Introduction : L’arrêt cardiaque réfractaire est défini par l’absence du retour à l’activité circulatoire spontané (RACS) après 30 minutes de réanimation cardiopulmonaire médicalisé. ExtraCorporeal Membrane Oxygenation (ECMO) représente une thérapie alternative urgente dans cette population. L’hémodynamique post la réanimation cardiopulmonaire extracorporel (E-CRP) est un entité complexe et le pris en charge dans les premières heures suivant l’implantation d’ECMO n’est pas bien décrit. L’objectif de cette étude est d’évaluer l’effet de deux stratégie de débit d’ECMO dans un modèle porcin d’arrêt cardiaque réfractaire sur les conséquences métaboliques, microcirculatoires et inflammatoires.Matériels et Méthodes : l’arrêt cardiaque a été induit par la ligature l’artère intraventriculaire antérieure (IVA) chez 18 cochons. E-RCP a été initié après 40 minutes de low-flow avec un débit d’ECMO bas de 30-35 ml.kg-1.min-1 ou un débit d’ECMO standard de 65-70 ml.kg-1.min-1, avec la même pression artérielle moyenne (PAM) au niveau de 65 mmHg. Les paramètres hémodynamiques et métaboliques ont été évalués avec la clairance de lactate et le débit sanguin carotidien. Les paramètres microcirculatoires ont été évalués par la microcirculation sublinguale avec l’imagerie de SDF et NIRS. Cytokines inflammatoires ont été mesurés avec un plateforme de ELISA multiplexe. Résultats : Pas de différence entre les deux groups à H basale et à l’initiation d’ECMO (H0). La clairance de lactate était plus faible dans le groupe débit bas comparé au groupe débit standard (6.67[-10.43-18.78] vs. 47.41[19.54, 70.69] %, p=0.04). Le débit carotidien était plus bas significativement (p<0.005) dans le groupe débit bas pendant les dernières quatre heures malgré le même niveau de la pression artérielle moyenne. Pour les paramètres microcirculatoires, le flux microcirculatoire sublingual évalué par SDF et le StO2 par NIRS ont été altéré transitoirement à H3 dans le groupe débit bas. Le niveau de cytokine IL-6 était plus élevé significativement dans le groupe débit bas à la fin d’expérimentation. Conclusions : Une réanimation à objectif de débit d’ECMO bas 35 ml.kg-1.min-1 versus standard 70ml.kg-1.min-1dans les six premières heures d’un ACR réfractaire n’est pas associé à une meilleure réversion des conséquences métaboliques, microcirculatoire et inflammatoire avec un objectif de PAM à 65 mmHg dans un modèle porcin / Introduction : Refractory cardiac arrest is defined by the absence of the return of spontaneous circulation (ROCS) within 30 minutes of cardiopulmonary resuscitation (CRP) under medical supervision. ExtraCorporeal membrane oxygenation (ECMO) is an emerging alternative therapy in this population. The post extracorporeal cardiopulmonary resuscitation (ECPR) hemodynamic state is a complex entity and the critical care management in the first hours following ECMO implantation is not well defined. This study was designed to assess the effect of two veno-arterial Extracorporeal Membrane Oxygenation (ECMO) blood-flow strategies in an experimental model of ECPR (extracorporeal cardio-pulmonary resuscitation) on macrocirculatory, metabolic and microcirculatory parameters in the first six hours of ECMO initiation. Material and methods : Cardiac arrest was induced in 18 pigs by surgical ligature of the left descending coronary artery. ECPR was initiated after 40 minutes of low-flow with an ECMO blood-flow of 30-35 ml.kg-1.min-1 (low-blood-flow group, LBF) or 65-70 ml.kg-1.min-1 (standard-blood-flow group, SBF), with the same mean arterial pressure target (65 mmHg). Macrocirculatory and metabolic parameters were assessed by lactate clearance and carotid blood-flow. Microcirculatory parameters were assessed by sublingual microcirculation with Sidestream Dark Field (SDF) imaging and peripheral Near-InfraRed Spectrometry (NIRS). Inflammatory cytokine levels were measured with a multiplexed ELISA-based array platform. Results : There was no between-group difference at baseline and at ECMO initiation (H0). Lactate clearance at H6 was lower in LBF compared to SBF (6.67[-10.43-18.78] vs. 47.41[19.54, 70.69] %, p=0.04). carotid blood flow was significantly lower (p<0.005) during the last four hours despite similar mean arterial pressure levels. For microcirculatory parameters, SDF and NIRS parameters were transitorily impaired at H3 in LBF. IL-6 cytokine level was significantly higher in LBF at the end of the experiment. Conclusion: In an experimental porcine model of refractory cardiac arrest treated by ECMO, a low-blood-flow strategy during the first six hours of resuscitation was associated with lower lactate clearance and lower cerebral blood-flow with no benefits on ischemia-reperfusion parameters

