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In der Literatur finden sich zahlreiche Hinweise dafür, daß die hämorheologischen Meßgrößen wie Hämatokrit, Erythrozytenaggregation und Erythrozytenrigidität, sowie Vollblut- und Plasmaviskosität bei Patienten mit Atherosklerose bzw. bereits bei Personen mit kardiovaskulären Risikofaktoren pathologisch verändert sind. Offen ist dagegen derzeit die Frage, ob derartige Veränderungen reversibel sind. Die vorliegende Arbeit sollte deshalb der Frage nachgehen, ob sich im Verlauf einer stationären Anschlußheilbehandlung (AHB) neben einer Normalisierung klassisch kardiovaskulärer Risikofaktoren auch positive Veränderungen rheologischer Parameter beobachten lassen. Dazu wurden 64 männliche und weibliche Patienten zu Beginn und am Ende ihrer vierwöchigen kardiologischen AHB untersucht. Es wurden der Blutdruck, Gewicht und Gesamtcholesterin, sowie die hämorheologischen Parameter Plasmaviskosität, Hämatokrit und Fibrinogen bestimmt. Bis auf geschlechtsspezifische Hämatokritwertunterschiede wurden keine statistisch signifikanten Differenzen der rheologischen Werte im Gruppenvergleich der verschiedenen Patientengruppen gefunden. Im Verlauf der AHB kam es neben einer statistisch signifikanten Reduktion klassisch kardiovaskulärer Risikofaktoren zu einer statistisch signifikanten, von koronarer Herzkrankheit und Risikofaktoren unabhängigen Verminderung der Plasmaviskosität und des Hämatokrits. Keine statistisch signifikanten Änderungen zeigten sich diesbezüglich des Fibrinogenspiegels. Desweiteren wurden einige schwach positive Korrelationen zwischen der Änderung klassischer Risikofaktoren und der Änderung hämorheologischer Faktoren aufgezeigt. Diese Ergebnisse bestätigen Zusammenhänge zwischen kardiovaskulären Risikofaktoren und hämorheologischen Meßgrößen. Sie implizieren weiterhin, daß es im Verlauf einer kardiovaskulären Rehabilitation nicht nur zu der erhofften Reduktion diverser Risikofaktoren kommt, sondern daß auch hämorheologische Kenngrößen günstig beeinflußt werden. / The fact that hemorheological variables such as hematocrit, red cell flexibility and aggregability, plasma and blood viscosity are pathologically altered in the presence of cardiovascular risk factors and diseases is evidenced by a large and growing amount of data. The question whether and how such abnormalities might be reversible is still largely unanswered. This investigation was therefore aimed at determining the hemorheological effects of a 4-week cardiovascular rehabilitation programme in 64 male and female patients with cardiovascular disease and/or risk factors. Blood pressure, body weight and total cholesterol were measured together with hemorheological parameters such as plasma viscosity, hematocrit and fibrinogen. With the exception of gender-specific hematocrit differences, no significant differences were found regarding rheological values between various groups. In the course of the rehabilitation programme, a reduction of conventional cardiovascular risk factors was noted and a statistically significant reductions of plasma viscosity and hematocrit were found which were independent of coronary heart disease. No significant changes were seen in fibrinogen levels. Moreover, a weak positive correlation was observed between conventional risk factors and changes in hemorheological variables. These results confirm the links between conventional risk factors and hemorheological measurements. They also imply that, during a rehabilitation programme, a reduction of various risk factors may be associated with positive changes in hemorheological variables. In conclusion, this study has demonstrated a change in some hemorheological variables in the course of a complex rehabilitation programme for cardiac patients.

