Suite à un traumatisme cérébral, les microglies sont impliquées dans la réponse cellulaire inflammatoire. Le passage de la forme quiescente à la forme activée des microglies est associé à l’augmentation marquée du récepteur membranaire TLR2 (Toll-like receptor). Le rôle de ce récepteur sur la récupération fonctionnelle à court et à longs termes demeure incertain. C’est pourquoi cette thèse a pour but de clarifier la dynamique et le rôle de l’activation des microglies en utilisant le récepteur TLR2 comme marqueur suite à une ischémie cérébrale transitoire. Pour ce faire, nous avons entre autre utilisé un modèle murin généré dans le laboratoire, la souris TLR2-luc-GFP, pour étudier de façon longitudinale la réponse inflammatoire in-vivo. En premier lieu, l’activation microgliale, suite à la lésion, a été analysée chez une souris n’exprimant pas le récepteur TLR2. Les résultats de cette étude démontrent que l’absence du récepteur TLR2 retarde la réponse immunitaire et cause à long terme une augmentation du volume ischémique. De plus, la perte des récepteurs TLR2 corrèle avec la baisse des niveaux de IGF-1, un facteur anti-apoptotique et neurotrophique exprimé par les microglies dans la région ischémique. En deuxième lieu, nous avons évalué l’effet de l’environnement sur la réponse microgliale suite à une ischémie cérébrale induite par photothrombose. Une baisse d’activation microgliale fut mesurée chez les souris en milieu enrichi et cette diminution est accompagnée d’une meilleure récupération fonctionnelle. En troisième lieu, l’activation microgliale, en absence d’estrogène a été analysée chez une souris ErαKO à la suite d’une ischémie cérébrale transitoire. Les résultats de cette étude démontrent que l’absence du récepteur Erα diminue l’activation microgliale. De plus, la voie signalétique JAK/STAT, via la cytokine IL-6, serait préférentiellement utilisée chez ces souris au cours de la réponse inflammatoire. Finalement, cette thèse démontre l’importance de la microglie dans l’établissement de la réponse immunitaire ainsi que dans la récupération fonctionnelle suite à une ischémie cérébrale dans différents modèles. Grâce à une compréhension plus approfondie des mécanismes inflammatoires, la mise en place de stratégies thérapeutiques ne sera que plus efficace. / Cerebral ischemia is associated with a strong inflammatory response. Glial activation that ensues contributes to neuronal damage and/or provides trophic support to injured neurons. Activated microglia is one of the key components of the cellular response to CNS injuries and the passage from the quiescent to reactive microglia is associated with an upregulation of a membrane receptor called the toll-like receptor 2 (TLR2). Although upregulation of TLR2 his known to play a major role in the innate immune response, the functional significance and the dynamics of this response in a model of focal cerebral ischemia is still unclear. Therefore, to further clarify the role of TLR2 after a cerebral ischemia, we developed a model system for in vivo, non-invasive analysis of the TLR2 activation in the brain. This thesis is divided in three distinct chapters. In the first chapter the role of the TLR2 signaling and microglial activation in a TLR2KO mouse was investigated beyond 72 hours. This work clearly demonstrates that the lack of TLR2 affects the neuroinflammatory response causing a delayed exacerbation of the ischemic lesion. Furthermore, TLR2 deficient mice reduced levels of IGF-1, a neurotrophic and antiapoptotic factor express by microglial cells. In the second chapter, we evaluated the effect of environmental enrichement on the inflammatory response after phototrombotic stroke in our TLR2-luc-gfp mice. Study of microglial activation showed that multisensory stimulation attenuated TLR2-induced microglial activation, thus leading to a greater neurological outcome. In the third chapter, we crossed TLR2-luc-gfp mice with ErαKO mice to study the effect of a major oestrogen signalling pathway on microglial activation after cerebral ischemia. The lack of Erα receptor reduced microglial activation in normal female mice as well as oestrogen-deprived mice. Likewise a shift toward the JAK/STAT pathway was observed suggesting its implication in the inflammatory process. Finally this thesis illustrates the significant impact of the microglia on the immune response and the recovery after a cerebral ischemia in different mouse models. With this newly acquired knowledge on inflammatory process the establishment of better therapeutic strategy could only benefit from it.

