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

En anesthésie-réanimation, l'insuffisance circulatoire aiguë vasoplégique est une situation quotidiennement rencontrée (sepsis, chirurgie, polytraumatisme) qui implique une prise en charge rapide par l'utilisation d'un agent vasopresseur (noradrénaline, le plus souvent). Ce syndrome fait partie d'une atteinte plus large de la fonction vasculaire qui comprend une dysfonction de l'endothélium vasculaire et de ses fonctions de modulation du tonus vasculaire, de la perméabilité vasculaire, de la cascade de la coagulation et des cellules immunitaires. Dans la première étude, nous avons démontré que la survenue d'un syndrome vasoplégique est associée à un trouble de la vasomotricité endothéliale dépendante de la voie du monoxyde d'azote (NO). Dans le deuxième travail, nous avons évalué le couplage ventriculo-artériel chez des patients avec une insuffisance circulatoire dite vasoplégique. L'analyse hémodynamique par une approche du couplage ventriculo-artériel (couplage VA) caractérise mieux l'état hémodynamique qu'une approche conventionnelle (débit, résistances). L'indice de couplage ventriculo-artériel prédit l'évolution de la pression artérielle et du débit cardiaque avec un traitement par noradrénaline, contrairement aux variables hémodynamiques habituelles. Dans la troisième étude, nous avons décrit un nouvel indice hémodynamique permettant d'évaluer en temps réel le tonus vasomoteur (l'élastance artérielle dynamique), donc du besoin en noradrénaline. L'élastance artérielle dynamique prédit la dépendance de la pression artérielle à la noradrénaline. Dans le dernier travail, nous avons validé l'utilisation de cet indice au lit du malade pour optimiser le traitement par noradrénaline. Ces études soulignent l'impact clinique positif d'une nouvelle approche du syndrome vasoplégique en repositionnant notre "regard de l'hémodynamique" selon une approche dynamique : élastance artérielle dynamique et couplage ventriculo-artériel / In ICU and anetshesia, acute vasoplegic syndrom is a daily clinical situation (sepsis, surgery, polytraumatism ...) which involves rapid care by the use of a vasopressor (norepinephrine most often). This syndrome is part of a wider disease; vascular dysfunction which includes dysfunction of the vascular endothelium, dysfunction of vascular tone, vascular permeability, coagulation cascade and immune cells. In the first study, we demonstrated that the occurrence of vasoplegic syndrome is associated with an endothelial vasomotor disorder that is dependent on the NO pathway. In the second work, we evaluated the ventriculo-arterial coupling in patients with vasoplegic syndrom for which norepinehrine was prescribed. Hemodynamic analysis using a ventriculo-arterial coupling approach characterizes the hemodynamic state better than a conventional approach (flow, resistance). The ventriculo-arterial coupling ratio predicts the evolution of blood pressure and cardiac output with norepinephrine treatment. In the third study, we described a new hemodynamic indicator that evaluates in real time the vasomotor tone (dynamic arterial elastance), and therefore the need for nnorepinephrine. Dynamic arterial elastance predicts the norepinehrine dependence of arterial pressure. In the last work, we validated the use of dynamic arterial elastance at the bedside to optimize norepinephrine treatment. These studies highlight the positive clinical impact of a new approach of vasoplegic syndrome by repositioning our "hemodynamic view" in a dynamic approach: dynamic arterial elastance and ventriculo-arterial coupling

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

L'emploi de vasopresseurs α-agonistes est associé à une diminution de la saturation cérébrale en oxygène (ScO₂). Ce travail a pour objectif de comparer l'impact de la phényléphrine (PE) et la norépinéphrine (NE) sur la ScO₂ durant une chirurgie cardiaque élective sous circulation extra-corporelle (CEC). Trente-six patients ont été randomisés à une utilisation peropératoire de PE (n=18) ou de NE (n=18). L'intervention consistait à induire une élévation de la tension artérielle moyenne (TAM) de 60 à 80 mmHg sous CEC médiée uniquement par les vasopresseurs. Une diminution de la ScO₂ entre les intervalles de temps passés à 60 et 80 mmHg a été démontrée dans les deux groupes (PE : 64±11 vs 63±11, NE : 70±11 vs 69±11%, p<0.05). Cette diminution était comparable entre les groupes (p=0.16). L'augmentation de la TAM médiée par la PE et la NE diminue de façon comparable la ScO₂ pendant une chirurgie cardiaque sous CEC. / The use of α-agonist vasopressors has been linked to intraoperative reductions of cerebral saturation in oxygen (ScO₂). The goal of this work is to compare the impact of both phenylephrine (PE) and norepinephrine (NE) on ScO₂ during the cardiopulmonary bypass (CPB) of an elective cardiac surgery. Thirty-six patients were randomised to a perioperative use of either PE (n=18) or NE (n=18). Elevation in mean arterial pressure (MAP) from 60 to 80 mmHg under CPB was induced only by vasopressor use while keeping CPB flow constant. A reduction in ScO₂ between time-pressure points at 60 and 80 mmHg was noted in both groups (PE: 64±11 vs 63±11, NE: 70±11 vs 69±11%, p<0.05). Elevation in MAP mediated solely by PE and NE induces similar reductions in ScO₂ during the CPB phase of a cardiac surgery.

