Tesis sobre el tema "Ostéite du pied diabétique"

L'ostéite du pied diabétique (OPD) est une complication survenant à la suite d'une plaie située sous les malléoles chez un patient diabétique. L'OPD survient à la faveur d'une plaie généralement chronique du pied favorisée par la neuropathie e/ou l'artérite des membres inférieurs fréquemment associées au diabète. Il s'agit bien d'une ostéite et non d'une ostéomyélite car l'origine hématogène de l'OPD n'est pratiquement pas décrite. L'OPD est une affection dont l'incidence augmente régulièrement avec l'évolution du diabète dans le monde. On estime en effet que 15 à 25% des patients diabétiques présenteront à un quelconque moment de leur existence une ulcération du pied qui subira une infection dans 40 à 80% des cas. L'OPD retarde la cicatrisation des plaies qui ont conduit à sa survenue et augmente significativement le risque d'amputation mineure ou majeure. C'est, avec l'artérite des membres inférieurs, l'une des grandes causes d'amputation d'un membre inférieur chez les patients diabétiques. L'OPD est avant tout une infection ostéo-articulaire qui survient sur un terrain particulier. L'altération des défenses immunitaires systémiques et locales, quoique variables d'un sujet diabétique à un autre, réduit les chances de guérison de l'OPD. S'agissant d'une infection ostéo-articulaire chronique le plus souvent staphylococcique survenant sur un terrain fragilisé il a longtemps été estimée que la guérison ne pouvait être espérée sans la suppression du tissu ostéo-articulaire infecté, en pratique sans amputation. L'amputation n'est cependant pas sans conséquence fonctionnelle et " l'épargne ostéo-articulaire " a été prônée ces dernières années sous deux formes : la résection ostéo-articulaire suspendue ou " amputation fonctionnelle " et le traitement purement médical faisant appel principalement aux antibiotiques. Le traitement médical de l'OPD a l'avantage de n'entraîner aucune lésion anatomique du pied. Il a l'inconvénient de faire appel à des molécules antibiotiques réputées efficaces dans le contexte particulier d'infection ostéo-articulaire chronique qui ont pour la plupart des molécules un effet de pression de sélection de la résistance bactérienne élevé et pour la plupart un potentiel toxique majoré par les co-morbidités fréquemment observées chez ces patients. En considérant les règles généralement admises pour le traitement des infections ostéo-articulaires, il apparait que le choix des antibiotiques doit idéalement être fondé sur les données de la culture d'un fragment osseux. Ceci représente cependant une approche nouvelle pour le traitement antibiotique de l'OPD. Nous montrerons dans ce travail les résultats de travaux publiés suggérant que:1) la biopsie osseuse transcutanée est une technique dénué de risque et actuellement la seule technique permettant une documentation fiable de l'OPD et que les prélèvements obtenus par écouvillonnage ou par ponction-aspiration ne peuvent être utilisés en remplacement de la biopsie osseuse (articles 1 et 2)2) les patients traités médicalement pour OPD ont plus de chance de guérir lorsque le traitement est fondé sur les résultats d'une biopsie osseuse (article 3) nque sur ceux de prélèvements superficiels3) la biopsie osseuse transcutanée n'est actuellement pratiquement pas utilisée dans la majorité des centres Français du pied diabétique. Enfin, nous présenterons les projets de 3 études sur le sujet de la biopsie osseuse en cours ou qui seront développées dans les mois à venir.

Le diabète sucré est un problème majeur de santé publique. L’une de ses principales complications est l’ulcère du pied (UPD) à l’origine d’infections et de nombreuses amputations. Ces plaies sont majoritairement polymicrobiennes. La principale bactérie isolée est Staphylococcus aureus (SA) qui pose d’importants problèmes en thérapie courante. Bactérie commensale notamment des fosses nasales, elle est un vrai pathogène au niveau des UPD. La compréhension du passage du commensalisme à la pathogénicité reste peu connue. Or récemment une souche colonisante de SA présentant un faible potentiel de virulence, et isolée sur un UPD a été identifiée. Cette souche présente un phage (ROSA-like) inséré dans son génome dont la stabilité a été démontrée. Ce phage est responsable de la faible virulence de cet isolat. Ce travail de doctorat a permis : i) de mettre en évidence l’implication du phage ROSA-like dans la dérégulation des mécanismes d’acquisition du fer, mécanismes essentiels pour la survie du SA ainsi que dans le métabolisme global de cette souche. Ces résultats ont confirmé le rôle clé du phage dans la baisse de la virulence du SA colonisant ; ii) à partir d’un modèle in vitro d’infections chroniques mimant les conditions rencontrées dans les UPD, d’étudier le comportement de souches cliniques de SA (colonisantes/infectantes) en fonction des différentes conditions environnementales : hyperglycémie, anaérobie, antibiotiques (linézolide et vancomycine). Les résultats ont montré qu’une exposition prolongée (plus de 24 semaines) à ces conditions de stress notamment aux antibiotiques, réduisait la virulence des souches de SA ; iii) d’évaluer la virulence des SA en présence d’autres bactéries qui l’entourent, élément essentiel du polymicrobisme de l’UPD. Ce travail s’est particulièrement intéressé aux interactions existant entre SA et Helcococcus kunzii, bactérie fréquemment isolée en association avec le SA dans les UPD. Il a montré pour la première fois une baisse de la pathogénicité des souches de SA par une bactérie commensale