Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / Les complications cardiovasculaires chez les patients diabétiques peuvent être expliquées en partie par l'obésité abdominale. Une altération des paramètres de la variabilité de la fréquence cardiaque est souvent observée chez les patients diabétiques et est associée à un mauvais pronostic. L'objectif principal du travail présenté dans ce mémoire était d'évaluer l'association entre les indices d'adiposité tels l'indice de masse corporelle, la circonférence de taille, les volumes de tissu adipeux viscéral et sous-cutané, et les indices de variabilité de la fréquence cardiaque chez des patients diabétiques ayant subi un pontage coronarien. Les résultats suggèrent que seul le niveau de graisse viscérale influence négativement la variabilité de la fréquence cardiaque chez ces patients. Plus précisément, une diminution de l'activité cardiaque parasympathique est associée à des niveaux plus élevés de graisse viscérale alors que les autres indices d'adiposité ne semblent pas être associés à la variabilité cardiaque lorsque la graisse viscérale est considérée.

La fonction du canal sodique cardiaque est cruciale pour l'initiation, la propagation et le maintien d'un rythme cardiaque normal. Le rôle crucial de Nav1.5 dans la fonction cardiaque a été mis en évidence par l'identification de mutations naturelles au niveau de son gène (SCN5A). Les mutations sur le gène SCN5A sont associées à de nombreuses maladies génétiques telles que: le syndrome de Brugada, le syndrome du QT long et les troubles de conduction. Le point commun à ces pathologies est les arythmies cardiaques qui peuvent mener à la mort subite. Ces mutations sur ce gène n'explique cependant que 20% des cas connus (cas du syndrome de Brugada) (Antzelevitch, 2006). D'où l'implication d'autres facteurs, comme les partenaires de Nav1.5, dans ces pathologies est une éventualité émergente. Objectif: Pour une meilleure compréhension de la physiopathologie de ces arythmies cardiaques, nous nous proposons dans ce projet d'identifier et de caractériser de nouveaux partenaires de Nav1.5. Méthodes: Les interacteurs potentiels de Nav1.5 sont identifiés par la méthode du double hybride chez la levure. Les interactions sont ensuite confirmées in vivo et in vitro par les méthodes de co-immunoprécipitation et de pull-down. Les effets de ces partenaires sur l'activité de Nav1.5 sont évalués par la méthode du patch clamp en configuration "cellule entière". La co-localisation tissulaire de Nav1.5 avec ses partenaires est obtenue par la microscopie confocale. Résultats: Deux nouveaux partenaires de Nav1.5 ont été identifiés: 1) l'a-actinine-2 qui interagit avec la porte d'inactivation et 2) la troponine I cardiaque (Tnlc) qui se lie à la boucle cytoplasmique I-II. L'a-actinine-2 se fixe via son domaine spectrine sur la porte d'inactivation de Nav1.5 et augmente ainsi son expression à la surface membranaire. L'a-actinine-2 se co-localise avec Nav1.5 dans les tubules T des cardiomyocytes humains. Quant à la troponine I, elle s'associe avec deux régions de la boucle I-II de Nav1.5 par le biais de sa région C-terminale. La Tnlc déplace la courbe d'inactivation de ce canal vers des valeurs plus hyperpolarisées sans affecter son expression à la surface membranaire. Toute fois, cet effet de la Tnlc disparaît en présence de la sous-unité pi de Nav1.5. Conclusion: L'identification de l'a-actinine-2 et la Tnlc représente une étape importante dans la compréhension des mécanismes régulant l'activité de Nav1.5 d'une part et d'autre part servira à décrypter les mécanismes moléculaires sous-tendant la complexité des arythmies cardiaques.