La drépanocytose résulte d’une mutation du gène β-globine entrainant la synthèse d’une hémoglobine anormale, l’HBS, qui polymérise en condition désoxygénée. Le globule rouge deviendra plus rigide et plus fragile, donnant lieu a deux conséquences majeures : l’hémolyse accrue et l’occlusion vasculaire.Récemment, un nouvel acteur moléculaire, l’adénosine, a été identifie. Ce nucléoside présente des effets bénéfiques sur les atteintes pulmonaires en inhibant l’activation des cellules « tueur naturel t inductibles », mais aussi délétères en favorisant la polymérisation de l’HBS et la survenue du priapisme, une des complications drépanocytaires.Les travaux menés ont pour objectifs d’étudier les effets délétères potentiels de l’adénosine, à travers l’étude de l’implication des enzymes de la voie métabolique de l’adénosine dans l’hémolyse ainsi que dans la survenue du priapisme chez des patients drépanocytaires. Pour ce faire, une cohorte composée d’adultes et d’enfants SS a été étudiée. Les résultats obtenus ont permis de préciser le rôle du métabolisme de l’adénosine dans les mécanismes physiopathologiques de la drépanocytose. Nos résultats n’ont pas permis de mettre en évidence de différence d’expression (ARN, protéine) des enzymes du métabolisme de l’adénosine entre les patients présentant des antécédents priapiques et ceux indemnes de cette complication. Néanmoins, nos recherches ont permis d’identifier l’adénylate cyclasse 6 comme gène modulateur de l’hémolyse et d’apporter de nouveaux éléments en accord avec la classification du priapisme comme appartenant au sous-phénotype hyperhémolytique à travers notamment l’étude des caractéristiques hemorhéologiques. / Sickle-cell disease is caused by a mutation in the β-globin gene leading to an abnormal hemoglobin, hbs. This change allows polymerization of HBS when deoxygenated. Erythrocytes become more rigid and fragile, leading to the two major manifestations of the disease: hemolysis and vaso-occlusion.Recently, adenosine has been identified as a new molecular actor of this disease. This nucleoside may have beneficial effects by preventing inkt cells activation and pulmonary inflammation. But it may also exhibit deleterious effects by activing a signalling pathway leading to erythrocyte sickling and the occurrence of priapism, a sickle cell disease complication.The purpose of our work, based on the potential deleterious effects induced by adenosine was to precise the involvement of adenosine metabolic pathway enzymes in hemolysis and the occurrence of priapism. Two cohorts of children and adult ss patients and men ss have been studied respectively.Our results had clarified the role of metabolism of adenosine in the pathophysiological mechanisms of sickle cell disease. Our results did not allow detecting evidence of differential expression (rna, protein levels) of adenosine metabolism enzymes between ss adult patients exhibiting priapic events and those who had never experienced this complication. Nevertheless, our work has led to the identification of adenylate cyclase as modifier gene of hemolysis and has bring new elements on the priapism classification to the hyper hemolytic sub-phenotype with the description of the hemorheological features associated with this complication.

Nous avons étudié les marqueurs hémorhéologiques, hématologiques et biochimiques chez des sujets drépanocytaires homozygotes SS (HbS/HbS) et hétérozygotes composites SC (HbS/HbC) dans deux cohortes, pédiatriques et adultes, de patients drépanocytaires, et ce, à travers 7 complications récurrentes de la drépanocytose : 2 appartenant au profil hémolytique (l’ulcère de jambes et la glomérulopathie) et 5 appartenant au phénotype visqueux/vaso-occlusif (l’hypertension artérielle, le syndrome thoracique aigu (STA), la crise vaso-occlusive (CVO), la rétinopathie et l’ostéonécrose). Nous avons montré que : 1) une viscosité sanguine et une déformabilité érythrocytaire élevées sont des facteurs de risques de CVO chez les enfants homozygotes ; 2) Une viscosité sanguine élevée est associée à une hypertension artérielle systémique relative chez des adultes SS ; 3) les enfants SC présente une fonction vasculaire mieux préservée que les enfants SS pour faire face à une augmentation de la viscosité sanguine ; 4) les patients adultes SS avec une ostéonécrose présentent une déformabilité érythrocytaire plus élevée que les patients sans ostéonécrose ; 5) une viscosité sanguine élevée est associée à la présence d’une rétinopathie chez les adultes SC mais pas chez les SS ; 6) les patients adultes SS présentant