L'application d'une pression sur la peau provoque une vasodilatation cutanée, appelée vasodilatation induite par une pression (PIV), et retarde l'apparition de l'ischémie tissulaire liée à cette pression. La pression appliquée sur la peau active les fibres nerveuses capsaïno-sensibles, qui sécrètent en réponse des neurotransmetteurs, qui eux provoquent au niveau de l'endothélium la synthèse et la sécrétion de facteurs endothéliaux qui induisent une relaxation du muscle lisse. Ce travail avait pour objectif d'étudier l'effet du vieillissement sur la PIV.<br />Chez la souris âgée, sans neuropathie périphérique, la PIV était altérée en raison d'une diminution de la vasodilatation endothélium-dépendante ; et la contribution des facteurs endothéliaux de la vasodilatation était modifiée : l'Endothelium-Derived Hyperpolarizing Factor jouait un rôle primordial en raison d'une diminution du monoxyde d'azote et de la prostacycline. Chez les sujets âgés (60-75 ans), la PIV était altérée en comparaison avec les sujets jeunes (20-35 ans) en raison d'une diminution de la vasodilatation endothélium-dépendante mais aussi d'une altération des fibres capsaïno-sensibles et/ou des neurotransmetteurs. En présence d'une neuropathie périphérique, la PIV était abolie. Ces modifications de la microcirculation cutanée au cours du vieillissement expliqueraient la plus grande vulnérabilité de la peau à l'ischémie et l'augmentation du risque d'ulcère de pression liée à l'âge. La compréhension des modifications de la PIV avec l'âge permet d'entrevoir de nouvelles perceptives de prévention et de traitement de l'ulcère de pression chez le sujet âgé.

Ces travaux s'intéressent à la micro-hydrodynamique des écoulements sanguins cérébraux dans les réseaux micro-vasculaires. A partir d'images tridimensionnelles haute résolution obtenues par micro-tomographie, les réseaux micro-vasculaires sont numérisés après différentes étapes de traitement d'images. Une résolution numérique approchée des écoulements sanguins quasi-statique de type réseau est développée. Cette approche permet à la fois de prendre en compte la structure géométrique micro-vasculaire complexe et les interactions hydrodynamiques non-locales des hématies confinées qui s'écoulent en son sein. La méthode proposée permet l'évaluation des distributions de pression, d'hématocrite et de débit sur des volumes cérébraux d'une dizaine de millimètres cube où quelques dizaines de milliers de segments vasculaires sont présents. L'analyse systématique des modèles de rhéologie sanguine existant montrent la prépondérance du choix du modèle de viscosité, à opposer au faible impact de la séparation de phase sur l'écoulement, phénomène pour lequel nous proposons aussi une modélisation alternative. De plus, nous avons analysé la perfusion sanguine cérébrale, et l'organisation générale des écoulements corticaux. Dans la situation physiologique normale, nous quantifions les territoires vasculaires qui sont les unités fonctionnelles micro-vasculaires. Nous évaluons leur évolution et leur robustesse dans des contextes pathologiques modèles et notamment pour les micro-accidents vasculaires cérébraux.

