La fonction cardiaque est finement régulée par des hormones de type monoamines qui constituent des régulateurs cruciaux de l’activité cardiaque (chronotropie et inotropie). Ces hormones dérivées d’acides aminés aromatiques comprenant les catécholamines et la sérotonine maintiennent l’activité du myocarde dans un cadre physiologique tout en lui permettant de s’adapter aux contraintes environnementales. Les récepteurs cellulaires des monoamines sont couplés à des voies de signalisation qui impliquent un nucléotide cyclique, l’AMPc, et modulent la contractilité des cardiomyocytes par l’intermédiaire de multiples phosphorylations des protéines régulatrices du cycle du calcium (canal calcique de type L, RyR2 ou phospholamban) par la protéine kinase A AMPc-dépendante. Lorsque les monoamines voient leurs activités dérégulées en contextes pathologiques tels que l’insuffisance cardiaque (IC) ou un lors d'un traitement antidépresseur, elles conduisent à une hyperstimulation de leurs récepteurs spécifiques. Cette dernière altère alors les voies impliquant l’AMPc et les flux calciques engendrant des évènements ectopiques proarythmogéniques nommés post-dépolarisations. Ces dysfonctions de la contractilité cellulaire et de l'homéostasie calcique peuvent être à l’origine d’arythmies tissulaires et de morts subites cardiaques. Les altérations de l’homéostasie calcique subsistent en dépit des approches thérapeutiques actuelles (!-bloquants, inhibiteurs de l’enzyme de conversion de l’angiotensine) qui vise à freiner le remodelage myocardique post-ischémique et constituent donc une cible active de la recherche cardiovasculaire. Les Rycals, stabilisateurs pharmacologiques du RyR2, représentent une nouvelle approche visant à remédier à ces altérations. Au sein de ces travaux de recherche, nous avons axé nos études sur les deux voies monoaminergiques AMPc cardiaques majeures, les voies adrénergiques et sérotoninergiques. Un premier axe d’étude a consisté en l’évaluation des bénéfices potentiels d’un nouveau Rycal, le S44121, sur la survenue d’arythmies cellulaires et tissulaires en comparaison d’un !-bloquant de référence, le métoprolol, dans un contexte d’IC post-infarctus chez le rat. L’étude n’a cependant pas mise en évidence de bénéfices du S44121 mais a confirmé la cardioprotection exercée par le métoprolol. Un deuxième axe d’étude a évalué l’implication potentielle au niveau cardiaque de la protéine S100A10 dans la modulation de la voie du récepteur à la sérotonine de type 4 (5-HT4R) en conditions physiologiques ou en contexte d’IC. Cette étude originale a mis en avant pour la première fois dans le coeur sain un rôle de la S100A10 dans l’apparition d’une voie 5-HT4R proarythmogène lorsque son expression est induite par une neurotrophine (Brain-derived neurotrophic factor) ou un antidépresseur (imipramine). En revanche, le rôle de la S100A10 dans la modulation de la voie 5-HT4R en contexte d’IC n’a pas été déterminé de façon certaine. / Cardiac function is tightly regulated by hormones such as monoamines which are substantial modulators of cardiac activity (chronotropy and inotropy). These hormones, derived from aromatic amino acids, maintain myocardial activity in a physiological range and allow the cardiac adaptation to environmental conditions. The cellular receptors to monoamines are coupled to signaling pathways involving a cyclic nucleotide, cAMP, and modulate cardiac activity by phosphorylating several key proteins of calcium handling (L-type calcium channel, RyR2 or phospholamban) by the cAMP-dependent protein kinase A. Deregulation of monoamines in pathological conditions such as heart failure (HF) or during antidepressanttreatment leads to a hyperstimulation of their specific receptors. It therefore induces alterations of the cAMP signaling pathway and calcium handling leading to the occurrence of proarrhythmogenic ectopic cellular events known as afterdepolarizations. These dysfunctions in cellular contractility and calcium handling may cause tissue arrhythmias andeven sudden cardiac death. Calcium handling alterations leading to cardiac arrhythmias remain a clinically relevant issue despite the current therapeutical approaches (!-blockers, angiotensin-converting-enzyme inhibitors) which slow the post-ischemic myocardial remodeling and thus represent an active target in the cardiovascular research field. Rycals, RyR2 pharmacological stabilisers, are a new approach to prevent these alterations. In this work, we focused on the two major monoaminergic cAMP-dependent pathways in the heart, the adrenergic and serotoninergic pathways. In the first part of this work, we aimed to evaluate the potential benefits of a new Rycal, S44121, on cellular and tissue arrhythmias occurrence in post-myocardial infarction rat model. These effects were compared to those of the well-known !-blocker, metoprolol. This study failed to show any strong benefit of S44121 but confirmed the cardioprotection associated with the metoprolol use. In a second part of the work presented here, we aimed to evaluate the potential involvement of the S100A10 protein in the modulation of the cardiac serotonin receptor 4 pathway (5-HT4R) in physiological conditions or during HF. This original study unraveled for the first time a new role for S100A10 in the healthy heart by revealing a functional 5-HT4R pathway when S100A10 expression is induced by neurotrophins such as brain-derived neurotrophic factor or by antidepressant drugs such as imipramine. However, we failed to conclude on a direct evidence for a role of S100A10 in the modulation of the 5-HT4R pathway in the failingheart.

