La dysplasie broncho-pulmonaire (DBP), caractérisée par un défaut de l’alvéolarisation, est une complication pathologique associée à un stress oxydant chez le nouveau-né prématuré. La DBP est présente chez près de 50 % des nouveau-nés de moins de 29 semaines de gestation. La nutrition parentérale (NP) que ces nouveau-nés reçoivent pour cause d’immaturité gastro-intestinale est une source importante de stress oxydant. En effet, leur NP est contaminée par des peroxydes, dont l’ascorbylperoxyde qui est une forme peroxydée du déshydroascorbate. La génération des peroxydes est catalysée par la lumière ambiante. La photoprotection de la NP, quoique difficile d’application en clinique, est associée à une diminution de l’incidence de la DBP chez les enfants prématurés. Chez l’animal nouveau-né, la photoprotection de la NP est associée à un meilleur développement alvéolaire. Ainsi, nous émettons l’hypothèse que l’ascorbylperoxide infusé avec la NP cause la perte d’alvéoles suite à une apoptose exagérée induite par l’oxydation du potentiel redox du glutathion. Cette oxydation du potentiel redox serait occasionnée par l’inhibition de la transformation hépatique de la méthionine en cystéine, menant à une diminution de la synthèse de glutathion au foie et dans les tissus tels que les poumons. La confirmation de cette hypothèse suggérera qu’un ajout de glutathion dans la NP permettra une meilleure détoxification de l’ascorbylperoxide par l’action de la glutathion peroxydase, et préviendra l’oxydation du potentiel redox et ainsi, la perte d'alvéoles par apoptose. Objectifs : Le but de mon projet de recherche est de comprendre les mécanismes biochimiques liant la NP et le développement de la DBP chez le nouveau-né prématuré et de proposer une alternative nutritionnelle prévenant le développement de cette complication fréquemment observée dans cette population. Les objectifs spécifiques sont : 1) d’évaluer l’impact, au poumon, de l’infusion de l’ascorbylperoxyde sur l’axe métabolique potentiel redox du glutathion - apoptose - le développement alvéolaire; 2) d’étudier l’impact de l’ascorbylperoxyde et du potentiel redox sur l’activité hépatique de la méthionine adénosyltransférase (MAT), première enzyme de la cascade métabolique transformant la méthionine en cystéine; et 3) de tenter de prévenir l’impact négatif de la NP ou de l’infusion d’ascorbylperoxyde sur le poumon en améliorant le statut en glutathion. Méthodes: Par un cathéter fixé dans la jugulaire, des cochons d’Inde de trois jours de vie (n = 8 par groupe) ont reçu en continu durant 4 jours une NP ou une solution de base (dextrose + NaCl) enrichie des différentes molécules à l’essai. Le premier objectif a été atteint en enrichissant la solution de base en ascorbylperoxyde à 0, 20, 60 et 180 μM. Ces solutions contenaient ou non 350 μM H2O2 pour se rapprocher des conditions cliniques. Le second objectif a été atteint en investiguant les mécanismes d’inhibition de la MAT dans des animaux infusés ou non avec des solutions contenant la solution de base, des peroxydes, du glutathion et la NP (dextrose + acides aminés + multivitamines + lipides). Le troisième objectif a été atteint en ajoutant ou non à une solution d’ascorbylperoxide ou à la NP 10 μM de glutathion (GSSG), afin d’obtenir une concentration plasmatique normale de glutathion. Après 4 jours, les poumons étaient prélevés et traités pour la détermination de GSH et GSSG par électrophorèse capillaire, le potentiel redox était calculé selon l'équation de Nernst et le niveau de caspase-3 actif (marqueur d’apoptose) par Western blot et l’index d’alvéolarisation quantifié par le nombre d’interceptes entre des structures histologiques et une droite calibrée. Les données étaient comparées par ANOVA, les effets étaient considérés comme significatifs si le p était inférieur à 0,05. Résultats: L’infusion de l’ascorbylperoxyde, indépendamment du H2O2, a induit une hypoalvéolarisation, une activation de la caspase-3 et une oxydation du potentiel redox de manière dose-dépendante. Ces effets ont été empêchés par l’ajout de GSSG à la NP ou à la solution d’ascorbylperoxyde (180 M). L’ascorbylperoxyde et le H2O2 ont inhibé l’activité de MAT tandis qu’elle était linéairement modulée par la valeur du potentiel redox hépatique. Conclusion : Nos résultats suggèrent que l’ascorbylperoxyde est l’agent actif de la NP conduisant au développement de la DBP. Ainsi la correction des bas niveaux de glutathion induits par les peroxydes de la NP favorise la détoxification des peroxydes et la correction du potentiel redox pulmonaire ; ce qui a protégé les poumons des effets délétères de la NP en outrepassant l’inhibition de la MAT hépatique. Nos résultats sont d'une grande importance car ils donnent de l'espoir pour une prévention possible de la DBP. / Bronchopulmonary dysplasia (BPD) is a major complication of preterm newborns, affecting nearly 50% of infants born before 29 weeks of gestation. BPD is characterized by an arrest in alveolar development. The onset of BPD is related to oxidative stress. Research has shown that parenteral nutrition (PN), which is given to preterm newborns to bypass an immature gastrointestinal system, is a major source of oxidative stress. Indeed, PN is contaminated with peroxides, including ascorbylperoxide, an oxidized form of dehydroascorbic acid. Ambient light is a catalyst for the generation of peroxides. Photo-protection of PN, although difficult to apply in the clinical situation, is associated with a lower incidence of BPD in premature infants and with better alveolar outcomes in animal models of neonatal PN. We hypothesized that the ascorbylperoxide in PN disrupts alveolar development. The main mechanism of action is an inhibition of the transformation of methionine into cysteine in the liver, leading to a lower glutathione synthesis in the liver as well as in peripheral tissues such as lung. Lower glutathione (GSH) concentrations favour a shift of redox potential to a more oxidized state and consequently, to exaggerated apoptosis. If our hypothesis is correct, the addition of glutathione to PN would help detoxify ascorbylperoxide through the action of