Le domaine de l’imagerie médicale a pris depuis de nombreuses années un essor sans pareil permettant le développement de nouvelles méthodes de diagnostic et de traitement. Celles-ci se sont évidemment accompagnées de nombreux outils facilitant le travail des médecins. La présente thèse propose deux approches pour l’aide à la segmentation de structures anatomiques sur des images médicales. Une première technique se penche sur la détermination semi-automatique de l’aire de l’ouverture de la valve aortique. La combinaison des contours actifs et d’information a priori provenant de l’électrocardiogramme constitue une contribution majeure de cette méthode. Des essais ont été réalisés sur six patients. Ils ont produit une courbe de l’évolution temporelle de l’aire de la valve comparable à celle obtenue avec une segmentation manuelle. La seconde méthode permet de tracer les contours de la prostate sur des images de CT en exploitant l’information sur la prostate obtenue d’images d’échographie. L’objectif de cette méthode est de proposer des contours initiaux aux radio-oncologues afin de réduire la variabilité dans la détermination du volume de la prostate. La contribution majeure de cette technique est la projection des contours extraits de l’échographie sur les images de CT. Ces contours sont ensuite déformés pour les adapter à la forme réelle de la prostate sur l’image CT. Une étude clinique a été menée afin de vérifier l’impact de l’utilisation de cet outil d’aide au traçage des contours sur la variabilité intra et inter-observateurs. Les résultats de cette étude ont été très concluants puisqu’ils ont permis de montrer qu’il est possible de diminuer la variabilité inter-observateur de 6% sur le volume complet. L’étude n’a par contre pas permis de tirer une conclusion définitive concernant la diminution de la variabilité intra observateur. Le temps nécessaire pour le traçage des contours constituait aussi un aspect qui a été mesuré par cette étude. Les résultats obtenus montrent une diminution de 46% du temps nécessaire pour la réalisation des contours lorsque l’on propose des contours initiaux adaptés à l’image. / Since many years the use of medical imaging techniques has increased significantly. Medical imaging has driven the development of treatments and diagnosis to increase the efficiency and the precision of the physicians. This thesis proposes two methods to help the segmentation of anatomical structures in medical images. The first technique creates semi-automatic segmentation for the opening of the aortic valve. This method combines active contours (snakes) and a priori information from the electrocardiogram for guiding the segmentation. This association is the major contribution of this approach. This method has been tested on six patients. The curve of the area of the opening of the valve produced by the algorithm is very similar to the same curve obtained with manual segmentation. The second technique extracts a segmentation of the prostate on CT images using ultrasound data. The aim of this tool is to suggest initial contours to the physician in order to reduce the variability in his delineation of the prostate volume. The major contribution of this technique is to project planning ultrasound contours on the CT images. After the projection, the contours are directly adapted to the CT image with a deformation process. A clinical survey has been led to assess that this tool can help to reduce the intra and inter-observer variability in his delineation of the prostate volume. The result of this study shows that it is possible to reduce the inter-observer variability by 6% on the complete volume. It is also possible to reduce the intra observer variability by 12%. The time for delineation of the prostate was also a factor that was measured in the clinical study. It was found that it is possible to reduce the time to draw contours as much as 46% when initial contours are suggested to the physician.