non virulente<br>Diabetes mellitus is a global problem. One of the main complications is diabetic foot ulcer (DFU) which can evolve towards infection and induces lower limb amputations. Those wounds are mostly polymicrobial and Staphylococcus aureus (SA), the most prevalent pathogen isolated in this situation causes numerous therapeutic problems. This bacterium, known to be a commensal organism present notably in nasal cavity, is a real pathogen in DFU. However the comprehension between the commensalism and the pathogenicity of SA remains still unknown. Recently, a colonizing SA strain with very low virulence potential was discovered in DFU. This strain possesses a phage named Rosa-like responsible of its low virulence.This work helped us: i) to highlight the involvement of the Rosa-like phage in the disregulation of iron uptake mechanisms, the main source for SA survival and its global metabolism. The obtained results confirm the key role of the phage in the decrease of the colonizing SA strain virulence; ii) to study the behaviour of clinical SA strains (colonizing/infecting) using an in vitro chronic infection model miming different environmental conditions encountered in DFU: hyperglycemia, anaerobic condition, antibiotics (linezolid and vancomycin). Results showed that prolonged exposure (up to 24 weeks) to those stress conditions notably antibiotics reduced SA strains virulence; iii) to evaluate SA virulence in presence of other bacteria present in DFU. Particularly, in this work a focus was performed in the interaction between SA and Helcococcus kunzii, gram positive bacteria frequently isolated with SA in DFU. It was shown for the first time a decrease of SA pathogenicity by a commensal non virulent bacterium

Le diabète est une maladie chronique et un problème majeur de santé publique avec 422 millions d’adultes diabétiques dans le monde en 2017. Il constitue une pathologie grave, notamment par la sévérité de ses complications micro-vasculaires (rétinopathie diabétique, néphropathie diabétique, neuropathie) et macro vasculaires (cardiopathie ischémique, artériopathie périphérique). Parmi ces complications, le « pied diabétique » est un problème médical, social, humain et économique majeur. Il a un retentissement sévère à la fois pour la personne diabétique (sa qualité de vie, sa durée de vie), mais aussi pour la société en engendrant un coût économique important.Au travers de cette thèse de doctorat on s’intéresse à relier cette pathologie, ainsi que ses complications, à la température de la peau. En évaluant les mécanismes en partie responsables des deux principales complications, que sont la neuropathie périphérique (atteinte des nerfs) et l’artériopathie oblitérante des membres inférieurs (atteinte des structures vasculaires), ainsi que les effets de ces dernières sur le corps, on montre qu’il est possible de relier les variations de la température cutanée à l’état pathologique des patients grâce à l’évaluation des mécanismes de thermorégulation encore actifs.Ces travaux reposent sur : (i) des modèles numériques permettant de relier les variations du débit sanguin aux variations la température cutanée ; (ii) une importante phase de métrologie pour l’utilisation précise d’une caméra infrarouge micro-bolométrique ; (iii) le développement d’un protocole expérimental permettant l’activation des mécanismes de thermorégulation ; (iv) la quantification de l’intensité de ces mécanismes en fonction de différents groupes de sujets, pathologiques ou non<br>Diabetes Mellitus (DM) is one of the severe public health-care chronic disease issue, with about 422 millions of patients worldwide in 2017. DM is a serious pathology, especially through the severity of its microvascular complications (diabetic retinopathy, diabetic nephropathy, neuropathy) and macro vascular complications (ischemic heart disease, peripheral arterial disease). Among these complications, “diabetic foot”, is a complex disease with a medical, social (lifestyle), human (quality of life) and economic (high cost for the health care systems) major impact.Through this doctoral thesis, one of the interest is to connect this pathology, including complications, to the skin temperature. By evaluating the mechanisms responsible for the two most common complication, peripheral neuropathy (nerve damage) and peripheral artery disease (vascular structures damage), and the effects of these two complications on the body, one can show that it is possible to connect skin temperature oscillations to the state of the pathology, thanks to the evaluation of the thermoregulatory activity.This work is based on: (i) numerical models to connect skin blood flow oscillations to skin thermal oscillations; (ii) an important phase of accurate metrology to use an infrared micro-bolometer camera; (iii) development of an experimental protocol enable to activate and enhance thermoregulatory mechanisms; and (iv) the quantification of the intensity of these mechanisms in function of different groups of subjects, with or without DM