glutathione peroxidase and prevent the deleterious impact of PN. Objectives: The aims of my research project were to investigate the biochemical mechanisms linking PN to the development of BPD in premature newborns and to propose a nutritional alternative that would prevent the occurrence of this frequently observed complication. Specific objectives were: 1) to assess the effect of intravenously infused ascorbylperoxide on the metabolic axis redox potential of glutathione in the lung; specifically, apoptosis and the alveolarization index; 2) to study the impact of ascorbylperoxide and the redox potential on the activity of methionine adenosyltransferase (MAT) in the liver; methionine adenosyltransferase is the first enzyme in the metabolic cascade from methionine to cysteine; and 3) to try to prevent the deleterious impact of PN or ascorbylperoxide infusions on the lung by improving glutathione status. Methods: Through a catheter in the jugular vein, 3-day-old guinea pigs (n = 8 per group) received continuous infusions of PN or a simple solution (dextrose + NaCl) enriched with different molecules for testing. The first objective was achieved by enriching the basic solution with ascorbylperoxide at concentrations of 0, 20, 60 and 180 M. To mimic clinical conditions, these solutions contained, or not, 350 M H2O2. The second objective was achieved by investigating the mechanisms of MAT inhibition in animals infused, or not, with solutions consisting of the basic solution, peroxides, glutathione, and PN (dextrose + amino acids + multivitamins + lipids). The third objective was achieved by adding, or not, 10 M of glutathione (GSSG) to the ascorbylperoxide or PN solution until a normal plasma concentration of glutathione was obtained. After 4 days, the lungs were removed. GSH and GSSG levels in the lungs were determined by capillary electrophoresis. The redox potential was calculated using the Nernst equation. The activation and the concentration of active caspase-3 (marker of apoptosis) were determined by Western blot, and the alveolarization index quantified by the number of intercepts between histological structures and a calibrated straight line. Data were compared by ANOVA; effects were considered significant if p was less than 0.05. Results: The infusion of ascorbylperoxide, independently of H2O2, induced hypoalveolarization, activation of caspase-3, and oxidation of the redox potential, in a dose-dependent manner. These effects were prevented by the addition of GSSG to the ascorbylperoxide (180 M) or PN solutions. Ascorbylperoxide and H2O2 inhibited MAT activity in the liver. Hepatic MAT activity was linearly modulated by the value of the redox potential. Conclusion: Our results suggest that ascorbylperoxide is the active ingredient in PN that leads to the development of BPD. Correcting the low glutathione levels induced by peroxides in PN solutions would promote the detoxification of peroxides and re-establish proper pulmonary redox potentials. Glutathione correction further protects the lungs from the deleterious effects of PN by bypassing hepatic MAT inhibition. This result is of great importance because it gives hope for the possible prevention of BPD.

L’hypertension pulmonaire (HP) est une maladie dont l’étiologie est inconnue et qui entraîne ultimement une défaillance du ventricule droit (VD) et le décès. L’HP peut être induite chez le rat par la la monocrotaline (MCT), un alcaloïde pyrrolizidique extrait de la plante Crotalaria Spectabilis, causant des lésions à l’endothélium des artères pulmonaires, menant à un épaississement de ces dernières et à une augmentation de la résistance vasculaire. Ceci à pour conséquence de causer une hypertrophie du VD, de l’inflammation, une dysfonction endothéliale NO-dépendante des artères coronariennes et une augmentation des peptides natriurétiques circulants. Objectif: Nous avons testé l’hypothèse selon laquelle l’étiopathologie de l’HP impliquerait le récepteur à ocytocine (OTR) dû à son implication fonctionnelle avec les cytokines inflammatoires et la libération du peptide natriurétique atrial (ANP) et du NO. Méthodes: Des rats mâles Sprague-Dawley pesant 220-250g reçurent une seule injection sous-cutanée de MCT (60 mg/kg). 6 à 7 semaines (46±1 jours) suivant l’injection, les rats furent sacrifiés et l’expression génique et protéique fut déterminée par PCR en temps réel et par western blot, respectivement, dans le VD et le ventricule gauche (VG) Résultats: Les rats traités au MCT démontrèrent une augmentation significative du VD. Une hypertrophie du VD était évidente puisque le ratio du VD sur le VG ainsi que le poids du septum étaient près de 77% plus élevés chez les rats traités au MCT que chez les rats contrôles. Le traitement au MCT augmenta l’expression génique d’ANP (3.7-fois dans le VG et 8-fois dans le VD) ainisi que le NP du cerveau (2.7-fois dans le VG et 10-fois dans le VD). Les transcrits de trois récepteurs de NP augmentèrent significativement (0.3-2 fois) seulement dans le VD. L’expression protéique de la NO synthase (iNOS) fut également augmentée de façon sélective dans le VD. Par contre, les transcripts de NOS endothéliale et de NOS neuronale étaient plus élevés (0.5-2 fold) dans le VG. L’ARNm et l’expression protéique d’OTR furent diminués de 50% dans le VD, tandis qu’une augmentation de l’expression des cytokines IL-1β and IL-6 fut observée. L’ARNm de Nab1, un marqueur d’hypertrophie pathologique, fut augmentée de deux-fois dans le VD. Conclusion: L’augmentation d’expression génique de NP dans le VD des rats traités au MCT est associée à une augmentation des transcripts du récepteur NP, suggérant une action locale de NP dans le VD durant l’HP. L’expression d’OTR est atténuée dans le VD, possiblement par des cytokines inflammatoires puisque le promoteur du gène de l’OTR contient de multiples éléments de réponse aux interleukines. Diminuer l’expression d’OTR dans le VD durant l’hypertension pulmonaire pourrait influencer de manière positive la fonction cardiaque car l’OTR régule la contractilité et le rythme cardiaque. Mots clés: hypertension pulmonaire, hypertrophie du ventricule droit monocrotaline, récepteur