Les canaux sodiques dépendants du voltage (Nav) sont des protéines transmembranaires largement exprimées au sein de l’organisme. Ils sont responsables de l’initiation des potentiels d’action au niveau des cellules excitables et régissent ainsi de nombreuses fonctions physiologiques telles que les fonctions cognitives et sensorielles, les fonctions motrices et la fonction cardiaque. Au niveau du coeur, le sous-type Nav1.5 est majoritairement exprimé à la surface des cardiomyocytes. Leurs dysfonctions sont traditionnellement associées à de nombreux troubles électriques cardiaques. Des mutations de ces canaux ont récemment été reliées au développement d’un phénotype clinique complexe associant diverses arythmies et la cardiomyopathie dilatée (DCM), une atteinte morphologique. L’objectif de mon doctorat a donc été l’identification mais aussi la caractérisation d’un potentiel défaut biophysique commun à l’ensemble des mutations Nav1.5 associées au développement de ce phénotype clinique atypique. Premièrement, nous nous sommes intéressés à deux mutations des canaux Nav1.5 retrouvées chez des patients atteints de DCM, et dont les altérations biophysiques ont été décrites comme divergentes. L'étude parallèle de ces deux mutants nous a amenés à identifier une caractéristique commune : la création d’une nouvelle voie de perméation alternative au sein des canaux Nav1.5, le pore oméga. Dans un second temps, nous avons souhaité consolider l’association entre la création du pore oméga et le développement pathologique. Cette seconde étude portant sur deux autres mutants Nav1.5 a permis de confirmer l’apparition d’un pore oméga et ainsi d’accroître la suspicion du caractère délétère de ce pore oméga. Finalement, à l’aide d’une cinquième mutation des canaux Nav1.5, nous avons investigué les conséquences physiopathologiques de la création d’un pore oméga. Cette étude, a clairement démontré les conséquences néfastes d'un tel pore au niveau de l’homéostasie ionique cellulaire. Ces perturbations se répercutent par la suite sur les signaux électriques, les propriétés morphologiques mais aussi fonctionnelles des cardiomyocytes. Les études menées lors de mon doctorat ont ainsi abouti à l'identification du pore oméga comme étant une caractéristique biophysique commune aux mutations des canaux Nav1.5 associées au développement des arythmies et de la dilatation cardiaque. / Voltage gated sodium channels (Nav) are broadly expressed in the human body. They are responsible for the initiation of action potentials (AP) in excitable cells. They underlie several physiological processes such as the cognitive, the sensitive, the motor and the cardiac functions. Nav1.5 channel is the main Nav expressed in the heart. Their dysfunctions are usually associated to the development of pure electrical disorders. However, mutations of Nav1.5 have recently been linked to the development of an atypical clinical phenotype combining complex arrhythmias and dilated cardiomyopathy (DCM). The main objective of my thesis has been to identify and characterize a common biophysical defect for all Nav1.5 mutations located in the channel’s voltage sensitive domains (VSDs) and associated with the atypical clinical phenotype. We were first interested in the case of two families of patients who displayed the same clinical phenotype although they carried two different Nav1.5 mutations, which have been reported to induce divergent biophysical defects. We identified a new alternative permeation pathway (called omega pore or gating pore) in the VSD of mutant Nav1.5 channels. This omega pore might constitute a common biophysical defect for all Nav1.5 mutations located in the channel’s VSDs. The second axe consisted in strengthening the association between mutations in the VSD of Nav1.5 and the creation of a gating pore. This research, based on the study of two other Nav1.5 mutations, confirmed the creation of an omega pore and increased the suspicion of the cardiovascular pathogenic potential of such an alternative permeation pathway. Finally, we studied a fifth Nav1.5 mutation. We used this mutation to characterize the pathological consequences of the creation of an omega pore. This study revealed that the creation of an omega pore disrupts the ionic homeostasis of cardiomyocytes. This homeostatic imbalance then affects electrical signals, cell morphology and also the function of cardiac myocytes. The studies of my thesis permitted to identify the omega pore as a potential common biophysical defect of Nav1.5 mutations located in the channel’s VSDs and associated to the arrhythmias and DCM. Furthermore, we also identified the pathological mechanism linking these mutations and the observed atypical clinical phenotype.