Pas de résumé disponible / The work done in this thesis is related to the project 3DStrain the overall objective of which is to develop a generic framework for the parietal and regional tracking of the left ventricle and to adapt it the 3D + t cardiac imaging modalities used in clinical routine (3D ultrasound, SPECT, cine MRI). We worked on the parietal motion and myocardial deformation. We made the state-of-the-art on motion estimation approaches in general and on methods applied to imaging modalities in clinical practice to quantify myocardial deformation taking into account their specificities and limitations. We focused on tracking methods that optimize the similarity between the intensities between consecutive images of a sequence to estimate the spatial velocity field. They are based on the assumption of the invariance of image gray level (or optical flow) and regularization terms are used to solve the aperture problem. We proposed a regularization term well suited to physical and physiological properties of myocardial motion. The advantage of the proposed approach relies on its flexibility to estimate the dense field of myocardial motion on image sequences over the cardiac cycle. Motion is estimated while preserving myocardial wall discontinuities. However, the data similarity term used in our method is based only on the intensity of the image. It properly estimates the displacement field especially in the radial direction as the movement of circumferential twist is hardly visible on cine MRI in short axis view, the data we used for performing the experiments. To make the estimation more robust, we proposed a dynamic evolution model for the cardiac contraction and relaxation to introduce the temporal constraint ofthe dynamics of the heart. This model helps to estimate not only the dense field of myocardial displacement, but also other parameters of myocardial contractility (the contraction phase and asymmetry between systole and diastole) in variational data assimilation formalism. Automatic estimation of deformation and myocardial contractibility (the strain, phase and asymmetry) was validated against the cardiological and radiological expertise (Dr Elisabeth Coupez and Dr Lucie Cassagnes, CHU Clermont-Ferrand) through semi-quantitative scores of contraction called Wall Motion Score (WMS) and Wall Thickening Index (WTI). The proposed method provides promising results for both motion estimation results and the diagnosis indices for evaluation of myocardial dyskinesia. In order to gain in robustness and accuracy, it is necessary to perform the measurement of strain and indices of myocardial contraction precisely inside endocardial and epicardial walls. Therefore, we conducted a collaborative work with Kevin Bianchi, another PhD student on the project 3DStrain and we proposed a method of coupling of myocardial segmentation by deformable models and estimation of myocardial motion in a variational data assimilation framework.

Dans le cadre du développement d’une stratégie clinique de diminution de l’invasivité de l’acte de Chirurgie cardiaque, axée à la fois sur la réduction du traumatisme de la paroi thoracique, de l’ischémie myocardique peropératoire, et de l’agressivité de la CEC, une étude prospective randomisée a été réalisée pour comparer l’impact sur le métabolisme myocardique en peropératoire de l’utilisation de la cardioplégie cristalloïde Custodiol® versus la solution de cardioplégie de St Thomas au cours de la chirurgie coronarienne. L’objectif de cette étude est de comparer les modifications periopératoire de la concentration dans l’espace interstitiel de lactate, pyruvate, glycérol et glucose dans les deux groupes de cardioplégie et ceci depuis le déclampage jusqu'à 24h en post-opératoire. Matériels et méthodes. Vingt-huit patients ont pu être inclus dans l’étude. Le monitorage a été pratiqué avec la technique de microdialyse (cathéter CMA 70, Analyseur CMA 600, CMA Microdialysis,Sweden), avec une mesure toutes les 10 minutes pendant le temps du clampage et la première heure post déclampage, puis toutes les heures, des concentrations interstitielles des métabolites. Les concentrations plasmatiques des troponines à la sortie du bloc opératoire et à H +12 ont été également évaluées dans les deux groupes. Résultats : Des 28 patients inclus et randomisés, 22 ont pu bénéficier d’un monitorage complet (12 pour le groupe Custodiol® et 10 pour le groupe St Thomas). Six ont été exclus pour des raisons techniques (1 arrachement, 3 plicatures, 1 chute du cathéter et 1 dysfonctionnement de l’analyseur). Une analyse comparative entre les patients inclus et exclus de l’étude ne montre pas de différences significatives pour les facteurs de risque cardiovasculaires, la FEVG, l’âge, le genre. Les valeurs moyennes des concentrations +/- écart type de lactate, pyruvate, glucose et