L’engouement envers la rigidité aortique n’a cessé de croître depuis les quarante dernières années, et pour cause. La rigidité aortique est maintenant identifiée comme un marqueur indépendant d’événements cardiovasculaires et de mortalité toutes causes, en plus d’être la principale responsable de l’hypertension systolique isolée. Malgré tout, il semble que la rigidité aortique explique mieux les altérations de la microcirculation et les dommages aux organes à travers le gradient de rigidité artérielle, et donc, de l’interaction entre le segment aortique souple et les segments artériels musculaires adjacents plus rigides. Les propriétés mécaniques des artères de moyen calibre à prédominance musculaire (ex. : artère brachiale) sont considérées comme étant relativement stables à travers le temps. Ainsi, la détérioration du gradient de rigidité avec l’âge serait essentiellement causée par l’augmentation de la rigidité aortique. Or, dans une étude longitudinale effectuée auprès d’une population de patients hémodialysés, notre équipe a démontré que la rigidité brachiale diminuait sur une base annuelle, malgré une augmentation marquée de la rigidité aortique. Suite à ces observations, nous avons émis l’hypothèse que :1) les propriétés mécaniques des artères à prédominance musculaire ne sont possiblement pas aussi stables à travers le temps que ce qui est actuellement décrit; 2) l’augmentation de la rigidité aortique n’est probablement pas l’unique paramètre qui altère le gradient de rigidité artérielle, du moins dans une population à haut risque cardiovasculaire. Cette thèse avait donc pour principaux objectifs : 1) de déterminer l’effet ajouté d’une faible rigidité brachiale à une rigidité aortique élevée sur le risque de mortalité par le concept du gradient de rigidité artérielle; 2) d’examiner les relations entre les paramètres hémodynamiques et le gradient de rigidité artérielle; 3) d’examiner les déterminants des changements au niveau de la rigidité des segments artériels musculaires. Pour le premier objectif, nous avons proposé un paramètre du gradient de rigidité artérielle basé sur les rigidités centrales et périphériques, le aortic-brachial PWV ratio, qui est le rapport de la vitesse de l'onde de pouls aortique sur la vitesse de l'onde de pouls brachiale (PWV ratio: cf-PWV/cr-PWV). ous avons alors examiné l’effet du PWV ratio sur la mortalité toutes causes d’une cohorte de patients dialysés et avons démontré que le PWV ratio était fortement et indépendamment associé à une mortalité accrue, surpassant la rigidité aortique seule et les autres paramètres hémodynamiques connus. Dans une seconde étude, nous avons également démontré que le PWV ratio est un paramètre de vieillissement vasculaire indépendant de la pression artérielle moyenne. Ce qui pourrait conférer à la mesure du PWV ratio un avantage clinique intéressant par rapport à la mesure de la rigidité aortique qui, elle, est dépendante de la pression artérielle au moment de la mesure. Cette étude nous a aussi permis de mettre en lumière une diminution de la rigidité brachiale, principalement chez les individus âgés, et ce dans deux différentes cohortes de patients. Comme présenté dans le premier article de cette thèse, la régression de la rigidité brachiale n’était pas expliquée par l’âge, les facteurs de risque traditionnels ou les marqueurs minéraux, mais bien par l’ampleur initiale de la rigidité aortique. Ces travaux en relation avec ceux d’autres auteurs nous ont amenés à proposer que les artères musculaires de conduction puissent s’adapter à l’augmentation de la rigidité aortique en devenant plus compliantes, de sorte à compenser la diminution de la fonction de capacitance de l’aorte. Cette thèse présente également notre dernière étude dans laquelle nous avons utilisé un modèle émergent d’analyse de l’onde de pouls, l’approche par l’onde de réservoir. Ce nouveau modèle intègre la résistance périphérique et la compliance artérielle dans la compréhension de la morphologie des courbes de pression artérielle. Nous avons alors observé que