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

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

Objectif De nombreux travaux ont souligné le rôle de la Cyclosporine A (CsA) dans la prévention des lésions d'ischémie-reperfusion (I/R) mais aucun n'a été effectué sur poumons isolés de grands mammifères. Notre objectif était de mesurer pour la première fois les effets de la CsA sur les lésions d'I/R dans un modèle de poumons porcins reperfusés ex vivo, en évaluant plusieurs doses de CsA pour différents temps d'ischémie. Méthodes L'expérimentation A a été conduite sur 4 groupes de 8 paires de poumons chacune : un groupe contrôle et 3 groupes recevant différentes concentrations de CsA (1, 10 ou 30 μM) au moment de l'ischémie et au début de la reperfusion, après 2 heures d'ischémie. L'expérimentation B a été conduite sur 3 groupes de 5 paires de poumons chacune. Les poumons de chaque paire étaient séparés juste après le début de l'ischémie. Les premiers poumons étaient évalués après une ischémie de 2 heures (jour 0), sans CsA. Les seconds poumons étaient évalués après une ischémie de 24 heures (jour 1), soit sans soit avec CsA (1 ou 5 μM), administrée le cas échéant au début de la reperfusion. Résultats La CsA augmentait le rapport PO2/FiO2 avec un effet dose mais augmentait également la pression artérielle pulmonaire, la pression capillaire et les résistances vasculaires pulmonaires, à 10 et 30 μM mais pas à 1 ni 5 μM. Les poumons qui recevaient 30 μM de CsA affichaient des concentrations élevées en cytokines pro-inflammatoires. La concentration en RAGE (receptor for advanced glycation endproducts) dans le lavage broncho-alvéolaire diminuait avec la CsA à J1 en comparaison à J0. Conclusions Lors de l'I/R pulmonaire, les bénéfices cellulaires des doses élevées de CsA sont contrebalancés par ses effets hémodynamiques sur la microvascularisation. A faibles doses, la CsA semble améliorer la fonction pulmonaire. / Objective Several works highlighted the role of Cyclosporine A (CsA) in the prevention of ischemia reperfusion (I/R) injuries but none on isolated lungs of big mammals. Our objective was to measure for the first time the effects of CsA in I/R injuries in an ex vivo reperfused pig lungs model, by evaluating several doses of CsA for different times of ischemia. Methods Experimentation A was performed on 4 groups of 8 pairs of lungs each: a control group and 3 groups receiving different concentrations of CsA (1, 10 or 30 μM) at the time of ischemia and at the beginning of the reperfusion, after a 2 hours ischemia. Experimentation B was performed on 3 groups of 5 pairs of lungs each. Lungs from each pair were separated just after the beginning of ischemia. The first lungs were evaluated after a 2 hours ischemia (day 0), without CsA. The second lungs were evaluated after a 24 hours ischemia (day 1), either without or with CsA (1 or 5 μM), administered when appropriate at the beginning of the reperfusion. Results CsA improved the PO2/FiO2 ratio with a dose dependent effect but increased pulmonary arterial pressure, capillary pressure, and pulmonary vascular resistances, at 10 and 30 μM but neither at 1 or 5 μM. Lungs receiving 30 μM of CsA displayed elevated concentrations in pro-inflammatory cytokines. Concentrations in RAGE (receptor for advanced glycation endproducts) in broncho-alveolar lavage decreased with CsA at day 1 compared to day 0. Conclusions During pulmonary I/R, the cellular benefits of high doses of CsA are counterbalanced by its hemodynamic effects on microvascularisation. At low doses, CsA seems to improve lung function.

