Pour le diagnostic et la stratification de la fibrose hépatique, la rigidité du foie est un biomarqueur quantitatif estimé par des méthodes d'élastographie. L'élastographie par ondes de cisaillement (« shear wave », SW) utilise des ultrasons médicaux non invasifs pour évaluer les propriétés mécaniques du foie sur la base des propriétés de propagation des ondes de cisaillement. La vitesse des ondes de cisaillement (« shear wave speed », SWS) et l'atténuation des ondes de cisaillement (« shear wave attenuation », SWA) peuvent fournir une estimation de la viscoélasticité des tissus. Les tissus biologiques sont intrinsèquement viscoélastiques et un modèle mathématique complexe est généralement nécessaire pour calculer la viscoélasticité en imagerie SW. Le calcul précis de l'atténuation est essentiel, en particulier pour une estimation précise du module de perte et de la viscosité. Des études récentes ont tenté d'augmenter la précision de l'estimation du SWA, mais elles présentent encore certaines limites. Comme premier objectif de cette thèse, une méthode de décalage de fréquence revisitée a été développée pour améliorer les estimations fournies par la méthode originale de décalage en fréquence [Bernard et al 2017]. Dans la nouvelle méthode, l'hypothèse d'un paramètre de forme décrivant les caractéristiques spectrales des ondes de cisaillement, et assumé initialement constant pour tous les emplacements latéraux, a été abandonnée permettant un meilleur ajustement de la fonction gamma du spectre d'amplitude. En second lieu, un algorithme de consensus d'échantillons aléatoires adaptatifs (« adaptive random sample consensus », A-RANSAC) a été mis en œuvre pour estimer la pente du paramètre de taux variable de la distribution gamma afin d’améliorer la précision de la méthode. Pour valider ces changements algorithmiques, la méthode proposée a été comparée à trois méthodes récentes permettant d’estimer également l’atténuation des ondes de cisaillements (méthodes de décalage en fréquence, de décalage en fréquence en deux points et une méthode ayant comme acronyme anglophone AMUSE) à l'aide de données de simulations ou fantômes numériques. Également, des fantômes de gels homogènes in vitro et des données in vivo acquises sur le foie de canards ont été traités. Comme deuxième objectif, cette thèse porte également sur le diagnostic précoce de la stéatose hépatique non alcoolique (NAFLD) qui est nécessaire pour prévenir sa progression et réduire la mortalité globale. À cet effet, la méthode de décalage en fréquence revisitée a été testée sur des foies humains in vivo. La performance diagnostique de la nouvelle méthode a été étudiée sur des foies humains sains et atteints de la maladie du foie gras non alcoolique. Pour minimiser les sources de variabilité, une méthode d'analyse automatisée faisant la moyenne des mesures prises sous plusieurs angles a été mise au point. Les résultats de cette méthode ont été comparés à la fraction de graisse à densité de protons obtenue de l'imagerie par résonance magnétique (« magnetic resonance imaging proton density fat fraction », MRI-PDFF) et à la biopsie du foie. En outre, l’imagerie SWA a été utilisée pour classer la stéatose et des seuils de décision ont été établis pour la dichotomisation des différents grades de stéatose. Finalement, le dernier objectif de la thèse consiste en une étude de reproductibilité de six paramètres basés sur la technologie SW (vitesse, atténuation, dispersion, module de Young, viscosité et module de cisaillement). Cette étude a été réalisée chez des volontaires sains et des patients atteints de NAFLD à partir de données acquises lors de deux visites distinctes. En conclusion, une méthode robuste de calcul du SWA du foie a été développée et validée pour fournir une méthode de diagnostic de la NAFLD. / For diagnosis and staging of liver fibrosis, liver stiffness is a quantitative biomarker estimated by elastography methods. Ultrasound shear wave (SW) elastography utilizes noninvasive medical ultrasound to assess the mechanical properties of the liver based on the monitoring of the SW propagation. SW speed (SWS) and SW attenuation (SWA) can provide an estimation of tissue viscoelasticity. Biological tissues are inherently viscoelastic in nature and a complex mathematical model is usually required to compute viscoelasticity in SW imaging. Accurate computation of attenuation is critical, especially for accurate loss modulus and viscosity estimation. Recent studies have made attempts to increase