Un accès direct et non invasif à la pathogénèse par l’évaluation de biomarqueurs volatils (FeNO) ou non volatils de l’air exhalé grâce à la méthode des condensats de l’air exhalé (EBC) est utile pour estimer précocement le degré d’atteinte pulmonaire en rapport avec une exposition professionnelle et surveiller son évolution en regard des mesures correctives mises en place. L’étude du NO exhalé (FeNO) est actuellement bien standardisée et l’augmentation exponentielle des publications concernant les EBC reflètent un intérêt croissant pour le diagnostic non invasif des atteintes pulmonaires. Les marqueurs étudiés dans l’air exhalé sont des produits de l'inflammation tels que le FeNO et les cytokines ainsi que des produits du stress oxydant incluant le peroxyde d'hydrogène, les produits de peroxydation lipidique (8-isoprostane, malondialdehyde) et les oxydes d'azote (NOx). S’agissant d’une technique d’exploration relativement récente, les modalités méthodologiques font encore l’objet de nombreux travaux, les premières recommandations internationales étant apparues en 2005. Les écueils méthodologiques sont nombreux et encore décrits dans la littérature en 2012. Ils concernent toutes les étapes du processus du recueil et d’analyses.Objectifs : L’objectif principal de notre recherche était dans un premier temps de développer la méthode des EBC pour l'étude des composés de l'air exhalé puis de détecter et quantifier des biomarqueurs tels que les protéines totales, les NOx et le 8-isoprostane dans les EBC d’une population d’adultes sains (n= 48) ou atteints de pathologies pulmonaires telles que l'asthme (n=24), la BPCO (n=20), la pneumopathie interstitielle diffuse (n=27) et la sclérodermie (n=27). L’objectif secondaire était la comparaison des niveaux de biomarqueurs dosés dans les EBC et du FeNO chez les sujets malades par rapport aux témoins.Résultats / Conclusion : Notre recherche, soutenue l’ANR et l’ANSES, a permis de standardiser la méthodologie de recueil et d’analyse des EBC avec une optimisation du système de recueil et de l’agent coatant pour la détermination de la concentration nécessaire et compatible avec les analyses. Nous maitrisons le dosage dans les EBC des biomarqueurs tels que les protéines, les NOx et le 8-isoprostane. D'autres biomarqueurs sont encore en cours d'étude tels que le malondialdehyde et les cytokines. Ce travail méthodologique, publié, a permit dans un second temps la détection (> à 95%) et la quantification de ces biomarqueurs dans les EBC des sujets sains et malades de notre population.Perspectives : La constitution des valeurs de référence pour les biomarqueurs dosés dans les EBC est nécessaire à l’interprétation des dosages chez les sujets malades. Il convient également de finaliser la standardisation de la mesure des cytokines et du malondialdehyde et d’explorer de nouveaux biomarqueurs produits lors du stress nitrosant tels que la 3-nitrotyrosine pour compléter les mécanismes physiopathologiques. Enfin le développement de cette méthode non invasive et peu contraignante apparait prometteuse en clinique médicale dans le suivi individuel de la maladie ou son traitement comme lors d’études épidémiologiques respiratoires dans des populations exposées professionnellement ou environnementalement. Dans ce cadre, l’étude de marqueurs d’exposition professionnelle tels que les métaux lourds dans les EBC est en cours de développement. / The study of both volatile (FeNO) and non-volatile respiratory biomarkers using the method of exhaled breath condensates can be useful in medical surveillance of exposed workers, the early identification of respiratory diseases or in the monitoring of their development. Studies of exhaled NO (FeNO) is now well standardized and the exponential increase in publications on exhaled breath condensate (EBC) reflects growing interest in a non-invasive diagnosis of pulmonary diseases. The biomarkers studied are products of inflammation, such as FeNO and cytokines, and products of oxidative stress, including hydrogen peroxide (H202), products of lipid peroxydation (8-isoprostane, malondialdehyde) and nitrogen oxides. The first recommendation was published in 2005 but although many recent publications have applied this new method, numerous methodological pitfalls remain and still described in 2012. They concern all the stages of the collection to the analysis.Objectives: The main objective of this research was initially to develop the method of EBC for the study of compounds of exhaled air and then detect and quantify biomarkers such as total protein, NOx and 8-isoprostane in exhaled air in a population of healthy adults (n = 48) or patients with lung inflammatory diseases such as asthma (n = 24), COPD (n = 20), diffuse interstitial pneumonia (n = 27) and scleroderma (n = 27). The secondary objective was to compare levels of biomarkers measured in the EBC and FeNO in patients compared to controls.Results / conclusion: Our research, supported by ANR and ANSES, allowed to standardize the methodology of collection and analysis of EBC with a choice of the collection system and coating which must be effective and compatible with the analyzes. In EBC, we control the dosage of biomarkers such as proteins, NOx and 8-isoprostane. Other biomarkers are still being studied such as malondialdehyde and cytokines. This published methodological study, allowed in a second step the detection (> 95%) and quantification of these biomarkers in EBC of healthy patients in our population.Perspectives: This standardization is a key epidemiological requirement for the task force on the establishment of reference values and the publication of methodological guidelines so as to realize the promise of this approach for clinical studies of lung diseases. We have also to finish the development of biomarkers such as cytokines or malondialdehyde and to investigate new biomarkers to complete the pathophysiological mechanisms. Finally our objective is the widespread use of this noninvasive method in daily epidemiological studies on subjects with professional and/or environmental exposure. In this context, the study of markers of the toxic burden in the lungs such as heavy metals in the EBC is being developed.