Objectif De nombreux travaux ont souligné le rôle de la Cyclosporine A (CsA) dans la prévention des lésions d'ischémie-reperfusion (I/R) mais aucun n'a été effectué sur poumons isolés de grands mammifères. Notre objectif était de mesurer pour la première fois les effets de la CsA sur les lésions d'I/R dans un modèle de poumons porcins reperfusés ex vivo, en évaluant plusieurs doses de CsA pour différents temps d'ischémie. Méthodes L'expérimentation A a été conduite sur 4 groupes de 8 paires de poumons chacune : un groupe contrôle et 3 groupes recevant différentes concentrations de CsA (1, 10 ou 30 μM) au moment de l'ischémie et au début de la reperfusion, après 2 heures d'ischémie. L'expérimentation B a été conduite sur 3 groupes de 5 paires de poumons chacune. Les poumons de chaque paire étaient séparés juste après le début de l'ischémie. Les premiers poumons étaient évalués après une ischémie de 2 heures (jour 0), sans CsA. Les seconds poumons étaient évalués après une ischémie de 24 heures (jour 1), soit sans soit avec CsA (1 ou 5 μM), administrée le cas échéant au début de la reperfusion. Résultats La CsA augmentait le rapport PO2/FiO2 avec un effet dose mais augmentait également la pression artérielle pulmonaire, la pression capillaire et les résistances vasculaires pulmonaires, à 10 et 30 μM mais pas à 1 ni 5 μM. Les poumons qui recevaient 30 μM de CsA affichaient des concentrations élevées en cytokines pro-inflammatoires. La concentration en RAGE (receptor for advanced glycation endproducts) dans le lavage broncho-alvéolaire diminuait avec la CsA à J1 en comparaison à J0. Conclusions Lors de l'I/R pulmonaire, les bénéfices cellulaires des doses élevées de CsA sont contrebalancés par ses effets hémodynamiques sur la microvascularisation. A faibles doses, la CsA semble améliorer la fonction pulmonaire.

L’évaluation de la fonction pulmonaire est important pour la réduction des complications radio-induites des traitements de radiothérapie. En effet, plus de 30% des patients souffriront de pneumonie des suites de leur traitement [1]. L’implantation de la fonction pulmonaire dans la planification de traitement pourrait limiter les complications médicales. La ventilation pulmonaire, l’une des deux métriques permettant de caractériser la fonction pulmonaire, est habituellement obtenue à partir de mesures SPECT. Cependant, cette méthode demande d’effectuer des acquisitions de mesure supplémentaires sur les patients. L’objectif de ce projet est de valider l’utilisation de CT 4D afin d’extraire la ventilation pulmonaire. La preuve de concept a été effectuée sur une cohorte de 25 patients atteints de cancer du poumon. Grâce à des recalages déformables effectués à l’aide du logiciel ANTs, la ventilation a été extraite. Les valeurs obtenues ont été comparées à celles déterminées à partir des données de SPECT, analysées par un logiciel clinique nommé Hermès. Une corrélation modérée a été observée, avec un coefficient de Pearson de r =0:59 avec p<0:05. Les valeurs de ventilation obtenues par CT 4D ont été validées par les coefficients de Dice (DC > 0:9), la distance de Hausdorff (HD < 2 mm), le positionnement de marqueurs anatomiques et les valeurs de jacobien des transformations. Des incertitudes provenant de l’acquisition de données et l’initialisation des paramètres des recalages déformables peuvent expliquer ces résultats. / The assessment of pulmonary functionality is of prime importance to avoid radioinduced complications after radiotherapy treatments of lung cancer. Indeed, more than 30% of patients will suffer from a radiation-induced pneumonia following the treatment [1]. Implementing functionality in treatment planning could limit the medical complications. The current community standard for measuring the ventilation - one of the two metrics concerning pulmonary functionality - is SPECT imaging. However, this method requires to perform additional image acquisitions on patients. The objective of this work is to validate an image analysis method that provides deformable image registration allowing us to estimate lung ventilation for each voxel with four-dimensional computed tomography imaging (4DCT). The proof of concept is performed on a cohort of 25 patients with lung cancer. Each patient is required to a 4DCT scan before their radiotherapy treatment. Those scans were processed retroactively with Advanced Normalized Tools (ANTs) registration to evaluate the lungs deformation between the respiratory maxima. A vector field representing the deformation is produced for all voxels. Local behavior is estimated by the Jacobian of those vector fields. The deformation allows us to estimate the lung capacity to contain air, which can be linked to the ventilation. We showed that the values obtained with the 4DCT method are moderately correlated with those obtained by SPECT (r = 0:59; p < 0:05).Those results were validated using Dice coefficients (DC > 0:9), Hausdorff distance (HD < 2 mm) and targets registration error. The results of the lung ventilation obtained by 4DCT and with SPECT scans are moderately correlated. The uncertainties pertaining to data acquisition and deformable registration initialization might explain those differences.

