Toxic effects of mercury, lead and gadolinium on vascular reactivity

Heavy metals have been used in a wide variety of human activities that have significantly increased both professional and environmental exposure. Unfortunately, disasters have highlighted the toxic effects of metals on different organs and systems. Over the last 50 years, the adverse effects of chronic lead, mercury and gadolinium exposure have been underscored. Mercury and lead induce hypertension in humans and animals, affecting endothelial function in addition to their other effects. Increased cardiovascular risk after exposure to metals has been reported, but the underlying mechanisms, mainly for short periods of time and at low concentrations, have not been well explored. The presence of other metals such as gadolinium has raised concerns about contrast-induced nephropathy and, interestingly, despite this negative action, gadolinium has not been defined as a toxic agent. The main actions of these metals, demonstrated in animal and human studies, are an increase of free radical production and oxidative stress and stimulation of angiotensin I-converting enzyme activity, among others. Increased vascular reactivity, highlighted in the present review, resulting from these actions might be an important mechanism underlying increased cardiovascular risk. Finally, the results described in this review suggest that mercury, lead and gadolinium, even at low doses or concentrations, affect vascular reactivity. Acting via the endothelium, by continuous exposure followed by their absorption, they can increase the production of free radicals and of angiotensin II, representing a hazard for cardiovascular function. In addition, the actual reference values, considered to pose no risk, need to be reduced.

Nitric oxide synthesis and biological functions of nitric oxide released from ruthenium compounds

During three decades, an enormous number of studies have demonstrated the critical role of nitric oxide (NO) as a second messenger engaged in the activation of many systems including vascular smooth muscle relaxation. The underlying cellular mechanisms involved in vasodilatation are essentially due to soluble guanylyl-cyclase (sGC) modulation in the cytoplasm of vascular smooth cells. sGC activation culminates in cyclic GMP (cGMP) production, which in turn leads to protein kinase G (PKG) activation. NO binds to the sGC heme moiety, thereby activating this enzyme. Activation of the NO-sGC-cGMP-PKG pathway entails Ca2+ signaling reduction and vasodilatation. Endothelium dysfunction leads to decreased production or bioavailability of endogenous NO that could contribute to vascular diseases. Nitrosyl ruthenium complexes have been studied as a new class of NO donors with potential therapeutic use in order to supply the NO deficiency. In this context, this article shall provide a brief review of the effects exerted by the NO that is enzymatically produced via endothelial NO-synthase (eNOS) activation and by the NO released from NO donor compounds in the vascular smooth muscle cells on both conduit and resistance arteries, as well as veins. In addition, the involvement of the nitrite molecule as an endogenous NO reservoir engaged in vasodilatation will be described.

Angiotensin II type 1 receptor blockade partially attenuates hypoxia-induced pulmonary hypertension in newborn piglets: relationship with the nitrergic system

The objective of this study was to observe possible interactions between the renin-angiotensin and nitrergic systems in chronic hypoxia-induced pulmonary hypertension in newborn piglets. Thirteen chronically instrumented newborn piglets (6.3 ± 0.9 days; 2369 ± 491 g) were randomly assigned to receive saline (placebo, P) or the AT1 receptor (AT1-R) blocker L-158,809 (L) during 6 days of hypoxia (FiO2 = 0.12). During hypoxia, pulmonary arterial pressure (Ppa; P < 0.0001), pulmonary vascular resistance (PVR; P < 0.02) and the pulmonary to systemic vascular resistance ratio (PVR/SVR; P < 0.05) were significantly attenuated in the L (N = 7) group compared to the P group (N = 6). Western blot analysis of lung proteins showed a significant decrease of endothelial NOS (eNOS) in both P and L animals, and of AT1-R in P animals during hypoxia compared to normoxic animals (C group, N = 5; P < 0.01 for all groups). AT1-R tended to decrease in L animals. Inducible NOS (iNOS) did not differ among P, L, and C animals and iNOS immunohistochemical staining in macrophages was significantly more intense in L than in P animals (P < 0.01). The vascular endothelium showed moderate or strong eNOS and AT1-R staining. Macrophages and pneumocytes showed moderate or strong iNOS and AT1-R staining, but C animals showed weak iNOS and AT1-R staining. Macrophages of L and P animals showed moderate and weak AT2-R staining, respectively, but the endothelium of all groups only showed weak staining. In conclusion, pulmonary hypertension induced by chronic hypoxia in newborn piglets is partially attenuated by AT1-R blockade. We suggest that AT1-R blockade might act through AT2-R and/or Mas receptors and the nitrergic system in the lungs of hypoxemic newborn piglets.

