L’ischémie aigüe (restriction de la perfusion suite à l’infarctus du myocarde) induit des changements majeurs des propriétés électrophysiologique du tissu ventriculaire. Dans la zone ischémique, on observe une augmentation du potassium extracellulaire qui provoque l’élévation du potentiel membranaire et induit un "courant de lésion" circulant entre la zone affectée et saine. Le manque d’oxygène modifie le métabolisme des cellules et diminue la production d’ATP, ce qui entraîne l’ouverture de canaux potassique ATP-dépendant. La tachycardie, la fibrillation ventriculaire et la mort subite sont des conséquences possibles de l’ischémie. Cependant les mécanismes responsables de ces complications ne sont pas clairement établis. La création de foyer ectopique (automaticité), constitue une hypothèse intéressante expliquant la création de ses arythmies. Nous étudions l’effet de l’ischémie sur l’automaticité à l’aide d’un modèle mathématique de la cellule ventriculaire humaine (Ten Tusscher, 2006) et d’une analyse exhaustive des bifurcations en fonction de trois paramètres : la concentration de potassium extracellulaire, le "courant de lésion" et l’ouverture de canaux potassiques ATP-dépendant. Dans ce modèle, nous trouvons que seule la présence du courant de lésion peut entrainer une activité automatique. Les changements de potassium extracellulaire et du courant potassique ATP-dépendant altèrent toutefois la structure de bifurcation. / Acute ischemia (restriction in blood supply to part of the heart which can result in myocardial infarction) induces major changes in the electrophysiological properties of the ventricular tissue. Extracellular potassium concentration increases in the ischemic zone, leading to an elevation of the resting membrane potential that creates an “injury current” between the infarcted and the healthy zone. In addition, the lack of oxygen impairs the metabolic activity of the myocytes and decreases ATP production, thereby affecting ATP-sensitive potassium channels. A frequent complication of myocardial infarction is tachycardia, fibrillation and sudden cardiac death, but the mechanisms underlying their initiation are still debated. One hypothesis is that these arrhythmias may be triggered by abnormal automaticity. We have investigated the effect of ischemia on myocyte automaticity by performing a comprehensive bifurcation analysi(fixed points, cycles and their stability) of a human ventricular myocyte model (Ten Tusscher, 2006) as a function of three ischemia-relevant parameters: extracellular potassium, injury current, and ATP-sensitive potassium current. In this single-cell model, we found that automatic activity was possible only in the presence of an injury current. Changes in extracellular potassium and ATP-sensitive potassium current significantly altered the bifurcation structure as a function of IS, including the occurrence of early-after-depolarization. The results provide a sound basis for studying higher-dimensional tissue structures representing an ischemic heart.

Le tamoxifène, un modulateur sélectif des récepteurs oestrogéniques, est un médicament largement utilisé depuis plus de vingt ans pour le traitement et la prévention du cancer du sein. Plusieurs études ont rapporté que l’administration aiguë du tamoxifène pouvait réduire certains courants K+ cardiaques. Cette observation suggère que les femmes traitées de façon chronique avec le tamoxifène risquent d’avoir une prolongation de leur intervalle QT, favorisant ainsi le développement de torsades de pointes. Puisque in vivo, le tamoxifène est largement métabolisé et son effet est attribué à celui du 4hydroxy-tamoxifène (4OH-tamoxifène), nous avons d'abord vérifié si les effets du tamoxifène sur la repolarisation pouvaient être dus au 4OH-tamoxifène. À l'aide de la méthode de patch-clamp, nous avons étudié l’effet aigu du 4OH-tamoxifène sur les courants K+ présents au niveau ventriculaire chez la souris femelle. En premier lieu, nous avons démontré que les souris traitées avec le 4OH-tamoxifène présentaient une diminution des courants K+ comparativement aux souris intactes. Fait intéressant, le prétraitement des myocytes avec l’antagoniste des récepteurs oestrogéniques, le ICI 182,780, ou l’inhibiteur de la synthèse protéique, l'actinomycine D, n’a pas modifié les effets du 4OH-tamoxifène. Ces résultats suggéraient que les effets du 4OH-tamoxifène sur les courants potassiques ne soient pas liés à la transcription génomique et n’implique pas les récepteurs aux œstrogènes. Bien que l’administration aiguë du 4OH-tamoxifène diminue les courants K+ cardiaques, l’absence de troubles au niveau du rythme cardiaque chez les femmes traitées à long terme exclu la possibilité de conclure que le traitement chronique avec le tamoxifène augmente la durée de l’intervalle QT. L'accès à des souris femelles et des cobayes nous a permis de démontrer que contrairement au traitement en aigu, les courants et les canaux K+ cardiaques sont augmentés en chronique. Les oestrogènes associés à une diminution des courants K+ d’une part et nos résultats obtenus avec le tamoxifène d’autre part suggèrent qu’en bloquant les récepteurs oestrogéniques, le