Contexte : La fibrose kystique (FK) est une indication de transplantation pulmonaire. Aucun paramètre objectif seul n’est prédictif de la survie après la transplantation à ce jour. Une détérioration des états nutritionnel et pulmonaire sont des critères de référence. Notre but est de déterminer si l’évolution préopératoire de ces paramètres est prédictive de la survie après la transplantation. Méthodes : Nous avons effectué une étude rétrospective des patients greffés pour FKP au CHUM. Les valeurs d’IMC et de VEMS 2 ans avant la transplantation ont été recueillies. Les patients ont été divisés selon le signe de la pente de régression linéaire de chacun des paramètres. Des modèles d’effets mixtes ont permis de modéliser l’évolution longitudinale de ces paramètres avec des nœuds tous les 4 mois. Résultats : Durant la période étudiée, 198 patients ont reçu une transplantation bipulmonaire. Les pentes moyennes sont -0,06 et +0,07 kg/m2/mois pour l’IMC, alors qu’elles sont de -0,38 et +0,29 %/mois pour le VEMS. Les données démographiques, les complications postopératoires et la mortalité à 90 jours sont similaires entre les groupes. On note une diminution de survie à 10 ans après la transplantation chez les patients dont l’IMC diminue plus rapidement (56 vs 73 %). La pente de VEMS seule n’influence pas la survie après la transplantation (63 vs 73 %). Conclusion : Nos résultats suggèrent que la trajectoire d’IMC influence la survie après une transplantation pulmonaire alors que le taux de variation du VEMS n’a pas d’impact significatif. Une étude prospective serait requise afin de valider ces résultats. / Purpose: Cystic fibrosis (CF) is an indication for lung transplantation (LTx). To date, no single objective parameter is predictive of survival after LTx. Worsening of nutritional status and rapidly declining lung function are referral criteria. We aimed to determine whether a change in nutritional status and/or lung function before LTx was predictive of survival after LTx. Methods: We conducted a retrospective cohort study of CF LTx patients in our institution between 1997 and 2018. BMI and FEV1 values 2 year prior to transplant were collected. For each parameter, patients were divided in two groups according to BMI or FEV1 slope sign (linear regression). Change in time for these parameters were assessed using mixed-effect models with knots at every 4 months. Results: During the study period, 198 patients who underwent a first double LTx were included for analysis. The mean BMI slopes were -0.06 and +0.07 kg/m2/month, while mean FEV1 slopes were -0.38 and +0.29%/month. Linear mixed models for each phenotype are shown in Figure 1. Demographic factors, enteral feeding, post-operative complications and 90-day mortality were similar in the 2 analyses. Patients whose BMI decline before transplantation have worse 10-year survival after LTx (56 vs 73 %). The FEV1 slope alone does not influence 10-year survival after LTx(63 vs 73 %). Conclusion : Our results suggest that the BMI trajectory when used as a marker of nutritional status impacts survival after LTx. The FEV1 trajectory does not appear to significantly impact survival after LTx. A larger prospective study is required to validate these results.

INTRODUCTION : L’insuffisance cardiaque congestive (ICC) induit remodelage pulmonaire et dysfonction ventriculaire droite (VD) qui contribuent de façon importante à la morbidité/mortalité. Malgré l’efficacité prouvée, l’antagonisme des récepteurs minéralocorticoïdes est sous-utilisé en ICC et ses mécanismes d’actions demeurent incompris. Nous avons évalué si l’Aldostérone contribue au remodelage pulmonaire et à la dysfonction VD en stimulant la prolifération des myofibroblastes (MYFs) pulmonaires. MÉTHODE ET RÉSULTATS : L’étude a été réalisée chez des rats avec infarctus du myocarde (IM) de taille modérée à grande permettant le développement de l’ICC. Deux semaines après l’IM, les rats ont été traités avec 100mg/kg/jour d’Aldactone ou non, pendant trois semaines et comparé à un groupe témoin (N=21;24;8). Comparativement au groupe témoin, les rats IM ont développé une ICC caractérisée par une réduction de la fraction de raccourcissement du VG (53±1%vs.16±2%, moyenne±ESM, P<0.0001), une hypertension pulmonaire (PSVD:27±1vs.40±3mmHg, P<0.01) et une hypertrophie VD (VD/(VG+Septum):24±1%vs.38±3%, P<0.05). L’Aldactone n’a eu aucun effet sur ces paramètres. Les rats IM ont développé un syndrome pulmonaire caractérisé par un abaissement de la courbe respiratoire pression-volume, un remodelage structurel pulmonaire avec doublement du poids poumon sec (P<0.01) et de la fibrose pulmonaire avec augmentation du taux de collagène dans les poumons (P<0.05). L’Aldactone n’a pas restauré la fonction pulmonaire. Enfin, les MYFs pulmonaires