la rigidité brachiale contribue significativement à cette pression de réservoir, en plus d’être associée à la pression diastolique. Les travaux de cette thèse ont été réalisés principalement auprès de patients ayant une maladie rénale chronique. Cette population s’avère très intéressante pour l’étude de la rigidité artérielle en raison de son hétérogénéité et du vieillissement vasculaire accéléré qui la caractérise. Toutefois, les résultats obtenus au cours de nos travaux peuvent ne pas s’appliquer à une population saine avec un faible risque cardiovasculaire et dont la relation pression-rigidité peut différer de celles de nos patients. / Noninvasive determination of aortic stiffness has sparked considerable interest over the last four decades. Actually, increased aortic stiffness has emerged as an independent predictor of cardiovascular events and mortality, and as the main responsible of isolated systolic hypertension. However, the impacts of aortic stiffness on microcirculation and organ damages are best explained through the arterial stiffness gradient, in other words, with the interaction between soft aorta and adjacent stiff muscular arteries. Mechanical properties of muscular mid-caliber arteries (ex: brachial artery) are thought to be relatively stable over time, and then, do not significantly contribute to the lost and inversion of the arterial stiffness gradient with aging. In a longitudinal study with hemodialysis patients, we observed an annual decrease in brachial stiffness despite an accelerated increase in aortic stiffness. These observations let us hypothesize, first, that muscular arteries may not be as stable over time as it is expected and second, that arterial stiffness gradient may be a better predictor of mortality as both peripheral and central stiffness may change, at least in a high-risk population. The objectives of this thesis were to assess the combined effect of a reduced brachial stiffness and increased aortic stiffness on all-cause mortality by proposing a parameter of arterial stiffness gradient, the aortic-brachial PWV ratio (PWV ratio: cf-PWV/cr-PWV), to examine relationships between hemodynamic parameters, PWV ratio and its two PWV components, and to assess determinants of changes in brachial stiffness. In a dialysis cohort of patients, we demonstrated that PWV ratio was an independent predictor of all-cause mortality that performed better than aortic stiffness and other hemodynamic parameters. In contrast with aortic stiffness which is dependent on operational pressure, we demonstrated in a second study the pressure independence of PWV ratio in two different cohorts of patients. These results suggest that PWV ratio could be a new parameter of vascular aging with clinical interest above and beyond aortic stiffness. This study also a general regression of brachial stiffness in dialysis patients and over the sixth decade of age in the other cohort of patients. The regression of brachial stiffness, as presented in the first study of this thesis, was not explained by age, traditional risk factors, and mineral parameters. Baseline aortic stiffness was the only determinant of the decrease in brachial stiffness, which let us propose that muscular arteries may adapt to high aortic stiffness by becoming more compliant, dampening the ejected blood volume from the ventricular contraction instead of the aorta. This thesis also presents our last study on a new method of pulse wave analysis, the reservoir-wave approach, which reintroduces the importance of peripheral resistance and arterial compliance (reservoir pressure) in the comprehension of pressure curves. We observed that brachial stiffness was significantly associated with the reservoir pressure, but also with diastolic pressure. Finally, works presented in this thesis were conducted with the participation of chronic kidney disease patients, a very interesting population characterized by an early and accelerated vascular aging. Consequently, our results may not be reproducible in healthy or lower-risk populations.