L’obésité et le surpoids ont été décrits comme une pandémie. L’obésité et le vieillissement vont conduire à des complications cardiovasculaires. De plus, l’obésité favoriserait un vieillissement cardiaque prématuré chez les adultes jeunes. L’hypothèse de ce travail est qu’un régime riche en graisses, démarré avant l’âge adulte, poursuivi sur une longue durée, pourrait entraîner un vieillissement « accéléré » cardiovasculaire et métabolique. Nous avons démontré, dans un modèle murin vieillissant, qu’un régime riche en graisses conduit à des troubles métaboliques ainsi qu’à une augmentation de la masse grasse et à une détérioration du métabolisme au niveau du tissu adipeux blanc. Ces troubles sont associés à des altérations au niveau cardiaque, malgré l’absence de modifications de la pression artérielle et de la fréquence cardiaque. Le vieillissement, chez les souris obèses, va conduire à un remodelage du ventricule gauche accompagné par une dysfonction systolique. Au niveau tissulaire cardiaque, le vieillissement et le régime précoce conduisent à l’augmentation de l’expression de gènes de fibrose confirmant ainsi le phénotype hypertrophique. Le vieillissement associé à un régime riche en graisses précoce conduit également à une up-régulation de GDF11. GDF11 peut alors être considéré comme un marqueur de vieillissement cardiaque accéléré. Ces résultats peuvent suggérer des voies thérapeutiques ou préventives, où l’inhibition de GDF11 améliorerait le pronostic et la survie cardiovasculaire des sujets obèses. L’étude de ce modèle nous a ainsi permis de mettre en évidence qu’un régime riche en graisses conduit à un vieillissement accéléré au niveau cardiaque / Obesity and being overweight have been described as a global pandemic. Both obesity and aging will lead to cardiovascular complications. In addition, it has been highlighted that obesity promotes premature cardiac aging in young adults. The hypothesis of this work is that a high fat diet begun before adulthood, pursued over a long period of time, could lead to “accelerated” cardiovascular and metabolic aging. We have demonstrated, in an aging mouse model, that an early high fat diet leads to metabolic disorders and to an increase in fat mass and a deterioration in metabolism of white adipose tissue. These disorders are associated with alterations in cardiac morphology and function, despite an absence of changes in blood pressure and heart rate. Ageing, in obese mice, leads to ventricular remodeling accompanied by systolic dysfunction. In cardiac tissue, aging and early diet lead to an increased expression of fibrosis genes confirming the hypertrophic phenotype. Aging associated with an early high fat diet led also to an up-regulation of GDF11. GDF11 may then be considered as a marker of accelerated cardiac aging. These results may suggest therapeutic or preventive pathways, where inhibition of GDF11 improves prognosis and survival in obese subjects with cardiovascular disease. The study of this model has allowed us to demonstrate that a high fat diet leads to accelerated aging at the level of the heart

La fibrose cardiaque fait le lit des arythmies cardiaques, qu’elles soient atriales ou ventriculaires. L’IRM est devenue un outil non invasif indispensable pour diagnostiquer la présence de fibrose au niveau cardiaque, mais offre également des informations pronostiques, ainsi que pour le suivi des patients atteints de fibrillation auriculaire (FA), notamment persistante. La technique de référence reste le rehaussement tardif après injection de gadolinium, permettant de révéler des régions localisées de fibrose. Notre travail a consisté en la mise au point d’une technique non invasive (par la mesure du T2 avec IRM à haut champ à 11,75 T) afin de quantifier la fibrose myocardique interstitielle diffuse dans un modèle de souris diabétiques. La fibrose a été significativement corrélée à une survenue plus importante des arythmies ventriculaires en comparaison avec un groupe de souris contrôles. L’étape suivante a été de transposer cette technique de mesure de T2 en IRM clinique chez des patients devant bénéficier d’une procédure d’ablation de FA. La deuxième technique, cette fois-ci invasive pour évaluer la fibrose (notamment atriale) pour les patients atteints de FA est la cartographie de voltage au niveau de l’oreillette gauche. Nous avons utilisé un nouveau système de cartographie à ultra-haute définition afin de quantifier la fibrose (zones cicatricielles denses) correspondant aux régions dont les signaux enregistrés avaient une amplitude bipolaire inférieure à 0,015 mV, soit très en deçà des seuils précédemment rapportés concernant la fibrose. / Fibrosis represents the main substrate for cardiac arrhythmias, either atrial or ventricular. MRI has become a critical tool to not only diagnose the presence of cardiac fibrosis, but also provides important informations on the prognosis and the follow-up of patients with atrial fibrillation (AF), especially in its persistent type. The gold standard is the Late Gadolinium Enhancement, allowing to reveal localized regions of fibrosis. Our study reported a technique for non invasive quantification of interstitial diffuse ventricular fibrosis in diabetic mice (T2 measurement high field MRI at 11,75 T). This fibrosis was significantly correlated to the occurrence of ventricular arrhythmias in comparison with the control group. The next step was the transposition of this T2 measurement with MRI in the clinical setup of patients who undergo an AF ablation procedure. The second technique for atrial fibrosis assessment for patients suffering from AF is the invasive realization of left atrial voltage mapping. A new ultra-high definition system was used to quantify the fibrosis (dense scar) in regions with bipolar amplitude electrograms of less than 0,015 mV. This cutoff was far lower than the previously published definition of the dense scar in the literature (< 0,1 mV).