Le diabète gestationnel est une condition pouvant augmenter le risque de certaines complications lors de la grossesse et de l’accouchement. De plus, la littérature actuelle suggère que les individus qui y ont été exposés in utero seraient plus à risque de développer certaines conditions de santé à plus long terme, telles que le diabète de type 2. Plusieurs études ont voulu déterminer si l’exposition au diabète gestationnel était associée à une adiposité plus importante pendant l’enfance, l’adolescence ou l’âge adulte. Toutefois, la majorité de ces études ont utilisé l’indice de masse corporelle comme mesure d’adiposité. L’utilisation d’autres méthodes offrant une estimation plus exacte de la quantité et de la distribution du tissu adipeux pourrait permettre d’obtenir des mesures qui sont davantage associées au risque cardiométabolique et ainsi, aider à mieux comprendre l’impact d’une exposition au diabète gestationnel sur la santé de l’enfant. Dans cet ordre d’idées, le présent projet avait pour but d’étudier l’association entre l’exposition prénatale au diabète gestationnel et le profil de risque cardiométabolique pendant l’enfance en comparant la composition corporelle et la distribution du tissu adipeux d’enfants exposés et non exposés au diabète gestationnel et en déterminant si ces mesures d’adiposité étaient associées à leur profil glycémique. Les résultats obtenus démontrent une plus grande proportion de masse grasse chez les enfants nés d’une grossesse compliquée par un diabète gestationnel ainsi qu’une distribution davantage centrale du tissu adipeux. En outre, ces altérations étaient associées à un profil glycémique défavorable. Plus d’études seront nécessaires pour mieux comprendre à quel moment et par quels mécanismes se développent ces altérations et aussi, pour déterminer s’il est possible de prévenir leur apparition et leur évolution vers le développement de l’obésité ou du diabète à plus long terme. / Gestational diabetes increases the risk of pregnancy and delivery adverse outcomes. Moreover, individuals exposed in utero may be at higher risk of developing health problems such as type 2 diabetes. Many studies aim to investigate the association between gestational diabetes exposure and increased adiposity during childhood, adolescence or adulthood. However, a majority of these studies used the body mass index as an adiposity measure. Other methods that estimate adipose tissue quantity and distribution with more accuracy could provide measures that are better associated with cardiometabolic risk and therefore, could help to better understand the impact of gestational diabetes exposure on health. In this context, this project aimed to study the association between prenatal exposure to gestational diabetes and cardiometabolic risk profile in children. More specifically, the aim of the study was to compare body composition and body fat distribution of children aged between three to twelve years old who had been exposed and non-exposed to gestational diabetes and to investigate if these adiposity measures were associated with glycemic profile. Results reveal an increased fat mass proportion and a more centralized body fat distribution in children born from a mother who experienced a diabetic pregnancy. Moreover, alterations observed in the body composition of children were associated with a detrimental glycemic profile. There is a need for more studies to understand when and how these cardiometabolic alterations are developing and to investigate if it is possible to prevent their emergence and later evolution into obesity or type 2 diabetes in the longer term.

Titre de l'écran-titre (visionné le 1er mai 2023) / Introduction: La fragilité a un impact réel sur le risque de mortalité, de morbidités majeures ainsi que sur la qualité de vie en postopératoire chez les personnes âgées qui subissent une chirurgie cardiaque par sternotomie. Cependant, il n'y a aucun consensus sur le dépistage de ce syndrome. Ce mémoire a pour but de présenter notre projet de recherche qui porte sur l'identification d'un test physique pour le dépistage du syndrome de fragilité. Méthodes: Entre 2016 et 2019, 200 octogénaires de plus de 80 ans, en attente de chirurgie cardiaque élective, étaient recrutés dans notre étude prospective et observationnelle. Tous les participants ont passé 4 tests physiques la veille de leur chirurgie cardiaque: le test de vitesse de marche sur 5 mètres (5MWT), le test de répétitions assis-debout 5 fois (5STS), le test chronométré du lever de chaise (TUG) et le test de force de préhension de la main dominante (HGS). L'issue primaire était composée de mortalité intra-hospitalière et/ou de morbidité(s) majeure(s). Résultats: La mortalité était de 1.5% mais l'issue primaire a touché 26% de la cohorte entière. Seule la vitesse de marche lente (durée de marche ≥ 6.4 seconds sur une distance de 5 mètres) avait une association avec l'issue primaire (RC ajusté : 2.70 ; IC à 95% : 1.34-5.45; p=0.006). Au suivi d'un an, les patients ayant une vitesse de marche lente avaient une survie significativement diminuée (survie 1 an 91.5% vs 98.7%, log-rank p=0.03). Le score moyen des domaines physiques et mental du questionnaire SF-12 étaient de 47.2±8.3 et 53.6±5.9 respectivement. Ces scores sont comparables à ceux d'une population âgée de plus de 75 ans. Conclusion: Le test de vitesse de marche sur 5 mètres s'est avéré prédicteur indépendant de l'issue primaire composée de mortalité hospitalière et/ou morbidités majeures. Ce test simple est un bon complément au « Eyeball Test » dans une routine préopératoire chez les octogénaires en attente d'une chirurgie cardiaque par sternotomie. / Objectives: There are many well-described, but as yet unproven, physical ability tools to assess frailty. Methods: Between 2016-2019, 200 patients ≥80 years undergoing elective cardiac surgery were prospectively recruited. Four physical tests were performed preoperatively: the 5-meter walk test (5MWT), the timed up-and-go test (TUG), the 5-time sit-to-stand test (5STS), and the handgrip strength test (HGS). The primary endpoint was a composite of in-hospital mortality, neurologic, and pulmonary complications; multivariate analysis was performed. Results: In-hospital mortality was 1.5%. Slow performance on the 5MWT (time≥ 6.4 seconds) was the only independent predictor of the composite endpoint among the tests evaluated (OR 2.70; 95% CI 1.34-5.45; p=0.006). At follow-up, patients with a slow 5MWT had a significantly lower mid-term survival compared to patients with a normal test (1-year survival 91.5% vs. 98.7%, log-rank p=0.03). Mean physical and mental component scores of the SF-12 were 47.2±8.3 and 53.6±5.9 respectively, which are comparable to those of a general population>75 years old. Conclusion: The 5-meter walk time test is an independent predictor of a composite of in-hospital mortality and major morbidity, as well as mid-term survival. This test could be used as a simple adjunctive preoperative tool for octogenarians undergoing cardiac surgery.

