Étude de la perfusion cérébrale régionale dans le trouble comportemental en sommeil paradoxal

Le trouble comportemental en sommeil paradoxal (TCSP) se caractérise par une perte de l’atonie musculaire en sommeil paradoxal et par des manifestations motrices élaborées souvent associées au contenu onirique. Le TCSP peut apparaître sous une forme idiopathique (TCSPi), mais il est fréquemment lié à certains désordres neurodégénératifs, dont les synucléinopathies. Des marqueurs biologiques des synucléinopathies, tels que la présence d’anomalies au plan de la motricité, de la détection des odeurs ainsi que de la discrimination des couleurs, ont été retrouvés dans le TCSPi. De plus, des perturbations de l’activité cérébrale en neuroimagerie ainsi que du fonctionnement cognitif ont été observées chez ces patients. Des études ont démontré que le TCSPi pouvait précéder l’apparition d’une maladie de Parkinson (MP) ou d’une démence à corps de Lewy (DCL). Ceci suggère que le TCSPi représenterait un facteur de risque des synucléinopathies. L’objectif principal du présent projet est d’étudier les anomalies du débit sanguin cérébral régional (DSCr) de repos avec la tomographie par émission monophotonique (TEM) dans le TCSPi. Deux études ont été réalisées. La première visait à comparer le DSCr entre des patients avec un TCSPi et des sujets sains, puis d’explorer la relation entre l’activité cérébrale et la présence de marqueurs biologiques des synucléinopathies. Les résultats ont montré une diminution de la perfusion cérébrale dans les régions frontales et pariétales ainsi qu’une augmentation de la perfusion au niveau du pont, du putamen et des hippocampes chez les patients avec un TCSPi. Une relation significative entre la performance des sujets avec un TCSPi à une épreuve de discrimination des couleurs et la perfusion cérébrale au niveau des régions frontales et occipitales a été mise en évidence. Dans l’ensemble, ces résultats ont démontré des anomalies du DSCr chez les patients avec un TCSPi qui sont similaires à celles observées par d’autres études en neuroimagerie dans la MP. Ceci suggère des atteintes neuroanatomiques semblables entre ces pathologies. La seconde étude en TEM a été effectuée dans le but d’examiner les modifications du DSCr associées aux perturbations du fonctionnement cognitif dans le TCSPi. Pour ce faire, le DSCr a été comparé entre un sous-groupe de patients avec un TCSPi et un trouble cognitif léger (TCL), un sous-groupe de patients avec un TCSPi sans TCL et un groupe de sujets sains. Les résultats ont montré que seuls les patients avec un TCSPi et un TCL présentaient une diminution de la perfusion cérébrale dans les aires corticales postérieures (occipitales et temporo-pariétales). Ces observations sont similaires à celles rapportées dans la MP avec démence et la DCL dans les études en neuroimagerie. En conclusion, les résultats de ces deux études ont montré des perturbations du DSCr dans le TCSPi, similaires à celles observées dans les synucléinopathies. Par ailleurs, nos résultats ont mis en évidence que les patients avec un TCSPi et un TCL présentaient les mêmes anomalies de la perfusion cérébrale que les patients avec une MP avec démence et/ou une DCL. La présence de tels marqueurs des synucléinopathies dans le TCSPi suggère que ces patients pourraient être plus à risque d’évoluer vers ce type de maladie neurodégénérative.

Cerebral extracellular lactate increase is predominantly non ischemic in patients with severe traumatic brain injury

