L’analyse biomécanique du sprint sur ergomètre non-motorisé : interaction entre les asymétries cinétiques et cinématiques lors d’un sprint de 40 verges

Au sprint 100 mètres et dans de nombreux sport de puissance, la phase d’accélération est un déterminant majeure de la performance. Toutefois, les asymétries cinétiques et cinématiques peuvent avoir une incidence sur la performance. L’objectif de cette étude était d’identifier la présence d’interaction entre différentes variables cinétiques et cinématiques angulaires aux membres inférieures (MI) d’un sprint de haute intensité sur un ergomètre non-motorisé avec résistance (NMR). Suite à une rencontre de familiarisation, 11 sujets ont exécuté des sprints de 40 verges. Les données cinétiques ont été obtenues par l’entremise de plateformes de force intégrées aux appuis de l’ergomètre NMR à 10 Hz et les données cinématiques ont été amassées à l’aide du système Optitrack et du logiciel Motive Tracker à 120Hz. Nous avons effectué un test de corrélation linéaire (Corrélation linéaire de Pearson) pour déterminer la relation entre les données cinétiques et cinématiques (p < 0,05). L’analyse des données a révélée (1) une corrélation positive entre la moyenne d’amplitude articulaire à la cheville et la moyenne des pics de puissance développés (W/kg) lors de la phase de maintien (r = 0,62), (2) une corrélation négative entre l’extension maximale moyenne (calculé à partir de l’angle de flexion le plus petit) à la hanche et la moyenne de pics de puissance développées en fin de poussée lors de la totalité et de la phase de maintien (r = -0,63 et r = -0,69 respectivement), et finalement (3) une corrélation négative entre la différence de dorsiflexion maximale à la cheville et la différence des pics de puissance développés aux MI lors du contact du pied au sol en phase de maintien ( r = -0,62). Les résultats obtenus dans cette étude permettront d’améliorer l’intervention des préparateurs physiques et la pratique des athlètes de sport de puissance en plus d’aider au développant de nouvelles technologies et outils d’entrainement complémentaire au sprint et particulièrement à la phase d’accélération.

Identification of patients at risk of poor outcomes following hip or knee arthroplasty

Les arthroplasties totales de la hanche (ATH) et du genou (ATG) sont souvent offertes aux patients atteints de dégénérescence articulaire sévère. Bien qu’efficace chez la majorité des patients, ces interventions mènent à des résultats sous-optimaux dans de nombreux cas. Il demeure difficile d’identifier les patients à risque de résultats sous-optimaux à l’heure actuelle. L’identification de ces patients avant la chirurgie pourrait permettre d’optimiser la gamme de soins et de services offerts et de possiblement améliorer les résultats de leur chirurgie. Ce mémoire a comme objectifs : 1) de réaliser une revue systématique des déterminants associés à la douleur et aux incapacités fonctionnelles rapportées par les patients à moyen-terme suivant ces deux types d’arthroplastie et 2) de développer des modèles de prédiction clinique permettant l’identification des patients à risque de mauvais résultats en terme de douleur et d’incapacités fonctionnelles suivant l’ATH et l’ATG. Une revue systématique de la littérature identifiant les déterminants de la douleur et de la fonction suivant l’ATH et l’ATG a été réalisée dans quatre bases de données jusqu’en avril 2015 et octobre 2014, respectivement. Afin de développer un algorithme de prédiction pouvant identifier les patients à risque de résultats sous-optimaux, nous avons aussi utilisé des données rétrospectives provenant de 265 patients ayant subi une ATH à l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont (HMR) de 2004 à 2010. Finalement, des données prospectives sur 141 patients recrutés au moment de leur inclusion sur une liste d’attente pour une ATG dans trois hôpitaux universitaires à Québec, Canada et suivis jusqu’à six mois après la chirurgie ont permis l’élaboration d’une règle de prédiction clinique permettant l’identification des patients à risque de mauvais résultats en terme de douleur et d’incapacités fonctionnelles. Vingt-deux (22) études d’une qualité méthodologique moyenne à excellente ont été incluses dans la revue. Les principaux déterminants de douleur et d’incapacités fonctionnelles après l’ATH incluaient: le niveau préopératoire de douleur et de fonction, un indice de la masse corporelle plus élevé, des comorbidités médicales plus importantes, un état de santé générale diminué, une scolarité plus faible, une arthrose radiographique moins sévère et la présence d’arthrose à la hanche controlatérale. Trente-quatre (34) études évaluant les déterminants de douleur et d’incapacités fonctionnelles après l’ATG avec une qualité méthodologique moyenne à excellente ont été évaluées et les déterminants suivant ont été identifiés: le niveau préopératoire de douleur et de fonction, des comorbidités médicales plus importantes, un état de santé générale diminué, un plus grands niveau d’anxiété et/ou de symptômes dépressifs, la présence de douleur au dos, plus de pensées catastrophiques ou un faible niveau socioéconomique. Pour la création d’une règle de prédiction clinique, un algorithme préliminaire composé de l’âge, du sexe, de l’indice de masse corporelle ainsi que de trois questions du WOMAC préopératoire a permis l’identification des patients à risque de résultats chirurgicaux sous-optimaux (pire quartile du WOMAC postopératoire et percevant leur hanche opérée comme artificielle avec des limitations fonctionnelles mineures ou majeures) à une durée moyenne ±écart type de 446±171 jours après une ATH avec une sensibilité de 75.0% (95% IC: 59.8 – 85.8), une spécificité de 77.8% (95% IC: 71.9 – 82.7) et un rapport de vraisemblance positif de 3.38 (98% IC: 2.49 – 4.57). Une règle de prédiction clinique formée de cinq items du questionnaire WOMAC préopratoire a permis l’identification des patients en attente d’une ATG à risque de mauvais résultats (pire quintile du WOMAC postopératoire) six mois après l’ATG avec une sensibilité de 82.1 % (95% IC: 66.7 – 95.8), une spécificité de 71.7% (95% IC: 62.8 – 79.8) et un rapport de vraisemblance positif de 2.9 (95% IC: 1.8 – 4.7). Les résultats de ce mémoire ont permis d’identifier, à partir de la littérature, une liste de déterminants de douleur et d’incapacités fonctionnelles après l’ATH et l’ATG avec le plus haut niveau d’évidence à ce jour. De plus, deux modèles de prédiction avec de très bonnes capacités prédictives ont été développés afin d’identifier les patients à risque de mauvais résultats chirurgicaux après l’ATH et l’ATG. L’identification de ces patients avant la chirurgie pourrait permettre d’optimiser leur prise en charge et de possiblement améliorer les résultats de leur chirurgie.