une glomérulopathie ont un taux d’hémolyse élevé, une déformabilité érythrocytaire réduite et des agrégats érythrocytaires très robustes ; 7) les patients adultes SS avec des ulcères de jambes récurrents ont un taux d’hémolyse accru et une déformabilité érythrocytaire réduite. De plus, nos travaux confirment que l’-thalassémie module les propriétés de déformabilité érythrocytaire, mais montrent pour la première fois qu’elle module aussi les propriétés d’agrégation érythrocytaire, et notamment la force des agrégats érythrocytaires. En conclusion, ces travaux permettent de préciser le rôle de la rhéologie sanguine dans un certain nombre de complications de la drépanocytose et d’enrichir le modèle préexistant divisant les complications de la drépanocytose selon 2 phénotypes : hémolytique versus visqueux/vaso-occlusif. Nous montrons pour la première fois que le phénotype hémolytique est caractérisé aussi par des anomalies de la rhéologie du globule rouge : rigidité accrue et agrégats érythrocytaire robustes. / Hemorheological, hemathological, and biochemical marquers of patients with sickle cell anemia (SS) and patients with sickle cell SC disease (SC) were studied in 2 cohorts: children and adults. We focused on 7 recurrent complications: 5 belonging to the viscosity/vaso-occlusion phenotype (systemic hypertension, acute chest syndrome (ACS), vaso-occlusive crisis (VOC), retinopathy and osteonecrosis) and 2 belonging to the hemolytic phenotype (leg ulcer and glomerulopathy). Our results show that 1) high viscosity is associated with increased risk for VOC in SS children; 2) blood viscosity is increased in SS adults with systemic relative hypertension; 3) SC children have preserved vascular function compared to SS children; 4) SS adults with osteonecrosis are characterized by higher red blood cell (RBC) deformability than SS adults without osteonecrosis; 5) high blood viscosity is associated with retinopathy in SC adults but not in SS adults; 6) SS adults affected by glomerulopathy have high hemolytic rate, low RBC deformability and increased RBC aggregates strenght; 7) SS adults with recurrent leg ulcers have high hemolytic rate and reduced RBC deformability. Moreover, our studies shows that alpha-thalassemia modulate RBC deformability and RBC aggregation properties. In conclusion, this work shows for the first time that the hemolytic phenotype is characterized by an abnormal RBC rheology which may play a role in several sickle cell complications.

Dans le but de vérifier l’impact d’un changement soudain dans l’agrégation érythrocytaire sur certains paramètres cardiovasculaires, une transfusion par échange sanguin du tiers du volume a été effectuée avec du sang hyperagrégeant chez le rat de souche Brown Norway. La pression caudale, le volume cardiaque systolique, la fraction d’éjection, le débit cardiaque, le rythme cardiaque et la résistance périphérique à l’écoulement sanguin ont été observés non-intrusivement sur 19 jours suite à la transfusion. Les rats ont été sacrifiés plus d’un mois suivant la transfusion et une étude ex vivo de la réponse à deux agents dilatateurs (l’acétylcholine et le nitroprussiate de sodium) a été menée sur les artérioles mésentériques. Des variations des paramètres cardiovasculaires, soit le débit, le volume systolique et la résistance périphérique, ont été remarquées dans les trois premiers jours posttransfusion. Une résistance du muscle vasculaire lisse au monoxyde d’azote a été notée chez les rats transfusés au sang hyperagrégeant alors qu’aucune dysfonction endothéliale n’était apparente en réponse à l’acétylcholine. / The aim of this study was to evaluate the effects of an acute change in erythrocyte aggregation on cardiovascular parameters by exchanging one third of the blood volume with hyperaggregating blood in the Brown Norway rat model. Values of caudal pressure, systolic cardiac volume, ejection fraction, cardiac output, heart rate and peripheral resistance to blood flow were observed non-invasively over 19 days after transfusion. The rats were sacrificed after more than a month following the procedure and an ex vivo study in response to pharmacological agents (acetylcholine and sodium nitroprussiate) was performed on mesenteric arterioles. Variations in cardiac output, systolic volume and peripheral resistance were noted for the first three days post-transfusion. The vascular smooth muscles of rats transfused with the hyperaggregating erythrocytes seemed to have developed a resistance to nitric oxide but no endothelial dysfunction was observed in response to acetylcholine.

