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

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

Assessment of turbulence model predictions for a centrifugal compressor simulation

Steady-state computational fluid dynamics (CFD) simulations are an essential tool in the design process of centrifugal compressors. Whilst global parameters, such as pressure ratio and efficiency, can be predicted with reasonable accuracy, the accurate prediction of detailed compressor flow fields is a much more significant challenge. Much of the inaccuracy is associated with the incorrect selection of turbulence model. The need for a quick turnaround in simulations during the design optimisation process, also demands that the turbulence model selected be robust and numerically stable with short simulation times.
In order to assess the accuracy of a number of turbulence model predictions, the current study used an exemplar open CFD test case, the centrifugal compressor ‘Radiver’, to compare the results of three eddy viscosity models and two Reynolds stress type models. The turbulence models investigated in this study were (i) Spalart-Allmaras (SA) model, (ii) the Shear Stress Transport (SST) model, (iii) a modification to the SST model denoted the SST-curvature correction (SST-CC), (iv) Reynolds stress model of Speziale, Sarkar and Gatski (RSM-SSG), and (v) the turbulence frequency formulated Reynolds stress model (RSM-ω). Each was found to be in good agreement with the experiments (below 2% discrepancy), with respect to total-to-total parameters at three different operating conditions. However, for the off-design conditions, local flow field differences were observed between the models, with the SA model showing particularly poor prediction of local flow structures. The SST-CC showed better prediction of curved rotating flows in the impeller. The RSM-ω was better for the wake and separated flow in the diffuser. The SST model showed reasonably stable, robust and time efficient capability to predict global and local flow features.

A Study on the liquefaction risk in seismic design of foundations

A fully coupled non-linear effective stress response finite difference (FD) model is built to survey the counter-intuitive recent findings on the reliance of pore water pressure ratio on foundation contact pressure. Two alternative design scenarios for a benchmark problem are explored and contrasted in the light of construction emission rates using the EFFC-DFI methodology. A strain-hardening effective stress plasticity model is adopted to simulate the dynamic loading. A combination of input motions, contact pressure, initial vertical total pressure and distance to foundation centreline are employed, as model variables, to further investigate the control of permanent and variable actions on the residual pore pressure ratio. The model is verified against the Ghosh and Madabhushi high acceleration field test database. The outputs of this work is aimed to improve the current computer-aided seismic foundation design that relies on ground’s packing state and consistency. The results confirm that on seismic excitation of shallow foundations, the likelihood of effective stress loss is greater in deeper depths and across free field. For the benchmark problem, adopting a shallow foundation system instead of piled foundation benefitted in a 75% less emission rate, a marked proportion of which is owed to reduced materials and haulage carbon cost.

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

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

Study of KJ-66 micro gas turbine compressor: steady and unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes approach

Numerical study on the compressor stage of a KJ-66 micro gas turbine was conducted in this paper through both steady and unsteady Reynolds-averaged Navier–Stokes. The study was conducted for the numerical prediction of micro gas turbine compressor performance at various operation conditions, with special attention given to the transient flow behaviors during compressor operation. The numerical results showed reasonable agreements with experimental data while providing predictions for the charting of compressor performance map at various operation speeds. The simulation results indicated that the increase of operation speed from 80 k r/min to 117 k r/min would leads to an increased peak total pressure ratio from 1.54 to 1.96, while decreasing the peak adiabatic efficiency from 0.73 to 0.55. This paper also provided discussion on details of transient flow field within the compressor stage as well as demonstrated the smooth flow transition through rotor–stator interactions.

Effect of relative density and confining pressure on Poisson ratio from bender and extender elements tests

By using the bender and extender elements tests, together with measurements of the travel times of shear (S) and primary (P) waves, the variation of Poisson ratio (nu) was determined for dry sands with respect to changes in relative densities and effective confining pressures (sigma(3)). The tests were performed for three different ranges of particle sizes. The magnitude of the Poisson ratio decreases invariably with an increase in both the relative density and the effective confining pressure. The effect of the confining pressure on the Poisson ratio was found to become relatively more significant for fine-grained sand as compared with the coarse-grained sand. For a given material, at a particular value of sigma(3), the magnitude of the Poisson ratio decreases, almost in a linear fashion, with an increase in the value of maximum shear modulus (G(max)). The two widely used correlations in literature, providing the relationships among G(max), void ratio (e) and effective confining pressure (sigma(3)), applicable for angular granular materials, were found to compare reasonably well with the present experimental data for the fine- and medium-grained sands. However, for the coarse-grained sand, these correlations tend to overestimate the values of G(max).