isolés n’ont pas proliféré avec l’exposition de 48h aux deux traitements d’Aldostérone (10-7M, 10-6M). CONCLUSION : L’Aldostérone ne contribue pas au remodelage pulmonaire et à la dysfonction VD associés à l’ICC. D’autres mécanismes d’actions sont responsables des effets bénéfiques de l’Aldactone. / BACKGROUND: Congestive heart failure (CHF) can induce pulmonary remodeling and RV dysfunction, which importantly contribute to morbidity and mortality. Despite proven efficacy, antagonism of mineralocorticoid receptors is underused in CHF and the mechanisms of its benefits still debated. We hypothesized that Aldosterone contributes to pulmonary remodeling and RV dysfunction by stimulating lung myofibroblasts (MYFs) proliferation. METHODS AND RESULTS: We studied rats with moderate to large myocardial infarcts (MI) to allow CHF development. Two weeks after MI, rats were treated with Aldactone 100mg/kg/day (N=21) or untreated (N=24) for three weeks and compared to a sham group (N=8). Five weeks after MI, infarct size was similar in the two MI groups, both by ultrasound and pathologic measures. Compared to sham, the MI-untreated group developed CHF with reduced LV fractional shortening (53±1%vs.16±2%; mean±SEM, P<0.0001), pulmonary hypertension (RVSP:27±1vs.40±3mmHg, P<0.01) and RV hypertrophy (RV/(LV+septum):24±1%vs.38±3%, P<0.05). Aldactone treatment had no effect on these parameters and did not improve LV or RV performance. CHF induced a restrictive respiratory syndrome characterized by a downward shift of the respiratory pressure-volume loop, important lung remodeling with nearly doubling of dry lung weight (P<0.01) and evidence of lung fibrosis demonstrated by histological lung collagen fractional area (P<0.05). The Aldactone therapy could not restore pulmonary function. Finally, isolated lung MYFs did not proliferate after 48hr exposure to aldosterone (10-7M and 10-6M). CONCLUSION: Aldosterone does not contribute to pulmonary remodeling and RV dysfunction associated with CHF. Other mechanisms of action must be responsible for the beneficial effects of Aldactone in CHF.

Les néoplasies pulmonaires demeurent la première cause de décès par cancer au Québec représentant près de 6000 décès par année. Au cours des dernières années, la radiothérapie stéréotaxique d’ablation (SABR) s’est imposée comme un traitement alternatif à la résection anatomique pour les patients inopérables atteints d’un cancer pulmonaire non à petites cellules de stade précoce. Il s’agit d’une modalité de traitement qui permet d’administrer des doses élevées, typiquement 30-60 Gy en 1-8 fractions, dans le but de cibler précisément le volume de traitement tout en épargnant les tissus sains. Le Centre Hospitalier de l’Université de Montréal s’est muni en 2009 d’un appareil de SABR de fine pointe, le CyberKnife™ (CK), un accélérateur linéaire produisant un faisceau de photons de 6 MV dirigé par un bras robotisé, permettant d’administrer des traitements non-coplanaires avec une précision infra-millimétrique. Ce mémoire est dédié à la caractérisation de certains enjeux cliniques et physiques associés au traitement par CK. Il s’articule autour de deux articles scientifiques revus par les pairs. D’une part, une étude prospective clinique présentant les avantages de la SABR pulmonaire, une technique qui offre un excellent contrôle tumoral à long terme et aide au maintien de la qualité de vie et de la fonction pulmonaire. D’autre part, une étude de physique médicale illustrant les limites de l’acquisition d’images tomodensitométriques en auto-rétention respiratoire lors de la planification de traitement par CK. / Lung neoplasia remains the leading cause of cancer death accounting for nearly 6,000 deaths per year in Quebec. In recent years, stereotactic ablative radiotherapy (SABR) has emerged as an alternative treatment to anatomical resection for inoperable patients suffering from early stage non-small cell lung cancer. This technique can deliver highly focused doses such as 30-60 Gy in 1-8 fractions in order to target precisely the treatment volume while sparing healthy tissue. In 2009, the Centre Hospitalier de l’Université de Montréal acquired a robotic SABR apparatus, the CyberKnife™ (CK), a linear accelerator mounted on a moving arm producing non-coplanar photon beams of 6 MV with millimetric precision. This thesis presents two scientific peer reviewed articles adressing some clinical and physical challenges with CK. On one hand, a clinical prospective study reporting the advantages of lung SABR, a technic that offers excellent long-term tumor control and helps maintain the quality of life and lung function. On the other hand, a medical physics study exposing the limits of computed tomography scan acquisition in breath-holding for CK treatment planning.

