Problématique : La fibrillation auriculaire (FA) est la forme d'arythmie cardiaque la plus fréquente. La maladie du cœur droit (MCD) fait partie des facteurs de risque de la FA. L’inflammation, impliquant l’axe NLRP3-IL18-IL1β-IL6, affecterait les fibroblastes (FB) atriaux et jouerait un rôle important dans l’induction de FA. Peu d’études ont évalué le rôle de l’interleukine-(IL)-37, un inhibiteur de la voie IL18, dans la prévention de l’inflammation et la FA dans la MCD. Hypothèse: L’IL37 inhibe l’activation de l'inflammation et prévient le développement du substrat de la FA dans les FB auriculaires de rats MCD. Méthodes: La MCD a été induite chez des rats Wistar en réalisant une ligature du tronc pulmonaire (LTP), et des animaux témoins ont reçu une chirurgie factice (SHAM). Les FB atriaux ont été isolés et cultivés dans 5 conditions de traitement: Milieu normal, Supplémentation pro-inflammatoire [IL-6], Supplémentation anti-inflammatoire [IL-37], Inhibition de voies inflammatoires avec le Tocilizumab [anti-IL6R], Inhibition de voies anti-inflammatoires avec [anti-IL37]. La prolifération et la migration des FB furent évaluées par immunomarquage de (α-SMA). Les niveaux d'expression des molécules liées à la fibrose, les marqueurs inflammatoires et les marqueurs anti-inflammatoires ont été évalués par qPCR (gènes) et western blot (protéines). Résultats: Trois semaines après la chirurgie, les animaux LTP ont développé de l’hypertrophie et de la dilatation cardiaque associées à de l’inflammation et de la fibrose atriale droite. Comparés aux SHAM, les FB de rats MCD ont exprimé plus de marqueurs d’inflammation et de fibrose et cette surexpression a été exacerbée en présence d’IL-6, et normalisée en présence d’IL-37. Conclusion: Au niveau des FB isolés, un traitement à l’IL37 semble être une stratégie efficace pour prévenir l'inflammation et la fibrose atriale associées à la MCD. / Introduction: Atrial fibrillation (AF) is the most common type of cardiac arrhythmia. Right heart disease (RHD) is one of the risk factors for AF. Inflammation, involving the NLRP3-IL18-IL1β-IL6 axis affects atrial fibroblasts (FB) and play an important role in AF induction. Few studies have assessed the role of interleukin-(IL)-37, an IL18 pathway inhibitor, in preventing inflammation and AF in RHD. Hypothesis: IL37 inhibits the activation of inflammation and prevents AF substrate development in atrial FB of RHD rats. Methods: RHD was induced in Wistar rats by performing pulmonary artery banding (PAB) and control animals received SHAM surgery. Atrial FBs were isolated and cultured under 5 treatment conditions: Normal medium, Pro-inflammatory supplementation [IL-6], Anti-inflammatory supplementation [IL-37], Inhibition of inflammatory pathways with tocilizumab [anti-IL6R], Inhibition of anti-inflammatory pathways with [anti-IL37]. The proliferation and migration of FB were determined with scratch wound healing assay. The expression levels of fibrosis-related molecules, inflammatory markers and anti-inflammatory markers were assessed by qPCR (genes) and western blot (proteins). Results: Three weeks post-surgery, PAB animals developed right heart enlargement and dilation associated with inflammation and right atrial fibrosis. Compared to SHAM, FB from PAB rats expressed more markers of inflammation and fibrosis, and this overexpression was exacerbated in the presence of IL-6 and normalized in the presence of IL-37. Conclusion: At the level of isolated FB, treatment with IL37 seems to be an effective strategy to prevent atrial inflammation and fibrosis associated with RHD.