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

Les stents sont aujourd’hui le traitement le plus courant des stades avancés de l’athérosclérose. Le concept de stents bioresorbables (BRS) est basé sur l’idée qu’un stent n’est nécessaire que jusqu’à la guérison de l’artère – suite à quoi il serait préférable que le stent disparaisse, afin de retrouver un état plus physiologique. Le déploiement d’un stent altère significativement les contraintes mécaniques exercées sur la paroi artérielle, or celles-ci jouent un rôle important dans l’incidence de complications telle que la resténose et l’hyperplasie néointimale. Dans le cas d’un BRS, les contraintes mécaniques dans le stent comme dans la paroi artérielle évoluent au fur et à mesure que le stent se dégrade. De plus, la dégradation du stent par hydrolyse peut être accélérée par ces contraintes : un couplage supplémentaire qui doit être pris en compte. Nous nous intéressons à la détermination de l’évolution des contraintes dans le stent et dans l’artère pendant le déploiement puis la dégradation du stent, ainsi qu’à l’influence de ces contraintes sur la dégradation du stent et sur le remodelage de la paroi, qui est également influencé par la dénudation de l’endothélium et par l’inflammation induite par l’implantation d’un BRS. Pour atteindre ces objectifs, nous avons développé un modèle 3D par éléments finis du déploiement et de la dégradation d’un BRS en acide polylactique tenant compte du couplage entre l’artère et le stent. Il permet notamment de prédire les zones de démantèlement dustent et l’évolution de l’épaisseur de la paroi artérielle en réponse à l’implantation d’un BRS. Etant donné que le modèle repose fortement sur des paramètres qui doivent être déterminés expérimentalement, nous nous sommes intéressés au développement d’une méthode expérimentale pour suivre la dégradation d’un BRS. Nous avons utilisé la tomographie par cohérence optique (OCT) pour suivre régulièrement la dégradation de stents déployés dans des tubes et immergés dans du sérum physiologique à 37°C pendant deux ans. Nous avons ensuite développé une méthode qui détecte automatiquement les struts des stents sur les images OCT et quantifie leur intensité de niveau de gris. Les résultats suggèrent que cette méthode automatisée d’analyse d’images OCT est un outil prometteur pour évaluer quantitativement l’état de dégradation d’un BRS. Enfin, nous nous sommes intéressés à la capacité d’une artère stentée à s’adapter à une modification du cisaillement ressenti. Nous avons étudié l’évolution de la lumière artérielle de porc stentés suivis in vivo par OCT ainsi que le cisaillement associé. Alors qu’un stent métallique bloque le remodelage artériel, nous avons observé qu’un BRS – probablement grâce au démantèlement du stade final de la dégradation – libère le vaisseau et permet ainsi l’adaptation de son diamètre de manière à diminuer le cisaillement et l’inadéquation avec l’artère non stentée. L’adaptation de la lumière artérielle permise par le démantèlement du stent pourrait être prise en compte dans de futurs modèles numériques. / Today, sent deployment is the most common treatment for symptomatic atherosclerosis. Bioresorbable stents (BRS) are based on the premise that a stent is needed only until arterial wound healing occurs after which it would be desirable for the stent to degrade so that the arterial wall recovers its natural compliance. Deployment of a stent profoundly alters the mechanical environment in the arterial wall, and these alterations play an important role in regulating the incidence of complications such as restenosis and neointimal hyperplasia. In the case of a BRS, the mechanical stresses in both the stent and the arterial wall evolve as the stent degrades. Furthermore, the hydrolysis-driven degradation of the stent can be accelerated by mechanical stresses in the stent, an additional coupling that needs to be taken into account. We are interested in determining the evolution of stresses in both the stent and the arterial wall during the stent deployment and degradation process and in elucidating the effect of these stresses on the stent degradation and on the remodeling process in the wall, which would also be influenced by the loss of endothelial cells and the amount of inflammation induced by the stent deployment and degradation. To this end, we have developed a 3D finite element model of the deployment and degradation of a polylactic acid (PLA) BRS that integrates the coupling between the stent and the artery.This allows one to predict the zones of dismantling of the stent and the evolution of the arterial thickness in response to a BRS stenting procedure. Since the model relies strongly on parameters that need to be determined experimentally, we became interested in developing methods to follow stent degradation. With this aim, we used optical coherence tomography (OCT) to image several BRS that were deployed into tubes and allowed to degrade in a saline solution at 37°C over a period of two years. We subsequently developed a versatile method for automatically detecting stent struts on the OCT images and quantifying the strut gray scale intensity. The results suggest that this automated method of OCT image analysis represents a promising tool to quantitatively assessing BRS degradation states. Lastly, we were interested in establishing the ability of a stented artery to adapt to a modification in its wall shear stress. Studying the in vivo evolution of the lumen of stented mini-swine arteries followed by OCT imaging allowed us to demonstrate that whereas a bare metal stent cages the artery, a BRS, presumably due to its degradation-induced dismantling, frees the vessel and enables it to adapt its lumen diameter in order to decrease its absolute level of shear stress and the compliance mismatch with the unstented portion of the artery. This lumen adaptation allowed by the stent dismantling could be taken into account in future computational models.

