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

Chaque année, plusieurs milliers de patients aux prises avec une maladie chronique terminale s’ajoutent à la liste d’attente pour une transplantation d’organe, espérant ainsi prolonger leur espérance de vie. Le plus souvent, le don d’organes survient suite au décès neurologique d’un donneur, une condition qui n’est pas sans conséquence sur la qualité des organes. Les traitements pharmacologiques visant à rétablir l’homéostasie et à protéger les organes à transplanter ont été majoritairement étudiés dans des études observationnelles, au début des années 80. Depuis, très peu d’essais randomisés ont évalué l’impact d’interventions chez des donneurs sur des issues cliniques chez des receveurs. Conséquemment, le bénéfice net des traitements pharmacologiques utilisés de routine chez les donneurs d’organes après décès neurologique demeure inconnu et la rationnelle physiopathologique supportant leur utilisation est questionnable. Cette thèse a pour visée de recenser les évidences supportant les traitements pharmacologiques employés pour la stabilité hémodynamique des donneurs d’organes après décès neurologique et de décrire le niveau d’évidence supportant leur usage. Nous visons également à identifier des cibles de recherche potentielles basées sur de nouvelles observations pathophysiologiques. Pour atteindre ces objectifs, nous avons dressé un large portrait de la prise en charge actuelle des donneurs après décès neurologique, ceci menant ensuite à l’exploration des perceptions des médecins intensivistes canadiens en regard de ces interventions. Nous avons également exploré la présentation clinique cardiaque des donneurs et nous avons identifié des barrières à la recherche clinique dans le domaine. Notre thèse a mené à 4 articles scientifiques. D’abord, nous avons démontré à l’aide d’une revue systématique des lignes directrices internationales sur la prise en charge des donneurs après décès neurologique que les recommandations actuelles sont incohérentes et que leur faible qualité méthodologique reflète la lenteur de l’émergence de la recherche dans le domaine. Ensuite, nous avons effectué un sondage national auprès de médecins des soins intensifs ayant de l’expérience dans la prise en charge des donneurs. Nous avons ainsi démontré que les perceptions de pratiques sont très variables au pays et avons attribué ces divergences d’opinions au manque de données probantes, et à la possible inexpérience relative des médecins face aux rares cas de don d’organes sur une unité de soins intensifs. Notre troisième article a démontré que la dysfonction ventriculaire droite est fréquente après un décès neurologique, bien que la littérature actuelle ne mette l’emphase que sur la dysfonction ventriculaire gauche et ses conséquences. Nous émettons l’hypothèse que la description actuelle des conséquences hémodynamique du décès neurologique est incomplète et qu’une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents à la dysfonction ventriculaire droite permettrait d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. Finalement, en s’appuyant sur nos observations, nous questionnons l’efficacité et la pertinence d’interventions pharmacologiques administrées de routine chez les donneurs telles que l’hormonothérapie de remplacement. Nous avons donc effectué un essai randomisé pilote visant à évaluer la faisabilité d’une étude multicentrique déterminante comparant la levothyroxine au placebo chez des donneurs potentiels. Cette étude pilote a démontré qu’une étude d’envergure était nécessaire afin d’évaluer le bénéfice de l’intervention et a permis d’identifier des barrières à la recherche spécifiques au domaine. Nous proposons que des activités de transfert de connaissances sur le niveau d’évidence supportant les interventions pharmacologiques actuelles soient implantées en préparation d’un essai randomisé contrôlé multicentrique. Cette thèse a permis de mettre en lumière la validité questionnable du traitement pharmacologique pour la prise en charge de l’instabilité hémodynamique des donneurs d’organes tel qu’il est utilisé présentement. Nous avons fait ressortir que le traitement actuel est historiquement basé sur des données de faible évidence. Nous suggérons que l’avenir de la recherche interventionnelle chez les donneurs d’organes repose sur la capacité des cliniciens et des chercheurs à reconnaitre les zones d’incertitude dans les connaissances actuelle et à accepter des changements dans leur pratique. / Every year, thousands of chronically ill patients are added to the transplant list, in the hope of an organ transplant that could save their life. Most frequently, organ donation occurs following neurological death of a donor, a clinical pathological condition that can jeopardize the quality and stability of organs. The body of literature on the hemodynamic consequences of neurological death and their treatment exist since the early 80’s. Since then, very few randomized trials have been performed on the neurologically deceased donor population. As a consequence, the benefit of routine pharmacological therapies for the hemodynamic management of neurologically deceased donors on recipients’ outcomes is still uncertain, and the pathological theory underlying their use remains questionable. Consequently, this thesis aims at describing the actual body of evidence supporting the pharmacological treatment for the hemodynamic management of neurologically deceased donors and the theoretical rationale for their use. We also aimed at adding to the actual knowledge of brain death physiological hemodynamic consequences. To achieve this goal, we drew a broad portrait of the actual management of hemodynamic instability in organ donors, leading to the exploration of perceptions on these interventions. We then explored physiological consequences of neurological death at the heart level and evaluated the feasibility of conducting a multicentre trial on a pharmacological intervention in donors. Our thesis let to four research articles. First, we demonstrated through a systematic review of international guidelines for the management of neurologically deceased donors that the existing recommendations are inconsistent and that their poor methodological quality reflects the slow emergence of clinical research in the field. Then, in a national survey of intensive care physicians with experience in organ donor clinical management, we identified varying perceptions of practices in the country. We attributed this difference in opinions to the paucity of research in the field and to the possible relative inexperience of some physicians when managing deceased donors, a relatively rare condition in the intensive care unit. Our third article suggested that right ventricular dysfunction is frequent after neurological death, although existing literature focus mainly on the occurrence and consequences of left ventricular dysfunction. We postulate that the actual description of hemodynamic consequences of neurological death is incomplete and that a better understanding of the mechanisms underlying right ventricular dysfunction would permit to identify new therapeutic targets. Finally, based on our previous conclusions, we questioned the relevance and efficacy of levothyroxine routine administration in donors and designed a pilot randomized controlled trial to evaluate the feasibility of a multicenter definitive trial. This pilot trial permitted to identify important barriers to interventional research including neurologically deceased donors. We propose that knowledge translation activities on the actual level of evidence supporting routine interventions be implemented in the preparation of a future randomized trial. This thesis permits to question the validity of the actual pharmacological management of neurologically deceased donors highlighting the paucity of high-evidence literature in the field and the penetrance of historical interventions and concepts. We suggest that the future of research in the field lies on the ability to recognize areas of uncertainties and the acceptance of practice change.

Plusieurs décennies de recherche ont permis de mieux comprendre les effets de l’athérosclérose sur le système cardiovasculaire, d’améliorer la prévention et de développer des traitements efficaces. Les effets de l’athéroslérose sur le cerveau demeurent toutefois mal compris même si le lien entre le fonctionnement cognitif et la santé du système vasculaire est maintenant bien établi. La venue de nouvelles méthodes d’imagerie telle la microscopie laser à 2-photons (TPLM) permet d’étudier l’impact de certaines maladies sur la microvasculature cérébrale en mesurant le flux sanguin dans des vaisseaux uniques situés dans des régions cérébrales millimétriques sous la surface. Les résultats des études in vitro peuvent dorénavant être corrélés à ceux obtenus in vivo. En premier lieu, ce mémoire revoit la théorie ayant permis le développement de la TPLM qui permet de prendre des mesures hémodynamiques in vivo dans des vaisseaux de très petits calibres tels des capillaires cérébraux de souris. Par la suite, son utilisation est décrite chez des souris anesthésiées afin de comparer les mesures d’hémodynamie cérébrale tels la vitesse des globules rouges, le flux de globules rouges, le flux sanguin cérébral, l’hématocrite sanguin et le diamètre des vaisseaux. Finalement, nous avons comparé les données hémodynamiques entre des souris de 3 mois normales (WT ; n=6) et des souris atteintes d’athérosclérose précoce (ATX ; n=6). Les résultats obtenus sur un nombre total de 209 capillaires (103 pour les souris WT et 106 pour les souris ATX) démontrent que les souris ATX possèdent une vitesse des globules rouges (+40%) plus grande, un flux de globule rouge plus grand (+12%) et un flux capillaire plus élevé (+14%) sans démontrer pour aucun de ces paramètres, une différence statistiquement significative. L’hématocrite moyen (35±4% vs 33±2% ; p=0.71) et le diamètre moyen des vaisseaux (4.88±0.22μm vs 4.86±0.20μm ; p=0.23) étaient également comparables. La vitesse des globules rouges a démontré une faible corrélation avec le diamètre des vaisseaux (r=0.39) et avec le flux de globules rouges/seconde (r=0.59). En conclusion, les travaux menés dans le cadre de ce mémoire de maîtrise permettent d'envisager, grâce aux nouvelles méthodes d’imagerie cérébrale telle la TPLM, une