<p>Coronary artery bypass graft (CABG) surgery is a common treatment for patients with coronary artery disease. A potential complication of CABG is myocardial ischemia or infarction. In this thesis, a method - based on laser Doppler flowmetry (LDF) - for detection of intra- and postoperative ischemia by myocardial perfusion monitoring is evaluated.</p><p>LDF is sensitive to motion artifacts. In previous studies, a method for reduction of motion artifacts when measuring on the beating heart has been developed. By using the ECG as a reference, the perfusion signal is measured in intervals during the cardiac cycle where the cardiac motion is at a minimum, thus minimizing the artifacts in the perfusion signal.</p><p>The aim of this thesis was to investigate the possibilities to use the ECG-triggered laser Doppler system for continuous monitoring of myocardial perfusion in humans during and after CABG surgery. Two studies were performed. In the first study, changes in myocardial perfusion during CABG surgery were investigated (n = 13), while the second study focused on postoperative measurements (n = 13). In addition, an ECG-triggering method was implemented and evaluated.</p><p>It was found that the large variations in myocardial perfusion during CABG surgery could be monitored with the ECG-triggered laser Doppler system. Furthermore, a perfusion signal of good quality could be registered postoperatively from the closed chest in ten out of thirteen patients. In eight out of ten patients, a proper signal was obtained also the following morning, i.e., about 20 hours after probe insertion. The results show that respiration and blood pressure can have an influence on the perfusion signal.</p><p>In conclusion, the results indicate that the method is able to detect fluctuations in myocardial perfusion under favourable circumstances. However, high heart rate, abnormal cardiac motion, improper probe attachment and limitations in the ECG-triggering method may result in variations in the perfusion signal that are not related to tissue perfusion.</p> / <p>Varje år utförs omkring 4500 kranskärlsoperationer i Sverige. En allvarlig komplikation som kan uppstå efter operationen är otillräcklig blodförsörjning till hjärtmuskeln. Den här licentiatavhandlingen handlar om utveckling och utvärdering av en metod, baserad på laserdopplerteknik, för att kunna upptäcka nedsatt blodperfusion i hjärtmuskeln på ett tidigt stadium.</p><p>Laserdopplertekniken är känslig för rörelsestörningar. I tidigare studier har en metod för reducering av rörelsestörningar vid mätning på slående hjärta tagits fram. Med EKG:t som referens mäts blodperfusionen i de faser under hjärtcykeln då hjärtats rörelse är som minst, vilket minskar bidraget av rörelsestörningar i blodperfusionssignalen.</p><p>I den här avhandlingen undersöks om metoden kan användas för kontinuerlig övervakning av hjärtmuskelns blodperfusion på patienter under och efter hjärtoperationer. Två studier har genomförts: en där hjärtmuskelns perfusion mättes i olika faser under kranskärlsoperationer och en där mätproben lades in i hjärtmuskeln under operationen och mätningar gjordes under det första dygnet efter operationen.</p><p>Det visade sig vara möjligt att följa förändringar i hjärtmuskelns blodperfusion under operation. Det var även möjligt att registrera en perfusionssignal av god kvalitet efter operationen då bröstkorgen var stängd. Hos åtta av tio patienter erhölls en bra signal även morgonen efter operationen, dvs. ca 20 timmar efter att proben lades in. Resultaten visar också att andning och blodtryck kan ha en påverkan på blodperfusionssignalen.</p><p>Slutsatsen av arbetet är att det går att se variationer i hjärtmuskelns blodperfusion med EKG-triggad laserdoppler under vissa förutsättningar. Signalen är dock i många fall svårtolkad på grund av att t ex hög hjärtfrekvens, onormal hjärtväggsrörelse eller ändrad probposition sannolikt kan ge variationer i perfusionssignalen som inte är relaterade till blodflödesförändringar.</p> / Report code: LIU-TEK-LIC-2007:35.

Assessment of the microcirculation is of major importance in understanding the physiology of the vasculature and in assessing te vascular effects of pathological conditions such as diabetes, hypertension and sepsis. Transdermal iontophoresis can be used to non‐invasively introduce vasoactive drugs into the skin. The response to these drugs of the local cutaneous microvasculature can be measured by laser Doppler flowmetry methods. Although these techniques have been used together for over two decades, there are still important methodological issues to be resolved. This work is aimed at optimizing transdermal iontophoresis as a tool for microvascular assessment by focusing on the main methdological issues: non‐specific vasodilatation, drug delivery protocols and analysis of blood flow data. Non‐specific vasodilatation, an increase blood flow during iontophoresis of non‐vasoactive compounds, is an important problem as it interferes with the response to the administered drug. By investigating this effect in healthy volunteers, we found