à ocytocine, inflammation, peptides natriurétiques. / Pulmonary hypertension (PH) is a disease of unknown etiology that ultimately causes failure of right ventricle (RV) with a lethal outcome. PH can be induced in the rat with monocrotaline (MCT), a pyrrolizidine alkaloid from the plant Crotolaria spectabilis that damages the pulmonary artery endothelium leading to thickening of the pulmonary arteries and increased vascular resistance. This subsequently results in RV hypertrophy, inflammation, nitric oxide (NO)-associated coronary endothelial dysfunction and increment of natriuretic peptides (NP) in the circulation. Objective: We verified hypothesis that the etiopathogenesis of PH involves the oxytocin receptor (OTR) because of its functional association with inflammatory cytokines and release of atrial natriuretic peptide (ANP) and NO. Methods: Male Sprague-Dawley rats weighing 220-250g received a single subcutaneous injection of 60 mg/kg of MCT. Six to 7 weeks (46±1 days) following the injection, rats were sacrificed and gene and protein expression were detected by real-time PCR and western-blot analysis, respectively, in the RV and LV (left ventricle). Results: MCT-treated rats displayed significant increases in RV weight. RV hypertrophy was evident as the ratio of the RV to LV plus septum weight was nearly 77% higher in MCT-treated rats compared to control rats. MCT treatment increased transcripts of ANP (3.7-fold in the LV and 8-fold in RV) and brain NP (2.7-fold in the LV and 10-fold in RV). Transcripts for three NP receptors significantly increased (0.3-2 fold) only in the RV. iNOS (inducible NO synthase) protein expression also increased selectively in the RV. In contrast, the endothelial NOS and neural NOS transcripts heightened (0.5-2 fold) in the LV. Both OTR mRNA and protein were decreased by 50% in the RV, whereas an up-regulation of cytokines IL-1β and IL-6 was observed. Nab1 mRNA, a marker of pathological hypertrophy, increased two-fold in the RV. Conclusion: Increased gene expression of NP in the RV of the MCT-treated rat correlates with upregulation of NP receptor transcripts indicating local NP action in the RV during PH. OTR expression is decreased in the RV possibly by inflammatory cytokines, IL-1 and IL-6 because OTR promoter region contains multiple putative interleukin-response elements. Lowering OTR in RV during pulmonary hypertension can influence cardiac function since OT regulates heart rate and cardiac contractility and is linked with cardioprotective system ANP and NO. Keywords: pulmonary hypertension, right ventricular hypertrophy, monocrotaline, oxytocin receptor, inflammation, natriuretic peptides.

Des études adultes sur l’œdème pulmonaire lésionnel et le Syndrome de Détresse Respiratoire Aiguë ont mené à l’établissement de recommandations sur les stratégies de ventilation mécanique à employer chez ces patients. Cependant, il n’est pas clair si les recommandations adultes sont également bénéfiques pour l’enfant. Objectif Décrire les stratégies de ventilation mécanique employées chez les enfants atteints d’un œdème pulmonaire lésionnel. Méthodes Étude épidémiologique transversale tenue dans 59 unités de Soins Intensifs Pédiatriques de 12 pays en Amérique du Nord et en Europe. Six jours d’étude ont eu lieu entre juin et novembre 2007. Les enfants atteints d’un œdème pulmonaire lésionnel étaient inclus et des données sur la sévérité de leur maladie, les paramètres de ventilation mécanique et les thérapies adjuvantes employées ont été recueillies. Résultats Des 3823 enfants dépistés, 414 (10.8%) avaient un œdème pulmonaire lésionnel et 165 (40%) ont été inclus dans l’étude (124 étaient sous ventilation mécanique conventionnelle, 27 sous ventilation à haute fréquence par oscillation et 14 sous ventilation non invasive). Dans le groupe sous ventilation conventionnelle, 43.5% étaient ventilés avec un mode contrôlé à pression, le volume courant moyen était de 8.3±3.3 ml/kg et l’utilisation de la PEP et FiO2 était hétérogène. Conclusions Cette étude démontre une hétérogénéité dans les stratégies de ventilation mécanique employées chez les enfants souffrant d’un œdème pulmonaire lésionnel. Celle-ci pourrait être en partie reliée à la robustesse des critères diagnostiques actuellement utilisés pour définir l’ALI/SDRA. Une évaluation rigoureuse de ces stratégies est nécessaire pour guider la standardisation des soins et optimiser l’issue de ces patients. / Acute Lung Injury and Acute Respiratory Distress Syndrome are life-threatening conditions frequently leading to respiratory support with mechanical ventilation. Studies on mechanical ventilation strategies in adult patients have led to lung protective ventilation recommendations. However, there are few pediatric clinical trials on optimal mechanical ventilation management in Acute Lung Injury and it is still unclear if strategies studied in adults are equally beneficial to children. Objective Describe mechanical ventilation strategies in Acute Lung Injury in children. Methods Cross-sectional study for six 24-hour periods from June to November 2007 across 59 Pediatric Intensive Care Units in 12 countries in North America and Europe. We identified children meeting Acute Lung Injury criteria and collected detailed information on illness severity, mechanical ventilation support and use of adjunctive therapies. Results Of 3823 patients screened, 414 (10.8%) were diagnosed with Acute Lung Injury and 165 were included in the study (124 received conventional mechanical ventilation, 27 high frequency oscillatory ventilation, 14 non-invasive mechanical ventilation). In the conventional mechanical ventilation group, 43.5% were ventilated in a pressure control mode, the mean tidal volume was 8.3±3.3 ml/kg and there was no clear relationship between PEEP and FiO2 delivery. Conclusions Our study reveals inconsistent mechanical ventilation practice and use of adjunctive therapies in children with Acute Lung Injury. Rigorous evaluation of ventilator management strategies in children with an Acute Lung Injury are urgently needed to guide standardization of care and optimize clinical outcomes.

