From diabetes to heart disease : studies on dyslipidemia-induced B-cell dysfunction, immunomodulation in heart transplantation, and cardiac stem cell therapy

Diabetes is a growing epidemic with devastating human, social and economic impact. It is associated with significant changes in plasma concentrations of lipoproteins. We tested the hypothesis that lipoproteins modulate the function and survival of insulin-secreting cells. We first detected the presence of several receptors that participate in the binding and processing of plasma lipoproteins and confirmed the internalization of fluorescent LDL and HDL particles in insulin-secreting β-cells. Purified human VLDL and LDL particles reduced insulin mRNA levels and β-cell proliferation, and induced a dose-dependent increase in the rate of apoptosis. In mice lacking the LDL receptor, islets showed a dramatic decrease in LDL uptake and were partially resistant to apoptosis caused by LDL. VLDL-induced apoptosis of β-cells involved caspase-3 cleavage and reduction in levels of the c-Jun N-terminal (JNK) Interacting Protein-1 (IB1/JIP-1). In contrast, the pro-apoptotic signaling of lipoproteins was antagonized by HDL particles or by a small peptide inhibitor of JNK. The protective effects of HDL were mediated, in part, by inhibition of caspase-3 cleavage and activation of the protein kinase Akt/PKB. Heart disease is a major cause of morbidity and mortality among patients with diabetes. When heart failure is refractory to medical therapy and cannot be improved by electrical resynchronization, percutaneous angioplasty or coronary graft bypass surgery, heart transplantation remains a "last resort" therapy. Nevertheless, it is limited by the side effects of immunosuppressive drugs and chronic rejection. Localized expression of immunomodulatory genes in the donor organ can create a state of immune privilege within the graft, and was performed in rodent hearts by infecting cells with an adenovirus encoding indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO), the rate-limiting enzyme in the catabolism of tryptophane. Other strategies are based on genetic manipulation of dendritic cells (DCs) with immunosuppressive genes and in vitro exposure of DCs to agents that prevent their maturation by inflammatory cytokines. Finally, we used 5-bromo-2'-deoxyuridine, which is incorporated into DNA and diluted with cell division, to identify long-term label retaining cells in the adult rodent heart. The majority of these cells were positive for the stem cell antigen-1 (Sca-1) and negative for the endothelial precursor marker CD31. They formed cardiospheres in vitro and showed differentiation potential into mesenchymal cell lineages. When cultured in cardiomyogenic differentiation medium, they expressed cardiac-specific genes. Taken together, these data provide evidence of slow-cycling stem cells in the rodent heart. Chronic shortage of donor organs opens the way to cardiac stem cell therapy in humans, although the long way from animal experimentation to routine therapy in patients may still take several years. - Du diabète de type 2 à la maladie coronarienne : trois études sur les dysfonctions de la cellule sécrétrice d'insuline induites par les dyslipidémies, l'immunomodulation dans la transplantation cardiaque, et la thérapie par des cellules souches myocardiques. Le diabète de type 2 a pris les dimensions d'une épidémie, avec des conséquences sociales et économiques dont nous n'avons pas encore pris toute la mesure. La maladie s'accompagne souvent d'une dyslipidémie caractérisée par une hypertriglycéridémie, des taux abaissés de cholestérol HDL, et des concentrations de cholestérol LDL à la limite supérieure de ce qui est considéré comme acceptable. L'hypothèse à la base de cette étude est qu'une modification des taux plasmatiques de lipoprotéines pourrait avoir une influence directe sur la cellule β sécrétrice d'insuline en modifiant sa fonction, sa durée de vie et son taux de