Les techniques de traitement du signal numérique prennent une place grandissante en rythmologie clinique. Ces outils offrent de nouvelles perspectives d'amélioration de la détection d'anomalies rythmiques subtiles et d'interprétation des arythmies complexes. Notre travail se focalise sur l'apport des techniques de traitement du signal pour les arythmies ventri­culaires. Il s'intéresse à trois champs complémentaires: les signaux unidimensionnels (ECG et EGM), la cartographie non-invasive, et la cartographie invasive. Concernant les signaux unidimensionnels, nous proposons tout d'abord une méthodologie d'amélio­ration du rapport signal sur bruit des enregistrements ECG par des méthodes de moyennage et de gating respiratoire. Cette méthodologie offre des perspectives intéressantes pour [a détection de si­gnaux anormaux de faible amplitude et pour la mesure non-invasive de l'intervalle HV. Nous détaillons ensuite les liens entre signaux endocardiques et ECG en fibrillation ventriculaire (FV), en montrant notamment que les fréquences dominantes sont fortement corrélées et qu'une fragmentation endocardique se traduit sur l'ECG de surface par une chute de l'amplitude. Enfin, nous démontrons par une analyse fréquentielle de 63épisodes de FV le lien entre les caractéristiques de ces épisodes et les caractéristiques cliniques des patients qui en sont victimes. Notamment, la fréquence dominante est très corrélée à la cardiopathie sous jacente. Le mode et le site d'induc tion ont également un impact important sur l'arythmie, aussi bien sur les fréquences que le degré de fragmentation et la phase de l'ECG de surface. Concernant la cartographie non-invasive, nous présentons une comparaison de différentes méthodes de résolution en potentiel du problème inverse. Cette comparaison démontre que la méthodologie ECGi fait partie des meilleures approches évaluées. Nous proposons ensuite une étude de validation des cartes d'activation ventriculaires par ECGi dans un contexte clinique sur 55 patients. Cette étude retrouve une corrélation médiocre entre les cartes non-invasives et les cartes de référence. Les résultats sont hétérogènes, avec une bonne corrélation sur les rythmes avec QRS larges. Nous proposons ensuite quelques pistes d'amélioration de ces cartes d'activation, par une analyse nouvelle de la solution fondamentale ECGi qui s'intéresse au gradient et au laplacien du potentiel et par un post-traitement des potentiels reconstruits, en combinant une évaluation des délais entre points voisin avec une mesure locale de temps d'activation. Ces deux techniques permettent une amélioration significative de la qualité des cartes reconstruites. Concernant la cartographie invasive, nous nous intéressons aux domaines et aux techniques d'inter­ polation de mesures ponctuelles. Nous montrons l'importance de ces techniques sur le rendu final d'une carte d'activation. Nous utilisons ensuite une de ces méthodologies pour produire des cartes améliorées chez les pa­tients porteurs d'un syndrome de Brugada. Nous montrons qu'il existe chez ces patients des arguments cliniques en faveur d'un bloc partiel de conduction endo-épicardique prédominant au niveau de l'infundibulum et de la partie latérobasale du ventricule droit. Enfin, nous montrons à l'aide d'un modèle in silico les conséquences arythmogènes d'une telle dis­ sociation, qui se traduit par une inductibilité accrue lorsque le nombre de connexions fonctionnelles résiduelles diminue. Au TOTAL, notre travail utilise les techniques de traitement du signal pour différentes applications autour des arythmies ventriculaires. Nous proposons plusieurs innovations méthodologiques per­mettant d'extraire et de traiter de manière nouvelle le signal électrique cardiaque. Les techniques de cartographie non-invasives doivent encore être améliorées pour tenir toutes leurs promesses. L'élec­trocardiographie et la cartographie de contact pourront voir leur champ d'utilisation étendu par ces innovations. / Signal processing tools are increasingly present in the electrophysiologist' s daily practice. These tools have the