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

Le flot sanguin est un facteur déterminant de l'activité métabolique du tissu adipeux. En effet, tout échange métabolique ou hormonal dépend obligatoirement du produit du flot sanguin et de la différence artérioveineuse du métabolite étudié.Le stockage et la libération énergétique de même que la sécrétion d'hormones et d'adipocytokines nécessitent une régulation précise du flot sanguin dans le tissu adipeux (FSTA). Ce mémoire comportera essentiellement trois parties. Dans la première, nous ferons la recension des écrits qui concernent la régulation du FSTA. Nous avons écrit une revue sur le sujet. Nous décrirons le rôle de l'insuline, des hormones gastro-intestinales, du système nerveux sympathique et parasympathique, de l'endothéline et de diverses cytokines. Nous montrerons aussi que l'absence d'élévation du FSTA en condition postprandiale est une caractéristique de l'insulino-résistance et de l'obésité. Cette caractéristique justifie l'exploration de la physiologie vasculaire du tissu adipeux pour une meilleure compréhension des mécanismes patho-physiologiques qui sous-tendent ces deux pathologies. Dans la deuxième partie, nous discuterons des diverses techniques de mesure du FSTA chez l'humain, la mesure de clairance du 133 Xe, la microdialyse ou d'autres méthodes plus dispendieuses ou non validées. Nous décrirons ensuite une nouvelle méthode, la microinfusion, qui permet de mesurer le FSTA avec la technique de clairance du 133 Xe et de le faire varier simultanément en infusant dans le site radioactif, de façon continue, des agents vasoactifs. Un détecteur placé au-dessus de la source permet l'enregistrement de la clairance du 133 Xe du tissu adipeux vers la circulation sanguine en relation avec les changements environnementaux induits.Le tissu adipeux sous-cutané abdominal a été choisi comme site anatomique d'investigation. Cette méthode permet la comparaison directe entre des composés vasoactifs, agents pharmacologiques ou hormones, et un contrôle controlatéral situé à la même hauteur sur l'abdomen. La description précise de cette méthode fait l'objet d'un deuxième article. Nous y montrons aussi que la microinfusion améliore la précision et la faisabilité des études physiologiques et pharmacologiques in vivo chez l'humain et qu'elle a déjà permis l'évaluation de plusieurs acteurs potentiels impliqués dans la régulation du FSTA chez des sujets sains. Enfin, dans la troisième partie nous ferons le point de notre expérience de maîtrise, des difficultés et des déboires que nous avons eus dans la mise au point de la technique à Sherbrooke. Nous conclurons en montrant que la microinfusion va permettre d'améliorer notre compréhension des mécanismes sous-jacents au syndrome d'insulino-résistance, au développement du diabète de type 2 et des maladies cardiovasculaires. Son implantation et sa mise au point à Sherbrooke sont donc amplement justifiées.

Les caractéristiques pharmacocinétiques des insulines analogues ultra-rapides (IAUR) furent établies chez des sujets de poids normal, sains ou diabétiques de type 1, et à partir de petites doses d'insuline (4-12 U). La taille de la dose injectée et le flot sanguin dans le tissu adipeux (FSTA) sont des facteurs très importants qui affectent l'absorption sous-cutanée de l'insuline. Cependant, chez les patients obèses et diabétiques de type 2 (DT2), les doses d'insulines injectées sont beaucoup plus importantes et leur FSTA de base est 50 à 70 % plus faible que chez un sujet sain de poids normal. Ce qui porte à croire que l'absorption de l'insuline est moins efficace chez ces patients. Notre objectif est de déterminer la pharmacocinétique et la pharmacodynamie d'une IAUR chez les patients DT2 obèses. Six sujets témoins sains et de poids normal reçurent 10 U d'IAUR lispro et 7 sujets DT2 obèses 10, 30 et 50 U. Après injection sous-cutanée, nous avons procédé à un clamp euglycémique. La lispro plasmatique fut mesurée par RIA spécifique.Les paramètres de cinétique et de dynamique obtenus chez nos sujets sains confirment ceux publiés précédemment. Nos résultats sont donc pleinement en accord avec la littérature. Lors de l'injection de petites doses (10 U) chez les sujets DT2 obèses, l'absorption de la lispro ne semble pas être altérée par rapport aux témoins : la constante d'absorption (ka), le