glycérol au déclampage (T0,) sont les suivants : groupe Custodiol® : 2.77+/-1.81 mmol l-1 ; 13.74+/-20.87 μmol l-1 ; 0.46+/-0.84 mmol l-1 ; 196.99+/-122.22 mmol l-1 ; groupe St Thomas : 0.89+/-0.64 mmol l-1 ; 6.49+/-9.10 μmol l-1 ; 0.19+/-0.18 mmol l-1 ; 73.17+/-72.11 mmol l-1. Les temps de CEC et de clampage ont été respectivement dans le groupe Custodiol® de : 94.2+/-14 min et 59.8+/-15 min, et, dans le groupe St Thomas de 82.6+/-15.9 min et 55.8+/-16.29 et min (p=ns). Les concentrations post-opératoires en troponine T (sortie de bloc et H+12) ont été respectivement de 2.8+/-1.8 et 7.4+/-5.3 μmol/L pour le groupe Custodiol® et de 3.3+/-4.0 et 5.0+/-3.6 μmol/L (p=ns) pour le groupe Saint Thomas. Aucun évènement clinique ou électrocardiographique n’a eu lieu en post opératoire dans les deux groupes. Conclusion. Le monitorage de l’état redox myocardique interstitiel a été possible dans les deux groupes de façon sûre et efficace et a permis de déceler des variations des concentrations en métabolites dans les deux groupes en l’absence d’évènements cliniques. Les résultats de ces analyses retrouvent, au déclampage, des concentrations significativement plus hautes de lactate et glycérol dans le groupe Custodiol®. Ces différences s’effacent rapidement pendant la phase de reperfusion avec une tendance (non significative) à une concentration de lactates plus basse dans le groupe de patients du groupe Custodiol®. Des études multicentriques ciblées sur des clampages longs supérieurs à 90 min nous semblent nécessaires pour définir si une différence à la fois métabolique et clinique peut exister entre les différentes solutions de protection cardiaque / In our unit, the challenge is to develop a clinical strategy of reduction of the invasiveness of the “On pump procedure” of cardiac surgery: that means a reduction of the chest wall trauma, of the cross clamping perioperative myocardial ischemia, and of the invasiveness of the extra-corporeal circulation. In this background, we organized a randomized perspective study in order to assess the impact of the perioperative myocardial redox metabolism during the on pump coronary surgery protected with Custodiol® versus St Thomas crystalloid cardioplegias. Objectives: To assess the presence and the severity of the perioperative myocardial ischemia in the Custodiol® versus St Thomas group, defined as the interstitial myocardial concentrations of lactate, pyruvate, glycerol and glucose, at the time of the removal of the aortic clamp. Materials and methods : Twenty height patients could be enrolled in the study and were randomized in the Custodiol® and in the St-Thomas group. Monitoring was assessed with the technique of the cardiac microdialysis (CMA 70 probe, CMA 600 analyzer, CMA Microdialysis, Sweden), by dosing every ten minutes during the aortic cross clamping period and every hour out of the operating room, up to 24 hours, the interstitial myocardial concentrations of Lactate, pyruvate, glycerol and glucose. The Lactate/pyruvate ratio and glucose/lactate ratios and 12 hours post-operative troponin plasmatic concentrations were also assessed. Statistical analysis comparing the Custodiol® versus ST Thomas group were performed via a t-test. Results: Out of the 28 enrolled patients, twenty-two (12 of the Custodiol® group and 10 of the St Thomas group) could be successfully monitored with the microdialysis technique. Six were excluded because of technical reasons (one intempestive ablation, 3 iatrogenic plication of the tube, 1 felled out of the table, one due to a dysfunction of the analyzer). The comparative analysis between included and excluded patients did not prove any statistical result in terms of cardiovascular risk factors, EF, age and gender. At declamping time (T0), mean values of concentrations of lactate, pyruvate, glucose and glycerol were the following: Custodiol® group: 2.77+-1.81 mmol l-1;13.74+-20.87 μmol l-1;0.46+-0. mmol l-1;196.99+-122.22 mmol l-1 ; St Thomas : 0.89+-0.64 mmol l-1 ; 6.49+-9.10 μmol l-1; 0.19+-0.18 mmol l-1; 73.17+-72.11 mmol l-1. Cross clamping and CPB times were respectively 94.2+/-14 et 59.8+/-15 min (Custodiol®), and 82.6+/-15.9 et 55.8+/-16.29 et minutes (St-Thomas) (p=ns) . Post operative plasmatic levels of Troponin (arrival in the ICU and 12 H+12) were respectively de 2.8+/-1.8 and 7.4+/-5.3 (pour le groupe Custodiol®) et de 3.3+/-4.0 et 5.0+/-3.6 μmol/L (Saint Thomas) (ns). Conclusion: Monitoring of the interstitial myocardial redox state was safely possible in both groups and allowed to assess metabolic different findings in the two cardioprotective methods that were not enhanced by perioperative clinical ischemic events. Microdialysis assessed, at the time of aorta declamping, significantly higher concentrations of lactate and Glycerol in the Custodiol® group. That difference regressed during the reperfusion phase with a tendency for a lower lactate level in the Custodiol® group. Multicentric studies focused on cross clamping time longer than 90 minutes seem necessary to enhance metabolic interstitial and clinical superiority between cardioprotective solutions