potential to enhance the detection of small electrical anomalies, and to enable the analysis of complex arrhythmia. Our work focuses on ventricular arrhythmia, and more specifically on how signal processing tech­ niques can help usbetter understand these diseases. lt is made up of three parts,focusing on different topics: uni-dimensional signal analysis (ECG and endocardial electrograms), non-invasive mapping, and invasive contact mapping. Concerning uni-dimensional signal analysis, we first propose a method to enhance the signal to noise ratio of ECG recordings. We use a combination of signal averaging and respiration gating to achieve this goal, and offer interesting perspectives for the detection of abnormal low amplitude potentials and non-invasive measurement of the HV interval. We then analyze the relationship between endocardial and ECG signais during ventricular fibrilla­ tion (VF) episodes. We demonstrate that endocardial and ECG dominant frequencies are similar,and that higher endocardial fragmentation results in a drop of the waveform amplitude on the surface ECG. Finally, we demonstrate through frequency domain analysis of 63 VF episodes a clear correlation between VF characteristics and clinical factors. Dominant frequency is particularly useful to dis­ criminate between different underlying causal substrates. We also demonstrate that VF characteris­ tics depend on the induction mode and induction site, in terms of dominant frequency, amount of fragmentation and ECG phase. Concerning non-invasive mapping, we compare different potential-based inverse problem resolution techniques. ECGi appears as one of the most reliable techniques. A clinical validation study of non-invasive ventricular activation mapping using ECGi isthen carried­ out. Fifty-five patients were included for whom non-invasive maps are compared to contact maps. We show a very poor overall correlation between non-invasive and invasive maps. Results are het­ erogeneous, with good correlation in patients with wide QRS activation patterns. Wethen propose different techniques to improve non-invasive activation mapping. A first study uses the surface laplacian and the gradient of the inverse-computed potential as inputs to activation map­ ping. A second study combines estimated delays between neighboring points and local activation time estimates to create a more globally coherent solution. Both studies demonstrate a significant improvement of activation maps. Concerning contact mapping, we first give an overview of interpolation domains and techniques that can be used to provide dense activation maps from sparse measures. We illustrate the influence of these techniques on the clinician's ability to make a correct diagnosis. We then use one of these interpolation techniques to create epicardial activation maps in Brugada patients. We show that these patients harbor epicardial electrical activity compatible with partial endo-epicardial conduction block. This phenomenon predominates in the right ventricular lateral wall and outflow tract. Finally,using an in silico model, we demonstrate the arrhythmogenic potential of such a dissociation. lnducibility peaks as the number of residual functional connections between endo and epicardium falls. ÜVERALL, our work uses signal processing techniques for different applications conceming ven­ tricular arrhythmia. We propose different methodological innovations that allow us to record and process cardiac electrical activity with increasing precision. Further progress is still required before non-invasive mapping can live up to its promises. The proposed methodological innovations can extend the use of electrocardiography and invasive mapping.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Médecine. Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie : Nantes : 2008. / Bibliogr.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Sciences de la vie et de la santé. Médecine : Nantes : 2007. / Bibliogr.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Médecine. Génétique moléculaire : Nantes : 2008. / Bibliogr.