temps au pic plasmatique de lispro (T[indice inférieur max]) et l'aire totale sous la courbe (AUC[indice inférieur 0-[infini]]) sont semblables à ceux des témoins. Cependant, chez les sujets DT2, l'augmentation de la dose injectée couduit [i.e. conduit] à une réduction de la ka et un retard du T[indice inférieur max]. Dans les paramètres de glucodynamie, des différences très significatives se manifestent entre les 2 groupes, avec une réponse à l'insuline retardée et réduite chez les sujets DT2. Avec l'injection de 10 U, le taux d'infusion maximal de glucose (GIR[indice inférieur max]) est 15 fois plus petit et le temps correspondant (tGIR[indice inférieur max]) a presque doublé. Dans ce même groupe, on note un délai qui augmente avec de la dose injectée : le tGIR[indice inférieur max] a doublé entre les doses de 10 et 50 U et se chiffre à 4 heures pour l'injection de 50 U. Cette étude suggère que dans l'application clinique, la taille des doses injectées doit être considérée et que la synchronisation entre l'injection d'une IAUR et la prise du repas chez les patients DT2 obèses doit être étudiée. Afin d'améliorer l'absorption de l'insuline chez nos sujets obèses et DT2, nous avons testé deux méthodes : ajouter un agent activateur de flot (AVD) à la lispro ou bien augmenter la concentration de l'insuline pour diminuer le volume de la dose injectée. L'ajout d'AVD a mené à des résultats surprenants : l'AUC, le pic plasmatique de lispro (C[indice inférieur max]), le GIR[indice inférieur max] et l'infusion totale de glucose (GI[indice inférieur tot]) ont augmenté de 3 fois. Cependant, la diminution du volume de la dose injectée n'a eût [i.e. eu] aucun effet notoire sur l'absorption de la lispro. D'autres études seront donc faites pour mieux caractériser l'effet de lAVD sur l'absorption sous-cutanée de l'insuline.

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

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Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La tomographie d'émission par positrons (TEP) est un outil d'imagerie moléculaire puissant et non invasif permettant d'étudier in vivo des processus physiologiques et moléculaires, tant au niveau cardiaque, cérébral qu'oncologique. En oncologie clinique, la TEP est surtout utilisée pour détecter des tumeurs cancéreuses et évaluer leur réponse à diverses thérapies. Au niveau de la recherche pré-clinique en oncologie, cette modalité d'imagerie moléculaire prometteuse est portée à jouer un rôle important dans le développement de nouveaux protocoles de traitement. Le radiotraceur le plus utilisé pour évaluer le métabolisme tumoral du glucose est le 2-deoxy-2-[[indice supérieur 18]F]-fluoro-D-glucose ([[indice supérieur 18]F]-FDG). La thérapie photodynamique (TPD) est de plus en plus employée dans le traitement de certains cancers.La TPD nécessite la présence combinée de photosensibilisateurs (PS) localisés dans les tumeurs, de lumière à une longueur d'onde appropriée et d'oxygène moléculaire afin d'induire des dommages oxydatifs aux tissus tumoraux.La thérapie photodynamique peut amener une régression tumorale selon deux mécanismes d'action différents. Elle peut engendrer la mort des cellules tumorales directement, alors qu'elle peut aussi endommager la vascularisation de la tumeur amenant une mort indirecte des cellules malignes.La contribution relative de ces deux principaux mécanismes d'action sur la réponse tumorale dépend de la distribution du photosensibilisateur au niveau des compartiments cellulaires ou vasculaires de la tumeur qui à son tour, dépend de la nature chimique de celui-ci. Les PS amphiphiles, comme la phtalocyanine ZnPcS[indice inférieur 2], sont préférentiellement transportés par des lipoprotéines qui pénètrent directement dans les cellules tumorales, alors que les PS hydrophiles tels que la phtalocyanine AlPcS[indice inférieur 4] sont principalement transportés par la protéine albumine et sont déposés dans le stroma vasculaire de la tumeur. Il s'ensuit que la TPD faite avec le ZnPCS[indice inférieur 2] induit plutôt une mort cellulaire directe, alors que l'emploi du AlPcS[indice inférieur 4] affectera en premier lieu le système vasculaire de la tumeur amenant une mort cellulaire indirecte par la suite. Étant donné que l'application de la thérapie photodynamique occasionne très rapidement des effets au