La contraction cardiaque nécessite un apport énergétique important, dont la source principale est l'oxydation des acides gras dans la mitochondrie. Ces acides gras pénètrent dans la mitochondrie sous la forme d'acyl-carnitine. Lors du couplage excitation-contraction, il y a une communication entre la contraction et le métabolisme assurée par les variations de potentiel et les variations calciques concomitantes. Cette communication permet d'adapter la quantité d'énergie synthétisée en fonction des besoins contractiles. Des observations cliniques et expérimentales indiquent que le métabolisme module également les mécanismes de contraction. En effet de fortes modifications de la balance énergétique observée lors de pathologie comme le syndrome métabolique ou le déficit primaire en carnitine induisent des dysfonctions contractiles et des troubles du rythme cardiaque. L'homéostasie mitochondriale semble tenir un rôle important dans cette communication, mais les mécanismes impliqués restent encore mal connus. Dans ce travail nous nous sommes intéressés à comprendre les comment de fortes variations d'acyl-carnitine influencent l'apparition de troubles du rythme et participent au remodelage ventriculaire. Lors d'une approche intégrative nous avons mis en évidence le rôle central de l'adenine nucleotide transporteur (ANT) dans la genèse des troubles du rythme induit par une forte concentration en palmitoyl-carnitine. De plus des études in vivo sur des animaux déficients en carnitine, ont permis de décrire pour la première fois une relation entre une diminution de l'intervalle QT (QT court) avec un désordre métabolique. / Heart contraction requires a considerable amount of energy. Mitochondrial fatty acid oxidation is the major source of energy production in the heart. Fatty acids diffuse through the mitochondrial membrane in the acyl-carnitine form. During excitation-contraction coupling, variations of membrane potential and calcium concentration allow the communication between contraction and metabolism. This communication allows the adaption of energy production into contractile function. Clinical and experimental observations indicate that metabolism modulates contraction mechanisms. In particular, the energetic imbalance observed in metabolic syndrome or primary carnitine deficiency induces a contractile disturbance and arrhythmias. Mitochondrial homeostasis seems to be an important participant though the mechanisms involved in this phenomenon remain to be completely elucidated. In this study, we examined the influence of acylcarnitine concentration variations on cardiac rhythm and ventricular remodeling. Through an integrative approach, we have demonstrated the pivotal role of the adenine nucleotide transporter (ANT) in the apparition of high acylcarnitine concentration associated arrhythmia. Furthermore, in vivo studies with carnitine deficient mice reveal, for the first time, a relationship between the QT interval duration (short QT) and metabolic disturbance.

L'insuffisance cardiaque (IC) est une maladie dont la prévalence est élevée, cette prévalence augmente avec l'âge. La découverte de la maladie se fait le plus souvent lors d'un épisode de décompensation (ou insuffisance) cardiaque aiguë (ICA). L'ICA est très fréquente chez les sujets âgés et est caractérisée par des difficultés diagnostiques quand le patient est admis avec une dyspnée aiguë. L'apport de biomarqueurs plasmatiques tels que le BNP ou le NT-proBNP a été majeur pour le diagnostic de l'ICA. La décompensation cardiaque aiguë est suivie d'un taux de réhospitalisations et d'une mortalité très élevés. Les objectifs de la thèse était 1- de préciser l'épidémiologie de l'ICA en France lors d'un observatoire d'une journée des hospitalisations pour ICA dans 170 hôpitaux français (OFICA), 2- d'identifier la puissance diagnostiques et pronostiques des peptides natriurétiques lors de l'ICA, 3-de définir l'importance des modifications post-transcriptionnelles de ces PNs lors de l'ICA, 4- de rechercher de nouveaux biomarqueurs.La comparaison des propriétés diagnostiques et pronostiques des peptides natriurétiques révèle que les 4 peptides natriurétiques commercialement accessibles (BNP, NT-proBNP, proBNP et MR-proANP) ont des qualités diagnostiques et pronostiques globalement très similaires. Néanmoins, proBNP et BNP semblent meilleurs pour le diagnostic tandis que MR-proANP apparaît meilleur pour son association avec la mortalité à 5 ans.Parmi les modifications post-transcriptionnelles du BNP, nous avons étudié l'impact de la glycosylation du pro-BNP. La O glycosylation en 71 