Vascular dysfunction by myofibroblast activation in patients with idiopathic pulmonary fibrosis and prognostic significance

In this study, we demonstrated the importance of telomerase protein expression and determined the relationships among telomerase, endothelin-1 (ET-1) and myofibroblasts during early and late remodeling of parenchymal and vascular areas in usual interstitial pneumonia (UIP) using 27 surgical lung biopsies from patients with idiopathic pulmonary fibrosis (IPF). Telomerase+, myofibroblasts α-SMA+, smooth muscle cells caldesmon+, endothelium ET-1+ cellularity, and fibrosis severity were evaluated in 30 fields covering normal lung parenchyma, minimal fibrosis (fibroblastic foci), severe (mural) fibrosis, and vascular areas of UIP by the point-counting technique and a semiquantitative score. The impact of these markers was determined in pulmonary functional tests and follow-up until death from IPF. Telomerase and ET-1 expression was significantly increased in normal and vascular areas compared to areas of fibroblast foci. Telomerase and ET-1 expression was inversely correlated with minimal fibrosis in areas of fibroblast foci and directly associated with severe fibrosis in vascular areas. Telomerase activity in minimal fibrosis areas was directly associated with diffusing capacity of the lung for oxygen/alveolar volume and ET-1 expression and indirectly associated with diffusing capacity of the lungs for carbon monoxide and severe fibrosis in vascular areas. Cox proportional hazards regression revealed a low risk of death for females with minimal fibrosis displaying high telomerase and ET-1 expression in normal areas. Vascular dysfunction by telomerase/ET-1 expression was found earlier than vascular remodeling by myofibroblast activation in UIP with impact on IPF evolution, suggesting that strategies aimed at preventing the effect of these mediators may have a greater impact on patient outcome.

Effects of different frequencies of transcutaneous electrical nerve stimulation on venous vascular reactivity

Transcutaneous electrical nerve stimulation (TENS) is a type of therapy used primarily for analgesia, but also presents changes in the cardiovascular system responses; its effects are dependent upon application parameters. Alterations to the cardiovascular system suggest that TENS may modify venous vascular response. The objective of this study was to evaluate the effects of TENS at different frequencies (10 and 100 Hz) on venous vascular reactivity in healthy subjects. Twenty-nine healthy male volunteers were randomized into three groups: placebo (n=10), low-frequency TENS (10 Hz, n=9) and high-frequency TENS (100 Hz, n=10). TENS was applied for 30 min in the nervous plexus trajectory from the superior member (from cervical to dorsal region of the fist) at low (10 Hz/200 μs) and high frequency (100 Hz/200 μs) with its intensity adjusted below the motor threshold and intensified every 5 min, intending to avoid accommodation. Venous vascular reactivity in response to phenylephrine, acetylcholine (endothelium-dependent) and sodium nitroprusside (endothelium-independent) was assessed by the dorsal hand vein technique. The phenylephrine effective dose to achieve 70% vasoconstriction was reduced 53% (P<0.01) using low-frequency TENS (10 Hz), while in high-frequency stimulation (100 Hz), a 47% increased dose was needed (P<0.01). The endothelium-dependent (acetylcholine) and independent (sodium nitroprusside) responses were not modified by TENS, which modifies venous responsiveness, and increases the low-frequency sensitivity of α1-adrenergic receptors and shows high-frequency opposite effects. These changes represent an important vascular effect caused by TENS with implications for hemodynamics, inflammation and analgesia.

Combined aliskiren and L-arginine treatment has antihypertensive effects and prevents vascular endothelial dysfunction in a model of renovascular hypertension

