Le diabète est associé à une augmentation de risque de maladie cardiovasculaire et une dérégulation du métabolisme. Il a été suggéré que la variabilité glycémique (VG) pouvait avoir un rôle dans le développement des complications du diabète. Afin d’étudier et de caractériser les dysfonctions induites par la VG, nous avons mis au point un modèle in vitro mimant la VG sur la lignée de cardiomyocytes HL-1. Nous avons ainsi développé un traitement de 12 heures, mimant hypoglycémie, normoglycémie, hyperglycémie et VG. L’étude de la signalisation cellulaire ne nous a pas permis de montrer un rôle délétère de la VG. Nous avons toutefois mis en évidence que la VG participait à des dysfonctions mitochondriales. En effet en situation de fluctuations en glucose, les mitochondries des cellules HL-1 présentent une augmentation de leur potentiel de membrane, ainsi qu’une augmentation de la production d’anions superoxydes. Bien que nous n’ayons pas réussi à montrer de perturbation de la chaîne respiratoire après 12 heures d’exposition, nous avons pu montrer que 72 heures d’exposition provoquaient une baisse de la respiration mitochondriale. Nous avons enfin étudié l’impact des fluctuations en glucose sur la susceptibilité au développement de lésions d’hypoxie, et avons montré que les lésions sont majorées après 36 heures d’hypoxie en cas d’exposition à des fluctuations en glucose. Nos résultats montrent un rôle délétère de la VG, néanmoins des expériences complémentaires sont nécessaires afin de caractériser de manière plus précise les mécanismes impliqués. / Diabetes mellitus is associated with higher risk of cardiovascular disease and metabolism dysregulation. Glycemic variability (GV) has been suggested as a risk factor in diabetic complication. In order to characterize dysfunctions induced by GV, we developed an in vitro model that transpose GV on the cardiac cell line HL-1. We exposed our cells to a treatment of 12 hours miming hypoglycemia, normoglycemia, hyperglycemia and GV. The exploration of signaling pathways didn’t allow us to show a deleterious effect of glucose fluctuation. However we were able to point mitochondrial alteration under glucose fluctuation. HL-1 cells mitochondria exhibit a higher membrane potential and an increase of superoxide anion production. Although we didn’t show any alteration in mitochondrial respiration after 12 hours of exposition, we showed that after 72 hours of glucose fluctuation, HL-1 cells showed a decrease in mitochondrial respiration. We finally studied the impact of glucose fluctuation on the susceptibility to develop hypoxic injuries. We showed that after 36 hours of hypoxia, injuries were higher for cells exposed to glucose fluctuation. Our results indicate a deleterious effect of GV, but additional experiments are needed to better characterize the mechanisms.

L’homéostasie du glucose est un processus complexe qui a accumulé au cours de l’évolution un grand nombre de boucles de rétrocontrôle interdépendantes. La glycémie physiologique est le produit de cette évolution car elle associe haute entropie (comportement d’allure chaotique) et invariance d’échelle, deux caractéristiques d’une régulation complexe. A l’inverse, les profils de sujets diabétiques de type 1 (DT1) montrent une faible entropie et une perte de l’invariance d’échelle, signes d’une décomplexification. D’une manière générale, nous avons montré que le degré de complexité mesuré par la Sample Entropy (SpEn) est inversement corrélé à la variabilité glycémique, tant chez les sujets sains que DT1. De plus, chez nos sujets sains, la SpEn – et non la variabilité – était négativement corrélée à la résistance à l’insuline estimée par le BMI, le HOMA-IR et le QUICKI, appuyant ainsi l’hypothèse que la décomplexification est un signe précoce de défaillance de la régulation glycémique. En traitant leurs enregistrements du glucose en continu (CGM) par différents filtres basses fréquences, nous avons démontré que la réduction de SpEn associée à la résistance à l’insuline est liée à un appauvrissement des fluctuations glycémiques rapides, cette propriété étant conservée chez les sujets DT1 dont la SpEn garde une corrélation inverse avec le BMI.Nous avons ensuite poursuivi