the precision of SWA estimation, but they still face some limitations. As a first objective of this thesis, a revisited frequency-shift method was developed to improve the estimates provided by the original implementation of the frequency-shift method [Bernard et al 2017]. In the new method, the assumption of a constant shape parameter of the gamma function describing the SW magnitude spectrum has been dropped for all lateral locations, allowing a better gamma fitting. Secondly, an adaptive random sample consensus algorithm (A-RANSAC) was implemented to estimate the slope of the varying rate parameter of the gamma distribution to improve the accuracy of the method. For the validation of these algorithmic changes, the proposed method was compared with three recent methods proposed to estimate SWA (frequency-shift, two-point frequency-shift and AMUSE methods) using simulation data or numerical phantoms. In addition, in vitro homogenous gel phantoms and in vivo animal (duck) liver data were processed. As a second objective, this thesis also aimed at improving the early diagnosis of nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD), which is necessary to prevent its progression and decrease the overall mortality. For this purpose, the revisited frequency-shift method was tested on in vivo human livers. The new method's diagnosis performance was investigated with healthy and NAFLD human livers. To minimize sources of variability, an automated analysis method averaging measurements from several angles has been developed. The results of this method were compared to the magnetic resonance imaging proton density fat fraction (MRI-PDFF) and to liver biopsy. SWA imaging was used for grading steatosis and cut-off decision thresholds were established for dichotomization of different steatosis grades. As a third objective, this thesis is proposing a reproducibility study of six SW-based parameters (speed, attenuation, dispersion, Young’s modulus, viscosity and shear modulus). The assessment was performed in healthy volunteers and NAFLD patients using data acquired at two separate visits. In conclusion, a robust method for computing the liver’s SWA was developed and validated to provide a diagnostic method for NAFLD.

L’accumulation de triglycérides (TG) dans les hépatocytes est caractéristique de la stéatose hépatique non-alcoolique (SHNA). Cette dernière se produit dans diverses conditions dont le facteur commun est le métabolisme anormal des lipides. Le processus conduisant à l'accumulation des lipides dans le foie n’a pas encore été totalement élucidé. Toutefois, des lipides s'accumulent dans le foie lorsque les mécanismes qui favorisent leur exportation (oxydation et sécrétion) sont insuffisants par rapport aux mécanismes qui favorisent leur importation ou leur biosynthèse. De nos jours il est admis que la carence en œstrogènes est associée au développement de la stéatose hépatique. Bien que les résultats des études récentes révèlent l'implication des hormones ovariennes dans l'accumulation de lipides dans le foie, les mécanismes qui sous-tendent ce phénomène doivent encore être étudiés. En conséquence, les trois études présentées dans cette thèse ont été menées sur des rates ovariectomizées (Ovx), comme modèle animal de femmes post-ménopausées, pour étudier les effets du retrait des œstrogènes sur le métabolisme des lipides dans le foie, en considérant l'entraînement physique comme étant un élément positif pouvant contrecarrer ces effets. Il a été démontré que l'entraînement physique peut réduire l'accumulation de graisses dans le foie chez les rates Ovx. Dans la première étude, nous avons montré que chez les rates Ovx nourries à la diète riche en lipides (HF), les contenus de TG hépatiques étaient élevées (P < 0.01) comparativement aux rates Sham, 5 semaines après la chirurgie. Le changement de la diète HF par la diète standard (SD) chez les rates Sham a diminué l’accumulation de lipides dans le foie. Toutefois, chez les rates Ovx, 8 semaines après le changement de la HF par la SD le niveau de TG dans le foie était maintenu aussi élevé que chez les rates nourries continuellement avec la diète HF. Lorsque les TG hépatiques mesurés à la 13e semaine ont été comparés aux valeurs correspondant au retrait initial de la diète HF effectué à la 5e semaine, les niveaux de TG hépatiques chez les animaux Ovx ont été maintenus, indépendamment du changement du régime alimentaire; tandis que chez les rats Sham le passage à la SD a réduit (P < 0.05) les TG