Un accès direct et non invasif à la pathogénèse par l'évaluation de biomarqueurs volatils (FeNO) ou non volatils de l'air exhalé grâce à la méthode des condensats de l'air exhalé (EBC) est utile pour estimer précocement le degré d'atteinte pulmonaire en rapport avec une exposition professionnelle et surveiller son évolution en regard des mesures correctives mises en place. L'étude du NO exhalé (FeNO) est actuellement bien standardisée et l'augmentation exponentielle des publications concernant les EBC reflètent un intérêt croissant pour le diagnostic non invasif des atteintes pulmonaires. Les marqueurs étudiés dans l'air exhalé sont des produits de l'inflammation tels que le FeNO et les cytokines ainsi que des produits du stress oxydant incluant le peroxyde d'hydrogène, les produits de peroxydation lipidique (8-isoprostane, malondialdehyde) et les oxydes d'azote (NOx). S'agissant d'une technique d'exploration relativement récente, les modalités méthodologiques font encore l'objet de nombreux travaux, les premières recommandations internationales étant apparues en 2005. Les écueils méthodologiques sont nombreux et encore décrits dans la littérature en 2012. Ils concernent toutes les étapes du processus du recueil et d'analyses.Objectifs : L'objectif principal de notre recherche était dans un premier temps de développer la méthode des EBC pour l'étude des composés de l'air exhalé puis de détecter et quantifier des biomarqueurs tels que les protéines totales, les NOx et le 8-isoprostane dans les EBC d'une population d'adultes sains (n= 48) ou atteints de pathologies pulmonaires telles que l'asthme (n=24), la BPCO (n=20), la pneumopathie interstitielle diffuse (n=27) et la sclérodermie (n=27). L'objectif secondaire était la comparaison des niveaux de biomarqueurs dosés dans les EBC et du FeNO chez les sujets malades par rapport aux témoins.Résultats / Conclusion : Notre recherche, soutenue l'ANR et l'ANSES, a permis de standardiser la méthodologie de recueil et d'analyse des EBC avec une optimisation du système de recueil et de l'agent coatant pour la détermination de la concentration nécessaire et compatible avec les analyses. Nous maitrisons le dosage dans les EBC des biomarqueurs tels que les protéines, les NOx et le 8-isoprostane. D'autres biomarqueurs sont encore en cours d'étude tels que le malondialdehyde et les cytokines. Ce travail méthodologique, publié, a permit dans un second temps la détection (> à 95%) et la quantification de ces biomarqueurs dans les EBC des sujets sains et malades de notre population.Perspectives : La constitution des valeurs de référence pour les biomarqueurs dosés dans les EBC est nécessaire à l'interprétation des dosages chez les sujets malades. Il convient également de finaliser la standardisation de la mesure des cytokines et du malondialdehyde et d'explorer de nouveaux biomarqueurs produits lors du stress nitrosant tels que la 3-nitrotyrosine pour compléter les mécanismes physiopathologiques. Enfin le développement de cette méthode non invasive et peu contraignante apparait prometteuse en clinique médicale dans le suivi individuel de la maladie ou son traitement comme lors d'études épidémiologiques respiratoires dans des populations exposées professionnellement ou environnementalement. Dans ce cadre, l'étude de marqueurs d'exposition professionnelle tels que les métaux lourds dans les EBC est en cours de développement.