Le préconditionnement ischémique (IPC) consiste à induire des épisodes ischémiques brefs et répétés, entrecoupés d’épisodes de reperfusion. Cette technique initialement testée pour ses effets protecteurs sur le myocarde rendrait différents tissus du corps plus résistants à une réduction d’oxygénation, comme retrouvée durant l’exercice maximal. Très peu d’études ont étudié les effets de l’IPC sur l’oxygénation musculaire. À l’aide de la spectroscopie proche infrarouge, nous avons examiné les effets du préconditionnement sur l’hémodynamique et l’extraction d’oxygène pendant un protocole de contractions volontaires maximales répétées. Nos résultats démontrent que ce préconditionnement entraîne une augmentation du volume sanguin local au repos et pendant la récupération après les contractions, ainsi qu’une plus grande extraction d’oxygène en début d’effort. Ces améliorations s’accompagnent d’une augmentation de la force musculaire tout au long du protocole. L’utilisation de l’IPC comme aide ergogénique pourrait s’avérer utile pour optimiser l’oxygénation et la force musculaire avant une compétition ou un entraînement. / Repeated episodes of ischemia and reperfusion, commonly known as ischemic preconditioning (IPC), initially tested for its protective effects on the myocardium, renders different tissues more resistant to a subsequent reduction in oxygenation (i.e., tissue O2 saturation), as found during maximal exercise. Despite its likely effects on the oxidative function, studies examining the effects of IPC on tissue oxygenation are very scarce. We used near-infrared spectroscopy to study the effects of IPC on muscle haemodynamics and peripheral O2 extraction during repeated maximal efforts in resistance-trained participants. Our results demonstrate that IPC increased muscle blood volume at rest and during recovery between contractions, as well as muscle oxygen uptake during exercise. These acute physiological adaptations were associated with increased muscle strength throughout the protocol. The use of IPC as an ergogenic aid could be useful to optimize oxygenation and muscle strength during competition and training.