Le potentiel d’action cardiaque est un phénomène électrique finement régulé par des modifications du voltage membranaire engendré par l’ouverture de différents canaux ioniques (sodium, calcium, chlore et potassium) présents à la surface des cardiomyocytes. Les transferts d’ions, de part et d’autre de la membrane via ces canaux, génèrent des courants pouvant être mesurés par la technique de patch clamp. L’activité électrique cardiaque est donc la résultante d’un équilibre de différents flux d’ions qui peut également être modulé par les systèmes sympathique et parasympathique afin de permettre l’adaptation du rythme cardiaque. Le courant sodique (I[indice inférieur Na]) est responsable de l’initiation des potentiels d’action (PA) et module sa durée. Il joue donc un rôle prépondérant dans l’excitabilité cardiaque et la conduction de l’influx électrique. De par ce fait, une modification des propriétés biophysiques d’I[indice inférieur Na] lors de conditions physiopathologiques peut engendrer des troubles du rythme. I[indice inférieur Na] est divisé en phases rapide (I[indice inférieur Na] pic) et soutenue (I[indice inférieur NaL]) qui interviennent respectivement dans l’excitabilité et la durée d’un PA (phase de plateau). De plus, notre laboratoire a démontré que les canaux sodiques de types cardiaque ([indice inférieur Na]V1.5) et neuronaux (n[indice inférieur Na]Vs) contribuent à I[indice inférieur Na]. Chacun se différencie par leurs propriétés biophysiques, leurs contributions à I[indice inférieur Na] (pic et soutenu) ainsi qu’à leurs sensibilités à la tétrodotoxine (TTX). Nous avons étudié les effets précoces d’un diabète de type II, de l’exposition in-utero à la nicotine des nouveau-nés, de l’épilepsie et de l’ischémie sur les propriétés biophysiques du courant sodique cardiaque I[indice inférieur Na] responsable de l’impulsion électrique menant au battement cardiaque. Ces pathologies ont comme point commun l’apparition de troubles du rythme cardiaque tels que des bradycardies, des troubles de conduction menant parfois à des blocs auriculo-ventriculaires (BAV), des insuffisances cardiaques ou encore des problèmes d’excitabilité pouvant tous être reliés au courant sodique. Nos résultats montrent que toutes ces conditions physiopathologiques altèrent les propriétés du courant sodique en augmentant l’amplitude du courant I[indice inférieur Na] (diabète, exposition in-utero à la nicotine, épilepsie), l’excitabilité (diabètes, exposition in-utero à la nicotine, épilepsie) ou en augmentant le taux de participation des nNaVs à I[indice inférieur NaL] (épilepsie, ischémie). Nos données concordent avec la littérature et les observations cliniques et permettent d’expliquer en partie l’apparition de ces anomalies de troubles du rythme survenant chez les personnes atteintes de ces pathologies.

La modélisation de l’électrophysiologie in silico a été un sujet de recherche important ces dernières décennies. Afin de pouvoir utiliser ces progrès importants dans les applications cliniques, il faut mettre en place des modèles macroscopiques qui peuvent être utilisés pour la planification et le guidage des procédures cliniques.L’objectif de cette thèse est de construire de tels modèles macroscopiques spécifiques à chaque patient pour le diagnostic et la prévision, dans le but d’améliorer la planification et le guidage de l’ablation par radio-fréquence (ARF) des patients souffrant de tachycardie ventriculaire (TV) après infarctus. Dans ce travail, nous avons proposé un cadre pour la personnalisation d’un modèle cardiaque 3D, le modèle de Mitchell-Schaeffer (MS), et nous avons évalué sa puissance prédictive dans plusieurs configurations de stimulation. Ceci a été réalisé sur des données ex vivo de cœurs porcins à l’aide d’images médicales et de données cartographiques optiques de l’épicarde. Ce cadre a ensuite été appliqué à un ensemble de données cliniques provenant d’imagerie hybride XMR et d’une procédure de cartographie électrophysiologique sur un patient souffrant d’insuffisance cardiaque.Ensuite, le modèle 3D MS a également été adapté pour simuler le comportement macroscopique structural de la fibrose près des cicatrices. La simulation d’une étude in silico de stimulation de TV en utilisant le modèle adapté personnalisé MS a été réalisée pour quantifier le risque de TV en termes de cartes d’inductibilité, de réentrées des modèles et de cartes de points de sortie. Une approche de modélisation pour l’ablation par RF fondée sur l’état de l’art a été proposée. Enfin, l’étude in silico de stimulation de TV a été appliquée aux données in vivo personnalisées des patients, qui ont suivi ce protocole. Ceci a permis une validation de la prévision in silico de TV post-infarctus par comparaison avec la TV clinique induite. Ler ôle de l’hétérogénéité spatiale des propriétés des tissus cardiaques estimés dans la genèse de TV ischémique a été évalué, ainsi que les caractéristiques des points de sortie, qui sont les candidats potentiels à l’ablation par RF. / Modelling cardiac electrophysiology for arrhythmias in silico has been an important research topic for the last decades. In order to translate this important progress into clinical applications, there is a requirement to make macroscopic models that can be used for the planning and guidance of clinical procedures. The objective of this thesis was to construct such macroscopic EP models specifict o each patient for study and prediction, in order to improve the planning and guidance of radio