Staphylococcus aureus est l’un des principaux agents étiologiques des infections suppuratives superficielles et profondes ainsi que des syndromes liés à l’action de toxines. Paradoxalement, cette bactérie est un agent commensal qui est présent sur la peau ainsi que dans les cavités nasales notamment. Cela permet de considérer cette bactérie comme un organisme colonisant commensale. Les bases génétiques expliquant la différence entre une bactérie pathogène et une bactérie commensale reste inconnues. En utilisant la technique Optical Maps sur des souches de S. aureus isolées de plaies de pieds diabétiques avec différents niveau de virulence, nous avons pu montrer l’existence d’un prophage insérés dans le génome des souches colonisantes et absent des souches infectantes. Le phage, nommé ROSA, est localisé dans un hotspot d’insertion de phage NM2. Il est aussi localisé en amont du locus isd qui est requis pour l’assimilation du fer essentiel à la bactérie dans sa phase pathogène. Le phage ROSA inactive la voie isd en dérégulant l’activité du régulateur transcriptionnel majeur Fur en absence de fer. Il réduit aussi la virulence de ces souches sur les 2 modèles de virulence (Le ver C. elegans et le Zebrafish). L’expulsion du phage ROSA restaure la régulation du locus isd par Fur et la production de sidérophores en absence de Fer, la formation du biofilm et la virulence des souches. La mutation du gène Fur nous a permis de déduire que le phage ROSA affectait les bactéries de manière indépendante de Fur. Enfin, nous avons étudié la prévalence des souches colonisantes sur les plaies de pieds diabétiques. Nous avons observé que 20% des souches présentait l’insertion ROSA et 89% appartenait au complexe clonal CC8. Les souches colonisantes, avec leur niveau bas de virulence, devraient faire l’objet de détection dans le but de rationnaliser l’utilisation des antibiotiques et ainsi lutter contre l’apparition de bactéries multirésistantes aux antibiotiques<br>Staphylococcus aureus is an opportunistic bacterium capable of causing a wide range of severe diseases when it gains access to underlying tissues. Paradoxically, this causative pathogen is a common inhabitant of the skin microflora and colonizes the nares and other human mucosa, and as such, may be considered as a commensal colonizing organism. The genetic basis for the differences in pathogenic/colonizing potential is unknown. By performing optical maps comparisons of a collection of S. aureus strains of defined virulence potential isolated from diabetic foot ulcers at different stages, we brought to light a prophage present in colonizing-causing bacteria. The phage, namely ROSA, was localized in a hotspot region NM2 near the locus isd, the main iron surface determinant that transport iron across the bacterial wall. It induces a deregulation of the activity of the transcriptional regulator Fur involving the biofilm formation of the bacteria in response to low iron environment. It reduced also significantly the virulence of the strain in two in vivo models (the nematode C. elegans and the zebrafish). The expulsion of the phage restored the regulation of the locus isd, the siderophore production, the biofilm formation and the virulence of the strain. The mutation of the fur gene within the colonizing strain enabled us to determine that the phage ROSA affect the the bacteria in a Fur-independent manner. Finally we determined the prevalence of these colonizing strains in skin and soft tissue infections (diabetic foot ulcers). We observed that 20% (39/195) of the strains harboured this insertion and 89% belonged to the clonal complex CC8. This colonizing strain by its low virulence potential must be detected in the aim to contribute to a sounder use of antibiotic treatment, an important point in front of the increase of multidrug resistant bacteria

Cette étude pilote évalue le coût et des éléments d'efficacité du traitement conventionnel d'un ulcère du pied diabétique et de la combinaison de la thérapie par pression négative combiné à un pansement d'argent nanocristallin, de manière rétrospective, à partir des dossiers archivés. Cette étude coût-conséquence s'effectue selon la perspective du système public de soins de santé durant la période d'hospitalisation. Des analyses de survie pour des événements récurrents ont également été effectuées afin d'évaluer l'efficacité du traitement combiné par rapport au traitement conventionnel concernant le risque d'amputation. Seize personnes présentant un ulcère du pied diabétique sévère se détériorant, admises dans un même hôpital de la Montérégie ont été incluses dans l'étude. Tous les patients identifiés entre 2003 et 2007, traités par la combinaison de la thérapie par pression négative et du pansement d'argent nanocristallin ont été inclus (n = 5). Les autres patients ont été traités de façon conventionnelle (n = 5). Un troisième groupe a fait l'objet d'une évaluation au moyen de la combinaison, mais après une amputation (n = 6). Tous les frais hospitaliers disponibles ont été inclus dans les calculs à un niveau de précision le plus élevé possible. Les résultats de notre recherche dévoilent que, sur un suivi moyen d'environ trois ans, le coût moyen du traitement d'un ulcère du pied diabétique sévère s'élève à 71 420,98 $ pour le groupe des patients traités de façon conventionnelle et à 78 771,10 \$ pour le groupe traité par la combinaison. Pour tous les groupes confondus, le coût du traitement local de la plaie représente environ 4 % du coût total alors que les frais reliés à l'hospitalisation en représentent 60 %. De plus, les résultats des analyses de survie montrent un risque significatif six fois moins élevé de subir une amputation lorsque le patient reçoit le traitement combiné par rapport au traitement conventionnel. Nos résultats se démarquent de ceux publiés jusqu'à maintenant, par une méthode de calcul la plus précise possible. Les résultats nous permettent de conclure que le traitement combiné représente une minime partie du coût total du traitement par rapport aux frais hospitaliers et permet d'éviter des amputations.