INTRODUCTION : L’insuffisance cardiaque congestive (ICC) induit remodelage pulmonaire et dysfonction ventriculaire droite (VD) qui contribuent de façon importante à la morbidité/mortalité. Malgré l’efficacité prouvée, l’antagonisme des récepteurs minéralocorticoïdes est sous-utilisé en ICC et ses mécanismes d’actions demeurent incompris. Nous avons évalué si l’Aldostérone contribue au remodelage pulmonaire et à la dysfonction VD en stimulant la prolifération des myofibroblastes (MYFs) pulmonaires. MÉTHODE ET RÉSULTATS : L’étude a été réalisée chez des rats avec infarctus du myocarde (IM) de taille modérée à grande permettant le développement de l’ICC. Deux semaines après l’IM, les rats ont été traités avec 100mg/kg/jour d’Aldactone ou non, pendant trois semaines et comparé à un groupe témoin (N=21;24;8). Comparativement au groupe témoin, les rats IM ont développé une ICC caractérisée par une réduction de la fraction de raccourcissement du VG (53±1%vs.16±2%, moyenne±ESM, P<0.0001), une hypertension pulmonaire (PSVD:27±1vs.40±3mmHg, P<0.01) et une hypertrophie VD (VD/(VG+Septum):24±1%vs.38±3%, P<0.05). L’Aldactone n’a eu aucun effet sur ces paramètres. Les rats IM ont développé un syndrome pulmonaire caractérisé par un abaissement de la courbe respiratoire pression-volume, un remodelage structurel pulmonaire avec doublement du poids poumon sec (P<0.01) et de la fibrose pulmonaire avec augmentation du taux de collagène dans les poumons (P<0.05). L’Aldactone n’a pas restauré la fonction pulmonaire. Enfin, les MYFs pulmonaires isolés n’ont pas proliféré avec l’exposition de 48h aux deux traitements d’Aldostérone (10-7M, 10-6M). CONCLUSION : L’Aldostérone ne contribue pas au remodelage pulmonaire et à la dysfonction VD associés à l’ICC. D’autres mécanismes d’actions sont responsables des effets bénéfiques de l’Aldactone. / BACKGROUND: Congestive heart failure (CHF) can induce pulmonary remodeling and RV dysfunction, which importantly contribute to morbidity and mortality. Despite proven efficacy, antagonism of mineralocorticoid receptors is underused in CHF and the mechanisms of its benefits still debated. We hypothesized that Aldosterone contributes to pulmonary remodeling and RV dysfunction by stimulating lung myofibroblasts (MYFs) proliferation. METHODS AND RESULTS: We studied rats with moderate to large myocardial infarcts (MI) to allow CHF development. Two weeks after MI, rats were treated with Aldactone 100mg/kg/day (N=21) or untreated (N=24) for three weeks and compared to a sham group (N=8). Five weeks after MI, infarct size was similar in the two MI groups, both by ultrasound and pathologic measures. Compared to sham, the MI-untreated group developed CHF with reduced LV fractional shortening (53±1%vs.16±2%; mean±SEM, P<0.0001), pulmonary hypertension (RVSP:27±1vs.40±3mmHg, P<0.01) and RV hypertrophy (RV/(LV+septum):24±1%vs.38±3%, P<0.05). Aldactone treatment had no effect on these parameters and did not improve LV or RV performance. CHF induced a restrictive respiratory syndrome characterized by a downward shift of the respiratory pressure-volume loop, important lung remodeling with nearly doubling of dry lung weight (P<0.01) and evidence of lung fibrosis demonstrated by histological lung collagen fractional area (P<0.05). The Aldactone therapy could not restore pulmonary function. Finally, isolated lung MYFs did not proliferate after 48hr exposure to aldosterone (10-7M and 10-6M). CONCLUSION: Aldosterone does not contribute to pulmonary remodeling and RV dysfunction associated with CHF. Other mechanisms of action must be responsible for the beneficial effects of Aldactone in CHF.

La circulation extracorporelle (CEC) déclenche une réaction inflammatoire systémique, un dommage d’ischémie-reperfusion (I-R) et une dysfonction de l’endothélium dans la circulation pulmonaire. L’hypertension pulmonaire (HTP) est la conséquence de cette cascade de réactions. Cette HTP augmente le travail du ventricule droit et peut causer sa dysfonction, un sevrage difficile de la CEC et une augmentation des besoins de vasopresseurs après la chirurgie cardiaque. L’administration de milrinone et d’époprosténol inhalés a démontré une réduction de la dysfonction endothéliale dans l’artère pulmonaire. Le but de ce travail est d’évaluer différents types de nébulisateur pour l’administration de la milrinone et d’évaluer l’effet du traitement préventif de la combinaison de milrinone et époprosténol inhalés sur les résultats postopératoires en chirurgie cardiaque. Deux études ont été conduites. Dans la première, trois groupes de porcelets ont été comparés : (1) groupe milrinone avec nébulisateur ultrasonique ; CEC et reperfusion précédées par 2,5 mg de milrinone inhalée, (2) goupe milrinone avec nébulisateur à simple jet ; CEC et reperfusion précédées par 2,5 mg de milrinone inhalée et (3) groupe contrôle ; CEC et reperfusion sans traitement. Durant la procédure, les paramètres hémodynamiques, biochimiques et hématologiques ont été mesurés. Après sacrifice, la relaxation endothélium dépendante de l’artère pulmonaire à l’acétylcholine et à la bradykinine a été étudiée en chambres d’organe. Nous avons noté une amélioration de la relaxation de l’endothélium à la bradykinine et à l’acétylcholine dans le groupe avec inhalation de milrinone avec le nébulisateur ultrasonique. Dans la deuxième étude, une analyse rétrospective de 60 patients à haut risque chirurgical atteints d’HTP et opérés à l’Institut de Cardiologie de Montréal à été effectuée. Deux groupes ont été comparés : (1) 40 patients ayant reçu la combinaison de milrinone et d’époprosténol inhalés avant la CEC (groupe traitement) et (2) 20 patients avec des caractéristiques préopératoires n’ayant reçu aucun traitement inhalé avant la CEC (groupe contrôle). Nous avons observé que les besoins en support pharmacologique vasoactif était réduit à 12 heures et à 24 heures postopératoires dans le groupe traitement. L’utilisation de la nébulisation ultrasonique a un impact favorable sur l’endothélium de l’artère pulmonaire après la CEC lorsque comparée à la nébulisation standard à simple jet. Le traitement préventif des patients atteints d’HTP avec la combinaison de milrinone et d’époprosténol inhalés avant la CEC est associé avec une diminution importante des besoins de support vasoactif aux soins intensifs dans les 24 premières heures après la chirurgie. / Cardiopulmonary bypass (CPB) triggers a systemic inflammatory response, an ischemia-reperfusion (I-R) injury and endothelial