Angiotensin II is a key player in the pathogenesis of renovascular hypertension, a condition associated with endothelial dysfunction. We investigated aliskiren (ALSK) and L-arginine treatment both alone and in combination on blood pressure (BP), and vascular reactivity in aortic rings. Hypertension was induced in 40 male Wistar rats by clipping the left renal artery. Animals were divided into Sham, 2-kidney, 1-clip (2K1C) hypertension, 2K1C+ALSK (ALSK), 2K1C+L-arginine (L-arg), and 2K1C+ALSK+L-arginine (ALSK+L-arg) treatment groups. For 4 weeks, BP was monitored and endothelium-dependent and independent vasoconstriction and relaxation were assessed in aortic rings. ALSK+L-arg reduced BP and the contractile response to phenylephrine and improved acetylcholine relaxation. Endothelium removal and incubation with N-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) increased the response to phenylephrine in all groups, but the effect was greater in the ALSK+L-arg group. Losartan reduced the contractile response in all groups, apocynin reduced the contractile response in the 2K1C, ALSK and ALSK+L-arg groups, and incubation with superoxide dismutase reduced the phenylephrine response in the 2K1C and ALSK groups. eNOS expression increased in the 2K1C and L-arg groups, and iNOS was increased significantly only in the 2K1C group compared with other groups. AT1 expression increased in the 2K1C compared with the Sham, ALSK and ALSK+L-arg groups, AT2 expression increased in the ALSK+L-arg group compared with the Sham and L-arg groups, and gp91phox decreased in the ALSK+L-arg group compared with the 2K1C and ALSK groups. In conclusion, combined ALSK+L-arg was effective in reducing BP and preventing endothelial dysfunction in aortic rings of 2K1C hypertensive rats. The responsible mechanisms appear to be related to the modulation of the local renin-angiotensin system, which is associated with a reduction in endothelial oxidative stress.

Deficiency of sex hormones does not affect 17-ß-estradiol-induced coronary vasodilation in the isolated rat heart

The relaxation of coronary arteries by estrogens in the coronary vascular beds of naive and hypertensive rats has been well described. However, little is known about this action in gonadectomized rats. We investigated the effect of 17-ß-estradiol (E2) in coronary arteries from gonadectomized rats, as well as the contributions of endothelium-derived factors and potassium channels. Eight-week-old female and male Wistar rats weighing 220-300 g were divided into sham-operated and gonadectomized groups (n=9−12 animals per group). The baseline coronary perfusion pressure (CPP) was determined, and the vasoactive effects of 10 μM E2 were assessed by bolus administration before and after endothelium denudation or by perfusion with NG-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME), indomethacin, clotrimazole, L-NAME plus indomethacin, L-NAME plus clotrimazole or tetraethylammonium (TEA). The CPP differed significantly between the female and sham-operated male animals. Gonadectomy reduced the CPP only in female rats. Differences in E2-induced relaxation were observed between the female and male animals, but male castration did not alter this response. For both sexes, the relaxation response to E2 was, at least partly, endothelium-dependent. The response to E2 was reduced only in the sham-operated female rats treated with L-NAME. However, in the presence of indomethacin, clotrimazole, L-NAME plus indomethacin or L-NAME plus clotrimazole, or TEA, the E2 response was significantly reduced in all groups. These results highlight the importance of prostacyclin, endothelium-derived hyperpolarizing factor, and potassium channels in the relaxation response of coronary arteries to E2 in all groups, whereas nitric oxide may have had an important role only in the sham-operated female group.

Cardiovascular health and fitness after childhood acute lymphoblastic leukaemia

The last few decades have turned childhood acute lymphoblastic leukaemia (ALL) from a virtually incurable disease to a disease with 80–90% survival rates. However, this has not come without a cost. Various late effects of the treatment are nowadays well acknowledged, and the survivors have increased cardiovascular (CV) morbidity and mortality. While the treatment of ALL may have direct toxic effects on various organ systems, lifestyle factors affect the CV risk of the survivors as well. Data on CV health and fitness after treatment with common Nordic protocols since 1986 has been scarce. This thesis aimed to study CV health and fitness and the effects of a 3-month exercise intervention in 16–30-year-old long-term survivors of childhood ALL. Fitness was poor especially in female survivors. One third reported ≤1h of moderate physical activity (PA) weekly. While the levels of other CV risk factors were similar in survivors and controls, attenuations in vascular endothelium and cardiac function were found when using advanced echocardiographic methods. The exercise programme improved fitness, insulin resistance, endothelial function as well as measures of cardiac function. While the results do not allow definite conclusions on whether the subclinical signs of cardiac and vascular endothelial dysfunction are due to the treatment of ALL or sedentary lifestyle/poor fitness after treatment, the results are interesting and emphasize the effects of PA in this population. The results indicate beneficial effects of PA on the heart health in ALL survivors and suggest that they should be encouraged to physically active lifestyle.