Nous avons effectué une étude bibliographique intitulée “The diabetic foot microbiota: A review”. Cette revue a permis une réactualisation des données connues sur le microbiote du pied diabétique. Nous avons discuté le rôle des bactéries dans la pathogénèse de l’ulcère du pied diabétique et la différenciation entre l’infection et la colonisation bactérienne au niveau de la plaie ainsi que la superposition de l’approche moléculaire et la culture. Nous avons étudié le microbiote du pied diabétique infecté par culturomic. Il s’agit de varier les conditions de culture, puis identifier les colonies par MALDI-TOF ou par amplification et séquençage ARNr 16S. Cette technique s’est montrée efficace dans l’élargissement de l’éventail des bactéries identifiées. 53 espèces bactériennes différentes ont été identifiées à partir des échantillons de 43 patients. L’hétérogénéité et la richesse des plaies se sont montrées importantes. Staphylococcus aureus était l’espèce dominante. Nous nous sommes servis de tests statistiques pour évaluer l’influence que les facteurs cliniques chez les patients pourraient avoir sur la composition de cette flore et l’évolution de la plaie. On s’est orienté vers des souches spéciales « ExPEC » isolées des pieds diabétiques reconnues par leur virulence et impliquées dans des infections extra intestinales sévères. Nous avons disposé d’une collection de souches d’E Coli isolées des pieds diabétiques afin de mener une étude génétique. Nous sommes parvenus à amplifier les gènes de virulence, classer les souches par phylogroupes et les assembler dans des clones. En plus, nous avons réalisé un typage des souches ainsi qu’une exploitation des gènes de résistance<br>We conducted a bibliographic study entitled "The Diabetic Foot Microbiota: a review". This review has offered an update of the data concerning the diabetic foot microbiota. We discussed the role of bacteria in the pathogenesis of diabetic foot ulcer, the differentiation between infection and bacterial colonization of the wound and the importance of superposing culture and molecular Tools.We studied the diabetic foot microbiota using the culturomics. It consists in varying the culture conditions and then to identify the colonies by MALDI-TOF or 16s rRNA amplification and sequencing. We decided to practice this technique on the diabetic foot microbiota because it has proven to be effective in broadening the range of identified bacteria. 53 different bacterial species were identified from the samples of 43 patients. The heterogeneity and richness of the wounds were elevated. Staphylococcus aureus was the dominant species. We used statistical tests to evaluate the influence that clinical factors in patients might have on the composition of this flora and the evolution of the wound. We targeted special strains « ExPEC »isolated from diabetic feet known to their virulance and involved in severe extra intestinal infections. We disposed of a collection of E Coli strains isolated from diabetic wounds to conduct a genetic study. We have managed to amplify the virulence genes, classify the strains by phylogroupes and assemble them in clones. In addition, we performed a strain typing as well as an exploitation of the resistance genes

Les infections des plaies de pied diabétique sont difficiles à traiter du fait des artériopathies diminuant la diffusion des antibiotiques jusqu'à leur cible. De plus, l'augmentation des résistances bactériennes engendre des impasses thérapeutiques pouvant conduire à l'amputation. Afin de développer des alternatives thérapeutiques, la mise au point d'un modèle animal était nécessaire. Nous avons développé un modèle murin de plaie diabétique chronique infectée à S. aureus. Ce modèle a permis de mimer une plaie restant ouverte et infectée par 109 bactéries/g de tissu au 14e jour de l'infection. La mesure de cytokines cutanées a mis en évidence une augmentation de l'IL-17 et un effondrement de l'IL-10, témoignant du profil inflammatoire. Secondairement, l’application locale à 48h de l'infection d’une suspension de phages a été comparée à une administration per os d'amoxicilline/clavulanate durant 5 jours, et à l'association des 2 traitements. Les résultats ont montré une meilleure survie des animaux dans les 3 bras traités vs. contrôle. La diminution de la charge bactérienne de la plaie a été la plus importante dans le bras traité par phages seuls, puis dans le bras traité par l'association. La charge bactérienne des souris traitées par antibiotique seul était peu diminuée. La mesure de l'IL-17 et de l'IL-10 cutanées n'a pas mis en évidence de différence significative entre les différents traitements. L'impact sur le microbiote intestinal est encore en cours d'évaluation. Notre modèle sera utile à la mise au point d'alternatives aux traitements conventionnels des plaies diabétiques infectées. L'utilisation topique de bactériophages semble être une piste prometteuse<br>Infections of diabetic foot wounds are difficult to treat because arterial diseases reduce the spread of antibiotics to their target. In addition, the increase in bacterial resistance generates therapeutic impasses that can lead to amputation. In order to develop therapeutic alternatives, the development of an animal model was necessary. We have developed a mouse model of chronic diabetic wound infected with S. aureus. This model allowed to mimic a wound remaining open and infected with 109 bacteria / g of tissue at the 14th day of infection. Measurement of cutaneous cytokines showed an increase in IL-17 and a collapse of IL-10, indicating the inflammatory profile. Secondarily, the local application at 48 hours of infection of a phage suspension was compared to oral administration of amoxicillin / clavulanate for 5 days, and to the combination of the 2 treatments. The results showed a better survival of the animals in the 3 arms treated vs. control. The decrease in the bacterial load of the wound was greatest in the arm treated with phages alone, then in the arm treated by the association. The bacterial load of mice treated with antibiotic alone was slightly decreased. The measurement of cutaneous IL-17 and IL-10 did not show any significant difference between the different treatments. The impact on the gut microbiota is still being evaluated. Our model will be useful in developing alternatives to conventional treatments for infected diabetic wounds. Topical use of bacteriophages seems to be a promising avenue

L'ulcère du pied diabétique (UPD) affecte 15 à 25 % des personnes diabétiques. Le traitement recommandé de la mise en décharge de l'ulcère est peu appliqué, entraînant des délais de guérison excessifs et des coûts élevés pour le système de santé. Peu d'études abordent le sujet des facteurs responsables de la faible adoption des pratiques exemplaires pour le traitement de décharge de l'UPD en soins de première ligne. Les objectifs spécifiques de ce projet de maîtrise sont d'élaborer et de valider deux questionnaires, un dédié aux patients et un dédié aux professionnels de la santé, explorant les facteurs influençant l'adoption des pratiques exemplaires pour le traitement de la mise en décharge de l’UPD en soins de première ligne. En guise de référence à l'élaboration des questionnaires, un guide de développement d'instrument de mesure, inspiré de la théorie du comportement planifié, a été utilisé. L'analyse de deux types de validation a été entreprise, soit l'analyse de la validité de contenu et de la stabilité temporelle. Les résultats ont démontré des scores particulièrement élevés de validité de contenu et des scores de stabilité temporelle satisfaisants pour le questionnaire dédié aux patients. Le questionnaire dédié aux professionnels de la santé a aussi remporté des scores de validité de contenu particulièrement élevés, mais les items ont obtenu des scores de stabilité temporelle faibles. Le niveau de connaissance des participants sur le sujet exploré a eu une influence majeure sur les résultats de stabilité temporelle. Pour la version finale des questionnaires, seulement les items obtenant des scores élevés de validité de contenu et de stabilité temporelle ont été conservés. Cette étude a fait l'objet d'un article de recherche intitulé Development of Survey Tools to Explore Factors Influencing the Adoption of Best Practices for Diabetic Foot Ulcer Offloading et a été soumis à la revue Journal of Wound Ostomy & Continence Nursing. Les réponses obtenues aux items remportant des coefficients de validité forts sont brièvement examinées à la partie discussion. Les résultats de ce projet de maîtrise permettent de souligner la nécessité de recourir à une méthodologie rigoureuse pour l'obtention d'instruments de mesure valides; un élément trop souvent négligé dans les études sur les soins de santé.