notre étude de la variabilité glycémique chez les patients DT1 en utilisant le diagramme de Poincaré (PCP), une méthode de représentation visuelle des processus dynamiques. Après en avoir validé sa métrique (SD1 et SD2) en montrant sa corrélation avec des indices de variabilité glycémique connus, nous avons introduit un nouveau paramètre issu de la géométrie du PCP :le Shape of Fitting Ellipse (SFE). Nous avons alors montré que le SFE était inversement corrélé aux épisodes hypoglycémiques d’une manière indépendante et complémentaire du LBGI, un marqueur de risque validé de la survenue des hypoglycémies. A l’aide du PCP, nous avons aussi pu montrer que la variabilité glycémique est réduite chez les patients DT1 convertis à la pompe à insuline et que cette réduction concerne à la fois les profils diurnes et nocturnes. Enfin, chez nos patients DT1, nous avons identifié le LBGI comme facteur pronostic indépendant de la fréquence des épisodes hypoglycémiques 6 mois après la mise sous pompe à insuline. Le LBGI a aussi permis d’identifier deux sous-groupes de pronostics inverses :les patients appartenant au 3ème tertile de LBGI ont bénéficié d’une réduction maximale des hypoglycémies, alors que ceux du 1er tertile ont vu la fréquence des hypoglycémies augmenter mais au profit d’une meilleure réduction de la moyenne glycémique. Ces évolutions en miroir peuvent expliquer les résultats contradictoires actuels de la littérature concernant le devenir des hypoglycémies sous pompe.En conclusion, nous avons montré que la décomplexification des profils glycémiques est un marqueur précoce de la défaillance de l’homéostasie du glucose chez les individus non diabétiques. A l’autre extrême, le DT1 est un modèle de dysrégulation du glucose à haute variabilité mais à basse entropie (et donc moins chaotique). Dans ce contexte, nous avons développé un nouveau marqueur de risque d’hypoglycémie (le SFE) et montré que le LBGI prédit l’évolution des épisodes hypoglycémiques des patients DT1 mis sous pompe à insuline. / Doctorat en Sciences médicales (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Au cours de l’administration simultanée de plusieurs médicaments injectables, sont utilisées une ligne principale de perfusion et une ou plusieurs ligne(s) en dérivation. La ligne principale est directement reliée au cathéter et permet l’administration des solutions utilisées pour l’apport hydro-électrolytique ou de maintenir une voie d’abord veineuse perméable. Les autres thérapeutiques vont être perfusées en dérivation de cette ligne principale. La prise en charge des patients relevant de soins intensifs et de réanimation nécessite une polymédication. Les traitements d’urgence impliquent majoritairement des médicaments à marge thérapeutique étroite. Lors de l’administration de médicaments en solutions concentrées, de faibles perturbations du débit d’administration peuvent engendrer de fortes perturbations cliniques et notamment, pour les médicaments vasoactifs, créer une instabilité hémodynamique. C’est pourquoi il est important d’étudier la problématique de la perfusion simultanée, de déterminer l’impact sur le débit massique des lignes de perfusion et la technique optimale des changements de seringues pour prévenir les variations intempestives du débit de perfusion. Ce mémoire présente un travail de développement et d’évaluation d’une démarche d’optimisation d’un système de perfusion complexe. Il consiste à étudier au travers d’évaluations in vitro et d’études cliniques la conception d’une ligne de perfusion en évaluant notamment un dispositif médical innovant afin de proposer, in fine, une solution applicable dans un service de soins intensifs. La première partie consiste à présenter l’ensemble des dispositifs médicaux de perfusion utilisés dans un département d’anesthésie-réanimation. La seconde partie s’intéresse à l’administration d’un médicament couramment perfusé sur la voie proximale: la noradrénaline. Les études in vitro, corroborées par des données cliniques, ont permis de montrer la supériorité de l’administration de noradrénaline à 0,5 mg/mL perfusée en Y avec une solution saline isotonique à débit fixe de 5 mL/h. Cette multiperfusion fait intervenir l’utilisation d’un