EVIDENCE FOR MECHANICAL STRAINS INFLUENCE IN OSTEOPHYTE DEVELOPMENT

Purpose: Osteophytes are osteo-cartilaginous metaplastic tissue outgrowths of bone capped by cartilage usually found in degenerative and inflammatory joint disease. The presence and degree of maturity of osteophytes, along with joint space narrowing, are the main radiographic criteria for diagnosis and grading osteoarthritis (OA). Although osteophytes are known for being anatomic signs of advanced OA, they can occur in non-symptomatic joints, in joints with no other observable alterations, and in early stage OA. It remains unclear if they develop from molecular, physiological and/or mechanical stimuli. We hypothesized that mechanical strains play a role in osteophyte development. The overall objective of this thesis was to find evidence that osteophytes are influenced by mechanical strains. Methods: The first project was to develop a mechanically-induced osteophyte animal model. One single impact load that was reported to induce moderate joint damage was applied to the periosteum of the rat knee. Animals were sacrificed at four time points to characterize the evolution of damaged tissue and the joint by histology. A second study using human mature hip osteophytes was conducted to evaluate if mature osteophyte presented histological signs of proliferating and developmental processes. The histological characterization of mature osteophyte was used to compare findings of the mechanically-induced osteophyte in the animal model to validate the use of this rodent model in studying some aspect of osteophyte development of human. Lastly, a detailed three-dimensional (3D) radiological morphometric analysis was performed on microscopic computed tomography (µCT) scanned femoral heads collected from total hip arthroplasty patients presenting mature hip osteophytes. Quantitative morphometric measures of osteophytes internal structure was compared to three regions of the femoral head of known quality of organisation and mechanical constraint. Results and Conclusion: Osteophyte can be mechanically induced by a single load impact to the joint periosteum, indicating that a moderate trauma to the periosteal layer of the joint may play a role in osteophyte development. Mature osteophytes have proliferation, developing and remodelling zones and have trabecular structures. Mechanically-induced osteophytes and mature osteophytes presented similar histological composition. Mature osteophytes have organized internal structure. These results provide evidence that mechanical strain can influence osteophyte development.