The object of the thesis is to analyze the potential of thermography in the early diagnosis of type 2 diabetic foot. The main advantages of thermography are that it is simple to use, non-invasive, contactless, non-irradiant, and fast. A robust acquisition protocol is proposed, as well as a dedicated image processing algorithm. The algorithm includes a pre-processing step, plus a segmentation and a rigid registration procedures. Various parameters are assessed: the mean and standard deviation of right and left feet plantar surfaces temperaure, as well as the percentage of pixels such that the absolute point to point temperature difference between right and left feet is greater than 2.2°C. A percentage greater than 1% indicates significative hyperthermia regions. A transversal clinical study is conducted on a population of 85 persons of type 2 diabetic foot. They are classified in one of these three groups: Low risk, Medium risk, and High risk. For the Low risk group, the mean temperature is close to 32°C. For the medium one, it goes down to 31°C, and increases for the High risk group to a value of 32°C. In the early stage of diabetic foot, i.e. from the Low risk group to Medium risk group, the plantar foot surface temperature is lowered by 1°C: if this result is confirmed by other clinical tests, this information can be useful for the early diagnosis of diabetic foot. Finally, 9 images out of the 85 show hyperthermia, mainly in the heel or toes regions. This hyperthermia indication may be of a substantial assistance in the early prevention of foot ulcer and can help in avoiding subsequent foot amputation.

Conception et évaluation d’un modèle biomécanique, éléments finis, patient-spécifique, du pied humainApplications en podologie, orthopédie et diabétologieLe pied est une des structures les plus complexes du corps humain. Avec 28 os, 33 articulations et une centaine de structures ligamentaires, cette entité poly articulée est le résultat d’une hyperspécialisation ayant contribué à faire de l’homme l’unique primate totalement bipède. Quelque soit le relief, quelque soit le mouvement en cours, le pied transmet au tibia le bon vecteur force afin de finaliser le geste de la manière la plus précise et économe en énergie possible dans l’objectif de préparer l’action des segments sus jacents. Ainsi, en cas de lésion d’une des structures, l’ensemble du complexe pied doit pouvoir s’adapter, si ce n’est pas le cas, les tissus mous, les articulations ou les os seront fragilisés et verront leur fonction propre au sein de ce complexe altérée.Prédire l’adaptation du pied à une modification structurelle, tissulaire, neurologique ou fonctionnelle est un enjeu important dans l’estimation du risque lésionnel.Afin d’initier une réponse à ces problématiques, nous avons décidé au cours de cette thèse de modéliser le pied humain avec des outils mathématiques de simulation biomécanique. Dans un premier temps, un modèle tridimensionnel musculo-squelettique du pied a été reconstruit à partir d’imagerie scanner. Le pied polyarticulé en multicorps rigides obtenu possède des articulations uniquement contraintes par les ligaments et contacts osseux. Les muscles ont été implémentés afin de piloter le modèle en dynamique directe. Enfin, les tissus mous comme les volumes musculaires, le gras et la peau ont été maillés en éléments finis. L’utilisation d’un environnement de programmation multi-physique open source (Artisynth) a permis de coupler la modélisation musculo-squelettique et éléments finis.• L’adaptation du pied au sol en orthostatisme a été évaluée par comparaison des cartographies de pression d’une mise en charge simulée avec la mise en charge réelle du sujet.• Le contrôle moteur du pied en chaine ouverte par l’activation des muscles extrinsèques a été évalué en comparant la cinématique du modèle biomécanique pilotée par électromyographie avec la cinématique capturée en laboratoire sur un mouvement d’abduction – adduction.• Nous avons ensuite cherché à comprendre comment une arthrodèse de cheville modifie la cinématique du pied à la contraction musculaire, l’objectif étant d’aider au réglage chirurgical du geste.• Enfin nous avons utilisé les dernières avancées sur la physiologie de la plaie de pression afin de prédire le risque d’ulcération sur un pied neuroarthropatique diabétique par simulation numérique.Le modèle ainsi que les routines de simulations mis en place nous permettent d’avoir un des modèles les plus aboutis du pied humain utilisant aussi bien des données physiques externes comme les données baropodométriques, les données d’analyse quantifiée du mouvement ou encore les données électromyographiques. Ce modèle permettra par l’intermédiaire d’outils de mesh-matching d’obtenir des modèles patients spécifiques. Les domaines d’applications porteront sur l’aide au geste chirurgical, la prévention des risques d’ulcération, l’analyse avancée des relations entre le pied et le membre inférieur, mais aussi l’aide à la conception de prothèse en orthopédie classique et en mécatronique<br>Biomechanical modeling of the human foot. Application to the healthy and pathological subject.The foot is one of the more complex structures of the human body. With 28 bones, 33 joints and a hundred ligamentous structures, this articulated entity is the result of a hyper specialization that makes humans the only obligate bipedal primates. Whatever the terrain, whatever the current movement, the foot transmits to the tibia the right force vector to finalize the gesture in the most precise and efficient manner and prepares the action of the lower limb. Thus, in case of injury to one of the structures, the whole foot complex must adapt if it is not the case, soft tissues, joints or bones are fragile and will have their own function within this complex altered .Predicting the foot’s adaptation of a structural, tissue, neurological or functional modification is an important issue in estimating the risk lesion on locomotion, in the design of therapeutic footwear and orthotics of the degenerative foot, but also in the future of this complex in situations where the boundary conditions change like working in microgravity or foot exoskeleton coupling.To initiate a response to these problems, we decided during this thesis to model the human foot with mathematical tools for biomechanical simulation. Initially, a musculoskeletal three-dimensional model of the foot was reconstructed from computed tomography. The multi-articulated foot joints constraints obtained by ligaments and bone contact. The muscles have been implemented to control the model in direct dynamic. Finally, the soft tissues such as muscle volume, fat and skin were meshed into finite elements. Using a multi-physics open source programming environment (Artisynth) allowed to couple musculoskeletal modeling and finite elements.