La prévalence de l'obésité dans le monde est en hausse constante depuis le milieu du 20ᵉ siècle. Cette augmentation entraîne des conséquences importantes sur les systèmes de santé puisque l'obésité s'avère un facteur de risque important pour des maladies non transmissibles, notamment les maladies cardiovasculaires et le diabète de type 2. Cependant, il existe une grande disparité quant au risque cardiométabolique associé à l'obésité uniquement définie par un indice de masse corporelle supérieur à 30 kg/m². En effet, les personnes en situation d'obésité qui présentent peu de graisse dans la cavité abdominale et très peu de dépôts de graisse ectopique, c'est-à-dire dans des tissus normalement maigres comme le foie, le cœur, et les muscles squelettiques, ont un risque cardiométabolique nettement inférieur. De plus, les personnes en situation d'obésité qui ont une bonne condition cardiorespiratoire ont également un risque de mortalité ainsi qu'un risque de développer le diabète de type 2 inférieurs aux personnes de même poids qui ont une faible condition cardiorespiratoire. Parmi les dépôts ectopiques augmentant le risque cardiométabolique, il a été montré que l'accumulation de lipides dans les muscles squelettiques est associée à la résistance à l'insuline, ce qui peut éventuellement mener au diabète de type 2. De nombreuses études ont montré qu'une augmentation du niveau d'activité physique et une amélioration de la qualité de l'alimentation permettaient à court terme d'améliorer la condition cardiorespiratoire et de diminuer le risque cardiométabolique. À ce sujet, l'étude SYNERGIE conduite dans notre laboratoire a montré que chez des hommes avec obésité viscérale, une intervention d'une durée d'un an ciblant l'activité physique et l'alimentation permet de diminuer significativement les lipides intramusculaires et d'améliorer la condition cardiorespiratoire. Cependant, à la suite d'une période de maintien de deux ans, les participants ont repris de l'adiposité viscérale tout en améliorant davantage la sensibilité à l'insuline, résultat jugé de prime abord contre-intuitif. Ce projet de maîtrise avait donc pour objectif d'explorer les causes qui pouvaient potentiellement expliquer l'apparent paradoxe d'une amélioration de la sensibilité à l'insuline malgré un regain d'adiposité viscérale. Nous avons émis comme hypothèse que la pratique d'activité physique lors de la période de maintien limiterait le regain de lipides intramusculaires tout en permettant une amélioration de la condition cardiorespiratoire, ce qui pourrait expliquer l'amélioration de la sensibilité à l'insuline. Cependant, contrairement à l'hypothèse émise, nos résultats ont montré que les participants ont repris une quantité importante de lipides intramusculaires durant la période de maintien. Toutefois, la condition cardiorespiratoire a été maintenue durant la période de maintien, et l'amélioration de la condition cardiorespiratoire durant cette période semblait limiter la détérioration du profil de risque cardiométabolique et le regain de lipides intramusculaires tout en permettant une amélioration de la sensibilité à l'insuline. En conclusion, nos résultats suggèrent qu'indépendamment du poids corporel ou de l'adiposité viscérale, la condition cardiorespiratoire est une cible importante à considérer dans une intervention visant l'amélioration à long terme de la sensibilité à l'insuline. / The prevalence of obesity worldwide has increased steadily since the middle of the 20th century, which has implications for health care systems as this condition is a major risk factor for non-communicable diseases including cardiovascular disease and type 2 diabetes. However, there is a great disparity in the cardiometabolic risk associated with obesity only defined as a body mass index greater than 30 kg/m². Indeed, individuals with obesity with low levels of body fat in the abdominal cavity and very little ectopic fat deposition, i.e., lipids in normally lean tissues such as the liver, heart, and skeletal muscle, are at low cardiometabolic risk. In addition, individuals with obesity with good cardiorespiratory fitness also have a lower risk of mortality as well as a lower risk of developing type 2 diabetes than individuals of the same weight who have low cardiorespiratory fitness. Among the ectopic fat deposits increasing cardiometabolic risk, lipid accumulation in skeletal muscle has been shown to significantly increase insulin resistance, which can eventually lead to type 2 diabetes. Numerous