Le cil primaire est un organite présent à la surface de la plupart des cellules de Vertébrés. Il participe à l’organogénèse en régulant l’activité de voies de signalisation comme la voie Hedgehog. Une dysfonction du cil primaire mène à des maladies rares, sévères et pléiotropiques, les ciliopathies, qui peuvent inclure des défauts cardiaques. Cependant, le rôle que le cil primaire joue dans la morphogénèse cardiaque est encore mal compris. Le projet principal de la thèse porte sur l’étude du rôle du cil primaire des cellules cardiaques dans le développement du cœur. Dans ce but, nous avons utilisé un modèle murin de délétion conditionnelle de Ift20, un gène essentiel pour la ciliogénèse. La délétion est contrôlée par l’allèle Mesp1Cre exprimé dans la plupart des précurseurs précoces cardiaques. A la naissance, les mutants conditionnels présentent des défauts importants de septation des voies efférentes et des chambres cardiaques, les oreillettes et les ventricules. Ces défauts sont similaires à ceux caractérisés dans les mutants de la voie Hedgehog. Nous avons également identifié de nouveaux phénotypes associés à la suppression du cil. Les mutants présentent une augmentation significative de la taille du ventricule droit et des malformations du réseau de vascularisation coronaire. Pour mieux comprendre la cause des défauts de croissance observés à la naissance, nous avons analysé les comportements cellulaires sous-jacents. Aucune différence significative des taux de prolifération, de la taille et de la proportion des types cellulaires n’a été détectée au stade prénatal, suggérant que ces défauts ont une origine développementale plus précoce. Des expériences sont en cours pour déterminer les mécanismes moléculaires des défauts observés. Dans le cadre d’une collaboration avec le laboratoire de Julien Vermot, à Strasbourg, nous avons étudié le rôle du cil primaire dans le développement du proépicarde, un organe précurseur de l’épicarde du cœur mature. Nous avons montré que les embryons mutants Ift20 constitutifs présentent une augmentation significative du volume du proépicarde. Des analyses sont en cours pour identifier les voies de signalisation impliquées dans ce phénotype. Les travaux effectués durant ce projet de thèse ont permis de caractériser de nouveaux rôles du cil primaire dans le développement cardiaque. Nos résultats participent à une meilleure compréhension des ciliopathies et des défauts cardiaques qui leur sont associés. / The primary cilium is an organelle present at the surface of most of Vertebrate cells. It is involved in organogenesis by regulating signalling pathways such as Hedgehog signalling. Primary cilium dysfunction leads to severe, rare and pleiotropic diseases, ciliopathies, which can include cardiac defects. Howevr, the role that the primary cilia plays in cardiac morphogenesis is still poorly understood. The main project of the PhD focuses on the study of the role of primary cilia in cardiac cells during heart development. We have used a mouse mode of conditional deletion of Ift20, a gene essential for ciliogenesis. The deletion is controlled by the Mesp1Cre allele, expressed in the majority of cardiac precursors. At birth, conditional mutants display severe defects in septation of the outflow tract, the atria and the ventricles. These defects are similar to the ones characterized in Hedgehog signalling mutants. We also have identified novel phenotypes linked to cilium suppression. The mutants display a significant increase in the size of the right ventricle and defective coronary vasculature development. To better understand the growh defects observed at birth, we analysed the underlying cell behaviour. No significant differences in the proliferation rates, nor in the size and proportions of different cell types were detected at prenatal stages, suggesting that these defects have an earlier developmental origin. Experiments are underway to determine the molecular mechanisms of the observed defects. In collaboration with the laboratory of Julien Vermot, in Strasbourg, we studied the role of the primary cilium in the development of the proepicardium, a precursor organ of the mature epicardium. We have shown that Ift20 constitutive mutants show a significant increase in proepicardial volume. Analyses are ongoing to identify the signalling pathways involved in this phenotype. The works performed during this PhD project allowed the characterization of new roles for the primary cilium in cardiac development. Our results participate in a better understanding of ciliopathies and their associated cardiac defects.

L’insuffisance cardiaque (IC) est un problème majeur de santé publique. La pénurie des greffons cardiaques et la résistance de nombreux patients aux traitements conventionnels ont poussé les chercheurs à développer de nouvelles thérapeutiques dont la thérapie cellulaire. Bien que l’idée initiale de la thérapie cellulaire ait été de repeupler la partie nécrosée du cœur par l’administration de cellules viables et fonctionnelles, leur disparition rapide alors que les bénéfices perdurent dans le temps a conduit à l’hypothèse que les cellules agiraient via un mécanisme paracrine. Les vésicules extracellulaires (VE), incluant les exosomes et les microparticules, seraient principalement impliquées dans ce processus. Elles agiraient ainsi comme de véritables navettes transportant des biomolécules actives permettant d’activer des voies de réparation endogènes dans le tissu traité. Ce projet de thèse a pu mettre en évidence : 1) La non-infériorité des VE issues de progéniteurs cardiovasculaires (Pg) dérivés de cellules souches embryonnaires humaines par rapport à leurs cellules d’origine dans un modèle murin d’IC chronique (ICC). Ces VE activeraient des voies de signalisation endogènes impliquées dans la stimulation de la prolifération cellulaire, la survie cellulaire, la réparation de l’ADN et la diminution de la fibrose. Leur contenu moléculaire spécifique, et notamment les microARN, pourrait être impliqué dans ces phénomènes. 2) L’importance du choix du type cellulaire dans la production de VE efficaces sur le plan thérapeutique puisque ni les VE dérivées de cardiomyocytes matures ni celles de cellules souches mésenchymateuses n’ont eu d’effets bénéfiques sur la fonction cardiaque de souris en ICC. 3) L’implication des VE dans l’effet paracrine des cellules, confirmée par l’amélioration de la fonction cardiaque chez des souris présentant une ICC traitées avec des VE issues de Pg dérivés d’iPS. Des tests fonctionnels in vitro ont montré que les VE auraient un rôle pro-angiogénique, pro-prolifératif et amélioreraient la survie des cellules. Une thérapie a-cellulaire aurait une réelle pertinence clinique en réglant une partie des problèmes techniques, immunologiques et sécuritaires associés aux greffes de cellules. Si cette hypothèse est confirmée, il pourrait en résulter une simplification des problèmes réglementaires, une diminution des coûts de production et de ce fait une plus grande diffusion clinique de la méthode. / Heart failure (HF) is a major public health concern. The lack of donor hearts and the resistance of numerous patients to conventional treatments has led scientists to develop new therapies such as cell therapy. The initial goal of cell therapy was to repopulate the infarcted heart by directly injecting viable and functional cells. However, the rapid disappearance of the transplanted cells contrasts with their long term, ongoing functional benefits, suggesting that cells may act through a paracrine mechanism. Extracellular vesicles (EV), including exosomes and microparticles, may be key to this process, acting as shuttles to transport bioactive macromolecules that stimulate endogenous repair pathways in the host tissue. This PhD project demonstrates: 1) The non-inferiority of EV secreted by cardiovascular progenitors (Pg) derived from human embryonic stem cells as compared to their parent cells in a mouse model of chronic HF (CHF). These EV could act by the activation of endogenous signaling pathways implicated in cell proliferation, survival, DNA repair and decreased fibrosis. Their specific content, such as miRNA, could be involved in these benefits. 2) The importance of the cell type in the production of therapeutically effective EV, since EV derived from mature cardiomyocytes and mesenchymal stem cells did not improve cardiac function in mice with CHF. 3) The importance of EV in paracrine effects of cells, confirmed by the improvement of cardiac function in mice with CHF treated with EV secreted by Pg derived from iPS cells. In vitro data shows that EV might have pro-angiogenic, pro-proliferative and pro-survival effects. An acellular therapy should be clinically relevant by reducing technical, immunological and safety problems associated with cell transplantation. If this hypothesis is confirmed, regulatory concerns would be simplified and production costs reduced, facilitating large-scale production.