frequency ablation (RFA) the rapieson patients suffering from post infarction Ventricular Tachycardia (VT). In this work, we proposed a framework for the personalisation of a 3D cardiac EP model, the Mitchell-Schaeffer (MS) model, an devaluated its volumetric predictive power under various pacing scenarios.This was performed on ex vivo large porcine healthy heart susing Diffusion Tensor MRI (DT-MRI) and dense optical mapping data of the epicardium. This framework was then also applied to a clinical dataset derived from a hybrid XMR imaging and sparse electroanatomical mapping on a patient with heart failure. Next, the 3DMS model was also adapted to simulate the macroscopic structural behaviour of fibrosis near the scars. The simulation of an in silico VT stimulation study using the personalised adapted MS model was then performed, to quantify VT risk in terms of inducibility maps, re-entry patterns and exit point maps. A rule-based modelling approach for RF ablation lesions based on state of the art studies was proposed. Lastly, the in silico VT stimulation study was applied to in vivo personalised data of patients who underwent a clinical VT stimulation study. A validation of the in silico post-infarct VT prediction was performed against the clinically induced VT. Therole of spatial heterogeneity of the estimated patient’s cardiac tissue properties in the genesis of ischemic VT was learnt, along with their characteristics for entry/exit points, which are the potential candidates for RF ablation.

Nous avons développé des méthodes de traitement d’image et de fusion multimodalité et les avons appliqué à l’étude des relations structure-fonction dans la fibrillation auriculaire et la tachycardie ventriculaire. Dans la fibrillation auriculaire, nos résultats indiquent que le rehaussement tardif par IRM est fortement associé à présence et à la persistance d’une fibrillation auriculaire. Nous avons par ailleurs démontré que ce rehaussement tardif est associé à des caractéristiques électrophysiologiques propres : le signal fibrillatoire est plus lent et moins fragmenté au sein des zones rehaussées, alors qu’à l’inverse la complexité globale de la fibrillation augmente avec l’étendue des rehaussements. Nos résultats préliminaires sur la distribution des rotors vont dans le même sens, ces derniers étant plus volontiers observés à la périphérie des zones rehaussées, et le nombre de régions actives augmentant avec l’étendue des rehaussements. L’ensemble de ces résultats confirme que l’imagerie de rehaussement tardif par IRM permet une caractérisation du tissu atrial. Dans les arythmies ventriculaires, nous avons développé une stratégie permettant l’intégration systématique de données non-invasives multimodales au cours des procédures d’ablation de tachycardie ventriculaire. Nous avons démontré l’intérêt d’une fusion scanner et IRM, et décrit une méthode permettant l’intégration du substrat ischémique à partir de données scanner applicable chez les patient porteurs de défibrillateurs ne pouvant bénéficier de l’IRM. Dans la dysplasie arythmogène du ventricule droit, nous avons introduit une méthode automatique de quantification et de cartographie du substrat dysplasique applicable au diagnostic et au guidage thérapeutique. Enfin, nous avons introduit une méthode d’exploration multimodale des arythmies cardiaques intégrant la cartographie électrocardiographique 3D aux autres méthodes d’imagerie cardiaque, et permettant une exploration non invasive simultanée de l’anatomie, du substrat, et des mécanismes de l’arythmie / We have developed and applied image-processing methods to the study of structure-function relationships in atrial fibrillation and ventricular tachycardia. In Atrial Fibrillation, our results indicate that the late gadolinium enhancement observed with the use of MRI is strongly associated with the presence and persistence of the disease. In addition, we have demonstrated that these enhancements show distinctive electrophysiological characteristics: the fibrillatory signal is slower and less fractionated within enhanced areas, whereas the global complexity of atrial fibrillation is conversely increasing with the extent of enhancement. Our preliminary results on rotor distribution are consistent, rotors being more likely found at the border of enhanced areas, and the number of regions with high rotor activity being positively related to the extent of enhancement. These results confirm that late gadolinium enhancement MRI enables a non-invasive characterization of the atrial tissue. In Ventricular Arrhythmias, we have developed a strategy to integrate multimodal non-invasive data during ventricular tachycardia ablation procedures. We have demonstrated the value of fusing MDCT and MRI data and have introduced a method enabling the integration of ischemic substrate from MDCT data, feasible in patients with implantable defibrillator who cannot undergo MRI. In arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy, we have developed an automatic method for the mapping and quantification of fat in the right ventricular free wall based on MDCT data, and have successfully applied the method to the diagnosis and therapy guidance of the disease. Last, we have introduced a method for the multimodal assessment of cardiac arrhythmias combining electrocardiographic mapping with MDCT and MRI. The method enables a non-invasive and combined assessment of cardiac anatomy, myocardial structural substrate, and arrhythmia mechanisms.

