Η στεφανιαία νόσος (ΣΝ) αποτελεί τη συχνότερη πάθηση του καρδιαγγειακού συστήματος. Κύρια αιτία της νόσου είναι η αθηροσκλήρυνση, που σήμερα θεωρείται πλέον μια χρόνια φλεγμονώδης αντίδραση του αγγειακού τοιχώματος. Η λειτουργικότητα του ενδοθηλίου του αγγειακού τοιχώματος που αποτελεί προγνωστικό δείκτη καρδιαγγειακών συμβαμάτων και μέθοδο ελέγχου της ανταπόκρισης σε φάρμακα μπορεί να προσδιοριστεί με μέτρηση της αγγειοδιαστολής που διαμεσολαβείται από τη ροή (Flow-Mediated Dilation, FMD) στη βραχιόνιο αρτηρία. Σημαντικό ρόλο στην παθοφυσιολογία της αθηροσκλήρυνσης ασκεί το σύστημα Ρενίνης-Αγγειοτενσίνης-Αλδοστερόνης (Renin-Angiotensin-Aldosterone System – RAAS) που διακρίνεται σε ενδοκρινές και ιστικό. Κεντρικά σημεία του συστήματος RAAS που αποτελούν και φαρμακευτικούς στόχους είναι η μετατροπή της Αγγειοτενσίνης Ι (ΑΤ Ι) σε Αγγειοτενσίνη ΙΙ ( ΑΤ ΙΙ ) με τη δράση του μετατρεπτικού ενζύμου της ΑT Ι (Angiotensin Converting Enzyme-ACE) και η επίδραση της ΑΤΙΙ στους υποδοχείς της. Στο ιντρόνιο 16 του γονιδίου του ενζύμου ACE(17q23) έχει βρεθεί ο πολυμορφισμός I/D που προκύπτει από την παρουσία ( Insertion– I) ή την απουσία (Deletion–D) μιας Αlu αλληλουχίας μήκους 287 bp, δημιουργώντας τρείς διακριτούς γονότυπους: II, ID και DD. Οι ομοζυγώτες DD παρουσιάζουν αύξηση κατά 50% των επιπέδων του ACE στον ορό σε σχέση με τους ομοζυγώτες II. Οι ετεροζυγώτες ID εμφανίζουν ενδιάμεσα επίπεδα. Με δεδομένο το ρόλο του συστήματος RAAS στη ΣΝ, ο ρόλος του πολυμορφισμού ACE I/D έχει καταστεί αντικείμενο μελέτης ως προς την εκδήλωση στεφανιαίας νόσου και την ανταπόκριση στεφανιαίων ασθενών στα διάφορα θεραπευτικά σχήματα αποκλεισμού του συστήματος RAAS. Στην παρούσα μελέτη προσδιορίστηκε ο πολυμορφισμός ACE I/D σε 100 φυσιολογικά άτομα και σε 100 στεφανιαίους ασθενείς. Το συμπέρασμα μετά τη στατιστική ανάλυση ήταν ότι ο γονότυπος DD δεν συνδέεται στατιστικώς σημαντικά με στεφανιαία νόσο στον ελληνικό πληθυσμό που εξετάστηκε (p>0,05). Επιπλέον προσδιορίστηκε ο πολυμορφισμός ACE I/D σε 30 στεφανιαίους ασθενείς που έλαβαν διάφορα θεραπευτικά σχήματα αποκλεισμού του συστήματος RAAS. Η ανταπόκριση των ασθενών στην αγωγή εκτιμήθηκε μέσω της μεταβολής της FMD. Ο μικρός αριθμός των ασθενών και η μεγάλη τυπική απόκλιση στις μεταβολές της FMD δεν επέτρεψε την εξαγωγή ασφαλών συμπερασμάτων για το ρόλο του πολυμορφισμού στην ανταπόκριση των ασθενών στην φαρμακευτική αγωγή. / The Renin-Angiotensin-Aldosterone System (RAAS) is an important factor for the pathogenesis of Coronary Artery Disease (CAD). The key component of RAAS is the Angiotensin Converting Enzyme (ACE). An Insertion/Deletion polymorphism (I/D) has been identified in ACE gene which accounts for half the variance of serum ACE levels (1). Subsequent reports investigated the relationship between the D allele and cardiovascular diseases, icluding CAD, with conflicting results (2). We determine ACE I/D polymorphism genotype in 100 normal individuals and 100 patients with CAD of greek origin. No association was found between D allele and CAD. Moreover, we determine ACE I/D polymorphism in 30 patients with CAD who were in treatment inhibiting RAAS. No association was found between ACE I/D polymorphism and respond.