régénération. Dans un premier temps, nous avons mis en évidence, sur la cellule β, la présence de plusieurs récepteurs impliqués dans la captation des lipoprotéines. Nous avons confirmé la fonctionnalité de ces récepteurs en suivant l'internalisation de LDL et de HDL marqués. En présence de VLDL ou de LDL humains, nous avons observé une diminution de la transcription du gène de l'insuline, une prolifération cellulaire réduite, et une augmentation de l'apoptose, toutes fonctions de la dose et du temps d'exposition. L'apoptose induite par les VLDL passe par une activation de la caspase-3 et une réduction du taux de la protéine IB1/JIP-1 (Islet Brain1/JNK Interacting Protein 1), dont une mutation est associée à une forme monogénique de diabète de type 2. Par opposition, les HDL, ainsi que des peptides inhibiteurs de JNK, sont capables de contrer la cascade pro-apoptotique déclenchée, respectivement, par les LDL et les VLDL. Ces effets protecteurs comprennent l'inhibition du clivage de la caspase-3 et l'activation de la protéine kinase Akt/PKB. En conclusion, les lipoprotéines sont des éléments clés de la survie de la cellule β, et pourraient contribuer au dysfonctionnement observé dans le pancréas endocrine au cours du développement du diabète. La maladie cardiaque, et plus particulièrement la maladie coronarienne, est une cause majeure de morbidité et de mortalité chez les patients atteints de diabète. Plusieurs stratégies sont utilisées quotidiennement pour pallier les atteintes cardiaques: traitements médicamenteux, électromécaniques par resynchronisation électrique, ou communément appelés « interventionnels » lorsqu'ils font appel à l'angioplastie percutanée. La revascularisation du myocarde par des pontages coronariens donne également de très bons résultats dans certaines situations. Il existe toutefois des cas où plus aucune de ces approches n'est suffisante. La transplantation cardiaque est alors la thérapie de choix pour un nombre restreint de patients. La thérapie génique, en permettant l'expression locale de gènes immunomodulateurs dans l'organe greffé, permet de diminuer les réactions de rejet inhérentes à toute transplantation (à l'exception de celles réalisées entre deux jumeaux homozygotes). Nous avons appliqué chez des rongeurs cette stratégie en infectant le coeur greffé avec un adénovirus codant pour l'enzyme indoleamine 2,3-dioxygénase (IDO), une enzyme clé dans le catabolisme du tryptophane. Nous avons procédé de manière identique in vitro en surexprimant IDO dans les cellules dendritiques, dont le rôle est de présenter les antigènes aux lymphocytes Τ du receveur. Des expériences similaires ont été réalisées en traitant les cellules dendritiques avec des substances capables de prévenir, en partie du moins, leur maturation par des agents pro-inflammatoires. Finalement, nous avons exploré une stratégie utilisée couramment en hématologie, mais qui n'en est encore qu'à ses débuts au niveau cardiaque : la thérapie par des cellules souches. En traitant des rongeurs avec un marqueur qui s'incorpore dans l'ADN nucléaire, le 5-bromo- 2'-deoxyuridine, nous avons identifié une population cellulaire se divisant rarement, positive en grande partie pour l'antigène embryonnaire Sca-1 et négative pour le marqueur endothélial CD31. En culture, ces cellules forment des cardiosphères et sont capables de se différencier dans les principaux types tissulaires mésenchymateux. Dans un milieu de differentiation adéquat, ces cellules expriment des gènes cardiomyocytaires. En résumé, ces données confirment la présence chez le rongeur d'une population résidente de précurseurs myocardiques. En addenda, on trouvera deux publications relatives à la cellule β productrice d'insuline. Le premier article démontre le rôle essentiel joué par la complexine dans l'insulino-sécrétion, tandis que le second souligne l'importance de la protéine IB1/JIP-1 dans la protection contre l'apoptose de la cellule β induite par certaines cytokines.

