L’intoxication tabagique, source d’oxydants, est un facteur de risque important de développement de l’emphysème pulmonaire et du pneumothorax spontané primitif. Les macrophages alvéolaires contribuent pour une large part à l’inflammation pulmonaire au cours de ces pathologies en produisant des métalloprotéases et des espèces réactives de l’oxygène à l’origine du déséquilibre des balances protéase/anti-protéase et oxydant/antioxydant. L'hème oxygénase-1 (HO-1), exprimée principalement par les macrophages, est une enzyme clé des défenses anti-oxydantes pulmonaires. Nous avons initialement étudié l’expression et la localisation cellulaire de l’HO-1 et de ses régulateurs potentiels (Nrf2, Keap1, Bach1 et HIF-1a) dans les macrophages alvéolaires au cours de l’emphysème pulmonaire post-tabagique et du pneumothorax spontané primitif. Les voies de régulation de l’expression de ces protéines ont été analysées in vitro sur des macrophages dérivés de la lignée THP-1 exposés ou non au condensat de fumée de cigarette et à l’hypoxieréoxygénation visant à mimer une partie des effets de l’atélectasie-réexpansion observée lors de la prise en charge thérapeutique des pneumothorax récidivants. Les travaux présentés dans cette thèse nous ont permis de mettre en évidence une altération de l’expression de la voie Nrf2/Keap1-Bach1 associée à une diminution de l’expression des enzymes anti-oxydantes, dont l’HO-1, dans les macrophages alvéolaires au cours de l’emphysème pulmonaire sévère post-tabagique, malgré un stress oxydant important. In vitro, ces altérations pourraient être liées à une activation spécifique des MAPKinases ERK1/2 et JNK par le condensat de fumée de cigarette. Nous avons également montré que la stimulation du système de l’HO-1 était probablement orchestrée par la voie du facteur HIF-1a, et non par celle de Nrf2, dans les macrophages alvéolaires au cours du pneumothorax spontané primitif récidivant du sujet fumeur. Ces résultats pourraient contribuer à une meilleure connaissance de la physiopathologie de l’emphysème pulmonaire et permettre d’envisager de nouvelles approches thérapeutiques basées sur la préservation et/ou la restauration de l’équilibre Nrf2/Keap1-Bach1. Nos travaux suggèrent également que la physiopathologie du pneumothorax spontané primitif est différente chez les patients fumeurs et non fumeurs. Le pneumothorax du sujet fumeur est associé à un stress oxydant pulmonaire et à une induction de l’HO-1 probablement orchestrée par HIF-1a. Ces résultats, confirmés in vitro, mettent en évidence une interaction potentielle entre le stress oxydant et l’hypoxie-réoxygénation / Chronic cigarette smoking, a source of oxidants, is an important risk factor for lung emphysema and primary spontaneous pneumothorax development. Alveolar macrophages are mainly involved in lung inflammation observed in these pathologies through the production of metalloproteases and reactive oxygen species resulting to protease/anti-protease and oxidant/anti-oxidant imbalances. Heme oxygenase-1 (HO-1), mainly expressed in macrophages, is a key enzyme in pulmonary anti-oxidant defences. Therefore, the first aim of our studies was to investigate the expression and cellular localisation of HO-1 and its potential regulators (Nrf2, Keap1, Bach1 and HIF-1a) in alveolar macrophages from smoking related lung emphysema and primary spontaneous pneumothorax. Regulation pathways involved in expression of these proteins were assessed in vitro in macrophage cell line THP-1 exposed or not to cigarette smoke condensate and with or without hypoxia-reoxygenation mimicking parts of events induced by atelectasia-reexpansion during recurrent pneumothorax constitution and treatment. In these studies, we showed an altered expression of Nrf2/Keap1- Bach1 pathway associated with a reduced expression of anti-oxidants enzymes, like HO-1, in alveolar macrophages from smoking related lung emphysema patients, despite an important oxidative stress. These alterations might be related to cigarette smoke condensate activated ERK1/2 and JNK MAPKinases as observed in THP-1 cells. Furthermore, we showed that HO- 1 system induction was mediated by HIF-1a instead of Nrf2 pathway in alveolar macrophages from smoking related recurrent primary spontaneous pneumothorax. These findings may contribute to a better knowledge of the pathophysiology of lung emphysema and could provide new therapeutic approaches based on preservation and/or restoration of Nrf2/Keap1-Bach1 equilibrium. Our results also suggest that the pathophysiology of primary spontaneous pneumothorax could be different in smokers and non smokers. Spontaneous pneumothorax in smokers is associated with lung oxidative stress and the orchestrated induction of HO-1 probably via HIF-1a. These results provide a new link between oxidative stress and hypoxia/reoxygenation