Includes addendum and corrections (leaves 390-402) / Bibliography: leaves 333-389. / xv, 402 leaves : ill. ; 30 cm. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Analyses the effects of N-acetylcysteine (NAC) alone and in combination with glyceryl trinitrate (GTN) on three models of myocardial ischaemia and reperfusion. A sensitive and specific assay for malondialdehyde (MDA) in plasma was developed in order to assess the extent of oxidative stress in this series of studies. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, Dept. of Medicine, 1996

Bibliography: leaves 257-286 / xiii, 286 leaves : ill ; 30 cm. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, Dept. of Physiology, 1992

Η εκφυλιστική στένωση της αορτικής βαλβίδας και τα οξέα στεφανιαία σύνδρομα αποτελούν τις σημαντικότερες αιτίες θανάτου από καρδιαγγειακά νοσήματα. Είναι τεκμηριωμένο ότι ο ρόλος της ασβεστοποίησης στην παθοφυσιολογία των ανωτέρω νοσημάτων είναι σημαντικός και αναμφισβήτητος. Μέχρι πρόσφατα θεωρούταν ότι η ασβεστοποίηση αποτελεί παθητική διαδικασία εναπόθεσης αλάτων ασβεστίου σε ιστούς που έχουν υποστεί κάποιου βαθμού βλάβη. Ωστόσο τελευταία δεδομένα υποδεικνύουν ότι πρόκειται για ενορχηστρωμένη διαδικασία που έχει ως αποτέλεσμα την κυτταρική διαφοροποίηση και την ενεργοποίηση μεταγραφικών παραγόντων που σχετίζονται με τον οστίτη ιστό. Προκειμένου να τεκμηριώσουμε την άποψη ότι η ασβεστοποίηση των αορτικών βαλβίδων και στεφανιαίων αρτηριών στηρίζεται σε μία ενεργό διαδικασία που περιλαμβάνει την ενεργοποίηση χονδρο – οστεογενών οδών, μελετήσαμε ανοσοϊστοχημικά για πρώτη φορά την έκφραση των παραγόντων NFATc1 και Osterix. Επιπρόσθετα, διερευνήσαμε άλλα χαρακτηριστικά του προγράμματος οστεογενούς και χονδρογενούς διαφοροποίησης όπως την έκφραση των παραγόντων OPG, RANKL, RANK, Runx2 και Sox9 καθώς και τη συμμετοχή της φλεγμονής, της νεοαγγείωσης και της υπερπλασίας κυττάρων που εκφράζουν α - SMA. Στην παρούσα ερευνητική εργασία τεκμηριώνεται για πρώτη φορά η συμμετοχή των βασικών ρυθμιστικών παραγόντων των οστών NFATc1 και Osterix στη διαδικασία ασβεστοποίησης των αορτικών βαλβίδων και των στεφανιαίων αρτηριών στον άνθρωπο. Επιπρόσθετα, επιβεβαιώνεται η συμβολή των παραγόντων Runx2 και Sox9 στη δημιουργία αποτιτανώσεων στους συγκεκριμένους ιστούς. Οι αλλαγές στην έκφραση του συμπλέγματος OPG/RANKL/RANK σχετίζονται με την ασβεστοποίηση της αορτικής βαλβίδας. Αντίθετα, το προφίλ έκφρασης του συμπλέγματος δεν είναι σταθερό στις στεφανιαίες αρτηρίες επιβεβαιώνοντας αντικρουόμενα αποτελέσματα προηγούμενων μελετών. Τέλος, επιβεβαιώνεται η συμμετοχή της φλεγμονής, της νεοαγγείωσης και της υπερπλασίας των κυττάρων με συσταλτικό φαινότυπο στην εξέλιξη της παθοφυσιολογικής διεργασίας. Από την παρούσα μελέτη διαπιστώνουμε ότι η διαδικασία της ασβεστοποίησης στις αορτικές βαλβίδες και τις στεφανιαίες αρτηρίες παρουσιάζει αρκετές ομοιότητες με την οστεογένεση. Αυτό συνεπάγεται ευοίωνες προοπτικές για δυνητική γονιδιακή παρέμβαση σε πρώιμα στάδια που θα μπορούσε να οδηγήσει σε αναστροφή της παθοφυσιολογικής διαδικασίας εναπόθεσης ασβεστίου. / Degenerative aortic stenosis and acute coronary syndromes constitute major causes of cardiovascular morbidity. There is evidence that calcification plays significant role in pathophysiology of these diseases. Until recently, calcification was considered to be a passive process of calcium deposition in injured tissue. However, recent data suggest that calcification of aortic valves and coronary arteries is an active process related to cellular differentiation and transcription of bone regulators. In order to provide further evidence that aortic valve and coronary artery calcification is an active process involving chondro-osteogenic pathways, we investigated using immunohistochemistry the expression of NFATc1 and Osterix in human calcified aortic valves and coronary arteries, which to the best of our knowledge has not been reported previously. Additionally, we investigated in our specimens other features of chondro/osteogenic differentiation program such as the expression of OPG, RANKL, RANK, Runx2 and Sox9, and the participation of inflammation, neovessel formation and hyperplasia of α - SMA