Le choc septique demeure la principale cause de décès dans les unités de soins intensifs. Initialement, le choc septique se manifeste par une hypovolémie relative, une vasoconstriction artérielle et une chute du débit cardiaque. Une réanimation liquidienne agressive permet généralement de restaurer le débit cardiaque, mais démasque en contrepartie un état vasoplégique pouvant causer une hypotension artérielle. Pour contrer cette vasodilatation excessive, l'administration exogène de catécholamines devient nécessaire, mais est parfois associée à une tachyphylaxie ou à des effets secondaires potentiellement délétères. Depuis la description d'un déficit relatif en vasopressine induit par le sepsis, l'infusion de doses dites physiologiques d'arginine-vasopressine comme traitement adjuvant du choc septique réfractaire aux catécholamines est devenue de plus en plus répandue. Plusieurs séries de cas et quelques essais cliniques randomisés ont confirmé que l'arginine-vasopressine s'avère utile pour maintenir la pression artérielle et diminuer les besoins en catécholamines. Cependant, aucun essai clinique randomisé n'a comparé l'effet de l'arginine-vasopressine à celui de la norépinéphrine sur la pression artérielle moyenne dans la prise en charge initiale du choc septique hyperdynamique. Méthode. Nous avons réalisé un essai clinique, ouvert et randomisé comparant l'effet de l'arginine-vasopressine à celui de la norépinéphrine sur différents paramètres hémodynamiques et métaboliques de patients en choc septique hyperdynamique (avec index cardiaque supérieur à 3 L/min/m[indice supérieur 2]) identifié depuis moins de 12 heures. Dix et treize patients ont respectivement été assignés à recevoir de la norépinéphrine (0,8[mu]g à 2,8[mu]g/kg/min) ou de l'arginine-vasopressine (0,04 à 0,2 UI/min) afin de maintenir une pression artérielle moyenne supérieure à 70 mm Hg. L'administration du deuxième vasopresseur n'était permise que si la dose maximale de l'agent initial ne parvenait pas à maintenir la pression artérielle moyenne. Les paramètres hémodynamiques [pression artérielle moyenne, index cardiaque, pression de l'artère pulmonaire, différence entre la pression partielle de dioxyde de carbone (CO[indice inférieur 2]) de la muqueuse gastrique et du sang artériel], métaboliques (lactates, clairance de la créatinine, échanges gazeux) ainsi que le score"Sequential Organ Failure Assessment" (SOFA) ont été mesurés successivement durant 48 heures. Résultats. L'arginine-vasopressine et la norépinéphrine augmentent similairement la pression artérielle moyenne, mais plus du tiers des patients ayant reçu de l'arginine-vasopressine ont nécessité de la norépinéphrine après 48 heures. Aucun patient assigné au groupe norépinéphrine n'a reçu d'arginine-vasopressine. Comparativement à la norépinéphrine, Parginine-vasopressine augmente davantage les résistances vasculaires périphériques (p=0,002), abaisse le débit cardiaque (p=0,02) principalement en ralentissant la fréquence cardiaque (p=0,009), augmente la clairance de la créatinine (p=0,04) et améliore le score SOFA (p=0,04). L'arginine-vasopressine diminue également l'exposition à la norépinéphrine (p=0,04). Aucun effet délétère sur la différence entre la pression partielle de CO[indice inférieur 2] de la muqueuse gastrique et du sang artériel n'a été noté. Un patient ayant reçu de l'arginine-vasopressine a développé un syndrome coronarien aigu avec changements électrocardiographiques dynamiques dépendant de la dose. Trois patients de chaque groupe sont décédés au cours de leur séjour à l'unité des soins intensifs. Conclusion. Dans la prise en charge initiale du choc septique hyperdynamique, l'arginine-vasopressine seule ne permet pas de maintenir la pression artérielle moyenne et diminue transitoirement le débit cardiaque sans affecter le volume d'éjection. Des doses supérieures à 0,04 UI/min peuvent induire une vasoconstriction coronarienne, mais ne semblent pas avoir d'effet délétère sur la perfusion hépatosplanchnique. L'arginine-vasopressine, comparativement à la norépinéphrine, améliore la clairance de la créatinine et du fait même le score SOFA. Avant d'en recommander l'usage dans le traitement du choc septique, les bénéfices cliniques de l'arginine-vasopressine doivent être confirmés par des essais cliniques randomisés plus puissant.