Le cerveau est l'organe avec les besoins en énergie les plus élevés du corps humain, et le glucose est un substrat énergétique cérébral essentiel. Ces dernières décennies, la compréhension de la neuroénergétique a beaucoup évolué et un rôle du lactate comme substrat énergétique important a été mis en évidence, notamment suite à l'introduction du modèle de l'ANLS (astrocyte-neuron lactate shuttle). Selon celui-ci, les astrocytes convertissent le glucose en lactate par réaction de glycolyse, puis il est transporté jusqu'aux neurones qui l'utilisent comme source d'énergie à travers le cycle de Krebs. Chez l'homme, divers travaux récents ont montré que le lactate peut servir de « carburant » cérébral chez le sujet sain, après effort intense ou chez le patient diabétique. La régulation métabolique et le rôle du lactate après lésion cérébrale aiguë sont encore peu connus. Présentation de l'article Le but de ce travail a été d'étudier le métabolisme cérébral du lactate chez les patients atteints de traumatisme crânien (TCC) sévère. Nous avons émis l'hypothèse que l'augmentation du lactate cérébral chez ces patients n'était pas associée de manière prédominante à une hypoxie ou une ischémie mais plutôt à une glycolyse aérobie, et également à une perfusion cérébrale normale. L'étude a porté sur une cohorte prospective de 24 patients avec TCC sévère admis au service de médecine intensive du CHUV (centre hospitalier universitaire vaudois), monitorés par un système combinant microdialyse cérébrale (outil permettant de mesurer divers métabolites cérébraux, tels que le lactate, le pyruvate et le glucose), mesure de la pression cérébrale en oxygène et de la pression intracrânienne. Cet outil nous a permis de déterminer si l'élévation du lactate était principalement associée à une glycolyse active ou plutôt à une hypoxie. L'utilisation du CTde perfusion a permis d'évaluer la relation entre les deux patterns d'élévation du lactate (glycolytique ou hypoxique) et la perfusion cérébrale globale. Nos résultats ont montré que l'augmentation du lactate cérébral chez les patients avec TCC sévère était associée de manière prédominante à une glycolyse aérobie plutôt qu'à une hypoxie/ischémie. D'autre part, nous avons pu confirmer que les épisodes de lactate glycolytique étaient toujours associés à une perfusion cérébrale normale ou augmentée, alors que les épisodes de lactate hypoxique étaient associés à une hypoperfusion cérébrale. Conclusions et perspectives Nos résultats, qui ont permis de mieux comprendre le métabolisme cérébral du lactate chez les patients avec TCC sévère, soutiennent le concept que le lactate est produit dans des conditions aérobes et pourrait donc être utilisé comme source d'énergie par le cerveau lésé pour subvenir à des besoins augmentas. Etant donné que la dysfonction énergétique est une des probables causes de perte neuronale après traumatisme crânien, ces résultats ouvrent des perspectives thérapeutiques nouvelles après agression cérébrale chez l'homme, visant à tester un potentiel effet neuroprotecteur via l'administration de lactate exogène.

Quantitative functional MRI of the Cerebrovascular Reactivity to CO2

Le dioxyde de carbone (CO2) est un résidu naturel du métabolisme cellulaire, la troisième substance la plus abondante du sang, et un important agent vasoactif. À la moindre variation de la teneur en CO2 du sang, la résistance du système vasculaire cérébral et la perfusion tissulaire cérébrale subissent des changements globaux. Bien que les mécanismes exacts qui sous-tendent cet effet restent à être élucidés, le phénomène a été largement exploité dans les études de réactivité vasculaire cérébrale (RVC). Une voie prometteuse pour l’évaluation de la fonction vasculaire cérébrale est la cartographie de la RVC de manière non-invasive grâce à l’utilisation de l’Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle (IRMf). Des mesures quantitatives et non-invasives de de la RVC peuvent être obtenus avec l’utilisation de différentes techniques telles que la manipu- lation du contenu artériel en CO2 (PaCO2) combinée à la technique de marquage de spin artériel (Arterial Spin Labeling, ASL), qui permet de mesurer les changements de la perfusion cérébrale provoqués par les stimuli vasculaires. Toutefois, les préoccupations liées à la sensibilité et la fiabilité des mesures de la RVC limitent de nos jours l’adoption plus large de ces méthodes modernes de IRMf. J’ai considéré qu’une analyse approfondie ainsi que l’amélioration des méthodes disponibles pourraient apporter une contribution précieuse dans le domaine du génie biomédical, de même qu’aider à faire progresser le développement de nouveaux outils d’imagerie de diagnostique. Dans cette thèse je présente une série d’études où j’examine l’impact des méthodes alternatives de stimulation/imagerie vasculaire sur les mesures de la RVC et les moyens d’améliorer la sensibilité et la fiabilité de telles méthodes. J’ai aussi inclus dans cette thèse un manuscrit théorique où j’examine la possible contribution d’un facteur méconnu dans le phénomène de la RVC : les variations de la pression osmotique du sang induites par les produits de la dissolution du CO2. Outre l’introduction générale (Chapitre 1) et les conclusions (Chapitre 6), cette thèse comporte 4 autres chapitres, au long des quels cinq différentes études sont présentées sous forme d’articles scientifiques qui ont été acceptés à des fins de publication dans différentes revues scientifiques. Chaque chapitre débute par sa propre introduction, qui consiste en une description plus détaillée du contexte motivant le(s) manuscrit(s) associé(s) et un bref résumé des résultats transmis. Un compte rendu détaillé des méthodes et des résultats peut être trouvé dans le(s) dit(s) manuscrit(s). Dans l’étude qui compose le Chapitre 2, je compare la sensibilité des deux techniques ASL de pointe et je démontre que la dernière implémentation de l’ASL continue, la pCASL, offre des mesures plus robustes de la RVC en comparaison à d’autres méthodes pulsés plus âgées. Dans le Chapitre 3, je compare les mesures de la RVC obtenues par pCASL avec l’utilisation de quatre méthodes respiratoires différentes pour manipuler le CO2 artérielle (PaCO2) et je démontre que les résultats peuvent varier de manière significative lorsque les manipulations ne sont pas conçues pour fonctionner dans l’intervalle linéaire de la courbe dose-réponse du CO2. Le Chapitre 4 comprend deux études complémentaires visant à déterminer le niveau de reproductibilité qui peut être obtenu en utilisant des méthodes plus récentes pour la mesure de la RVC. La première étude a abouti à la mise au point technique d’un appareil qui permet des manipulations respiratoires du CO2 de manière simple, sécuritaire et robuste. La méthode respiratoire améliorée a été utilisée dans la seconde étude – de neuro-imagerie – où la sensibilité et la reproductibilité de la RVC, mesurée par pCASL, ont été examinées. La technique d’imagerie pCASL a pu détecter des réponses de perfusion induites par la variation du CO2 dans environ 90% du cortex cérébral humain et la reproductibilité de ces mesures était comparable à celle d’autres mesures hémodynamiques déjà adoptées dans la pratique clinique. Enfin, dans le Chapitre 5, je présente un modèle mathématique qui décrit la RVC en termes de changements du PaCO2 liés à l’osmolarité du sang. Les réponses prédites par ce modèle correspondent étroitement aux changements hémodynamiques mesurés avec pCASL ; suggérant une contribution supplémentaire à la réactivité du système vasculaire cérébral en lien avec le CO2.