positive cells in calcification process. Our results provide evidence for the involvement of bone regulatory factors NFATc1 and Osterix in aortic valve and coronary artery calcification process in human. In addition, we confirm Runx2 and Sox9 expression in diseased specimens. Expression pattern of OPG / RANKL / RANK system is related to aortic valve calcification. Consistently with previous reports, the role of OPG / RANKL / RANK system in coronary artery calcification is not clear. Finally, our study confirms involvement of inflammation, neovessel formation and hyperplasia of α - SMA positive cells in calcification process. Present study demonstrates that aortic valve and coronary artery calcification is actually an active process sharing features with developmental osteogenesis. This fact implies promising prospects for potential genetic intervention in early stages that could lead to inhibition of calcification process.

- / -

Introduction: Following ST-elevation myocardial infarction (STEMI) and treatment with Primary Percutaneous Coronary Intervention (PPCI), some patients re-present with potential ischaemic heart disease (IHD) symptoms. Symptoms may be related to cardiac ischaemia, reduced psychological health or a comorbid condition, which share similar symptoms and may lead patients to seek help via acute services. The purpose of the study was to investigate the proportion of PPCI patients who re-presented to acute services due to potential IHD symptoms within 6 months of STEMI, and to explore associated factors. Methods: An explanatory mixed methods study was conducted. Quantitative data were collected at baseline and 6 months from consecutive patients attending two centres in Manchester. Variables were carefully considered based on a conceptual model for re-presentation. These included potential IHD symptom and psychological health assessments using self-report measures: the Seattle Angina Questionnaire (SAQ) and the Hospital and Anxiety and Depression Scale (HADS). Physiological health was measured using the Global Registry of Acute Coronary Events (GRACE) and the Charleson Comorbidity Index (CCI) at baseline. At 6 months re-presentation data were collected using patient records, a telephone interview and a self-report diary card. The experiences of some who re-presented (purposeful sampling) were explored through semi-structured interviews conducted at least 6 months following PPCI. Framework analysis was adopted to analyse data. Results: 202 PPCI patients returned baseline questionnaires [mean age 59.7 years (SD 13.9), 75.7% male]; 38 (18.8%; 95% CI 14.0% to 24.8%) participants re-presented due to potential IHD symptoms at 6 months; 16 (42.1%) re-presented due to a cardiac event and 22 (57.9%) did not receive a diagnosis. At both baseline and 6 months, mean HADS anxiety scores were higher for the re-presentation group compared to the non-representation group (baseline 9.5 vs 7.1, p=0.006; 6 months 9.4 vs 6.0, p<0.001). Angina symptoms were stable and infrequent at both time points for the groups. Multivariate regression modelling with the inclusion of predictors HADS anxiety, SAQ angina stability, SAQ angina frequency, GRACE and CCI, determined HADS anxiety as a predictor of re-presentation with an adjusted odds ratio of 1.12 (95% CI 1.03 to 1.22, p=0.008). The qualitative interviews with re-presenters included 25 participants (14 men, 27-79 years). Four themes were identified: fear of experiencing a further heart attack, uncertainty and inability to determine cause of symptoms, insufficient opportunity to validate self-construction of illness and difficulty adapting to life after a heart attack. Conclusion: Elevated levels of anxiety at baseline were predictive of re-presentation with potential IHD symptoms at 6 months. Factors such as shock at experiencing a heart attack, hypervigilance of symptoms and difficulty with symptom attribution appeared to play a role in raised anxiety levels for the re-presentation group. Findings suggested that changes are needed to cardiac rehabilitation and post-STEMI follow-up to address educational needs and psychological issues and changes in STEMI treatment.