Contexte : Le trafic aérien, en constante augmentation au cours de ces dernières décennies, n'est pas sans impact sur l'environnement et la population. En particulier, le bruit émis par les avions constitue une nuisance importante et un problème majeur de santé publique, notamment en termes de perturbations du sommeil. Pour autant, en France surtout, les conséquences de l'exposition au bruit des avions restent insuffisamment évaluées. Objectif : L'objectif de ce travail de thèse est de mieux connaître et de mieux quantifier les effets du bruit des avions sur la qualité du sommeil des riverains des aéroports en France, en distinguant qualité subjective et qualité objective. Méthodes : Pour répondre aux objectifs de cette thèse, nous avons utilisé les données recueillies dans un programme de recherche épidémiologique appelé DEBATS (Discussion sur les Effets du Bruit des Aéronefs Touchant la Santé). L'étude principale, dite « étude longitudinale », a inclus 1244 participants vivant à proximité de trois aéroports français d'importance : Paris-Charles de Gaulle, Lyon-Saint Exupéry et Toulouse-Blagnac. La qualité subjective du sommeil a été évaluée grâce à un questionnaire administré par des enquêteurs au domicile des sujets. Le niveau d'exposition au bruit des avions a été estimé à l'adresse du domicile de chaque participant à partir des cartes de bruit produites par la Direction Générale de l'Aviation Civile. Une étude complémentaire dite « étude sommeil » a permis d'évaluer la qualité objective du sommeil de 112 des 1244 participants à l'étude longitudinale grâce au port d'un actimètre pendant huit jours et d'un Actiheart (enregistreur de la fréquence cardiaque) pendant une nuit. Des mesures acoustiques ont été réalisées pendant ces huit jours en façade et à l'intérieur de la chambre à coucher des participants, afin de caractériser leur exposition au bruit des avions à l'aide d'indicateurs non seulement énergétiques (LAeq, LA90) mais aussi événementiels (nombre d'événements et niveau maximum de bruit de l'évènement ou LAmax). Résultats : L'analyse de « l'étude longitudinale » a permis de montrer une association entre l'exposition au bruit des avions la nuit (Lnight) et la qualité subjective du sommeil caractérisée par un risque de déclarer dormir moins de 6 heures par nuit (OR=1,63 pour 10 dB(A) ; IC 95% : 1,15-2,32) et de se sentir fatigué au réveil (OR=1,23 pour 10 dB(A) ; IC 95% : 1,00-1,54). Nous n'avons pas trouvé de relation significative avec les autres paramètres subjectifs de la qualité du sommeil rapportés par les sujets eux-mêmes, tels que le temps d'endormissement, les éveils nocturnes, la satisfaction du sommeil et la prise de médicaments pour dormir. Nous avons également montré une association entre l'exposition au bruit des avions et les paramètres objectifs de la qualité du sommeil avec une augmentation du temps d'endormissement et de la durée des éveils intra-sommeil, une diminution de l'efficacité du sommeil, mais aussi une augmentation du temps total de sommeil et du temps passé au lit (cette dernière pouvant être interprétée comme un mécanisme d'adaptation à la privation de sommeil). Les indicateurs énergétiques, mais plus encore les indicateurs liés aux événements de bruit, sont significativement associés aux paramètres objectifs de la qualité du sommeil. Par exemple, les événements de bruit d'avions détectés à l'intérieur de la chambre à coucher sont associés à une augmentation de la durée totale des éveils intra-sommeil supérieure à 30 minutes (OR=1,10 pour 10 événements ; IC 95% : 1,03-1,16). Enfin, nous avons observé une augmentation significative de l'amplitude de la fréquence cardiaque pendant un évènement sonore associé au passage d'un avion et le niveau maximum de bruit de cet évènement (LAmax) [etc...] / Background: Air traffic, in constant increase during the last decades, is not without impact on the environment and the population. Aircraft noise in particular represents a serious nuisance and a major issue for public health, particularly in terms of sleep disturbances. However, in France especially, the effects of aircraft noise exposure remain insufficiently evaluated. Objectives: The objective of this PhD is to better know and better quantify the effects of aircraft noise exposure on sleep quality in populations living near airports in France, while distinguishing subjective quality and objective quality. Methods: In order to meet the objectives of the PhD, we used the data collected in an epidemiological research program called DEBATS (Discussion on the Health Effects of Aircraft Noise). The main study, also called the “longitudinal study”, included 1,244 participants living near three French major airports: Paris-Charles de Gaulle, Lyon-Saint-Exupéry and Toulouse-Blagnac. The subjective quality of sleep was assessed using a questionnaire administered by interviewers at the place of residence of the participants. Aircraft noise levels were estimated at each participant's home address using noise maps produced by the French Civil Aviation Authority. A complementary, also called the “sleep study” allowed us to estimate the objective sleep quality of 112 of the 1,244 participants in the longitudinal study. These 112 participants have worn a wrist actigraph for eight nights and an Actiheart (heart rate recorder) for one night. Acoustic measurements were made during these eight days and nights, both inside the participants’ bedrooms and outside (at the exterior façade) in order to characterize their aircraft noise exposure using not only energy indicators (LAeq, LA90) but also events indicators (number of events and maximum level of an noise event or LAmax). Results: The “longitudinaly study” analysis showed an association between aircraft noise exposure during the night (Lnight) and the subjective quality of sleep characterized by a risk of reporting to sleep less than 6 hours per night (OR=1.63 for 10 dB(A); 95% CI: 1.15–2.32) and a risk of feeling tired while awakening in the morning (OR=1.23 for 10 dB(A); 95% CI: 1.00– 1.54). We did not find any significant