L'avènement du remplacement de la valve aortique par cathéter (TAVI) a entraîné un changement de pratique dans le traitement de la sténose aortique. Le TAVI est devenu le traitement de choix pour les patients à risque chirurgical moyen à élevé et son expansion vers le traitement des patients à faible risque est déjà à l'étude. Au cours des dernières années, les améliorations successives apportées aux systèmes de valvules cardiaques par cathéter ont permis de réduire progressivement le nombre de complications péri-procédurales et de décès. Cependant, certains problèmes restent à résoudre. Les troubles de la conduction tels que le bloc de branche gauche nouvellement apparu ou le bloc auriculo-ventriculaire de haut degré nécessitant une implantation permanente de stimulateur cardiaque n'ont pas diminué avec le temps et restent la complication la plus fréquente de la procédure. Alors que les études précédentes se sont concentrées sur l'apparition des troubles de la conduction dans la période péri procédurale, il existe peu de données sur les épisodes tardifs (après la sortie de l'hôpital). D'autre part, la prévalence et l'impact clinique des tachyarythmies chez les patients après un TAVI ont été moins étudiés, en particulier après la sortie de l'hôpital. Différents inconvénients restent non résolus dans ce contexte (par exemple, l'évolution à long terme de l'ECG chez des patients sans troubles de la conduction, la prise en charge des patients avec nouveau bloc de branche gauche, les prédicteurs de la régression des anomalies à l'ECG chez des patients avec bloc de branche gauche). En outre, la surveillance électrocardiographique continue est apparue comme un outil utile pour diagnostiquer les troubles arythmiques (brady- et tachyarythmies) après le départ de l'hôpital, mais les données disponibles dans le cadre du TAVI sont rares. Leur sécurité et leur utilité clinique restent donc à élucider. Les principaux objectifs de ce projet de recherche doctoral sont les suivants: (i) évaluer l'incidence et l'impact clinique des troubles arythmiques tardifs (après le départ de l'hôpital) chez les patients avec TAVI, et (ii) démontrer la sécurité et l'utilité de la surveillance continue non invasive de l'ECG après une procédure TAVI. / The advent of transcatheter aortic valve implantation (TAVI) has meant a paradigm shift in the treatment of aortic stenosis. TAVI has become the preferred treatment for patients at intermediate to high surgical risk and its expansion towards the treatment of low-risk patients is under study. During the last years, the successive improvements in transcatheter heart valve systems have led to a progressive reduction of periprocedural complications and death. However, some issues remain to be resolved. Conduction disturbances (CDs) such as new-onset left bundle branch block (LBBB) or high-degree atrioventricular block requiring permanent pacemaker (PPM) implantation have not decreased over time and remains the most frequent complication of the procedure. Whereas previous studies focused on the occurrence of CDs in the periprocedural period, scarce data exist on late (after discharge) episodes. On the other hand, the prevalence and clinical impact of new-onset tachyarrhythmias in patients following TAVI have been less studied, especially after the hospital discharge. Different drawbacks remain unsolved in this context (e.g. long-term ECG evolution in patients without ECG-CDs, management of new-onset LBBB, predictors of ECG regression in new-onset LBBB patients). Furthermore, continuous electrocardiographic monitoring has emerged as a useful tool to unravel arrhythmic disorders (either brady and tachyarrhythmias) in the early phase post-discharge, but data in the TAVI setting is scarce. Thus, their safety and clinical usefulness remain to be elucidated. The main objectives of this PhD research project are: (i) to assess the incidence and clinical impact of late arrhythmic disorders (post discharge) in TAVI recipients (ii) to demonstrate the safety and usefulness of non-invasive continuous ECG monitoring post-TAVI.

L'avènement du remplacement de la valve aortique par cathéter (TAVI) a entraîné un changement de pratique dans le traitement de la sténose aortique. Le TAVI est devenu le traitement de choix pour les patients à risque chirurgical moyen à élevé et son expansion vers le traitement des patients à faible risque est déjà à l'étude. Au cours des dernières années, les améliorations successives apportées aux systèmes de valvules cardiaques par cathéter ont permis de réduire progressivement le nombre de complications péri-procédurales et de décès. Cependant, certains problèmes restent à résoudre. Les troubles de la conduction tels que le bloc de branche gauche nouvellement apparu ou le bloc auriculo-ventriculaire de haut degré nécessitant une implantation permanente de stimulateur cardiaque n'ont pas diminué avec le temps et restent la complication la plus fréquente de la procédure. Alors que les études précédentes se sont concentrées sur l'apparition des troubles de la conduction dans la période