dysfunction in the pulmonary circulation. Pulmonary hypertension (PH) is a consequence of this insult. The latter increases right ventricle work and may cause difficult separation from cardiopulmonary bypass (CPB) and increased vasoactive requirements after cardiac surgery. Administration of inhaled milrinone or epoprostenol has been shown to reduce endothelial dysfunction in the pulmonary artery. The aim of this work is to evaluate different nebulisators for the administration of milrinone and to evaluate the effect of pre-emptive treatment with inhaled milrinone and epoprostenol on postoperative outcome in cardiac surgery. Two different studies were done. In the first, three groups of swine were compared: (1) ultrasonic nebulisator inhaled milrinone group; CPB and reperfusion preceded by 2.5 mg inhaled milrinone, (2) simple jet nebulisator inhaled milrinone group; CPB and reperfusion preceded by 2.5 mg inhaled milrinone, and (3) control group; CBP 90 minutes followed by 60 minutes of reperfusion without treatment. During the procedure, hemodynamic, biochemical and hematologic parameters were measured. After sacrifice, pulmonary arterial endothelium-dependent relaxations to acetylcholine and bradykinin were studied in organ chamber experiments. There was a greater improvement in endothelium-dependent relaxations to bradykinin and acetylcholine in the ultrasonic nebuliser inhaled milrinone group compared with the control group and the simple jet nebulisator inhaled milrinone group. In the second study, a retrospective analysis of 60 high-risk surgical patients with PH operated at the Montreal Heart Institute was conducted. Two groups were compared: (1) 40 patients received both inhaled milrinone and inhaled epoprostenol before CPB (treatment group); (2) 20 patients with equivalent preoperative data did not receive any inhaled medication before CPB during the same period (control group). Post-operative vasoactive requirement was reduced at 12 hours and 24 hours post-operatively in the treatment group. Use of ultrasonic nebulisation has a favourable impact on the pulmonary endothelial dysfunction induced by CPB when compared to the simple jet nebulisation traditionally used. Pre-emptive treatment of PH with a combination of inhaled milrinone and epoprostenol prior to CPB was associated with a significant reduction in vasoactive support in the intensive care unit during the first 24 hours after cardiac surgery.

En raison de leur petite taille, les nanoparticules (NP) (< 100 nm) peuvent coaguler très rapidement ce qui favorise leur pénétration dans l’organisme sous forme d’agglomérats. L’objectif de cette recherche est d’étudier l’influence de l’état d’agglomération de NP de dioxyde de titane (TiO2) de trois tailles de départ différentes, 5, 10-30 ou 50 nm sur la toxicité pulmonaire chez le rat mâle (F344) exposé à des aérosols de 2, 7 ou 20 mg/m3 pendant 6 heures. Dans une chambre d’inhalation, six groupes de rats (n = 6 par groupe) ont été exposés par inhalation aiguë nez-seulement à des aérosols ayant une taille primaire de 5 nm, mais produits sous forme faiblement (< 100 nm) ou fortement (> 100 nm) agglomérée à 2, 7 et 20 mg/m3. De façon similaire, quatre autres groupes de rats ont été exposés à 20 mg/m3 à des aérosols ayant une taille primaire de 10-30 et 50 nm. Les différents aérosols ont été générés par nébulisation à partir de suspensions ou par dispersion à sec. Pour chaque concentration massique, un groupe de rats témoins (n = 6 par groupe) a été exposé à de l’air comprimé dans les mêmes conditions. Les animaux ont été sacrifiés 16 heures après la fin de l’exposition et les lavages broncho-alvéolaires ont permis de doser des marqueurs d’effets inflammatoires, cytotoxiques et de stress oxydant. Des coupes histologiques de poumons ont également été analysées. L’influence de l’état d’agglomération des NP de TiO2 n’a pu être discriminée à 2 mg/m3. Aux concentrations massiques de 7 et 20 mg/m3, nos résultats montrent qu’une réponse inflammatoire aiguë est induite suite à l'exposition aux aérosols fortement agglomérés. En plus de cette réponse, l’exposition aux aérosols faiblement agglomérés à 20 mg/m3 s’est traduite par une augmentation significative de la 8-isoprostane et de la lactate déshydrogénase. À 20 mg/m3, les effets cytotoxiques étaient plus importants suite à l’exposition aux NP de 5 nm faiblement agglomérées. Ces travaux ont montré dans l'ensemble que différents mécanismes de toxicité pulmonaire peuvent être empruntés par les NP de TiO2 en fonction de la taille de départ et de l’état d’agglomération. / Given their small size, nanoparticles (NP) (< 100 nm) can coagulate quickly, which promotes their entry into the body in the form of agglomerates. The objective of this study is to evaluate the influence of the agglomeration state of three different primary particle sizes (5, 10-30 and 50 nm) of titanium dioxide (TiO2) NP on the pulmonary toxicity of male rats (F344) exposed to aerosols at 2, 7 or 20 mg/m3 for 6 hours. In an inhalation chamber, six groups of rats (n = 6 per group) were acutely exposed by nose-only inhalation to aerosols with a 5-nm primary particle size, produced in the form of small agglomerates (< 100 nm) (SA) or large agglomerates (> 100 nm) (LA) at 2, 7 and 20 mg/m3. Similarly, four other groups of rats were exposed to aerosols at 20 mg/m3 with a primary particle size of 10-30 and 50 nm. The different aerosols were generated by nebulization of suspensions or by dry dispersion. For each mass concentration, one group of control rats (n = 6 per group) was exposed to compressed air under the same conditions. The animals were sacrificed 16 hours after the end of exposure, and analysis of the bronchoalveolar lavage fluids was used to measure markers of inflammatory, cytotoxicity and oxidative stress effects. Lung sections were also analyzed for histopathology. The influence of the agglomeration state of TiO2 NP (5 nm) could not be determined at 2 mg/m3. For mass concentrations of 7 and 20 mg/m3, our results showed that an acute inflammatory response was induced following exposure to LA aerosols. In addition to this response, exposure to SA aerosols resulted in a significant increase in 8-isoprostane and lactate dehydrogenase. At 20 mg/m3, the cytotoxic effects were greater after exposure to the 5-nm NP in the SA aerosol. This study showed that TiO2 NP use different mechanisms to induce their pulmonary toxicity as a function of their primary particle size and their agglomeration state.

