion au niveau de la poitrine a montré que la réactivation parasympathique à court terme était plus prédominante sur VA (i,e. t, delta 10 à delta 60 et T30, p<0.05). Cela suggérait, qu’après un exercice maximal sur VA, la réactivation parasympathique à court terme était accélérée par rapport à celle après l'effort maximal sur VS chez de jeunes sujets sains. En conclusion, nous proposons une méthode de calcul de la puissance mécanique externe sur VA en fonction de la cadence de pédalage. Nous avons démontré que pendant l’exercice sur VA les réponses hémodynamiques et cardiorespiratoires sont différentes de celles sur VS à une même Pext et nous proposons des équations pour le calcul du VO2 dans l’eau ainsi qu’une méthode pour la prescription et le contrôle de l’exercice sur VA. Finalement, la réactivation parasympathique à court terme s’est trouvée accélérée après un effort maximal incrémental sur VA comparativement à celle sur VS.