The roles of ERK1/2 and PI3K in abnormal vascular functions in angiotensin II-infused hypertensive rats

Background: Ang II plays a major role in cardiovascular regulation. Recently, it has become apparent that vascular superoxide anion may play an important role in hypertension development. Treatment with antisense NAD(P)H oxidase or SOD decreased BP in Ang II-infused rats. Wang et al recently reported mice which lack one of the subunits of NAD(P)H oxidase developed hypertension at a much lower extent when compared to the wild type animals infused with Ang II, indicating that superoxide anion contributes to elevation in BP in the Ang II-infused hypertensive model. In the Ang II-infused hypertensive model, altered reactivity of blood vessels is often associated with the elevation of systolic blood pressure. We have observed abnormal tension development and impaired endothelium-dependent relaxation in the isolated aorta of Ang II-infused and DOCA-salt hypertensive rats. Recently, several other cellular signal molecules, including ERK1I2 and PI3K, have been determined to play important roles in the regulation of smooth muscle contraction and relaxation. ERKl/2 and PI3K pathways are also reported to contribute to Ang II induced cell growth, hypertrophy, remodeling and contraction. Moreover, these signaling pathways have shown ROS-sensitive properties. Therefore, the aim of the present study is to investigate the roles of ERKl12 and PI3K in vascular oxidative stress, spontaneous tone and impaired endothelium relaxation in Ang II-infused hypertensive model. Hypothesis: We hypothesize that the activation of ERKl12 and PI3K are elevated in response to an Ang II infusion for 6 days. The elevated activation of phospho-ERKl/2 and PI3K mediated the increased level of vascular superoxide anion, the abnormal vascular contraction and impaired endothelium-dependent vascular relaxation in Ang II-infused hypertensive rats. Methods: Vascular superoxide anion level is measured by lucigenin chemiluminescence. Spontaneous tone and ACh-induced endothelium-dependent relaxation was measured by isometric tension recording in organ chamber. The activity of ERK pathway will be measured by its Western blot of phosphorylation of ERK. PI3K activity was evaluated indirectly by Western blot of the phosphorylation of PDKl, a downstream protein of PI3K signaling pathway. The role of each pathway was also addressed via comparing the responses to the specific inhibitors. Results: Superoxide anion was markedly increased in the isolated thoracic aorta from Ang II-infused rats. There was spontaneous tone developed in rings from Ang II-induced hypertensive but not sham-operated normotensive rats. ACh-induced endothelium-dependent relaxation function is impaired in Ang II-infused hypertensive rats. Superoxide dismutase and NAD(P)H oxidase inhibitor, apocynin, inhibited the abnormal spontaneous tone and ameliorated impaired endothelium-dependent relaxation. The expression of phopho-ERKII2 was enhanced in Ang II-infused rats, indicating the activity of ERK1I2 could be increased. MEK1I2 inhibitors, PD98059 and U126, but not their inactive analogues, SB203580 and U124, significantly reduced the vascular superoxide anion in aortas from Ang II-infused rats. The MEK1I2 inhibitors reduced the spontaneous tone and improved the impaired endothelium-dependent relaxation in aorta of hypertension. These findings supported the role of ERKII2 signaling pathway in vascular oxidative stress, spontaneous tone and impaired endothelium-dependent relaxation in Ang II-infused hypertensive rats. The amount of phospho-PDK, a downstream protein of PI3K was increased in Ang II rats indicating the activity of PI3K activity was elevated. Strikingly, PI3K significantly inhibited the increase of superoxide anion level, abnormal spontaneous tone and restored endothelium-dependent relaxation in Ang II-infused hypertensive rats. These findings indicated the important role of PI3K in Ang II-infused hypertensive rats. Conclusion: ERKII2 and PI3K signaling pathways are sustained activated in Ang II-infused hypertensive rats. The activated ERKII2 and PI3K mediate the increase of vascular superoxide anion level, vascular abnormal spontaneous tone and impaired endothelium-dependent relaxation.

Vieillissement vasculaire chez des patients athérosclérotiques: Sénescence prématurée des cellules endothéliales?

