Les travaux présentés dans cette Habilitation à Diriger des Recherches concernent la restitution des déformations volumiques du ventricule gauche du cœur au cours du temps. Les données sont des images échocardiographiques acquises pendant un seul cycle cardiaque avec un nouveau prototype de sonde ultrasonore, dont le capteur est mis en rotation rapide (jusqu'à 8 tours par seconde) à l'intérieur de la tête de la sonde. Ces recherches s'inscrivent dans la thématique scientifique des modèles dynamiques déformables de la discipline "Traitement du Signal et de l'Image". Elles portent plus particuliè¬rement sur les modélisations harmoniques multidimensionnelles. En 2D, les contours du ventricule sont modélisés pour restituer simplement des portions absentes (frontières virtuelles) ou déformées de ces contours, en fournissant des paramètres de forme directement interprétables et en nombre limité. En 3D, un volume du ventricule est reconstruit à partir de quelques contours en utilisant un modèle dont les paramètres sont les coefficients de Fourier basses fréquences de ces contours. En 4D, les déformations du ventricule sont obtenues pendant un cycle cardiaque en étendant le modèle précédent. L'ajustement des paramètres du modèle aux données (itératif, mais robuste et rapide) réalise une pseudo-interpolation circulaire de Shannon sur les données, même lorsque la répartition spatiale de celles-ci n'est pas uniforme ou qu'elle varie au cours du temps. Un protocole clinique, VG4D, a été développé pour valider l'ensemble des travaux. Il est utilisé dans les services de Cardiologie et de Médecine Nucléaire du Centre Hospitalier Régio¬nal d'Orléans et Universitaire de Tours. Les campagnes d'expérimentation menées ont montré l'intérêt de VG4D pour visualiser la contraction du ventricule au cours du temps.

La sténose aortique calcifiante est la maladie cardiovasculaire la plus commune dans les pays développés après la maladie coronarienne et l’hypertension artérielle systémique. L’évaluation de la sévérité hémodynamique de la sténose aortique est très simple sauf lorsqu’il existe une discordance entre les indices échocardiographiques de sévérité, ce qui est le cas chez 30 à 60% des patients. L’occurrence de cette discordance est bien connue et acceptée dans le cas des patients avec bas débit avec ou sans diminution de la fraction d’éjection. Par contre chez les patients avec un débit cardiaque normal, cette discordance est attribuée à des erreurs de mesure et la sténose est considérée comme non-sévère. Or, nous avons montré récemment qu’au moins 50% des patients dans cette situation pouvaient avoir une sténose aortique sévère et le besoin de subir un remplacement valvulaire aortique afin d’éviter un devenir très sombre. Cette discordance pourrait être fortement liée à la concomitance d’une hypertension artérielle systémique et/ou d’une compliance artérielle diminuée. La présence d’un ou deux de ces facteurs pourrait pseudo-normaliser le gradient transvalvulaire et ainsi masquer la sévérité de la sténose aortique. Notre équipe a d’ailleurs récemment démontré que les patients avec hypertension artérielle systémique ou une compliance artérielle diminuée avaient une sténose aortique moins sévère évaluée par échocardiographie alors que la quantité de calcium, mesuré par tomodensitométrie, sur la valve aortique était identique à celle des patients normotendus et avec une compliance normale. Malheureusement dans cette étude, les mesures de pression artérielle et de compliance étaient faites uniquement au niveau périphérique. Nous avons émis l’hypothèse que le calcul de la compliance centrale expliquerait mieux la discordance entre les marqueurs échocardiographiques de sévérité de la sténose aortique chez des patients normotendus. Nous avons donc réalisé une étude chez 224 patients avec sténose aortique qui ont eu une échocardiographie et une mesure de la compliance artérielle périphérique et centrale à l’aide du SphygmoCor® . / Calcifying aortic stenosis is the most common cardiovascular disease in developed countries after coronary artery disease and systemic hypertension. Evaluation of the hemodynamic severity of aortic stenosis is very simple except when there may be a discrepancy between echocardiographic indices of severity, in 30 to 60% of patients. The occurrence of this discrepancy is well known and accepted in the case of patients with low flow with or without reduction of the left ventricule ejection fraction. On the other hand, in patients with normal cardiac output, this discrepancy is attributed to measurement errors and the stenosis is considered non-severe. However, we have recently shown that at least 50% of patients in this situation may have severe aortic stenosis and in need for aortic valve replacement to avoid a very dark fate. This discrepancy could be strongly related to the concomitance of systemic arterial hypertension and / or decreased arterial compliance. The presence of one or two of these factors could pseudo-normalize the transvalvular gradient and thus mask the severity of the aortic stenosis. Our team has recently demonstrated that patients with systemic arterial hypertension or decreased arterial compliance had a less severe aortic stenosis assessed by echocardiography while the amount of calcium, measured by computed tomography, on the aortic valve was identical to that of normotensive patients and with normal compliance. Unfortunately, in this study, blood pressure and compliance measurements were made at the peripheral level. We hypothesized that measurement of central compliance would better explain discordance between echocardiographic markers of aortic stenosis severity. We thus performed a study in 224 patients with aortic stenosis who underwent a Dopplerechocardiography and a measure of peripheral and central compliance with the use of SphygmoCor® .