• Adapting the foot on the ground in upright posture was evaluated by comparing the pressure maps at a simulated load setting with the actual loading pressure map of the subject.• The motor control of foot in opened chain by activation of the extrinsic muscles was assessed by comparing the kinematics of the biomechanical model piloted by electromyography with kinematics captured in the laboratory on a movement of abduction - adduction.• We then sought to understand how an ankle arthrodesis alter the kinematics of the foot muscle contraction, with the aim of helping the surgical setting gesture.• Finally, we used the latest advances in the physiology of a pressure ulcer to predict the risk of ulceration on diabetic foot with Charcot neuro arthropathy by numerical simulation.The model and simulation routines in place allow us to have one of the most successful models of the human foot using both external physical data like pedobarographic data, motion analysis data or electromyography data. This model will allow through mesh-matching tool to obtain specific patient models. The fields of applications will focus on assisted surgery, prevention of ulceration, advanced analysis of relations between the foot and the leg, but also will help the prosthesis design in orthopedic and mechatronics

Objectifs : Le but du présent mémoire était de dresser un portrait global de la problématique des patients aux prises avec un ulcère plantaire diabétique (UPD) traités par une équipe interdisciplinaire spécialisée à la Clinique des plaies complexes (CPC) de l'Hôtel-Dieu de Lévis du Centre intégré de santé et de services sociaux (CISSS) de Chaudière-Appalaches et d'évaluer la qualité de la prise en charge basée sur des indicateurs de qualité reconnus. Méthodes et devis d'étude : Pour ce faire, premièrement, une étude rétrospective observationnelle d'une cohorte de patients adultes, diabétiques, avec un UPD, ayant fréquenté la CPC entre 2012 et 2018, a été réalisée. Un total de 140 patients a rempli les critères d'éligibilité. Les données ont été extraites des dossiers médicaux électroniques provenant de registres. Des analyses prédictives et explicatives ont été effectuées par régression logistique multivariée et au moyen de courbes Receiver Operating Characteristic (ROC). Deuxièmement, une analyse descriptive de la qualité des soins a été réalisée, basée sur le modèle étendu de Donabedian, à partir de 22 indicateurs de qualité reconnus (3 de structure, 9 de processus, 10 d'issues). Résultats : Près de la moitié des patients traités pour un UPD dans une clinique de soins des plaies selon une approche intégrée interdisciplinaire atteignent la guérison complète de leur plaie en 3 mois ou moins. Le meilleur prédicteur de la guérison de la plaie à trois mois était une réduction de l'aire de la plaie de 41,8% à un mois (aire sous la courbe ROC-AUC : 0,86; sensibilité : 83,1%; spécificité : 67,2%; valeur prédictive positive : 72,8%; valeur prédictive négative : 78,9%; rapports de vraisemblance positif et négatif : 2,53 et 0,25, respectivement). Les variables initiales associées négativement à ce prédicteur étaient : le sexe masculin (RC 3,58, IC95% : 1,30- 9,87), le tabagisme (RC 4,70, IC95% : 1,44-15,29) et la présence d'une onde monophasique au Doppler (RC 7,52, IC95% : 2,64-21,39). Les résultats suggèrent que les principaux indicateurs de structure et de processus ont été rencontrés, alors que les indicateurs d'issues ont été influencés par les caractéristiques de la population, particulièrement la maladie vasculaire athérosclérotique périphérique (MVAS) et l'ischémie critique chronique. Conclusions : Le clinicien devrait être particulièrement vigilant et intensifier sa prise en charge de l'UPD chez les patients masculins fumeurs présentant initialement une onde monophasique au Doppler, de même que chez tous ceux qui ne présentent pas de réduction de l'aire de la plaie d'au moins 41,8% après quatre semaines de traitements. Cette étude est l'une des premières à étudier la qualité des soins et de la prise en charge de l'UPD. Les résultats suggèrent que ce modèle de clinique avec une approche interdisciplinaire remplit une majorité de critères d'indicateurs de qualité. Considérant le fardeau socio-économique de l'UPD pour les patients, les établissements de santé et les décideurs politiques; qu'il n'y ait que peu d'études concernant l'évaluation de la qualité et de la performance des soins et de la prise en charge de l'UPD, nous suggérons davantage d'études sur le sujet. De la recherche portant sur la performance et centrée sur le patient, particulièrement par une approche de patients-partenaires, devrait être intégrée pour une perspective plus large et complète de l'évaluation des soins.