La dysfonction de l’endothélium vasculaire, associée à une diminution de ses propriétés vasorelaxantes et anti-thrombogéniques, survient avec le vieillissement mais également chez de plus jeunes patients athérosclérotiques présentant plusieurs facteurs de risque cardiovasculaire. Au niveau cellulaire, le vieillissement des cellules endothéliales (CE) mène à un état irréversible de non division cellulaire appelé sénescence. Ces cellules sénescentes présentent des changements spécifiques au niveau de leur morphologie et de l’expression génique, menant à leur dysfonction. La sénescence dite réplicative est déclenchée par le raccourcissement des télomères survenant à chaque division cellulaire, mais peut également être induite prématurément par le stress oxydant (SIPS). L’objectif principal de cette étude est de caractériser la sénescence de CE vasculaires isolées à partir de patients athérosclérotiques, et d’observer l’impact des facteurs de risque sur cette sénescence. Afin de confirmer la contribution des deux principales voies de la sénescence, nous avons par la suite étudié conjointement ou séparément, l’impact d’un traitement chronique avec un antioxydant sur la sénescence de CE, et d’une surexpression de la sous-unité catalytique de la télomérase (hTERT), une enzyme responsable de l’allongement des télomères. Nous avons isolé et cultivé des CE provenant d’artères mammaires internes prélevées lors de pontages coronariens. Selon les études, les cellules ont été infectées ou non avec un lentivirus surexprimant la hTERT, et cultivées in vitro jusqu’à sénescence, en présence ou en absence de l’antioxydant N-acétyl-L-cystéine (NAC). Différents marqueurs des deux principales voies de la sénescence (réplicative ou SIPS) ont été quantifiés. La sénescence cellulaire se développe exponentiellement avec le temps et est associée à une réduction de la viabilité et de la prolifération cellulaires. Chez les patients athérosclérotiques, le vieillissement des CE passe par les deux principales voies de la sénescence : des télomères courts initialement en culture et la durée d’exposition in vivo aux facteurs de risque cardiovasculaire prédisent une apparition prématurée de la sénescence. Toutefois, chez les fumeurs, la sénescence est exclusivement du type SIPS. Ces facteurs de risque cardiovasculaire et principalement l’hypertension, semblent accélèrer le vieillissement biologique et favoriser la dysfonction des CE. Lorsque traitées chroniquement avec le NAC, les CE présentant initialement de moindres dommages cellulaires et moléculaires ainsi qu’une meilleure défense antioxydante développent une sénescence retardée. Lorsque le NAC est combiné à une surexpression de la hTERT, les deux voies de la sénescence sont bloquées et une immortalisation cellulaire est observée. À l’inverse, dans les CE les plus endommagées par les ROS in vivo, le NAC n’a aucun effet sur le développement de la sénescence, la hTERT, seule ou en combinaison avec le NAC, retarde légèrement la sénescence mais aucune immortalisation n’est observée lorsque ces traitements sont combinés. En conclusion, nos études démontrent que l’exposition chronique au stress oxydant associé aux facteurs de risque cardiovasculaire accélère le développement de la sénescence de CE vasculaires, contribuant potentiellement à l’athérogénèse. Dans les cellules de patients athérosclérotiques, il semble exister un seuil de dommages cellulaires et moléculaires subis in vivo au-delà duquel, aucun traitement (antioxydant ou hTERT) ne peut être bénéfique.

Effet de l’atorvastatine sur la dysfonction endothéliale des artères coronaires épicardiques associée à l’hypertrophie ventriculaire gauche dans un modèle porcin

Effet de l’atorvastatine sur la dysfonction endothéliale des artères coronaires épicardiques associée à l’hypertrophie ventriculaire gauche dans un modèle porcin Forcillo J, Aubin MC, Horn A, Shi YF, Carrier M, Tardif JC, Perrault LP Introduction: L’atorvastatine par ses effets pléiotropiques pourrait limiter la dysfonction endothéliale associée au développement de l’HVG. Méthodologie : Un cerclage de l’aorte ascendante pendant 2 mois entraîne le développement d’HVG et les groupes ont été traités avec atorvastatine 40 ou 80 mg de 60 à 90 jours. L’HVG est confirmée par échographie. La réactivité vasculaire est évaluée en chambres d’organe, la fonction endothéliale par la quantification de la GMPc et des nitrites/nitrates plasmatiques. Le stress oxydant est mesuré par les niveaux d’ANG II et de la carbonylation des protéines. Résultats : Après 60 et 90 j de cerclage, l’HVG est observée chez tous ces groupes. Les courbes concentrations-réponse des anneaux des artères coronaires épicardiques des groupes traités avec l’atorvastatine 40 et 80 mg pour 30 et 60 jours n’ont démontré aucune amélioration des relaxations dépendantes de l’endothélium. Une exacerbation significative de la dysfonction endothéliale a été observée. Les niveaux vasculaires de GMPc sont significativement diminués dans le groupe sans cerclage traité 60 d et ceux d’ANG II sont fortement augmentés chez ce dernier groupe ainsi que le groupe traité avec 80 mg pour 30 jours par rapport aux contrôles. L’expression de la carbonylation des protéines est augmentée dans le groupe témoin traité avec atorvastatine 80 mg, reflétant une augmentation du stress oxydant. Conclusion : L’administration d’atorvastatine ne prévient pas le développement de l’HVG ni la dysfonction endothéliale dans notre modèle. Au contraire l’atorvastatine à haute dose a un effet toxique sur les artères coronaires épicardiques en augmentant la dysfonction endothéliale.