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.

Statistiques appliquées en chirurgie cardiaque adulte : analyses de survie et applications du “propensity score”

L'objectif principal de ce travail est d’étudier en profondeur certaines techniques biostatistiques avancées en recherche évaluative en chirurgie cardiaque adulte. Les études ont été conçues pour intégrer les concepts d'analyse de survie, analyse de régression avec “propensity score”, et analyse de coûts. Le premier manuscrit évalue la survie après la réparation chirurgicale de la dissection aigüe de l’aorte ascendante. Les analyses statistiques utilisées comprennent : analyses de survie avec régression paramétrique des phases de risque et d'autres méthodes paramétriques (exponentielle, Weibull), semi-paramétriques (Cox) ou non-paramétriques (Kaplan-Meier) ; survie comparée à une cohorte appariée pour l’âge, le sexe et la race utilisant des tables de statistiques de survie gouvernementales ; modèles de régression avec “bootstrapping” et “multinomial logit model”. L'étude a démontrée que la survie s'est améliorée sur 25 ans en lien avec des changements dans les techniques chirurgicales et d’imagerie diagnostique. Le second manuscrit est axé sur les résultats des pontages coronariens isolés chez des patients ayant des antécédents d'intervention coronarienne percutanée. Les analyses statistiques utilisées comprennent : modèles de régression avec “propensity score” ; algorithme complexe d'appariement (1:3) ; analyses statistiques appropriées pour les groupes appariés (différences standardisées, “generalized estimating equations”, modèle de Cox stratifié). L'étude a démontrée que l’intervention coronarienne percutanée subie 14 jours ou plus avant la chirurgie de pontages coronariens n'est pas associée à des résultats négatifs à court ou long terme. Le troisième manuscrit évalue les conséquences financières et les changements démographiques survenant pour un centre hospitalier universitaire suite à la mise en place d'un programme de chirurgie cardiaque satellite. Les analyses statistiques utilisées comprennent : modèles de régression multivariée “two-way” ANOVA (logistique, linéaire ou ordinale) ; “propensity score” ; analyses de coûts avec modèles paramétriques Log-Normal. Des modèles d’analyse de « survie » ont également été explorés, utilisant les «coûts» au lieu du « temps » comme variable dépendante, et ont menés à des conclusions similaires. L'étude a démontrée que, après la mise en place du programme satellite, moins de patients de faible complexité étaient référés de la région du programme satellite au centre hospitalier universitaire, avec une augmentation de la charge de travail infirmier et des coûts.

Amélioration des résultats cliniques en chirurgie cardiaque

Des éléments contributifs à plusieurs facettes de la chirurgie cardiaque ont été étudiés dans la présente thèse. Le premier manuscrit adresse la problématique de l’accident cérébro-vasculaire (ACV) post-opératoire. Nous avons analysé de façon rétrospective la médication prise en pré-opératoire de 6813 patients nécessitant une chirurgie de revascularisation coronarienne. Le but étant d’établir si la présence d’une médication précise (aspirine, inhibiteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine, statine, bêta-bloqueur) peut agir en pré-opératoire pour diminuer le risque d’ACV. En analyse multivariée, la combinaison de la prise de bêta-bloqueurs avec une statine a produit un ratio de cote de 0,37, suggérant un effet protecteur très important. Dans le deuxième manuscrit, je présente une étude ciblant les patients avec insuffisance mitrale ischémique modérée. Trente et un patients furent randomisés entre un traitement par pontages seuls vs pontages et annuloplastie mitrale restrictive. L’insuffisance mitrale a disparu en post-opératoire immédiat en présence de l’annuloplastie alors qu’aucun effet immédiat de la revascularisation coronarienne n’était noté sur l’insuffisance mitrale. Un an suivant la chirurgie, une insuffisance mitrale légère est réapparue chez le groupe ayant subi l’annuloplastie alors que les patients du groupe pontages seuls ont remodelé leur ventricule gauche et diminué l’importance de leur insuffisance mitrale au même niveau que le groupe annuloplastie. Aucun des marqueurs d’évolution clinique, tant au niveau symptomatique qu’au niveau de la survie ne diffère entre les groupes. La troisième étude est un suivi sur 20 ans des patients ayant eu des remplacements valvulaires mitraux ou aortiques avec une prothèse mécanique Carbomedics. Cette étude démontre une excellente survie avec un taux de complications valvulaires hémorragiques, thrombotiques, thrombo-emboliques, et d’endocardite favorable comparé aux autres types de prothèse et une absence de bris mécanique.