tamoxifène puisse prévenir les effets inhibiteurs des oestrogènes sur les courants K+. Cette association œstrogènes- tamoxifène- récepteurs oestrogéniques et courants K+ nous a encouragées à approfondir encore nos études et vérifier l’influence des hormones sexuelles féminines sur la repolarisation ventriculaire. Une troisième étude a été ainsi réalisée chez des souris femelles ovariectomisées et des souris déficientes en récepteurs oestrogéniques α ou β afin de vérifier le rôle des oestrogènes et des récepteurs oestrogéniques sur la repolarisation ventriculaire. Nos résultats ont révélé clairement que l’absence des oestrogènes entraîne une augmentation de la densité du courant K+ transitoire indépendant du Ca2+ (Ito) et de l’expression du canal Kv4.3 et ces effets sont médiés par les REα. Ces données soutiennent davantage notre conclusion que l’inhibition des récepteurs oestrogéniques est responsable de l’augmentation des courants/canaux K+ et suggèrent fortement qu’ils jouent un rôle dans la régulation de la repolarisation ventriculaire. Elles soulignent aussi l'importance de vérifier le statut hormonal des animaux utilisés pour des études touchant l'électrophysiologie cardiaque. Dans la dernière partie de cette thèse nous avons vérifié les effets de la grossesse et du système nerveux autonome sur les différents paramètres électrocardiographiques et plus particulièrement sur le rythme cardiaque chez la souris. Nos données ont montré que, comme chez la femme enceinte, la grossesse est associée à une augmentation du rythme cardiaque. De plus, l'augmentation des niveaux des hormones féminines pourrait affecter l’automatisme et l’activité électrique cardiaque. Ces différentes études ont augmenté les connaissances sur la régulation hormonale de l'électrophysiologie cardiaque et aideront aux avancements des recherches chez les femmes. / Tamoxifen is a selective estrogen receptor modulator widely used in the treatment and prevention of breast cancer from more than 20 years. Other studies have reported that acute exposure to tamoxifen can reduce cardiac K+ currents. However, in vivo tamoxifen is largely metabolized and most of its activity is attributable to its major metabolite, 4- hydroxytamoxifen (4OH-tamoxifen). In our first study, we investigated the acute effects of 4OH-tamoxifen on cardiac K+ currents in mice. Using the patch-clamp technique, we found that, as with tamoxifen, short-term exposure to 4OH-tamoxifen reduced K+ currents in the mouse ventricle even in the presence of the selective oestrogen receptor antagonist, ICI-182,780, or the inhibitor of RNA synthesis, actinomycin D. These results suggest an inhibition independent of the intracellular oestrogen receptor and the protein synthesis. However, women receiving long-term tamoxifen therapy do not experience cardiac arrhythmias although acute perfusion of tamoxifen has been shown to inhibit cardiac K+ currents. This observation suggests that chronic tamoxifen treatment does not negatively modulate cardiac K+ currents. Therefore, in order to investigate the absence of cardiac arrhythmias in women, we examined the effects of long term tamoxifen therapy associated with low level of estrogen on ventricular K+ currents and channels expressed in mouse and guinea pig heart. Female mice and guinea pigs were treated with placebo or tamoxifen pellets for 60 days. Our results show an increase of the densities of K+ currents and the expression of their channels. Conditions with high oestrogen levels are associated with reduced K+ currents both in the heart and the uterus. Thus, conceivably, tamoxifen might prevent the inhibitory effects of oestrogen on K+ channels by blocking the oestrogen receptors, which would explain the reported increase in K+ currents. These findings could contribute to explain the absence of cardiac arrhythmia with long-term tamoxifen therapy. These association estrogen- tamoxifen and estrogen receptor lead us to study the influence of estrogens and estrogen receptors on ventricular repolarization. Accordingly, we assessed the involvement of estrogens and ER on K+ currents in mouse using ovariectomised (OVX), ER-knockout (ERKOα) or ERβ-knockout (ERKOβ) female mice. These experiments show that the absence of estrogen is associated with an increase of the density of the Ca2+-independent transient outward, Ito, the mRNA and protein expression of Kv4.3. These results vi obtained with ERKO mice suggest that estrogens regulate ventricular repolarization and ER mediates this effect. The last part of this thesis was to determine whether pregnancy elicits a change in the heart rate in mice and whether pregnancy-related changes are due to the cardiac conduction system rather than a change in autonomic tone. Our results revealed that pregnancy accelerates the resting heart rate and the AV node conduction time in the presence and absence of autonomic nervous system input suggesting an intrinsic mechanism. Moreover, Hormonal changes that occur during pregnancy are likely to be involved in these adaptations of the heart to pregnancy. These studies provide a new insight to understand the hormonal regulation of cardiac electrophysiology.