relationship with the other subjective parameters of sleep quality reported by the subjects themselves, such as time to fall asleep, nocturnal awakenings, sleep satisfaction, and sleep medication intake. We also showed an association between aircraft noise exposure and the objective parameters of sleep quality with an increase in time of sleep onset and duration of wake after sleep onset, and a reduction in sleep efficiency. Aircraft noise exposure also increased total sleep time and time in bed (this could be a matter of behavioral adaption to sleep deprivation). The energy indicators, but more still events indicators, were significantly associated with the objective parameters of sleep quality. For example, aircraft noise events detected inside the bedroom were associated with an increase in total duration of wake after sleep onset greater than 30 minutes (OR=1.10 for 10 events; 95% CI: 1.03-1.16). Finally, we observed a significant increase in amplitude of heart rate during a noise event associated with the passage of an aircraft and the maximum noise level of this event (LAmax). Conclusions: These results, mostly similar to those obtained in the majority of studies in the international literature, confirm that exposure to aircraft noise can decrease both subjective and objective quality of sleep. They also contribute to support the hypothesis that acoustic events indicators could, better than energy indicators more widely used, characterize the effects of aircraft noise on sleep

L'AMP cyclique (AMPc) et le GMP cyclique (GMPc) sont des seconds messagers essentiels pour la régulation de la fonction cardiaque. Leurs niveaux sont régulés par l’adénylate cyclase et la guanylate cyclase, respectivement, et par les phosphodiestérases (PDEs). Cependant, une telle régulation est altérée dans l'insuffisance cardiaque (IC). En effet, la diminution de la signalisation de l’AMPc et l’augmentation de celle du GMPc est caractéristique des cœurs défaillants.Parmi la superfamille des PDEs, la PDE2 a la particularité d'être stimulée par le GMPc, conduisant ainsi à une augmentation remarquable de l'hydrolyse de l'AMPc. Ceci semble induire une interaction entre les voies de signalisation de l’AMPc et du GMPc. Cependant, le rôle de la PDE2 dans le cœur défaillant est très peu connu.Dans ce contexte, nous avons examiné si la PDE2 cardiaque est modifiée dans l’IC chez l’Homme et chez les modèles animaux d’IC, et déterminé le rôle de la PDE2 dans la signalisation β-adrénergique dans les cardiomyocytes. Grâce à l’utilisation de Western blot, de technique radioenzymatique, d’imagerie basée sur le FRET, de la planimétrie, de la microscopie à épifluorescence et des mesures du courant calcique de type L, réalisés sur les tissus myocardiques humains et/ou dans des cardiomyocytes isolés de cœurs des modèles animaux d’IC, respectivement, nous avons montré que l’expression et l’activité de la PDE2 sont augmentées dans les cœurs défaillants. Cette augmentation réduit l’effet d’une stimulation β-adrénergique aiguë, contribuant à la désensibilisation β-adrénergique observée dans l’IC. En accord avec ces résultats, la surexpression de la PDE2 dans des cardiomyocytes sains, réduit l’augmentation des taux d'AMPc et l’amplitude du courant ICa,L et abolit l'effet inotrope positif suite à une stimulation β-adrénergique aiguë, sans affecter la contractilité basale. Plus important, les cardiomyocytes surexprimant la PDE2, montrent une protection contre les réponses hypertrophiques induites par la noradrénaline et contre les arythmies induites par l'isoprotérénol.En conclusion, ce travail met en évidence l'altération de la PDE2 dans l’IC et nous laisse suggérer que l’augmentation de la PDE2 dans l’IC peut constituer un mécanisme de défense important dans des conditions de stress cardiaque, notamment en antagonisant la suractivation de la voie β-adrénergique. Ainsi, l'activation de PDE2 myocardique peut représenter une nouvelle stratégie thérapeutique anti-adrénergique intracellulaire dans l’IC. / Cyclic AMP (cAMP) and cyclic GMP (cGMP) are critical second messengers for the regulation of cardiac function. Their levels are regulated by adenylyl and guanylyl cyclases, respectively, and by cyclic nucleotides phosphodiesterases (PDEs). However, such regulation is altered in heart failure (HF). Indeed diminished cAMP- and augmented cGMP-signaling is characteristic of failing hearts.Among the PDE superfamily, PDE2 has the unique property to be stimulated by cGMP, thus leading to a remarkable increase in cAMP hydrolysis. This appears to mediate a negative cross-talk between cAMP- and cGMP signaling pathways. However, the role of PDE2 in the failing heart is only poorly understood.In this context, we investigated whether myocardial PDE2 is altered in human and experimental HF and determined PDE2 mediated effects on β-adrenoceptor (β-AR) signaling in cardiomyocytes. Using immunoblotting, radioenzymatic- and FRET-based assays, video-edge-detection, epifluorescent microscopy and L-type Ca2+ current measurements, performed in myocardial tissues and/or isolated cardiomyocytes from human and/or experimental HF, respectively, we showed that PDE2 is markedly upregulated in failing hearts. This reduces the effect of an acute β-adrenergic stimulation, and contributes to the β-adrenergic desensitization which is a characteristic feature in HF. Accordingly, PDE2 overexpression in healthy cardiomyocytes reduced the rise in cAMP levels and ICa,L amplitude and abolished the inotropic effect following acute β-AR stimulation, without affecting basal contractility. Importantly, PDE2-overexpressing cardiomyocytes showed marked protection from norepinephrine-induced hypertrophic responses and from isoproterenol-induced arrhythmias.In conclusion, this work highlights the alteration of PDE2 in HF and lets us assume that PDE2 upregulation in HF may constitute an important defence mechanism during cardiac stress, e.g. by antagonizing excessive β-AR drive. Thus, activating myocardial PDE2 may represent a novel intracellular anti-adrenergic therapeutic strategy in HF.