Introduction: La circulation extracorporelle (CEC) peut entraîner une dysfonction endothéliale pulmonaire et l’hypertension pulmonaire. Le SN50 agit au niveau de la signalisation cellulaire pour prévenir ces réactions à la CEC et pourrait renverser la dysfonction endothéliale pulmonaire post-CEC sans effets néfastes sur l’hémodynamie. Méthodes: Quatre groups de porcs ont reçu un parmi quatre traîtements avant de subir 90 minutes de CEC et 60 minutes de reperfusion: (1) milrinone nébulisé; (2) sildenafil nébulisé; (3) placebo nébulisé; et (4) SN-50 intraveineux. Un monitoring hémodynamique invasif a été utilisé. La réactivité vasculaire des artères pulmonaires de deuxième ordre a été évaluée face à l’acétylcholine et la bradykinine. Résultats: Le sildénafil produit une augmentation significative de la pression de l’artère pulmonaire (PAP) moyenne à 60 minutes de reperfusion par rapport au début de la chirurgie. Les relaxations dépendantes de l’endothélium face à la bradykinine étaient meilleurs dans les groupes milrinone et SN-50 et surtout dans le groupe sildénafil par rapport au groupe placébo. Le SN-50 produisait de moins bonnes relaxations dépendantes de l’endothélium face à l’acétylcholine que les autres traitements incluant placébo. Conclusion: Le sildénafil prévient mieux la dysfonction endothéliale pulmonaire que les autres traitements. Les bénéfices du SN-50 sont possiblement sous-estimés vu que la dose n’a pas pu être ajustée à la durée de CEC. Le sildenafil inhalé mérite une étude plus importante chez l’humain et le SN-50 dans un model de CEC animal. / Background: Cardiopulmonary bypass (CPB) can lead to pulmonary endothelial dysfunction and consequent pulmonary hypertension. The novel agent SN-50 acts at the level of the transduction pathway to prevent these responses and may limit or reverse post-CPB pulmonary endothelial dysfunction and pulmonary hypertension without the untoward effects on hemodynamics seen with other known therapies. Methods: Four groups of Landrace-Yorkshire swine that received one of four treatments before undergoing 90 minutes of normothermic CPB and 60 minutes of reperfusion were compared: (1) Nebulized milrinone; (2) nebulized sildenafil; (3) placebo consisting of nebulized NaCl solution; and (4) intravenous SN-50. Invasive hemodynamic monitoring was used throughout all experiments. Vascular reactivity of second-degree pulmonary arteries was evaluated in response to acetylcholine and bradykinin. Results: Sildenafil produced a significant increase in mean pulmonary artery pressure (PAP) at 60 minutes after CPB compared to baseline. Both the sildenafil and milrinone groups had increased mean PAP/MAP ratio at 60 minutes after CPB compared to baseline, however this ratio was not different between the groups. Endothelial-dependent relaxations to bradykinin were improved in the SN-50 and milrinone groups and especially the sildenafil group as compared to placebo. SN-50 produced worse endothelium-dependent relaxations in response to acetylcholine compared to the other groups including placebo. Conclusion: Sildenafil better prevented pulmonary endothelial dysfunction than all other treatments. The improvements seen with SN-50 may be suboptimal as dose could not be titrated to length of CPB. Inhaled sildenafil and SN-50 both merit further study in human trials and animal models, respectively.

La circulation extracorporelle (CEC) est une technique utilisée en chirurgie cardiaque effectuée des milliers de fois chaque jour à travers le monde. L’instabilité hémodynamique associée au sevrage de la CEC difficile constitue la principale cause de mortalité en chirurgie cardiaque et l’hypertension pulmonaire (HP) a été identifiée comme un des facteurs de risque les plus importants. Récemment, une hypothèse a été émise suggérant que l'administration prophylactique (avant la CEC) de la milrinone par inhalation puisse avoir un effet préventif et faciliter le sevrage de la CEC chez les patients atteints d’HP. Toutefois, cette indication et voie d'administration pour la milrinone n'ont pas encore été approuvées par les organismes réglementaires. Jusqu'à présent, la recherche clinique sur la milrinone inhalée s’est principalement concentrée sur l’efficacité hémodynamique et l'innocuité chez les patients cardiaques, bien qu’aucun biomarqueur n’ait encore été établi. La dose la plus appropriée pour l’administration par nébulisation n'a pas été déterminée, de même que la caractérisation des profils pharmacocinétiques (PK) et pharmacodynamiques (PD) suite à l'inhalation. L'objectif de notre recherche consistait à caractériser la relation exposition-réponse de la milrinone inhalée administrée chez les patients subissant une chirurgie cardiaque sous CEC. Une méthode analytique par chromatographie liquide à haute performance couplée à un détecteur ultraviolet (HPLC-UV) a été optimisée et validée pour le dosage de la milrinone plasmatique suite à l’inhalation et s’est avérée sensible et précise. La limite de quantification (LLOQ) était de 1.25 ng/ml avec des valeurs de précision intra- et inter-dosage moyennes (CV%) <8%. Des patients souffrant d’HP pour lesquels une chirurgie cardiaque sous CEC était prévue ont d’abord été recrutés pour une étude pilote (n=12) et, par la suite, pour une étude à plus grande échelle (n=28) où la milrinone (5 mg) était administrée par inhalation pré-CEC. Dans l'étude pilote, nous avons comparé l'exposition systémique de la milrinone peu après son administration avec un nébuliseur pneumatique ou un nébuliseur à tamis vibrant. L’efficacité des nébuliseurs en termes de dose émise et dose inhalée a également été déterminée in vitro. Dans l'étude à plus grande échelle conduite en utilisant exclusivement le nébuliseur à tamis vibrant, la dose inhalée in vivo a été estimée et le profil pharmacocinétique de la milrinone inhalée a été pleinement caractérisé