dans le foie. Les mêmes comparaisons avec la concentration des TG plasmatiques ont révélé une relation inverse. Ces résultats suggèrent que la résorption des lipides au foie est contrée par l'absence des œstrogènes. Dans cette continuité, nous avons utilisé une approche physiologique dans notre seconde étude pour investiguer la façon dont la carence en œstrogènes entraîne l’accumulation de graisses dans le foie, en nous focalisant sur la voie de l'exportation des lipides du foie. Les résultats de cette étude ont révélé que le retrait des œstrogènes a entraîné une augmentation (P < 0.01) de l’accumulation de lipides dans le foie en concomitance avec la baisse (P < 0.01) de production de VLDL-TG et une réduction l'ARNm et de la teneur en protéines microsomales de transfert des triglycérides (MTP). Tous ces effets ont été corrigés par la supplémentation en œstrogènes chez les rates Ovx. En outre, l'entraînement physique chez les rates Ovx a entraîné une réduction (P < 0.01) de l’accumulation de lipides dans le foie ainsi qu’une diminution (P < 0.01) de production de VLDL-TG accompagnée de celle de l'expression des gènes MTP et DGAT-2 (diacylglycérol acyltransférase-2). Des études récentes suggèrent que le peptide natriurétique auriculaire (ANP) devrait être au centre des intérêts des recherches sur les métabolismes énergétiques et lipidiques. Le ANP est relâché dans le plasma par les cellules cardiaques lorsque stimulée par l’oxytocine et exerce ses fonctions en se liant à son récepteur, le guanylyl cyclase-A (GC-A). En conséquence, dans la troisième étude, nous avons étudié les effets du blocage du système ocytocine-peptide natriurétique auriculaire (OT-ANP) en utilisant un antagoniste de l’ocytocine (OTA), sur l'expression des gènes guanylyl cyclase-A et certains marqueurs de l’inflammation dans le foie de rates Ovx. Nous avons observé une diminution (P < 0.05) de l’ARNm de la GC-A chez les rates Ovx et Sham sédentaires traitées avec l’OTA, tandis qu’une augmentation (P < 0.05) de l'expression de l’ARNm de la protéine C-réactive (CRP) hépatique a été notée chez ces animaux. L’exercice physique n'a apporté aucun changement sur l'expression hépatique de ces gènes que ce soit chez les rates Ovx ou Sham traitées avec l’OTA. En résumé, pour expliquer l’observation selon laquelle l’accumulation et la résorption de lipides dans le foie dépendent des mécanismes associés à des niveaux d’œstrogènes, nos résultats suggèrent que la diminution de production de VLDL-TG induite par une déficience en œstrogènes, pourrait être un des mecanismes responsables de l’accumulation de lipides dans le foie. L’exercice physique quant à lui diminue l'infiltration de lipides dans le foie ainsi que la production de VLDL-TG indépendamment des niveaux d'œstrogènes. En outre, l'expression des récepteurs de l’ANP a diminué par l'OTA chez les rates Ovx et Sham suggérant une action indirecte de l’ocytocine (OT) au niveau du foie indépendamment de la présence ou non des estrogènes. L’axe ocytocine-peptide natriurétique auriculaire, dans des conditions physiologiques normales, protègerait le foie contre l'inflammation à travers la modulation de l’expression de la GC-A. / Excessive accumulation of triglycerides (TGs) in hepatocytes is the characteristic of non-alcoholic hepatic steatosis (NAHS). NAHS occurs in various conditions in which abnormal fat metabolism is a common factor. The primary processes leading to lipid accumulation in the liver are not well understood. However, lipid in the form of TG accumulates within liver cells when mechanisms that promote their removal (by oxidation or secretion) cannot keep pace with mechanisms that promote lipid import or biosynthesis. Today, it is well accepted that estrogen deficiency is associated with the development of a state of hepatic steatosis. Although recent findings indicated the implication of ovarian hormones in liver lipid accumulation, mechanisms underlying this phenomenon need to be further investigated. Therefore, the three studies presented in this thesis have been conducted in ovariectomized (Ovx) rats, as animal model of post-menopausal women, to investigate the effects of estrogen withdrawal on liver fat metabolism and considering the effects of exercise training as a positive counteractive factor. It has been shown that exercise training can reduce liver fat accumulation in Ovx rats. In the first study, we showed that in high fat (HF) fed animals, liver TG content was higher (P < 0.01) in Ovx compared to Sham rats