prolongateur trois voies à faible volume résiduel, permettant d’optimiser les conditions de relais de seringues, connues comme étant à l’origine d’instabilités hémodynamiques chez les patients traités par catécholamines. Un programme hospitalier de recherche clinique interrégional est déposé dans le but d’établir des recommandations de perfusion des catécholamines.La troisième partie aborde l’administration des médicaments sur voie distale en sélectionnant l’insuline comme marqueur-médicament. Les résultats de cette étude clinique prospective randomisée contrôlée ont montré que l’utilisation d’un dispositif médical innovant, le dispositif Edelvaiss-Multiline 8 (Doran International) caractérisé par un tube multilumières à faible volume résiduel qui permet de dédier une voie à une seule thérapeutique, permettait de réduire significativement le temps passé en hypoglycémie pour 1000 heures de perfusion d’insuline au cours de perfusion continue d’insuline en soins intensifs périopératoires.Enfin, dans une dernière partie, les critères clés d’un montage optimisé de multiperfusion sont élaborés et sont mis en application dans un département d’anesthésie-réanimation dans le but d’optimiser et uniformiser la ligne de perfusion des patients. Ce travail a permis de valider les caractéristiques clés de la ligne de perfusion définis dans de précédentes études non cliniques : la nature du matériau des dispositifs médicaux utilisés, l’utilisation de valves appropriées, la minimisation des volumes internes des tubulures de perfusion, l’utilisation de systèmes de perfusion automatisés permettant de contrôler au mieux le débit d’administration des médicaments. / For the simultaneous administration of injectable drugs, the infusion line includes a main line with one or several derivative lines. The main line, which is directly connected to the catheter, is dedicated to hydration infusion or to maintain a permeable vein. Other medications will be added on the derivative lines.Intensive care unit patients frequently require lots of medications in the same time. Most of emergency drugs are substances with narrow therapeutic range. When concentrated solutions are employed, tiny mass flow rate disturbances can provoke clinical damages, such as haemodynamic instability. So, several parameters have been studied on simultaneous infusions: mass flow rate and syringes changeovers.The purpose of this work was to develop and optimize complex infusion line systems. An innovative infusion medical device has been evaluated in clinical trials and in vitro studies. The final objective was to design an optimized infusion line, which could be applied to ICUs.The whole medical devices used in ICUs was first listed. Then, noradrenaline has been used as the reference drug to study central venous catheter proximal line. A 0.5 mg/mL noradrenaline solution Y-infused with a saline (5mL/h) has been shown by clinical and in vitro data to be the best solution. Nevertheless, this conclusion was valid only with the use of a very low dead-space volume Y-extension set. Thanks to this device, syringe changeovers optimization is possible.The central venous catheter distal line has been studied in a second time through an open randomized controlled prospective clinical trial. Primary endpoint of the study was the impact of two different insulin infusion lines (Edelvaiss-Multiline 8, Doran International versus standard line) on glycaemic variability. Doran’s innovative device consists of an exten¬sion set with eight accesses connected to nine separated lumens in a single tube. This allows to dedicate an isolated way for insulin. With its use, a significant decrease of hypoglycaemia occurring in 1000h of infusion period was clinically demonstrated. Finally, all the data were synthetized to optimize an ICU multi-infusion line. The one, which has been designed for surgery and intensive care units, was tested on patients.To conclude, items responsible for mass flow rate disturbances have been identified: medical devices material, addition of appropriated valves, internal volume line minimization and use of automated infusion systems (as pumps). The ideal infusion line has to take into account all these parameters.