studies have shown that increasing the level of physical activity and improving the quality of diet can improve cardiorespiratory fitness and decrease cardiometabolic risk over the short term. In this regard, our laboratory has shown in the SYNERGIE study that in men with visceral obesity, a one-year intervention targeting physical activity and diet significantly reduces intramuscular lipids and improves cardiorespiratory fitness. However, following a 2-year maintenance period, participants regained visceral adiposity while further improving insulin sensitivity, a result initially considered counterintuitive. The objective of this project was therefore to explore the potential causes of the apparent paradox of improved insulin sensitivity despite increased visceral adiposity. We hypothesized that physical activity during the maintenance period would have limited the regain in intramuscular lipids while allowing an improvement in cardiorespiratory fitness, which could explain the improvement in insulin sensitivity. However, contrary to our hypothesis, our results showed that participants regained a significant amount of intramuscular lipids during the maintenance period. However, cardiorespiratory fitness was maintained during 2-year follow-up period, and the improvement in cardiorespiratory fitness during this period appeared to limit the deterioration of the cardiometabolic risk profile and the regain of intramuscular lipids while allowing an improvement in insulin sensitivity. In conclusion, our results suggest that regardless of body weight or visceral adiposity, cardiorespiratory fitness is an important target to consider in an intervention aimed at improving insulin sensitivity over the long-term.

L’incidence des maladies cardiovasculaires diffère entre les hommes et les femmes. Les symptômes, l’évolution de la maladie, la réponse aux traitements et même la prise en charge sont différents selon le sexe. L’hypertrophie cardiaque (HC) est la réponse du cœur à une surcharge hémodynamique maintenue et significative. L’HC peut être de type concentrique (épaississement des parois) ou de type excentrique (dilatation de la chambre). Les mécanismes impliqués dans le dimorphisme sexuel de l’HC sont toujours mal compris. Notre équipe s’intéresse à un modèle de régurgitation de la valve aortique (RA) chez le rat. Nous avons déjà montré que les femelles RA ont un remodelage plus concentrique, une meilleure densité capillaire et un profil génique de la fonction mitochondriale et du métabolisme énergétique plus près de la normale que les mâles. Nous nous sommes d’abord intéressés à l’implication des hormones sexuelles dans ce dimorphisme sexuel. Les analyses échocardiographiques et tissulaires montrent que la déficience en androgènes chez les mâles RA réduit la réponse hypertrophique, améliore la fonction cardiaque et tend à améliorer la survie. La perte des estrogènes n’est pas associée à d’importants changements chez les femelles RA. Nous avons ensuite étudié l’effet du valsartan, un traitement ciblant le système rénine angiotensine (RAAS), une voie hormonale fortement activée en HC. La réduction de l’activité du RAAS empêche le remodelage concentrique hypertrophique féminin dans les premières semaines de RA, alors qu’elle a peu d’effet chez les mâles RA. Finalement, nous nous sommes intéressés à l’évolution morphologique et fonctionnelle du cœur chez les rats RA. L’analyse échocardiographique montre que le ventricule gauche des femelles RA perd rapidement de la fonction contractile, de la capacité de déformation en circonférentiel et modifie sa forme elliptique normale, comparativement aux mâles. Les résultats présentés dans ce mémoire améliorent notre compréhension des différences sexuelles en HC. / The incidence of cardiovascular disease differs between men and women. Symptoms, disease’s evolution, response to treatment and even care are different depending on the sex. Cardiac hypertrophy (HC) is the heart's response to sustained and significant hemodynamic overload. HC can be concentric (thickening of the walls) or eccentric (dilation of the chamber). Mechanisms involved in the sexual dimorphism of HC are still poorly understood. Our team is interested in a model of severe aortic valve regurgitation (RA) in rats. We have already shown that women’s heart has a more concentric remodeling, a better capillary density and a gene profile of mitochondrial function and energy metabolism closer to normal, compared to males. We were first interested in the