as soon as 5-week after the surgery. Switching from the HF to a standard (SD) diet resulted in a decrease in liver fat accumulation in Sham animals. However, 8 weeks after the diet switch, liver fat accumulation was as high in Ovx rats as those maintained on the HF diet. When liver TG content measured at week 13 was compared to initial pre-switching values (week 5), liver TG levels in Ovx animals were maintained at the same level independently of the diet switch, while in Sham rats switching to a SD diet reduced liver TG accumulation (P < 0.05). The same comparisons with plasma TG levels revealed an opposite relationship. These results may be taken as evidence that indeed liver fat resorption is hampered in the absence of estrogens. To go one step further, we used a physiological approach in our second study to investigate how estrogen deficiency affects liver fat accumulation putting an emphasis on the pathway of lipid exportation from the liver. Results of this study showed that estrogen withdrawal resulted in higher (P < 0.01) liver fat accumulation concomitantly with lower (P < 0.01) very low density lipoprotein-triglyceride (VLDL-TG) production and lower mRNA and protein content of hepatic microsomal triglyceride transfer protein (MTP). All of these effects in Ovx rats were corrected with estrogen supplementation. Moreover, exercise training in Ovx rats reduced (P < 0.01) liver fat accumulation and further reduced (P < 0.01) hepatic VLDL-TG production along with gene expression of MTP and diacylglycerol acyltransferase-2 (DGAT-2). A recent growing body of literature suggests that atrial natriuretic peptide (ANP) hormone should be the interest of new investigations in the field of energy and lipid metabolism. ANP is released from the heart into plasma by oxytocin (OT) stimulation and exerts its biological action by binding to its receptor, guanylyl cyclase-A (GC-A: ANP receptor). Therefore, in the third study, we investigated the effects of blocking the oxytocin-atrial natriuretic peptide (OT-ANP) system, using an OT antagonist (OTA), on the gene expression of hepatic guanylyl cyclase-A and some inflammatory markers in the liver of Ovx rats. Hepatic GC-A mRNAs were decreased (P < 0.05) in Ovx and Sham OTA-treated rats in the sedentary state, contrary to hepatic C-reactive protein (CRP) mRNA expression that increased in these animals (P < 0.05). Exercise training had no effect on hepatic expression of these genes in both Sham and Ovx rats receiving OTA. Overall, our results point to the interpretation that hepatic fat accumulation and resorption are dependent on mechanisms associated with a normal estrogenic status; indicating that a decrease in VLDL-TG production might be a contributing factor responsible for the hepatic fat accumulation induced by estrogen deficiency. Exercise training lowers liver fat accretion and VLDL-TG production independently of the estrogen levels. Moreover, hepatic expression of ANP receptors is decreased by OTA in both Sham and Ovx rats suggesting an indirect action of the OT system on the liver independently of the estrogenic status of the animal. Oxytocin-atrial natriuretic peptide axis may contribute to the protection of hepatic tissue under normal physiological conditions such as reducing inflammatory markers within the hepatocytes by exerting its role through guanylyl cyclase-A expression.

L’accumulation de triglycérides (TG) dans les hépatocytes est caractéristique de la stéatose hépatique non-alcoolique (SHNA). Cette dernière se produit dans diverses conditions dont le facteur commun est le métabolisme anormal des lipides. Le processus conduisant à l'accumulation des lipides dans le foie n’a pas encore été totalement élucidé. Toutefois, des lipides s'accumulent dans le foie lorsque les mécanismes qui favorisent leur exportation (oxydation et sécrétion) sont insuffisants par rapport aux mécanismes qui favorisent leur importation ou leur biosynthèse. De nos jours il est admis que la carence en œstrogènes est associée au développement de la stéatose hépatique. Bien que les résultats des études récentes révèlent l'implication des hormones ovariennes dans l'accumulation de lipides dans le foie, les mécanismes qui sous-tendent ce phénomène doivent encore être étudiés. En conséquence, les trois études présentées dans cette thèse ont été menées sur des rates ovariectomizées (Ovx), comme modèle animal de femmes post-ménopausées, pour étudier les effets du retrait des œstrogènes sur le métabolisme des lipides