Cette recherche vise à développer un système de diagnostic assisté par ordinateur pour la détection automatique et la classification des pathologies du parenchyme pulmonaire telles que les pneumonies interstitielles idiopathiques et l'emphysème, en tomodensitométrie multicoupe. L’approche proposée repose sur morphologie mathématique 3-D, analyse de texture et logique floue, et peut être divisée en quatre étapes : (1) un schéma de décomposition multi-résolution basé sur un filtre 3-D morphologique exploitée pour discriminer les régions pulmonaires selon différentes échelles d’analyse. (2) Un partitionnement spatial supplémentaire du poumon basé sur la texture du tissu pulmonaire a été introduit afin de renforcer la séparation spatiale entre les motifs extraits au même niveau résolution dans la pyramide de décomposition. Puis, (3) une structure d'arbre hiérarchique a été construite pour décrire la relation d’adjacence entre les motifs à différents niveaux de résolution, et pour chaque motif, six fonctions d'appartenance floue ont été établies pour attribuer une probabilité d'association avec un tissu normal ou une cible pathologique. Enfin, (4) une étape de décision exploite les classifications par la logique floue afin de sélectionner la classe cible de chaque motif du poumon parmi les catégories suivantes : normal, emphysème, fibrose/rayon de miel, et verre dépoli. La validation expérimentale du système développé a permis de définir des spécifications relatives aux valeurs recommandées pour le nombre de niveaux de résolution NRL = 12, et le protocole d'acquisition comportant le noyau de reconstruction “LUNG” / ”BONPLUS” et des collimations fines (1.25 mm ou moins). Elle souligne aussi la difficulté d'évaluer quantitativement la performance de l'approche proposée en l'absence d'une vérité terrain, notamment une évaluation volumétrique, la sélection large des bords de la pathologie, et la distinction entre la fibrose et les structures (vasculaires) de haute densité / This research aims at developing a computer-aided diagnosis (CAD) system for fully automatic detection and classification of pathological lung parenchyma patterns in idiopathic interstitial pneumonias (IIP) and emphysema using multi-detector computed tomography (MDCT). The proposed CAD system is based on 3-D mathematical morphology, texture and fuzzy logic analysis, and can be divided into four stages: (1) a multi-resolution decomposition scheme based on a 3-D morphological filter was exploited to discriminate the lung region patterns at different analysis scales. (2) An additional spatial lung partitioning based on the lung tissue texture was introduced to reinforce the spatial separation between patterns extracted at the same resolution level in the decomposition pyramid. Then, (3) a hierarchic tree structure was exploited to describe the relationship between patterns at different resolution levels, and for each pattern, six fuzzy membership functions were established for assigning a probability of association with a normal tissue or a pathological target. Finally, (4) a decision step exploiting the fuzzy-logic assignments selects the target class of each lung pattern among the following categories: normal (N), emphysema (EM), fibrosis/honeycombing (FHC), and ground glass (GDG). The experimental validation of the developed CAD system allowed defining some specifications related with the recommendation values for the number of the resolution levels NRL = 12, and the CT acquisition protocol including the “LUNG” / ”BONPLUS” reconstruction kernel and thin collimations (1.25 mm or less). It also stresses out the difficulty to quantitatively assess the performance of the proposed approach in the absence of a ground truth, such as a volumetric assessment, large margin selection, and distinguishability between fibrosis and high-density (vascular) regions