niveau des tumeurs traitées, la tomographie d'émission par positrons pourrait certes être un outil idéal pour étudier les réponses biochimiques et physiologiques au niveau des tumeurs tôt suite à ce traitement. L'imagerie TEP avec le [[indice supérieur 18]F]-FDG s'est effectivement avérée être une méthode prometteuse dans l'étude des effets de la thérapie photodynamique du cancer in vivo, soit dans l'évaluation de l'efficacité d'un photosensibilisateur ou dans la détermination de son mécanisme d'action. Des travaux antérieurs en ont montré le potentiel en procédant à des scans à différents temps après la TPD pour mesurer la captation tumorale du [[indice supérieur 18]F]-FDG, injecté sous forme de bolus. Toutefois, cette approche conventionnelle ne donne pas d'informations sur les processus biologiques transitoires impliqués dans la destruction des cellules tumorales, c'est-à-dire les processus survenant durant et immédiatement après l'illumination. Ce mémoire illustre donc une nouvelle approche utilisant l'imagerie TEP, avec infusion continue du radiotraceur [[indice supérieur 18]F]-FDG, pour l'évaluation en temps réel de la réponse tumorale à la TPD chez le rat. De façon plus spécifique, le mécanisme d'action de différents photosensibilisateurs sera investigué en fonction des processus métaboliques transitoires observés durant et immédiatement après l'illumination. De plus, afin de mieux comprendre les processus physiologiques impliqués dans l'avènement de certains changements métaboliques, des études TEP en temps réel évaluant le flot sanguin tumoral durant la TPD ont aussi été amorcées avec les radiotraceurs [[indice supérieur 13]N]-NH[indice inférieur 3] et [[indice supérieur 64]Cu]-PTSM. En somme, nous avons réussi à démontrer la faisabilité d'utiliser l'imagerie TEP en temps réel avec des infusions continues de [[indice supérieur 18]F]-FDG afin d'étudier la réponse métabolique tumorale durant la thérapie photodynamique chez un modèle de rongeur. Cette méthode s'est avérée très pertinente dans l'étude des changements métaboliques transitoires survenant au niveau tumoral et systémique pendant et tout de suite après la TPD, particulièrement pour la caractérisation des mécanismes d'action de différents photosensibilisateurs. En effet, l'observation de différences significatives au niveau des profils de captation du [[indice supérieur 18]F]-FDG procure une façon rapide de distinguer entre un mécanisme de destruction directe ou indirecte des cellules tumorales et ce, en temps réel. En plus de visualiser la réponse métabolique tumorale à la thérapie photodynamique, cette procédure d'imagerie TEP en temps réel pourrait aussi être appliquée à l'étude des changements du flot sanguin tumoral pendant la TPD, ainsi qu'à l'étude de mécanismes de réponse spécifiques tels que les processus apoptotiques.

Le tissu adipeux sous-cutané (TAsc) est le site préférentiel du stockage postprandial des triglycérides (TG). Quand les capacités d’accrétion sont dépassées, le stockage des TG se fait dans des sites ectopiques du TA et dans des tissus non adipocytaires, par exemple foie et muscles, ce qui entraine de multiples dysfonctionnements dans ces organes et tissus, et permet le développement du syndrome d’insulinorésistance. Chez les sujets obèses, la période postprandiale est caractérisée par des anomalies métaboliques, immunitaires, hormonales, et également par une diminution importante du flot sanguin dans le tissu adipeux (FSTA) sous-cutané. Ce blocage de la perfusion postprandiale du TA a aussi été montrée chez des individus minces qui avaient de très lourds antécédents familiaux de maladies cardiométabolique (obésité, diabète de type 2, maladies cardiovasculaires). Dans cette thèse, on classifiera ces individus comme « non-répondeurs ». À ce jour, peu d’attention a été accordée à ce phénomène. L’hypothèse qui sous-tend cette thèse est que les anomalies du FSTA sont innées ou primaires et sont impliquées très tôt dans le développement de la résistance à l’insuline (RI), du diabète de type 2 et du syndrome métabolique. Le but de notre recherche était donc de vérifier si les altérations du FSTA sont présentes chez les personnes saines et minces, mais à très haut risque de développer une RI ou une maladie cardiométabolique. Nous avons aussi cherché à déterminer les facteurs liés à la non-réponse. Pour