aux niveaux plasmatique et urinaire. Le ratio de la pression artérielle moyenne sur la pression artérielle pulmonaire moyenne (PAm/PAPm) a été choisi comme biomarqueur PD. La relation exposition-réponse de la milrinone a été caractérisée pendant la période d'inhalation en étudiant la relation entre l'aire sous la courbe de l’effet (ASCE) et l’aire sous la courbe des concentrations plasmatiques (ASC) de chacun des patients. Enfin, le ratio PAm/PAPm a été exploré comme un prédicteur potentiel de sortie de CEC difficile dans un modèle de régression logistique. Les expériences in vitro ont démontré que les doses émises étaient similaires pour les nébuliseurs pneumatique (64%) et à tamis vibrant (68%). Cependant, la dose inhalée était 2-3 fois supérieure (46% vs 17%) avec le nébuliseur à tamis vibrant, et ce, en accord avec les concentrations plasmatiques. Chez les patients, en raison des variations au niveau des facteurs liés au circuit et au ventilateur causant une plus grande dose expirée, la dose inhalée a été estimée inférieure (30%) et cela a été confirmé après récupération de la dose de milrinone dans l'urine 24 h (26%). Les concentrations plasmatiques maximales (Cmax: 41-189 ng/ml) et l'ampleur de la réponse maximale ΔRmax-R0 (0-65%) ont été observées à la fin de l'inhalation (10-30 min). Les données obtenues suite aux analyses PK sont en accord avec les données publiées pour la milrinone intraveineuse. Après la période d'inhalation, les ASCE individuelles étaient directement reliées aux ASC (P=0.045). Enfin, notre biomarqueur PD ainsi que la durée de CEC ont été identifiés comme des prédicteurs significatifs de la sortie de CEC difficile. La comparaison des ASC et ASCE correspondantes a fourni des données préliminaires supportant une preuve de concept pour l'utilisation du ratio PAm/PAPm comme biomarqueur PD prometteur et justifie de futures études PK/PD. Nous avons pu démontrer que la variation du ratio PAm/PAPm en réponse à la milrinone inhalée contribue à la prévention de la sortie de CEC difficile. / Cardiopulmonary bypass (CPB) is a technique used during cardiac surgery performed thousands of times each day worldwide. Hemodynamic complications associated with difficult separation from CPB represent a leading cause of mortality in cardiac surgery and pulmonary hypertension (PH) was identified as one of the most important predictor and risk factor. Recently, inhaled milrinone administration prior to CPB was hypothesized to have a preventive effect and facilitate separation from CPB in patients with PH. However, this indication and route of administration have not yet been approved by regulatory agencies for milrinone. So far, research efforts on inhaled milrinone have mainly focused on evidence supporting hemodynamic efficacy and safety in cardiac patients although no biomarker has been established. The most appropriate dose for nebulization has never been determined, nor have pharmacokinetic (PK) and pharmacodynamic (PD) profiles been characterized after inhalation. The objective of the current research consisted of characterizing the exposure-response relationship for milrinone administered by inhalation in patients undergoing cardiac surgery. An improved high-performance liquid chromatography (HPLC) analytical assay using UV detection was validated for the quantification of milrinone in plasma after inhalation and proved to be sensitive and accurate. The lower limit of quantification (LLOQ) was 1.25 ng/ml with mean intra-assay and inter-assay precisions (CV%) <8%. Pulmonary hypertensive patients scheduled for cardiac surgery with CPB were first recruited for a pilot (n=12) and, subsequently, a full-scale (n=28) study where milrinone (5mg) was administered by inhalation pre-CPB. In the pilot study, milrinone early systemic exposure was investigated using a jet nebulizer or a mesh nebulizer. Nebulizers performance in terms of emitted and inhaled doses were also determined in vitro. In the full-scale study, using a mesh nebulizer exclusively, in vivo inhaled dose was estimated and milrinone definite pharmacokinetics fully characterized based on blood sampling and urine collection. Mean arterial pressure to mean pulmonary arterial pressure ratio (mAP/mPAP) was selected as the PD biomarker. Milrinone exposure-response relationship was characterized during the inhalation period by studying the relationship between individual area under the effect-time curve (AUEC) and corresponding area under the plasma concentration-time curve (AUC). Finally, the mAP/mPAP ratio, among other variables, was explored as a potential predictor of difficult separation from bypass in a multiple logistic regression model. In vitro experiments demonstrated that emitted doses were similar for the jet (64%) and the mesh (68.0%) nebulizers. However, the inhaled dose was 2-3 fold higher (46% vs 17%) after mesh nebulization, which was in agreement with plasma concentrations. In patients, due to variations in circuit-related and ventilator-related factors, the inhaled dose was estimated to be lower (30%) and this was confirmed by 24-h recovery in urine (26%). Milrinone peak plasma concentrations (Cmax: 41-189 ng/ml) and magnitude of peak response ΔRmax-R0 (0-65%) were observed at the end of inhalation (10-30 min). Data obtained from PK analysis agreed with published data for intravenous milrinone. After the inhalation period, individual AUEC were directly related to AUC (P=0.045). Finally, our PD biomarker, expressed as ΔRmax-R0, as well as CPB duration, were both identified as significant predictors of DSB. The comparison of corresponding AUC and AUEC provided preliminary evidence of a proof of concept for the use of the mAP/mPAP ratio as a promising PD biomarker and warrants future PK/PD studies. Indeed, mAP/mPAP ratio variation in response to inhaled milrinone was found to contribute in the prevention of DSB.