Contexte ─ L’incidence, les caractéristiques, et le pronostic (vital et fonctionnel) de la mort subite du sportif n’ont pas été étudiés en population générale. Méthodes ─ Etude observationnelle prospective menée par l’Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale en collaboration avec le Service d’Aide Médicale Urgente (SAMU) dans 60 départements français (2005–2010) incluant les sujets de 10 à 75 ans présentant une mort subite (récupérée ou non) au cours d’une activité sportive de loisir ou de compétition. La détection des cas a été assurée par deux sources indépendantes. L’information a été recueillie selon le modèle d’Utstein. Les incidences ont été calculées par million d’habitants et million de participants sportifs, en considérant les 20ème et 80ème percentiles des départements les plus participants. Des analyses complémentaires ont été menées chez les femmes et pour les sports les plus en cause. Compte tenu de disparités régionales importantes en termes de survie, la distribution des facteurs (individuels et communautaires) classiquement associés à la survie (à la sortie de l’hôpital) a été examinée dans 4 groupes de survie (<10%, 10–20, 20–40, et >40%). L’analyse des facteurs associés à la survie a été effectuée par régression logistique.Résultats ─ Au total, 820 cas ont été collectés, et l’incidence totale a été évaluée entre 5 et 17 cas par million d’habitants par an en France. Seulement 6% des cas sont survenus chez le jeune athlète de compétition. Après considération des taux de participation sportive, l’incidence chez l’homme a été estimée entre 11,2 (95% IC 10,4–12,1) et 33,8 (95% IC 30,9–36,8) cas par million de participants et par an, l’incidence chez la femme étant, en comparaison avec l’homme, extrêmement faible, en particulier chez les 40–54 ans avec un risque relatif de 0,03 (95% IC 0,01–0,07). L’incidence augmentait significativement avec l’âge chez l’homme (risque relatif 2,51, 95 % IC 2,10–3,01, quand âge >35 ans), et était plus importante dans certains sports (cyclisme vs. natation, p<0,0001). L’âge moyen des sujets était de 46±15 ans. Des antécédents cardiovasculaires étaient rapportés dans 12% des cas. Le taux de survie moyen à la sortie de l’hôpital était de 15,7% (95% IC 13,2–18,2), avec cependant des disparités départementales majeures (de 0 à 47%), alors que le pronostic neurologique restait favorable chez 80% des survivants. La description en 4 groupes de survie a démontré l’absence de différence significative en termes de caractéristiques des sujets, de circonstances de survenue, de délai de prise en charge, et de mortalité intra-hospitalière. A l’inverse, des différences majeures ont été observées concernant l’initiation du massage cardiaque par le témoin (15% à 81%, p<0,001), le rythme initialement choquable (29% à 79%, p<0,001), le niveau de formation de la population aux premiers secours (p<0,001) et la densité de défibrillateurs extra-hospitaliers dans le département (p<0,001). Le défibrillateur n’a que rarement été utilisé par les témoins avant l’arrivée des premiers secours (<1%). Au final, les facteurs individuels suivants étaient indépendamment associés à la survie à la sortie de l’hôpital : massage cardiaque par témoin (OR 3,73, 95% IC 2,19–6,39, p<0,0001), délai d’intervention (OR 1,32, 95% IC 1,08–1,61, p=0,006), présence d’un rythme choquable initial (OR 3,71, 95% IC 2,07–6,64, p<0,0001). Après ajustement sur les facteurs pronostiques individuels, seul le niveau de formation de la population aux premiers secours restait associé de façon significative à la survie (OR 1,64, 95% IC 1,17–2,31, p=0,004).Conclusions et perspectives ─ La mort subite est un problème de santé publique faisant intervenir les pompiers, le SAMU, les réanimateurs, les cardiologues, les épidémiologistes. Sa prise en charge est nécessairement multidisciplinaire et les progrès viendront d’une action concertée de santé publique. Concernant la mort subite du sportif, nos conclusions sont que (...) / Background – Although such data are available for young competitive athletes, the prevalence, characteristics and outcome of sports-related sudden cardiac death have not previously been assessed in the general population.Methods – A prospective and comprehensive national survey was carried out throughout France by the French Institute of Health and Medical Research from 2005 to 2010, involving subjects aged 10–75 years. Case detection for sports-related sudden cardiac death, during competitive or leisure activities, including resuscitated cardiac arrest, was undertaken via emergency medical services (Service d’Aide Médicale Urgente, SAMU) reporting and web-based screening of media releases. Data were collected according to Utstein’s style. Incidence calculations were reported by million of inhabitants as well as million of sports participants. Specific analyses were also carried out among women and specific sports. After having documented major regional survival disparities, we identified to which extent conventional evidence-based individual factors, known to be associated to survival, were distributed among different groups of survival. Moreover, we assessed if functional outcome was variable among groups of survival. Factors associated with survival were analyzed using regression logistic model.Results – The overall burden of sports-related sudden cardiac death was estimated between 5 and 17 cases per million inhabitants per year. Only 6% of cases occurred among young competitive athletes, with a specific incidence calculated to 9.8 (95% CI 3.7–16.0) per million per year. After considering participation rates, incidence in men sport participants was estimated from 11.2 (95% CI 10.4–12.1) to 33.8 (95% CI 30.9–36.8) per million of participants per year, dramatically higher than women-related incidence, particularly in the 45–54 year range (relative risk 0.03, 95% CI 0.01 to 0.07). By contrast with women, the incidence of sports-related sudden cardiac death in men significantly increased over age categories (p<0.0001), and incidence rates were substantially higher in men aged >35 years than men aged 35 years or less (RR 2.51, 95% CI 2.10–3.01). The mean survival rate at hospital discharge was 15.7% (95% CI 13.2–18.2), with major regional disparities among districts (from 0 to 47%), with however a highly similar favorable neurological outcome (80%). No difference was observed regarding subjects’ characteristics and circumstances of occurrence (including presence of witnesses, delays of intervention and public use of automatic external defibrillators) across survival groups. By contrast, major differences were noted regarding bystander initiation of cardiopulmonary resuscitation (15% to 81%, p<0.001) and presence of initial shockable rhythm (29% to 79%, p<0.001). Public use of automatic external defibrillator was dramatically low (<1%). Independent factors for survival included bystander cardiopulmonary resuscitation (OR 3.73, 95% CI 2.19–6.39, p<0.0001), initial shockable rhythm (OR 3.71, 95% CI 2.07–6.64, p<0.0001) and short delay between cardiac arrest and resuscitation (OR 1.32, 95% CI 1.08–1.61, p=0.006). After adjustment on individual factors, only population education to Basic Life Support was significantly associated with survival (OR 1.64, 95% CI 1.17–2.31, p=0.004).Conclusions and perspectives – Sudden cardiac death is a public health issue, with the need for a multidisciplinary approach involving Emergency Cares, Cardiology, and Epidemiology. Regarding sports-related sudden death, our conclusions are the following (...)