that the extent of the non‐specific response differs between the positive and negative electrode and that it is dependent on the voltage over the skin andon the ionic strength of the vehicle in which the drug is dissolved. We also found that the extent of the non‐specific response could be reduced by applying local anesthetics and by pre‐treatment with antihistamine drugs. These results suggest that non‐specific effects could be mediated by depolarization or hyperpolarisation of cells, triggering neural and histamine related mechanisms that finally lead to vasodilatation of the local microvasculature. To prevent non‐specific effects from occurring during the experiments, our results show that the current strength and the total electric charge during iontophoresis should be limited to 0.02 mA and12 mC, respectively. Furthermore, drug solutions at physiological ionic strengths should be used. Under these conditions, adequate responses to the most commonly used drugs, acetylcholine (ACh) and sodium nitroprusside (SNP), are obtained while no significant non‐specific vasodilatation occurs. The results of our investigations show that blood responses to ACh and SNP applied by a single iontophoretic pulse can well be escribed by conventional dose‐response models, which enables a more powerful analysis and comparison between drugs or possibly patient groups as compared with conventional aalysis methods. Finally, we have incorporated drug transport and physiological response to the local drug concentration during iontophoresis of vasoactve drugs into a single model. Validation of this model using measured responses to ACh and SNP shows that the commonly used assumption that the local drug concentration during iontophoresis is linearly proportional to the electric charge may not be valid. / Mikrocirkulationen, som inbegriper kroppens minsta blodkärl, transporterar syre och näringsämnen till våra celler. Vissa sjukdomar, som diabetes, hjärt‐kärlsjukdom och akut blodförgiftning leder till förändringar hos mikrocirkulationen. Mekanismerna bakom dessa förändringar är delvis okända. Det finns därför ett stort behov av kliniska mättekniker som kan bedöma mikrocirkulationens funktion. Vid jontofores placeras en elektrod tillsammans med ett läkemedel på huden. När en svag elektrisk ström anbringas transporteras läkemedlet ner genom hudlagren. Effekterna av ett kärlaktivt läkemedel som appliceras på detta sätt kan sedan avläsas non‐invasivt med laser Doppler‐teknik. En stor fördel med jontoforesmetoden, förutom att den är non‐invasiv, är att läkemedelsdoserna som tillförs kroppen är mycket små och därmed ger de inte upphov till några systemiska bi‐effekter. I avhandlingen presenteras forskning, vilkas målsättning är att lösa några av de viktiga frågorna kring transdermal jontofores så att tekniken optimeras för att denskall kunna brukas som ett verktyg vid kliniska undersökningar av mikrocirkulationen. Den första delen ägnas ett fenomen som kallas ospecifik vasodilatation. Det uppstår vid jontofores av substanser som är inte kärlaktiv, som vatten och koksaltlösning. Resultaten från dessa försök indikerar att den ospecifika vasodilatationen beror på framför allt spänningen över huden, vilken i sin tur är relaterad till jon‐koncentrationen hos läkemedelslösningen. Vidare registreras att mekanismen bakom den ospecifika vasodilatationen delvis är neuralt medierad genom att de till stor del år att förhindra med hjälp av lokal bedövning. Dessutom leder förbehandling med anti‐histamina läkemedel till minskade ospecifika reaktioner, vilket också indikerar att lokala inflammatoriska processer är inblandande. Den andra delen av avhandlingen ägnas att optimera försöksprotokollen för jontofores. Till att börja med utvecklas ett protokoll som ger ett adekvat läkemedelssvar samtidigt som ospecifika effekter minimeras. Det visar sig är möjligt genom att begränsa strömstyrkan och den elektriska laddningen under jontoforesen och genom att använd läkemedelslösningar som har en fysiologisk jonstyrka. Resultaten visar också att blodflödesförändringen som registreras under jontofores av acetylkolin och natriumnitroprussid kan eskrivas med hjälp av konventionella dos‐responsmodeller, vilket möjliggör en mer exakt analys av det mikrocirkulatoriska svaret samt underlättar jämförelse mellan olika läkemedel elle patientgrupper. Slutligen presenteras en mekanistisk model för det mikrocirkulatoriska svaret vid jontofores. Modellen beskriver läkemedlets transport från elektroden ner genom huden, clearance i huden vilken beror på diffusion och det lokala blodflödet, samt förändringen i blodflöde som sker på grund av läkemedlet. Modellen valideras genom försök på försökspersoner och resultaten visar att förändringarna i blodflödet åstadkommet av acetylklin och natriumnitroprussid med denna modell kan beskrivas på ett exakt sätt. Vidare visar resultaten att det sker en betydande clearance av läkemedel i huden under jontofores. Detta har väsentlig betydelse när man ska uppskatta den lokala jontoforesdosen. / The author changed surname from Droog to Tesselaar in January 2006.