cela il nous a fallu explorer certains facteurs hormonaux impliqués dans la régulation du FSTA. Nos résultats montrent que le FSTA est très diminué, à jeun et en postprandial, chez les sujets à haut risque de maladies cardiométaboliques mais encore minces et métaboliquement sains, sans RI. Nous avons aussi montré, pour la première fois, l’effet vasodilatateur du peptide intestinal vasoactif (VIP) dans le TAsc, tout comme le rôle stimulant du système cholinergique dans la régulation postprandiale du FSTA. Cependant, aucun de ces facteurs ne participe au dysfonctionnement du FSTA postprandial chez les non-répondeurs. Des taux répétés de TG plus élevés chez les non-répondeurs et l’association du FSTA avec certains indices de la RI décrits dans la littérature suggèrent que l’altération du métabolisme lipidique suite à la diminution du FSTA puisse servir de médiateur à la détérioration de la sensibilité à l’insuline. / Abstract : Subcutaneous adipose tissue (SCAT) is the preferential site of triacylglycerols (TAG) postprandial disposal. When the buffering capacity of SCAT for lipids is exceeded, TAG are disposed in ectopic adipose tissue depots and in non-adipose tissues, such as liver and muscles. Consequently, multiple dysfunctions of these organs and tissues develop including insulin resistance (IR). In obese people, the postprandial period is characterized by metabolic, immune and hormonal alterations, but also by severely altered adipose tissue blood flow (ATBF). Nevertheless, significant alteration of postprandial ATBF was also found in lean individuals with highly positive familiar history of cardiometabolic diseases (obesity, type 2 diabetes, cardiovascular diseases). In the thesis, we term them as "non-responders". Up to date, little attention has been payed to this phenomenon. The underlying hypothesis of this thesis is that alterations in ATBF are inborne or very early and that they participate on the development of IR, type 2 diabetes and metabolic syndrome. Consequently, the aim of our research was to verify if the alterations in ATBF are present in healthy, normal-weight subjects, but at very high risk for development of IR or cardiometabolic diseases. Simultaneously, we searched for factors linked with nonresponsiveness phenomenon. To do this, we examined some hormonal factors in ATBF regulation. Our results confirm the presence of altered fasting and postprandial ATBF in at highrisk subjects for cardiometabolic diseases, but still lean and metabolically healthy, without IR. For the first time, we have also demonstrated the role of cholinergic system in postprandial ATBF regulation, and vasodilatory effect of vasoactive intestinal peptide (VIP) in SCAT. However, none of these factors takes part in postprandial ATBF dysfunction in non-responders. Higher TAG levels repeatedly found in non-responders and the association of ATBF with some indices of insulin sensitivity described in the literature suggest that alteration of lipid metabolism as a result of low ATBF may mediate deterioration of insulin sensitivity.

Résumé: Comparées aux classiques insulines humaines régulières (IHR), les insulines analogues ultrarapides (IAUR) ont été conçues pour mieux synchroniser le pic insulinémique avec l’absorption du repas. Le progrès a été démontré chez les patients diabétiques de type 1, mais le contrôle glycémique s’est peu ou pas amélioré chez les patients diabétiques de type 2 (DT2), qu’ils soient sous IAUR ou IHR. Or ces patients constituent 75 % des utilisateurs d’insuline. L’utilité des IAUR est donc toujours débattue. La dose (donc le volume) injectée et le flot sanguin dans le tissu adipeux sous-cutané (FSTA) sont les facteurs majeurs de l’absorption de l’insuline. Les patients DT2, résistants à l’insuline, s’injectent des doses importantes et leur FSTA est de 50 à 70 % plus faible que celui des sujets sains de poids normal (PN). Nous avons montré que l’absorption sous-cutanée des IAUR est diminuée chez les sujets obèses et DT2 (ODT2) par rapport aux sujets PN, que le volume injecté avait un effet délétère additionnel et que le FSTA peut être augmenté de façon pharmacologique avec un agent vasoactif (AV) chez des sujets résistants à l’insuline. Nous suggérons que l’ajout d’un AV à une IAUR va augmenter le FSTA au site d’injection et donc améliorer sa pharmacocinétique (PK) et sa