<p>Anemia is common in patients with chronic kidney disease (CDK), contributes to reduced Quality of Life (QoL) and is associated with cardiovascular disease, morbidity and mortality. Epoetin raises hemoglobin (Hb) and increases QoL and physical exercise capacity. Because of concerns about safety and economics, current anemia treatment with epoetin aims to achieve subnormal Hb (110-120 g/l). Normalization of Hb may be of additional benefit regarding QoL and cardiovascular effects. The present study examines the effects of Hb normalization with epoetin on safety variables, QoL, graft function after kidney transplantation, dialysis adequacy, hemorheology, hemodynamics and cardiac autonomic function in CKD patients. </p><p>In a randomized, multicenter study comprising 416 pre-dialysis and dialysis patients no difference was observed between patients treated to a normal or a subnormal Hb level on mortality, thrombovascular events, serious adverse events, vascular access thrombosis and residual renal function. QoL was enhanced in a subgroup of hemodialysis patients. Pretransplant epoetin treatment directed toward normal Hb levels did not result in worse graft function during 6 postoperative months. Dialysis adequacy was reduced in a subgroup of hemodialysis patients after normalization of Hb. The blood flow properties of pre-dialysis patients were altered. The hemorheological investigation demonstrated that Hb normalization caused a parallel increase in hematocrit and blood viscosity without other hemorheological changes. While the total peripheral resistance index increased, the cardiac index (CI) decreased. In a separate study cardiac autonomic function, measured by heart rate variability, was decreased in pre-dialysis patients. It was improved, but not fully normalized, by Hb normalization. </p><p>On the basis of this study, Hb normalization with epoetin appears to be safe and increases QoL in hemodialysis patients though may result in lower dialysis adequacy and increased blood pressure. A reduction in CI and improved cardiac autonomic function indicate a positive effect on cardiovascular function.</p>

Anemia is common in patients with chronic kidney disease (CDK), contributes to reduced Quality of Life (QoL) and is associated with cardiovascular disease, morbidity and mortality. Epoetin raises hemoglobin (Hb) and increases QoL and physical exercise capacity. Because of concerns about safety and economics, current anemia treatment with epoetin aims to achieve subnormal Hb (110-120 g/l). Normalization of Hb may be of additional benefit regarding QoL and cardiovascular effects. The present study examines the effects of Hb normalization with epoetin on safety variables, QoL, graft function after kidney transplantation, dialysis adequacy, hemorheology, hemodynamics and cardiac autonomic function in CKD patients. In a randomized, multicenter study comprising 416 pre-dialysis and dialysis patients no difference was observed between patients treated to a normal or a subnormal Hb level on mortality, thrombovascular events, serious adverse events, vascular access thrombosis and residual renal function. QoL was enhanced in a subgroup of hemodialysis patients. Pretransplant epoetin treatment directed toward normal Hb levels did not result in worse graft function during 6 postoperative months. Dialysis adequacy was reduced in a subgroup of hemodialysis patients after normalization of Hb. The blood flow properties of pre-dialysis patients were altered. The hemorheological investigation demonstrated that Hb normalization caused a parallel increase in hematocrit and blood viscosity without other hemorheological changes. While the total peripheral resistance index increased, the cardiac index (CI) decreased. In a separate study cardiac autonomic function, measured by heart rate variability, was decreased in pre-dialysis patients. It was improved, but not fully normalized, by Hb normalization. On the basis of this study, Hb normalization with epoetin appears to be safe and increases QoL in hemodialysis patients though may result in lower dialysis adequacy and increased blood pressure. A reduction in CI and improved cardiac autonomic function indicate a positive effect on cardiovascular function.