Determinants and heritability of intraocular pressure and cup-to-disc ratio in a defined older population.

PURPOSE:

To investigate the heritability of intraocular pressure (IOP) and cup-to-disc ratio (CDR) in an older well-defined population.

DESIGN:

Family-based cohort study.

PARTICIPANTS:

Through the population-based Salisbury Eye Evaluation study, we recruited 726 siblings (mean age, 74.7 years) in 284 sibships.

METHODS:

Intraocular pressure and CDR were measured bilaterally for all participants. The presence or absence of glaucoma was determined by a glaucoma specialist for all probands on the basis of visual field, optic nerve appearance, and history. The heritability of IOP was calculated as twice the residual between-sibling correlation of IOP using linear regression and generalized estimating equations after adjusting for age, gender, mean arterial pressure, race, self-reported diabetes status, and history of systemic steroid use. The heritability of CDR was calculated using the same model and adjustments as above, while also adjusting for IOP.

MAIN OUTCOME MEASURES:

Heritability and determinants of IOP and CDR, and impact of siblings' glaucoma status on IOP and CDR.

RESULTS:

We estimated the heritability to be 0.29 (95% confidence interval [CI], 0.12-0.46) for IOP and 0.56 (95% CI, 0.35-0.76) for CDR in this population. Mean IOP in siblings of glaucomatous probands was statistically significantly higher than in siblings of normal probands (mean difference, 1.02 mmHg; P = 0.017). The mean CDR in siblings of glaucomatous probands was 0.07 (or 19%) larger than in siblings of glaucoma suspect referrals (P = 0.045) and siblings of normal probands (P = 0.004).

CONCLUSIONS:

In this elderly population, we found CDR to be highly heritable and IOP to be moderately heritable. On average, siblings of glaucoma patients had higher IOPs and larger CDRs than siblings of nonglaucomatous probands.

Lower protein-to-carbohydrate ratio in maternal diet is associated with higher childhood systolic blood pressure up to age four years

The prenatal environment can influence development of offspring blood pressure (BP), which tracks into adulthood. This prospective longitudinal study investigated whether maternal pregnancy dietary intake is associated with the development of child BP up to age four years. Data are from 129 mother-child dyads enrolled in the Women and Their Children's Health study. Maternal diet was assessed using a validated 74-item food frequency questionnaire at 18 to 24 weeks and 36 to 40 weeks, with a reference period of the previous three months. Child systolic and diastolic BP were measured at 3, 6, 9, 12, 24, 36 and 48 months, using an automated BP monitor. Using mixed-model regression analyses adjusted for childhood growth indices, pregnancy intakes of percentage of energy (E%) polyunsaturated fat (β coefficient 0.73; 95% CI 0.003, 1.45; p = 0.045), E% omega-6 fatty acids (β coefficient 0.89; 95% CI 0.09, 1.69; p = 0.03) and protein-to-carbohydrate (P:C) ratio (β coefficient -14.14; 95% CI -27.68, -0.60; p = 0.04) were associated with child systolic BP trajectory up to 4 years. Child systolic BP was greatest at low proportions of dietary protein (<16% of energy) and high carbohydrate (>40% of energy) intakes. There may be an ideal maternal macronutrient ratio associated with optimal infant BP. Maternal diet, which is potentially modifiable, may play an important role in influencing offspring risk of future hypertension.

Low temperature pretreatment of sugarcane bagasse at atmospheric pressure using mixtures of ethylene carbonate and ethylene glycol

A low temperature lignocellulose pretreatment process was developed using acid-catalysed mixtures of alkylene carbonate and alkylene glycol. Pretreatment of sugarcane bagasse with mixtures of ethylene carbonate (EC) and ethylene glycol (EG) was more effective than that with mixtures of propylene carbonate (PC) and propylene glycol (PG). These mixtures were more effective than the individual components in making bagasse cellulose more amenable to cellulase digestion. Glucan digestibilities of ≥87% could be achieved with a wide range of EC to EG ratios from 9:1 to 1:1 (w/w). Pretreatment of bagasse by the EC/EG mixture with a ratio of 4:1 in the presence of 1.2% H2SO4 at 90 °C for 30 min led to the highest glucan enzymatic digestibility of 93%. The high glucan digestibilities obtained under these acidic conditions were due to (a) the ability of alkylene carbonate to cause significant biomass size reduction, (b) the ability of alkylene glycol to cause biomass defibrillation, (c) the ability of alkylene carbonate and alkylene glycol to remove xylan and lignin, and (d) the magnified above attributes in the mixtures of alkylene carbonate and alkylene glycol.