pharmacodynamie (PD). Pour vérifier cette hypothèse, nous avons 1) évalué la réponse du FSTA à 4 AV chez des sujets PN, obèses non-diabétiques et ODT2; 2) évalué la PK/PD et la biodisponibilité de l’IAUR lispro ± AV chez des sujets ODT2; et 3) caractérisé l’expression des cibles des AV dans le tissu adipeux sous-cutané chez les sujets énumérés en 1). Les 4 AV ont augmenté le FSTA des sujets ODT2, mais moins que celui des autres sujets. L’occurrence de la raréfaction et/ou dysfonction microvasculaire chez les sujets ODT2 pourrait expliquer l’hyporéactivité vasculaire aux AV testés. Le plus actif des AV chez les sujets ODT2 a été ajouté à l’IAUR lispro pour améliorer sont absorption sc. Les PK/PD ont été améliorées seulement chez les sujets ODT2 avec une hémoglobine glycosylée A1c ≥ 8 %; c’est-à-dire 4 sujets sur 8. Chez ces derniers, l’absorption de 30 U + AV a été plus rapide de 14 et 71 min à 20 et 80 % de l’aire sous la courbe totale de la lispro plasmatique, respectivement. Chez les 4 autres sujets ODT2, l’absorption de la lispro semble s’être détériorée avec l’AV. Une interaction chimique a peut-être eu lieu entre l’AV et la lispro, ce qui aurait perturbé son absorption. Selon nos résultats, le niveau de contrôle du diabète, le volume d’injection et les caractéristiques chimiques de l’AV seraient des modulateurs de l’efficacité du concept IAUR + AV. Il nous faut maintenant déterminer l’impact de ces facteurs sur la capacité d’un AV à améliorer l’absorption sc de l’IAUR chez les sujets ODT2. / Abstract: Compared to classic regular human insulin (RHI), short-acting insulin analogues were designed to better synchronize plasma insulin increase to food absorption. Although improvements were noted in subjects with type 1 diabetes, slight to no improvement in glycemic control were observed in subjects with type 2 diabetes (T2D) using SAIA instead of RHI. Nevertheless, they represent 75 % of all insulin users. Consequently, the relative useful-ness of SAIA in T2D patients is currently hotly debated. Injected volume and subcutaneous (sc) adipose tissue blood flow (ATBF) are two main factors involved in insulin absorption. In fact, T2D patients use large doses of insulin because of their resistance to insulin and have an ATBF 50 to 70 % lower than lean healthy subjects. We already showed that SAIA absorption is decreased in obese T2D (OT2D) subjects compared to normal weight healthy subjects and that volume has additional detrimental effects. We also showed that ATBF can be increased pharmacologically with vasoactive agents (VA) in healthy and insulin-resistant subjects. Then we suggest that in OT2D subjects, addition of VA to SAIA preparations will locally increase ATBF, improve insulin sc absorption (Pharmacokinetic - PK) and bioavailability, thus insulin hypoglycemic effect (Pharmacodynamic - PD). To test this hypothesis, we 1) assessed ATBF response of 4 selected VA within three experimental groups (normal weight, obese non-diabetic and OT2D subjects); 2) evaluated insulin PK/PD and bioavailability improvement in OT2D subjects after the addition of the best VA to SAIA lispro and 3) characterized expression of selected VA targets in sc adipose tissue biopsies, within equivalent experimental groups, and compared results with ATBF responses. All 4 VA were able to increase ATBF of OT2D subjects but in a less extend than other subjects. The occurrence of microvascular rarefaction and/or dysfunction in OT2D subjects can explain the hyporeactivity to tested VA. Nevertheless, one VA among others was shown more effective to increase ATBF in OT2D subjects and was then tested (mixed) with SAIA lispro. With the AV, PK/PD were improved only in OT2D subjects with A1c glycated hemoglobin ≥ 8 %; 4 subjects on 8. The sc absorption of 30 U + VA was faster by 14 and 71 min for respectively 20 and 80 % of the total area under the lispro plasmatic curve. But the sc absorption with VA appeared blunted with the other subjects. Maybe detrimental chemical interactions occurred between the VA and lispro, which could impede absorption. Our results suggest that diabetes control state, injection volume, and VA chemical characteristics influence the efficacy of our SAIA + VA concept. Further tests are needed to seize the impact of these factors on VA effectiveness in sc absorption improvement of SAIA in OT2D subjects.