Modifications in Early Rehabilitation Protocol after Rotator Cuff Repair : EMG Studies

La déchirure de la coiffe des rotateurs est une des causes les plus fréquentes de douleur et de dysfonctionnement de l'épaule. La réparation chirurgicale est couramment réalisée chez les patients symptomatiques et de nombreux efforts ont été faits pour améliorer les techniques chirurgicales. Cependant, le taux de re-déchirure est encore élevé ce qui affecte les stratégies de réhabilitation post-opératoire. Les recommandations post-chirurgicales doivent trouver un équilibre optimal entre le repos total afin de protéger le tendon réparé et les activités préconisées afin de restaurer l'amplitude articulaire et la force musculaire. Après une réparation de la coiffe, l'épaule est le plus souvent immobilisée grâce à une écharpe ou une orthèse. Cependant, cette immobilisation limite aussi la mobilité du coude et du poignet. Cette période qui peut durer de 4 à 6 semaines où seuls des mouvements passifs peuvent être réalisés. Ensuite, les patients sont incités à réaliser les exercices actifs assistés et des exercices actifs dans toute la mobilité articulaire pour récupérer respectivement l’amplitude complète de mouvement actif et se préparer aux exercices de résistance réalisés dans la phase suivante de la réadaptation. L’analyse électromyographique des muscles de l'épaule a fourni des évidences scientifiques pour la recommandation de beaucoup d'exercices de réadaptation au cours de cette période. Les activités sollicitant les muscles de la coiffe des rotateurs à moins de 20% de leur activation maximale volontaire sont considérés sécuritaires pour les premières phases de la réhabilitation. À partir de ce concept, l'objectif de cette thèse a été d'évaluer des activités musculaires de l'épaule pendant des mouvements et exercices qui peuvent théoriquement être effectués au cours des premières phases de la réhabilitation. Les trois questions principales de cette thèse sont : 1) Est-ce que la mobilisation du coude et du poignet produisent une grande activité des muscles de la coiffe? 2) Est-ce que les exercices de renforcement musculaire du bras, de l’avant-bras et du torse produisent une grande activité dans les muscles de la coiffe? 3) Au cours d'élévations actives du bras, est-ce que le plan d'élévation affecte l'activité de la coiffe des rotateurs? Dans notre première étude, nous avons évalué 15 muscles de l'épaule chez 14 sujets sains par électromyographie de surface et intramusculaire. Nos résultats ont montré qu’avec une orthèse d’épaule, les mouvements du coude et du poignet et même quelques exercices de renforcement impliquant ces deux articulations, activent de manière sécuritaire les muscles de ii la coiffe. Nous avons également introduit des tâches de la vie quotidienne qui peuvent être effectuées en toute sécurité pendant la période d'immobilisation. Ces résultats peuvent aider à modifier la conception d'orthèses de l’épaule. Dans notre deuxième étude, nous avons montré que l'adduction du bras réalisée contre une mousse à faible densité, positionnée pour remplacer le triangle d’une orthèse, produit des activations des muscles de la coiffe sécuritaires. Dans notre troisième étude, nous avons évalué l'électromyographie des muscles de l’épaule pendant les tâches d'élévation du bras chez 8 patients symptomatiques avec la déchirure de coiffe des rotateurs. Nous avons constaté que l'activité du supra-épineux était significativement plus élevée pendant l’abduction que pendant la scaption et la flexion. Ce résultat suggère une séquence de plan d’élévation active pendant la rééducation. Les résultats présentés dans cette thèse, suggèrent quelques modifications dans les protocoles de réadaptation de l’épaule pendant les 12 premières semaines après la réparation de la coiffe. Ces suggestions fournissent également des évidences scientifiques pour la production d'orthèses plus dynamiques et fonctionnelles à l’articulation de l’épaule.

L’analyse biomécanique du sprint sur ergomètre non-motorisé : interaction entre les asymétries cinétiques et cinématiques lors d’un sprint de 40 verges