Dans le but de vérifier l’impact d’un changement soudain dans l’agrégation érythrocytaire sur certains paramètres cardiovasculaires, une transfusion par échange sanguin du tiers du volume a été effectuée avec du sang hyperagrégeant chez le rat de souche Brown Norway. La pression caudale, le volume cardiaque systolique, la fraction d’éjection, le débit cardiaque, le rythme cardiaque et la résistance périphérique à l’écoulement sanguin ont été observés non-intrusivement sur 19 jours suite à la transfusion. Les rats ont été sacrifiés plus d’un mois suivant la transfusion et une étude ex vivo de la réponse à deux agents dilatateurs (l’acétylcholine et le nitroprussiate de sodium) a été menée sur les artérioles mésentériques. Des variations des paramètres cardiovasculaires, soit le débit, le volume systolique et la résistance périphérique, ont été remarquées dans les trois premiers jours posttransfusion. Une résistance du muscle vasculaire lisse au monoxyde d’azote a été notée chez les rats transfusés au sang hyperagrégeant alors qu’aucune dysfonction endothéliale n’était apparente en réponse à l’acétylcholine. / The aim of this study was to evaluate the effects of an acute change in erythrocyte aggregation on cardiovascular parameters by exchanging one third of the blood volume with hyperaggregating blood in the Brown Norway rat model. Values of caudal pressure, systolic cardiac volume, ejection fraction, cardiac output, heart rate and peripheral resistance to blood flow were observed non-invasively over 19 days after transfusion. The rats were sacrificed after more than a month following the procedure and an ex vivo study in response to pharmacological agents (acetylcholine and sodium nitroprussiate) was performed on mesenteric arterioles. Variations in cardiac output, systolic volume and peripheral resistance were noted for the first three days post-transfusion. The vascular smooth muscles of rats transfused with the hyperaggregating erythrocytes seemed to have developed a resistance to nitric oxide but no endothelial dysfunction was observed in response to acetylcholine.

A partir du défaut premier de la drépanocytose, la polymérisation de l’hémoglobine S (HbS), se développe toute une série de processus anormaux qui contribuent au développement d’une réponse inflammatoire et d’un stress oxydant dus à une hypoxie-reperfusion traumatisante et à l’auto-oxydation de l’HbS. L’exacerbation du stress oxydatif semble participer de manière active aux mécanismes physiopathologiques de la maladie et jouer un rôle dans la survenue des crises vaso-occlusives (CVO). Les travaux menés dans le cadre de cette thèse avaient pour objectif de mieux documenter les effets délétères du stress oxydant sur le globule rouge et son impact dans le développement des CVO. Nous avons, en premier lieu, évalué in vitro l’impact du stress oxydant sur la rhéologie sanguine des patients drépanocytaires SS et SC à l’aide d’un agent à fort potentiel oxydant, le t-butyl hydroperoxide (TBHP). Nous avons montré que les globules rouges des patients drépanocytaires (GR SS) produisent en présence du TBHP davantage de radicaux libres que les GR provenant de sujets contrôles (GR AA) et que ces GR SS présentent un système de défense anti-oxydant diminué. L’induction d’un stress oxydant accentue les altérations rhéologiques déjà présentes chez les patients drépanocytaires (i.e, déformabilité diminuée, diminution de l’indice d’agrégation, augmentation du seuil de désagrégation) tandis qu’il induit chez les sujets contrôles un profil hémorhéologique altéré proche de celui déjà préexistant chez les patients drépanocytaires. Ces résultats suggèrent que le stress oxydant, en participant aux anomalies hémorhéologiques associées à la drépanocytose, pourrait être l’un des facteurs favorisant la survenue des complications drépanocytaires. Nous nous sommes de plus attachés à documenter directement l’impact du stress oxydant dans le développement des CVO en analysant des prélèvements sanguins provenant de patients drépanocytaires SS en crise et à l’état de base. Il s’agissait : 1) de tester l’hypothèse selon laquelle la protéine bande 3, protéine de la membrane du GR, est une cible majeure des espèces réactives de l’oxygène qui provoquent au niveau de cette protéine l’apparition d’épitopes de senescence reconnus par des auto anticorps anti-bande 3 ; 2) d’évaluer l’évolution de marqueurs moléculaires et cellulaires pro- et anti-oxydants ; 3) d’étudier l’évolution des paramètres hémorhéologiques ; 4) d’explorer l’activité du système nerveux autonome, considéré comme un marqueur potentiel de sévérité. Nous avons mis en évidence au cours des CVO : 1) une exacerbation du stress oxydant ; 2) une diminution du taux d’anticorps anti-bande 3 et une augmentation de la concentration plasmatique de microparticules érythrocytaires, suggérant que ces deux processus sont liés au phénomène de clusterisation de la protéine bande 3 déclenché par le