L’ischémie aigüe (restriction de la perfusion suite à l’infarctus du myocarde) induit des changements majeurs des propriétés électrophysiologique du tissu ventriculaire. Dans la zone ischémique, on observe une augmentation du potassium extracellulaire qui provoque l’élévation du potentiel membranaire et induit un "courant de lésion" circulant entre la zone affectée et saine. Le manque d’oxygène modifie le métabolisme des cellules et diminue la production d’ATP, ce qui entraîne l’ouverture de canaux potassique ATP-dépendant. La tachycardie, la fibrillation ventriculaire et la mort subite sont des conséquences possibles de l’ischémie. Cependant les mécanismes responsables de ces complications ne sont pas clairement établis. La création de foyer ectopique (automaticité), constitue une hypothèse intéressante expliquant la création de ses arythmies. Nous étudions l’effet de l’ischémie sur l’automaticité à l’aide d’un modèle mathématique de la cellule ventriculaire humaine (Ten Tusscher, 2006) et d’une analyse exhaustive des bifurcations en fonction de trois paramètres : la concentration de potassium extracellulaire, le "courant de lésion" et l’ouverture de canaux potassiques ATP-dépendant. Dans ce modèle, nous trouvons que seule la présence du courant de lésion peut entrainer une activité automatique. Les changements de potassium extracellulaire et du courant potassique ATP-dépendant altèrent toutefois la structure de bifurcation. / Acute ischemia (restriction in blood supply to part of the heart which can result in myocardial infarction) induces major changes in the electrophysiological properties of the ventricular tissue. Extracellular potassium concentration increases in the ischemic zone, leading to an elevation of the resting membrane potential that creates an “injury current” between the infarcted and the healthy zone. In addition, the lack of oxygen impairs the metabolic activity of the myocytes and decreases ATP production, thereby affecting ATP-sensitive potassium channels. A frequent complication of myocardial infarction is tachycardia, fibrillation and sudden cardiac death, but the mechanisms underlying their initiation are still debated. One hypothesis is that these arrhythmias may be triggered by abnormal automaticity. We have investigated the effect of ischemia on myocyte automaticity by performing a comprehensive bifurcation analysi(fixed points, cycles and their stability) of a human ventricular myocyte model (Ten Tusscher, 2006) as a function of three ischemia-relevant parameters: extracellular potassium, injury current, and ATP-sensitive potassium current. In this single-cell model, we found that automatic activity was possible only in the presence of an injury current. Changes in extracellular potassium and ATP-sensitive potassium current significantly altered the bifurcation structure as a function of IS, including the occurrence of early-after-depolarization. The results provide a sound basis for studying higher-dimensional tissue structures representing an ischemic heart.

L'objectif du travail était l'étude des effets ventilatoires et cardiovasculaires de l'hyperventilation volontaire (HV) ainsi que psychophysiologiques chez les sujets sains et les patients souffrant de trouble panique. Nous avons mené deux études : la première sur des sujets sains sur lesquels le débit ventilatoire, les mouvements du thorax et de l'abdomen, le pourcentage de CO2 dans l'air expiré (FETCO2), l'électrocardiogramme (ECG) ont été enregistre au cours de deux tests d'hyperventilation : l'un à la fréquence de repos (THV) et l'autre à la fréquence de 20 cycles par minute (THV20). La deuxième étude a porté sur un groupe de sujets sains (groupe contrôle) et un groupe de patients souffrant du trouble panique (TP) sur lesquels le débit ventilatoire et l'ECG ont été enregistrés et les niveaux d'anxiété (Spielbergher), de dépression (Beck), du stress (Holmes), des symptômes de troubles fonctionnels (Profil Végétatif) et des symptômes produits par l'hyperventilation ont été évalués. Les variables ventilatoires classiques ont été calculées cycle par cycle. La forme des cycles ventilatoires a été étudiée en calculant les asters (représentation vectorielle des quatre premières harmoniques d'une décomposition en série de Fourier de chaque cycle respiratoire) ainsi que les triads (complexe trivarié: volume courant Vt, temps d'inspiration Ti et d'expiration Te). Les asters et triads ont été comparés dans les différentes conditions en utilisant un test statistique multi-varié (test de similarité). Les composantes du spectre de la période cardiaque, les périodes cardiaques moyennes et les coefficients de variation de la période cardiaque ont été calculés à partir des intervalles RR de l'ECG. Les résultats du test de similarité montrent que la forme du cycle ventilatoire de repos est modifiée au cours de l'hyperventilation volontaire, mais que la forme cycle à l'HV est conservée à un an d'intervalle et aussi pour les périodes d'HV des deux tests THV et TVH20. L'hyperventilation volontaire modifie significativement les caractéristiques de la ventilation (variables et forme du cycle). Cependant, au cours de l'hyperventilation volontaire ces caractéristiques sont conservées à un an d'intervalle et il semble que la personnalité ventilatoire de repos ne se conserve pas au cours de l'HV, mais l'on retrouve une personnalité " différente " au cours de l'HV. Les variables ventilatoires et leurs coefficients de variation sont modifiés pendant toutes les périodes des deux tests d'hyperventilation. Les variables ventilatoires du groupe contrôle ne sont significativement différentes du groupe TP qu'au cours des trois premières minutes de récupération. La variabilité cardiaque est significativement modifiée au cours des périodes des tests d'hyperventilation volontaire. La variabilité cardiaque est significativement plus faible chez les patients TP que chez les sujets sains et l'analyse des composantes spectrales de la période cardiaque permet de déduire que les patients semblent présenter au repos et pendant l'HV, une activité cardio-vagale plus faible et une activité sympathique plus élevée que les sujets sains. Les patients TP ont des niveaux plus élevés d'anxiété et de dépression que les sujets du groupe contrôle. Au cours des trois première minutes de récupération après l'hyperventilation volontaire à la fréquence de repos, la ventilation est plus élevée chez les sujets présentant une anxiété élevée que chez ceux présentant une anxiété normale à moyenne. Le nombre de symptômes fonctionnels et produits par l'hyperventilation volontaire est aussi plus élevé chez les sujets présentant une anxiété élevée.