péri procédurale, il existe peu de données sur les épisodes tardifs (après la sortie de l'hôpital). D'autre part, la prévalence et l'impact clinique des tachyarythmies chez les patients après un TAVI ont été moins étudiés, en particulier après la sortie de l'hôpital. Différents inconvénients restent non résolus dans ce contexte (par exemple, l'évolution à long terme de l'ECG chez des patients sans troubles de la conduction, la prise en charge des patients avec nouveau bloc de branche gauche, les prédicteurs de la régression des anomalies à l'ECG chez des patients avec bloc de branche gauche). En outre, la surveillance électrocardiographique continue est apparue comme un outil utile pour diagnostiquer les troubles arythmiques (brady- et tachyarythmies) après le départ de l'hôpital, mais les données disponibles dans le cadre du TAVI sont rares. Leur sécurité et leur utilité clinique restent donc à élucider. Les principaux objectifs de ce projet de recherche doctoral sont les suivants: (i) évaluer l'incidence et l'impact clinique des troubles arythmiques tardifs (après le départ de l'hôpital) chez les patients avec TAVI, et (ii) démontrer la sécurité et l'utilité de la surveillance continue non invasive de l'ECG après une procédure TAVI. / The advent of transcatheter aortic valve implantation (TAVI) has meant a paradigm shift in the treatment of aortic stenosis. TAVI has become the preferred treatment for patients at intermediate to high surgical risk and its expansion towards the treatment of low-risk patients is under study. During the last years, the successive improvements in transcatheter heart valve systems have led to a progressive reduction of periprocedural complications and death. However, some issues remain to be resolved. Conduction disturbances (CDs) such as new-onset left bundle branch block (LBBB) or high-degree atrioventricular block requiring permanent pacemaker (PPM) implantation have not decreased over time and remains the most frequent complication of the procedure. Whereas previous studies focused on the occurrence of CDs in the periprocedural period, scarce data exist on late (after discharge) episodes. On the other hand, the prevalence and clinical impact of new-onset tachyarrhythmias in patients following TAVI have been less studied, especially after the hospital discharge. Different drawbacks remain unsolved in this context (e.g. long-term ECG evolution in patients without ECG-CDs, management of new-onset LBBB, predictors of ECG regression in new-onset LBBB patients). Furthermore, continuous electrocardiographic monitoring has emerged as a useful tool to unravel arrhythmic disorders (either brady and tachyarrhythmias) in the early phase post-discharge, but data in the TAVI setting is scarce. Thus, their safety and clinical usefulness remain to be elucidated. The main objectives of this PhD research project are: (i) to assess the incidence and clinical impact of late arrhythmic disorders (post discharge) in TAVI recipients (ii) to demonstrate the safety and usefulness of non-invasive continuous ECG monitoring post-TAVI.

Bien que les progrès thérapeutiques aient permis de freiner la progression des maladies cardio-vasculaires (CV), mais surtout d'améliorer leur prévention et par conséquent de réduire la survenue d'accidents CV, ces maladies devraient rester les premières causes mondiales de décès dans les prochaines années. Cet état des lieux épidémiologique illustre donc des insuffisances concernant à la fois la prévention, mais également la prise en charge du risque CV. Ce travail de thèse s'est alors intéressé à la compréhension des mécanismes physiopathologiques de l'insuffisance cardiaque ischémique (ICi), maladie CV la plus répandue, afin de proposer des stratégies préventives limitant le remodelage cardiaque délétère ; ainsi qu'à l'étude de la pollution atmosphérique comme potentiel facteur de risque CV. Le couplage excitation-métabolisme-contraction (E-M-C), qui sous-tend la fonction de la pompe cardiaque, s'adapte en réponse à différents stimuli par une modification des interrelations spatiales et temporelles complexes entre activités électriques, énergétiques et mécaniques. Ces modifications à différents niveaux peuvent initier un remodelage délétère évoluant vers une altération du fonctionnement, voire une défaillance chronique, du myocarde.Ce travail de thèse met en évidence un découplage entre les activités mitochondriales et contractiles, à l'origine d'un déséquilibre des homéostasies ioniques et redox, responsables des dysfonctions cardiaques étudiées dans des contextes d'ICi et d'exposition en milieu pollué au CO. Ainsi, une approche thérapeutique, visant à restaurer les fonctions mitochondriales et à rétablir le couplage E-M-C cardiaque, pourrait être considérée afin de préserver au mieux la fonction myocardique. Ce travail de thèse permet alors une meilleure compréhension des mécanismes physiopathologiques de l'ICi, et identifie la pollution atmosphérique comme facteur de risque CV à considérer en clinique afin de mieux prévenir le risque CV. / Abstract non available.