Relation entre glucose cérébral et systémique chez le sujet neurolésé: une étude par microdialyse cérébrale

Introduction: Le glucose est le principal substrat énergétique cérébral. Sa concentration dans le cerveau est étroitement liée à la glycémie. Chez le patient neurolésé, du fait de l'augmentation des besoins énergétiques, les réserves cérébrales de glucose sont limitées. Une glycémie suffisamment élevée paraît nécessaire pour assurer un apport adéquat de glucose au cerveau. Objectifs : Le but de cette étude est de mieux comprendre la relation entre glucose cérébral et glycémie lors de lésion cérébrale en analysant la physiologie cérébrale chez des patients neurolésés. Plus précisément nous investiguerons: La relation entre le glucose cérébral et le glucose systémique et son association avec le pronostic vital, l'association entre la neuroglucopénie et différents paramètres cérébraux tel que l'hypertension intracrânienne (HTIC) ou la dysfonction énergétique et finalement l'effet d'une perfusion de glucose 10% sur le glucose cérébral lors d'état de neuroglucopénie. Méthodologie : Analyse d'une base de données prospective comportant des patients souffrant d'un traumatisme crânio-cérébral (TCC) ou une hémorragie sous- arachnoïdienne (HSA) sévères. Les patients comateux sont monitorés par un dispositif intra-parenchymateux avancé, comprenant un cathéter de microdialyse cérébrale et un capteur de PbO2. Résultats : 34 patients consécutifs (moyenne d'âge 42 ans, moyenne de temps jusqu'au début du monitoring : 1.5 jours ± 1 ; moyenne de la durée maximale du monitoring : 6 jours ± 3) ont été étudiés, 25 patients souffrant d'un TCC et 9 patients avec une HSA. Nous avons obtenu une corrélation individuelle entre le glucose cérébral et la glycémie chez 52.9 % des patients. Lorsque la glycémie est inférieure à 5 mmol/l, on observe plus fréquemment des épisodes de neuroglucopénie en comparaison aux valeurs intermédiaires de glycémie (5 - 9.9 mmol/l). Les épisodes d'HTIC (pression intracrânienne (PIC) > 20 mmHg) sont plus fréquemment associés à des épisodes de neuroglucopénie que lorsque la pression intracrânienne est normale 75 % vs. 35%. La dysfonction énergétique est plus souvent associés à des épisodes de neuroglucopénie que lorsque le LPR est normal: 55% contre 36%. Un coefficient de corrélation entre glucose cérébral et glycémie significativement plus élevé a été obtenu chez les survivants que chez les non-survivants (0.1 [interquartile range 0.02- 0.3] contre 0.32 [0.17-0.61]). Chez les patients neuroglucopéniques ayant une corrélation entre glucose cérébral et glycémie, la perfusion de glucose i.v. fait monter le glucose cérébral jusqu'à l'arrêt de la perfusion. Conclusion : Malgré une étroite relation entre glycémie et glucose cérébral en conditions stables, cette relation peut être altérée par des causes cérébrales chez les patients neurolésés montrant que la diminution de la disponibilité du glucose extracellulaire ne résulte pas uniquement d'une hypoglycémie relative mais également de causes cérébrales tel que l'hypoperfusion, l'HTIC ou la dysfonction énergétique.