Les néoplasies pulmonaires demeurent la première cause de décès par cancer au Québec représentant près de 6000 décès par année. Au cours des dernières années, la radiothérapie stéréotaxique d’ablation (SABR) s’est imposée comme un traitement alternatif à la résection anatomique pour les patients inopérables atteints d’un cancer pulmonaire non à petites cellules de stade précoce. Il s’agit d’une modalité de traitement qui permet d’administrer des doses élevées, typiquement 30-60 Gy en 1-8 fractions, dans le but de cibler précisément le volume de traitement tout en épargnant les tissus sains. Le Centre Hospitalier de l’Université de Montréal s’est muni en 2009 d’un appareil de SABR de fine pointe, le CyberKnife™ (CK), un accélérateur linéaire produisant un faisceau de photons de 6 MV dirigé par un bras robotisé, permettant d’administrer des traitements non-coplanaires avec une précision infra-millimétrique. Ce mémoire est dédié à la caractérisation de certains enjeux cliniques et physiques associés au traitement par CK. Il s’articule autour de deux articles scientifiques revus par les pairs. D’une part, une étude prospective clinique présentant les avantages de la SABR pulmonaire, une technique qui offre un excellent contrôle tumoral à long terme et aide au maintien de la qualité de vie et de la fonction pulmonaire. D’autre part, une étude de physique médicale illustrant les limites de l’acquisition d’images tomodensitométriques en auto-rétention respiratoire lors de la planification de traitement par CK. / Lung neoplasia remains the leading cause of cancer death accounting for nearly 6,000 deaths per year in Quebec. In recent years, stereotactic ablative radiotherapy (SABR) has emerged as an alternative treatment to anatomical resection for inoperable patients suffering from early stage non-small cell lung cancer. This technique can deliver highly focused doses such as 30-60 Gy in 1-8 fractions in order to target precisely the treatment volume while sparing healthy tissue. In 2009, the Centre Hospitalier de l’Université de Montréal acquired a robotic SABR apparatus, the CyberKnife™ (CK), a linear accelerator mounted on a moving arm producing non-coplanar photon beams of 6 MV with millimetric precision. This thesis presents two scientific peer reviewed articles adressing some clinical and physical challenges with CK. On one hand, a clinical prospective study reporting the advantages of lung SABR, a technic that offers excellent long-term tumor control and helps maintain the quality of life and lung function. On the other hand, a medical physics study exposing the limits of computed tomography scan acquisition in breath-holding for CK treatment planning.

L’hème oxygénase-1 (HO-1), enzyme antioxydante, est capable de prévenir l’initiation tumorale tandis qu’elle promeut la progression de certaines tumeurs et l’angiogenèse. Ce travail a recherché si HO-1 peut moduler les microARNs et régule le développmemnt du carcinome pulmonaire humain non à petites cellules (NSCLC). La surexpression stable de HO-1 dans les cellules du NSCLC NCI-H292 accroit la production globale des miARNs et diminue significativement l’expression des oncomirs et angiomirs, tandis qu’elle augmente les miARNs suppresseurs de tumeurs. Le plus amplement diminué est le miR-378. Dans les cellules surexprimant HO-1 la p53 est aussi augmentée, Ang-1 et MUC5AC diminuées, prolifération migration et potentiel angiogéniques réduits. Les effets de HO-1 sur la prolifération tumorale, la migration et et l’expression de miR-378 sont modulées par CO. Au contraire, la surexpression stable de miR-378 décroit celle de HO-1 et de p53 tandis qu’elle accroît celle de MUC5AC, VEGF, IL-8 et Ang-1 et en conséquence accroit la prolifération, migration la stimulation des cellules endothéliales. L’ajout de HO-1 à des cellules surexprimant miR-378 réverse l’effet de miR-378 sur la prolifération et la migration des cellules cancéreuses. In vivo, les tumeurs surexprimant HO-1 sont de taille réduite, moins vascularisées et oxygénées et moins métastatiques tandis que la surexpression de miR-378 produit les effets inverses. Conformément, chez les patients NSCLC, l’expression de HO-1est réduite dans les métastases lymphatiques par rapport à la tumeur primaire tandis que miR-378 n’est pas modifié de manière significative. En conclusion, les résultats in vitro et in vivo indiquent que l’action coordonnée entre HO-1 et miR-378 module de manière significative la progression et l’angiogenèse du carcinome humain pulmonaire non à petites cellules. / Heme oxygenase-1 (HO-1), an antioxidant enzyme can prevent tumor initiation while it has been demonstrated to promote various tumors progression and angiogenesis. Here it was investigated whether HO-1 can modulate microRNAs and regulate human non-small cell lung cancer (NSCLC) development. Stable HO-1 overexpression in NSCLC NCI-H292 cells enhanced global production of miRNAs and significantly diminished expression of oncomirs and angiomirs, whereas upregulated tumor suppressive miRNAs. The most potently downregulated was miR-378. HO-1 overexpressing cells displayed also upregulated p53, downregulated Ang-1 and MUC5AC, reduced proliferation, migration and diminished angiogenic potential. CO was a mediator of HO-1 effects on tumor cells proliferation, migration and miR-378 expression. In contrast, stable miR-378 overexpression decreased HO-1 and p53 while enhanced expression of MUC5AC, VEGF, IL-8 and Ang-1 and consequently increased proliferation, migration and stimulation of endothelial cells. Adenoviral delivery of HO-1 to miR-378 overexpressing cells reversed miR-378 effect on proliferation and migration of cancer cells. In vivo, HO-1 overexpressing tumors were smaller, less vascularized and oxygenated and less metastatic, whereas miR-378 overexpression exerted the opposite effects. Accordingly, in patients with NSCLC, HO-1 expression was lower in metastases to lymph nodes than in primary tumors while miR-378 did not differ significantly. To conclude, in vitro and in vivo data indicate that interplay between HO-1 and miR-378 significantly modulates NSCLC progression and angiogenesis.