Contexte théorique : L’encéphalopathie hypoxique ischémique (EHI) est une condition du nouveau-né dans laquelle les mécanismes des variables métaboliques ne sont pas totalement compris. Cette population est particulièrement à risque d’hypo- ou d’hyperglycémie néonatales (HHN). Devant le manque de données sur le fonctionnement métabolique à la suite d’une EHI, cette étude vise à déterminer l’association entre une HHN et l’activité cérébrale mesurée par électroencéphalographie (EEG). Méthodologie : 49 participants avec EHI ont été recrutés au CHU Sainte-Justine peu après leur naissance. Ils ont été monitorés en continu à l’aide de l’EEG et des segments d’intérêt se retrouvant dans les 48 premières heures de vie ont été analysés. L’anormalité de l’activité cérébrale est déterminée selon une analyse quantitative du niveau de discontinuité caractérisée par une proportion de faibles amplitudes (seuils de 25, 15, 12,5, 10 et 7,5 uV) dans le tracé EEG. Les données de glycémie ont été recueillies de façon intermittente par le biais de prises de sang et de glucomètres de chevet. Les participants ont été répartis en 4 groupes : normoglycémie, hyperglycémie, hypoglycémie et glycémie variable (hypo- et hyper-). Résultats : L’analyse de covariation non -paramétrique a relevé une différence significative entre les ratios de discontinuité pour le seuil de 15 uV (F = 3,070 p = 0,037). Les analyses de comparaisons appariées ont montré une différence positive entre le groupe VARIABLE et le groupe contrôle (NORMO-) pour tous les seuils ainsi qu’une différence positive entre le groupe HYPER- et le groupe contrôle pour 4 des 5 seuils (25, 15, 12,5 et 7,5 uV). Aucune différence n’a été relevé entre le groupe HYPO- et le groupe contrôle pour tous les seuils. Conclusions : La variabilité glycémique et l’hyperglycémie seule ont été montrées comme étant associées à une activité cérébrale altérée caractérisée par un tracé de plus faible amplitude mesurée avec l’EEG. / Background: Hypoxic ischemic encephalopathy (HIE) is a newborn condition in which the underlying mechanisms still require further understanding. This clinical population is particularly prone to neonatal hypo- and hyperglycemia (NHH). Given the need to improve our understanding of metabolic functioning following HIE, this study aims to determine the association of NHH on the brain’s background electrophysiological activity measured by electroencephalography (EEG). Methodology: Forty-nine newborns with HIE were recruited at Sainte-Justine University Hospital Center. Continuous EEG monitoring was started as soon as possible and segments of interest in the first 48h of life were analyzed. Brain activity was quantitatively assessed according to an index of discontinuity characterized by the proportion of low EEG amplitudes per segment (< 25, 15, 12.5, 10 and 7.5 uV cutoffs). Glucose measurements were intermittently collected using blood samples and bedside glucometers and were retrospectively retrieved from medical charts. Participants were separated in 4 groups : normoglycemia, hyperglycemia, hypoglycemia and both (hyper- and hypo-). Results: The non-parametric covariance analyses revealed a significant difference between the discontinuity index for the 15 uV threshold (F = 3.070 p = 0.037). The pairwise comparisons showed a positive difference between the group BOTH and the control group (NORMO-) for every thresholds, the labile glucose group having a higher discontinuity index. A similar difference was found between the HYPERGLYCEMIA group and the control group for 4 out 5 thresholds (25, 15, 12.5 and 7.5 uV). No difference was found between the HYPOGLYCEMIA group and the control group. Conclusion: An abnormal glycemic profile, particularly glucose lability and hyperglycemia alone, were shown to be associated with abnormal brain activity characterized by a higher discontinuity index on the EEG.