Η μοριακή σηματοδότηση κατά την αρχή της επαναιμάτωσης η οποία οδηγεί σε προστασία του μυοκαρδίου περιλαμβάνει το μονοπάτι διάσωσης NO/cGMP/PKG/KATP, το μονοπάτι διάσωσης των κινασών RISK(PI3K/Akt, ERK 1/2, GSK3β) και το μονοπάτι JAK/STAT έχοντας ως τελικό στόχο την αναστολή της διάνοιξης των mPTP, το οποίο θεωρείται το τελικό σημείο της επαγόμενης καρδιοπροστασίας. Η παραγωγή του H2S εμπλέκεται στους μηχανισμούς της ισχαιμικής προετοιμασίας και της μετισχαιμικής προστασίας. Διάφορες μελέτες σε απομονωμένα μυοκάρδια (Langendorff isolated perfused hearts) υποστηρίζουν ότι η επαγωγή της καρδιοπροστασίας από την εξωγενή χορήγηση H2S επιτυγχάνεται μέσω της ενεργοποίησης των KATP διαύλων. Ωστόσο, δεν υπάρχουν ολοκληρωμένες μελέτες οι οποίες να καταδεικνύουν τους μοριακούς μηχανισμούς οι οποίοι εμπλέκονται στην καρδιοπροστατευτική δράση του συγκεκριμένου αέριου διαβιβαστή σε in vivo πειραματικά μοντέλα. Ο σκοπός της παρούσας μελέτης είναι ο έλεγχος της υπόθεσης ότι η θεραπευτική χορήγηση ενός ανόργανου δότη H2S (NaHS) στο τέλος της ισχαιμίας και κατά την επαναιμάτωση μειώνει την έκταση του εμφράγματος του μυοκαρδίου σε αναισθητοποιημένους κόνικλους. Επιπλέον μελετήθηκαν οι υποκείμενοι μοριακοί μηχανισμοί. Αναισθητοποιημένοι αρσενικοί κόνικλοι Νέας Ζηλανδίας διαχωρίσθηκαν σε 7 ομάδες και υπεβλήθησαν σε 30 λεπτά παρατεταμένης/συνεχούς ισχαιμίας του μυοκαρδίου ακολουθούμενης από 3 ώρες επαναιμάτωσης με τις ακόλουθες παρεμβάσεις: 1) Ομάδα ελέγχου (control) : χωρίς περαιτέρω παρεμβάσεις, 2) Ομάδα NaHS: χορήγηση ενός δότη Η2S (ΝaΗS) με IV bolus έγχυση και δόση 100μg/kg στο 20 λεπτό της ισχαιμίας ακολουθούμενη από έγχυση σταθερού ρυθμού με δόση 1mg . kg-1 . h-1 για τα επόμενα 120 λεπτά , 3) Ομάδα ΝaHS και DT-2: χορήγηση ΝaHS όμοια με την ομάδα 2 και DT-2 με IV bolus έγχυση και δόση 0,25 mg. kg-1 10 λεπτά πριν την παρατεταμένη ισχαιμία, 4) Ομάδα TAT και ΝaHS: χορήγηση NaHS όμοια με την ομάδα 2 και ΤΑΤ με IV bolus έγχυση και δόση 0.143 mg. kg-1 10 λεπτά πριν την παρατεταμένη ισχαιμία (Η δόση επελέγει ισομοριακά ως προς το DT-2), 5) Ομάδα NaHS+5-HD: χορήγηση NaHS όμοια με την ομάδα 2 και 5-HD με IV bolus έγχυση σε δόση 5mg/kg 40 λεπτά πριν την παρατεταμένη ισχαιμία., 6) Ομάδα NaHS+L Name: χορήγηση NaHS όμοια με την ομάδα 2 και L Name με IV bolus έγχυση σε δόση 10mg/kg στο 19 λεπτό της παρατεταμένης ισχαιμίας, 7) Ομάδα NaHS+Wortmannin: χορήγηση NaHS όμοια με την ομάδα 2 και Wortmannin με IV bolus έγχυση σε δόση 60μg/kg στο 19 λεπτό της παρατεταμένης ισχαιμίας. Μετά το τέλος των πειραμάτων εκτιμήθηκε η εμφραγματική(Ι) και η περιοχή σε κίνδυνο (R). Σε δεύτερη σειρά πειραμάτων ελέγθηκε η ενεργοποίηση των Akt, ERK 1/2 ,eNOS, GSK3β, STAT3, VASP και της PLB σε δείγμα ισχαιμικού ιστού των ομάδων ελέγχου, NaHS και NaHS + DT-2. Για επιβεβαίωση της μη φωσφορυλίωσης ορισμένων από τις προαναφερθείσες πρωτεΐνες