Les techniques modernes d'imagerie fonctionnelle du cerveau utilisent le métabolisme cérébral comme marqueur d'activité neuronale. En effet le cerveau dépend intimement des apports sanguins en métabolites pour son fonctionnement. Cependant les mécanismes de régulation du métabolisme sont encore mal connus. Dans cette étude nous avons utilisé le modèle du bulbe olfactif chez le rat anesthésié pour caractériser la consommation d'oxygène en réponse à une stimulation physiologique. La quantification précise de la vascularisation du bulbe olfactif a pu mettre en évidence que la couche glomérulaire, très dense en synapses, est l'une des zones les plus vascularisées du cerveau. Cette couche est aussi le lieu d'une intense consommation d'oxygène lors du traitement de l'information olfactive. Par contraste, la couche du nerf, complètement dénuée d'interactions synaptiques et très peu vascularisée, consomme peu d'oxygène. L'étude pharmacologique de ces réponses métaboliques nous a permis de montrer que le compartiment post-synaptique du glomérule est le siège de cette intense activité métabolique. Cette dernière est aussi dépendante du traitement de l'information olfactive qui est effectué à la fois dans le bulbe olfactif et à la périphérie, dans la cavité nasale. Ceci nous a permis de caractériser l'effet de l'adaptation périphérique sur la consommation d'oxygène et le traitement local de l'information olfactive. Enfin, nous avons décrit en détail l'importance des phénomènes de diffusion au niveau du réseau microvasculaire dans le rééquilibrage transitoire du taux d'oxygène local.

Nailfold capillary microscopy is simple, non-invasive, no injuries and easy to observe human`s microcirculation and micro blood stream directly. Due to these advantages, it plays a significant role in diseases diagnoses, treatments and prognosis. The observation of microcirculation focuses on hand, foot naildfold, conjunctival, lingual surface and lips. Nailfold microcirculation is usually performed on the ring finger. However, when measuring the speed of blood flow, difficulty to stabilize the region of interest (ROI) is often encountered. This problem becomes more serious when the magnification of microscope increases. Fixture to stabilize finger will inevitably affect the speed of blood flow under observation. The Laser Doppler blood flow velocimetry method, is expensive, only can be used in bigger capillary or to measure the average flow velocity of lager observed area, lacking of diversified morphological features of capillary, it¡¦s precision is worse than microscopy image capture method, and because of the regular contraction and relaxation of arterioles it can only measure the local blood flow velocity, cannot describe whole details of capillary blood flow velocity, some important information of microcirculation will be ignored easily. This thesis employs computer vision technique to operate displacement compensation of microscopy image sequence to stabilize observed area and extract area of capillary. Then the morphological and hemodynamic pathology features will be derived and analyzed to evaluate the status of a person¡¦s health. Not only morphological features, e.g., length, density and color, but also hemodynamic features, e.g., blood flow velocity will be measured to assess the microcirculation in end capillary. The most significant characteristic of this project is to combine three-dimensional models reconstruction technology of computer graphic to reconstruct three-dimensional capillary models and perform the three-dimensional dynamic blood flow visualization. Thus, the capillary blood flow can be adjusted and observed in the desired orientation, magnification and viewpoint. A variety of pathologically significant features of nailfold microcirculation will be extracted in the project proposed. These features can be classified into morphological and hemodynamic features. The morphological features extracted include the number, width/height, density, arteriolar limb caliber, curved segment caliber, venular limb caliber, blood color, tortuosity, and width of the curved segment of capillaries. On the other hand, hemodynamic features including velocity, direction of blood flow will also be extracted. By integrating both morphological and hemodynamic features, the status of a person¡¦s health can be evaluated by the doctor. The novel system proposed is not only easy to operate, low-cost but also has the great potential to be utilized clinically.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karolinska institutet, 2010.

There is no evidenced-based research on prevention of upper extremity lymphedema following breast cancer treatment. General guidelines have been identified from a basic understanding of the lymphatic system and are considered to be prudent advice for prevention. Cause of lymphedema is hypothesized to be multifactorial and time of onset is widely varied. Exogenous risk factors leading to lymphedema are the removal and destruction of lymph nodes; however, not all women develop lymphedema following axillary lymph node dissection. Co-morbid conditions such as obesity, diabetes, and hypertension are cited as possible endogenous risk factors. Several studies identify hypertension as a significance endogenous risk factor resulting in increased capillary filtration causing an increase in the fluid load on an already compromised lymph drainage system. This retrospective chart review was designed to compare systolic blood pressure in two matched groups to determine if there is a difference between groups. The study population included 147 stage II and III breast cancer patients. after receiving IRB approval, charts of patients with a diagnosis code of lymphedema (n=19) were identified from the 147 possible charts. A matching sample of 18 women without lymphedema was assembled. Vital sign records were then reviewed and 3 measures of systolic blood pressure were used from a time period of two to 15 moths after lymph node dissection. Results revealed mean age and number of lymph nodes removed in the two groups were equivalent. No significant difference in systolic blood pressure was found between the two groups. However, the study was limited by the lack of chart data on the variables of lymphedema and systolic blood pressure. This pilot study pointed out adjustments needed to capture a more diverse sample. Other limitations such as missing demographic data on race, number of participants treated with radiation to the axilla and records of ambulatory blood pressure should be included in future studies.