inactive proBNP, qui est libéré hors de la cellule sans action préalable des enzymes de « cleavage » la corine ou la furine. En revanche, le proBNP non-glycosylé est scindé en BNP et NT-proBNP par la corine ou la furine. Nous avons pu montrer que la non-glycosylation du proBNP et l'activation de la furine étaient deux mécanismes très importants d'accélération de la production de peptides natriurétiques lors de l'ICA. On a pu également montrer que la production du NT-proBNP était beaucoup plus liée au niveau glycosylation du proBNP que ne l'est la production de BNP. Ainsi, nos résultats suggèrent fortement d'utiliser le NT-proBNP pour toute étude future souhaitant explorer le concept de « biomarker-guided therapy » dans l'ICA.Pour la recherche de nouveaux biomarqueurs, nous avons exploré 1-la concentration plasmatique de 5 microRNAs (miR-l/-21/-23/-126/-423-5p), chez des patients avec dyspnée aiguë. Aucun de ces miR n'a de valeur diagnostique, en revanche, le miR-423-5p apparaît être un marqueur pronostique de réhospitalisation à un an ; 2-les conséquences de la congestion cardiaque sur le foie. Les marqueurs hépatiques étudiés étaient la phosphatase alcaline et les transaminases : les marqueurs de la cholestase étaient associés à une congestion hépatique tandis que ceux de la nécrose cellulaires (transaminases) étaient liés à l'hypotension artérielle et au bas débit cardiaque. L'augmentation des transaminases a été associée à divers critères dont une surmortalité à court terme / Heart failure (HF) is highly prevalent disease, and prevalence increases with age. HF is generally discovered on presentation of an acute episode of decompensation (or insufficiency). Acute decompensated heart failure (ADHF) is very frequent in elderly subjects and is difficult to diagnose when the patient is admitted with acute dyspnoea. The advent of plasma biomarkers, such as BNP or NT-proBNP represents a major advancement in the diagnostic of ADHF. ADHF leads to high rates of re-admission and mortality. The objectives of this doctoral thesis were: (1) to describe the epidemiology of ADHF in France in a one-day observational study of admissions for ADHF in 170 French hospitals; (2) to evaluate the prognostic and diagnostic value of natriuretic peptides (NPs) in ADHF; (3) to describe the extent of post-transcriptional modifications in these NPs in ADHF; and (4) to search for new biomarkers.The comparison of the prognostic and diagnostic properties of NPs showed that the 4 commercially available NPs (namely BNP, NT-proBNP, proBNP and MR-proANP) overall have very similar prognostic and diagnostic abilities. However, proBNP and BNP seem to be more useful for diagnosis, while MR-proANP appears to be better for the association with 5-year mortality.Amongthe post-transcriptional modifications of BNP, we studied the impact of glycosylation of pro¬BNP. Threonin 71 0-glycosylation prevents cleavage of proBNP into BNP and NT-proBNP, resulting in the release of proBNP from the cell without being cleaved. Conversely, non-glycosylated proBNP is cleaved into BNP and NT-proBNP by corin or furin. We showed that non-glycosylation of proBNP and activation of furin are two important mechanisms in the acceleration of production of NPs during ADHF. We also showed that production of NT-proBNP was more closely linked to the rate of glycosylation of proBNP than to the production of BNP. Thus, our results strongly suggest that NT-proBNP should be used in future studies exploring the concept of "biomarker-guided therapy" in ADHF.To investigate new biomarkers, we explored plasma concentrations of 5 microRNAs (miR-l/-21/-23/-126/-423-5p), in patients with acute dyspnoea. None of these microRNAs were shown to have any diagnostic value. Conversely, miR-423-5p appears to be a prognostic marker for re-admission at 1 year. Secondly, we investigated the consequences of cardiac congestion on the liver. The hepatic markers studied were alkaline phosphatise and transaminases. Markers of cholestasis were associated with hepatic congestive while markers of cellular necrosis (transaminases) were related to arterial hypertension and low cardiac output. An increase in transaminases was associated with various criteria of excess mortality in the short term