Introduction. L’Enquête Littoral Souffle Air Biologie Environnement (ELISABET) a pour objectif général l’étude de la santé respiratoire et cardiovasculaire dans les communautés urbaines de Lille (CUDL) et Dunkerque (CUD). Les objectifs spécifiques de cette thèse sont d’étudier : (i) la prévalence et le sous-diagnostic des troubles ventilatoires obstructifs (TVO), (ii) l’évolution de la prévalence des principaux facteurs de risque cardiovasculaire (FDRCV) dans la CUDL entre 1986 et 2013, (iii) les interactions entre deux biomarqueurs de l’asthme (fraction exhalée du monoxyde d’azote (FENO) et taux d’éosinophiles sanguin (S-eos)) et le statut tabagique, (iv) le rôle de médiateur de l’inflammation chronique de bas-grade dans la relation entre diabète et baisse de la fonction pulmonaire, et (v) l’impact à court terme de la pollution atmosphérique sur la fonction respiratoire.Méthodes. Les 3276 participants (âgés de 40 à 65 ans) à l’enquête transversale en ELISABET ont été sélectionnés à partir de listes électorales par échantillonnage aléatoire et inclus entre janvier 2011 et novembre 2013. Un questionnaire détaillé, des explorations fonctionnelles respiratoires et un prélèvement sanguin ont été effectués. (i) Les TVO ont été définis par un rapport du volume expiratoire maximal à la première seconde (VEMS) sur la capacité vitale forcée (CVF) inférieur à 0.70 ou à la limite inférieure de la normale calculée à partir des dernières équations de référence disponibles. (ii) La prévalence des principaux FDRCV a été estimée à partir d’échantillons représentatifs de la population de la CUDL issus des enquêtes MONICA1986-88, MONICA1995-96, MONALISA2005-07 et ELISABET2011-13. (iii) L’asthme allergique a été défini comme un asthme (auto-déclaration, et sifflements dans la poitrine dans les 12 derniers mois ou prise de traitement) avec terrain atopique. (iv) Le diabète était défini par la prise d’un traitement antidiabétique ou une glycémie à jeun ≥ 1.26 g/L ou des valeurs d’hémoglobine A1c ≥ 6.5%. L’inflammation chronique a été mesurée par la Protéine C réactive ultra-sensible (CRPus). Une analyse de médiation a été conduite sur un échantillon de sujets sans pathologie respiratoire ou athérosclérotique. (v) Les valeurs des particules inférieures à 10 µm (PM10) et du dioxyde d'azote (NO2) ont été fournies par les stations de mesures ATMO des CUDL et CUD.Principaux résultats. (i) La prévalence des TVO s’étendait de 9.5% à 16% (dépendant du centre et de la définition utilisée) ; le taux de sous-diagnostic était élevé (environ 75 %). (ii) La prévalence des principaux FDRCV diminuait régulièrement sur une période de 25 ans, à l'exception de l'usage du tabac chez les femmes, du diabète chez les hommes (tous deux stables) et de la surcharge pondérale chez les hommes (augmentée). (iii) Une interaction positive entre le statut tabagique et l'asthme allergique a été observée dans les modèles expliquant le FENO (p = 0,003) et les S-eos (p = 0,001). Ainsi, les participants souffrant d'asthme allergique avaient (comparés à ceux n’en souffrant pas) des valeurs plus élevées de FENO (+ 63,4 %, IC95% = [39; 92]) et de S-eos (+ 63,2 % [38,2; 92,7]) chez les non-fumeurs, mais pas chez les fumeurs actuels. (iv) Le diabète était associé à une diminution des pourcentages prédits du VEMS (-3.5% [-5.8; -1.3]) et de la CVF (-3.6% [-5.9; -1.3]). La force de ces associations diminuait (-3.1% [-5.4; -0.9] pour les deux) après ajustement sur la CRPus. Ainsi, la part médiée de la CRPus valait 12% [2.4; 37] et 13% [3.7; 39.4] pour le VEMS et la CVF, respectivement. (v) Les mesures de PM10 et NO2 semblaient associées à une diminution du débit expiratoire maximal à 25 % de la CVF (résultat préliminaire).Conclusion. Les données de l’enquête ELISABET ont permis l’étude de la prévalence des TVO et des principaux FDRCV au sein de notre population d’étude. Elles ont également permis d’obtenir des résultats originaux à partir d’études cliniques et physiopathologiques. / Introduction. The general goal of the ELISABET (Enquête Littoral Souffle Air Biologie Environnement) survey is to study the respiratory and cardiovascular health in two urban areas in northern France (Lille and Dunkirk). The specific objectives of this thesis are to study: (i) the prevalence and underdiagnosis of airway obstruction (AO), (ii) long-term time trends in the prevalence of cardiovascular risk factors between 1986 and 2013 in the Lille urban area, (iii) the relationships between both the fractional