<br>Objectives: The objectives of this Master's thesis were to determine the wound healing outcomes of patients with a diabetic foot ulcer (DFU) treated with an interdisciplinary team approach at the Complex Wound Care Clinic (CWCC) of Hôtel-Dieu de Lévis Hospital of Centre intégré de santé et de services sociaux (CISSS) de Chaudière-Appalaches and to evaluate its quality of care based on recognized quality indicators. Methods: First, a retrospective observational cohort study of adult patients, with a plantar DFU, treated between 2012 and 2018 at the CWCC, was conducted. A total of 140 patients were included. Data were retrieved from electronic medical charts based on registries. Predictive and explanatory analyses were conducted with logistic multivariate regression and Receiver Operating Characteristic (ROC) curves. Second, a descriptive analysis of the quality of care was performed with an extended Donabedian model based on 22 recognized quality indicators (3 for structure, 9 for processes, 10 for outcomes). Results: About half of patients with a DFU treated with an interdisciplinary team approach healed during the first 3 months. The best predictor of wound healing at 3 months was a 41.8% wound size reduction at 4 weeks (AUC: 0.86; sensitivity: 83.1%; specificity: 67.2%, positive predictive value: 72.8%; negative predictive value: 78.9%; positive and negative likelihood ratios: 2.53 and 0.25, respectively). Main baseline variables negatively associated with this predictor were: male gender (OR 3.58, 95% CI (1.30-9.87)), cigarette smoking (OR 4.70, 95% CI (1.44-15.29)), and a monophasic Doppler waveform (OR 7.52, 95% CI (2.64-21.39)). The principal indicators regarding structure and processes were met, while outcome indicators were influenced by study population characteristics, particularly peripheral artery disease (PAD) and critical-limb ischemia. Conclusions: The health care provider should be cautious, adopt a prompt response and intensify its management of DFUs particularly with patients of male gender, smoking, having a monophasic waveform with a hand-held Doppler, and not achieving a minimal 41.8% wound area reduction at four weeks of treatment. This study suggests that DFU care at a Canadian wound care clinic with an interdisciplinary approach meets a majority of quality of care indicators. The socio-economic burden of DFUs for patients, health care organizations and policy makers, and the paucity of quality and performance evaluations call for more studies evaluating DFU care. Patient-centered performance research, especially with a patient-as-partner approach, should be integrated for a broader and complete evaluation of care.

La dysbiose est une cause importante dans la survenue de maladies, favorisant la prolifération de pathogènes ou induisant l’inflammation. L’étude de ce phénomène est devenue possible grâce aux approches d’analyse génomique (AG) associé avec d’autres techniques. L’entérocolite nécrosante (ECN) et l’infection du pied diabétique (IPD) demeurent deux maladies associées à la dysbiose dans lesquels différents bactéries ont été décrites, notamment C. butyricum dans l’ECN, E. coli et S. aureus dans l’IPD. Dans le cadre de l’ECN, C. butyricum demeure l’espèce la plus fréquente chez les ECN. L’identification clusters liés géographiquement et en fonction du temps. Le portage asymptomatique est suggéré par une similarité génomique des souches patients et contrôles. La prédiction d’un gène de β-hémolysine ainsi leur effet cytotoxique sur les cellules Jurkat avait été observé. De même, sur les cellules Caco-2 malgré le KO du gène de β-hémolysine. En se basant sur l’analyse physico-chimique du surnageant bactérien, nous avons suggéré que la fraction cytotoxique est protéique. La purification de la fraction cytotoxique a permis de trouver une protéine codant pour PspC family possédant un domain conservé commun avec celui de la toxine A/B. L’inactivation du gène codant pour cette protéine n’a pas supprimé l’effet cytotoxique, suggérant la présence d’une combinaison gènes. En parallèle, nous avons ciblé l’impact de C. neonatale par qRPC spécifique rpoB. Cette espèce était plus fréquente chez les patients, ainsi de clones géographiques ont été identifiées. Enfin, des SNPs ont été observés dans des gènes de virulence dans le cas des E. coli et S. aureus isolés de l’IPD<br>Dysbiosis remains a main cause during the establishment of several diseases, by promoting bacterial translocation, leading to inflammation process. Specific microorganisms were involved in the pathogenesis of dysbiosis-associated diseases, notably necrotizing enterocolitis (NEC) and diabetic foot (DF). This was possible by the implication of whole-genome analysis (WGA) in association with other techniques. In case of NEC, C. butyricum was significantly associated with in NEC; tested on a South-East French cohort. Geographical and/or temporal clusters were identified, thus genomic relationship between NEC-associated isolates and controls, suggesting the presence of asymptomatic carriage. Genes encoding for β-hemolysin was detected and C. butyricum supernatant exhibited cytotoxic effect on Jurkat cells. Cytotoxic effect was also presented on Caco-2 cells. Supernatant of β-hemolysin-mutant C. butyricum showed enterotoxic effect. Basing on physico-chemical data, we assumed that the evaluated fraction was a protein. Proteomics analysis revealed that PspC family was the cytotoxic protein. This protein owned a glucan-binding domain, shared by C. difficile toxin A/B. The KO of PspC gene was enterotoxic, suggesting by this the existence of a combination of genes. In parallel, a specific rpoB-based qPCR was developed to identify C. neonatale. We found that, C. neonatale was more prevalent in NEC than in controls. Although co-identified in association with C. butyricum. C. neonatale clones were distinguished especially in strains isolated from the same hospital. Regarding to DF infection, SNPs were identified within S. aureus and E. coli genomes, especially in virulent genes