L’hypertrophie cardiaque est un mécanisme adaptatif qui se développe en réponse à une surcharge de travail hémodynamique. Lors d’un stress chronique, elle peut mener à l’insuffisance cardiaque (IC), l’une des principales causes de mortalité dans les pays industrialisés. Les voies de signalisation hypertrophiques induites par les récepteurs α et β-adrénergiques font intervenir la petite protéine G Ras et des protéines calcium-dépendantes telles que la calcineurine (CaN) et la Ca2+/calmoduline-dépendante kinase de type II (CaMKII), ainsi que leurs facteurs de transcription respectifs NFAT et MEF2. Dans les cellules immunitaires, la protéine Carabine a été mise en évidence comme inhibant la CaN et de Ras. L’objectif de cette thèse et de caractériser son rôle dans le cardiomyocyte.In vitro, nous montrons que Carabine est exprimée dans le cardiomyocyte de rat nouveau-né et adulte et inhibe par l’intermédiaire de ses domaines fonctionnels les voies de signalisation de Ras/ERK, CaN/NFAT et CaMKII/MEF2. Sous stimulation chronique adrénergique, la surexpression de Carabine prévient le remodelage cardiaque en bloquant le développement des marqueurs de l’hypertrophie : la croissance cellulaire, la réexpression des gènes foetaux etla réorganisation des protéines contractiles. Enfin, dans un modèle d’hypertrophie cardiaque induite par surcharge de pression chez le rat, l’injection intramyocardiaque d’un adénovirus codant pour Carabine inhibe l’hypertrophie des cardiomyocytes. Ce travail ouvre ainsi de nouvelles perspectives thérapeutiques pour le traitement de l’IC. / Cardiac hypertrophy is an adaptative mechanism developed in response to hemodynamic overload. During chronic stress, it can lead to heart failure (HF), one of the most important causes of mortality in industrialized countries. Hypertrophic signaling pathway induced under α and β-adrenergic receptor involve small G protein Ras and calcium dependent proteins suchas the calcineurine (CaN) and the Ca2+/calmodulin-dependent protein kinases II (CaMKII), as well as their respective transcription factors NFAT and MEF2. In immune cells Carabin protein has been shown to inhibit CaN and Ras. The purpose of my thesis was to determine the role of Carabin in the cardiomyocyte.In vitro, we showed that Carabin is expressed in neonatal and adult rat cardiomyocyte and inhibits via its functional domains the Ras/ERK, CaN/NFAT and CaMKII/MEF2 signaling pathways. Under adrenergic chronic stimulation, Carabin overexpression blocks the development of hypertrophic markers (cell size increase, re-expression of embryonic genesand contractile protein reorganisation) preventing thus cardiac remodeling. Finally, in a rat model pressure overload cardiac hypertrophy, intra-cardiac injection of Carabin adenovirus inhibits cardiomyocyte growth. This study opens new insights into the treatment of HF.