Outre son role majeur dans la resistance cellulaire au stress oxydant, le tripeptide glutathion (L-ƒÁ glutamyl- cysteinyl-glycine) est essentiel a la survie cellulaire. Un deficit en glutathion, associe a un stress oxydant, est un trait commun a plusieurs maladies chroniques inflammatoires et degeneratives. Dans le cadre de ces differentes pathologies, plusieurs etudes ont montre que la prise orale de N-acetylcysteine (NAC), un precurseur de glutathion, ameliorait l'etat des patients. Le stress oxydant et l'inflammation sont deux caracteristiques principales de l'insuffisance cardiaque et des dystrophies musculaires. Nous avons pose l'hypothese d'un deficit en glutathion dans ces maladies et les benefices possibles d'un traitement par le NAC. Dans le modele du rat developpant une insuffisance cardiaque post-infarctus, nous montrons qu'il existe un deficit en glutathion tissulaire. Un mois de traitement oral par le NAC, donne en curatif post-infarctus, restaure le taux de glutathion cardiaque, reduit le stress oxydant, et interrompt le cycle vicieux inflammation/mort cellulaire, TNF/TNF-R1/NSMase/ caspase-3/apoptose. Un deficit en glutathion systemique et tissulaire caracterise aussi les souris LmnaH222P/H222P de 6-7 mois developpant une cardiomyopathie dilatee, modele de la cardiomyopathie associee a la dystrophie musculaire dfEmery Dreifuss. Un mois de traitement oral par le NAC reduit chez les souris de 7 mois la dilatation ventriculaire gauche et la dysfonction contractile, limite la progression de la fibrose cardiaque et lfinflammation. Ceci est associe a une repletion en glutathion et une normalisation de l'expression des enzymes du metabolisme du glutathion, a une diminution du stress oxydant et de l'expression du TNF. Une premiere etude chez les patients de chirurgie cardiaque (n=91) nous a permis de mettre en evidence que : d'une part, il existait un deficit en glutathion auriculaire chez les patients de la classe NYHA IV compares aux patients de la classe NYHA I. D'autre part, les patients asymptomatiques (classe NYHA I) presentaient un deficit en glutathion sanguin, compares aux individus sains, aggrave chez les patients symptomatiques (classes NYHA II a IV). Le deficit en glutathion sanguin chez les patients asymptomatiques precede lfelevation du taux sanguin de TNFR1, un marqueur standard du degre de severite de l'insuffisance cardiaque. Une seconde etude, chez des patients porteurs dfune mutation de la lamine (n=28) et susceptibles de developper une cardiomyopathie dilatee d'Emery Dreifuss, montre que certains de ces patients presentent un deficit en glutathion sanguin, associe chez un seul de ces patients a un taux eleve de TNFR1. L'analyse comparee des donnees biochimiques et cliniques est en cours. Les souris DMDmdx4cv sont un modele experimental de la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD), mais ne developpent que tardivement la maladie cardiaque. Nous observons une augmentation du taux du glutathion systemique chez les souris de plus de 10 semaines. Un traitement oral avec un inhibiteur de synthese du glutathion a faible dose, le Lbuthionine sulfoximine (5 mM BSO), ramene le taux de glutathion systemique chez la souris DMDmdx4cv au taux chez la souris sauvage, mais provoque des alterations des cardiomyocytes identifiees par immunohistochimie, des micronecroses, des anomalies de capillaires et des anomalies mitochondriales observees en microscopie electronique. En conclusion, le deficit en glutathion est un evenement precoce et durable au cours de l'insuffisance cardiaque, d'origine ischemique ou genetique. Les perspectives offertes par ces resultats sont: 1) le test du glutathion sanguin pour le depistage de sujets asymptomatiques a risque; 2) l'indication de NAC aux patients cardiaques, en complement du traitement courant / The tripeptide glutathione (L-? -glutamyl-cysteinyl-glycine) does not only play a major in cellular resistance to oxidative stress, but is also essential to cell survival. A deficit in glutathione, associated with oxidative stress, is a common hallmark of several chronic inflammatory and neurodegenerative diseases. In different examples, several studies reported that oral treatment with N-acetylcysteine (NAC), a glutathione precursor, improved patient status. Oxidative stress and inflammation are two main characteristics of heart failure (HF) and muscular dystrophy. We hypothesized that glutathione deficiency occurred in these diseases and that treatment with NAC might be beneficial. In post-myocardial infarction (MI) rats, with established chronic HF, we show that cardiac tissue is depleted in glutathione. Curative 1-month oral NAC treatment replenishes cardiac tissue glutathione, reduces oxidative stress and disrupts the vicious inflammation/cell death, TNF/TNF-R1/N-SMase/ caspase-3/ apoptosis cycle. Deficit in serum and cardiac glutathione also characterize 6- to 7-month old LmnaH222P/H222P mice with dilated cardiomyopathy (DCM), a model of the cardiomyopathy associated with Emery Dreifuss muscular dystrophy (EDMD), One-month oral NAC treatment reduces left ventricular dilation and contractile dysfunction, limits the progression of cardiac fibrosis and inflammation in 7-month old LmnaH222P/H222P mice. This is associated with glutathione repletion and normalization of glutathione metabolism enzymes, and reduction of oxidative stress and TNF expression. In a first study in cardiac surgery patients (n=91) we show that: on