Ce travail a pour thème l'extraction de connaissances à partir de données provenant de plusieurs sources reflétant un même phénomène. L'objectif visé est l'amélioration de la qualité des systèmes de surveillance. Lorsque les données sont redondantes, l'utilisation de plusieurs sources permet de pallier aux problèmes de perte de signal et de bruit. Lorsque les données sont complémentaires, l'utilisation conjointe des différentes sources permet d'augmenter les performances en détection de ces systèmes. Nous appliquons nos travaux au domaine du diagnostic d'arythmies cardiaques. Nous utilisons une technique d'apprentissage artificiel relationnel (la programmation logique inductive) pour apprendre des règles discriminantes permettant de caractériser les arythmies à partir de plusieurs voies d'un électrocardiogramme et de mesures de pression artérielle. Pour exploiter la redondance des sources, nous apprenons dans un premier temps, des règles à partir des données des différentes sources prises séparément. Pour exploiter la complémentarité des sources, un apprentissage multisource naïf consisterait à apprendre globalement sur l'ensemble des données et avec un langage d'expression des concepts permettant de couvrir toute la richesse des données représentées. En alternative à un tel type d'apprentissage, nous proposons une méthode plus efficace qui s'appuie sur des apprentissages monosources, ie. effectués sur chacune des sources séparément, pour biaiser l'espace de recherche multisource. Le fait de s'appuyer sur les règles monosources permet de restreindre le langage des hypothèses ainsi que le nombre de relations possibles entre les objets représentés sur les différentes sources. Ce travail a été effectué dans le cadre du projet RNTS (Réseau National des Technologies et de la Santé) Cepica. Les résultats montrent que les règles apprises par apprentissage multisource sont au moins aussi bonnes que les règles monosources dans le cas où les données sont redondantes et meilleures dans les cas où les sources sont complémentaires. La technique d'apprentissage biaisé permet en outre d'apprendre des règles de manière beaucoup plus efficace que dans le cas naïf en bénéficiant d'un biais de langage généré automatiquement. Ces nouvelles règles sont incorporées au système Calicot pour la surveillance de patients souffrant de troubles du rythme cardiaque.<br />~

En dépit du développement rapide de la médecine, les maladies cardiovasculaires restent la première cause de mortalité dans le monde. En France, chaque année, plus de 50 000 personnes meurent subitement en raison d'arythmies cardiaques. L'identification des patients à risque élevé de décès soudain est toujours un défi. Pour détecter les arythmies cardiaques, actuellement Holter est généralement utilisé pour enregistrer les signaux électrocardiogramme (ECG) à 1~3 dérivations pendant 24h à 72h. Cependant l'utilisation de Holter est limitée parmi la population en raison de son encombrement (pas convivial) et de son coût. Un Holter mono puce portable nommé SoC-Holter qui permet d'enregistrer 1 à 4 dérivations est introduit. Le déploiement d'un réseau de capteurs sans fil exige que chaque SoC-Holter soit peu encombrant et peu cher, et consomme peu d'énergie. Afin de minimiser la consommation d'énergie et le coût du système, la technologie Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) (0.35μm) est utilisée pour la première implémentation de SoC-Holter. Puis une nouvelle méthode de détection basée sur Acquisition Comprimée (CS) est introduite pour résoudre les problèmes de consommation d'énergie et de capacité de stockage de SoC-Holter. Le principe premier de cette plate-forme est d'échantillonner les signaux ECG sous la fréquence de Nyquist 'sub-Nyquist' et par la suite de classer directement les mesures compressées en états normal et anormal. Minimiser le nombre de fils qui relient les électrodes à la plate-forme peut rendre l'utilisateur de SoC-Holter plus confortable, car deux électrodes sont très proches sur la surface du corps. La différence ECG enregistrée est analysée à l'aide de Vectocardiogramme (VCG). Les résultats expérimentaux montrent qu'une approche intégrée, à faible coût et de faible encombrement (SoC-Holter) est faisable. Le SoC-Holter consomme moins de 10mW en fonctionnement. L'estimation des paramètres du signal acquis est effectuée directement à partir de mesures compressées, éliminant ainsi l'étape de la reconstruction et réduisant la complexité et le volume des calculs. En outre, le système fournit les signaux ECG compressés sans perte d'information, de ce fait il réduit significativement la consommation d'énergie pour l'envoi de message et l'espace de stockage mémoire. L'effet de placement des électrodes est évalué sur la QRS complexe lorsqu'il a enregistré avec deux électrodes adjacentes. La méthode est basée sur l'algorithme de 'QRS-VCG loop alignment'. La méthode moindre carré est utilisée pour estimer la corrélation entre une boucle VCG observée et une boucle de référence en respectant les transformations de rotation et la synchronisation du temps. Les emplacements d'électrodes les moins sensibles aux interférences sont étudiés.