involvement of sex hormones in this sexual dimorphism. Echocardiographic data and tissue analyze show that androgen deficiency in RA males reduces hypertrophic response, improves cardiac function and tends to improve survival. Estrogen loss is not associated with significant hypertrophic changes in RA females. We then studied the effect of valsartan, a treatment targeting the renin angiotensin system (RAAS), a highly activated hormonal pathway in HC. Inhibition of RAAS activity prevents concentric hypertrophy in female’s heart in the early weeks of RA, whereas it has little effect in RA males. Finally, we were interested in the morphological and functional evolution of the heart in RA rats. Echocardiographic analysis shows that RA females’ left ventricle rapidly loses contractile function, circumferential deformation capacity, and changes its normal elliptical shape, compared to males. The results presented here improve our understanding of sexual differences in HC.

La bicuspidie valvulaire aortique (BAV) est l’anomalie congénitale cardiaque la plus fréquente. Les patients qui en sont atteints sont plus à risque de développer de multiples complications cardiovasculaires au cours de leur vie. Celles-ci peuvent toucher la valve aortique en elle-même, avec le développement de valvulopathies telles que la sténose aortique (SA), mais elles peuvent également toucher l’aorte, avec le développement d’une aortopathie, et/ou le ventricule gauche (VG), avec le développement d’une dysfonction ventriculaire. La SA est la complication cardiovasculaire la plus fréquemment retrouvée chez les patients avec BAV. Elle se caractérise par un épaississement et un remodelage fibro-calcique des feuillets valvulaires qui conduisent à un rétrécissement progressif de l’ouverture de la valve. Comparativement aux patients avec une valve aortique de morphologie normale (valve aortique tricuspide [TAV]), la SA se développe plus précocement chez les patients avec une BAV (10 à 20 ans plus tôt). Ainsi, les patients avec une BAV peuvent développer des complications cardiovasculaires qui se situent sur un large spectre. Certains patients peuvent développer de manière isolée une maladie valvulaire sténosante tandis que d’autres peuvent développer de manière concomitante une aortopathie et/ou une dysfonction ventriculaire gauche. Cependant, une fois ces dysfonctions initiées et établies, les données et les évidences concernant leur progression restent encore peu nombreuses chez les patients avec une BAV. On assume généralement que ces patients se comportent de la même manière que les patients avec une valve aortique de morphologie normale (TAV) pour un même type d’atteinte, mais ceci n’est peut-être pas vrai. Étant donné qu’il y a encore relativement peu d’études et de données faisant la distinction et comparant de manière systématique la progression des maladies valvulaires, ventriculaires et/ou aortiques entre les patients avec BAV et ceux avec TAV, il est légitime de se demander si les recommandations actuelles sans distinction pour la morphologie de la valve aortique sont valides et suffisantes. En outre, il est aussi légitime de se demander si ces recommandations qui sont principalement établies à partir de données obtenues majoritairement chez des patients avec une TAV peuvent être généralisées aux patients avec une BAV. En effet, à quelques exceptions près, il n’existe actuellement pas de recommandations propres aux patients avec une BAV. Ces derniers suivent généralement les mêmes recommandations que la population générale avec TAV. Les recommandations de prise en charge thérapeutique ne sont donc pas spécifiques, ne sont peut-être pas adaptées et ne tiennent pas compte du fardeau cardiovasculaire global des patients avec une BAV. Or, il est possible que les patients avec une BAV ou un certain sous-groupe de ces patients puissent présenter des atteintes différentes, qui se développent différemment et/ou qui progressent différemment par rapport aux patients avec une TAV. iii L’objectif général de mon projet de doctorat est donc d’étudier la présentation et la progression des différentes atteintes cardiovasculaires pouvant affecter les patients avec une BAV, en particulier la sténose aortique, et d’obtenir des déterminants de progression plus adaptés et spécifiques aux patients atteints de BAV. / Bicuspid aortic valve (BAV) is the most frequent congenital heart disease. Patients with BAV are at higher risk of developing multiple cardiovascular complications during their life. These