the one hand, atrial glutathione is depleted in patients of NYHA class IV compared with asymptomatic patients of NYHA class I. On the other hand, asymptomatic patients of NYHA class display a deficiency in blood glutathione compared with healthy controls that worsens in asymptomatic patients of NYHA class II-IV. Blood glutathione deficiency in asymptomatic patients precedes elevation of blood TNFR1, a standard marker of HF severity. A second study, in patients with lamin mutation (n=28), prone to develop an Emery Dreifuss DCM, shows that a number of patients display blood glutathione deficiency, with one patient having a high blood TNFR1 level. Analysis of clinical data is underway. DMDmdx4cv mice are an experimental model of Duchenne muscular dystrophy. We observe an increase in blood glutathione in 10-week-old mice and older. Oral treatment with a low dose of L-buthionine sulfoximine (5 mM BSO), an inhibitor of glutathione synthesis, resumes blood glutathione in DMDmdx4cv mice to the control value in WT mice, but produces alterations in cardiomyocytes identified by immunohistochemistry and micronecrosis, capillary and mitochondrial abnormalities observed by electronic microscopy. In conclusion, glutathione deficiency is an early and lasting event in ischemic or genetically-linked HF. These results pave the way for two possible applications: 1) blood glutathione test for the screening of asymptomatic individuals at risk for HF; 2) NAC indication to cardiac patients in addition to current treatment

L’imagerie cardiovasculaire du rongeur par RMN est un véritable défi en ce qui concerne la résolution spatiale et temporelle, le contraste et le temps d’expérience. S’il est aujourd’hui admis que l’acquisition 3D doit être privilégiée chez le petit animal, les temps d’acquisition en 3D sont parfois très longs. Ils doivent pourtant rester compatibles avec les temps d’expérience in vivo. L’objectif de cette thèse était donc de développer de nouvelles méthodes d’imagerie cardiovasculaire 3D rapides pour le petit animal à 4.7 et 9.4 T. Tout d’abord, nous avons développé deux méthodes d’IRM cardiaque 4D (3D résolue dans le temps) à contraste «sang noir». La première méthode est basée sur une séquence TrueFISP (Fast Imaging with Steady-state Precession). Elle a permis d’obtenir le contraste sang noir en une heure d’acquisition. La deuxième méthode est basée sur une séquence FLASH (Fast Low Angle Shot). Elle utilise un gradient bipolaire pour supprimer le signal sanguin et le contraste a été rehaussé en Manganèse. Trente minutes d’acquisition ont alors été suffisantes. Ensuite, une méthode d’angiographie temps-de-vol 3D du corps entier de la souris a été développée. Le contraste vasculaire a été amélioré grâce à l’adjonction de motifs de suppression du signal tissulaire. L’imagerie de l’arbre vasculaire entier a pu être réalisé en moins de 10 minutes. Enfin, une nouvelle méthode d’angiographie fonctionnelle ciné temps-de-vol 4D utilisant une acquisition écho-planar a été développée. Les résultats préliminaires montrent qu’il est possible de diviser par quatre les temps d’acquisition de l’angiographie fonctionnelle classique. Tous ces résultats montrent que l’imagerie cardiovasculaire 3D haute résolution est possible dans des temps d’acquisition raisonnables voire rapides / Cardiovascular MRI in rodents is a real challenge in terms of spatial and temporal resolution, contrast and experiment times. Though it is accepted that 3D acquisition should be preferred in small animals, 3D acquisition times can be very long. However, they must remain compatible with in vivo experiment times. The aim of this thesis was therefore to develop new fast 3D methods of cardiovascular imaging in small animals at 4.7 and 9.4 T. First, two 4D cardiac MRI methods (3D time resolved) were developed in «black-blood» contrast. The first method is based on a TrueFISP sequence (Fast Imaging with Steady-state Precession). It allowed to make black blood contrast in one hour acquisition time. The second method is based on a FLASH sequence (Fast Low Angle Shot). It uses a bipolar gradient to suppress the blood signal and the contrast was enhanced by using Manganese. Thirty minutes were then enough. Next, a time-of-flight angiography method for the whole body of mice was developed. The vascular contrast was improved by adding preparation modules to suppress the signal from tissues. The imaging of the whole arterial tree was realized within less than ten minutes. Finally, a new 4D time-of-flight method of functional cine angiography with echo-planar acquisition was developed. Preliminary results showed that acquisition times could be divided by four compared with those in classical functional angiography. All these results show that high resolution 3D cardiovascular imaging is possible in reasonable or even fast acquisition times.