Effets de la nitroglycérine intraveineuse sur la saturation cérébrale hémisphérique pendant la chirurgie cardiaque à haut risque

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Effets de la nitroglycérine intraveineuse sur la saturation cérébrale hémisphérique pendant la chirurgie cardiaque à haut risque

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Effect of the effluent released from the canine internal mammary artery after intraluminal and extraluminal perfusion of acetylcholine and adenosine diphosphate

Segments of the canine internal mammary artery (35 mm in length) were suspended in vitro in an organ chamber containing physiological salt solution (95% O(2)/5% CO(2), pH = 7.4, 37 degrees C). Segments were individually cannulated and perfused at 5 ml/minute using a roller pump. Vasorelaxant activity of the effluent from the perfused internal mammary arteries was bioassayed by measuring the decrease in tension induced by the effluent of the coronary artery endothelium-free ring which had been contracted with prostaglandin F(2 alpha) (2 x 10(-6) M). Intraluminal perfusion of adenosine diphosphate (10(-5) M) induced significant increase in relaxant activity in the effluent from the perfused blood vessel. However, when adenosine diphosphate (10(-5) M) was added extraluminally to the internal mammary artery, no change in relaxant activity in the effluent was noted. In contrast, acetylcholine produced significant increase in the relaxant activity on the effluent of the perfused internal mammary artery with both intraluminal and extraluminal perfusion. The intraluminal and extraluminal release of endothelium-derived relaxing factor (EDRF) by acetylcholine (10(-5) M) can be inhibited by site-specific administration of atropine (10(-5) M). These experiments indicate that certain agonists can induce the release of EDRF only by binding to intravascular receptors while other agonists can induce endothelium-dependent vasodilatation by acting on neural side receptors.

Can tissue drug concentrations be monitored by microdialysis during or after isolated limb perfusion for melanoma treatment?

Isolated limb perfusion (ILP) with melphalan is used to treat recurrent melanoma. This study aimed to develop a microdialysis technique for melphalan tissue concentration measurement during ILP. The effects of melphalan concentration (50-600 mu g/ml), microdialysis flow rate (0.55-17.5 mu l/min), probe length (5-50 mm) and temperature (25-41.5 degrees C) on in vitro recovery were studied. In addition, in vivo recovery was measured in rat hindlimbs perfused with melphalan using 50 mm microdialysis probes implanted subcutaneously and into muscle. Both dialysate and tissue sample melphalan concentrations were determined by high performance liquid chromatography. The in vitro recovery of melphalan was not affected by melphalan concentration or temperature, but increased with probe length and decreased with flow rate. The melphalan concentrations in subcutaneous and muscle dialysates were not significantly different. A linear relationship was found between tissue dialysate concentrations and actual tissue concentrations of melphalan (r(2) = 0.97). Microdialysis is a potential method for tissue drug monitoring which may assist in the efficacious use of cytotoxics in human ILP. (C) 2000 Lippincott Williams & Wilkins.