Validation of rotational thromboelastometry during cardiopulmonary bypass : a prospective, observational in-vivo study

Le ROTEM est un test de coagulation réalisable au près du malade qui permet d'objectiver la coagulopathie, de distinguer la contribution des différents éléments du système de coagulation et de cibler les produits procoagulants comme le plasma frais congelé (PFC), les plaquettes, le fibrinogène et les facteurs de coagulation purifiés ou les antifibrinolytiques. 3 des tests disponibles pour le ROTEM sont: EXTEM, INTEM, HEPTEM. Le premier test est stable sous hautes doses d'héparine alors que le deuxième est très sensible à sa présence. Dans le dernier test on rajoute de l'héparinase pour mettre en évidence l'éventuel effet résiduel de l'héparine en le comparant à l'INTEM. Idéalement, le ROTEM devrait être effectué avant la fin du bypass cardiopulmonaire (CEC), donc sous anticoagulation maximale pas héparine, afin de pouvoir administrer des produits pro¬coagulants dans les délais les plus brefs et ainsi limiter au maximum les pertes sanguines. En effet la commande et la préparation de certains produits procoagulants peut prendre plus d'une heure. Le but de cette étude est de valider l'utilisation du ROTEM en présence de hautes concentrations d'héparine. Il s'agit d'une étude observationnelle prospective sur 20 patients opérés électivement de pontages aorto-coronariens sous CEC. Méthode : l'analyse ROTEM a été réalisée avant l'administration d'héparine (TO), 10 minutes après l'administration d'héparine (Tl), à la fin de la CEC (T2) et 10 minutes après la neutralisation de l'anticoagulation avec la protamine (T3). L'état.d'héparinisation a été évalué par l'activité anti-Xa à T1,T2,T3. Résultats : Comparé à TO, la phase de polymérisation de la cascade de coagulation et l'interaction fibrine-plaquettes sont significativement détériorées par rapport à Tl pour les canaux EXTEM et HEPTEM. A T2 l'analyse EXTEM et INTEM sont comparables à celles de EXTEM et HEPTEM à T3. Conclusion: les hautes doses d'héparine utilisées induisent une coagulopathie qui reste stable durant toute la durée de la CEC et qui persiste même après la neutralisation de l'anticoagulation. Les mesures EXTEM et HEPTEM sont donc valides en présence de hautes concentrations d'héparine et peuvent être réalisés pendant la CEC avant l'administration de protamine.

Indications à la coronarographie en urgence. Partie II: syndromes coronariens aigus sans élévation du segment ST [Indications for urgent coronary angiography. Part II: Acute coronary syndromes without ST-segment elevation]

The optimal treatment strategy for patients presenting with an acute coronary syndrome without ST elevation is controversial and different therapeutic approaches are recognized. Currently, given the literature available, it is not possible to recommend a universal systematic invasive approach. It is essential to individually risk stratify patients in order to identify those high risk patients that have been shown to benefit from an invasive strategy. Compared to conservative medical treatment, patients at low risk have not been shown to benefit from an invasive strategy. Urgent coronary angiography remains recommended for those patients with persistent or recurrent ischemic symptoms under optimal medical treatment.

Evolution du contrôle des facteurs de risque cardiovasculaire chez les patients coronariens de 65 ans

Cette étude rétrospective a eu pour but de comparer la prise en charge des patients coronariens de 65 ans et plus, au sortir d'un séjour à la Clinique de réhabilitation cardiaque de Genolier, et ce conformément aux recommandations publiées successivement par les sociétés européennes et américaines de cardiologie entre 1994 et 1999. La comparaison entre les deux périodes d'observation (1994-1995 et 1999-2000) chez les 342 patients étudiés, a montré une amélioration de la prise en charge des facteurs de risque cardiovasculaire. L'augmentation de la prescription de statines en est l'exemple le plus démonstratif. Cependant, les données recueillies indiquent qu'il existe une sous-utilisation des médicaments cardioprotecteurs chez ces patients à haut risque et qui bénéficieraient, par conséquent, le plus d'une prise en charge optimale des facteurs de risque cardiovasculaire. L'élaboration d'un protocole commun de prise en charge de la maladie coronarienne à disposition du réseau des centres spécialisés devrait permettre d'améliorer la qualité des soins par une comparaison de leur pratique respective.