La sténose aortique (SA) est la maladie cardio-vasculaire la plus répandue dans les pays développés après la coronaropathie et l'hypertension artérielle (HTA). La prévalence de la SA augmente avec l'âge pour atteindre 2 à 5% chez les patients de plus de 65 ans. La SA est une maladie dégénérative fibrocalcique, dont les facteurs de risques sont similaires à ceux de l’athérosclérose. L’HTA touche entre 30 et 80% des patients atteints d’une SA et l’interaction entre l'hémodynamique valvulaire et artérielle peut affecter de manière considérable l'évaluation de la sévérité de la SA et la conduite clinique qui en découle. Cette interaction est responsable d’une sous-estimation du degré de sévérité de la SA et de la pression artérielle. Ainsi, les patients avec une SA sévère et HTA avancée peuvent être considérés comme ayant une SA modérée et une HTA légère. Par conséquent, les guides de pratique clinique recommandent actuellement une réévaluation de la sévérité hémodynamique de la SA après normalisation de la pression artérielle. Objectif principal de notre étude : évaluer l’impact de la normalisation de la pression artérielle chez les patients hypertendus avec une SA sur les paramètres hémodynamiques de la sévérité de la SA à l’échocardiographie-Doppler après un mois de traitement avec antagoniste des récepteurs de l’angiotensine. Hypothèse principale : La normalisation de la pression artérielle seule n’aura que très peu d’un impact sur l’évaluation de la sévérité de la SA. D’autres paramètres vasculaires, en particulier la compliance artérielle systémique, aura plus d’importance dans la modification des paramètres hémodynamique de la SA mesurés à l’échocardiographie-Doppler. / Aortic stenosis is the most common cardiovascular disease in high-income countries after coronary artery disease and systemic arterial hypertension. The prevalence of aortic stenosis increases with age, reaching 2 to 5% in patients over 65 years. AS is a degenerative fibrocalcific disease with the similarities between risk factors and pathophysiological processes to atherosclerosis. Arterial hypertension affects between 30 and 80% of patients with aortic stenosis, and the interaction between valvular and arterial hemodynamics may significantly affect evaluation of AS severity and the ensuing clinical conduct. This interaction is responsible for an underestimation of the AS severity and of blood pressure severity. Thus, patients with severe aortic stenosis and advanced arterial hypertension can be considered to have moderate AS and mild arterial hypertension. Therefore, practice guideline currently recommends a reassessment of the hemodynamic AS severity after normalization of blood pressure. The main objective of our study: to assess the impact of arterial hypertension treatment in the hemodynamic evaluation of AS severity on Doppler echocardiography. The main hypothesis of our study: the isolated management of blood pressure would probably not have a significant impact on the assessment of the AS severity. We must include the evaluation of the systemic arterial system as well as a systemic arterial compliance.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La Sténose Aortique (SA) à bas débit (BD) peut être associée à une fraction d'éjection du ventricule gauche diminuée (BD Classique : BDC) ou conservée (BD Paradoxal : BDP) et ces deux situations sont parmi les plus difficiles rencontrées chez les patients souffrant d'une maladie valvulaire cardiaque. Bien que la SA BDC soit reconnue comme une entité clinique importante dans les guides de pratique de l'ACC/AHA et de l'ESC, ces mêmes guides ne fournissent pas de recommandations précises pour sa prise en charge, à cause d'un manque de données sur cette condition. La SA BDP est une nouvelle entité récemment décrite par notre groupe. Elle se caractérise par un remodelage concentrique du ventricule gauche plus prononcé, une cavité ventriculaire plus petite et une physiologie restrictive qui conduit à un remplissage du ventricule gauche altéré, une fonction myocardique déficiente et donc un état de bas débit. Jusqu'à récemment, cette entité n'était