Les hommes et les femmes diffèrent devant la survenue de plusieurs types d’arythmies cardiaques. Ainsi, la prévalence des fibrillations auriculaires, ou celle du syndrome de Brugada est plus élevée chez les hommes, tandis que les femmes sont plus susceptibles de développer des torsades de pointe. La survenue de ces arythmies pourrait être affectée par l’existence de disparités entre les sexes au niveau de l’activité électrique cardiaque normale. Des différences ont d’ailleurs été décrites dans les paramètres électrocardiographiques des hommes et des femmes, et notamment au niveau des paramètres traduisant la phase de repolarisation ventriculaire. Par ailleurs, plusieurs études cliniques et expérimentales ont permis d’avancer que les androgènes pourraient contribuer à expliquer les différences homme-femme observées dans la repolarisation ventriculaire. Leur influence sur les autres paramètres électrocardiographiques a toutefois reçu peu d’attention jusqu’à aujourd’hui. Dans ce contexte, l’objectif de ce travail était de mieux comprendre l’implication de la testostérone dans les différences sexuelles observées au niveau de l’électrocardiogramme. En travaillant à partir d’une cohorte de volontaires sains, nous avons tout d’abord confirmé l’existence de différences électrocardiographiques rapportées précédemment dans la littérature. Nous avons de plus noté un segment PR plus long chez les hommes, bien que l’onde P et l’intervalle PR n’étaient pas significativement différents entre les sexes. Par la suite, nous avons évalué l’association de la testostérone avec les différents paramètres de l’électrocardiogramme humain. La testostérone était le plus fortement associée au complexe QRS, au segment ST et à l’intervalle QTc. Nous avons donc examiné la contribution de la testostérone dans les mécanismes responsables des différences sexuelles pour ces trois paramètres. D’après les résultats obtenus, la testostérone ne semblait toutefois pas expliquer ces différences homme-femme. En conclusion, les résultats de cette étude suggèrent que la testostérone n’est pas responsable des différences observées au niveau du complexe QRS, du segment ST et de l’intervalle QTc des hommes et des femmes de notre cohorte. D’autres médiateurs, seuls ou en association avec la testostérone, pourraient jouer un rôle dans l’établissement de ces différences électrocardiographiques associées au sexe. / The incidence of various cardiac arythmias subtypes differs between men and women. Indeed, atrial fibrillation or Brugada syndrome are more prevalent in men, while women are more susceptible to Torsades de Pointe. The development of various arrhythmias may be affected by sexual disparities in the normal electrical cardiac activity. Sex differences have been described in the electrocardiographic parameters of men and women, particularly in the parameters representing the ventricular repolarisation phase. Besides, the results obtained in several clinical and experimental studies suggested that androgens could contribute to explain differences in ventricular repolarization of men and women. However the effects of this hormone on other electrocardiographic parameters have received little attention. In this context, the aim of the current study was to better understand the implication of testosterone in the sex differences observed in the electrocardiogram. We examined the electrocardiograms of a cohort of healthy volunteers, and first confirmed sex differences in parameters, that had been previously described in the literature. While P wave and PR interval showed no significant differences, we did note a longer PR segment in men compared to women. Secondly, we evaluated the association of circulating levels of testosterone with the human electrocardiographic parameters. The correlation was the strongest with QRS complex, ST segment and QTc interval. Therefore, we assessed the mediating role of testosterone in the relationship between sex and these three parameters. However, the results showed that this androgen did not seem to explain these sex-related differences. In conclusion, this study suggests that testosterone is not responsible for the differences observed in QRS complex, ST segment and QTc interval of our cohort of men and women. Additional mediators may be involved in these sex-related electrocardiographic differences, alone or in conjunction with testosterone.