Modulation of Oxytocin Receptors in Right Ventricular Hypertrophy

L’hypertension pulmonaire (HP) est une maladie dont l’étiologie est inconnue et qui entraîne ultimement une défaillance du ventricule droit (VD) et le décès. L’HP peut être induite chez le rat par la la monocrotaline (MCT), un alcaloïde pyrrolizidique extrait de la plante Crotalaria Spectabilis, causant des lésions à l’endothélium des artères pulmonaires, menant à un épaississement de ces dernières et à une augmentation de la résistance vasculaire. Ceci à pour conséquence de causer une hypertrophie du VD, de l’inflammation, une dysfonction endothéliale NO-dépendante des artères coronariennes et une augmentation des peptides natriurétiques circulants. Objectif: Nous avons testé l’hypothèse selon laquelle l’étiopathologie de l’HP impliquerait le récepteur à ocytocine (OTR) dû à son implication fonctionnelle avec les cytokines inflammatoires et la libération du peptide natriurétique atrial (ANP) et du NO. Méthodes: Des rats mâles Sprague-Dawley pesant 220-250g reçurent une seule injection sous-cutanée de MCT (60 mg/kg). 6 à 7 semaines (46±1 jours) suivant l’injection, les rats furent sacrifiés et l’expression génique et protéique fut déterminée par PCR en temps réel et par western blot, respectivement, dans le VD et le ventricule gauche (VG) Résultats: Les rats traités au MCT démontrèrent une augmentation significative du VD. Une hypertrophie du VD était évidente puisque le ratio du VD sur le VG ainsi que le poids du septum étaient près de 77% plus élevés chez les rats traités au MCT que chez les rats contrôles. Le traitement au MCT augmenta l’expression génique d’ANP (3.7-fois dans le VG et 8-fois dans le VD) ainisi que le NP du cerveau (2.7-fois dans le VG et 10-fois dans le VD). Les transcrits de trois récepteurs de NP augmentèrent significativement (0.3-2 fois) seulement dans le VD. L’expression protéique de la NO synthase (iNOS) fut également augmentée de façon sélective dans le VD. Par contre, les transcripts de NOS endothéliale et de NOS neuronale étaient plus élevés (0.5-2 fold) dans le VG. L’ARNm et l’expression protéique d’OTR furent diminués de 50% dans le VD, tandis qu’une augmentation de l’expression des cytokines IL-1β and IL-6 fut observée. L’ARNm de Nab1, un marqueur d’hypertrophie pathologique, fut augmentée de deux-fois dans le VD. Conclusion: L’augmentation d’expression génique de NP dans le VD des rats traités au MCT est associée à une augmentation des transcripts du récepteur NP, suggérant une action locale de NP dans le VD durant l’HP. L’expression d’OTR est atténuée dans le VD, possiblement par des cytokines inflammatoires puisque le promoteur du gène de l’OTR contient de multiples éléments de réponse aux interleukines. Diminuer l’expression d’OTR dans le VD durant l’hypertension pulmonaire pourrait influencer de manière positive la fonction cardiaque car l’OTR régule la contractilité et le rythme cardiaque. Mots clés: hypertension pulmonaire, hypertrophie du ventricule droit monocrotaline, récepteur à ocytocine, inflammation, peptides natriurétiques.

Étude comparative de l'anatomie des plaies de greffe de cornée par tomographie de cohérence optique (OCT)