La dysfonction érectile est l’un des types de dysfonctionnement sexuel aussi complexe chez les hommes que les femmes. Elle implique un facteur venogénique, artériogénique et de neurogénique. L'étiologie des changements de la puissance sexuelle après la prostatectomie radicale ainsi que la chirurgie vasculaire ou la radiothérapie des organes pelviens est probablement multifactorielle, l'une de ces causes est la blessure de l’artère destinée pénienne (mâle) et clitoridienne (femelle) lors d’une opération ou d’une radiothérapie. L’anatomie des artères destinées péniennes et clitoridiennes ainsi que ses origines sont variées. L’Angiographie par résornance magnétique (RM) et tomodensitométrie (TDM) nous donnent des images très nettes qui peuvent être utilisées avant l'intervention pour identifier et localiser les artères pudendales internes (API) et les artères pudendales accessoires (APA), et peuvent aider les chirurgiens et les radiothérapeutes à planifier une opération efficace visant à préserver l’API et l’APA, probablement importantes pour la fonction érectile après l’intervention sur les organes et les vaisseaux pelviens / Erectile dysfunction is one of the types of sexual dysfunction, the etiology is complex in male and female. It involves venogenic factor, arteriogenic and neural origins. The aetiology of changes in sexual potency after radical prostatectomy and pelvic vascular surgery or pelvic radiotherapy is probably multifactorial, one of these cause is injury the penile artery (male) and clitoris artery (female) during the operation or radiotherapy. The anatomy of the penile and clitoral artery is variation. Magnetic resonance (MR) and Multiple detector computed tomography (MDCT) angiography give us a very sharp image, they can be pre-intervation used to identify and localize internal pudendal artery (IPA) and accessory pudendal artery (APA), and may help surgeons and radiotherapists plan an effective intervation that preserves IPA and APA possibly important for sexual function after surgery or radiotherapy of the pelvic organs

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

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

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La rigidité artérielle est un critère clé dans l'analyse de plusieurs maladies cardiovasculaires comme l'athérosclérose. Cette maladie est l'une des causes principales de mortalité dans les pays de l'OCDE. L'analyse des propriétés mécaniques des artères in vivo permettrait d'améliorer le diagnostic de ce type de pathologie. L'originalité de ce travail de recherche est de s'intéresser à la problématique de l'identification non invasive des propriétés mécaniques des artères in vivo en utilisant l'IRM. Une nouvelle méthode d'identification adaptée à la résolution spatiale de l'IRM a été développée. Celle-ci se base sur la minimisation d'une fonction coût caractérisant l'écart entre une image expérimentale déformée et une image recalée numériquement. Cette dernière consiste à utiliser une image expérimentale au repos et à recaler celle-ci à l'aide d'un champ de déplacements issu d'un calcul éléments finis.Cette méthodologie a été appliquée pour identifier les propriétés élastiques d'artères carotides communes de plusieurs sujets sains et de patients atteints d'athérosclérose. Ces travaux ont permis de mettre en évidence la rigidification des artères carotides avec l'âge et l'évolution de la rigidité des artères lors de l'évolution du cycle cardiaque, ainsi que les effets de la mesure de la pression sanguine et des propriétés mécaniques du milieu extérieur à l'artère sur les résultats de l'identification.Cette étude offre de grandes promesses quant à la possibilité d'identifier les propriétés non linéaires hétérogènes d'artères sclérosées en utilisant l'IRM.

Les maladies cardiovasculaires sont la première cause de mortalité dans le monde et font actuellement l'objet de nombreuses recherches. Dans le cas d'études des artères, un des objectifs est d'améliorer la compréhension des mécanismes biologiques impliqués dans des maladies comme l'hypertension, l'athérosclérose ou l'anévrisme. Les études mécaniques qui ont été menées s'appuient essentiellement sur des approches expérimentales in vitro, ce qui en limite leur intérêt et application dans le diagnostic clinique. Dans ce travail, un modèle théorique de comportement mécanique 3D de l'artère carotide prenant en compte le caractère hyperélastique, anisotrope, actif, précontraint et dynamique de la structure est proposé. Les mesures expérimentales sont obtenues in vivo sur des carotides communes de rats d'une part, et humaines de manière non invasive, d'autre part. Le problème mécanique aux limites est résolu semi-analytiquement sur un cycle cardiaque, considérant le tissu environnant. Les valeurs optimales des paramètres du modèle, en particulier de ceux décrivant les caractéristiques mécaniques de microconstituants pariétaux (élastine, collagène, muscle lisse), sont évaluées par régression non linéaire. Le modèle proposé permet (i) de reproduire les évolutions de pression luminale mesurées in vivo et (ii) de donner une évaluation des distributions de contraintes pariétales cohérentes avec la physiologie artérielle. Une corrélation entre l'âge des patients et les paramètres décrivant les contraintes résiduelles et les fibres de collagène, montre l'intérêt du modèle théorique et l'originalité de cette approche qui pourra donc être utilisée dans l'étude de pathologies artérielles.