Cette thèse est consacrée à la modélisation mathématique de la coagulation sanguine et de la formation de thrombus dans des conditions normales et pathologiques. La coagulation sanguine est un mécanisme défensif qui empêche la perte de sang suite à la rupture des tissus endothéliaux. C'est un processus complexe qui est règlementé par différents mécanismes mécaniques et biochimiques. La formation du caillot sanguin a lieu dans l'écoulement sanguin. Dans ce contexte, l'écoulement à faible taux de cisaillement stimule la croissance du caillot tandis que la circulation sanguine à fort taux de cisaillement la limite. Les désordres qui affectent le système de coagulation du sang peuvent provoquer différentes anomalies telles que la thrombose (coagulation exagérée) ou les saignements (insuffisance de coagulation). Dans la première partie de la thèse, nous présentons un modèle mathématique de coagulation sanguine. Le modèle capture la dynamique essentielle de la croissance du caillot dans le plasma et le flux sanguin quiescent. Ce modèle peut être réduit à un modèle qui consiste en une équation de génération de thrombine et qui donne approximativement les mêmes résultats. Nous avons utilisé des simulations numériques en plus de l'analyse mathématique pour montrer l'existence de différents régimes de coagulation sanguine. Nous spécifions les conditions pour ces régimes sur différents paramètres pathophysiologiques du modèle. Ensuite, nous quantifions les effets de divers mécanismes sur la croissance du caillot comme le flux sanguin et l'agrégation plaquettaire. La partie suivante de la thèse étudie certaines des anomalies du système de coagulation sanguine. Nous commençons par étudier le développement de la thrombose chez les patients présentant une carence en antihrombine ou l'une des maladies inflammatoires. Nous déterminons le seuil de l'antithrombine qui provoque la thrombose et nous quantifions l'effet des cytokines inflammatoires sur le processus de coagulation. Puis, nous étudions la compensation de la perte du sang après un saignement en utilisant un modèle multi-échelles qui décrit en particulier l'érythropoïèse et la production de l'hémoglobine. Ensuite, nous évaluons le risque de thrombose chez les patients atteints de cancer (le myélome multiple en particulier) et le VIH en combinant les résultats du modèle de coagulation sanguine avec les produits des modèles hybrides (discret-continues) multi-échelles des systèmes physiologiques correspondants. Finalement, quelques applications cliniques possibles de la modélisation de la coagulation sanguine sont présentées. En combinant le modèle de formation du caillot avec les modèles pharmacocinétiques pharmacodynamiques (PK-PD) des médicaments anticoagulants, nous quantifions l'action de ces traitements et nous prédisons leur effet sur des patients individuels / This thesis is devoted to the mathematical modelling of blood coagulation and clot formation under flow in normal and pathological conditions. Blood coagulation is a defensive mechanism that prevents the loss of blood upon the rupture of endothelial tissues. It is a complex process that is regulated by different mechanical and biochemical mechanisms. The formation of the blood clot takes place in blood flow. In this context, low-shear flow stimulates clot growth while high-shear blood circulation limits it. The disorders that affect the blood clotting system can provoke different abnormalities such thrombosis (exaggerated clotting) or bleeding (insufficient clotting). In the first part of the thesis, we introduce a mathematical model of blood coagulation. The model captures the essential dynamics of clot growth in quiescent plasma and blood flow. The model can be reduced to a one equation model of thrombin generation that gives approximately the same results. We used both numerical simulations and mathematical investigation to show the existence of different regimes of blood coagulation. We specify the conditions of these regimes on various pathophysiological parameters of the model. Then, we quantify the effects of various mechanisms on clot growth such as blood flow and platelet aggregation. The next part of the thesis studies some of the abnormalities of the blood clotting system. We begin by investigating the development of thrombosis in patients with antihrombin deficiency and inflammatory diseases. We determine the thrombosis threshold on antithrombin and quantify the effect of inflammatory cytokines on the coagulation process. Next, we study the recovery from blood loss following bleeding using a multiscale model which focuses on erythropoiesis and hemoglobin production. Then, we evaluate the risk of thrombosis in patients with cancer (multiple myeloma in particular) and HIV by combining the blood coagulation model results with the output of hybrid multiscale models of the corresponding physiological system. Finally, possible clinical applications of the blood coagulation modelling are provided. By combining clot formation model with pharmacokinetics-pharmacodynamics (PK-PD) models of anticoagulant drugs, we quantify the action of these treatments and predict their effect on individual patients