stress oxydant ; 3) une exacerbation des anomalies hémorhéologiques se traduisant par une réduction de la déformabilité érythrocytaire, une augmentation de l’agrégation érythrocytaire et du seuil de désagrégation ; 4) une altération du système nerveux autonome marqué par un retrait de l’activité parasympathique, ce déséquilibre étant accentué au cours des CVO. Les travaux de cette thèse se traduisent par à une meilleure compréhension de la physiopathologie extrêmement complexe de la drépanocytose en précisant l’impact du stress oxydant dans le déclenchement des CVO, première cause d’hospitalisation des sujets drépanocytaires. Les données obtenues, qui mettent en évidence des marqueurs pertinents de ce stress oxydant au cours de la CVO du sujet drépanocytaire, pourront favoriser la mise en œuvre de nouvelles pistes thérapeutiques anti-oxydantes et une amélioration in fine de la prise en charge des patients. / Besides the primary defect of sickle cell disease, hemoglobin S (HbS) polymerization, other abnormal processes may contribute to the development of an inflammatory response and to an oxidative stress caused by traumatic hypoxia-reperfusion and autoxidation of HbS. The exacerbation of oxidative stress seems to participate actively in the pathophysiology of the disease and play a role in vaso-occlusive crisis (VOC). The aim of this thesis was to document the deleterious effects of oxidative stress on the red blood cell and its impact in the development of VOC. First, we have evaluated the impact of tert-butyl hydroperoxide-induced oxidative stress on blood rheology of SS and SC sickle cell patients. We have shown that sickle red blood cells (SS RBC) produce more free radicals in the presence of tert-butyl hydroperoxide (TBHP) than control subject red blood cells (AA RBC). Furthermore, SS RBC have a decreased anti-oxidant defense system. Induction of oxidative stress increases the rheological alterations already present in sickle cell patients (ie, decreased deformability, reduced aggregation, increased disaggregation threshold). In control subjects, oxidative stress induces an altered hemorheological profile close to that already present in sickle cell patients. These results suggest that oxidative stress by modulating the hemorheological abnormalities associated with sickle cell disease, could be one of the factors promoting the occurrence of sickle cell complications. Then, we have studied the impact of oxidative stress in the development of VOC, analyzing blood samples from SS patients in crisis and at steady state. 1) We have tested the hypothesis that the protein band 3 of RBC, is a major target of reactive oxygen species, which cause the appearance of senescence epitopes of this protein recognized by auto anti-band 3 antibodies; 2) We have evaluated pro- and anti-oxidants molecular and cellular markers; 3) We have studied the evolution of hemorheological parameters; 4) We have explored the activity of the autonomic nervous system, seen as a potential marker of severity. Our results show during VOC: 1) an exacerbation of the oxidative stress; 2) a decrease in anti-band 3 antibodies levels and an increase in the plasma concentration of erythrocyte microparticles, suggesting that these two processes are linked to the clustering phenomenon of band 3 protein triggered by oxidative stress; 3) an exacerbation of hemorheological abnormalities resulting in a reduction of SS RBC deformability, increased aggregation and disaggregation threshold; 4) an impairment of the autonomic nervous system marked by a withdrawal of parasympathetic activity and this imbalance is accentuated during VOC. This work allows a better understanding of the complex pathophysiology of sickle cell disease, highlighting the impact of oxidative stress in the development of VOC, the leading cause of hospitalization of sickle cell subjects. The data obtained, which reveal relevant markers of oxidative stress during VOC, could promote the implementation of new antioxidant therapeutic approaches and help improving sickle cell patients care.

The diploma thesis deals with the issue of artificial hearts and ventricular assist devices. The theoretical part describes the heart and its function. Blood is characterized in terms of rheological behavior and the possible criteria for hemolysis are discussed. The following section describes the most commonly used ventricular assist devices, with emphasis on the use of the regenerative pump, including its components. In the practical part, an experimental analysis of two pumps (COV 43 and COV 23) is performed. Furthermore, non-dimensional characteristics of the pumps are constructed using the laws of similarity. In the computational part, the CFD analysis of the regenerative pump is performed by means of stationary and transient calculation. The results are compared with the experimental findings and based on the results, the impeller of regenerative pump was modified.