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INTRODUCTION : L’insuffisance cardiaque congestive (ICC) induit remodelage pulmonaire et dysfonction ventriculaire droite (VD) qui contribuent de façon importante à la morbidité/mortalité. Malgré l’efficacité prouvée, l’antagonisme des récepteurs minéralocorticoïdes est sous-utilisé en ICC et ses mécanismes d’actions demeurent incompris. Nous avons évalué si l’Aldostérone contribue au remodelage pulmonaire et à la dysfonction VD en stimulant la prolifération des myofibroblastes (MYFs) pulmonaires. MÉTHODE ET RÉSULTATS : L’étude a été réalisée chez des rats avec infarctus du myocarde (IM) de taille modérée à grande permettant le développement de l’ICC. Deux semaines après l’IM, les rats ont été traités avec 100mg/kg/jour d’Aldactone ou non, pendant trois semaines et comparé à un groupe témoin (N=21;24;8). Comparativement au groupe témoin, les rats IM ont développé une ICC caractérisée par une réduction de la fraction de raccourcissement du VG (53±1%vs.16±2%, moyenne±ESM, P<0.0001), une hypertension pulmonaire (PSVD:27±1vs.40±3mmHg, P<0.01) et une hypertrophie VD (VD/(VG+Septum):24±1%vs.38±3%, P<0.05). L’Aldactone n’a eu aucun effet sur ces paramètres. Les rats IM ont développé un syndrome pulmonaire caractérisé par un abaissement de la courbe respiratoire pression-volume, un remodelage structurel pulmonaire avec doublement du poids poumon sec (P<0.01) et de la fibrose pulmonaire avec augmentation du taux de collagène dans les poumons (P<0.05). L’Aldactone n’a pas restauré la fonction pulmonaire. Enfin, les MYFs pulmonaires isolés n’ont pas proliféré avec l’exposition de 48h aux deux traitements d’Aldostérone (10-7M, 10-6M). CONCLUSION : L’Aldostérone ne contribue pas au remodelage pulmonaire et à la dysfonction VD associés à l’ICC. D’autres mécanismes d’actions sont responsables des effets bénéfiques de l’Aldactone. / BACKGROUND: Congestive heart failure (CHF) can induce pulmonary remodeling and RV dysfunction, which importantly contribute to morbidity and mortality. Despite proven efficacy, antagonism of mineralocorticoid receptors is underused in CHF and the mechanisms of its benefits still debated. We hypothesized that Aldosterone contributes to pulmonary remodeling and RV dysfunction by stimulating lung myofibroblasts (MYFs) proliferation. METHODS AND RESULTS: We studied rats with moderate to large myocardial infarcts (MI) to allow CHF development. Two weeks after MI, rats were treated with Aldactone 100mg/kg/day (N=21) or untreated (N=24) for three weeks and compared to a sham group (N=8). Five weeks after MI, infarct size was similar in the two MI groups, both by ultrasound and pathologic measures. Compared to sham, the MI-untreated group developed CHF with reduced LV fractional shortening (53±1%vs.16±2%; mean±SEM, P<0.0001), pulmonary hypertension (RVSP:27±1vs.40±3mmHg, P<0.01) and RV hypertrophy (RV/(LV+septum):24±1%vs.38±3%, P<0.05). Aldactone treatment had no effect on these parameters and did not improve LV or RV performance. CHF induced a restrictive respiratory syndrome characterized by a downward shift of the respiratory pressure-volume loop, important lung remodeling with nearly doubling of dry lung weight (P<0.01) and evidence of lung fibrosis demonstrated by histological lung collagen fractional area (P<0.05). The Aldactone therapy could not restore pulmonary function. Finally, isolated lung MYFs did not proliferate after 48hr exposure to aldosterone (10-7M and 10-6M). CONCLUSION: Aldosterone does not contribute to pulmonary remodeling and RV dysfunction associated with CHF. Other mechanisms of action must be responsible for the beneficial effects of Aldactone in CHF.