χρησιμοποιήθηκε ως ομάδα αναφοράς, μία πρόσθετη ομάδα PostC η οποία υπεβλήθη σε 30 λεπτά παρατεταμένη ισχαιμίας ακολουθούμενης από 10 λεπτά επαναιμάτωσης στην έναρξη της οποίας εφαρμόσθηκαν 8 κύκλοι των 30 δευτερολέπτων ισχαιμίας/επαναιμάτωσης. Ο δότης H2S, NaHS, μείωσε την έκταση του εμφράγματος σε σύγκριση με την ομάδα ελέγχου(12.3±3.3% vs 46.4±1.8%,p<0.05), ενώ η προσθήκη του DT-2 ανέστειλε την καρδιοπροστατευτική δράση του NaHS(39.8±3.4%,p=NS vs Control). Η χορήγηση του πεπτιδίου ελέγχου ΤΑΤ δεν τροποποίησε τη δράση του NaHS(23.0±3.4%,p=NS vs H2S group). Ο αναστολέας διάνοιξης των mitoKATP (5-HD) και της ενεργότητας της eNOS (L-NAME) δεν μείωσε την ανασταλτική δράση του NaHS στην έκταση του εμφράγματος(14.1±2.0% και 14.7±2.2% αντίστοιχα, p=NS). Ωστόσο, η χορήγηση του αναστολέα των PI3K/Akt (wortmannin) ανέστρεψε την καρδιοπροστατευτική δράση του NaHS(41.8±1.4% vs 12.3±3.3%, p<0.05). Η φωσφορυλίωση των VASP,και PLB ήταν σημαντικά υψηλότερη στην ομάδα NaHS σε σχέση με τις ομάδες ελέγχου και NaHS+DT-2,οι ERΚ 1/2 φωσφορυλιώθηκαν στις ομάδες NaHS και PostC σε σχέση με τις ομάδες ελέγχου και NaHS+DT-2, οι Akt και STAT3 ήταν εξίσου ενεργοποιημένες στις ομάδες NaHS, NaHS+DT-2 και PostC σε σχέση με την ομάδα ελέγχου, ενώ δεν παρατηρήθηκε φωσφορυλίωση των eNOS και GSK3β στις ομάδες ελέγχου, ΝaHS και NaHS+DT-2 σε σχέση με την ομάδα PostC. Η εξωγενής χορήγηση H2S στο τέλος της παρατεταμένης ισχαιμίας και κατά την επαναιμάτωση επάγει φαρμακολογική μετισχαιμική προστασία σε αναισθητοποιημένους κόνικλους μέσω των μονοπατιών Akt/PKG/PLB και PKG/ ERK 1/2 ανεξάρτητα από την eNOS, την GSK3β, το JAK/STAT μονοπάτι και την διάνοιξη των mitoKATP. / The signal transduction pathways which are recruited during early reperfusion include the nitric oxide/cGMP/PKG/KATP pathway, the reperfusion injury salvage kinase pathway (PI3K /Akt, ERK 1/2, GSK3α), and the JAK/STAT pathway targeting the inhibition of mPTP opening which is considered the end-point for inducing cardioprotection. The production of H2S plays a role in myocardial pre-and post-conditioning responses. Several studies in isolated hearts support cardioprotection from exogenous H2S due to KATP channels activation. However, there is a lack of evidence for the molecular mechanism underlying the protection of H2S in in vivo experimental models of ischemia/reperfusion injury. The aim was to elucidate the hypothesis that therapeutic administration of the H2S donor NaHS before and during reperfusion reduces the infarct size in anesthetized rabbits. Additional the molecular mechanisms underlying the induced cardioprotection from exogenous administrated H2S were studied. Anesthetized male rabbits were divided into 7 groups and were subjected to 30 min regional ischemia of the heart and 3 hours reperfusion with the following additional interventions: 1) Control group no