Indications à la coronarographie en urgence. Partie I: syndromes coronariens aigus avec élévation du segment ST [Indications for urgent coronary angiography. Part I: ST-segment elevation acute coronary syndromes]

The indications for urgent coronary angiography are stated in the guidelines for treatment of acute coronary syndromes. An invasive approach is considered the treatment of choice for patients presenting with ST elevation myocardial infarction within 12 hours of the beginning of symptoms. In the absence of contraindication, intravenous thrombolysis continues to be a valuable alternative to primary angioplasty within 3 hours of the beginning of clinical symptoms. Urgent coronary angiography continues to be recommended following the failure of thrombolysis, persistent myocardial ischemia after 12 hours of symptoms, recurrent myocardial ischemia following myocardial infarction or in the case of cardiogenic shock.

Pontages veineux in situ. Indications, technique et résultats. A propos d'une étude prospective de 26 cas consécutifs [In situ venous grafts. Indications, technique and results. Prospective study of 26 consecutive cases].

The in situ saphenous vein bypass has been introduced in our department since 1989. A total of 26 bypasses in 22 patients have been followed prospectively. Indications for revascularisation have been severe arterial insufficiency in 73% of the cases (stage III or IV). With the exception of one postoperative death (myocardial infarction), all the patients have recovered uneventfully, with a regression to stage I. No amputation has been necessary. Morbidity has been 30%, with mainly minor local complications. The primary patency rate is 83% at one year and 78% after 2 and 3 years, whereas the secondary patency rate is 91% at one year, and remains constant thereafter up to 3 years. Considering our results and those from the literature, we believe that the in situ technique is very valuable, especially for below-knee vascular reconstruction. Technical difficulties of the method are analysed.

Ablation des tachycardies ventriculaires chez les patients coronariens porteurs d'un défibrillateur interne

Contexte Le développement du défibrillateur automatique interne (DAI) a considérablement amélioré la survie des patients souffrant de tachycardies ventriculaires (TV) soutenues; cependant, ce traitement n'est pas curatif mais palliatif1. En effet, il ne permet pas d'éradiquer les TV mais les interrompt par diverses thérapies (stimulation ventriculaire; chocs). Plusieurs études ont montré que l'ablation des TV par radiofréquence permet de diminuer l'incidence des chocs délivrés par le DAI et ainsi d'améliorer la qualité de vie des patients2. Objectifs Notre objectif est de déterminer les résultats de l'ablation par radiofréquence à moyen terme, dans une population de patients souffrant d'une cardiopathie ischémique avec tachycardies ventriculaires soutenues et porteurs d'un DAI. Méthode Il s'agit d'une étude clinique rétrospective monocentrique comprenant des patients avec ancien infarctus, TV soutenue et porteurs d'un DAI hospitalisés pour ablation de la TV dans le Service de cardiologie du CHUV. Les données ont été obtenues à partir des dossiers cliniques archivés (Archimède), de la banque de données DAI et ablation (programmes filemaker) du service de cardiologie ainsi que de l'interrogation des mémoires des DAI. L'analyse de ces données a été réalisée à partir de tableaux Excel. Les moyennes et médianes des données récoltées ont été calculées ; les tests de Student et de Mann-Whitney ont été utilisés pour comparer les résultats avant et après ablation. Résultats Le collectif comprend 21 patients (19 hommes), âge moyen : 65 ± 11 ans. La fraction d'éjection du ventricule gauche est de 28±10%. La moyenne des thérapies du DAI en réponse aux TV au cours des six mois précédant l'ablation est de 65.1 ± 177.9 thérapies avec une médiane de 8 thérapies. Cette moyenne baisse à 11.5 ± 26.7 au cours des six mois qui ont suivi l'ablation et la médiane a chuté à 0 intervention du DAI. L'incidence des TV, décroit clairement après l'ablation. Cette diminution est statistiquement significative (p = 0.046). Après les six mois de suivi, 12 des 21 patients (57%) n'ont eu aucune récidive ; 4 patients (19%) ont eu une diminution du nombre de chocs. Au total, trois quarts des patients bénéficient donc de l'ablation. Conclusion Nos résultats démontrent une diminution spectaculaire et significative de l'incidence des TV post-infarctus après ablation par radiofréquence chez les porteurs de DAI.

Les réponses physiologiques d'un entrainement intermittent de haute intensité chez les patients coronariens stables

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Activation du système du complément dans les syndromes coronariens aigus

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

Évaluation des aptitudes musculosquelettiques chez les patients coronariens

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