dans le foie, en considérant l'entraînement physique comme étant un élément positif pouvant contrecarrer ces effets. Il a été démontré que l'entraînement physique peut réduire l'accumulation de graisses dans le foie chez les rates Ovx. Dans la première étude, nous avons montré que chez les rates Ovx nourries à la diète riche en lipides (HF), les contenus de TG hépatiques étaient élevées (P < 0.01) comparativement aux rates Sham, 5 semaines après la chirurgie. Le changement de la diète HF par la diète standard (SD) chez les rates Sham a diminué l’accumulation de lipides dans le foie. Toutefois, chez les rates Ovx, 8 semaines après le changement de la HF par la SD le niveau de TG dans le foie était maintenu aussi élevé que chez les rates nourries continuellement avec la diète HF. Lorsque les TG hépatiques mesurés à la 13e semaine ont été comparés aux valeurs correspondant au retrait initial de la diète HF effectué à la 5e semaine, les niveaux de TG hépatiques chez les animaux Ovx ont été maintenus, indépendamment du changement du régime alimentaire; tandis que chez les rats Sham le passage à la SD a réduit (P < 0.05) les TG dans le foie. Les mêmes comparaisons avec la concentration des TG plasmatiques ont révélé une relation inverse. Ces résultats suggèrent que la résorption des lipides au foie est contrée par l'absence des œstrogènes. Dans cette continuité, nous avons utilisé une approche physiologique dans notre seconde étude pour investiguer la façon dont la carence en œstrogènes entraîne l’accumulation de graisses dans le foie, en nous focalisant sur la voie de l'exportation des lipides du foie. Les résultats de cette étude ont révélé que le retrait des œstrogènes a entraîné une augmentation (P < 0.01) de l’accumulation de lipides dans le foie en concomitance avec la baisse (P < 0.01) de production de VLDL-TG et une réduction l'ARNm et de la teneur en protéines microsomales de transfert des triglycérides (MTP). Tous ces effets ont été corrigés par la supplémentation en œstrogènes chez les rates Ovx. En outre, l'entraînement physique chez les rates Ovx a entraîné une réduction (P < 0.01) de l’accumulation de lipides dans le foie ainsi qu’une diminution (P < 0.01) de production de VLDL-TG accompagnée de celle de l'expression des gènes MTP et DGAT-2 (diacylglycérol acyltransférase-2). Des études récentes suggèrent que le peptide natriurétique auriculaire (ANP) devrait être au centre des intérêts des recherches sur les métabolismes énergétiques et lipidiques. Le ANP est relâché dans le plasma par les cellules cardiaques lorsque stimulée par l’oxytocine et exerce ses fonctions en se liant à son récepteur, le guanylyl cyclase-A (GC-A). En conséquence, dans la troisième étude, nous avons étudié les effets du blocage du système ocytocine-peptide natriurétique auriculaire (OT-ANP) en utilisant un antagoniste de l’ocytocine (OTA), sur l'expression des gènes guanylyl cyclase-A et certains marqueurs de l’inflammation dans le foie de rates Ovx. Nous avons observé une diminution (P < 0.05) de l’ARNm de la GC-A chez les rates Ovx et Sham sédentaires traitées avec l’OTA, tandis qu’une augmentation (P < 0.05) de l'expression de l’ARNm de la protéine C-réactive (CRP) hépatique a été notée chez ces animaux. L’exercice physique n'a apporté aucun changement sur l'expression hépatique de ces gènes que ce soit chez les rates Ovx ou Sham traitées avec l’OTA. En résumé, pour expliquer l’observation selon laquelle l’accumulation et la résorption de lipides dans le foie dépendent des mécanismes associés à des niveaux d’œstrogènes, nos résultats suggèrent que la diminution de production de VLDL-TG induite par une déficience en œstrogènes, pourrait être un des mecanismes responsables de l’accumulation de lipides dans le foie. L’exercice physique quant à lui diminue l'infiltration de lipides dans le foie ainsi que la production de VLDL-TG indépendamment des niveaux d'œstrogènes. En outre, l'expression des récepteurs de l’ANP a diminué par l'OTA chez les rates Ovx et Sham suggérant une action indirecte de l’ocytocine (OT) au niveau du foie indépendamment de la présence ou non des estrogènes. L’axe ocytocine-peptide natriurétique auriculaire, dans des conditions physiologiques normales, protègerait le foie contre l'inflammation à travers la modulation de l’expression de la GC-A. / Excessive accumulation of triglycerides (TGs) in hepatocytes is the characteristic of non-alcoholic hepatic steatosis (NAHS). NAHS occurs in various conditions in which abnormal fat metabolism