L’insuffisance mitrale (IM) fonctionnelle est une complication fréquente des cardiopathies, causée par la dilatation du ventricule gauche (VG) qui empêche la valve de se fermer. L’insuffisance aortique (IA) est une condition associée à des valves mitrales (VM) inhabituellement grandes, et relativement peu d’IM malgré des VG très dilatés. Cet élargissement de la VM a le potentiel de prévenir l’IM dans les VG dilatés. Les mécanismes sont cependant peu compris : il n’est pas clair s’il s’agit d’une croissance active ou d’un étirement passif des feuillets. Également, le timing de l’adaptation valvulaire n’est pas connu. Notre hypothèse est que l’agrandissement de la valve mitrale en IA est un phénomène actif avec réactivation des mécanismes de croissance embryonnaire. Cent-onze rats ont été divisés en deux groupes : IA (perforation aortique) et contrôle. Les animaux ont été sacrifiés à 48 h, 1 semaine et 3 mois après la création du modèle. Des échocardiographies ont évalué la sévérité de l’IA, la présence d’IM et les dimensions du VG. Les valves ont été prélevées pour analyses microscopiques et moléculaires. La création de l’insuffisance aortique a entrainé une dilatation et une hypertrophie du VG. Malgré cette dilatation rapide du VG, aucun animal n’a développé de l’IM fonctionnelle. À l’échographie, le feuillet antérieur mitral était significativement plus long dans les groupes IA. Par microscopie, les feuillets étaient plus épais dés la première semaine. L’IA était associée à une surexpression de collagène α-SMA (un marqueur de myofibroblastes), TGF-β1 et MMP-2 dans le tissu valvulaire dès la première semaine. Les valves exposées à l’IA étaient également positives pour ces différents facteurs dés les premiers jours. L’agrandissement de la VM est un phénomène actif qui survient rapidement après la création de l’IA, en parallèle de la dilatation du VG. La stimulation de cette croissance dans d’autres pathologies pourrait contribuer à prévenir l’IM fonctionnelle. / Mitral leaflet enlargement in patients with chronic aortic regurgitation (AR) has been recently identified as an adaptive mechanism to prevent functional mitral regurgitation (FMR) in dilated left ventricles (LV). The timing of these morphologic changes is not known, and it is not clear if leaflet expansion is the result of active growth vs passive valve stretching. We hypothesised that pathways of growth are activated early in response to AR. We used a rat model of AR (retrograde aortic perforation) known to cause initial rapid LV dilatation (first 2 months), followed by a chronic phase with slower LV remodeling. AR was induced in 58 rats vs 53 sham. Animals were euthanized at different time points after AR creation (48 hours, 1 week and 3 months). AR severity, FMR and LV dilatation were assessed by serial echocardiograms. Mitral valves were harvested for microscopic and molecular analyses to document reactivation of embryonic growth pathways. AR animals had increased LV dimension and mitral annulus size. No animal developed FMR. No change in leaflet length or thickness was seen at 48h, however anterior mitral leaflets were longer in AR animals at 1 week and 3 months. By microscopy, mitral leaflets in AR animals were thicker at 1 week and 3 months. Molecular changes were present early (48 hours and one week) suggesting active matrix remodeling. RT-PCR studies showed increased collagen, α-sma, TGF-β1 and MMP-2 expression in the leaflets at 1 week. At 3 months, these molecular changes were not seen. This model of AR with progressive LV dilatation induces active expansion and thickening of the mitral leaflets. Growth signals are seen acutely but not at 3 months suggesting that most of this enlargement occurs early and in parallel of LV dilatation. Stimulation of this growth could represent a new strategy to prevent FMR in patients with dilated LV.

Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Initiée par les travaux des lauréats du prix Nobel Krogh et Hill l’étude de l’adaptation du système cardiorespiratoire lors de la transition du repos à l’exercice représente un champ majeur en physiologie de l’exercice. En début d’effort, la consommation d’oxygène (VO2) doit rapidement s’adapter afin de minimiser le déficit en dioxygène (O2), les perturbations intracellulaires et par conséquent optimiser la performance. Pendant cette phase dite « cardiodynamique » le ventricule gauche (VG) doit rapidement augmenter l’apport en O2 aux muscles actifs. Le volume d’éjection systolique (VES) et les nombreux paramètres qui le conditionnent doivent aussi rapidement s’adapter malgré une réduction très importante de la durée de diastole. Comment le VG parvient-il à relever ce défi dans les premières minutes de l’exercice et comment ces différents paramètres interagissent ? L’objectif de ce travail de thèse est de répondre à ces questions en combinant l’utilisation des dernières avancées de l’échocardiographie en mode « Speckle Tracking » (STE), permettant d’apprécier finement la fonction myocardique régionale grâce à l’évaluation de la mécanique du VG, avec une approche originale caractérisée par des enregistrements à intervalles réguliers proches au cours de répétitions d’épreuves à charges constantes (épreuves dites « rectangulaires »). Une première partie va consister à décrire finement les cinétiques cardiaques chez le sujet jeune actif, alors qu’une deuxième partie s’attachera à évaluer l’impact de l’entraînement aérobie chez des cyclistes de très bon niveau rapportant de nombreuses années de pratique. Les résultats mettent en évidence que la fonction diastolique et ses mécanismes sous-jacents jouent un rôle clé dans l’adaptation du VES à l’exercice. En permettant l’augmentation de la vitesse de remplissage, la pression de remplissage et la relaxation favorisent l’adaptation du VES dans la première minute. L’adaptation de la vitesse de détorsion jusqu’à 120s prolonge l’adaptation de la vitesse de remplissage et permet le maintien du VES au-delà de la première minute. Par ailleurs, nos résultats indiquent que l’entraînement aérobie induit une adaptation du VES plus importante grâce à une amélioration de la vitesse et du débit de remplissage du VG. Ces améliorations sont le résultat d’une adaptation plus rapide et plus importante de la relaxation à la base et d’une adaptation plus importante de la vitesse de détorsion. Ce travail de thèse basé sur l’étude de la mécanique cardiaque à l’exercice d’intensité modérée a permis de montrer le rôle clé de la diastole, et plus particulièrement de la détorsion du VG, dans l’adaptation rapide du VES ainsi que son amélioration chez le sportif aérobie. En perspective, il serait intéressant d’étudier les cinétiques cardiaques à des intensités d’exercice supérieures ou dans des populations qui présentent des intolérances à l'effort. / Initiated by the pioneering works of Nobel laureates Krogh and Hill, the study of cardiorespiratory system adaptation from rest to dynamic exercise represents a major field in exercise physiology. Oxygen uptake (VO2) has to abruptly increase in order to optimize exercise performance and tolerance by minimizing oxygen deficit and intracellular perturbations. During this “cardiodynamic” phase the LV has to abruptly increase oxygen delivery to mitochondria of active muscles. The stroke volume (SV) and its underlying mechanisms have to rapidly increase despite an important reduction of LV diastolic time. How do LV mechanics address this challenge at the onset of exercise and how do these different factors interact? Therefore, the aim of the present thesis is to answer to these questions by combining the use of latest advances in speckle tracking echocardiography (STE), which allow accurate assessment of regional myocardial function by the evaluation of LV mechanics, with an original approach based on the repetition of five similar constant work-load exercises, each of them being used to record different parameters. The first part give an accurate description of LV kinetics in young healthy active males whereas the second part focus on the evaluation of endurance training effect in well-trained cyclists. Our result highlight the key role of diastolic function and its underlying mechanisms in SV adaptation to exercise. In the first 60s, LV filling pressure and relaxation promote increase of LV filling velocity and hence SV adaptation. Beyond the first 60s, peak untwisting rate continue to increase until 120s allowing for a further increase of LV filling velocity involving SV maintenance. Furthermore, our results indicate that endurance training involve more important adaptation of SV by the improvement of LV filling velocity and filling rate. These improvement are the result of faster and higher adaptation of relaxation at the base and untwisting rate. This thesis based on the assessment of cardiac mechanic at moderate intensity exercise show the key role of diastole and more specifically LV untwist in the fast adaptation of SV and its improvement with endurance training. It would be interesting to study cardiac kinetics in heavy exercise and in pathological population presenting exercise intolerance.

Chapitre 1. Introduction<p><p>\ / Doctorat en sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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This thesis project examined the interactive fluid dynamics between a blood pump and the univentricular Fontan circulation. 2-D particle image velocimetry (PIV) measurements were conducted on an idealized total cavopulmonary connection (TCPC) with an axial pump prototype in the inferior vena cava (IVC). Fluid velocity profiles were examined under various physiologic conditions for Fontan patients. The velocity profiles for all cases demonstrated the shunting of flow from the IVC toward the right pulmonary artery. A rotational component in the pump outflow was observed forcing flow to the periphery as compared to the flow profile without a pump present in the IVC. The inclusion of the pump provides a pressure rise of 3 to 9 mmHg. These results demonstrate the ability of the intravascular blood pump to support a Fontan circulation and support the continued optimization and development of the pump.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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