Le tamoxifène, un modulateur sélectif des récepteurs oestrogéniques, est un médicament largement utilisé depuis plus de vingt ans pour le traitement et la prévention du cancer du sein. Plusieurs études ont rapporté que l’administration aiguë du tamoxifène pouvait réduire certains courants K+ cardiaques. Cette observation suggère que les femmes traitées de façon chronique avec le tamoxifène risquent d’avoir une prolongation de leur intervalle QT, favorisant ainsi le développement de torsades de pointes. Puisque in vivo, le tamoxifène est largement métabolisé et son effet est attribué à celui du 4hydroxy-tamoxifène (4OH-tamoxifène), nous avons d'abord vérifié si les effets du tamoxifène sur la repolarisation pouvaient être dus au 4OH-tamoxifène. À l'aide de la méthode de patch-clamp, nous avons étudié l’effet aigu du 4OH-tamoxifène sur les courants K+ présents au niveau ventriculaire chez la souris femelle. En premier lieu, nous avons démontré que les souris traitées avec le 4OH-tamoxifène présentaient une diminution des courants K+ comparativement aux souris intactes. Fait intéressant, le prétraitement des myocytes avec l’antagoniste des récepteurs oestrogéniques, le ICI 182,780, ou l’inhibiteur de la synthèse protéique, l'actinomycine D, n’a pas modifié les effets du 4OH-tamoxifène. Ces résultats suggéraient que les effets du 4OH-tamoxifène sur les courants potassiques ne soient pas liés à la transcription génomique et n’implique pas les récepteurs aux œstrogènes. Bien que l’administration aiguë du 4OH-tamoxifène diminue les courants K+ cardiaques, l’absence de troubles au niveau du rythme cardiaque chez les femmes traitées à long terme exclu la possibilité de conclure que le traitement chronique avec le tamoxifène augmente la durée de l’intervalle QT. L'accès à des souris femelles et des cobayes nous a permis de démontrer que contrairement au traitement en aigu, les courants et les canaux K+ cardiaques sont augmentés en chronique. Les oestrogènes associés à une diminution des courants K+ d’une part et nos résultats obtenus avec le tamoxifène d’autre part suggèrent qu’en bloquant les récepteurs oestrogéniques, le tamoxifène puisse prévenir les effets inhibiteurs des oestrogènes sur les courants K+. Cette association œstrogènes- tamoxifène- récepteurs oestrogéniques et courants K+ nous a encouragées à approfondir encore nos études et vérifier l’influence des hormones sexuelles féminines sur la repolarisation ventriculaire. Une troisième étude a été ainsi réalisée chez des souris femelles ovariectomisées et des souris déficientes en récepteurs oestrogéniques α ou β afin de vérifier le rôle des oestrogènes et des récepteurs oestrogéniques sur la repolarisation ventriculaire. Nos résultats ont révélé clairement que l’absence des oestrogènes entraîne une augmentation de la densité du courant K+ transitoire indépendant du Ca2+ (Ito) et de l’expression du canal Kv4.3 et ces effets sont médiés par les REα. Ces données soutiennent davantage notre conclusion que l’inhibition des récepteurs oestrogéniques est responsable de l’augmentation des courants/canaux K+ et suggèrent fortement qu’ils jouent un rôle dans la régulation de la repolarisation ventriculaire. Elles soulignent aussi l'importance de vérifier le statut hormonal des animaux utilisés pour des études touchant l'électrophysiologie cardiaque. Dans la dernière partie de cette thèse nous avons vérifié les effets de la grossesse et du système nerveux autonome sur les différents paramètres électrocardiographiques et plus particulièrement sur le rythme cardiaque chez la souris. Nos données ont montré que, comme chez la femme enceinte, la grossesse est associée à une augmentation du rythme cardiaque. De plus, l'augmentation des niveaux des hormones féminines pourrait affecter l’automatisme et l’activité électrique cardiaque. Ces différentes études ont augmenté les connaissances sur la régulation hormonale de l'électrophysiologie cardiaque et aideront aux avancements des recherches chez les femmes. / Tamoxifen is a selective estrogen receptor modulator widely used in the treatment and prevention of breast cancer from more than 20 years. Other studies have reported that acute exposure to tamoxifen can reduce cardiac K+ currents. However, in vivo tamoxifen is largely metabolized and most of its activity is attributable to its major metabolite, 4- hydroxytamoxifen (4OH-tamoxifen). In our first study, we investigated the acute effects of 4OH-tamoxifen on cardiac K+ currents in mice. Using the patch-clamp technique, we found that, as with tamoxifen, short-term exposure to 4OH-tamoxifen reduced K+ currents in the mouse ventricle even in the presence of the selective oestrogen receptor antagonist, ICI-182,780, or the inhibitor of RNA synthesis, actinomycin D. These results suggest an inhibition independent of the intracellular oestrogen receptor and the protein synthesis. However, women receiving long-term tamoxifen therapy do not experience cardiac arrhythmias although acute perfusion of tamoxifen has been shown to inhibit cardiac K+ currents. This observation suggests that chronic tamoxifen treatment does not negatively modulate cardiac K+ currents. Therefore, in order to investigate the absence of cardiac arrhythmias in women, we examined the effects of long term tamoxifen therapy associated with low level of estrogen on ventricular K+ currents and channels expressed in mouse and guinea pig heart. Female mice and guinea pigs were treated with placebo or tamoxifen pellets for 60 days. Our results show an increase of the densities of K+ currents and the expression of their channels. Conditions with high oestrogen levels are associated with reduced K+ currents both in the heart and the uterus. Thus, conceivably, tamoxifen might prevent the inhibitory effects of oestrogen on