Cette thèse porte sur l’étude de l’anatomie de la cornée après 3 techniques de greffe soient, la greffe totale traditionnelle (GTT) et des techniques de greffe lamellaire postérieur (GLP) telles que la greffe lamellaire endothéliale profonde (DLEK) et la greffe endothélium/membrane de Descemet (EDMG) pour le traitement des maladies de l’endothélium, telles que la dystrophie de Fuchs et de la kératopathie de l’aphaque et du pseudophaque. Dans ce contexte, cette thèse contribue également à démontrer l’utilité de la tomographie de cohérence optique (OCT) pour l’étude de l’anatomie des plaies chirurgicales la cornée post transplantation. Au cours de ce travail nous avons étudié l'anatomie de la DLEK, avant et 1, 6, 12 et 24 mois après la chirurgie. Nous avons utilisé le Stratus OCT (Version 3, Carl Zeiss, Meditec Inc.) pour documenter l’anatomie de la plaie. L'acquisition et la manipulation des images du Stratus OCT, instrument qui à été conçu originalement pour l’étude de la rétine et du nerf optique, ont été adaptées pour l'analyse du segment antérieur de l’oeil. Des images cornéennes centrales verticales et horizontales, ainsi que 4 mesures radiaires perpendiculaires à la plaie à 12, 3, 6 et 9 heures ont été obtenues. Les paramètres suivants ont été étudiés: (1) Les espaces (gap) entre les rebords du disque donneur et ceux du receveur, (2) les dénivelés de surface postérieure (step) entre le les rebords du disque donneur et ceux du receveur, (3) la compression tissulaire, (4) le décollement du greffon, 6) les élévations de la surface antérieure de la cornée et 7) la pachymétrie centrale de la cornée. Les mesures d’épaisseur totale de la cornée ont été comparées et corrélées avec celles obtenues avec un pachymètre à ultra-sons. Des mesures d’acuité visuelle, de réfraction manifeste et de topographie ont aussi été acquises afin d’évaluer les résultats fonctionnels. Enfin, nous avons comparé les données de DLEK à celles obtenues de l’EDMG et de la GTT, afin de caractériser les plaies et de cerner les avantages et inconvénients relatifs à chaque technique chirurgicale. Nos résultats anatomiques ont montré des différences importantes entre les trois techniques chirurgicales. Certains des paramètres étudiés, comme le sep et le gap, ont été plus prononcés dans la GTT que dans la DLEK et complètement absents dans l’EDMG. D’autres, comme la compression tissulaire et le décollement du greffon n’ont été observés que dans la DLEK. Ceci laisse entrevoir que la distorsion de la plaie varie proportionnellement à la profondeur de la découpe stromale du receveur, à partir de la face postérieure de la cornée. Moins la découpe s’avance vers la face antérieure (comme dans l’EDMG), moins elle affecte l’intégrité anatomique de la cornée, le pire cas étant la découpe totale comme dans la GTT. Cependant, tous les paramètres d’apposition postérieure sous-optimale et d’élévation de la surface antérieure (ce dernier observé uniquement dans la GTT) finissent par diminuer avec le temps, évoluant à des degrés variables vers un profil topographique plus semblable à celui d’une cornée normale. Ce processus paraît plus long et plus incomplet dans les cas de GTT à cause du type de plaie, de la présence de sutures et de la durée de la cicatrisation. Les valeurs moyennes d’épaisseur centrale se sont normalisées après la chirurgie. De plus, ces valeurs moyennes obtenues par OCT étaient fortement corrélées à celles obtenues par la pachymétrie à ultra-sons et nous n’avons remarqué aucune différence significative entre les valeurs moyennes des deux techniques de mesure. L’OCT s’est avéré un outil utile pour l’étude de l’anatomie microscopique des plaies chirurgicales. Les résultats d’acuité visuelle, de réfraction et de topographie des techniques de GLP ont montré qu’il existe une récupération visuelle rapide et sans changements significatifs de l’astigmatisme, contrairement à la GTT avec et sans suture. La GLP a permis une meilleure conservation de la morphologie de la cornée, et par conséquence des meilleurs résultats fonctionnels que la greffe de pleine épaisseur. Ceci nous permet d’avancer que la GLP pourrait être la technique chirurgicale à adopter comme traitement pour les maladies de l’endothélium cornéen.

Impact du stress oxydant et de l’athérosclérose sur la fonction vasculaire cérébrale au cours du vieillissement