Effect of ambipolar fluxes on nanoparticle charging in low-pressure glow discharges

The effect of ambipolar fluxes on nanoparticle charging in a typical low-pressure parallel-plate glow discharge is considered. It is shown that the equilibrium values of the nanoparticle charge in the plasma bulk and near-electrode areas are strongly affected by the ratio S ath i of the ambipolar flux and the ion thermal velocities. Under typical experimental conditions the above ratio is neither S ath i≪ 1 nor S ath i≫1, which often renders the commonly used approximations of the purely thermal or "ion wind" ion charging currents inaccurate. By using the general approximation for the ambipolar drift-affected ion flux on the nanoparticle surface, it appears possible to obtain more accurate values of the nanoparticle charge that usually deviate within 10-25 % from the values obtained without a proper accounting for the ambipolar ion fluxes. The implications of the results obtained for glow discharge modeling and nanoparticle manipulation in low-pressure plasmas are discussed.

Image-based midsole insert design and the material effects on heel plantar pressure distribution during simulated walking loads

The primary objective of this paper is to study the use of medical image-based finite element (FE) modelling in subjectspecific midsole design and optimisation for heel pressure reduction using a midsole plug under the calcaneus area (UCA). Plugs with different relative dimensions to the size of the calcaneus of the subject have been incorporated in the heel region of the midsole. The FE foot model was validated by comparing the numerically predicted plantar pressure with biomechanical tests conducted on the same subject. For each UCA midsole plug design, the effect of material properties and plug thicknesses on the plantar pressure distribution and peak pressure level during the heel strike phase of normal walking was systematically studied. The results showed that the UCA midsole insert could effectively modify the pressure distribution, and its effect is directly associated with the ratio of the plug dimension to the size of the calcaneus bone of the subject. A medium hardness plug with a size of 95% of the calcaneus has achieved the best performance for relieving the peak pressure in comparison with the pressure level for a solid midsole without a plug, whereas a smaller plug with a size of 65% of the calcaneus insert with a very soft material showed minimum beneficial effect for the pressure relief.

The mechanical triggers of plaque rupture: Shear stress vs pressure gradient

The aim of this study was to evaluate the mechanical triggers that may cause plaque rupture. Wall shear stress (WSS) and pressure gradient are the direct mechanical forces acting on the plaque in a stenotic artery. Their influence on plaque stability is thought to be controversial. This study used a physiologically realistic, pulsatile flow, two-dimensional, cine phase-contrast MRI sequence in a patient with a 70% carotid stenosis. Instead of considering the full patient-specific carotid bifurcation derived from MRI, only the plaque region has been modelled by means of the idealised flow model. WSS reached a local maximum just distal to the stenosis followed by a negative local minimum. A pressure drop across the stenosis was found which varied significantly during systole and diastole. The ratio of the relative importance of WSS and pressure was assessed and was found to be less than 0.07% for all time phases, even at the throat of the stenosis. In conclusion, although the local high WSS at the stenosis may damage the endothelium and fissure plaque, the magnitude of WSS is small compared with the overall loading on plaque. Therefore, pressure may be the main mechanical trigger for plaque rupture and risk stratification using stress analysis of plaque stability may only need to consider the pressure effect.

Pressure sensitive flow and constraint factor in amorphous materials below glass transition

The constraint factor, C (given by the hardness-yield strength ratio H/Y in the fully lastic regime of indentation), in metallic glasses, is greater than three, a reflection of the sensitivity of their plastic flow to pressure. Furthermore, C increases with increasing temperature. In this work, we examine if this is true in amorphous polymers as well, through experiments on amorphous poly(methyl methacrylate) (PMMA). Uniaxial compression as well as spherical indentation tests were conducted in the 248-348 K range to construct H/Y versus indentation strain plots at each temperature and obtain the C-values. Results show that C increases with temperature in PMMA as well. Good correlation between the loss factors, measured using a dynamic mechanical analyzer, and C, suggest that the enhanced sensitivity to pressure is possibly due to beta-relaxation. We offer possible mechanistic reasons for the observed trends in amorphous materials in terms of relaxation processes.