exhaled nitric oxide (FENO) and the blood eosinophil count (B-eos) on one hand and asthma and atopy on the other, according to smoking status, (iv) whether low-grade systemic inflammation (as measured by the level of high sensitivity-C-reactive protein, hs-CRP) mediated the relationship between diabetes and lung function, and (v) the short-term impact of atmospheric pollution on lung function.Methods. The 3276 participants (aged from 40 to 64) in the 2011-2013 ELISABET cross-sectional survey were selected from electoral rolls by random sampling, and recruited between January 2011 and November 2013. A detailed questionnaire, lung function tests, and a blood sample collection were performed. (i) AO was defined by a forced expiratory volume in the first second (FEV1) to forced vital capacity (FVC) ratio below 0.70 or below the lower limit of normal calculated by the most recent reference equations of the Global Lung Initiative. (ii) The prevalence of the main cardiovascular risk factors was estimated from representative samples inhabitants of Lille urban area from MONICA1986-88, MONICA1995-96, MONALISA2005-07 and ELISABET2011-13 surveys. (iii) Allergic asthma was defined as asthma (a self-report of physician-diagnosed asthma, and wheezing in the previous 12 months or the use of asthma medications) with atopy. (iv) Diabetes mellitus was defined as ongoing diabetes treatment or a fasting blood glucose level ≥1.26 g/L or a hemoglobin A1c value ≥6.5%. A mediation analysis was performed to assess and quantify the hs-CRP level as a mediator of the relationship between diabetes and lung function from a sample of participants without self-reported pulmonary and atherosclerotic disease. (v) Measurements of particles less than 10 mm in diameter (PM10) and nitrogen dioxide (NO2) were provided by measuring stations ATMO in the two urban areas.Main results. (i) The prevalence of AO in northern France ranged from 9.5 to 16.0%, depending on the centre and definition used; the underdiagnosis rate was high (around 75%). (ii) A steady decline in the prevalence of cardiovascular risk factors over a 25-year period was observed, with the exception of tobacco use in women, prevalence of diabetes in men (both of which remained stable) and prevalence of overweight in men (which increased). (iii) A positive interaction between smoking status and allergic asthma was observed in multivariate models explaining FENO (p=0.003) and B-eos (p=0.001). Thus, compared to those without allergic asthma, participants with allergic asthma had higher FENO values (+63.4%, 95%CI=[39; 92]) and higher B-eos (+63.2% [38.2; 92.7]) in never and former smokers, but not in current smokers. (iv) Diabetes was associated with FEV1 (-3.5% [-5.8; -1.3]) and FVC (-3.6% [-5.9; -1.3]). Strength of both latter associations fell to -3.1% [-5.4; -0.9] after adjustment for hs-CRP. Hence, the proportion of the effect that is mediated by hs-CRP was 12% [2.4; 37] and 13% [3.7; 39.4] for FEV1 and FVC, respectively. (v) Measurements of PM10 and NO2 seemed to be associated with lower values of the expiratory flow at 25% of the FVC (preliminary result).Conclusion. Data from the ELISABET survey have allowed the study of the prevalence of AO and the main cardiovascular risk factors in our population. They also allowed obtaining original results from clinical and pathophysiological studies.

L’asthme se caractérise par une hyperréactivité, une inflammation et un remodelage bronchique. Les travaux exposés dans cette thèse ont permis, grâce à une approche transversale et multidisciplinaire basée sur l’étude physiopathologique de l’inflammation et du remodelage bronchique dans l’asthme, (i) de préciser l’intérêt de la mesure du NO exhalé chez l’asthmatique contrôlé, (ii) de déterminer la faisabilité du micro-scanner pour imager in vivo le remodelage bronchique grâce à la mesure non invasive de la densité péri-bronchique normalisée, et (iii) d’analyser le rôle de la chitinase YKL-40 dans la genèse du remodelage musculaire lisse. / Asthma is characterized by bronchial hyperresponsiveness, inflammation and remodelling. We used a translational and multidisciplinary approach to (i) clarify the interest of measuring exhaled NO in controlled asthmatics, (ii) determine the interest of micro-computed tomography for assessing bronchial remodelling in vivo by non-invasive measurement of the normalized peribronchial attenuation, and (iii) analyze the role of chitinase YKL-40 in smooth muscle remodelling.