souvent pas diagnostiquée, la sévérité de la SA était sous-estimée ce qui entrainait un délai avant la chirurgie de remplacement valvulaire aortique. Les deux principaux défis posés par ces patients en BDC ou BDP sont de différentier une SA vraiment sévère d'une SA pseudosévère et de quantifier précisément les dommages myocardiques. Malheureusement, les paramètres traditionnels dérivés de l'échocardiographie de repos ou de stress qui sont utilisés pour évaluer la sévérité de la SA et la dysfonction du myocardique sont loin d'être optimaux. Par conséquent, la quantification de la sévérité de la maladie et la prise en charge thérapeutique peuvent ne pas être appropriées dans une proportion non négligeable de ces patients. De plus, le traitement optimal (remplacement valvulaire chirurgical, implantation transcathéter de valve aortique ou traitement médical) et le moment de son utilisation ne sont pas clairement définis pour ces différents groupes de SA BD.

L'infarctus du myocarde est la première cause de mortalité cardiovasculaire dans les pays occidentaux. La reperfusion la plus précoce possible est actuellement le seul traitement validé pour réduire la taille d'infarctus, facteur pronostique fondamental de morbi-mortalité. Cependant, la reperfusion engendre des lésions d'ischémie-reperfusion (IR) irréversibles qui précipitent la mort par apoptose des cardiomyocytes. Une approche transcriptomique nous a permis d'identifier les gènes spécifiques du postconditionnement ischémique (PostC) dans le cœur de souris. Parmi ceux-ci, l'expression du gène codant pour le récepteur métabotrope de type 1 du glutamate (mGluR1) est augmentée par le PostC. L'objectif de mon travail de thèse a été d'étudier le rôle de mGluR1 au cours de l'IR myocardique. Notre stratégie, basée sur l'utilisation de souris knock-out, a permis de confirmer l'implication de mGluR1 dans la cardioprotection. L'injection de glutamate au moment de la reperfusion myocardique permet de diminuer significativement la taille de l'infarctus par inhibition de l'apoptose. Cet effet cardioprotecteur est diminué en présence de l'antagoniste spécifique YM 298198 ou en présence de wortmannin, inhibiteur de la PI3-kinase, activée dans la cascade de signalisation du récepteur. La réduction de la taille d'infarctus par le glutamate semble associée à une amélioration de la fonction contractile du ventricule gauche en échocardiographie (par speckle tracking, méthode de quantification de la déformation myocardique) dans un modèle murin d'IR myocardique. Ces résultats, bien que préliminaires, semblent prometteurs et nous permettent d'envisager une application clinique chez le patient coronarien. / Myocardial infarction is the major cause of cardiovascular mortality in western countries. Reperfusion as early as possible is the only treatment recognized to reduce infarct size, crucial prognostic factor of morbidity and mortality. However, reperfusion leads to ischemia-reperfusion (IR) injury leading to irreversible apoptotic death of cardiomyocytes. A transcriptomic approach has allowed us to identify genes specifically regulated upon ischemic postconditioning (PostC) in the mouse heart. Among them, the expression of the metabotropic glutamate receptor type 1 (mGluR1) gene is up-regulated by PostC. The aim of my thesis work was to study the role of mGluR1 during myocardial IR. Our strategy, based on the use of knockout mice, confirmed the involvement of mGluR1 in cardioprotection. Injection of glutamate at the time of reperfusion significantly reduced infarct size via apoptosis inhibition. This cardioprotective effect was reduced in presence of the specific antagonist YM 298198 or in presence of wortmannin, an inhibitor of PI3-kinase, which is activated downstream mGluR1. In our mouse model of myocardial IR injury, decrease in infarct size after glutamate treatment seems to be associated to an improved left ventricular contractile function assessed by echocardiography (speckle tracking method quantifying myocardial strain). These preliminary results are promising and allow us to consider a clinical trial for coronary patients.