Au sprint 100 mètres et dans de nombreux sport de puissance, la phase d’accélération est un déterminant majeure de la performance. Toutefois, les asymétries cinétiques et cinématiques peuvent avoir une incidence sur la performance. L’objectif de cette étude était d’identifier la présence d’interaction entre différentes variables cinétiques et cinématiques angulaires aux membres inférieures (MI) d’un sprint de haute intensité sur un ergomètre non-motorisé avec résistance (NMR). Suite à une rencontre de familiarisation, 11 sujets ont exécuté des sprints de 40 verges. Les données cinétiques ont été obtenues par l’entremise de plateformes de force intégrées aux appuis de l’ergomètre NMR à 10 Hz et les données cinématiques ont été amassées à l’aide du système Optitrack et du logiciel Motive Tracker à 120Hz. Nous avons effectué un test de corrélation linéaire (Corrélation linéaire de Pearson) pour déterminer la relation entre les données cinétiques et cinématiques (p < 0,05). L’analyse des données a révélée (1) une corrélation positive entre la moyenne d’amplitude articulaire à la cheville et la moyenne des pics de puissance développés (W/kg) lors de la phase de maintien (r = 0,62), (2) une corrélation négative entre l’extension maximale moyenne (calculé à partir de l’angle de flexion le plus petit) à la hanche et la moyenne de pics de puissance développées en fin de poussée lors de la totalité et de la phase de maintien (r = -0,63 et r = -0,69 respectivement), et finalement (3) une corrélation négative entre la différence de dorsiflexion maximale à la cheville et la différence des pics de puissance développés aux MI lors du contact du pied au sol en phase de maintien ( r = -0,62). Les résultats obtenus dans cette étude permettront d’améliorer l’intervention des préparateurs physiques et la pratique des athlètes de sport de puissance en plus d’aider au développant de nouvelles technologies et outils d’entrainement complémentaire au sprint et particulièrement à la phase d’accélération.

Design et synthèse d’inhibiteurs d’une ectonucléotide pyrophosphatase/phosphodiestérase de type 1 (ENPP1) et leur activité anticancéreuse

La calcification de la valve aortique (CVA) est une maladie cardiovasculaire de plus en plus répandue, particulièrement en Amérique du Nord. Elle cause le rétrécissement de la valve aortique et le seul traitement actuellement disponible est le remplacement chirurgical. Des études menées par le Dr Patrick Mathieu (Institut de Cardiologie et de Pneumologie de Québec) ont montré qu’une surexpression d’une ectonucléotide pyrophosphatase/phosphodiestérase de type 1 (ENPP1) est à l’origine de cette sténose. Une solution à cette maladie serait donc de trouver un inhibiteur d’ENPP1. Inspirées des travaux du groupe de Pfizer visant ENPP1 pour le traitement de la chondrocalcinose articulaire et l’ostéoarthrite, quelques familles d’inhibiteurs de type quinazoline-4-pipéridine sulfamides (QPS) ont été synthétisés et testées in vitro. Une étude en modélisation moléculaire sur le site potentiel de liaison des inhibiteurs sur ENPP1 est en cours, en collaboration avec le Pr Patrick Lagüe (Université Laval, Département de biochimie, microbiologie et bio-informatique) et son équipe pour optimiser le design de la structure des composés. Les composés d’une des familles, les QPS-pyrimidine, ont été testés in vitro sur quelques lignées cellulaires cancéreuses (HT-1080, HT-29, M21 et MCF-7) pour mesurer leur activité antiproliférative. Ces composés ont une inhibition de croissance médiane (IC50) de l’ordre du micromolaire et représentent donc un point de départ intéressant pour la mise au point de nouveaux traitements anticancéreux.

MEF2C: expression, regulation and interaction with target genes in health and diseases