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

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / Afin de préserver la pression de perfusion des organes vitaux tels que le coeur, les reins et le cerveau durant l'anesthésie générale et la période de circulation extra-corporelle d'une chirurgie cardiaque, la pression artérielle moyenne est maintenue au-dessus de 60 mmHg à l'aide de l'administration de vasopresseurs. Ces agents (phényléphrine et noradrenaline) semblent avoir un impact négatif sur l'oxygénation cérébrale quand ils sont administrés afin de corriger une hypotension induite par l'anesthésie générale. L'hypotension est un effet secondaire fréquent de l'anesthésie générale se produisant plus souvent chez les patients diabétiques. De plus, les diabétiques ont besoin d'une quantité plus importante de vasopresseurs afin de rétablir la pression artérielle moyenne comparativement à des patients non-diabétiques. Par contre, l'influence de la phényléphrine et de la noradrenaline sur l'oxygénation cérébrale durant la période de circulation extra-corporelle chez les patients diabétiques est encore inconnue. L'objectif du travail présenté dans ce mémoire était d'évaluer l'impact de la phényléphrine et de la noradrenaline sur l'oxygénation cérébrale chez des sujets diabétiques et des sujets non-diabétiques durant la période de circulation extra-corporelle d'une chirurgie cardiaque. Les résultats suggèrent que les sujets diabétiques subissant une chirurgie cardiaque et recevant de la noradrenaline durant la période de circulation extra-corporelle ont une oxygénation cérébrale réduite, et ce, pendant un plus grand pourcentage de temps comparativement aux sujets non-diabétiques. De plus, il semble que les sujets diabétiques ont besoin d'une plus grande quantité de noradrenaline afin de maintenir la pression artérielle moyenne durant la période de circulation extracorporelle d'une chirurgie cardiaque.

Les neurones magnocellulaires du noyau supraoptique (NSO) participent à la synthèse et la libération de la vasopressine (AVP) et de l'ocytocine (OT). Ce noyau subit une plasticité neurochimique et structurale réversible en réponse aux stimulations physiologiques telles que la lactation, la parturition et la déshydratation. La noradrénaline (NA) joue un rôle critique dans cette plasticité mais les mécanismes précis de cette régulation ne sont pas encore bien élucidés. En effet plusieurs facteurs moléculaires ou cellulaires pourraient être impliqués dans cette régulation. Dans le but d'étudier les facteurs impliqués dans la régulation de l'AVP et de l'OT par la NA, nous avons choisi de nous intéresser au monoxyde azote (NO) et aux métalloprotéinases (MMP). <br /><br />Nous avons utilisé un modèle ex-vivo de tranches d'hypothalamus (400µm) de souris C3H mâle, contenant les NSO, maintenues en survie dans une chambre d'incubation, dans différentes conditions pharmacologiques. Ces tranches ont subi des traitements pharmacologiques pour 1h ou 4h en présence de la NA. Afin de déterminer l'implication du NO ou des MMP dans la voie de signalisation de la NA, des traitements par le L-arginine méthyl ester (L-NAME, inhibiteur de NO), le sodium nitroprusside (SNP, donneur de NO), l'EGTA (bloquer du Ca+2), et la phénanthroline (inhibiteur de MMP) ont été réalisé. Une quantification des deux peptides synthétisés par les neurones magnocellulaires dans ces conditions a été réalisée par le dosage immunoenzymatique, et l'étude de l'expression et de l'activité des différents peptides et facteurs a été réalisée par immunohistochimie, histoenzymologie, et zymographie in situ.<br /><br />Dans la première partie de ce travail, nous avons montré que la NA stimule l'expression de l'AVP et de l'OT validant ainsi notre modèle ex-vivo par rapport aux modèles in-vivo. Parallèlement, une augmentation de l'expression et de l'activité de la nNOS et la iNOS, ainsi que l'activité de la NADPH-diaphorase par la NA a été observé dans les neurones magnocellulaires du NSO. Aucune détection de la eNOS n'a été observée. L'utilisation de L-NAME au cours du traitement NA nous a permis de montrer que le NO est impliqué dans la voie de régulation de l'AVP par la NA mais pas dans celle de l'OT. L'analyse immunoenzymatique en utilisant un bloqueur de l'activité de la nNOS nous a permis de constater que le NO impliqué dans la régulation d'AVP par la NA provient à la fois de l'activité de la nNOS et de la iNOS.<br /><br />Dans le deuxième partie, nous avons montré que la plasticité neurochimique induite par la NA pourrait impliquer des molécules de la MEC. Nous avons montré que la MMP2 et la MMP9 sont exprimées dans des neurones vasopressinergiques, ocytocinergiques, ainsi que dans les astrocytes. Nous avons ensuite montré que la NA augmente l'expression et l'activité de ces MMPs dans les neurones magnocellulaires du NSO. L'implication de la MMP2 et de la MMP9 dans la régulation de l'AVP et de l'OT par la NA, réalisée par immunohistochimie en utilisant un inhibiteur des MMPs, a permis de suggérer que ces MMPs pourraient être un des facteurs impliqués dans la plasticité des neurones magnocellulaires du NSO.