K+ channels by blocking the oestrogen receptors, which would explain the reported increase in K+ currents. These findings could contribute to explain the absence of cardiac arrhythmia with long-term tamoxifen therapy. These association estrogen- tamoxifen and estrogen receptor lead us to study the influence of estrogens and estrogen receptors on ventricular repolarization. Accordingly, we assessed the involvement of estrogens and ER on K+ currents in mouse using ovariectomised (OVX), ER-knockout (ERKOα) or ERβ-knockout (ERKOβ) female mice. These experiments show that the absence of estrogen is associated with an increase of the density of the Ca2+-independent transient outward, Ito, the mRNA and protein expression of Kv4.3. These results vi obtained with ERKO mice suggest that estrogens regulate ventricular repolarization and ER mediates this effect. The last part of this thesis was to determine whether pregnancy elicits a change in the heart rate in mice and whether pregnancy-related changes are due to the cardiac conduction system rather than a change in autonomic tone. Our results revealed that pregnancy accelerates the resting heart rate and the AV node conduction time in the presence and absence of autonomic nervous system input suggesting an intrinsic mechanism. Moreover, Hormonal changes that occur during pregnancy are likely to be involved in these adaptations of the heart to pregnancy. These studies provide a new insight to understand the hormonal regulation of cardiac electrophysiology.

Novartis a subventionné ce projet de recherche / La sclérose tubéreuse de Bourneville (STB) est une affection caractérisée par la formation de tumeurs bénignes dans différents organes dont le cœur. Elle est due à la désinhibition de la cible mammalienne de la rapamycine (mTOR). Ces tumeurs encore appelées rhabdomyomes (RHM) au niveau cardiaque régressent spontanément dans la plupart des cas mais peuvent se compliquer d’arythmie ou d’obstruction ce qui peut compromettre le débit cardiaque et nécessiter un traitement. Les objectifs généraux de ce travail étaient d’étudier les perturbations des paramètres fonctionnels cardiaques et d’analyser la variabilité de la fréquece cardiaque chez une population porteuse de rhabdomyomes cardiaques dans la sclérose tubéreuse de Bourneville. Méthodes : Nous avons mené cette étude transversale entre février 2013 et mars 2015 afin de déterminer l'impact de la RHM sur le système de conduction cardiaque, sur l'homéostasie nerveuse autonome et sur le fonctionnement du coeur. Trente sujets avec TSC ont été recrutés pour participer à cette étude et ils ont été comparés à 13 contrôles sains qui étaient des membres de la famille libres de RHM. Les séries d’échocardiogrammes qui ont été précédemment enregistrées ont servi à documenter la taille de la tumeur au cours de la petite enfance. Un enregistrement Holter de 24 heures a été effectué pour la détection éventuelle d'arythmies et l'analyse de la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC). Nous avons aussi rapporté quatre cas de régression de gros rhabdomyomes obstructifs chez des nouveaux nés sous everolimus par rapport à dix contrôles historiques non traités de notre centre. Résultats : La durée moyenne du suivi était de 4.5 ans. La prévalence des RHM était de 46.8% (37 RHM) entre 0-5 ans, 13.9% (11 RHM) entre 6-11 ans et 39.2% (31 RHM) entre 12- 33 ans. Dans 20% des cas, les RHM étaient responsables d’obstacles à l’éjection ou au remplissage du cœur. Les troubles du rythme retrouvés étaient de bénignes extrasystoles ventriculaires (55%) et des extrasystoles supraventriculaires (50%), Ces extrasystoles étaient plus fréquentes chez ces patients comparés à la population générale. Des arythmies significatives étaient notées chez 3 patients (30%) porteurs de large RHM: l’un présentait une tachycardie supraventriculaire sur syndrome de Wolff Parkinson White, l’autre une fibrillation auriculaire et le dernier des tachycardies supraventriculaires paroxystiques. Dans ii cette étude, nous avons aussi noté une augmentation de la variabilité de la fréquence cardiaque chez les cas dans les domaines et temporels spatial. En analyse régression linéaire on note une inversion de la pente de la courbe de variabilité de la fréquence cardiaque selon l'âge comparée à celle des témoins sains. Chez quatre patients pour qui les RHM obstructifs étaient traités par everolimus, la régression était en moyenne 11.8 fois plus rapide (droite de régression linéaire -0.0285 vs. -0.0024; p<0.001). La durée moyenne de régression de 50% de la taille des masses était de 1.13 ± 0.33 mois (extrêmes 0.66 à 1.4 mois) pour les patients traités par everolimus comparée à 72.9 ± 53.03 mois dans le groupe contrôle historique (p = 0.026). Aucun effet secondaire significatif n’a été observé. Conclusion: Dans cette série les arythmies cardiaques sont plus fréquentes chez les porteurs de sclérose tubéreuse de Bourneville comparés à la population générale avec une tendance plus importante chez les cas avec de gros rhabdomyomes. Pour ces derniers, l’everolimus est efficace pour la réduction de leur taille durant la période néonatale. Mais avec le peu de données de sécurité et d’innocuité disponibles cette approche thérapeutique ne doit être considérée que pour un nombre de cas limités. / Background: Tuberous Sclerosis Complex is caracterised by the formation of benign tumors in various organs, including the heart. It is caused by the disinhibition of the mammalian target of rapamycin (mTOR) protein. RHM (rhabdomyomas) regress spontaneously in most cases but can be complicated by serious arrhythmias or obstruction that may compromise cardiac output requiring treatement. The main objectives of this work were to study functional and electrical cardiac desorders and to analyze