Diffusion- and perfusion-weighted MRI response to thrombolysis in stroke

Diffusion- and perfusion-weighted magnetic resonance imaging provides important pathophysiological information in acute bra-in ischemia. We performed a prospective study in 19 sub-6-hour stroke patients using serial diffusion- and perfusion-weighted imaging before intravenous thrombolysis, with repeat studies, both subacutely and at outcome. For comparison of ischemic lesion evolution and clinical outcome, we used a historical control group of 21 sub-6-hour ischemic stroke patients studied serially with diffusion- and perfusion-weighted imaging. The two groups were well matched for the baseline National Institutes of Health Stroke Scale and magnetic resonance parameters. Perfusion-weighted imaging-diffusion-weighted imaging mismatch was present in 16 of 19 patients treated with tissue plasminogen activator, and 16 of 21 controls. Perfusion-weighted imaging-diffusion-weighted imaging mismatch patients treated with tissue plaminogen activator had higher recanalization rates and enhanced reperfusion at day 3 (81% vs 47% in controls), and a greater proportion of severely hypoperfused acute mismatch tissue not progressing to infarction (82% vs -25% in controls). Despite similar baseline diffusion-weighted imaging lesions, infarct expansion was less in the recombinant tissue plaminogen activator group (14cm(3) vs 56cm(3) in controls). The positive effect of thrombolysis on lesion growth in mismatch patients translated into a greater improvement in baseline to outcome National Institutes of Health Stroke Scale in the group treated with recombinant tissue plaminogen activator, and a significantly larger proportion of patients treated with recombinant tissue plaminogen activator having a clinically meaningful improvement in National Institutes of Health Stroke Scale of;2:7 points. The natural evolution of acute perfusion-weighted imaging-diffusion-weighted imaging mismatch tissue may be altered by thrombolysis, with improved stroke outcome. This has implications for the use of diffusion- and perfusion-weighted imaging in selecting and monitoring patients for thrombolytic therapy.

Refining the perfusion-diffusion mismatch hypothesis

Background and Purpose-The Echoplanar Imaging Thrombolysis Evaluation Trial ( EPITHET) tests the hypothesis that perfusion-weighted imaging (PWI)-diffusion-weighted imaging (DWI) mismatch predicts the response to thrombolysis. There is no accepted standardized definition of PWI-DWI mismatch. We compared common mismatch definitions in the initial 40 EPITHET patients. Methods-Raw perfusion images were used to generate maps of time to peak (TTP), mean transit time (MTT), time to peak of the impulse response (Tmax) and first moment transit time (FMT). DWI, apparent diffusion coefficient ( ADC), and PWI volumes were measured with planimetric and thresholding techniques. Correlations between mismatch volume (PWIvol-DWIvol) and DWI expansion (T2(Day) (90-vol)-DWIAcute-vol) were also assessed. Results-Mean age was 68 +/- 11, time to MRI 4.5 +/- 0.7 hours, and median National Institutes of Health Stroke Scale (NIHSS) score 11 (range 4 to 23). Tmax and MTT hypoperfusion volumes were significantly lower than those calculated with TTP and FMT maps (P < 0.001). Mismatch >= 20% was observed in 89% (Tmax) to 92% (TTP/FMT/MTT) of patients. Application of a +4s ( relative to the contralateral hemisphere) PWI threshold reduced the frequency of positive mismatch volumes (TTP 73%/FMT 68%/Tmax 54%/MTT 43%). Mismatch was not significantly different when assessed with ADC maps. Mismatch volume, calculated with all parameters and thresholds, was not significantly correlated with DWI expansion. In contrast, reperfusion was correlated inversely with infarct growth (R= -0.51; P = 0.009). Conclusions-Deconvolution and application of PWI thresholds provide more conservative estimates of tissue at risk and decrease the frequency of mismatch accordingly. The precise definition may not be critical; however, because reperfusion alters tissue fate irrespective of mismatch.

Description of a New Model of Intestinal Denervation and In Situ Ischemia-Reperfusion Injury Using the Cecal Artery for Perfusion

Background. The main purpose of the present investigation was to describe a model of intestinal denervation and in situ intestinal ischemia-reperfusion injury in adult rats, with utilization of the distal branch of the superior mesenteric artery close to the cecum for perfusion. Methods. In the root of the mesentery, the mesenteric artery and vein were completely isolated. Close to the cecal valve, a lymphatic node served as the reference point for the localization of the cecal artery, which was cannulated for perfusion with cold lactated Ringer`s solution. One hundred adult male rats were utilized in the study. Results. In a pilot study, we demonstrated that the cold ischemia time was sufficient to promote histopathologic intestinal changes characteristic of ischemia-reperfusion injury. Among 88 operated animals, 62 (70.5%) survived the procedure. Conclusion. The experimental model described herein has the advantage of preserving the entire intestine, which makes it more suitable for studies of physiological and morphological alterations after intestinal transplantation.