further intervention, 2) NaHS group was treated with the H2S donor sodium hydrosulphide (NaHS) at a dose of 100 ιg.Kg-1 bolus on the 20th min of ischemia followed by infusion of 1mg.Kg-1. h-1 for the next 120 min, 3) NaHS +DT-2 group, treated with NaHS and the PKG inhibitor DT-2 that was given at a dose of 0.25 mg.kg-1 bolus 10 min before sustained ischemia, 4) NaHS +TAT group, treated with NaHS and the control peptide TAT that was given at a dose of 0.143 mg.kg-1 bolus 10 min before sustained ischemia, 5) NaHS+5-hydroxydecanoic acid (5-HD) treated with NaHS and mitoKATP channels inhibitors 5-HD iv bolus 40 minutes before occlusion at a dose of 5 mg.kg-1, 6) NaHS+ L-NAME treated with NaHS and the synthase of NO inhibitor L NAME IV bolus on the 19th min of ischemia at a dose of 10 mg.kg-1 and 7) NaHS+ Wortmannin treated with NaHS and the PI3/Akt inhibitor Wortmannin on the 19th min of ischemia at a dose of 60ιg.kg-1. After the end of the experiments the infarct size (I) and the area at risk (R) were estimated. In a second series of experiments, determination of activation of Akt, ERK 1/2 ,eNOS, GSK3α, STAT3, VASP and phopsholamban (PLB) was investigated in tissue samples from ischemic area of myocardium from Control, NaHS and NaHS + DT-2 groups. As positive control of no phosphorylation observed, PostC group was used. In PostC group animals were subjected in 30 minutes sustained ischemia followed by 10 minutes of reperfusion, were 8 cycles of 30 seconds of ischemia/ reperfusion were applied immediately after the onset of reperfusion. H2S donor NaHS reduced the infarct size compared to Control (12.3 ± 3.3% vs 46.4 ± 1.8%, p<0.05), whereas the addition of the PKG inhibitor DT2 abrogated the infarct size limiting effect (39.8 ± 3.4%, p=NS vs Control). Treatment with the control peptide TAT did not alter the effect of NaHS (23.0 ± 3.4%, p=NS vs H2S group). Administration of mitoKATP inhibitor (5-HD) and eNOS inhibitor (L-NAME) did not alter the infract limiting effects of NaHS (14.1±2.0% and 14.7±2.2% respectively, p=NS). However, administration of the PI3K/Akt inhibitor wortmannin reversed this cardioprotection (41.8±1.4% vs 12.3±3.3%, p<0.05). Phosphorylation of VASP, ERK ½ and PLB was significantly higher in NaHS treated group versus control and NaHS+DT-2 groups, in PostC group ERK ½ were phosphorylated respectively to NaHS treated group, Akt and STAT3 were phosphorylated in NaHS, NaHS+DT-2 and PostC groups vs Control group, whereas no phosphorylation of eNOS and GSK3α was observed in NaHS, NaHS+DT-2 and control groups compared to PostC group. Exogenous administration of H2S at the end of ischemia and during reperfusion induces pharmacological postconditioning in anesthetized rabbits due to Akt/PKG/PLB and PKG/ ERK 1/2 activation independently of eNOS, GSK3α, JAK/STAT and mitoKATP activation.