is a common factor. The primary processes leading to lipid accumulation in the liver are not well understood. However, lipid in the form of TG accumulates within liver cells when mechanisms that promote their removal (by oxidation or secretion) cannot keep pace with mechanisms that promote lipid import or biosynthesis. Today, it is well accepted that estrogen deficiency is associated with the development of a state of hepatic steatosis. Although recent findings indicated the implication of ovarian hormones in liver lipid accumulation, mechanisms underlying this phenomenon need to be further investigated. Therefore, the three studies presented in this thesis have been conducted in ovariectomized (Ovx) rats, as animal model of post-menopausal women, to investigate the effects of estrogen withdrawal on liver fat metabolism and considering the effects of exercise training as a positive counteractive factor. It has been shown that exercise training can reduce liver fat accumulation in Ovx rats. In the first study, we showed that in high fat (HF) fed animals, liver TG content was higher (P < 0.01) in Ovx compared to Sham rats as soon as 5-week after the surgery. Switching from the HF to a standard (SD) diet resulted in a decrease in liver fat accumulation in Sham animals. However, 8 weeks after the diet switch, liver fat accumulation was as high in Ovx rats as those maintained on the HF diet. When liver TG content measured at week 13 was compared to initial pre-switching values (week 5), liver TG levels in Ovx animals were maintained at the same level independently of the diet switch, while in Sham rats switching to a SD diet reduced liver TG accumulation (P < 0.05). The same comparisons with plasma TG levels revealed an opposite relationship. These results may be taken as evidence that indeed liver fat resorption is hampered in the absence of estrogens. To go one step further, we used a physiological approach in our second study to investigate how estrogen deficiency affects liver fat accumulation putting an emphasis on the pathway of lipid exportation from the liver. Results of this study showed that estrogen withdrawal resulted in higher (P < 0.01) liver fat accumulation concomitantly with lower (P < 0.01) very low density lipoprotein-triglyceride (VLDL-TG) production and lower mRNA and protein content of hepatic microsomal triglyceride transfer protein (MTP). All of these effects in Ovx rats were corrected with estrogen supplementation. Moreover, exercise training in Ovx rats reduced (P < 0.01) liver fat accumulation and further reduced (P < 0.01) hepatic VLDL-TG production along with gene expression of MTP and diacylglycerol acyltransferase-2 (DGAT-2). A recent growing body of literature suggests that atrial natriuretic peptide (ANP) hormone should be the interest of new investigations in the field of energy and lipid metabolism. ANP is released from the heart into plasma by oxytocin (OT) stimulation and exerts its biological action by binding to its receptor, guanylyl cyclase-A (GC-A: ANP receptor). Therefore, in the third study, we investigated the effects of blocking the oxytocin-atrial natriuretic peptide (OT-ANP) system, using an OT antagonist (OTA), on the gene expression of hepatic guanylyl cyclase-A and some inflammatory markers in the liver of Ovx rats. Hepatic GC-A mRNAs were decreased (P < 0.05) in Ovx and Sham OTA-treated rats in the sedentary state, contrary to hepatic C-reactive protein (CRP) mRNA expression that increased in these animals (P < 0.05). Exercise training had no effect on hepatic expression of these genes in both Sham and Ovx rats receiving OTA. Overall, our results point to the interpretation that hepatic fat accumulation and resorption are dependent on mechanisms associated with a normal estrogenic status; indicating that a decrease in VLDL-TG production might be a contributing factor responsible for the hepatic fat accumulation induced by estrogen deficiency. Exercise training lowers liver fat accretion and VLDL-TG production independently of the estrogen levels. Moreover, hepatic expression of ANP receptors is decreased by OTA in both Sham and Ovx rats suggesting an indirect action of the OT system on the liver independently of the estrogenic status of the animal. Oxytocin-atrial natriuretic peptide axis may contribute to the protection of hepatic tissue under normal physiological conditions such as reducing inflammatory markers within the hepatocytes by exerting its role through guanylyl cyclase-A expression.