La surveillance des nouveau-nés prématurés placés en unité de soins intensifs a conduit à la notion de monitoring et à l'acquisition de nombreux signaux physiologiques. Si ces informations sont bien utilisées pour le diagnostic et la prévention des situations d'urgence, force est de constater qu'à ce jour, elles le sont beaucoup moins dans un objectif prédictif. La difficulté d'extraction d'informations fiables en temps réel, sans aucun contrôle visuel, à partir de signaux non stationnaires, en est vraisemblablement la cause. Ce mémoire vise donc à proposer des méthodes robustes, adaptées au contexte des unités de soins intensifs néonatals et du temps réel. Pour cela, un ensemble de méthodes génériques appliquées à la variabilité cardiaque, mais capable d'être adaptées à d'autres constantes physiologiques telles que la respiration, ont été développées et testées en contexte clinique. Quatre grandes parties illustrent notre propos : - La proposition d'une méthode originale de détection temps réel probabiliste multicaractéristique permettant de répondre à une problématique d'extraction robuste d'événements d'intérêt à partir de signaux physiologiques bruités. Générique, cette solution est appliquée à la détection robuste du QRS d'un signal ECG. Elle est basée sur le calcul temps réel de plusieurs probabilités a posteriori, concernant les propriétés du signal, qui sont ensuite fusionnées au sein d'un nœud de décision reposant sur l'utilisation pondérée de la divergence de Kullback-Leibler. Comparée à deux méthodes classiques de la littérature sur deux bases de données bruitées, elle obtient un taux d'erreur de détection inférieur (20.91% vs 29.02% (ondelettes) et 33.08% (Pan-Tompkins) sur la base de test). - La proposition d'une méthode impliquant plusieurs modèles semi-markoviens cachés, visant la segmentation de périodes au sein desquelles le détecteur temps réel probabiliste multicaractéristique fournit les détections d'évènements les plus fiables. En comparaison à deux méthodes de la littérature, la solution proposée obtient de meilleures performances, le critère d‘erreur obtenu est significativement plus faible (entre -21.37% et -74.98% selon la base et l'approche évaluée). - La sélection d'un détecteur optimal pour le monitoring d'événements d'apnée-bradycardie, en termes de fiabilité et précocité, à partir de données ECG obtenues chez le nouveau-né. Les performances du détecteur retenu seront comparées aux alarmes générées par un dispositif industriel de suivi continu classiquement utilisé en service de néonatalogie (moniteur Philips IntelliVue). La méthode basée sur le changement abrupt de la moyenne des RR obtient les meilleurs résultats au regard du délai (3.99 s vs 11.53 s pour le moniteur IntelliVue) et de la fiabilité (critère d'erreur de 43.60% vs 80.40%). - La conception et le développement d'une plateforme logicielle SYNaPSE (SYstem for Noninvasive Physiological Signal Explorations) permettant l'acquisition de divers signaux physiologiques en très grande quantité, et de façon non invasive, au sein des unités de soins. La conception modulaire de cette plateforme, ainsi que ses propriétés temps réel, permettent l'intégration simple et rapide de méthodes de traitement du signal complexes. Son intérêt translationnel est montré dans le dépouillement d'une base de données cherchant à étudier l'impact de la bilirubine sur la variabilité cardiaque. / The surveillance of premature newborns placed in intensive care units led to the notion of monitoring and the acquisition of many physiological signals. While this information is well used for the diagnosis and prevention of emergency situations, it must be acknowledged that, to date, it is less the case for predictive purposes. This is mainly due to the difficulty of extracting reliable information in real time, without any visual control, from non-stationary signals. This thesis aims to propose robust methods, adapted to the context of neonatal intensive care units and real time. For this purpose, a set of generic methods applied to cardiac variability, but capable of being adapted to other physiological constants such as respiration, have been developed and tested in clinical context. Four main parts illustrate these points : - The proposal of an original multicharacteristic probabilistic real time detection method for robust detection of interest events of noisy physiological signals. Generic, this solution is applied to the robust QRS complex detection of the ECG signals. It is based on the real time calculation of several posterior probabilities of the signal properties before merging them into a decision node using the weighted Kullback-Leibler divergence. Compared to two classic methods from the literature on two noisy databases, it has a lower detection error rate (20.91% vs. 29.02% (wavelets) and 33.08% (Pan-Tompkins) on the test database). - The proposal of using hidden semi-markovian models for the segmentation of temporal periods with most reliable event detections. Compared to two methods from the literature, the proposed solution achieves better performance, the error criterion obtained is significantly lower (between -21.37% and -74.98% depending on the basis and approach evaluated). - The selection of an optimal detector for the monitoring of apnea-bradycardia events, in terms of reliability and precocity, based on ECG data obtained from newborns. The performance of the selected detector will be compared to the alarms generated by an industrial continuous monitoring device traditionally used in neonatology service (Philips IntelliVue monitor). The method based on the abrupt change of the RR average achieves the best results in terms of time (3.99 s vs. 11.53 s for the IntelliVue monitor) and reliability (error criterion of 43.60% vs. 80.40%). - The design and development of SYNaPSE (SYstem for Noninvasive Physiological Signal Explorations) software platform for the acquisition of various physiological signals in large quantities, and in a non-invasive way, within the care units. The modular design of this platform, as well as its real time properties, allows simple and fast integration of complex signal processing methods. Its translational interest is shown in the analysis of a database in order to study the impact of bilirubin on cardiac variability.