Chaque année, l’arrêt cardiaque extra-hospitalier, plus communément appelé mort subite, est responsable de plus de 40 000 décès en France. Le plus souvent, cela constitue l’ultime complication d’un infarctus du myocarde ou d’autres maladies cardiovasculaires. Le développement des méthodes de réanimation cardio-pulmonaire (RCP), leur diffusion publique et l’amélioration de la prise en charge pré-hospitalière (« chaîne de survie ») ontpermis une forte augmentation du pourcentage de patients réanimés après un arrêt cardiaque depuis une trentaine d’années. Malheureusement, la reprise d’une activité circulatoire spontanée ne constitue que la première étape de cette prise en charge et la majorité des patients décèdent dans les jours suivants de défaillances multiviscérales regroupées sous le nom de « syndrome post-arrêt cardiaque » 2. Seule une minorité de patients peut i fine survivire et sortirt de l’hôpital après une bonne récupération neurologique. Depuis de nombreuses années, les chercheurs tentent donc de découvrir des stratégies cardioprotectrices et neuroprotectrices dont l’application permettrait d’améliorer le pronostic de ces patients. / Summary not transmitted

L'analyse de la Variabilité de la Fréquence Cardiaque est une méthode de mesure non invasive du Système Nerveux Autonome. Cette méthode d'analyse initialement utilisée dans le domaine clinique s'est progressivement installée dans le domaine de l'activité physique pour diverses applications telles que la détection précoce de la fatigue, le calibrage de l'intensité de l'entraînement, détecter les seuils ventilatoires... Les méthodes d'analyse peuvent être utilisées hors contexte de laboratoire, mais nécessitent néanmoins une attention particulière du point de vue méthodologique pour être cohérentes vis-à-vis des concepts mathématiques ou physiologiques qui les régissent. Chaque étape de cette méthode nécessite une rigueur spécifique pour ne pas conduire à une mauvaise interprétation. Ce document détaille le processus depuis la phase de mesure de l'intervalle RR en étudiant notamment la précision des appareils utilisables sur le terrain ou la correction du périodogramme obtenu en proposant différentes méthodes. Ce travail décrit également les indices de l'analyse de la VFC et les différentes limites techniques et conceptuelles. Les différents facteurs et biais influençant l'état du tonus du Système Nerveux Autonome seront décrits pour faciliter la création d'un protocole et l'analyse des indices de la VFC obtenus. / Heart Rate Variability Analysis is a non-invasive method for the evaluation of the Autonomic Nervous System activity. This analytical method initially used for clinical diagnosis progressively installed in the field of physical activity for various applications such as early detection of overreaching, calibration of training intensity, ventilatory threshold determination... These methods can be used outside the laboratory environment, but still require particular attention from a methodological aspect in order to be consistent with mathematical or physiological concepts underlying. Each step of this method requires a specific discipline not to lead to misinterpretation. This document details the process from the RR interval measurement phase including accuracy assessment of the devices used in the field or signal treatment with artifacts correction proposing several methods. This work details index from HRV analysis with their technical and conceptual limitations. External factors mat influence the Autonomic Nervous System are described to facilitate the protocol creation and results interpretation

L’échocardiographie et l’imagerie par résonance magnétique sont toutes deux des techniques non invasives utilisées en clinique afin de diagnostiquer ou faire le suivi de maladies cardiaques. La première mesure un délai entre l’émission et la réception d’ultrasons traversant le corps, tandis que l’autre mesure un signal électromagnétique généré par des protons d’hydrogène présents dans le corps humain. Les résultats des acquisitions de ces deux modalités d’imagerie sont fondamentalement différents, mais contiennent dans les deux cas de l’information sur les structures du coeur humain. La segmentation du ventricule gauche consiste à délimiter les parois internes du muscle cardiaque, le myocarde, afin d’en calculer différentes métriques cliniques utiles au diagnostic et au suivi de différentes maladies cardiaques, telle la quantité de sang qui circule à chaque battement de coeur. Suite à un infarctus ou autre condition, les performances ainsi que la forme du coeur en sont affectées. L’imagerie du ventricule gauche est utilisée afin d’aider les cardiologues à poser les bons diagnostics. Cependant, dessiner les tracés manuels du ventricule gauche requiert un temps non négligeable aux cardiologues experts, d’où l’intérêt pour une méthode de segmentation automatisée fiable et rapide. Ce mémoire porte sur la segmentation du ventricule gauche. La plupart des méthodes existantes sont spécifiques à une seule modalité d’imagerie. Celle proposée dans ce document permet de traiter rapidement des acquisitions provenant de deux modalités avec une précision de segmentation équivalente au tracé manuel d’un expert. Pour y parvenir, elle opère dans un espace anatomique, induisant ainsi une forme a priori implicite. L’algorithme de Graph Cut, combiné avec des stratégies telles les cartes probabilistes et les enveloppes convexes régionales, parvient à générer des résultats qui équivalent (ou qui, pour la majorité des cas, surpassent) l’état de l’art ii Sommaire au moment de la rédaction de ce mémoire. La performance de la méthode proposée, quant à l’état de l’art, a été démontrée lors d’un concours international. Elle est également validée exhaustivement via trois bases de données complètes en se comparant aux tracés manuels de deux experts et des tracés automatisés du logiciel Syngovia. Cette recherche est un projet collaboratif avec l’Université de Bourgogne, en France.