Computational modelling and simulation, in close interaction with experiments, has provided invaluable insight into the biochemical, mechanical and electrophysiological function and dysfunction of the heart. However, limitations in imaging techniques and computing resources have precluded the analysis of tissue architecture near the cellular scale and the effect of this architecture on cardiac function. It is the wider aim of this thesis to develop a framework to characterise cardiac microstructure and to investigate the role of microstructure in cardiac propagation dynamics and arrhythmogenesis. An initial modelling study elucidates the effect of blood vessels in sustaining arrhythmic episodes, and how the accurate modelling of fibre direction in the vicinity of the vessels mitigates this detrimental mechanism. A mathematical model of fibre orientation in a simple geometry around blood vessels has been developed, based on information obtained from highly detailed histological and MRI datasets. A simulation regime was chosen, guided by the vasculature extracted from whole heart MRI images, to analyse ventricular wavefront propagation for different orientations and positions of blood vessels. Our results demonstrate not only that the presence of the blood vessels encourages curvature in the activation wavefront around the blood vessels, but further that vessels act to restrict and prolong phase singularities. When compared to a more simplistic implementation of fibre orientation, the model is shown to weaken wavefront curvature and reduce phase singularity anchoring. Having established the importance of microstructural detail in computational models, it seems expedient to generate accurate data in this regard. An automated registration toolchain is developed to reconstruct histological slices based on coherent block face volumes, in order to present the first 3-D sub-cellular resolution images of cardiac tissue. Although mesoscopic geometry is faithfully reproduced throughout much of the dataset, low levels of transformational noise obfuscate tissue microstructure. These distortions are all but eradicated by a novel transformational diffusion algorithm, with characteristics that outperform any previous method in the literature in this domain, with respect to robustness, conservation of geometry and extent of information transfer. Progress is made towards extracting microstructural models from the resultant histological volumes, with a view to incorporating this detail into simulations and yielding a deeper understanding of the role of microstructure in arrhythmia.

Les maladies cardiovasculaires sont la première cause de mortalité dans le monde. Les coronaropathies ischémiques dont l’infarctus du myocarde (IDM) sont responsables de la moitié de ces décès. Après un IDM, le cœur met en place un processus de cicatrisation afin de pallier la mort des cardiomyocytes et la perte de contractilité. S’il est dérégulé, ce processus peut conduire à un remodelage ventriculaire gauche (RVG) délétère qui altère la fonction ventriculaire (FV) et prédispose à l’insuffisance cardiaque. La découverte de nouveaux biomarqueurs capables de prédire le risque du RVG pourrait permettre d’améliorer la prise en charge des patients à risque et ainsi de réduire l’incidence de l’insuffisance cardiaque. De nombreuses différences ont été mises en évidence entre les hommes et les femmes avec IDM, et ce au niveau de la pathophysiologie, des symptômes, des biomarqueurs et même du processus du RVG. Ces différences impliquent le besoin de découvrir des biomarqueurs spécifiques à chaque sexe ou d’utiliser les biomarqueurs actuels différemment chez les femmes et les hommes. L’objectif de ce travail de thèse a été de mettre en évidence de nouveaux biomarqueurs de la FV après un IDM. Nous nous sommes particulièrement intéressés aux différences homme-femme dans les capacités prédictives de ces biomarqueurs. La première étude a eu pour objectif de valider l’association de cinq gènes avec la FV après un IDM établie lors d’études préliminaires. Une combinaison de trois gènes (LTBP4, TGFBR1 et TNXB) a été identifiée comme étant capable d’améliorer la prédiction de la dysfonction ventriculaire par les marqueurs actuels. Dans un second temps, nous avons montré dans une cohorte nationale d’IDM que le peptide natriurétique NT-proBNP n’était pas capable de prédire la FV chez les femmes alors que la troponine cardiaque était associée avec la dysfonction ventriculaire dans ce