Le refroidissement in vivo du myocarde jusqu'à 32-34°C est une stratégie cardioprotectrice extrêmement puissante expérimentalement. La ventilation liquide totale (VLT) par des perfluorocarbones permet d'induire cette hypothermie très rapidement en utilisant le poumon comme bioéchangeur thermique, tout en maintenant des échanges gazeux normaux. L'objectif de notre travail de thèse a été d'étudier les effets de la VLT hypothermisante sur les lésions d'ischémie-reperfusion dans des modèles d'ischémie myocardique régionale et d'arrêt cardiorespiratoire chez le lapin. Dans une première étude, nous avons démontré que l'instauration per-ischémique d'un épisode de VLT hypothermisante permettait d'atteindre la température cible de 32-33°C en seulement 5 min chez des lapins chroniquement instrumentés soumis à 30 min d'occlusion coronaire. Cela permettait d'atténuer non seulement la taille d'infarctus mais également la dysfonction contractile post-infarctus. La taille d'infarctus était ainsi respectivement réduite de 89 et 71% lorsque la VLT était débutée à la 5ème ou à la 15ème min d'occlusion coronaire par rapport au groupe Témoin. Cette protection était associée à un effet bénéfique sur la fonction mitochondriale dont la capacité de rétention calcique était significativement accrue par l'hypothermie.Dans une seconde étude, nous avons montré que cet effet cardioprotecteur de la VLT hypothermisante n'était pas limité par un plateau de cardioprotection puisqu'il persistait lors d'ischémies prolongées (60 min) chez des lapins anesthésiés. Les tailles de l'infarctus et du no-reflow étaient en effet respectivement diminuées de 45 et 74% dans un groupe d'animaux soumis à une VLT hypothermisante à partir de la 5ème min d'occlusion coronaire par rapport au groupe Témoin. Lorsque la VLT était instaurée plus tardivement (20ème min d'occlusion coronaire), ces réductions restaient significatives (respectivement -30% et -60%) alors qu'un refroidissement conventionnel par application de couvertures froides n'induisait aucun bénéfice, même lorsqu'il était débuté dès la 5ème min d'occlusion coronaire.Grâce aux travaux précédents, nous avons obtenu la preuve de concept de l'effet cardioprotecteur de la VLT hypothermisante au cours d'une ischémie myocardique régionale. Cependant, la translation clinique de cette stratégie est probablement délicate dans la situation de l'infarctus du myocarde. Il nous a en revanche semblé qu'elle pourrait être également bénéfique au cours de la réanimation post-arrêt cardiaque. Pour étudier ce phénomène, nous avons mis au point un modèle expérimental d'arrêt cardiaque et de réanimation cardiopulmonaire chez des lapins soumis à un épisode de fibrillation ventriculaire. Nous avons ainsi montré que la VLT hypothermisante permettait d'augmenter significativement la survie et d'atténuer le syndrome post-arrêt cardiaque par rapport à une réanimation conventionnelle. Après 10 min d'arrêt cardiaque, la survie était par exemple respectivement de 7/10 vs 0/10 chez les animaux soumis à la VLT hypothermisante par rapport au groupe Témoin. Ces effets bénéfiques étaient directement liés à la rapidité d'induction de l'hypothermie par la VLT puisqu'une hypothermie conventionnelle par refroidissement externe et perfusion de fluides refroidis n'a pas permis d'induire de protection significative.En conclusion, la VLT hypothermisante est une approche puissamment protectrice lors d'ischémie myocardique régionale et au décours d'un arrêt cardiaque. L'évaluation plus approfondie de cette stratégie nécessite à présent le développement de dispositifs sécurisés pouvant être utilisés sur un modèle gros animal.MOTS-CLES : Ventilation liquide totale, perfluorocarbone, hypothermie, infarctus, no-reflow, arrêt cardiaque. LABORATOIRE D'ACCUEIL : Laboratoire de pharmacologie, INSERM U955 équipe 3, Ecole nationale vétérinaire d'Alfort, Faculté de médecine de Créteil, Université Paris-Est, Créteil. / Cooling the ischemic myocardium to 32-34 °C is known to be potently cardioprotective. Total liquid ventilation (TLV) with perfluorocarbons can induce such an hypothermia very fastly using the lung as a heat exchanger while maintaining normal gas exchanges. The aim of this thesis was to investigate its beneficial effects in experimental models of myocardial ischemia and cardiac arrest in rabbits.In our first study, we demonstrated that the institution of hypothermic TLV allowed achieving a cardiac temperature of 32-33°C within only 5 min in chronically instrumented rabbits subjected to 30 min of coronary artery occlusion. This was associated with a significant reduction in infarct size along with a dramatic attenuation of the post-ischemic myocardial contractile dysfunction. As example, infarct size was reduced by 89 and 71% when TLV was initiated at the 5th or 15th min of coronary artery occlusion, respectively. This protection was associated with an attenuation of the mitochondrial dysfunction, as shown by an increased calcium restrain capacity.In a second study, we demonstrated that the protective effect of hypothermic TLV was not limited by a ceiling of cardioprotection since infarct size reduction persisted following prolonged ischemia (60 min) in anesthetized rabbits. Infarct and no-reflow sizes were indeed reduced by 45 and 74% in animals subjected to hypothermic TLV from the 5th min of coronary occlusion as compared to corresponding Controls, respectively. In comparison, a conventional external cooling with cold blankets did not reduce infarct size even when instituted since the 5th of ischemia.Thanks to the previous works, we obtained the proof of concept that hypothermic TLV could offer a dramatic cardioprotection during regional myocardial ischemia. However, the clinical translation of this strategy might be challenging in the clinical scenario of ST-elevation myocardial infarction. This might conversely be less challenging and also beneficial to prevent the post-cardiac arrest syndrome in patients resuscitated from cardiac arrest. In order to investigate this phenomenon, we developed an experimental model of cardiac arrest and cardiopulmonary resuscitation in rabbits submitted to an episode of ventricular fibrillation. Accordingly, we have demonstrated in this model that hypothermic TLV significantly increased survival and attenuated the post-cardiac arrest syndrome as compared to conventional resuscitation. After 10 min of cardiac arrest, survival was for example 7/10 vs 0/10 in animals subjected to hypothermic TLV vs corresponding Controls, respectively. These beneficial effects were directly related to the rapidity at inducing hypothermia with TLV since conventional hypothermia using external cooling and infusion of cold fluids failed to induce a significant protection.In conclusion, hypothermic TLV can induce a dramatic protection during regional myocardial ischemia or following cardiac arrest and resuscitation. In order to further investigate this strategy, we are now requiring a secured device that can be used in large animals.KEYWORDS: total liquid ventilation, perfluorocarbon, hypothermia, infarct, no-reflow, cardiac arrest.Laboratory: Laboratory of Pharmacology, INSERM U955 équipe 3, Ecole nationale vétérinaire d'Alfort, Faculté de médecine de Créteil, Université Paris-Est, Créteil.