Le comportement normal d’un individu est le résultat de l’interaction entre les neurones, appelée la corrélation du bruit, qui se déroule en intra et inter les régions cérébrales. Cette corrélation joue un rôle important dans l’attention, la mémoire, la perception et la prise de décision. Plusieurs études ont montré qu’il y a une diminution de la corrélation du bruit pendant les processus d’apprentissage et que son augmentation est corrélée avec les échecs comportementaux. De ce fait, comprendre comment cette corrélation est ajustée en fonction des changements du comportement est très important pour déterminer les processus neuronaux sous-jacents. En effet, ces processus neuronaux sont contrôlés par les neuromodulateurs. Plusieurs maladies neuropsychiatriques sont liées à une anomalie de régulation des ces neuromodulateurs. Par exemple, les personnes qui soufrent d’un trouve de déficit de l’attention avec hyperactivité (TDAH) ont un déficit attentionnel qui très handicapant de la vie quotidienne. En effet, déficit attentionnel est atténué par une augmentation sélective de la neuromodulation noradrégergique. Cependant les mécanismes d’action des molécules utilisées, comme la Ritaline qui est un agoniste noradrénergique, sont inconnus. L’objectif de ma thèse est d’étudier et comprendre les processus neuronaux liés à cette maladie ainsi que les mécanismes d’action des agonistes noradrénergiques. Plus précisément, j’ai étudié comment cette corrélation du bruit est ajustée en fonction des changements de l’engagement attentionnel chez des sujets sains et des sujets avec un déficit attentionnel. Afin de réaliser mes travaux de recherche j’ai utilisé la technique d’enregistrement élecrtophysiologiques chez le primate non-humain combiné avec des injections pharmacologiques. Mes travaux de recherche ont montrés que cette corrélation du bruit diminue quand l’engagement attentionnel augmente. De plus, cette corrélation du bruit change d’une manière rythmique dans le temps afin de s’adapter aux changements comportementaux. Spécifiquement, on montre que la modulation noradrénergique a des effets locaux en diminuant la corrélation du bruit au sein des réseaux neuronaux / Optimal behavior is the result of interactions between neurons, called noise correlation, both within and across brain areas. Noise correlations play an important role in attention, memory, perception and decision-making. Many studies have shown that noise correlations decrease in the process of learning and to correlate with overt behavioral performance, higher noise correlations predicting behavioral failures. Identifying how these neuronal interactions adjust to the ongoing behavioral demand is key to understand the neuronal processes and computations underlying optimal behavior. These neuronal processes depend on tightly controlled activity in brainstem neurons that release neuromodulators at their target sites. Understanding the link between neuromodulation and the variation of noise correlation within brain region would help to describe mechanisms by which neuromodulator exerts its effect. My thesis aims to investigate how noise correlations is adjusted to cognitive and task engagement both in healthy brain state and in brain suffer from attention deficit. To do so, I combined pharmacology, behavioral and electrophysiology in non-human primate. Overall, we show that noise correlations decrease across tasks as cognitive engagement and task demands increase. Specifically, noradrenergic modulation induce a local effect by decreasing noise correlations within networks