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2015

Identification of novel molecular determinants of tissue mineralization in fish

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2015

The role of chondrocyte senescence in the pathogenesis of canine osteoarthritis

The aims of this study were to (1) evaluate cellular senescence in chondrocytes from osteoarthritic articular cartilage, (2) investigate the hypothesis that oxidative stress is a feature of canine OA chondrocytes and that oxidative stress contributes to cellular senescence in canine chondrocytes, (3) investigate the hypothesis that osteoarthritic chondrocytes alter the gene expression of adjacent normal chondrocytes in OA joints leading to modulation of genes known to play a role in the pathogenesis of OA and (4) evaluate the presentation of dogs undergoing femoral head excision in veterinary referral practice in the UK as a treatment for osteoarthritis of the coxofemoral joint, and to categorise the distribution and severity of associated pathological lesions. Chondrocytes from osteoarthritic and normal cartilage were examined for levels of senescence. Initially chondrocytes were cultured using an alginate bead culture system, thought to mimic the extracellular matrix of articular cartilage. However, these chondrocytes showed almost no growth as compared to monolayer culture where they grew rapidly. OA chondrocytes entered the senescent state after 1.5 to 4.9 population doublings in monolayer culture, while normal chondrocytes underwent 4.8 to 14.6 population doublings before entering the senescent state. Osteoarthritic chondrocytes had increased levels of markers of cellular senescence (senescence associated beta-galactosidase accumulation and p16 protein accumulation) as compared to normal chondrocytes, suggesting that chondrocyte senescence is a feature of canine osteoarthritis. An experimental model for the induction of oxidative stress in chondrocyte cell culture was developed using tert-Butyl hydroperoxide and total cellular glutathione was measured as an indicator of cellular oxidative stress levels. Experimental induction of oxidative stress in both normal and osteoarthritic chondrocytes in cell culture resulted in increased amounts of cellular senescence, shown by an increase in levels of senescence associated beta-galactosidase accumulation and decreased replicative capacity. Experimental induction of oxidative stress also resulted in altered gene expression of three genes important to the degradation of the extracellular matrix; MMP-13, MMP-3 and Col-3A1, measured by RT-PCR, in normal canine chondrocytes in monolayer cell culture. MMP-3 showed the greatest relative expression change, with a fold-change of between 1.43 and 4.78. MMP-13 had a fold change of 1.16 to 1.38. Col-3A1 was down regulated, with a fold-change of between 0.21 and 0.31. These data demonstrate that experimentally induced oxidative stress in chondrocytes in monolayer culture increases levels of cellular senescence and alters the expression of genes relevant to the pathogenesis of canine OA. Coculture of osteoarthritic chondrocytes with normal canine chondrocytes resulted in gene modulation in the normal chondrocytes. Altered gene expression of ten genes known to play a role in the pathogenesis of osteoarthritis was detected in the normal chondrocytes (fold change shown in brackets); TNF-alpha (11.95), MMP-13 (5.93), MMP-3 (5.48), IL-4 (7.03), IL-6 (5.3), IL-8 (4.92), IL-F3 (4.22), COL-3A1 (4.12), ADAMTS-4 (3.78) and ADAMTS-5 (4.27). In total, 594 genes were significantly modulated suggesting that osteoarthritic chondrocytes contribute to the disease propagation by altering the gene expression of adjacent normal chondrocytes, thus recruiting them into the disease process. Gene expression changes were measured by microarray analysis and validated by RT-PCR and Western blot analysis. An epidemiological study of femoral heads collected from dogs undergoing total hip replacement surgery as a treatment for osteoarthritis of the coxofemoral joint secondary to canine hip dysplasia revealed that there was no characteristic pattern of cartilage lesion for canine hip dysplasia. Severe pathology of the femoral head with cartilage erosion occurred in 63.9% of cases and exposure of subchondral bone in 31.3% of cases. The work presented in this thesis has demonstrated that cellular senescence is a feature of chondrocytes from canine osteoarthritic cartilage and suggests that cellular senescence and oxidative stress play an important role in the pathogenesis of osteoarthritis in dogs.

Evaluación de desenlace: trasplante meniscal versus segunda meniscectomía

Introducción: El incremento de pacientes sintomáticos de rodilla y la osteoartrosis en jóvenes con limitadas posibilidades terapéuticas después de una meniscectomía, genera la búsqueda de alternativas terapéuticas. A pesar que es poco utilizado en Colombia, el trasplante meniscal es una propuesta para el manejo sintomático. Según cifras norteamericanas, se practican entre 700.000 a 1.500.000 artroscopias de rodilla anualmente, el 50% termina en meniscectomía y de este un 40% persisten sintomáticos. Métodos: Estudio de cohorte retrospectivo, con el objetivo de evaluar dolor (Escala Visual Análoga-EVA) y funcionalidad (Escala de Tegner y Lysholm) en los pacientes a quienes se les realizó trasplante meniscal o meniscectomía por segunda vez, entre los años 2007 a 2015. Resultados: A partir de los 6 meses la EVA mostró una tendencia a la mejoría en el grupo de trasplante meniscal, pasando de Moderado a Leve (p: <0.000). La Escala de Tegner y Lysholm cambió de Pobre a Bueno en el grupo de segunda meniscectomía (p= 0.008) y de Bueno a Excelente en el grupo trasplantado (p=0.225). La calificación promedio de la EVA en el grupo de trasplante presentó mejoría (p=<0.000), a diferencia del grupo de segunda meniscectomía (p=0.591). La escala de Tegner y Lysholm, mostró significancia estadística con tendencia a la mejoría en el grupo de segunda meniscectomía. Discusión: Los resultados muestran que con trasplante meniscal hay mejoría del dolor y la funcionalidad versus un segunda meniscectomía. Para fortalecer la evidencia de este tratamiento son necesarios estudios prospectivos complementarios.