La resynchronisation cardiaque est une thérapeutique bien validée chez les patients en insuffisance cardiaque chronique. Mais devant un taux de non-répondeurs de l’ordre de 30%, de multiples approches ont été développées afin d’optimiser la sélection des patients, et tout particulièrement l’analyse des asynchronismes mécaniques en échocardiographie. Ce travail de thèse s’affiche dans le prolongement de ces travaux échocardiographiques en étudiant la réponse à la resynchronisation au-delà des asynchronismes. / Cardiac resynchronization therapy is a well-validated therapeutic in heart failure patients. However with a non-response rate of 30%, many approaches have been developed to optimize the selection of patients, especially the analysis of mechanical dyssynchrony in echocardiography. This work appears in the extension of these echocardiographic work by studying response to resynchronization beyond dyssynchrony.

La régurgitation mitrale est la valvulopathie la plus fréquente dans les pays occidentaux. La régurgitation mitrale organique est une maladie progressive, pouvant avoir des impacts importants sur la morbidité et la mortalité des patients atteints. Les seuls traitements curatifs sont la chirurgie (réparation ou remplacement de la valve) et la réparation mitrale percutanée. Cependant, une controverse est présente par rapport au moment optimal pour opérer les patients avec une régurgitation mitrale sévère asymptomatique. Plusieurs études ont démontré que les patients avec une régurgitation mitrale sévère, si suivis de façon rigoureuse et opérés rapidement après la survenue des critères chirurgicaux établis dans les guides de pratique, avait une survie équivalente à la population générale. D’autres études ont démontré que les patients étant opérés dès que leur régurgitation mitrale devenait sévère avaient une amélioration de leur qualité de vie et une augmentation de leur survie par rapport aux patients chez qui l’on attendait l’atteinte des critères chirurgicaux avant d’opérer. Il n’y a pas de stratégie valable pour tous les patients et pour tous les hôpitaux. Il est important de déterminer des facteurs permettant de stratifier le risque des patients avec une régurgitation mitrale organique afin de les suivre adéquatement et de les opérer au bon moment. Il faut comprendre qu’un grand nombre de patients, même avec une régurgitation sévère, n’auront jamais besoin d’être opérés, puisqu’ils n’atteindront jamais les critères chirurgicaux (76 % des patients avec une régurgitation mitrale sévère n’atteignent pas les critères chirurgicaux après 5 ans de suivi et 55% ne les atteignent pas après 8 ans). Les critères chirurgicaux actuels des guides de pratiques inclus : la présence de symptômes, une dysfonction du ventricule gauche (fraction d’éjection < 60% ou diamètre télésystolique >40mm), la survenue d’une fibrillation auriculaire et la survenue d’une hypertension pulmonaire. Le principal objectif de ce projet de maîtrise est de déterminer des facteurs échocardiographiques permettant d’améliorer la stratification du risque des patients avec une régurgitation mitrale organique asymptomatique. Notre hypothèse principale était que la fraction d’éjection antégrade, calculée par la méthode de Dumesnil, est supérieure à la fraction d’éjection totale, calculée par la méthode de Simpson, pour prédire la survenue d’événement (chirurgie mitrale ou décès) chez les patients avec une régurgitation mitrale organique sans critères chirurgicaux. / Mitral regurgitation is the most frequent valvular disease in western countries. Organic mitral regurgitation is a progressive disease associated with worse prognosis and reduced survival. Surgical intervention (mitral valve repair or replacement) and transcatheter mitral valve procedure are the only available therapies for severe mitral regurgitation. However, the optimal timing of mitral valve surgery in asymptomatic patients with severe mitral regurgitation remains controversial. Some studies concluded that, with a rigorous follow-up and a prompt surgery when the surgical criteria described in the guidelines occur, patients with a severe mitral regurgitation had a similar survival as the rest of the population. Several