Proper distribution of blood flow in the microcirculation is necessary to match changing oxygen demands in various tissues. How this coordination of perfusion and consumption occurs in heterogeneous microvascular networks remains incompletely understood. Theoretical models are powerful tools that can help bridge this knowledge gap by simulating a range of conditions difficult to obtain experimentally. Here, an algorithm is first developed to estimate blood flow rates in large microvascular networks. Then, a theoretical model is presented for metabolic blood flow regulation in a realistic heterogeneous network structure, derived from experimental results from hamster cremaster muscle in control and dilated states. The model is based on modulation of arteriolar diameters according to the length-tension characteristics of vascular smooth muscle. Responses of smooth muscle cell tone to myogenic, shear-dependent, and metabolic stimuli are included. Blood flow is simulated including unequal hematocrit partition at diverging vessel bifurcations. Convective and diffusive oxygen transport in the network is simulated, and oxygen-dependent metabolic signals are assumed to be conducted upstream from distal vessels to arterioles. Simulations are carried out over a range of tissue oxygen demand. With increasing demand, arterioles dilate, blood flow increases, and the numbers of flowing arterioles and capillaries, as defined by red-blood-cell flux above a small threshold value, increase. Unequal hematocrit partition at diverging bifurcations contributes to capillary recruitment and enhances tissue oxygenation. The results imply that microvessel recruitment can occur as a consequence of local control of arteriolar tone. The effectiveness of red-blood-cell-dependent and independent mechanisms for the metabolic response of local blood flow regulation is examined over a range of tissue oxygen demands. Model results suggest that although a red-blood-cell-independent mechanism is most effective in increasing flow and preventing hypoxia, the addition of a red-blood-cell-dependent mechanism leads to a higher median tissue oxygen level, indicating distinct roles for the two mechanisms. In summary, flow rates in large microvessel networks can be estimated with the proposed algorithm, and the theoretical model for flow regulation predicts a mechanism for capillary recruitment, as well as roles for red-blood-cell-dependent and independent mechanisms in the metabolic regulation of blood flow in heterogeneous microvascular networks.

La sclérodermie systémique (ScS) est une maladie qui peut engager le pronostic vital des malades de façon très rapide. La pathogénie de la maladie reste encore obscure mais est liée aux atteintes vasculaires probablement en lien avec la fibrose cutanée. La thérapeutique de cette maladie est difficile. Aucun traitement étiologique n'existe et la prise en charge est plutôt axée sur les traitements des différentes atteintes. La iontophorèse cutanée est un dispositif qui permet la diffusion de molécules en solution à travers la peau grâce à une stimulation électrique de manière non invasive. Cette technique a été utilisée initialement comme test physiologique. Notre objectif est d'évaluer et de développer la iontophorèse thérapeutique, notamment avec des molécules vasodilatatrices, pour pouvoir l'utiliser dans des applications thérapeutiques telles que la pris en charge des ulcérations digitales (ou troubles trophiques cutanés) de la ScS. Trois parties ont été développées. La première partie consiste en l'association de deux molécules vasodilatatrices (une per os, le sildenafil, et en iontophorèse, le nitroprussiate de sodium (SNP), en étudiant la tolérance de l'association et son effet sur le flux vasculaire cutané chez le volontaire sain (étude INFLUX-VS). La deuxième partie correspond à un screening de molécules ayant une action vasodilatatrice et étant délivrées en iontophorèse chez le rat : l'étude INFLUX-RAT conclue à l'obtention d'une vasodilatation cutanée chez le rat avec les analogues de la prostacycline. La troisième partie correspond à l'évaluation chez le volontaire sain de la iontophorèse des analogues de la prostacycline : l'étude INFLUX-IT-VS conclue à une dilatation du flux sanguin cutané avec le tréprostinil et avec une bonne tolérance cutanée et systémique. La dernière partie correspond aux avancées parallèles des travaux tant dans le domaine de la reproductibilité des techniques d'acquisition des signaux du flux sanguin cutané que les études réalisées avec les patients sclérodermiques à qui on pourrait espérer un jour voir proposer une iontophorèse thérapeutique.