Le vieillissement est un phénomène biologique complexe et inévitable associé à un déclin progressif des fonctions cognitives, sensorielles et motrices qui affecte la qualité de vie et la santé des sujets âgés. Le vieillissement normal s'accompagne de changements structuraux et fonctionnels, conduisant au déclin cognitif. Parmi ces changements, les altérations du système noradrénergique semblent contribuer de façon significative aux déficits cognitifs. Inversement, le maintien de l'intégrité du Locus Coeruleus semble participer à la préservation des performances. Par ailleurs, une stratégie pour promouvoir le bien vieillir propose de booster la réserve cognitive associée à un haut niveau de stimulation cérébrale et à des modulations de l'activation et de la connectivité cérébrales chez l'humain. Chez les rongeurs, l'enrichissement environnemental promouvant les stimulations sensorielles, l'activité motrice et les interactions sociales, mime les conditions de mise en place de la réserve cognitive chez l'homme et a largement montré ses effets bénéfiques sur la cognition. Les objectifs de cette thèse sont premièrement, d'étudier le rôle de la NA dans le maintien de la plasticité structurale et des capacités de discrimination olfactive chez la souris âgée, puis dans un second temps de tester l'enrichissement olfactif comme modèle de construction de la réserve cognitive. Dans une première étude, nous avons utilisé le modèle d'apprentissage perceptif olfactif pour étudier la contribution de la Noradrénaline au maintien de la plasticité structurale et des performances cognitives au cours du vieillissement chez la souris. Cet apprentissage consiste en une amélioration de la discrimination entre deux odorants proches sur le plan perceptif après une exposition répétée à ces odorants. Nos résultats suggèrent que la libération de Noradrénaline dans le bulbe olfactif via une stimulation optogénétique des fibres issues du Locus Coeruleus maintient les capacités de discrimination au cours du vieillissement. Nos données révèlent aussi une forme de plasticité du réseau noradrénergique dans le bulbe olfactif âgé. Ces résultats soutiennent l'hypothèse d'une contribution importante de la Noradrénaline au bien vieillir cérébral. Dans une deuxième étude, nous avons utilisé une stratégie basée sur un enrichissement olfactif, manipulation capable de mobiliser la Noradrénaline, proposé tout au long de la vie de l'animal, dans le but de permettre le développement d'une réserve cognitive. Nos résultats montrent qu'un tel enrichissement améliore les capacités de discrimination olfactive même à un âge avancé. De façon intéressante, les performances non olfactives de mémoire spatiale et de flexibilité sont aussi améliorées. Ces résultats indiquent que les effets bénéfiques de l'enrichissement s'étendent au-delà de la sphère olfactive et incluent des bénéfices sur différentes performances cognitives sensibles à l'âge. Nous proposons donc l'enrichissement olfactif comme un modèle de la construction d'une réserve cognitive qui nous permettra par la suite d'identifier les bases cellulaires du bien vieillir et de tester la contribution de la Noradrénaline dans la construction de la réserve cognitive / Aging is an inevitable and complex biological phenomenon associated with a progressive decline of sensory, motor and cognitive functions with time, affecting life quality and health. Normal brain aging is accompanied by functional and structural changes, leading to cognitive decline. Among these changes, age-related alterations of the noradrenergic system seem to contribute significantly to cognitive deficits. Conversely, the integrity of the Locus Coeruleus seems to allow healthy cognitive aging. A potentially powerful tool to achieve successful brain aging is to boost the cognitive reserve, associated with higher level of brain stimulation and modulations in brain activation and connectivity in humans. In rodents, environmental enrichment, increasing sensory stimulations, motor activity and social interactions, mimics the conditions leading to constitution of the cognitive reserve in humans and has largely proven cognitive benefits.The goals of this thesis are, in the first place, to study the role of Noradrenaline in the maintenance of structural plasticity and olfactory discrimination abilities in aged mice, then secondly, to test the olfactory enrichment as a model of the cognitive reserve build-up.In the first study, we used the olfactory perceptual learning paradigm to investigate the contribution of Noradrenaline to the maintenance of structural plasticity and cognitive abilities during aging in mice. This learning consists in an improvement of the discrimination between perceptually close odorants after repeated exposure to these odorants. Our results suggest that the local release of Noradrenaline in the olfactory bulb, by optogenetic stimulation of Locus Coeruleus fibers allows the maintenance of discrimination abilities during aging. Our data also reveal a form of structural plasticity of the noradrenergic innervation in the aged olfactory bulb. The overall work supports a contribution of Noradrenaline to healthy brain aging.In a second study, we used a strategy based on repeated olfactory enrichment during the whole life of the animal in order to enable the cognitive reserve buildup. Such enrichment maintained olfactory discrimination performances at late ages. Interestingly, mice’s performances in spatial memory and cognitive flexibility improved too. This result indicates that the benefits of an odor-based enrichment extend beyond the olfactory sphere and include broader cognitive benefits on age-sensitive functions. We thus propose lifelong olfactory enrichment as model of the cognitive reserve build-up to further identify its cellular basis and test the contribution of Noradrenaline to cognitive reserve build-up and healthy brain aging