dysfunctions can affect the aortic valve itself, with the development of valvular heart diseases such as aortic stenosis (AS), but they can also affect the aorta, with the development of an aortopathy, and/or the left ventricle (LV), with the development of ventricular dysfunction. AS is the most frequent cardiovascular complication associated with BAV. It is characterized by a thickening and a fibrocalcific remodeling of the valvular leaflets which lead to a progressive narrowing of the valvular opening. Compared to patients with a morphologically normal aortic valve, i.e. a tricuspid aortic valve (TAV), AS develops earlier in patients with BAV (10 to 20 years earlier). Thus, patients with BAV can develop cardiovascular dysfunctions that are on a large spectrum. Some patients can develop an isolated AS while others can develop concomitant aortopathy and/or LV dysfunction. However, once dysfunctions are initiated and established, data and evidence on their progression are few in patients with BAV. We generally assume that these patients behave in the same way as patients with TAV for the same type of dysfunction, but that may not be true. Given that there are quite few studies and data distinguishing and comparing systematically progression of valvular, ventricular and/or aortic diseases progression between patients with BAV and those with TAV, it is legitimate to wonder if current recommendations that do not distinguish for aortic valve morphology are valid and enough. Moreover, it is also legitimate to wonder if these recommendations that are mainly established from data obtained from patients with TAV can be generalized to patients with BAV. Indeed, with very few exceptions, there is currently no specific recommendations to patients with BAV. The latter generally follows the same recommendations than the general population with TAV. The therapeutic management recommendations are thus non-specific, maybe not adapted and do not take into account the global cardiovascular burden of patients with BAV. Yet, it is possible that patients with BAV or a subgroup of these patients can present with different dysfunctions, that develop or progress differently compared to patients with TAV. The general objective of my PhD project is thus to study the presentation and progression of different cardiovascular dysfunctions that can affect patients with BAV, especially AS, and obtain determinants of progression that are more adapted and specific to patients with BAV.

Les besoins de services de soutien à domicile des centres locaux de services communautaires (CLSC) du Québec sont en croissance, non seulement en termes d'heures soins mais aussi en termes de complexité de soins requis. Plusieurs facteurs expliquent cette augmentation dont le retour précoce à domicile après une hospitalisation. Ceci a amené certains CLSC de la région à vouloir modifier les modèles de pratique et d'organisation des services, notamment en implantant un modèle de suivi systématique de clientèles. Cette recherche de type quasi-expérimental a pour but d'évaluer les effets d'un modèle de suivi systématique de" clientèles à domicile soit le Pathways to Health, sur la qualité de vie après une chirurgie coronarienne ou valvulaire. Par ailleurs, outre l'évaluation de la qualité de vie comme principale variable dépendante, la satisfaction envers les soins infirmiers a été introduite comme variable dépendante de type exploratoire. Le cadre conceptuel de Padilla a été retenu pour permettre d'établir les liens entre les concepts. L'instrument de mesure utilisé pour la qualité de vie était le Médical Outcomes Study 12-ltems Short Form Health Survey et pour la satisfaction, 10 questions ont été choisies dans la banque SEQUS©. L'échantillon non probabiliste de type accidentel était composé de 55 personnes pour le groupe expérimental et de 83 personnes pour le groupe témoin. Les résultats démontrent qu'il y a une amélioration de la qualité de vie pour chacun des groupes aux différents temps de mesure. Ils démontrent également qu'il n'y a pas de différence significative entre le groupe exposé au suivi systématique de clientèles et celui non exposé quant à la qualité de vie et la satisfaction envers les soins infirmiers à 6 et 12 semaines suivant le retour à domicile. Le fait que la recherche ait débuté très tôt après l'implantation de la nouvelle approche de SSC pourrait expliquer en partie ces résultats. Des implications pour la recherche et la pratique en sciences infirmières sont présentées.