Un des enjeux majeurs dans la gestion de la plaie de pied diabétique est l’obtention d’informations permettant d’anticiper l’évolution de ces infections. Actuellement, il n’existe pas d’outils suffisamment efficaces qui permettent de distinguer une plaie colonisée d’une plaie infectée. L’approche proposée est basée sur discrimination de plusieurs bactéries fréquemment retrouvées dans les plaies chroniques de pied diabétique à partir de leur profil métabolique, et plus particulièrement des métabolites volatils qu’elles produisent. En effet, le dynamisme du métabolisme bactérien serait à même de mettre en évidence les changements qui s’opèrent dans la plaie. Dans un premier temps, une nouvelle méthodologie de concentration des métabolites volatils par Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) a été développée. Elle est basée sur l’utilisation de barreaux qui sont placés à la fois dans le milieu de culture et en espace de tête, suivie d’une analyse par GC-MS. La méthode a ensuite été comparée avec une autre méthode de concentration utilisant des fibres (la SPME) et a montré une meilleure capacité de concentration, permettant ainsi une détection plus sensible. Cette méthodologie a ensuite été utilisée pour suivre la production métabolique de six souches bactériennes cultivées dans des conditions mimant la plaie chronique. Grâce à leur profil métabolique, il a été possible de distinguer des espèces bactériennes. De plus, de manière plus surprenante, il a été possible de distinguer deux souches de Staphylococcus aureus présentant des profils de virulence différents. Enfin, une étude en co-culture a mis en évidence que 83% des métabolites produit en culture simple étaient retrouvés, prouvant l’intérêt de la méthodologie pour distinguer des souches bactériennes d’une même espèce au sein d’une plaie<br>One of the major challenges in the management of diabetic foot wounds is to obtain information to anticipate the evolution of these infections. Currently, there are no sufficiently effective tools to distinguish a colonized wound to an infected wound. The proposed approach is based on the discrimination of several bacteria frequently found in chronic diabetic foot wounds from their metabolic profile, and more specifically the volatile metabolites they produce. Indeed, the dynamism of bacterial metabolism would be able to highlight the changes that are occurring in the wound. First, a new methodology for the concentration of volatile metabolites by Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) was developed. It is based on the use of stir bars that are placed both in the culture medium and in headspace, followed by GC-MS analysis. The method was then compared with another concentration method using the fibres (SPME) and we highlighted a better concentration capacity with a more sensitive detection. This methodology was then used to monitor the metabolic production of six bacterial strains grown under conditions mimicking the chronic wound. Their metabolic profile allowed us to distinguish bacterial species. Moreover, more surprisingly, it was possible to distinguish two strains of Staphylococcus aureus with different virulence profiles. Finally, a co-culture was performed and we showed that 83% of the metabolites produced in simple culture were found, proving the interest of the methodology to distinguish bacterial strains of the same species within a wound

Le biofilm bactérien constitue un obstacle majeur à la cicatrisation des plaies. Par ailleurs, il est responsable de l’émergence d’une résistance et d’une tolérance accrues aux antibiotiques. Par conséquent, le développement de systèmes de délivrance contrôlée d’un agent ciblant la structure du biofilm apparaît comme une approche thérapeutique alternative indispensable et urgente pour la prise en charge des plaies chroniques. A travers cette étude, nous avons développé des systèmes membranaires pour pansements libérant une protéine, la dispersine B (DB),capable de cibler de manière sélective la matrice du biofilm, en créant un microenvironnement délétère pour le biofilm bactérien. Pour ce faire, nous nous sommes intéressés aux membranes asymétriques (MAs) à base de polyesters biodégradables tels que le poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate), le poly (butylène succinate-co-butylène adipate) (PBSA), et l’acide polylactique. En incorporant dans la solution de polymère des agents porogènes hydrophiles (APs), nous avons pu obtenir des MAs à porosité élevée, un réseau poreux interconnecté, perméables au dioxygène et à l’eau vapeur. En utilisant l’albumine de sérum bovin, nous avons pu montrer que la capacité de piégeage de la protéine et sa libération contrôlée à partir des MAs de PBSA était influencée par la structure de celles-ci et la présence d’APs résiduels. Les études in vitro ont montré une très grande efficacité anti-biofilm à la fois en inhibition et en dispersion (jusqu’à 80%). Les tests standards normalisés de cytotoxicité in vitro ont montré que les MAs de PBSA non chargées et chargées en DB répondaient aux critères de cytocompatibilité exigées pour une application de type pansement<br>Bacterial biofilms are a major obstacle to the wound healing process. In addition, they are responsible for the emergence of resistance and tolerance to antibiotics. Hence, the development of controlled drug delivery systems targeting the bacterial biofilm appears as an urgent and essential alternative therapeutic approach for the effective management of chronic wound. In this work, we developed wound dressings in which a protein, dispersin B (DB), is released capable of selectively targeting the biofilm matrix, creating a deleterious microenvironment for the bacterial biofilm. To this end, we were interested in asymmetric membranes (AMs) from biodegradable polyesters such as the poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate), the poly (butylene succinate-co-butylene adipate) (PBSA) and the polylactic acid. By the incorporation of hydrophilic porogen agents (PA), we were able to obtain AMs with a high level of porosity, exhibiting a porous interconnected network and oxygen and water vapor permeability. Using bovine serum albumin as a model protein, we demonstrated that protein loading and release from the PBSA AMs were affected by the membrane structure and the presence of residual PA. In vitro studies showed highest antibiofilm efficiency both in inhibition and dispersion (up to 80%). Normalized in vitro cytotoxicity standard assays revealed that unloaded and DB-loaded PBSA membranes met cytocompatibility criteria required for wound dressing applications