the heart rate variability in population of TSC with cardiac rhabdomyoma. Methods: We conducted this cross-sectional study between February 2013 and March 2015 to determine the impact of HMR on the cardiac conduction system and on autonomic nervous homeostasis. Thirty subjects with TSC were recruited to participate in this study and compared to 13 healthy controls that were free family members of RHM. The serial echocardiograms that were previously recorded were used to document the size of the tumor during early childhood. A 24-hour Holter record was performed for possible arrhythmia detection and heart rate variability (VFC) analysis. Results: The median follow-up time was 4.5 years. The prevalence of RHM was 46.8% (37 RHM) between 0-5 years, 39.2% (31 RHM) between 12-33 years and 13.9% (11 RHM) between 6-11 years. RHM causes in 20% an obstacle to inflow or outflow tract. The encountered benign arrhythmias founded were isolated ventricular premature beats (55%) and supraventricular premature beats (50%), which were 2 times fold and 4 times fold more compared to reported prevalence in the general pediatric population, respectively (p<0.05). Significant arrhythmias were noted in 3 (30%) patients with large RHM: one patient with Wolff Parkinson White syndrome had supraventricular tachycardia, one with atrial fibrillation, a third patient had symptomatic paroxysmal supraventricular tachycardia. There was a trend which did not reach statistical significance difference in the prevalence of cardiac arrhythmias between cases with small versus large RHM (p=0.07). In this study heart rate variability was increased in patients with TSC according to time, frequency and non-linear domains. For this heart rate variabity TSC patients with RHM showed an inversed relationship towards age compared to controls, Studies from four everolimus treated cases were compared to 10 controls. Compared to historic controls, everolimus treated patients had a RHM size regression rate 11.8 times faster (linear regression slope -0.0285 vs. -0.0024; p<0.001). The average time to 50% size reduction was 1.13 ± 0.33 month (range 0.66 to 1.4 months) for everolimus treated patients compared to 72.9 ± 53.03 months in the historic controls (p = 0.026). No significant side effect were observed. Conclusion: In this series, arrhythmia was more prevalent in TSC compared to general pediatric population, with a trend towards higher prevalence in cases with larger RHM. Everolimus is effective for size reduction of RHM during the neonatal period. With limited safety data this approach should be used with caution, only in selective cases.

Les canaux activés par l’hyperpolarisation et sensibles aux nucléotides cycliques (hy- perpolarization cyclic nucleotide-gated channel; HCN) ont un rôle dans la régulation du rythme cardiaque ainsi que dans la transmission des influx nerveux. De nombreuses pathologies sont causées par un disfonctionnement de ces canaux. A ce jour, Ivabradine représente la seule molécule utilisée comme médicament, mais malgré sa spécificité en- vers les canaux HCNs, elle n’est pas sélective entre les isoformes de la famille HCN. Dans le but d’identifier une molécule plus adéquate pour le traitement qu’Ivabradine, nous avons analysé l’interaction entre les canaux HCNs et 9 bloqueurs connus garce à l’arrimage moléculaire. Cette analyse nous a permis d’identifier les résidus nécessaires pour la liaison des ligands. On observe aussi qu’Ivabradine ne forme aucune liaison so- lide avec les canaux HCNs mais ne fait que bloquer le passage par sa présence tout comme ses dérivées Zatebradine et Cilobradine. Les ligands de plus petites tailles quant à eux, se logent dans une cavité hydrophobe et forme des liaisons stable avec les pro- téines. Nos résultats semblent suggérer que le blocage par Ivabradine est plus efficace, mais que les liaisons stables des petits ligands possèdent un potentiel plus grand vers une meilleure affinité. Par contre, les interactions observées suggèrent que la spécificité envers les isoformes proviendrait des cinétiques des canaux et des dépendances d’états des ligands plutôt que des interactions identifiées. Pour finir, l’arrimage des ligands sur la conformation fermé du canal HCN1 suggère qu’il existerait une conformation fermée- liée non connue puisqu’aucun ligand n’a pu accéder au pore. / HCN channels have a role in regulating heart rate as well as in the transmission of nerve impulses. Many pathologies are caused by a malfunction of these channels. To date, Ivabradine is the only molecule used as a drug, but despite its specificity for HCN chan- nels, it is not selective between the isoforms of the HCN family. In order to identify a molecule more suitable for the treatment than ivabradine, we analyzed the interaction between HCN family and 9 known blockers using docking. This analysis allowed us to identify the necessary residuals for ligand binding. It is also observed that ivabradine forms no solid bond with the HCN channels but only blocks the passage by its pres- ence, the same was observed for its derivatives Zatebradine and Cilobradine. Ligands of smaller size, for their part, are lodged in a hydrophobic cavity and form stable bonds with the proteins. Our results seem to suggest that blocking with Ivabradine is more effi- cient but that the stable bonds of small ligands have a greater potential for better affinity. However, the observed interactions suggest that the specificity towards isoforms would come from the kinetics of the channels and state dependencies of ligands rather than identified interactions. Finally, the binding of the ligands to the closed conformation of the HCN1 channel suggests that there would be a closed-bound conformation that is not known since no ligand has been able to access the pore.