En dépit du développement rapide de la médecine, les maladies cardiovasculaires restent la première cause de mortalité dans le monde. En France, chaque année, plus de 50 000 personnes meurent subitement en raison d'arythmies cardiaques. L'identification des patients à risque élevé de décès soudain est toujours un défi. Pour détecter les arythmies cardiaques, actuellement Holter est généralement utilisé pour enregistrer les signaux électrocardiogramme (ECG) à 1~3 dérivations pendant 24h à 72h. Cependant l'utilisation de Holter est limitée parmi la population en raison de son encombrement (pas convivial) et de son coût. Un Holter mono puce portable nommé SoC-Holter qui permet d'enregistrer 1 à 4 dérivations est introduit. Le déploiement d'un réseau de capteurs sans fil exige que chaque SoC-Holter soit peu encombrant et peu cher, et consomme peu d’énergie. Afin de minimiser la consommation d'énergie et le coût du système, la technologie Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) (0.35μm) est utilisée pour la première implémentation de SoC-Holter. Puis une nouvelle méthode de détection basée sur Acquisition Comprimée (CS) est introduite pour résoudre les problèmes de consommation d'énergie et de capacité de stockage de SoC-Holter. Le principe premier de cette plate-forme est d'échantillonner les signaux ECG sous la fréquence de Nyquist ‘sub-Nyquist’ et par la suite de classer directement les mesures compressées en états normal et anormal. Minimiser le nombre de fils qui relient les électrodes à la plate-forme peut rendre l’utilisateur de SoC-Holter plus confortable, car deux électrodes sont très proches sur la surface du corps. La différence ECG enregistrée est analysée à l'aide de Vectocardiogramme (VCG). Les résultats expérimentaux montrent qu'une approche intégrée, à faible coût et de faible encombrement (SoC-Holter) est faisable. Le SoC-Holter consomme moins de 10mW en fonctionnement. L'estimation des paramètres du signal acquis est effectuée directement à partir de mesures compressées, éliminant ainsi l'étape de la reconstruction et réduisant la complexité et le volume des calculs. En outre, le système fournit les signaux ECG compressés sans perte d'information, de ce fait il réduit significativement la consommation d'énergie pour l'envoi de message et l’espace de stockage mémoire. L'effet de placement des électrodes est évalué sur la QRS complexe lorsqu'il a enregistré avec deux électrodes adjacentes. La méthode est basée sur l'algorithme de ‘QRS-VCG loop alignment’. La méthode moindre carré est utilisée pour estimer la corrélation entre une boucle VCG observée et une boucle de référence en respectant les transformations de rotation et la synchronisation du temps. Les emplacements d'électrodes les moins sensibles aux interférences sont étudiés. / According to the figures released by World Health Organization (WHO), cardiovascular disease is the number one cause of death in the world. In France every year more than 50,000 people die suddenly due cardiac arrhythmias. Identification of high risk sudden death patients is still a challenge. To detect cardiac arrhythmias, currently Holter is generally used to record 1~4 leads electrocardiogram (ECG) signals during 24h to 72h. However the use of Holter is limited among the population due to its form factor (not user-friendly) and cost. An integrated single chip wearable Holter named SoC-Holter that enables to record 1 to 4 leads ECG is introduced. Deployment of wireless sensor network requires each SoC-Holter with less power consumption, low-cost charging system and less die area.To minimize energy consumption and system cost, Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) technology (0.35μm) is used to prototype the first implementation of SoC-Holter. Then a novel method based on Compressed Sensing (CS) technique is introduced for solving the problems of power consumption and storage capacity of SoC-Holter. The main principle underlying this framework is to sample analog signals at sub-Nyquist rate and to classify directly compressed measurement into normal and abnormal state. Minimizing the wire connected electrodes to the platform can make the carrier more comfortable because two electrodes are attached closely on the surface of the body. Recording difference ECG is analyzed using Vectorcardiogram (VCG) theory. Experimental results show that an integrated, low cost, and user-friendly SoC-Holter is feasible. SoC-Holter consumes less than 10mW while the device is operating. It takes advantage of estimating parameters directly from compressed measurements, thereby eliminating the reconstruction stage and reducing the computational complexity on the platform. In addition, the framework provides compressed ECG signals without loss of information, reducing significantly the power consumption for message sending and memory storage space. The effect of electrode placement is evaluated by estimating QRS complex in recorded ECG signals by two adjacent electrodes. The method is based on the QRS-VCG loop alignment algorithm that estimates Least Square (LS) between an observed VCG loop and a reference loop with respect to the transformations of rotation and time synchronization. The electrode location with less sensitive to interference is investigated.