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Introduction<p>La transfusion sanguine est un acte médical, qui a pour but d’apporter au malade du sang ou ses dérivés. Elle est le résultat d’une chaîne d’activités complexes au cours de laquelle interviennent différentes catégories de personnel médical et paramédical, par conséquent elle ne peut pas être considérée comme un acte anodin. Elle reste entachée de beaucoup de risques, qui peuvent être, de type infectieux, immunologiques, hémodynamiques et métaboliques.<p>Afin de lutter contre ces risques, la sécurité transfusionnelle (l’ensemble des mesures visant à éliminer les risques immunologiques et infectieux liés à la transfusion des produits sanguins a été définie par l’OMS qui de surcroit en a précisé les 3 composantes principales qui sont: a) la disponibilité du sang. b) l’innocuité du sang. c) l’utilisation judicieuse de produits sanguins labiles.<p>Notre travail s’est focalisé sur l’un de ces aspects à savoir l’innocuité du sang. En effet, tandis que les pays du Nord sont à la recherche des virus émergents et commencent à déclarer que les risques viraux sont de plus en plus maîtrisés, l’Afrique se trouve encore dans la phase d’implantation de politiques et stratégies de sécurité transfusionnelle sous l’impulsion de l’OMS .L’incidence des risques viraux globalement supérieures à celle des pays du Nord est différente d’un pays à un autre. <p>Le risque résiduel (qui est un risque qui subsiste après la réponse au risque ou après l'application de mesures d'atténuation du risque) viral transfusionnel peut être attribué à quatre facteurs :a) l’erreur technique la plupart du temps humaine ;b) un variant viral non reconnu par certains réactifs ;c) un don infectieux séronégatif chez un porteur chronique ;d) ou un don réalisé chez un sujet très récemment infecté (« fenêtre silencieuse »).<p>Hypothèses :<p>Les hypothèses émises pour ce travail étaient :<p>- La connaissance, les attitudes et les pratiques de la population générale, des donneurs de sang et des prestataires de soins ne sont pas adéquates vis-à-vis de la sécurité transfusionnelle.<p>- La sécurité transfusionnelle en RDC n’est pas suffisante associée à un taux élevé des dons familiaux, une prévalence élevée des marqueurs viraux, le risque résiduel de virus de VIH, VHB et VHC devrait être considérable.<p>Objectif :<p>Contribuer à l’amélioration de la transfusion sanguine en RD Congo en apportant des informations évidentes et actualisées, susceptibles de contribuer à la réduction de la morbidité liée aux maladies transmissibles par le sang.<p>Méthodologie<p>Ce travail regroupe huit études. Une première étude retrace l’historique de l’implantation des services de transfusion sanguine et les différents résultats obtenus. Les 3 études suivantes évaluent la connaissance, l’attitude et la pratique des différents intervenants (la population générale, les donneurs de sang et les prestataires de soins) de la chaine de la transfusion sanguine. Deux études se focalisent sur la séroprévalence des hépatites et l’estimation du risque résiduel des hépatites B, C et du VIH. Les deux dernières études ont porté sur les séroprévalences des hépatites B, C et du VIH chez les receveurs (femmes enceintes et enfants de 6-59 mois).<p>La première étude fut une synthèse des données des rapports annuels du Centre National de Transfusion Sanguine avec comme objectif de jeter un regard sur l’organisation du système transfusionnel et ses réalisations. <p>La deuxième étude était une étude transversale menée d’une manière aléatoire auprès de 416 personnes âgées de 18 à 65 ans, résidant dans les trois zones de santé de la ville de Bukavu à l’Est de la RDC. Elle avait comme objectif l’évaluation des connaissances, attitudes et pratiques en matière de don de sang dans la population générale.<p>La troisième étude transversale descriptive et analytique a concerné 595 donneurs de sang de la ville de Bukavu. Son objectif était d’évaluer les connaissances, attitudes, pratiques et comportements chez les donneurs de sang du Sud-Kivu et identifier les facteurs de risque des marqueurs viraux. <p>La quatrième étude qui était transversale, a porté sur tout le personnel des soins :médecins, infirmiers, sage femmes, agents de formation rapide en activité dans les services hospitaliers du Sud-Kivu. Elle a eu comme objectif l’évaluation des connaissances, attitudes et pratiques des prestataires en matière de transfusion sanguine, d’infections VIH et d’hépatites B et C dans la province du Sud-Kivu.<p>La cinquième étude fut celle de suivi de cohorte des donneurs de sang bénévoles et non rémunérés. Son objectif était d’évaluer la séroprévalence des hépatites B et C chez les donneurs de sang bénévoles et non rémunérés. <p>La sixième étude a consisté aussi à l’étude de cohorte de donneurs de sang bénévoles à Bukavu. Son l’objectif était de déterminer les taux d’incidences du VIH, AgHBs et VHC chez les donneurs bénévoles du sang et estimer le risque résiduel du VIH, AgHBs et VHC chez les donneurs de sang de Bukavu.