groupe. Dans une troisième étude, nous avons mis en évidence l’association entre le gène CDKN1C et la dysfonction ventriculaire spécifiquement chez les femmes. En conclusion, nos études contribuent à la découverte de nouveaux biomarqueurs du RVG post-IDM et attirent l’attention sur les différences hommes-femmes pour l’utilisation de ces biomarqueurs vers une médecine personnalisée / Cardiovascular disease is the first cause of mortality worldwide. Ischemic heart diseases among which myocardial infarction (MI), are responsible for half of these deaths. In order to cope with the loss of cardiomyocytes after MI and to attenuate the alteration of contractility, a repair process is implemented in the heart. If this repair process is dysregulated, it could lead to a maladaptive left ventricular remodeling (LVR) altering LV function and leading to heart failure. The discovery of novel biomarkers able to predict accurately the risk of LVR could lead to a better management of the patients at risk and reduce the incidence of heart failure. Many differences have been highlighted between men and women with MI, regarding the pathophysiology, the symptoms, levels of cardiac biomarkers and the process of LVR. These differences imply the discovery of novel sex-specific biomarkers for LVR prediction or the use of the known biomarkers in a sex-specific manner. The aim of this work was to discover novel biomarkers of left ventricular function (LVF) after an AMI, focusing on sex-differences. First, we aimed to validate the association between five genes previously found to be associated with LVF in small-scale studies. A panel of three genes (LTBP4, TGFBR1 and TNXB) was able to improve the ability of a clinical model to predict LVF. Second, we observed that the cardiac biomarker NT-proBNP was not predictor of LVF in women, whereas cardiac troponin was associated with LVF in this sex-group. A third study showed the association of the gene CDKN1C with LVF post-MI in a female-specific manner. In conclusion, our studies contribute to the discovery of novel biomarkers of LVF and draw the attention to sex differences in the clinical use of biomarkers towards the implementation of personalized medicine

L’infarctus du myocarde reste aujourd’hui une pathologie fréquente et grave, en dépit des progrès thérapeutiques réalisés au cours des deux dernières décennies. Une recherche fondamentale et clinique intense a permis de mieux appréhender le rôle crucial de la réponse immunitaire au cours de cette pathologie. La réponse inflammatoire post-ischémique est ambivalente puisque nécessaire à la détersion de la zone infarcie et à la consolidation de la cicatrice cardiaque, mais également délétère car impliquée dans le remodelage ventriculaire et capable d’augmenter la taille de l’infarctus. TREM-1 est un récepteur amplificateur de la réponse immunitaire innée. Sa modulation pharmacologique par un peptide de synthèse, LR12, permet de limiter l’amplitude de la réponse inflammatoire sans l’inhiber complètement. A travers différents modèles expérimentaux, nous avons pu montrer que la modulation de TREM-1 au cours de l’infarctus est bénéfique en termes de contractilité cardiaque, de taille d’infarctus et de remodelage ventriculaire. Le mécanisme d’action principal passe par les neutrophiles, dont l’infiltration au sein du myocarde infarci est nettement atténuée. TREM-1 apparait désormais comme une cible thérapeutique prometteuse dans le combat contre l’infarctus et l’insuffisance cardiaque post-ischémique / Despite improvements in therapeutic management of acute myocardial infarction, the prevalence of this deadly condition remains high. Intensive research has raised the critical and ambivalent role of immune response after myocardial infarction. Optimal healing requires an inflammatory reaction for debris removal and scar formation, but unrestrained immune response leads to infarct expansion and maladaptive remodeling. TREM-1 is an immune-receptor that acts as an amplifier of the innate immune response. Blockade of TREM-1 activation by a short inhibitory peptide, LR12, protects from inflammatory hyper-responsiveness. Through various experimental models, we show that TREM-1 modulation improves outcome after myocardial infarction (infarct size, heart function, ventricular remodeling), with significant impact on neutrophils recruitment within the myocardium. TREM-1 could constitute a new therapeutic target in the fight against myocardial infarction and post-ischemic heart failure