Les pathologies cardiovasculaires sont responsables d’un grand nombre de décès dans le monde aujourd’hui, dont plus de la moitié trouve son origine dans des anomalies rythmiques. Les phénomènes de dépolarisation et de repolarisation rythmiques des cardiomyocytes, à l’origine de l’activité contractile rythmique du myocarde, mettent en jeu des processus cellulaires consommateurs d’énergie et les mitochondries,. Dans cette thèse, la régulation de la fonction mitochondriale a été étudiée lors de l’induction d’arythmies ventriculaires sur coeurs isolés perfusés de rats. Les résultats montrent que l'évolution de la consommation d’oxygène du myocarde est un paramètre important dans la réponse aux arythmies. L’inhibition des myosines ATPases par la blebbistatine induit sur la durée une diminution de la susceptibilité vis-à-vis des arythmies. Les acteurs impliqués dans les différents types de réponses mitochondriales ont été caractérisés sur fibres perméabilisées. Nous montrons que la régulation de la fonction mitochondriale varie en fonction de la chambre cardiaque considérée. Les mesures de Km de la respiration mitochondriale, ainsi que l’étude des principaux mécanismes de transfert énergétiques, mettent en évidence des différences marquées entre les différentes chambres cardiaques. .Les résultats de nos travaux suggèrent que le remodelage myocardique observé en réponse aux modifications de charge, et/ou lors du développement des pathologies du myocarde sont susceptibles de favoriser la constitution d’un substrat arythmogène, propre à chaque chambre, et impliquant des perturbations des mécanismes de transfert énergétique. / Cardiovascular disease is the first cause of mortality in the whole world. Half of this mortality is due to heart failure, a progressive deterioration of cardiac contraction, which can be caused by electrical dyssynchrony. Implication of heart energetics on susceptibility to arrhythmia is therefore of particular interest to better understood the overall effect as well as the relative importance of the potential partners on developed pathologies. In this thesis, energetic regulation of mitochondria was studied in perfused hearts paced to induce arrhythmia. Myocardial oxygen consumption was shown as a crucial parameter in the response to rhythm troubles. Inhibitions of ATPase myofibrils by blebbistatin or AK-phosphotransfer by Ap5a did not produce same responses of mitochondrial compartment. When inhibited by Blebb, most of hearts presented less ectopic beats highlighting an anti-arrhythmic profile in this case of myofibrils inhibition. Energetic parameters involved in mitochondrial responses were characterized in skinned fibres. Mitochondria regulation was different between ventricle and atria, with a less sensitivity of mitochondria in atria compared to ventricle. Mechanisms of energy transfer between supply and demand were different between ventricle and atria. The role of AK-phosphotransfer was described as a determining parameter for atria energy maintenance, whereas ventricle presented a functional efficacy of CK pathway to regulate adenine nucleotide turnover. As suggested by these results, the role of adenylic nucleotides channeling could be considered as a mechanism used to counteract altered cardiac energetics that potentially sustained electrical pathologies.

Le noeud sinusal (NS) est le centre de l‟automatisme cardiaque. Grâce à son activité électrique spontanée, il dicte la fréquence cardiaque (FC) en réponse aux demandes physiologiques. A ce jour, le NS demeure un sujet de recherche important puisque les mécanismes moléculaires responsables de sa régulation sont encore méconnus. Par exemple, les processus menant à la bradycardie sinusale et à la maladie du sinus (MS) chez les personnes âgées sont mécompris et présentement l‟implantation d‟un stimulateur cardiaque demeure le seul traitement disponible. Ainsi, l‟objectif de cette thèse était de déterminer les changements moléculaires et cellulaires se produisant au niveau du NS en réponse à divers stimuli physiologiques et pathologiques afin d'établir leurs rôles potentiels dans la régulation de la FC et le développement de la MS. Dans les deux premiers chapitres, la grossesse est présentée comme modèle physiologique. En effet, la réponse adaptative aux demandes croissantes de la mère et du foetus engendre des changements physiologiques considérables au niveau du myocarde, dont une augmentation de la FC essentielle pour la perfusion adéquate des organes. Toutefois, cette augmentation peut aussi favoriser le développement d‟arythmies. Dans le troisième chapitre, l‟inflammation, un facteur présent lors du vieillissement et dans plusieurs pathologies où la MS se manifeste, a fait l‟objet d‟une étude dans le but de déterminer son rôle dans le développement de la MS. Les résultats obtenus dans cette thèse démontrent que la grossesse induit une hausse de la FC chez la souris gestante similaire à celle retrouvée chez la femme enceinte. Cette