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

La sonde d’intubation est le facteur de risque principal des microinhalations. Sa présence empêche la fermeture des cordes vocales, favorisant ainsi la progression des sécrétions oropharyngées vers les voies respiratoires inférieures. Le ballonnet de la sonde trachéale prévient en partie cette microinhalation, mais la présence de microsillons sur les ballonnets en polyvinyl chloride (PVC) et la souspression du ballonnet (<20 cmH2O) favorisent les microinhalations autour du ballonnet. Alors que lésions ischémiques trachéales sévères liées à l’intubation ne sont pas fréquentes, elles sont associées à une morbidité et une mortalité élevées. Leurs principaux facteurs de risque sont la surpression du ballonnet trachéal (>30 cmH2O) et la durée de l’intubation. Hypothèse Malgré les précautions habituelles consistant à réguler la Pbal 3 fois par jour avec un manomètre manuel, les souspressions et surpressions du ballonnet trachéal sont probablement fréquentes. Si tel est le cas la régulation continue de la Pbal avec un régulateur de pression pneumatique permettrait de prévenir les microinhalations et l’ischémie trachéale liées à l’intubation. 1.Déterminer l’incidence et les facteurs de risque de souspression et de surpression du ballonnet trachéal chez les patients de réanimation. 2.Déterminer l’impact du matériau et de la forme du ballonnet sur les variations de la Pbal. 3.Déterminer l’impact de la régulation continue de la Pbal sur la survenue de complications liées à l’intubation sur un modèle animal d’abord puis chez le patient de réanimation. Incidence et facteurs de risque Tout d’abord nous avons réalisé une étude prospective observationnelle sur une cohorte de 101 patients intubés et ventilés afin de déterminer l’incidence des souspressions et surpressions du ballonnet et de déterminer leurs facteurs de risque. La Pbal a été ajustée manuellement toutes les 8h. Les Pbal et pressions des voies aériennes ont été enregistrées en continu sur 8h. Seuls 18% des patients avaient une Pbal constamment normale (20-30 cmH2O). 54% des patients ont présenté des souspressions, 73% des surpressions. De plus, 33% des patients ont présenté une souspression ou une surpression >30 minutes. Les facteurs de risque indépendamment associés à la survenue de souspressions étaient la durée d’intubation (OR=1,1(ICà95 %)1-1,2, p=0,039) et l’absence de sédation (2,5(1-6), p<0,01). Nous n’avons pas pu identifier de facteurs de risques de surpressions. 2.Impact du matériau et de la forme du ballonnet Nous avons réalisé ensuite une autre étude prospective observationnelle afin de déterminer l’impact du polyuréthane (PU) et de la forme du ballonnet sur les variations de la Pbal. 76 patients intubés et ventilés (26 ballonnets en PVC, 22 ballonnets en PU de forme cylindrique [Cy] et 28 ballonnets en PU de forme conique [Co]) ont été inclus. La Pbal a été ajustée manuellement toutes les 8h. Les Pbal et pressions des voies aériennes ont été enregistrées en continu sur 24h. Aucune différence significative n’a été retrouvée entre les 3 groupes quant au pourcentage du temps passé avec une souspression du ballonnet (moy±SD 26±22, 28±12, 30±13% dans les groupes PVC, PUCy et PUCo; respectivement) ou au pourcentage du temps passé avec une surpression (med[25è-75è centiles] 7[2-14], 6[3-14], 11%[5-20]). 3.Impact de la régulation continue de la Pbal sur la survenue de complications •Etude animale Il s’agit d’une étude randomisée contrôlée portant sur 12 porcs intubés et ventilés pendant 48h. L’objectif principal était de déterminer l’impact de la régulation continue de la Pbal sur les lésions ischémiques trachéales. / Microaspiration of contaminated oropharyngeal secretions and gastric contents represents the main pathophysiologic mechanism responsible for VAP. Tracheal tube prevents normal closure of vocal cords resulting in microaspiration of secretions towards lower respiratory tract. The cuff of tracheal tube protects, at least in part, the lower airway from microaspiration. However, folds in polyvinyl-chloride (PVC) cuffs and underinflation of tracheal cuff (<20 cmH2O) favour microaspiration around the cuff. Although, severe tracheal ischemic lesions are not common, they are associated with substantial morbidity and mortality. Their major risk factors include overinflation of tracheal cuff (>30 cmH2O), and prolonged intubation. Hypothesis In spite of routine care of cuff pressure (Pcuff) including manual regulation thrice a day using a manometer, underinflation and overinflation of tracheal cuff are probably common in critically ill patients. In that case, continuous regulation of Pcuff using a pneumatic device would allow preventing intubation-related complications such as microaspiration and tracheal ischemia. To determine incidence of and risk factors for underinflation and overinflation of tracheal cuff in critically ill patients. 2. To determine the impact of polyurethane (PU) and shape of tracheal cuff on variations of Pcuff. To determine the impact of continuous control of Pcuff on the incidence of intubation-related complications first in an animal model, and then in critically ill patients. Methods and results 1.Incidence and risk factors We performed a prospective observational cohort study on 101 intubated patients in order to determine incidence of and risk factors for underinflation and overinflation of tracheal cuff. After manual adjustment of Pcuff at 25 cmH2O, continuous recording of Pcuff and airway pressure was performed for 8 h. Only 18% of study patients spent 100% of recording time with normal (20-30 cmH2O) Pcuff. 54% of study patients developed cuff underinflation, 73% developed cuff overinflation. 33% of study patients developed underinflation or overinflation for >30 min. Absence of sedation [odds ratio (95% confidence interval)=2.5 (1-6), P=0.03] and duration of prior intubation [1.1(1-1.2), P<0.01] were independently associated with cuff underinflation. No risk factor for overinflation could be determined. 2.Impact of polyurethane and tracheal cuff shape We performed another prospective observational before-after study to determine the impact of PU, and tracheal cuff shape on variations in Pcuff in intubated critically ill patients. Pcuff was continuously recorded for 24 h in 76 intubated patients, including 26 with PVC, 22 with cylindrical (C) PU, and 28 with tapered (T) PU-cuffed tracheal tubes. Pcuff was manually adjusted every 8 h by nurses and was maintained around 25 cmH2O. Time spent with cuff underinflation and overinflation was continuously recorded. No significant difference was found in percentage of time spent with underinflation (mean±SD, 26±22, 28±12, 30±13% in PVC, CPU, and TPU groups, respectively) and overinflation [median (IQR), 7(2-14), 6(3-14), 11%(5-20)] among the three groups. 3.Impact of continuous regulation of Pcuff on intubation-related complications. •Animal study This was a prospective randomized controlled study aiming to determine the impact of continuous control of Pcuff on tracheal ischemic lesions. Twelve piglets were intubated and mechanically ventilated for 48 hours.