RATIONNEL : La fibrillation auriculaire (FA) est la forme d’arythmie la plus commune rencontrée en clinique. De nombreux facteurs ou comorbidités comme l’insuffisance cardiaque, l’hypertension, l’âge ou le diabète peuvent provoquer et/ou aggraver la FA. La maladie du coeur droit (MCD) fait également partie de ces facteurs de risque. HYPOTHESE : L’inflammation induite par la MCD pourrait être un facteur d’initiation, de maintien et d’aggravation de la FA via la mise en place d’un substrat pro -arythmogène. METHODES : Une ligature du tronc artériel pulmonaire (LTP) a été effectuée sur des rats Wistar pesant 225-275g pour provoquer une MCD marquée par une hypertrophie et une dilatation ventriculaire droite. Les animaux témoins, n’ont pas subi de ligature. Au 21e jour après la chirurgie, des études électrophysiologiques et des échocardiographies ont été réalisés in vivo. De plus, nous avons effectué de la cartographie optique ex vivo sur coeur perfusé et des mesures de contractilité sur des cardiomyocytes (CM) isolés d’oreillette droite (OD), d’oreillette gauche (OG) et de ventricule droit (VD). La fibrose cardiaque et les niveaux de Connexine-43 (Cx-43) ont été quantifiés par analyses histologiques. L’expression des gènes et les niveaux des protéines associées ont été évalués par qPCR et immuno-buvardage. RESULTATS : Les échocardiographies ont révélé une hypertrophie et dilatation de l’oreillette droite. Les rats LTP ont montré significativement plus de susceptibilité à la FA que les témoins. L’activité contractile des CM atriaux était augmentée chez les LTP comparés aux témoins. Les coupes histologiques et les analyses par qPCR et d’immunobuvardage ont démontré une augmentation significative de la fibrose et des marqueurs inflammatoires dans les CM, comme l’interleukine-6, l’interleukine 1β ou encore l’inflammasome NLRP3, suggérant leur implication dans l’élaboration du profil inflammatoire arythmogène. CONCLUSION : Cette étude nous a permis de caractériser le modèle LTP au niveau des CM atriaux et de mettre en évidence un remodelage physiologique, électrophysiologique et inflammatoire, ainsi qu’une augmentation de la susceptibilité à la FA chez les animaux LTP. / RATIONAL: Atrial fibrillation (AF) is the most common type of arrhythmia encountered clinically. Several risk factors such as heart failure, hypertension, age or diabetes can lead to or/worsen AF. Right heart disease (RHD) has also been described among AF risk factors. The mechanisms linking RHD, inflammation and AF are still rarely described in the literature. The main objective of the project is to characterize the proarrhythmogenic cardiomyocyte (CM) remodeling and CM inflammation profile in rat atria affected by RHD. HYPOTHESIS: RHD-induced inflammation could be a factor for AF initiation, sustainability, and aggravation through development of pro-arrhythmogenic substrate. METHODS: Pulmonary artery banding (PAB) is surgically performed on Wistar rats weighing 225- 275g to induce RHD. Sham animals did not receive the PAB surgery. Cardiac echography and electrophysiological studies are performed in vivo on all animals before sacrifice, 21 days postsurgery. Optical mapping was performed ex vivo on Langendorff-perfused hearts. Freshly isolated right ventricular (RV), as well as right and left atrial (RA and LA) CM, underwent contractility recording in vitro. Histological analyses were performed to assess myocardial fibrosis and Connexin-43 levels. Genes and protein levels were obtained by qPCR and Western-blot analyses respectively. RESULTS: Compared to sham, PAB rats developed severe right-sided myocardial hypertrophy accompanied by RA and RV dilation as assessed by echocardiography. PAB rats had a significantly increased AF susceptibility and AF episode duration. CM contractility was enhanced in PAB rats compared to sham. Histology and qPCR analyses revealed increased fibrosis and inflammation in RA. CONCLUSION: This study allowed us to characterize the PAB model in atrial CM and has highlighted physiological, electrophysiological, and inflammatory remodeling, as well as increased AF susceptibility in PAB animals.

La prolongation de l'intervalle QT par les médicaments est un des effets indésirables les plus redoutés par l'industrie pharmaceutique. Ce retard de repolarisation ventriculaire cardiaque peut être précurseur d'arythmies ventriculaires potentiellement mortelles, particulièrement les torsades de pointes (TdP). Plusieurs médicaments de diverses classes pharmacologiques ont été impliqués dans le déclenchement d'arythmies ventriculaires malignes. Afin d'éviter ces effets indésirables des médicaments, il est essentiel de bien comprendre les mécanismes électrophysiologiques et pharmacologiques en cause. Les effets de la palipéridone, de la galantamine, de la tizanidine, de la rosuvastatine et du bupropion sur les courants potassiques rectifiants retardés (IKT et IKS) ainsi que sur la repolarisation ventriculaire cardiaque, ont été évalués à l'aide de trois modèles expérimentaux; la technique de patch-clamp en configuration cellule entière, la rétroperfusion de Langendorff et la télémétrie cardiaque sans fil. De plus, les effets du bupropion sur le courant sodique ont aussi été évalués à l'aide de la technique de patch-clamp en configuration cellule entière puis les effets sur les jonctions communicantes de cette même molécule ont été caractérisés par la technique de redistribution de fluorescence après photoblanchiment (FRAP). Cette étude démontre que l'inhibition du courant potassique rectifiant retardé par la palipéridone, la galantamine, la tizanidine et la rosuvastatine contribue à la prolongation de la repolarisation cardiaque. Elle met aussi en évidence que le bupropion retarde la conduction de l'impulsion d'une cellule cardiaque à l'autre en réduisant le couplage intercellulaire.