studies suggested that, in patients with severe mitral regurgitation, an early surgery after the diagnosis improved the prognosis compared to a “watchful waiting” strategy. There is probably no universal strategy for every patient in every hospital. We need to improve individualized risk stratification in patients with organic mitral regurgitation, so we can improve the follow-up of the patients and the selection of the optimal timing of the surgery. There is an important proportion of the patients who will never need to be operated because they will never meet surgical criteria and never develop symptoms. However, we are currently unable to determine which patients will develop left ventricular systolic in the postoperative period, despite the fact that they have no surgical criteria in the pre-operative period. The actual surgery criteria in the guidelines are: the occurrence of symptoms, a left ventricular systolic dysfunction (established by a left ventricular ejection fraction <60% or a left ventricular end-systolic diameter >40mm), the occurrence of a new onset of atrial fibrillation and the occurrence of a new onset of pulmonary hypertension. The objective of this master project was to identify the echocardiographic factors that improve risk stratification in patient with an asymptomatic mitral regurgitation. Our main hypothesis was that the forward left ventricular ejection fraction, calculated by Dumesnil method, is more sensitive than the total left ventricular ejection fraction to detect left myocardial dysfunction and predict event (mitral surgery or death) in patients with an organic mitral regurgitation without surgical criteria.

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

La sténose aortique (SA) est la maladie valvulaire cardiaque ayant la plus forte prévalence dans les pays occidentaux. On s’aperçoit que, malgré le respect des recommandations pour les indications opératoires, les patients présentent des évolutions très variables après chirurgie : certains patients restent symptomatiques, décèdent précocement, ou présentent une dysfonction ventriculaire gauche persistante. Il a été montré que les patients présentant à la fois une SA en bas débit (c’est-à-dire un volume d’éjection bas), une fraction d’éjection ventriculaire gauche (FEVG) altérée et un gradient de pression entre le ventricule et l’aorte abaissé avaient un pronostic péjoratif, avec un risque opératoire majoré lorsqu’ils subissaient un remplacement valvulaire chirurgical. Il a aussi été récemment démontré que, dans le contexte de la SA, un bas débit peut survenir alors que la FEVG est normale. Les objectifs généraux de ce doctorat sont d’étudier l’impact du débit (plus précisément le volume d’éjection ventriculaire gauche) sur le pronostic des patients atteints de SA, ainsi que l’évolution du débit après intervention et les déterminants de son évolution. Les résultats indiquent que le volume d’éjection ventriculaire gauche, que ce soit avant intervention, ou son évolution après TAVI (Transcatheter Aortic Valve Implantation), sont des prédicteurs indépendants puissants de mortalité chez ces patients. / Aortic stenosis (AS) is the most common valvular heart disease in occidental countries. Despite proper use of the guidelines, some patients can present adverse outcomes after surgery: some of them remain symptomatic, some die prematurely, or suffer from a persistant left ventricular dysfunction. It has been demonstrated that patients presenting an AS with low flow (i.e. low stroke volume), impaired left ventricular ejection fraction (LVEF), and a low transvalvular mean gradient, have poor prognosis, with increased risk during aortic valve replacement surgery. It has also been demonstrated that, in AS, a low flow can occur despite a preserved LVEF. The main goals of this PhD were to evaluate the impact of flow (more precisely left ventricular stroke volume) on the prognosis of patients with AS, the evolution of flow after intervention, and the factors that influence it. The results show that left ventricular stroke volume, before or after intervention, or its evolution after TAVI (Transcatheter Aortic Valve Implantation), are powerful independant predictors of mortality.