Dans les neurones et les cellules vasculaires cérébrales, les dérivés réactifs de l’oxygène jouent un double rôle puisqu’ils peuvent avoir à la fois des effets bénéfiques, à faibles concentrations, et des effets délétères, à des concentrations élevées. Chez la souris, la circulation cérébrale se distingue des autres lits vasculaires puisque le peroxyde d’hydrogène (H2O2) est le principal médiateur endothélial relaxant endogène. L’objectif de notre première étude a été de caractériser l’implication physiologique du H2O2 dérivé de la eNOS dans la fonction endothéliale cérébrale de la souris. Nous avons voulu identifier les mécanismes impliqués dans la dilatation induite par l’augmentation de débit intra-luminal (flow-mediated dilation, FMD). La FMD est la réponse à un stimulus physiologique endothélial la plus représentative de la situation in vivo. Nous avons démontré que le H2O2, et non le monoxyde d’azote (NO), dérivant de l’activation de la eNOS cérébrale, est le principal médiateur de la FMD. Cependant, nous connaissons très peu de données sur l’évolution de la voie du H2O2 au cours du vieillissement qu’il soit associé ou non aux facteurs de risque pour les maladies cardiovasculaires. Au cours du vieillissement, au niveau périphérique, les facteurs endothéliaux constricteurs ou dilatateurs évoluent en fonction de l’augmentation de stress oxydant. La présence de facteurs de risque pour les maladies cardiovasculaires, telle que l’hypercholestérolémie, pourrait accentuer l’augmentation du stress oxydant et ainsi accélérer la dysfonction endothéliale. Au niveau cérébral, très peu de données sont disponibles. Dans le cadre de notre deuxième étude, nous avons émis l’hypothèse qu’un débalancement des facteurs endothéliaux pourrait être à l’origine (1) de la dysfonction endothéliale cérébrale observée au cours du vieillissement et (2) de la dysfonction endothéliale précoce qui apparaît en présence d’athérosclérose. Nos résultats ont montré que l’augmentation de stress oxydant associée au vieillissement conduit à une libération endogène accrue de TXA2 qui diminue la voie du H2O2 au niveau cérébral et, par conséquent, réduit la dilatation dépendante de l’endothélium. De plus, la présence d’athérosclérose accélère l’apparition de la dysfonction endothéliale cérébrale. Le rôle clé joué par le stress oxydant a été confirmé par un traitement préventif avec l’antioxydant catéchine qui a permis de renverser tous les effets délétères de l’athérosclérose sur les fonctions endothéliales cérébrales. Finalement, la dysfonction endothéliale cérébrale précoce, associée avec l’athérosclérose, pourrait non seulement augmenter l’incidence de développer des accidents vasculaires cérébraux (AVC) mais aussi induire une diminution du débit sanguin cérébral et, ultimement, affecter les fonctions neuronales. Dans le cadre de notre troisième étude, nous avons émis l’hypothèse que l’augmentation de stress oxydant est associée avec une diminution du débit sanguin cérébral et un déclin subséquent des fonctions cognitives. Nous avons utilisé des souris athérosclérotiques âgées de 3 mois que nous avons soumises, ou pas, à un traitement chronique à la catéchine. Nos travaux montrent qu’un traitement préventif avec la catéchine peut prévenir les effets néfastes de l’athérosclérose sur la FMD, le débit sanguin et le déclin des fonctions cognitives qui est normalement associé au vieillissement. Nos résultats ont permis de distinguer l’effet du vieillissement des effets de l’athérosclérose sur les fonctions vasculaires cérébrales. Le traitement préventif avec la catéchine a eu des effets bénéfiques marqués sur la fonction endothéliale cérébrale, le débit sanguin cérébral et les fonctions cognitives, démontrant le rôle clé de l’environnement redox dans la régulation des fonctions cérébrales.

Étude de la réponse aiguë à l'exercice intermittent à haute intensité chez le patient coronarien

L'entraînement par intervalles à haute intensité est plus efficace que l'entraînement continu d’intensité modérée pour améliorer la consommation maximale d’oxygène (VO2max) et le profil métabolique des patients coronariens. Cependant, il n’y a pas de publications pour appuyer la prescription d’un type d’exercice intermittent (HIIE) spécifique dans cette population. Nous avons donc comparé les réponses aiguës cardio-pulmonaires de quatre sessions différentes d’exercice intermittent dans le but d’identifier l’exercice optimal chez les patients coronariens. De manière randomisée, les sujets participaient aux sessions d’HIIE, toutes avec des phases d’exercice à 100% de la puissance maximale aérobie (PMA), mais qui variaient selon la durée des phases d’exercice et de récupération (15s ou 1 min) et la nature de la récupération (0% de la PMA ou 50% de la PMA). Chaque session était réalisée sous forme de temps limite et l’exercice était interrompu après 35 minutes. En considérant l’effort perçu, le confort du patient et le temps passé au-dessus de 80% de VO2max, nous avons trouvé que l’exercice optimal consistait à alterner des courtes phases d’exercice de 15s à 100% de la PMA avec des phases de 15s de récupération passive. Ensuite, nous avons comparé les réponses physiologiques de l’HIIE optimisé avec un exercice continu d’intensité modérée (MICE) iso-calorique chez des patients coronariens. En considérant les réponses physiologiques, l’aspect sécuritaire (aucune élévation de Troponin T) et l’effort perçu, le protocole HIIE est apparu mieux toléré et plus efficace chez ces coronariens. Finalement, une simple session d’HIIE n’induit pas d’effets délétères sur la paroi vasculaire, comme démontré avec l’analyse des microparticules endothéliales. En conclusion, l’exercice intermittent à haute intensité est un mode d'entraînement prometteur pour les patients coronariens stables qui devrait faire l’objet d’autres études expérimentales en particulier pour les patients coronariens ischémiques.