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CCONTEXTE : En chirurgie cardiaque, la lésion myocardique ischémique péri-opératoire est associée à une augmentation significative de la morbidité et de la mortalité cardiovasculaire. L’exposition au préconditionnement ischémique à distance (remote ischemic preconditioning ou RIPC) pourrait prévenir aider cette lésion myocardique. L’effet du RIPC lors d’une chirurgie de remplacement valvulaire aortique isolé a été étudié. MÉTHODES : Entre mai 2014 et juin 2018, dans un centre hospitalier tertiaire (Institut universitaire de cardiologie et de pneumologie de Québec, [IUCPQ], Québec, Canada), 81 patients ont été randomisés, en double aveugle, au groupe RIPC ou au groupe contrôle. Le RIPC était effectué à l’aide de sphygmomanomètres, soit au membre supérieur droit ou aux membres supérieur et inférieur droits. L’issue primaire impliquait le dosage sérié des biomarqueurs d’ischémie myocardique en période postopératoire. RÉSULTATS : Les patients étaient majoritairement des hommes (58%) et l’âge moyen était de 68,7 ans. Les caractéristiques de base étaient similaires dans les deux groupes, sauf pour la classe fonctionnelle. Il n’y avait pas de différence significative entre les deux groupes en regard des taux de troponines T HS et de CK-MB postopératoires (p>0,05). Les analyses de sous-groupes n’ont pas démontré de différence dans l’élévation des troponines T HS selon le nombre de sites d’ischémie et de reperfusion (p>0,05). Le RIPC n’était pas associé à une réduction de la mortalité à 30 jours (p=1,0) et n’influençait pas la fonction cardiaque (p=0,9) ou la classe fonctionnelle (NYHA p=0,09; CCS p=0,05) au suivi à 3 mois. CONCLUSION : Le RIPC n’a pas démontré d’effet cardioprotecteur lors d’une chirurgie de remplacement valvulaire aortique isolé. D’autres essais cliniques randomisés d’envergure seront nécessaires pour statuer sur le potentiel effet cardioprotecteur du RIPC en chirurgie valvulaire. / BACKGROUND : Perioperative myocardial injury is associated with a significant increase in cardiovascular morbidity and mortality in the cardiac surgery population. The use of remote ischemic preconditioning (RIPC) could help preventing myocardial injury. We studied the effect of RIPC in patients undergoing isolated aortic valve replacement surgery. METHODS : Between May 2014 and June 2018, in a tertiary care center (Institut universitaire de cardiologie et de pneumologie de Québec, [IUCPQ], Quebec, Canada), 81 patients were randomized in a double blind fashion to RIPC or control group. RIPC was performed using a pressure cuff either only on the right upper extremity or on both the right upper and lower extremities. Primary outcome was defined as post-operative elevation of cardiac enzymes. RESULTS : Patients were predominantly male (58%) with a mean age of 68.7 years. Baseline characteristics of both groups were similar except for NYHA functional class. There were no significant differences in the postoperative levels of troponins HS T and CK-MB in the RIPC group when compared to the control group (p>0.05). In subgroup analysis, the use of multiple sites RIPC did not show a difference in troponins HS T levels when compared to the use of a single site RIPC or control group (p>0.05). RIPC was not associated with a reduction in postoperative all-cause mortality (p=1.0). RIPC did not influence cardiac function (p=0.9) or physical activity tolerance (NYHA p=0.09; CCS p=0.05) at 3 months follow-up. CONCLUSION : RIPC has not demonstrated a cardioprotective effect during aortic valve replacement surgery. Larger multicenter randomized controlled trials are needed to further investigate the potential cardioprotective effect of RIPC.

Les lésions cérébrales du nouveau-né sont majoritairement causées par un manque d'oxygène et/ou une infection périnatale. Le profil des lésions cérébrales retrouvées chez le nouveau-né prématuré diffère de celui retrouvé à terme, malgré les mêmes facteurs de risque qui sont décrits. Une corrélation positive de l'expression de cytokines et la présence de dommages cérébraux est établie. Pourtant, bien qu'il soit connu que la réponse anti-inflammatoire vienne contrebalancer les effets pro-inflammatoires pouvant être délétères, très peu de données sont disponibles sur l'expression intracérébrale de cytokines anti-inflammatoires dans le contexte de lésions cérébrales du nouveau-né. De plus l'apport de l'immunité systémique est connu dans les dommages cérébraux chez l'adulte, mais peu connu chez le nouveau-né. Ce projet a pour but de comparer la réponse neuroinflammatoire dans les lésions cérébrales d'un cerveau prématuré versus à terme. Méthodes : Dans un modèle animal de ratons ayant une maturation cérébrale correspondant à un humain prématuré (jour post-natal (P)1) versus un humain à terme (P12), l'expression intracérébrale de cytokines anti-inflammatoires (IL-6, TGF[bêta]1, IL-10 et IL-1ra) et pro-inflammatoires (IL-1[bêta] et du TNF[alpha]) est déterminée par ELISA et IHC suite à une exposition au LPS et/ou à l'HI postnatale. L'expression des chimiokines CINC-1 et MCP-1 respectivement impliquée dans le recrutement des neutrophiles et des macrophages sera étudiée, en plus des cellules infiltrantes elles-mêmes. Résultats : Le cerveau de ratons à P1 ne démontre aucune augmentation de l'expression de ces cytokines anti-inflammatoires, contrairement aux cerveaux à P12 des ratons exposés à l'HI et au LPS+HI qui présente une augmentation de cytokines dans l'hémisphère ipsilatérale à l'ischémie. Cette augmentation est détectée autant dans la substance grise que blanche. L'augmentation des cytokines pro-inflammatoires est retrouvée seulement par IHC à P1 dans les conditions HI et LPS+HI, mais est retrouvé aussi à P12. Le recrutement de neutrophiles et macrophages est détecté à P12 suite à l'exposition à l'HI avec ou sans LPS. Conclusion : Notre travail démontre que la réponse neuroinflammatoire chez le prématuré est immature, comparativement à celle chez le nouveau-né à terme exposé à de mêmes agressions.

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

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

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