<p>La septième étude était une étude transversale sur les femmes enceintes de la communauté de Maniema (RD Congo). Elle avait comme objectif de déterminer la prévalence de VHB, VHC et VIH chez la femme enceinte et identifier les facteurs de risque.<p>Enfin la huitième étude était aussi une étude transversale sur les enfants de 6 à 59 mois de la communauté de Maniema (RD Congo). Elle avait comme objectif de déterminer la prévalence de VHB, du VHC et du VIH chez les enfants de 6 à 59 mois et en déterminer les facteurs de risque.<p>Résultats<p>Le système transfusionnel en République Démocratique du Congo est en phase d’implantation. En douze ans, c'est-à-dire de 2 001 à 2 012, il y a eu 112 882 donneurs bénévoles de sang mobilisés, plus de 80 % de produits sanguins sécurisés et plus de 80% des besoins couverts. Par ailleurs 89 688 infections du VIH ont pu être évitées par la qualification systématique des produits sanguins. Pendant la même période, 8 461 personnes ont pu être formées en transfusion sanguine. Mais il y a eu surtout une régression des marqueurs viraux. C’est ainsi que pour le VIH la prévalence est passée de 4,7% à 2,1 % entre 2 001 et 2 012 tandis que l’hépatite B a connu une régression de 7,1% à 3,5% pendant la même période. Pour l’hépatite C, ce taux est passé de 11,8% à 2,3% entre 2 004 et 2 012. <p>Dans la population générale la pratique de don de sang est très peu connue, nos travaux ont montré que :61% de la population ne connaissaient pas la pratique de don de sang. Certains aspects (risque infectieux viral) de la sécurité transfusionnelle ne sont pas très connus par le premier maillon de la chaine transfusionnelle (donneur de sang) et les prestataires de soins. En effet les résultats de nos études ont montré que 23,5% de donneurs de sang avaient un bon score de connaissance sur les aspects de la sécurité transfusionnelle et 11,7% prestataires avaient un bon score de la connaissance et de la pratique sur la sécurité transfusionnelle. Notre travail a montré que la prévalence des trois virus chez les donneurs de sang est importante :dans une série la séroprévalence était pour le VHB de 4,8%, pour le VHC de 3,9% et pour le VIH de 1,6%. Dans une autre série la prévalence était de 4,2% et 3,8% respectivement pour les hépatites B et C tandis que la coïnfection VHB et VHC a été évaluée à 2,2%. <p>L’estimation du risque résiduel a montré que le risque résiduel est très élevé dans notre pays. Ce risque résiduel est de 1/1 515 dons pour le VIH soit 6 dons de sang sur 10 000 seraient séropositifs alors qu’ils étaient testés négatifs. Pour les hépatites B et C, le risque résiduel était de 1/329 pour le VHC et de 1/126 dons pour l’hépatite B. Pour 1 000 dons de sang testés au virus de l’hépatite B, 8 seraient séropositifs alors qu’ils avaient été déclarés négatifs au test. Pour le virus de l’hépatite C, ce sont 3 personnes pour 1 000 dons de sang. <p>Au niveau des principaux receveurs :la séroprévalence du VIH chez les femmes enceintes était de 4,1 %, mais elle était plus importante, 15,6%,chez les femmes enceintes qui avaient un antécédent de transfusion sanguine (OR =4,9 et p=0,02).La prévalence du VHB était de 5,9 % mais plus élevée chez la femme enceinte avec antécédent de transfusion (12,5%) et de tatouage (24,2%) et la prévalence du VHC était de 4,1% et plus élevée chez la femme avec antécédent de transfusion sanguine (12,5%).<p>Chez les enfants les résultats étaient les suivants :la prévalence du VHB observée dans notre étude était de 3,6%, mais cette prévalence était de 6,6% chez les enfants avec un antécédent de transfusion sanguine. Elle était de 5,7% chez les enfants dont la mère avait eu une transfusion sanguine lors de la grossesse. La prévalence du VHC était de 2,8%. Elle était plus élevée chez les enfants qui avaient un antécédent de transfusion (7,6%) et dont la mère avait un antécédent de transfusion sanguine (11,1%). La séroprévalence du VIH était de 3,7%. Une prévalence plus élevée du VIH était observée chez les enfants avec une histoire personnelle de transfusion sanguine (11,4%) et une histoire maternelle de transfusion (9,8%).<p>Conclusion<p>Les résultats de ce travail montrent que la sécurité transfusionnelle est précaire. Cette précarité se situe à plusieurs niveaux :au niveau des services ayant la transfusion en charge par suite d’insuffisance dans l’organisation et dans le financement. Ensuite au niveau des acteurs c.-à-d. la population générale et les institutions sanitaires, par l’insuffisance des notions de base de la sécurité transfusionnelle et de prévention des maladies virales transmissibles par le sang.<p>Les résultats de ce travail montrent que la séroprévalence des marqueurs du VIH, des hépatites B et C est importante et leur risque résiduel est considérable. <p>Il est utile de procéder au renforcement des capacités de tous les acteurs de la chaine transfusionnelle en appliquant certaines stratégies innovantes proposées dans ce travail (utilisation des sociologues, anthropologues dans les séances de sensibilisation de la population…), l’éducation de la population, des techniques éfficaces de dépistage afin d’espérer réduire le risque infectieux lié à la transfusion sanguine.<p> / Doctorat en Sciences de la santé publique / info:eu-repo/semantics/nonPublished