Le génie tissulaire propose des solutions prometteuses aux problématiques de réparation et de remplacement des tissus du corps humain, notamment au niveau des composantes du système cardiovasculaire. L’une des approches préconisées est l’utilisation de la culture cellulaire afin de reproduire la structure, les propriétés et les fonctionnalités du tissu natif à réparer ou à remplacer. La culture dynamique des tissus dans un environnement recréant, dans le cas des substituts du système cardiovasculaire, les conditions physiologiques de débit et de pression que ces tissus doivent supporter, a démontré un grand potentiel à faire évoluer les propriétés et les fonctionnalités des substituts vers celles des tissus natifs qu’il sont destinés à réparer ou remplacer. Les objectifs de cette thèse ont donc été orientés vers le développement de différents outils reliés au conditionnement mécanique des substituts de la valve aortique et des artères par la culture dynamique. Un bioréacteur a tout d’abord été développé. Ce système a permis la reproduction d’une qualité sans précédent des conditions de débit et de pression à l’entrée de la circulation systémique du corps humain. Il permet ainsi d’effectuer un conditionnement mécanique sur des substituts de la valve aortique produits par auto-assemblage. Des outils ayant mené à l’établissement de protocoles rigoureux permettant l’évaluation de l’effet du conditionnement mécanique sur les propriétés mécaniques des substituts vasculaires ont ensuite été conçus et mis en service. Finalement, ces différents outils de conditionnement et d’évaluation ont été utilisés afin d’amorcer la mise en place d’un protocole de conditionnement mécanique, permettant la modulation des propriétés mécaniques et l’accélération de la maturation des substituts vasculaires produits par auto-assemblage. / Tissue engineering offers promising solutions to problems related to repair and replacement of tissues of the human body, especially those of the cardiovascular system. One of the preferred approaches consists in using cell culture to reproduce the structure, the properties and the functionalities of the tissue to be repaired or replaced. Dynamic culture in an environment reproducing, in the case of cardiovascular system substitutes, blood flow and pressure conditions imposed on these tissues in the body, has demonstrated a great potential for the properties and functionalities of the substitutes to evolve into those of the native tissues they are destined to repair or replace. The objectives of this thesis have therefore been oriented towards the development of different tools related to the mechanical conditioning of aortic valve and artery substitutes through dynamic culture. A bioreactor allowing reproduction of the blood flow and pressure conditions at the entrance of the systemic circulation in the human body with an unprecedented quality was first developed, in order to perform mechanical conditioning on aortic valve substitutes produced by auto-assembly. Tools leading to the establishment of rigorous protocols for the evaluation of the effect of mechanical conditioning on the circumferential mechanical properties of vascular substitutes were then designed and commissioned. Finally, these different tools of mechanical conditioning and evaluation were used to initiate the development of a mechanical conditioning protocol which would modulate the mechanical properties and accelerate the maturation process of vascular substitutes produced by auto-assembly.

L'Insuffisance aortique (IA) est une maladie valvulaire de surcharge de volume, caractérisée par un retour du sang de l'aorte vers le ventricule gauche (VG) pendant la diastole. Le VG pour s'adapter, il va se dilater (hypertrophie excentrique) pour créer de l'espace. Cette dilatation sera accompagnée à long terme d'une baisse des fonctions systolique et diastolique du coeur, ce qui va mener à l'insuffisance cardiaque. Aucun traitement pharmacologique n'est présentement reconnu efficace pour traiter cette maladie. La seule option thérapeutique est la chirurgie de remplacement valvulaire. Il a été démontré dans plusieurs études que le système adrénergique serait suractivé dans, la surcharge de volume chronique. Notre objectif était de tester l'efficacité du Carvédilol (antagoniste β-adrénergique non sélectif/antagoniste α1-adrénergique sélectif) pour traiter cette pathologie et/ou retarder le recours à la chirurgie de remplacement valvulaire. Nous avons démontré que le Carvédilol a diminué l'hypertrophie ventriculaire gauche et a amélioré la fonction cardiaque chez les rats insuffisants aortiques.