L’hyperglycémie de stress et la variabilité glycémique, consécutives à la réaction inflammatoire péri opératoire, sont associées à une morbidité et une mortalité accrues en chirurgie cardiaque. L’insulinothérapie intraveineuse administrée à l’aide de protocoles complexes, dits « dynamiques », constitue à l’heure actuelle le traitement de référence de l’hyperglycémie de stress. L’intérêt du contrôle glycémique péri-opératoire est admis par tous, sans qu’il existe de consensus véritable quant aux objectifs à atteindre, et reste très exigeant en termes de charge de soins. Dans la 1ère partie de ce travail, nous avons voulu vérifier si, 7 ans après sa mise en place, l’observance du protocole d’insulinothérapie utilisé dans notre Unité de Soins Intensifs de Chirurgie Cardiaque était conforme à celle mesurée lors de son implantation. Nous avons constaté des dérives majeures dans l’application du protocole qui ont pu être corrigées par la mise en place de mesures correctrices simples. Dans une 2ème partie du travail, nous avons cherché à évaluer si, à l’instar de la chirurgie cardiaque classique, une variabilité glycémique accrue était associée à une altération du pronostic des patients bénéficiant d’une procédure moins invasive (remplacement valvulaire aortique percutané ou TAVI). Nous avons ainsi analysé les données des patients ayant bénéficié d’un TAVI dans notre centre, et inclus dans les registres multicentriques français France et France-2. Nos résultats suggèrent une association entre une augmentation de la variabilité glycémique et un risque accru de complications cardiovasculaires majeures dans les 30 premiers jours, indépendamment de la qualité du contrôle glycémique obtenu. Enfin, dans une 3ème partie nous avons voulu savoir si exenatide, analogue de synthèse de GLP-1, permettait d’améliorer le contrôle glycémique péri opératoire en chirurgie cardiaque. Nous avons conduit un essai randomisé contrôlé de phase II/III montrant que l’administration intraveineuse (IV) d’exenatide, ne permettait pas d’améliorer la qualité du contrôle glycémique ou de réduire la variabilité glycémique par rapport à l’insuline IV, mais permettait de retarder l’administration d’insuline et de diminuer la quantité d’insuline administrée. Notre étude suggère également une diminution de la charge en soins. Du fait des données rapportées chez l’animal et dans l’infarctus du myocarde, nous avons également conduit une étude ancillaire suggérant l’absence d’effets cardioprotecteurs majeurs d’exenatide sur les lésions d’ischémie-reperfusion myocardiques, ne permettant pas d’améliorer la fonction cardiaque gauche à court et à moyen terme. L’optimisation du contrôle glycémique en chirurgie cardiaque nécessite ainsi la recherche de stratégies visant à améliorer l’observance des protocoles de soins et à réduire la variabilité glycémique. La place des analogues du GLP-1 reste à définir dans cette indication. / Stress hyperglycemia and glycemic variability are associated with increased morbidity and mortality in cardiac surgery patients. Intravenous (IV) insulin therapy using complex dynamic protocols is the gold standard treatment for stress hyperglycemia. If the optimal blood glucose target range remains a matter of debate, blood glucose control using IV insulin therapy protocols has become part of the good clinical practices during the postoperative period, but implies a significant increase in nurse workload. In the 1st part of the thesis, we aimed at checking the nurse-compliance to the insulin therapy protocol used in our Cardiac Surgery Intensive Care Unit 7 years after its implementation. Major deviations have been observed and simple corrective measures have restored a high level of nurse compliance. In the 2nd part of this thesis, we aimed at assessing whether blood glucose variability could be related to poor outcome in transcatheter aortic valve implantation (TAVI) patients, as reported in more invasive cardiac surgery procedures. The analysis of data from patients who undergone TAVI in our institution and included in the multicenter France and France-2 registries suggested that increased glycemic variability is associated with a higher rate of major adverse events occurring between the 3rd and the 30th day after TAVI, regardless of hyperglycemia. In the 3rd part if this thesis, we conducted a randomized controlled phase II/III trial to investigate the clinical effectiveness of IV exenatide in perioperative blood glucose control after coronary artery bypass graft surgery. Intravenous exenatide failed to improve blood glucose control and to decrease glycemic variability, but allowed to delay the start in insulin infusion and to lower the insulin dose required. Moreover, IV exenatide could allow a significant decrease in nurse workload. The ancillary analysis of this trial suggested that IV exenatide did neither provide cardio protective effect against myocardial ischemia-reperfusion injuries nor improve the left ventricular function by using IV exenatide. Strategies aiming at improving nurse compliance to insulin therapy protocols and at reducing blood glucose variability could be suitable to improve blood glucose control in cardiac surgery patients. The use of the analogues of GLP-1 in cardiac surgery patients needs to be investigated otherwise.