accélération était due à un remodelage électrique du NS. Plus spécifiquement, la fréquence des potentiels d‟action ainsi que la densité et l‟expression des courants pacemaker (If) et calcique de type L (ICaL) étaient augmentées. De plus, une accélération des transitoires calciques spontanés et de la vitesse de relâche calcique du réticulum sarcoplasmique a été observée. La régulation de l‟automaticité par un stimulus pathologique, l‟interleukine-1β, est abordée par la suite. L‟interleukine-1β, une cytokine ayant un rôle majeur comme médiateur inflammatoire, se retrouve en concentrations élevées dans plusieurs maladies associées avec la ii MS. Nos résultats démontrent que l‟interleukine-1β engendre une diminution de l‟automaticité associée à une réduction de If et ICaL dans les cardiomyocytes humains de type nodal dérivés de cellules souches induites pluripotentes (hiPSC-CM). En parallèle, le phénotype électrophysiologique et moléculaire des hiPSC-CM a été caractérisé démontrant leur homologie avec les cellules du NS humain adulte, les validant comme modèle in vitro de cellules nodales humaines. En conclusion, les études présentées dans cette thèse démontrent que le NS est plus qu‟un simple tissu régulé par l‟innervation autonome. En effet, son automaticité est dynamique et peut être influencée par des facteurs physiologiques ou pathologiques. Nos résultats contribuent ainsi à une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents à l‟automaticité. Ces avancées sont importantes non seulement pour la santé des femmes, mais aussi pour les individus souffrant de la MS. À terme, nous espérons que ces résultats contribueront au développement de stratégies thérapeutiques pour traiter des complications liées aux troubles d‟automaticité cardiaque. / The sinoatrial node (SAN) is the dominant cardiac pacemaker. With its spontaneous automaticity, it dictates rhythm and controls heart rate in response to varying physiological demands. Despite its modest size, the SAN is a very heterogeneous and complex structure that remains the topic of research efforts due, in part, to uncertainties in the mechanisms that regulate pacemaking in various conditions. For instance, the processes that lead to severe sinus bradycardia and SAN dysfunction (SND) in the elderly are unknown and to date, the implantation of electronic pacemaker remains the only SND treatment. Accordingly, the overall objective of this thesis was to explore and highlight the molecular and cellular changes that occur within the SAN in both physiological and pathological states, while determining how they contribute to regulation of heart rate and potentially SND. In the first two chapters, we present pregnancy as a physiological model considering it is a period during which substantial adaptive changes to the myocardium and increases in heart rate occur. Paradoxically, the rapid rate, which is essential for adequate organ perfusion of both mother and foetus, may also increase vulnerability to certain arrhythmias. In the third chapter, inflammation, a central process in pathology and common factor to several diseases and even ageing, was evaluated as potential underlying circumstance contributing to the development of sinus bradycardia and SND. Combinations of in vivo, ex vivo, biochemical, molecular and cellular approaches were used in order to generate an integrated understanding of the models we examined. Our data shows that in pregnant mice, an increase in heart rate similar to that of pregnant women occurs and was due to an electrical remodelling of the SAN. Specifically, an increase in action potential frequency of isolated individual SAN cells was observed. This was attributed to increased expression and density of pacemaker (If) and L-type Ca2+ currents (ICaL) along with a rapid spontaneous Ca2+ transient rate and faster intracellular sarcoplasmic reticulum Ca2+ release. We then demonstrate that the pro-inflammatory cytokine interleukin-1β which is a major inflammatory mediator that is upregulated in several diseases associated with SND, iv dramatically slows automaticity by reducing If and ICaL density in nodal-like cardiomyocytes derived from human-induced pluripotent stem cells (hiPSC-CM). Importantly, in that study, hiPSC-CMs were also physiologically and molecularly characterized revealing their high resemblance to adult human SAN and a potential use as a novel in vitro model to study pacemaking in humans. In conclusion, the results of this thesis demonstrate that the SAN is not a simple, neurally controlled tissue, but a rather dynamic pacemaker that undergoes extensive intrinsic remodelling during states of health and disease. The results contribute to understanding physiological mechanisms of pacemaking and how they are altered by disease and may be relevant for both women‟s health and the individuals affected by SND. Ultimately, we hope these findings will be helpful in the development of therapeutic strategies to treat pacemaking-related complications.