Les maladies cardiovasculaires (MCV) représentent la première cause de mortalité au monde, malgré des progrès significatifs dans la prise en charge des facteurs de risque traditionnels. De nouveaux biomarqueurs émergent, par exemple la capacité d’efflux du cholestérol (CEC) des HDL qui serait associée aux MCV indépendamment des concentrations de cholestérol HDL. Un autre biomarqueur est la proprotéine convertase subtilisine/kexine de type 9 (PCSK9), qui augmente les niveaux de cholestérol LDL en dégradant le récepteur aux LDL. Les facteurs qui influencent la CEC des HDL et la quantité de PCSK9 sont peu connus. L’objectif général de cette thèse est de déterminer si des interventions non pharmacologiques telles que la modification des habitudes de vie et la chirurgie bariatrique peuvent influencer ces biomarqueurs. Afin de répondre à cet objectif, nous avons étudié trois populations à risque : (1) 86 patients avec maladie coronarienne, (2) 117 hommes avec obésité abdominale et dyslipidémie, et (3) 69 hommes et femmes atteints d’obésité sévère. Les deux premières cohortes ont suivi une intervention de modification des habitudes de vie pendant 1 an visant à instaurer un minimum de 150 minutes d’activité physique par semaine et à améliorer la qualité nutritionnelle de leur diète. La cohorte de patients avec obésité sévère a subi une chirurgie bariatrique de type dérivation biliopancréatique avec commutation duodénale. Les La CEC des HDL a été mesurée à l’aide d’essais cellulaires dans les deux premières cohortes, alors que le niveau de PCSK9 a été mesuré par ELISA dans les trois cohortes. Dans tous les cas, les mesures ont été effectuées au début et à la fin des interventions. Nous avons montré que chez les patients coronariens et les hommes avec obésité abdominale, l’intervention de modification des habitudes de vie a augmenté la CEC des HDL, mais a eu un effet mineur sur les niveaux de PCSK9. En revanche, chez les hommes avec obésité abdominale les niveaux de PCSK9 sont diminués par un repas riche en gras. Les améliorations de la CEC des HDL à la suite de l’intervention de modification des habitudes de vie étaient principalement expliquées par l’augmentation des concentrations de l’apolipoprotéine A1 et du cholestérol HDL. La chirurgie bariatrique a augmenté la concentration de PCSK9 en phase aiguë, mais l’a diminué à long terme. Ces résultats suggèrent que le niveau de PCSK9 seraient modifiés par des changements drastiques comme une importante perte de poids à la suite d’une chirurgie bariatrique. En conclusion, les interventions non pharmacologiques semblent moduler positivement la CEC des HDL et modestement la PCSK9 dans des populations à haut risque cardiovasculaire, ce qui pourrait en partie expliquer l’impact bénéfique de ces interventions sur le risque cardiovasculaire. / Cardiovascular disease (CVD) is the leading cause of death in the world, despite significant progress in the management of traditional CVD risk factors. New biomarkers are emerging, such as the HDL cholesterol efflux capacities (HDL-CEC) that are associated with CVD, independently of HDL cholesterol levels. Another biomarker is proprotein convertase subtilisin/kexin type 9 (PCSK9), which increases low-density lipoprotein (LDL) cholesterol levels by degrading the LDL receptor. Little is known about the factors that influence HDLCEC and PCSK9 physiological variation. The overall objective of this thesis is to determine whether improvements in lifestyle and bariatric surgery can influence these biomarkers. To achieve this objective, we have studied three populations at risk: 86 patients with coronary artery disease, 117 men with abdominal obesity and dyslipidemic and 69 men and women with severe obesity. The first two cohorts followed a 1-year lifestyle modification program aimed at achieving a minimum of 150 minutes of aerobic physical activity weekly and improving diet quality. We measured HDL-CEC using cell assays in both populations before and after the interventions. The cohort of patients with severe obesity underwent bariatric surgery of biliopancreatic diversion with duodenal switch. PCSK9 levels were measured by ELISA in all cohorts, at the beginning and at the end of the interventions. Our results showed that in coronary patients and men with abdominal obesity, the interventions led to minor changes in PCSK9 levels. In contrast, in men with abdominal obesity PCSK9 levels were acutely decreased by a high-fat meal. Bariatric surgery increased PCSK9 concentration in the acute phase, but decreased in the long term. These results suggest that PCSK9 levels could be modified following drastic interventions such as significant weight loss following bariatric surgery. Lifestyle modification program induced significant increases of HDL-CEC in coronary patients and men with abdominal obesity. In addition, improvements in HDLCEC following lifestyle modification interventions were mainly explained by increases in apolipoprotein A1 and HDL cholesterol levels. In conclusion, non-pharmacological interventions appear to positively modulate HDL-CEC and modestly influence PCSK9 in populations at high cardiovascular risk, which could partly explain the beneficial impact of these interventions on cardiovascular risk.