meilleure compréhension des mécanismes hémodynamiques sous-jacents à la microcirculation cérébrale. L’effet d’une pression pulsée augmentée, tel que proposée dans l’athérosclérose reste cependant à démontrer avec cette méthode d’imagerie. / Many decades of research have given us a better understanding of the effects of atherosclerosis on different organs. For example, works on the cardiovascular effects of atherosclerosis have improved the prevention, screening and treatment resulting in a better prognosis. The effects of atherosclerosis on cerebral vessels are misunderstood even if the link between brain function and cerebral perfusion is well known. With the improvements in brain imaging, there are more possibilities to better define the physiopathology of brain perfusion and the impact of disease on cerebral microvasculature. First, this work reviews the theory behind the development of two-photon laser microscopy (TPLM) and the measure of hemodynamics in small vessels such as cerebral capillaries in mice. We also describe how we measured cerebral hemodynamics in anesthetized mice: red blood cell speed, red blood cell flux, blood hematocrit, and vessel diameter. We compared results obtained between normal mice (WT ; n=6) and pathological mice (ATX ; n=6), all aged 3 months old. ATX mice are well recognized to develop early atherosclerosis and served as a model for high pulse pressure. We measured 209 cerebral capillaries (103 on WT mice and 106 on ATX mice). ATX mice tend to show a trend toward a higher red blood cell speed (+40%), higher red blood cell flux (+12%) and higher capillary flux (+14%) in ATX mice. Mean hematocrit (35±4% vs 33±2% ; p=0.71) and mean vessel diameter (4.88±0.22μm vs 4.86±0.20μm ; p=0.23) were not statistically different between both groups. Red blood cell speed showed a weak correlation with vessel diameter (r=0.39) and red blood cell flux (r=0.59). In conclusion, the TPLM should permit a better understanding of the effect of vascular disease in cerebral hemodynamics. However, the effect of high pulse pressure on cerebral microvasculature needs to be better defined.

Objectif : Déterminer la capacité de la séquence IRM 4D flow à mesurer la forme et le flot (débit, vélocité) de l’artère hépatique et de ses branches en trois dimensions. Méthodologie : Un fantôme de l’artère hépatique réaliste qui imite le flux sanguin et les mouvements respiratoires ainsi que 20 volontaires ont été imagés. La précision du 4D flow Cartésien avec navigateur et remplissage de l’espace-k selon la position respiratoire était déterminée in-vitro à quatre résolutions spatiales (0,5 à 1,0 mm isotropique) et fenêtres d’acceptation du navigateur (± 8 et ± 2 mm) avec un scanner IRM à 3T. Deux séquences centrées sur les branches hépatiques et gastroduodénales étaient évaluées in-vivo et comparés au contraste de phase 2D. Résultats : In vitro, l’augmentation de la résolution spatiale diminuait plus l’erreur qu’une fenêtre d’acceptation plus étroite (30.5 à -4.67% vs -6.64 à -4.67% pour le débit). In vivo, les artèreshépatiques et gastroduodénales étaient mieux visualisées avec la séquence de haute résolution (90 vs 71%). Malgré un accord interobservateur similaire (κ = 0.660 et 0.704), la séquence à plus haute résolution avait moins de variabilité pour l’aire, le débit, et la vélocité moyenne. Le 4D flow avait une meilleure cohérence interne entre l’afflux et l’efflux à la bifurcation de l’artère hépatique (1.03 ± 5.05% et 15.69 ± 6.14%) que le contraste de phase 2D (28.77 ± 21.01%). Conclusion : Le 4D flow à haute résolution peut évaluer l’anatomie et l’hémodynamie de l’artère hépatique avec une meilleure précision, visibilité, moindre variabilité et meilleure concordance interne. / Objectives: To assess the ability of four-dimensional (4D) flow, an MRI sequence that captures the form and flow of vessels in three dimensions, to measure hepatic arterial hemodynamics. Methods: A dynamic hepatic artery phantom and 20 consecutive volunteers were scanned. The accuracies of Cartesian 4D flow sequences with k-space reordering and navigator gating at four spatial resolutions (0.5- to 1-mm isotropic) and navigator acceptance windows (± 8 to ± 2 mm) were assessed in vitro at 3 T. Two sequences centered on gastroduodenal and hepatic artery branches were assessed in vivo for intra - and interobserver agreement and compared to 2D phase-contrast (0.5-mm in -plane). Results In vitro, higher spatial resolution led to a greater decrease in error than narrower navigator window (30.5 to −4.67% vs−6.64 to −4.67% for flow). In vivo, hepatic and gastroduodenal arteries were visualized more frequently with the higher resolution sequence (90 vs 71%). Despite similar interobserver agreement (κ = 0.660 and 0.704), the higher resolution sequence had lower variability for area, flow, and average velocity. 4D flow had lower differences between inflow and outflow at the hepatic artery bifurcation (11.03 ± 5.05% and 15.69 ± 6.14%) than 2D phase-contrast (28.77 ± 21.01%). Conclusion: High-resolution 4D flow can assess hepatic artery anatomy and hemodynamics with improved accuracy, greater vessel visibility, better interobserver reliability, and internal consistency.